600V용 비닐절연전선의 절연체로 사용되는 PVC의 열적 열화 특성을 열중량분석과 가속열화시험을 이용하여 연구하였다. TGA를 이용한 활성화에너지는 Kissinger method와 Flynn-Wall-Ozawa method를 이용하여 측정하였다. 활성화에너지를 계산한 결과 600V용 PVC 절연전선은 89.29 kJ/mol～111.39 kJ/mol, 내열 PVC절연전선은 97.80 kJ/mol～119.25 kJ/mol로 나타났다. 또한, 저온인 80, 90, 10$0^{\circ}C$에서 장기가속열화를 통한 활성화에너지를 아레니우스 방정식을 이용하여 계산하였다. 그 결과 PVC 절연전선은 92.16 kJ/mol,내열 PVC절연전선은 97.52kJ/mol로 나타났다. 연구결과에 있어 600V내열 PVC절연 전선이 PVC 절연전선에 비해 활성화에너지가 큼을 알 수 있었으며, 사용 수명을 예측함에 있어서도 장기적으로 안정함을 예측할 수 있다.
600V용 비닐절연전선의 절연체로 사용되는 PVC의 열적 열화 특성을 열중량분석과 가속열화시험을 이용하여 연구하였다. TGA를 이용한 활성화에너지는 Kissinger method와 Flynn-Wall-Ozawa method를 이용하여 측정하였다. 활성화에너지를 계산한 결과 600V용 PVC 절연전선은 89.29 kJ/mol～111.39 kJ/mol, 내열 PVC절연전선은 97.80 kJ/mol～119.25 kJ/mol로 나타났다. 또한, 저온인 80, 90, 10$0^{\circ}C$에서 장기가속열화를 통한 활성화에너지를 아레니우스 방정식을 이용하여 계산하였다. 그 결과 PVC 절연전선은 92.16 kJ/mol,내열 PVC절연전선은 97.52kJ/mol로 나타났다. 연구결과에 있어 600V내열 PVC절연 전선이 PVC 절연전선에 비해 활성화에너지가 큼을 알 수 있었으며, 사용 수명을 예측함에 있어서도 장기적으로 안정함을 예측할 수 있다.
Thermal degradation of PVC which used for insulator of 600V vinyl insulated wire has been studied by thermo gravimetry analysis and accelerated thermal aging test. The activation energy using thermo gravimetry analysis was determined by the kinetic methods, such as Kissinger and Flynn-Wall-Ozawa. Th...
Thermal degradation of PVC which used for insulator of 600V vinyl insulated wire has been studied by thermo gravimetry analysis and accelerated thermal aging test. The activation energy using thermo gravimetry analysis was determined by the kinetic methods, such as Kissinger and Flynn-Wall-Ozawa. The activation energy was determined to from 89.29 kJ/mol to 111.39 kJ/mol in 600V PVC insulated wire and from 97.80 kJ/mol to 119.25 kJ/mol in 600v heat-resistant PVC insulated wire. And also, the activation energy through a long-term thermal aging test was calculated by using Arrhenius equation In the low temperature of 8$0^{\circ}C$, 9$0^{\circ}C$, 10$0^{\circ}C$. The results showed that 600V PVC insulated wire was 92.16 kJ/mol, and 600v heat-resistant PVC insulated wire was 97.52 kJ/mol. Consequently, the activation energy of 600V heat-resistant PVC insulated wire is larger than 600V PVC insulated wire. Therefore, it can be predicted that 600V heat-resistant PVC insulated wire has a long-term stability relatively.
Thermal degradation of PVC which used for insulator of 600V vinyl insulated wire has been studied by thermo gravimetry analysis and accelerated thermal aging test. The activation energy using thermo gravimetry analysis was determined by the kinetic methods, such as Kissinger and Flynn-Wall-Ozawa. The activation energy was determined to from 89.29 kJ/mol to 111.39 kJ/mol in 600V PVC insulated wire and from 97.80 kJ/mol to 119.25 kJ/mol in 600v heat-resistant PVC insulated wire. And also, the activation energy through a long-term thermal aging test was calculated by using Arrhenius equation In the low temperature of 8$0^{\circ}C$, 9$0^{\circ}C$, 10$0^{\circ}C$. The results showed that 600V PVC insulated wire was 92.16 kJ/mol, and 600v heat-resistant PVC insulated wire was 97.52 kJ/mol. Consequently, the activation energy of 600V heat-resistant PVC insulated wire is larger than 600V PVC insulated wire. Therefore, it can be predicted that 600V heat-resistant PVC insulated wire has a long-term stability relatively.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 옥내배선용 비닐절연전선의 피복에 사용되는 PVC에 대한 열중량분석 (TGA : Thermo gravimetric analysis)과 가속열화(Accelerated thermal aging) 시험을 실시하고 Kissinger method, Flynn-Wall- Ozawa method, 아레니우스 방정식을 통해 PVC의 열 적열화에 따른 수명도를 평가하는데 기초자료로 활용 할 수 있는 활성화에너지를 구하였다.
제안 방법
PVC의 열적 열화에 대한 특성 변화를 분석하기 위해 가속열화를 수행하였다. 시료는 시판중인 600V PVC 절연전선과 600V 내열 PVC 절연전선의 2.
국내에서 옥내 배선재료로 많이 사용되고 있는 600V 비닐절연 전선의 절연재료로 사용되는 PVC를 사용하였다. PVC의 열적 열화에 따른 특성 변화를 측정하기 위하여 열중량분석과 가속열화를 수행하였으며, 시료는600V PVC 절연전선(IV : PVC Insulated wire)과 600V 내열 PVC 절연전선 (HIV : Heat-resistant PVC Insulated wire)의 2.0mm(내경 2.0mm, 외경 3.2mm)에서 각각의 측정에 적합하게 시료를 가공하여 사용하였다.
0 mm에서 절연체를 각각 100mm의 길이로 60S개씩 준비하였다. 가속열화 조건은 80, 90, lOCTC로 설정된 3대의 Oven 에 시료를 각각 200개씩 넣고, 일정한 간격으로 각각의 시료를 채취한 후 무게변화와 신율변화를 측정하였다. 신율변화는 ISO 527 part 2 규격에 따라 표점거리 를 20 mm로 하였으며, 식(3)을 이용하여 각 가속열화 조건에 따른 신율변화를 측정하였다.
전선 피복용 PVC의 열적 열화에 대한 특성 변화를분석하기 위해 TGA(TA instrument, Model 2950)를 이 용하였다. 시료는 시판중인 600V PVC 절연전선과 600V 내열 PVC 절연전선의 2.0 mm에서 절연체를 각각 10 mg 씩 절단하여 공기분위기에서 100℃까지 등온을 유지한 후 5, 10, 20, SOP/min.의 승온속도로 열중량 분석을 관찰하였으며, 반응속도 차에 의한 열분해 활성화에너지를 Kinssinger method와 Flynn-Wall-Ozawa method을 이용하여 계산하였다.
각 승온속도β에서의 중량감소와 온도에 대해 직접적으로 반응차수에 관계없이 적분법으로 활성화에너지 를 구하는 Flynn-Wall-Ozawa method의 방정식은 식(2) 와 같다. 식(2)를 이용하여 활성화에너지를 구하기 위하여 본 연구에서는 conversion level을 5, 10, 15, 20, 25, 30%로 설정하여 5, 10, 20, 50℃/min.의 승온속도로 측정한 열중량 감소곡선을 이용하였다.
대상 데이터
국내에서 옥내 배선재료로 많이 사용되고 있는 600V 비닐절연 전선의 절연재료로 사용되는 PVC를 사용하였다. PVC의 열적 열화에 따른 특성 변화를 측정하기 위하여 열중량분석과 가속열화를 수행하였으며, 시료는600V PVC 절연전선(IV : PVC Insulated wire)과 600V 내열 PVC 절연전선 (HIV : Heat-resistant PVC Insulated wire)의 2.
PVC의 열적 열화에 대한 특성 변화를 분석하기 위해 가속열화를 수행하였다. 시료는 시판중인 600V PVC 절연전선과 600V 내열 PVC 절연전선의 2.0 mm에서 절연체를 각각 100mm의 길이로 60S개씩 준비하였다. 가속열화 조건은 80, 90, lOCTC로 설정된 3대의 Oven 에 시료를 각각 200개씩 넣고, 일정한 간격으로 각각의 시료를 채취한 후 무게변화와 신율변화를 측정하였다.
전선 피복용 PVC의 열적 열화에 대한 특성 변화를분석하기 위해 TGA(TA instrument, Model 2950)를 이 용하였다. 시료는 시판중인 600V PVC 절연전선과 600V 내열 PVC 절연전선의 2.
이론/모형
600V 비닐절연전선에 사용되는 PVC를 이용하여 열 중량분석과 가속열화시험을 통한 Data를 Kissinger method, Flynn-Wall-Ozawa method 및 가속 열노화 이론에 적용하여 활성화에너지를 계산한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
Fig. 3은 600V PVC 절연전선과 600V 내열 PVC 절연전선에 대한 열중량 분석을 통해 승온속도와 최대 중량변화율을 나타내는 온도를 Kissinger method에 적용하여 ln(0/T%) 과 1/Tm의 관계를 도시한 것으로 이 기울기로부터 활성화에너지는 계산할 수 있다. 각 승온속도에서의 최대 중량변화를 나타내는 온도는 Table 과 2에 나타내었다.
Fig. 4와 5는 600V PVC 절연전선과와 600V 내열 PVC 절연전선에 대한 열중량 분석을 통해 승온속도 와 5, 10, 15, 20, 25, 30%의 conversion level에서의 온도를 Flynn-Wall-Ozawa method에 적용하여 log(0)와 1/Tm 의 관계를 도시한 것으로 이 기울기들로부터 활성화에너지는 계산할 수 있다. Fig.
5. Plots of log(p) versus 1/Tm with weight loss from 5% to 30% in steps of 5% according to Flynn-Wall-Ozawa method (600V HIV).
4. Plots of log(p) versus 1/Tm with weight loss from 5% to 30% in steps of 5% according to Flynn-Wall-Ozawa method (600V IV).
0 mm에서 절연체를 각각 10 mg 씩 절단하여 공기분위기에서 100℃까지 등온을 유지한 후 5, 10, 20, SOP/min.의 승온속도로 열중량 분석을 관찰하였으며, 반응속도 차에 의한 열분해 활성화에너지를 Kinssinger method와 Flynn-Wall-Ozawa method을 이용하여 계산하였다.
활성화에너지는 노화전 신율을 기준으로 노화 후 측정한 신율이 절반(50%)으로 떨어지면 그 순간이 전선이 더 이상 사용되지 못하는 한계점으로 보고 그동안 의 시간을 측정하고 아레니우스 방정식으로부터 유도된 식 (4)을 이용하여 계산하였다.
성능/효과
1) Kissinger method와 Flynn-Wall-Ozawa method를 이용하여 600V 비닐절연전선의 피복용 PVC의 활성화 에너지를 계산한 결과 PVC 절연전선은 111.39 kJ/mol, 89.29 kJ/mol, 내열 PVC 절연전선은 119.25 kJ/mol, 97.80 kJ/mol로 나타났다.
2) 저온인 80℃, 90℃, lOtPC에서 장기 가속열화를 통한 600V 비닐절연전선의 피복용 PVC의 활성화에너 지를 아레니우스 방정식을 이용하여 계산한 결과 PVC 절연전선은 92.16 kJ/mol, 내열 PVC 절연전선은 97.52 kJ/mol로 나타났다.
3) 연구결과에 있어 600V 내열 PVC 절연전선이 PVC 절연전선에 비해 활성화에너지가 큼을 알 수 있었으며, 사용 수명을 예측함에 있어서도 장기적으로 안정함을 예측할 수 있다.
Kissinger method와 Flynn-Wall-Ozawa method를 이용하여 활성화에너지를 계산한 결과 600V 내열 PVC 절연전선이 600V PVC 절연전선에 비해 활성화에너지가 높음을 알 수 있었다. 이는 열적인 안정성이 열중량 분석결과와 마찬가지로 600V 내열 PVC 절연전선이 좋음을 알 수 있었다.
1은 승온속도에 따른 600V PVC 절연전선의 열 중량 분해 곡선을 나타낸 것이다. 승온속도가 느릴수 록 더욱 산화반응이 활발히 진행됨을 알 수 있으며, 승 온속도가 증가할수록 열중량 분해 곡선은 우측으로 이동되어 같은 Conversion level에서 분해온도가 높음을 알 수 있다. Fig.
또한, 열중량 분해 곡선에서 중량 변화율이 같은 온도에 있어 600V PVC 절연전선이 높음을 알 수 있다. 이 결과로부터 600V 내열 PVC 절연전선이 열적인 안정성이 우수함을 실험적으로 확인할 수 있었다.
52 kJ/mol이다. 장기 가속열화를 통한 신율변화에 있어 측정결과는 600V PVC 절연전 선이 그 변화의 폭이 작았으나 아레니우스 방정식을 이용하여 활성화에너지를 계산한 결과 600V 내열 PVC 절연전선이 더 우수함을 알 수 있었다.
6과 7은 공기 분위기에서 장기 가속열화를 통한 600V PVC 절연전선과 600V 내열 PVC 절연전선 의 신율변화 곡선을 나타낸 것이다. 초기 신율의 50%에 도달할 때까지의 신율변화를 나타낸 것으로 600V PVC 절연전선이 같은 노화온도에서 신율변화가 작음을 알 수 있으며, 또한 50%에 도달하는 시간에 있어서도 길어짐을 알 수 있다. 이는 600V 내열 PVC 절 연전선의 경우 내열성을 좋게 하기 위해 첨가되는 약제의 양이 600V PVC 절연전선에 비해 상대적으로 많기 때문에 신율 변화가 더 빠른 것으로 판단된다.
Chung-Seog Choi, 'The Properties Annalysis of 600V Grade Polyvinyl Chloride Insulated Wire with Variation of Thermal Stress', T. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol. 15, No.1, pp108- 115(2001)
최충석, 송길목, 김향곤, 김동욱, 김동우, '열적피로에 의한 전원코드의 발화 특성과 전기화재의 분석에 관한 연구', 한국화재·소방학회, 춘계학술논문발표회논문집, pp164-170(2003)
옥경재, 오종용, 박민영, 이춘하, '오염된 절연재료의 Tracking 특성에 관한 연구', 한국화재·소방학회, 춘계학술논문발표회논문집, pp204-209(2003)
Kissinger H. E., Anal. Chem., 29A, 1702(1957)
Flynn J. H., Wall L. A., J. Res. Nat. Bur. Stand A Phys. Chem., 70A, 487(1966)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.