2.1. 실험 개요

PET 필름 표면처리 방법 및 겹침이음 길이에 따른 고경질 도막재로 PET 필름을 상호 접합하는 시공방법에 있어서 접 합특성을 검토하기 위해 Series I과 Series II로 구분하여 계 획하였다.

2.2. 표면처리 방법에 따른 기초물성 (Series I)

Table 1은 표면처리 방법에 따른 PET 필름 표면의 접촉각 을 평가 한 다음 겹침이음 길이의 접합 인장강도를 평가하였 다. 다만 벗김저항성은 겹침이음 길이를 고려하여 25mm에 대해서만 평가하였다.

2.2.1. 표면처리 방법

Photo 1은 PET 필름 표면처리에 따라 광학현미경으로 40 배 확대하여 나타내었다.

Photo 1.

Surface treatment of PET film (×40)

무처리 (시험체 A)

(1)

PET 필름 표면에 아무런 표면처리를 하지 않았다

#2000 샌딩 처리 (시험체 B)

(2)

PET 필름 표면에 #2000의 샌드페이퍼를 이용하여 약 0.5N/mm²의 압력으로 20회 수평 이동하여 요철을 형성하였다.

코로나 방전 처리 (시험체 C)

(3)

코로나 방전 처리 장치는 고주파발생기, 조작판, 처리롤, 방전전극 등으로 구성되어 있으며, Table 2와 같은 사양의 코로나 방전 처리 장치로 PET 필름 표면에 고주파수 고전압 을 5초간 투과시켜 표면상 수십 나노미터의 요철을 형성하 여 PET 필름 표면을 개질처리 하였다.

Table 2.

Specification of Corona discharge treatment system

Voltage (V)	Frequency (hz)	Processing peed (m/min)
13,000	20,000	100

코로나 방전+프라이머 처리 (시험체 D)

(4)

코로나 방전 처리 된 PET 필름 표면에 고경질 도막재와 동일한 성분의 열경화성 우레탄 계열의 프라이머를 도포하 였다.

코로나 방전+프라이머+강접접착제+폴리에스터 부직포 처리 (시험체 E)

(5)

PET 필름과 도막재와의 장기적 접합성능을 유지하기 위해 코로나 방전 처리된 PET 필름 표면에 Pu계 프라이머를 코 팅하고 그 위에 열경화성 Pu계 강접접착제를 사용하여 폴리 에스터 부직포를 라미네이트 한 다음 도막재의 젖음성 개선 을 위해 계면활성제를 도포 시켰다.

2.2.2. 시험항목

접촉각

(1)

접촉각 시험은 독일 Krüss사의 접촉각 시험장치 (DSA 100)를 활용하여 물방울법에 따라 초순수를 약 4μL 떨어뜨 려 Fig. 1과 같이 좌우측 각 20개의 평균값으로 접촉각을 측 정하였고, 이때 초순수의 표면장력은 68.3mN/m였다.

Fig 1.

Measurement of contact angle (θ)

접합 인장강도

(2)

표면처리 방법 및 겹침이음 길이별로 Fig. 2와 같이 PET 필름 사이에 고경질 도막재를 도포하여 접합한 다음 표준 양 생 온도에서 7일간 양생하고, 25mm×100mm의 크기로 시험 체를 절취 후 KS F 4917의 시험방법에 따라 100mm/min의 인장속도로 시험편이 파단될 때까지 인장하여 최대 강도 및 파단형태를 평가하였다. 시험평가 순서는 겹침이음 길이가 작은 순서대로 평가하여 접합부 이외에서 파단될 경우 그 이 상의 겹침이음 길이에서는 생략하였다.

Fig 2.

Outline of joint tensile strength specimen

벗김저항성

(3)

벗김저항성은 Fig. 3과 같이 겹침이음 길이 25mm에 대해 서만 평가하였으며, 25mm×100mm의 크기로 시험체를 절취 하여 KS F 4934의 시험방법에 따라 물림간격 50mm, 인장 속도 100mm/min의 속도로 접합길이 전체가 벗겨질 때까지 인장하여 평가하였으며, Photo 2는 접합 인장강도 및 벗김저 항성 시험현황을 나타내었다.

Fig 3.

Outline of joint peel resistance specimen

Photo 2.

Test overview of joint tensile strength and joint peel resistance

2.3. 열화처리에 따른 내구특성 (Series II)

2.2.2(2) 항에 따라 시험 시 가장 우수한 접합성능을 나타 낸 표면처리 방법에 대해 KS F 3211, KS F 4917 등 국내 방수재료에서 품질기준으로 설정하고 있는 1주간의 열화처 리 기간 보다 장기간으로 설정하여 Table 3과 같이 최대 16 주까지 열화처리에 대한 접합 인장강도를 평가하였다.

2.4. 사용 재료

3.1. 표면처리 방법에 따른 기초물성 (Series I)

Table 6 및 Fig. 4는 시간 경과에 따른 접촉각 측정 사진 및 접촉각 측정 결과를 나타내고 있다. 접촉각은 시험체 표 면에 초순수를 떨어뜨림과 동시에 물방울 형상을 촬영하여 형상을 분석하는 방법으로 진행하였으며, 좌우측 각 20개의 평균값으로 접촉각을 나타냈고 이때의 표준편차는 0.4~1.6° 범위로 나타났다.

Table 6.

Comparison of contact angle

Fig 4.

Test result of contact angle

표면처리를 하지 않은 시험체 A의 경우 물방울이 떨어졌 을 때 접촉각은 75°를 나타냈으며, 300초 경과했을 때는 17° 낮아진 58°를 나타냈다. 표면을 샌딩 처리한 시험체 B의 경 우 시험체 A와 뚜렷한 차이를 보이지 않았고, 코로나 방전 처리한 시험체 C, D에서도 프라이머 처리에 대한 접촉각은 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 시험체 C, D에서는 초기 65° 및 64°로 시험체 A, B 보다 약 10°정도 낮았고, 300초 경과시에는 약 20°정도 낮아졌다. 이는 PET 필름 표면의 Corona 처리로 인해 표면에 친수성기가 형성되어 젖음성이 증가하고 표면에서 친수화가 진행되었기 때문으로 판단된다. 한편 시험체 E는 물방울을 떨어뜨리자마자 부직포 사이로 스며들어 측정이 불가했는데 이는 부직포의 요철 및 계면활 성제에 의해 표면에너지가 증가했기 때문으로 판단된다.

Table 7은 PET 필름의 표면처리 방법 및 겹침이음 길이에 따른 접합 인장강도 시험결과를 나타내고 있으며, 접합부의 고경질 도막재 및 접합계면에서 파괴된 경우 음영으로 나타냈다.

시험체 A는 최대 겹침이음 길이 25mm에서도 접합부 계 면에서 파괴되었으며, 시험체 B는 20mm, 시험체 C, D는 10mm에 접합부 계면에서 파단되는 파괴형태를 나타냈다. 하지만 시험체 E는 최소 겸칩이음 길이 5mm에서도 접합부 외에서 파단되어 접합 안정성이 가장 우수한 것으로 나타났다.

또한 전반적으로 접합부의 고경질 도막재 및 접합 계면에 서 파괴되었을 때의 접합 인장강도는 12.2N/mm 이하로 나 타냈고, 접합부 이외에서 파단되었을 때는 PET 필름의 인장 강도인 12.8N/mm 이상의 접합 인장강도를 보였다.

접합부에서 파단된 경우는 필름 자체의 인장강도 보다 도 막재에 의한 접합력이 작기 때문으로 판단되며, 접합부외 판 단의 경우는 표면처리에 따른 도막재가 표면 요철의 충전과 견고한 접합부를 형성했기 때문으로 판단된다.

Fig. 5는 겹침이음 길이 25mm의 물림간격 50mm에 대한 표면처리 방법에 따른 벗김저항성 시험결과를 벗김하중-변형 률 곡선으로 나타냈으며, Fig. 6은 표면처리 조건에 따라 겹 침이음 길이 25mm가 벗겨질 때 까지 3개의 최대 벗김하중 을 평균값으로 나타냈다.

Fig 5.

Force-strain curve of joint peel resistance

Fig 6.

Test result of max joint peel resistance

시험체 A는 필름이 벗겨지면서 비교적 균일한 벗김하중을 나타냈고, 최대 벗김하중은 3.7N으로 측정되었다. 시험체 B, C, D는 벗겨질 때의 벗김하중이 다소 불규칙적이며, 이때의 최대 벗김하중은 11.6N, 13.2N, 19.1N으로 시험체 A에 비 해 다소 향상되었는데 이는 표면처리에 따른 PET 필름 표면 의 미세요철 생성으로 도막재의 접합력이 향상되었기 때문 으로 판단된다.

또한 시험체 E는 벗겨질 때의 벗김하중이 매우 급격하게 변동하였고, 이때의 최대 벗김하중은 97.3N으로 측정되었다. 이는 PET 필름에 일체화된 폴리에스터 부직포가 도막재에 서 뽑히거나 끊어지면서 벗김하중이 증가된 것으로 판단된다.

3.2. 열화처리에 따른 내구특성 (Series II)

Fig. 7은 시험체 E의 겹침이음 길이에 따른 열화처리에 대 한 접합 인장강도를 나타낸 것이다. 대부분 열화처리 기간이 증가할수록 초기 접합 인장강도와 동등 이상이거나 유지되 며 접합부 이외에서 파단되는 형태를 나타냈다. 그러나 겹침 이음 길이 5mm의 황산 처리에서는 열화처리 기간이 증가할 수록 접합 인장강도가 점차 감소되어 8주에서 약 21%, 16주 에서 약 39% 감소되었으며, 알칼리 처리에서는 16주에서 약 19% 감소되어 접합부에서 파괴되는 것으로 나타났다.

Fig 7.

Test result of tensile strength of joint

또한 겸침이음 길이 10mm의 황산처리는 16주에서 29% 감소되어 접합부에서 파단되는 것으로 나타났으며, 이외 다 른 열화처리에서는 초기 접합 인장강도와 유사하였고, 접합 부 이외 파단의 형태를 보였다.

겹침이음 길이 15mm에서는 모든 열화처리에서 접합 인장 강도 유지 및 접합부 이외 파단으로 나타나 그 이상의 겹침 이음 길이에 대해서는 생략하였다. 따라서, 시험체 E에 대해 국내품질 기준 1주보다 장기간으로 설정한 16주까지 내구특 성을 검토한 결과 겹침이음 길이 15mm일 때 접합안정성을 확보하는 것으로 나타났으며, 접합부 이외 파단 형태일 경우 초기 접합 인장강도인 PET 필름 자체 인장강도를 유지하는 것으로 나타났다.