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문제 정의
- 따라서 전보(Kim et al, 2000)에서는 수산 시 설용 그물실의 자외선 열화기구에 대하여 연구한 바 있으며, 본 연구에서는 수산시설물의 내구성을 평가하기 위한 기초단계로 부력재 또는 프레임용 재질로 많이 사용되고 있는 3종류의 플라스틱 재료에 대하여 실내에서 촉진 내후성시험기를 사용하여 인공광원을 900시간 동안 조사한 후 시간의 경과에 따른 시료의 물성 변화를 측정하였으며, 각 표본시료의 표면 및 파면에 대한 전자현미경 촬영을 통하여 형태적 변화를 비교. 분석하였다.
제안 방법
- 본 실험에서는 전보(Kim et al, 2000)에서와 같이 자외선의 자외부 주 피크를 300zmi로 조정하였으며, 강우 효과를 재현하기 위하여 18분 간격으로 시료에 물이 뿌려지도록 하였다. 이 경우 실험 조 건은 광량이 0.
- 수산시설물의 내구성을 평가하기 위한 기초단 계로 부력재 또는 프레임용 재질로 많이 사용되고 있는 국산 고밀도 PE 및 고강도 PVC와 노르웨이 고밀도 PE에 대하여 인공광원을 조사한 후 시간의 경과에 따른 시료의 물성과 그 표면 및 파면의 형태적 변화를 비교. 분석하였다.
- 수산시설물의 부력재 또는 프레임용 재료로 많이 사용되고 있는 국내 고밀도 PE, 고강도 PVC 및 노르웨이 고밀도 PE의 3종에 대하여 인공광원을 100, 300, 600 및 900시간 조사한 후 인장 시험을 실시하고 잔여 인장 응력, 파단 신장률 및 탄성률의 변화를 조사한 결과는 각각 Fig. 2, 3 및 4와 같다.
- 이상과 같은 조건 하에서 인공광원을 계속해서 300시간 조사하게 되면 태양광에 의한 옥외 폭로시의 약 1년치의 광량과 같게 되므로 (Kim et al, 2000) 본 실험에서는 자외선 총조사 시간을 자연광원 약 3년치에 상당하는 900시간으로 하였으며, 자외선 조사 시간별 시료의 내후 성 변화를 즉정하기 위하여 100(광량 : 126M), 300(광량 : 378kJ, 600(광량 : 756&7) 및 900(광량 : 1,134kJ) 시간마다 각각의 시료 를 채집하였다. 채집된 시료는 만능시험기(Instron 4204)를 사용하여 표준상태에서 200mm/min의 속도로인장 시험을 행하였으며, 자외선이 조사되지 않는 미처리 상태의 시료에 대해서도 물성을 조사하였다.
- 이상과 같은 조건 하에서 인공광원을 계속해서 300시간 조사하게 되면 태양광에 의한 옥외 폭로시의 약 1년치의 광량과 같게 되므로 (Kim et al, 2000) 본 실험에서는 자외선 총조사 시간을 자연광원 약 3년치에 상당하는 900시간으로 하였으며, 자외선 조사 시간별 시료의 내후 성 변화를 즉정하기 위하여 100(광량 : 126M), 300(광량 : 378kJ, 600(광량 : 756&7) 및 900(광량 : 1,134kJ) 시간마다 각각의 시료 를 채집하였다. 채집된 시료는 만능시험기(Instron 4204)를 사용하여 표준상태에서 200mm/min의 속도로인장 시험을 행하였으며, 자외선이 조사되지 않는 미처리 상태의 시료에 대해서도 물성을 조사하였다.
- 한편 시료를 10勺nm Hg의 압력으로 금증착(Gold coating)시킨 후 주사형 전자현미경(JSM- 35, Jeol Co., Japan)에 의해 자외선 조사에 따른 시료의 표면 및 파면 형태의 변화를 분석하였다.
대상 데이터
- 1과 같다. 시료는 Table 1에서와 같이 국내 고밀도 PE(KHDPE) 및 고강도 PVC(Hi-PVC)와 노르웨 이 의 Helgeland Plast 사의 PolarCikel 고밀도 PE(NHDPE)의 3종이며, 시험편은 Fig. 1과 같은 Dog・bone형으로 전체 길이는 100mm 이다.
성능/효과
- 1) 자외선 조사 시간이 경과됨에 따라 세 시료 모두 인장 응력과 탄성률은 미처리된 초기의 그것보다 크게 감소하였으나, 파단 신장률의 경우 처음에는 증가하다가 다시 감소하는 불규칙 적인 경향을 나타내었다.
- 3) 전자현미경 촬영 결과, 자외선의 영향으로 시료의 표면에 물방울형상이 나타났으며, 자외 선 조사 시간이 경과됨 에 따라 분자구조의 분해로 인하여 작은 구멍이 확인되었다.
- 즉 파면이 길게 늘어져 있거나 굴곡을 이루고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 고강도 PVC의 경우 자외선 조사 후 300시간까지 는 자외선이 조사되기 전의 상태와 큰 차이는 없었으나, 900시간이 경과된 경우 파면에 물방울형 상이 현저하게 나타나 자외선의 영향을 받은 것이 확인되었다.
- 먼저 Fig. 2에서 보면, 자외선 조사 시간이 경과함에 따라 세 시료 모두 인장 응력이 거의 직선적으로 감소하기 시작하였으며, 옥외 폭로 3년치에 해당하는 900시간인 때의 잔여응력은 고강도 PVC 에서 94%로 가장 높게 나타나 실험 대상 재료 중에서 강도면에서는 자외선에 대한 내성이 가장 컸다. 그 다음은 국내 고밀도 PE와 노르웨이 고밀도 PE 가 각각 88%와 85%로 비슷한 경향을 나타내었다.
- 3은 자외선 조사 시간과 잔여파단 신장률과의 관계를 나타낸 것이다. 이것에서 보면 고강도 PVC의 경우 자외선 조사 시간이 경과함에 따라 파단 신장률이 계속 감소하였으며, 특히 600시간 이후에는 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 이에 비하여 고밀도 PE의 경우 광원이 작용하게 되면 처음에는 파단 신장률이 미처리된 상태의 그것보다 크게 증가하다가 시간이 경과할수록 감소하는 불규칙적인 경향을 보였다.
- 4는 자외선 조사 시간과 잔여 탄성률과의 관계를 나타낸 것이다. 이것에서 보면 세 시료 모두 시간이 경과됨에 따라 잔여탄성률이 감소하였으며, 900시간인 때의 잔여 탄성률은 노르웨 이 고 밀도 PE의 경우 71%로 가장 컸다. 그 다음은 국내 고밀도 PE 와 고강도 PVC의 순으로 각각 52%와 49%로 나타났으며, 특히 고강도 PVC의 경우에는 잔여응력이 94%로 가장 큰 것과 대조를 이루었 다.
- 이상과 같이 자외선 조사 시간의 변화에 따른 수산시설용 플라스틱 재료의 물성 변화를 분석해본 결과, 잔여 신장률과 탄성률이 상대적으로 높게 나타난 고밀도 PE의 경우 유연성이 크게 요구되는 양식시설용 프레임이나 부력재로 사용하고, 잔여 응력이 큰 반면 파단 신장률이 작은 고강도 PVC의 경우 부력재의 길이를 최대한 짧게 구성하는 것이 시설물의 내구성 증대에 보다 효과적이라고 사료된다. 한편 국내 고밀도 PE 는 잔여 응력과 파단 신장률에 있어서 노르웨이 고밀도 PE보다 높게 나타나 재료의 내후 성 측면에서 보다 우수한 것으로 확인되었다.
- 이상과 같이 자외선의 영향에 의한 플라스틱 재료의 표면 및 파면의 형태를 분석해본 결과, 자외선의 영향에 의해 시료의 표면이 녹거나 표면에 물방울형상이 뚜렷하게 나타났고 분자구조의 분해로 인해 작은 구멍이 생겼으며, 이로 인하여 시료의 인장 응력 등 물성이 저하된 것으로 사료된다. (Kirkwood, 1977).
- 이것에서 보면 고강도 PVC의 경우 자외선 조사 시간이 경과함에 따라 파단 신장률이 계속 감소하였으며, 특히 600시간 이후에는 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 이에 비하여 고밀도 PE의 경우 광원이 작용하게 되면 처음에는 파단 신장률이 미처리된 상태의 그것보다 크게 증가하다가 시간이 경과할수록 감소하는 불규칙적인 경향을 보였다. 이와 같은 현상은 고밀도 PE의 융점이 상대적으로 낮기 때문에 발생된 것으로 사료된다
- 이상과 같이 자외선 조사 시간의 변화에 따른 수산시설용 플라스틱 재료의 물성 변화를 분석해본 결과, 잔여 신장률과 탄성률이 상대적으로 높게 나타난 고밀도 PE의 경우 유연성이 크게 요구되는 양식시설용 프레임이나 부력재로 사용하고, 잔여 응력이 큰 반면 파단 신장률이 작은 고강도 PVC의 경우 부력재의 길이를 최대한 짧게 구성하는 것이 시설물의 내구성 증대에 보다 효과적이라고 사료된다. 한편 국내 고밀도 PE 는 잔여 응력과 파단 신장률에 있어서 노르웨이 고밀도 PE보다 높게 나타나 재료의 내후 성 측면에서 보다 우수한 것으로 확인되었다.
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