에보나이트

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1. 개요
2. 특성
- 2.1. 구조
- 2.2. 자외선 및 일광 노출
3. 오염
4. 활용
- 4.1. 과거
- 4.2. 현재
참조

1. 개요

에보나이트는 다황화물 탄성체의 일종으로, 황의 비율, 가황 온도, 가황 시간에 따라 특성이 결정된다. 최대 40%의 황을 함유하여 유전체 손실을 최소화하는 데 사용되며, 황 함량에 따라 기계적 강도, 내열성, 충격 강도가 달라진다. 과거에는 배터리 껍데기로 사용되었으나, 현재는 폴리프로필렌으로 대체되었다. 자외선과 수분에 노출되면 변색 및 전기적 특성 저하가 발생하며, 전자 제품에 사용될 때는 오염 문제가 있었다. 20세기 초 볼링공, 전기 플러그, 담뱃대 마우스피스, 만년필, 악기 마우스피스 등 다양한 용도로 사용되었으며, 정전기 실험에도 활용되었다. 현재는 빗, 염산 저장 용기 등에 사용된다.

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에보나이트
개요
에보나이트 막대의 다양한 색상
종류	고도로 가황 처리된 천연고무
발명가	찰스 굿이어
발명 연도	1839년
어원	흑단(ebony)과 유사한 외관에서 유래
특성
밀도	1.12 ~ 1.68 g/cm³
경도	70 ~ 85 쇼어 D
가공성	가공 가능 연마 가능 착색 가능
내성	화학 물질에 대한 내성 열에 대한 내성 마모에 대한 내성
특징	단단하고 단단한 고무 금속처럼 가공 가능 높은 유전 강도
역사
발견	1839년, 찰스 굿이어가 가황 공정 개발 중 발견 가황 과정에서 고무와 유황의 비율을 높여 에보나이트 생산
초기 용도	전기 절연체 보석류 흡연 파이프 하키 퍽
생산
재료	천연고무 또는 합성 고무 유황 (25~80%)
공정	고무와 유황을 혼합하여 고온에서 가열 가황 과정을 통해 고무 분자 간에 가교 형성 높은 유황 함량으로 인해 단단하고 내구성이 뛰어난 물질 생성
용도
일반적인 용도	전기 절연체 화학 장비 악기 마우스피스 만년필 볼링공
과거의 용도	틀니 장신구 애도 장신구
추가 정보
기타 명칭	가황 고무 하드 고무 벌카나이트

2. 특성

에보나이트는 황 함량, 가황 온도 및 시간에 따라 특성이 달라지는 다황화물 탄성체이다. 황 함량이 높을수록 분자 간 가교 결합이 많아져 팽창을 억제하고 유전 손실을 최소화하며, 기계적 강도와 내열성이 높아진다. 반면 황 함량이 낮으면 충격에 강하다.

실온에서 에보나이트의 강도는 분자 내 황 원자 사이의 반데르발스 힘에 의해 결정된다. 온도가 올라가면 분자 진동이 증가하여 반데르발스 힘을 극복하고 탄성을 띠게 된다. 에보나이트는 밀도가 에서 정도이며, 재가열하면 형상 기억 효과를 보여 쉽게 모양을 변형할 수 있다. 연화 온도는 황 함량에 따라 70°C에서 80°C 사이이다.

에보나이트는 깨지기 쉬운 성질 때문에 배터리 케이스 등에 사용하기에는 적합하지 않아, 현재는 카본 블랙을 첨가한 폴리프로필렌으로 대체되었다.

2. 1. 구조

가황 후 황에 의해 가교 결합되어 있는 두 가닥(파란색과 초록색)의 모습

에보나이트 다황화물 탄성체의 구조적 특성을 결정하는 주요 요인은 황 비율, 가황 온도 및 가황 시간이다. 화학 반응 시 기본적으로 이중 결합에 황이 첨가되어 분자 내 고리 구조를 형성한다. 황은 분자와 분자를 잇는 가교 결합을 형성하는 매개체가 된다. 최대 황 함량이 40%에 달하기 때문에 분자의 팽창을 방지하고 유전체의 손실을 최소화하는 데 사용할 수 있다. 황 함량이 35% 정도일 때 기계적인 결합이 가장 강하며 최고의 내열성을 갖는다. 황 함량이 30%로 낮을 때에는 충격에 가장 강한 상태가 된다. 실온에서 에보나이트의 강도는 분자 내 황 원자 사이의 반데르발스 힘에 좌우된다. 온도를 올리면 분자 진동이 서서히 증가하여 반데르발스 힘을 극복하고 탄성을 갖게 된다. 에보나이트 혼합물 밀도는 에서 정도이다. 재가열된 에보나이트는 형상 기억 효과를 보이며, 일정 제한 조건 내에서 쉽게 모양을 변형할 수 있다. 황 함량에 따라 에보나이트는 70°C에서 80°C의 연화 온도를 갖는다.

2. 2. 자외선 및 일광 노출

에보나이트는 자외선에 노출되면 산화된다.^[23] 수분에 노출되면 물과 표면의 황이 결합하여 흡습성이 매우 높은 황산염과 황산을 생성한다.^[23] 황산염은 공기 중의 수증기를 응축하여 표면에 습윤성이 높은 막을 형성한다.^[23] 이 과정은 에보나이트 겉부분을 점차 회녹색에서 갈색으로 변색시키고 전기 표면 저항을 급격히 저하시킨다.^[23]

자외선 영역의 햇빛에 노출되면 경질 고무가 산화된다.^[6] 이후 수분에 노출되면 표면의 황과 물이 결합하여 흡습성이 매우 강한 황산염과 황산을 생성한다.^[6] 황산염은 공기 중의 수분을 응축시켜 표면에 친수성 막을 형성하며, 이는 우수한 젖음성을 나타낸다.^[6] 이러한 노화 과정은 표면색을 점차 회색에서 녹색, 또는 갈색으로 변색시키고 전기 표면 저항을 빠르게 저하시킨다.^[6]

3. 오염

에보나이트는 전자제품에 사용될 때 오염 문제가 있었다. 제조 과정에서 에보나이트는 금속 호일 판 사이에 말려지는데, 이 과정에서 소량의 금속이 벗겨졌다.^[24] 전자 제품에 사용하기 위해서는 에보나이트 표면을 갈아서 금속 입자를 제거해야 했다.^[24]^[7]

4. 활용

2014년 제작 녹색/검정색 물결 무늬 에보나이트 만년필과 2017년 제작 검정색 에보나이트 만년필

에보나이트는 볼링공(20세기 초)^[25], 전기 플러그, 담뱃대의 마우스피스(폴리메타크릴산 메틸도 많이 사용됨), 낚시 릴, 하키 퍽, 만년필 본체 및 펜촉 피드^[26]^[27], 색소폰 및 클라리넷 마우스피스, 습도 안정성이 중요한 클라리넷 본체^[28], 바퀴 부품, 정전기 실험^[29], 자동차 배터리 껍데기, 빗, 희석된 염산 저장 용기^[30] 등 다양한 곳에 사용되었다. 하지만, 시간이 지나면서 다른 소재로 대체되어 현재는 사용이 줄어들었다.

4. 1. 과거

20세기 초 볼링공에 에보나이트가 사용되었지만, 다른 소재로 대체되며 점차 사라졌다.^[25] 전기 플러그, 담뱃대의 마우스피스(폴리메타크릴산 메틸도 많이 사용됨), 낚시 릴, 하키 퍽, 만년필^[26]^[27] 본체 및 펜촉 피드, 색소폰 및 클라리넷의 마우스피스, 심지어는 습도 안정성이 중요한 클라리넷 본체에도 사용되었다.^[28] 바퀴 성분에서도 흔히 볼 수 있다. 정전기를 설명하기 위해 물리학에서 흔히 사용되는데, 이는 에보나이트가 음전하로 대전되기 매우 쉽기 때문이다.

에보나이트는 수년간 자동차 배터리 껍데기에 사용되어, 폴리프로필렌과 같은 더 강한 플라스틱으로 대체된 후에도 검은색이 보편적인 색상으로 자리 잡았다. 현재 뉴웰 러버메이드의 자회사인 에이스에서 만든 빗에 수십 년 동안 사용되었지만, 현재 모델은 플라스틱으로만 생산되는 것으로 알려져 있다.^[29]

에보나이트는 희석된 염산이 들어 있는 다양한 저장용 용기의 부식 방지 척도로 사용된다. 상온 이상의 온도에서 불산을 보관하거나 장기간 보관할 때 기포를 형성한다.^[30]

4. 2. 현재

20세기 초 볼링공에 에보나이트가 사용되었지만, 다른 소재로 대체되며 점차 사라졌다.^[25] 전기 플러그, 담뱃대의 마우스피스 (폴리메타크릴산 메틸도 많이 사용됨), 낚시 릴, 하키 퍽, 만년필^[26]^[27] 본체 및 펜촉 피드, 색소폰 및 클라리넷의 마우스피스, 심지어는 습도 안정성이 중요한 클라리넷 본체에도 사용되었다.^[28] 바퀴 성분에서도 흔히 볼 수 있다. 또한 물리학에서 정전기를 설명하기 위해 흔히 사용되는데, 이는 에보나이트가 음전하로 대전되기 매우 쉽기 때문이다.

에보나이트는 수년간 자동차 배터리의 껍데기에 사용되어서, 폴리프로필렌과 같은 더 강한 플라스틱으로 대체된 후에도 검은색이 보편적인 색상으로 자리 잡았다. 현재 뉴웰 러버메이드의 자회사인 에이스에서 만든 빗에 수십 년 동안 사용되었지만, 현재 모델은 플라스틱으로만 생산되는 것으로 알려져 있다.^[29]

에보나이트는 희석된 염산이 들어 있는 다양한 저장용 용기의 부식 방지 척도로 사용된다. 상온 이상의 온도에서 불산을 보관하거나 장기간 보관할 때 기포를 형성한다.^[30]

참조

_[1] 웹사이트 Hartgummi (Ebonite) https://web.archive.[...] 2014-11-30
_[2] 웹사이트 eboDUST Ebonite/Hard-rubber dust https://web.archive.[...] 2014-11-30
_[3] 서적 vulcanite http://unabridged.me[...] Merriam-Webster
_[4] 서적 History of Polymeric Composites VSP
_[5] 저널 ICE Virtual Library https://www.icevirtu[...] Institute of Civil Engineers 1912-01-00
_[6] 웹사이트 Care of Objects Made from Rubber and Plastic - CCI Notes 15/1 https://web.archive.[...] Canadian Conservation Institute 2015-08-28
_[7] 서적 Hard Rubber Compounds https://www.taylorfr[...] Routledge 2021-05-30
_[8] 웹사이트 Bowling Balls: An In-Depth Overview http://www.bowlingth[...] 2015-08-29
_[9] 웹사이트 What Is Ebonite? https://unsharpen.co[...] 2021-07-19
_[10] 웹사이트 Ebonite http://www.fountainp[...] 2022-04-02
_[11] 웹사이트 Woodwinds & Brass Articles : The Music Room https://www.wwbw.com[...]
_[12] 문서 An easy way to identify a hard rubber comb
_[13] 웹사이트 Chemical Resistance Chart for Ebonite and various other Materials https://www.jasperen[...]
_[14] 웹사이트 生ゴムに橋を架けて作られるエボナイト https://masahiro.gr.[...] masahiro万年筆製作所 2024-10-04
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_[21] 서적 인용 History of Polymeric Composites VSP
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