고무컴파운드의 주요조성이 물성에 미치는 영향 및 실험 디자인법에 따른 예측모델 개발 Effect of Major Components of Rubber Compounds on their Properties and development of Prediction Models based on Experimental Design Method원문보기
고무컴파운드의 주요조성이 물성에 미치는 영향 및 실험 디자인법에 따른 예측모델 개발
고무컴파운드는 보강제, 가교제, 노화방지제 등 무수히 많은 첨가물로 이루어져 있다. 고무컴파운드의 물리, 화학적 거동은 컴파운드의 조성에 따라 크게 영향을 받는다. 또한 각 조성에 따른 영향은 서로 교호작용을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 각 조성의 종류 및 함량에 대한 영향을 체계적으로 파악하는 것은 매우 어려운 과제 중의 하나이다. 고무컴파운드의 주요 조성의 함량에 따른 물성예측은 관련 산업계뿐만 아니라 연구계에서도 중요한 이슈로 알려져 있다.
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고무컴파운드의 주요조성이 물성에 미치는 영향 및 실험 디자인법에 따른 예측모델 개발
고무컴파운드는 보강제, 가교제, 노화방지제 등 무수히 많은 첨가물로 이루어져 있다. 고무컴파운드의 물리, 화학적 거동은 컴파운드의 조성에 따라 크게 영향을 받는다. 또한 각 조성에 따른 영향은 서로 교호작용을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 각 조성의 종류 및 함량에 대한 영향을 체계적으로 파악하는 것은 매우 어려운 과제 중의 하나이다. 고무컴파운드의 주요 조성의 함량에 따른 물성예측은 관련 산업계뿐만 아니라 연구계에서도 중요한 이슈로 알려져 있다.
실험계획법은 통계학적 기법으로 여러 가지 반응인자를 선택하여 배열하고 그 결과 치에 주는 영향을 체계적으로 분석할 수 있는 장점이 있다. 인자의 수가 작은 경우에는 실험회수가 그다지 크지 않기 때문에 실험계획의 설계가 용이하지만, 고무컴파운드와 같이 인자의 수가 많은 경우에는 실험회수가 기하급수적으로 늘어나기 때문에 현실적으로 모든 실험을 할 수 없게 된다. 따라서 실험회수를 줄이는 실험계획법의 선택이 필요하다. 2차함수의 회귀모형을 가정한 실험계획의 종류는 3k 요인배치법, 3 수준계의 일부 실시법, 중심합성 계획법, 회전계획법 등이 사용될 수 있다. 본 연구에서는 인자의 수가 많기 때문에 실험회수를 최소화 할 수 있는 중심합성 계획법을 선택하여 실험설계에 이용하였다.
2인자 5수준 실험에서는 카본블랙의 함량과 가교제인 황 함량을 5수준으로 변량하여 25개의 실험설계와 1회 반복 실험을 합하여 총 50개의 실험설계를 하였고, 배합과 제반 물성을 평가하였다. 물성으로는 무늬점도, 가교특성, 동적응력완화, 경도, 반발탄성, 인장특성, 커팅/치핑특성, 발열특성, 동적점탄성, 피코마모저항성을 선택하였다. 다중회귀분석법을 이용하여 2차 함수 형태의 회귀모델을 구하였다. 커팅/치핑과 노화 후 인장강도 항목에서 회귀계수 (R2)가 낮은 결과를 보였지만 나머지 대부분의 물성항목에서는 0.9이상의 매우 유의한 회귀모델을 얻을 수 있었다.
5인자 5수준 실험에서는 인자를 카본블랙과 황 이외에 추가적으로 가황촉진제, 가교활성화제인 산화아연과 스테아린산, 그리고 공정조제인 오일을 선택하였고, 모든 인자에 대해 5수준의 함량변량을 하였다. 실험설계는 중심합성 계획법을 변형시킨 반중심합성 계획법을 이용하여 총 33회의 실험설계를 하였다. 측정된 물성은 2인자 5수준과 동일한 항목에 대해 측정하였다. 2차 항까지를 포함한 회귀모델을 다중회귀분석법으로 구하였다. 5인자 5수준실험에서도 일부 파괴물성에 대한 회귀계수는 낮았지만 대체로 0.9이상의 높은 유의수준을 나타내었다. 또한 얻어진 회귀모델에 대한 추가 검증실험을 통하여 대부분의 기본적인 물성에 대해 대단히 높은 예측력을 보였다.
결론적으로 본 연구에서 도출된 5인자 5수준 회귀모델은 일반적인 물성예측을 위한 실험인자 설계 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 전망되고 있다. 향후 본 연구의 회귀식을 보다 편리하게 활용할 수 있는 소프트웨어 개발이 이루어진다면 더 많은 기여를 할 수 있을 것으로 전망된다.
고무컴파운드의 주요조성이 물성에 미치는 영향 및 실험 디자인법에 따른 예측모델 개발
고무컴파운드는 보강제, 가교제, 노화방지제 등 무수히 많은 첨가물로 이루어져 있다. 고무컴파운드의 물리, 화학적 거동은 컴파운드의 조성에 따라 크게 영향을 받는다. 또한 각 조성에 따른 영향은 서로 교호작용을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 각 조성의 종류 및 함량에 대한 영향을 체계적으로 파악하는 것은 매우 어려운 과제 중의 하나이다. 고무컴파운드의 주요 조성의 함량에 따른 물성예측은 관련 산업계뿐만 아니라 연구계에서도 중요한 이슈로 알려져 있다.
실험계획법은 통계학적 기법으로 여러 가지 반응인자를 선택하여 배열하고 그 결과 치에 주는 영향을 체계적으로 분석할 수 있는 장점이 있다. 인자의 수가 작은 경우에는 실험회수가 그다지 크지 않기 때문에 실험계획의 설계가 용이하지만, 고무컴파운드와 같이 인자의 수가 많은 경우에는 실험회수가 기하급수적으로 늘어나기 때문에 현실적으로 모든 실험을 할 수 없게 된다. 따라서 실험회수를 줄이는 실험계획법의 선택이 필요하다. 2차함수의 회귀모형을 가정한 실험계획의 종류는 3k 요인배치법, 3 수준계의 일부 실시법, 중심합성 계획법, 회전계획법 등이 사용될 수 있다. 본 연구에서는 인자의 수가 많기 때문에 실험회수를 최소화 할 수 있는 중심합성 계획법을 선택하여 실험설계에 이용하였다.
2인자 5수준 실험에서는 카본블랙의 함량과 가교제인 황 함량을 5수준으로 변량하여 25개의 실험설계와 1회 반복 실험을 합하여 총 50개의 실험설계를 하였고, 배합과 제반 물성을 평가하였다. 물성으로는 무늬점도, 가교특성, 동적응력완화, 경도, 반발탄성, 인장특성, 커팅/치핑특성, 발열특성, 동적점탄성, 피코마모저항성을 선택하였다. 다중회귀분석법을 이용하여 2차 함수 형태의 회귀모델을 구하였다. 커팅/치핑과 노화 후 인장강도 항목에서 회귀계수 (R2)가 낮은 결과를 보였지만 나머지 대부분의 물성항목에서는 0.9이상의 매우 유의한 회귀모델을 얻을 수 있었다.
5인자 5수준 실험에서는 인자를 카본블랙과 황 이외에 추가적으로 가황촉진제, 가교활성화제인 산화아연과 스테아린산, 그리고 공정조제인 오일을 선택하였고, 모든 인자에 대해 5수준의 함량변량을 하였다. 실험설계는 중심합성 계획법을 변형시킨 반중심합성 계획법을 이용하여 총 33회의 실험설계를 하였다. 측정된 물성은 2인자 5수준과 동일한 항목에 대해 측정하였다. 2차 항까지를 포함한 회귀모델을 다중회귀분석법으로 구하였다. 5인자 5수준실험에서도 일부 파괴물성에 대한 회귀계수는 낮았지만 대체로 0.9이상의 높은 유의수준을 나타내었다. 또한 얻어진 회귀모델에 대한 추가 검증실험을 통하여 대부분의 기본적인 물성에 대해 대단히 높은 예측력을 보였다.
결론적으로 본 연구에서 도출된 5인자 5수준 회귀모델은 일반적인 물성예측을 위한 실험인자 설계 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 전망되고 있다. 향후 본 연구의 회귀식을 보다 편리하게 활용할 수 있는 소프트웨어 개발이 이루어진다면 더 많은 기여를 할 수 있을 것으로 전망된다.
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