Elastomers and Composites

The Rubber Society of Korea (한국고무학회)
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A Study on the Manufacturing, Mechanical Properties,Abrasion Resistance, and Slow Crack Growth Resistance of the Recycled Polyethylene/Fly Ash Composites

재생 폴리에틸렌/비산회 분말 충전 복합체 제조와 기계적 물성, 내마모성 및 저속균열성장 저항성에 관한 연구

  • Kye, Hyoung-San (Department of Material Design Engineering, The Mokwon University) ;
  • Shin, Kyung-Chul (Department of Polymer Science & Engineering, The Chungju National University)
  • 계형산 (목원대학교 소재디자인공학과) ;
  • 신경철 (국립충주대학교 나노고분자공학과)
  • Received : 2011.11.07
  • Accepted : 2011.12.06
  • Published : 2011.12.31
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Abstract

The virgin and recycled polyethylene composites with various ratio of fly ash were manufactured by using a fully intermeshing co-rotating twin screw extruder for the reuse of fly ash from power plant and post-consumed polyethylene. Fly ash were blended with virgin HDPE and recycled polyethylene at the weight fraction of 0 to 40 wt.%. Mechanical properties such as yield strength, abrasion resistance, and slow crack resistance were measured with ISO and ASTM standards. The experimental results for the various composites showed that the elongation at break and the yield stress of the composites decreased with increasing fly ash contents. Generally, the abrasion resistance of PEs decreased with increasing sandpaper grits but the abrasion resistance of the composites increased with fly ash content at finer abrasive surface. The slow crack growth resistance of virgin HDPE, recycled JRPE and the JRPE composite showed higher slow crack growth resistance up to 50% of load at notch depth of 20% and 30%, but KRPE and the KRPE composite showed much lower resistance than virgin HDPE, JRPE and the JRPE composite. Time to break, measured with NCLS test method, of all PEs and the composites satisfies the regulation of Korean Industrial Specification for sewer pipe and support application.

비산회를 첨가한 폐 PE의 직접적인 재활용 및 용도 개발을 위하여 재생 폴리에틸렌 수지와 순수 HDPE를 기본으로 비산회(fly ash)와 블렌드하여 비산회/재생 PE 복합재료를 치합형 동방향 회전 이축 압출기(fully intermeshing co-rotating twin screw extruder)를 이용하여 각 조성별로 제조하였다. 본 연구에서는 플라스틱 수지(재생 PE, HDPE)와 비산회의 혼합비를 (0~40) wt.%로 하였고 비산회의 함량 변화에 따른 물성을 비교하였다. 세 종류의 PE 모두 비산회 함량이 증가할수록 항복인장강도가 감소하고, 파단신율이 감소한다. 내마모성 시험 결과는 사포 거칠기가 증가할수록 내마모성이 떨어지고 거칠기가 감소할수록 충전제의 함량에 따라 내마모성이 증가한다. Notched Constant Ligament Stress 시험에서는 신재 PE와 재생 PE의 경우 하중의 변화에 따라 파괴 시간이 짧아지는 결과를 나타냈고, 비산회가 혼합된 KRPE 복합체는 신재 PE, 폐 PE 그리고 신재 PE 복합체 및 JRPE 복합체와 비교할 때 상대적인 파괴 시간은 짧게 나타나지만 매설용 구조물에 대한 한국산업표준에서 정하는 20% 노치 깊이, 15%의 하중에서 24시간 이상의 저속 균열저항성을 나타내어 지하매설용 구조체로서 하수 이음관/받침대와 옥외구조물로서 가로수 보호의자와 같은 구조물에 적용할 수 있을 것으로 판단한다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 대전환경기술개발센터

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