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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 다양한 포장 완충재들 간의 충격이나 진동에 대한 물리적 완충 특성을 비교 분석한 자료를 제공함으로써 부하에 따른 최적 완충재를 선택하고, 그 사용량을 최소화하여 재료비를 절감시키고, 이에 따른 포장물의 부피 축소로부터 물류비용을 절감시킴과 동시에, 동일한 완충성능의 완충재에 대하여 환경 친화적 포장 재료의 사용을 유도하는 등 포장시스템 전반에 걸쳐 보다 효율적인 모델을 제공하고자 한다.
제안 방법
- 실험 재료의 온습도의 영향을 최소화하기 위해 KS M ISO 187에 규정된 표준 대기 조건(23 ± 1℃, 50 ± 3% RH) 에서 72 hr 동안 전처리한 후(ISTA Test Procedure 2A, 2007), 진동 및 충격실험을 수행하였다.
- 온습도 변화에 민감한 지류 완충재의 완충성능 변화를 확인하기위해 지류 완충재를 고온 다습 조건(38±1℃, 85±5% RH)에서 72 hr동안 전처리한 후(ISTA Test Procedure 2A, 2007), 충격실험을 수행하였다.
- 전처리를 위해 항온항습기(PL-4KPH, ESPEC, Japan), 충격실험을 위해 Precision Drop Tester(PDT-227, Lansmont, USA), FFT Analyzer(TP3, Lansmont, USA) 및 Accelerometer (353B34/353B18, PCB Piezotronics, USA), 진동실험을 위해 Vibration Test System(CV-700, IMV, Japan)와 Accelerometer (VP-31/VP-02S, IMV, Japan)가 사용되었다.
- 특정 무게를 가진 Steel Plate에 가속도 센서를 부착하고, 특정한 높이(ISTA, 2008)에서 정해진 면적과 두께를 가진 완충재(Test Block) 상에 자유 낙하시켜 충격가속도를 계측하였다(Fig. 3). 실험조건은 Table 2와 같으며, 각 Plate에 대해 3회씩 실험하여 계측된 데이터의 평균값을 완충곡선을 구하는 데에 사용하였으며, 매 측정시마다 새로운 실험 재료를 사용하였다.
- 특정 무게를 가진 Steel Plate에 응답용 가속도 센서를 부착하고, 해당 실험재료로써 Steel Plate의 상면 및 하면을 고정하여 포장상자에 넣고, Table 1의 진동실험조건(KS R 1034)으로 진동을 가하여 완충재의 탄성에 따른 공진 진동수 및 그 시점에서 발생되는 최대 가속도를 측정하였다(Fig. 2)
대상 데이터
- 1에 나타낸 바와 같이 상용 완충재료 5종 이며, 이들 재료의 완충성능을 상호 비교하기 위하여 두께를 51 mm로 통일하였다. Corrugated Pad 완충재는 A골 양면골판지 10겹으로 구성되었고, Honeycomb 완충재는 공극밀도(Pore density)가 76 pore/100 cm2이며, EPS(Expanded Polystyrene), EPE(Expanded Polyethylene) 및 EPU(Expanded Polyurethane) 완충재의 밀도는 각각 15 kg/m3, 20 kg/m3, 40 kg/m3이었다.
- 본 연구에서 공시된 재료는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 상용 완충재료 5종 이며, 이들 재료의 완충성능을 상호 비교하기 위하여 두께를 51 mm로 통일하였다. Corrugated Pad 완충재는 A골 양면골판지 10겹으로 구성되었고, Honeycomb 완충재는 공극밀도(Pore density)가 76 pore/100 cm2이며, EPS(Expanded Polystyrene), EPE(Expanded Polyethylene) 및 EPU(Expanded Polyurethane) 완충재의 밀도는 각각 15 kg/m3, 20 kg/m3, 40 kg/m3이었다.
- 3). 실험조건은 Table 2와 같으며, 각 Plate에 대해 3회씩 실험하여 계측된 데이터의 평균값을 완충곡선을 구하는 데에 사용하였으며, 매 측정시마다 새로운 실험 재료를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 지류 완충재들의 완충성능은 온습도 변화에 매우 민감하며, 충격 후 복원성이 거의 없으므로 반복 충격에 대하여는 매우 취약하였다. 그러나 CorruPad의 경우, 충격흡수시간이 비교적 짧고 구조가 단단하여 제품의 유동을 허용하지 않기 때문에 무겁고 단단한 제품을 포장할 때, 고정재겸 완충재로 사용할 수 있다.
- 2) 합성 유기화학성분의 플라스틱 완충재들(EPS, EPE, EPU)은 온습도 변화에 덜 민감하고, 복원성 및 탄성이 우수하므로 반복 충격에 대하여 양호한 완충성능을 유지한다. 특히, EPS Foam 완충재는 진동 및 충격에 대한 우수한 완충성능을 보였으며, 일반적인 완충재로 가장 적합한 재료임을 확인할 수 있었다.
- 3) 결론적으로, 완충재의 재질별 진동 및 충격에 대한 완충특성을 비교 분석함으로써 포장 내용물의 특성 및 용도에 따라 최적의 완충성능을 발휘하는 재료를 선택할 수 있었다. 이에 따라 제품에 따른 최적의 완충성능을 가진 완충재를 사용함으로써 사용량을 줄이고, 적재 공간을 늘여 물류비용을 절감시킬 수 있을 것이다.
- B). 따라서 CorruPad type경우 완충성능은 우수하지 않지만, 제품이 단단하고 충격시 변형이 되어서는 안 되는 중량물의 포장에는 적합할 것으로 사료된다.
- 8을 통해 확인할 수 있다. 또한 49 N의 가벼운 하중이 작용될 때 CorruPad는 충격을 한 번에 그대로 흡수하고 있으나(Fig 8. A), 196 N의 경우는 골의 붕괴를 통해 완충작용이 이루어지고 있으며 그 만큼 충격흡수시간이 길어짐을 확인할 수 있었다(Fig 8. B). 따라서 CorruPad type경우 완충성능은 우수하지 않지만, 제품이 단단하고 충격시 변형이 되어서는 안 되는 중량물의 포장에는 적합할 것으로 사료된다.
- EPS Foam의 경우 진동실험에 이어 충격실험에서도 모든 부하에 대하여 전반적으로 양호한 완충성능을 보여주었다. 반면, CorruPad 완충재의 경우에는 표준대기조건에서 전반적으로 충격가속도값이 높게 측정되어 완충성능이 좋지 않음을 확인할 수 있었다. 이는 CorruPad type이 Honeycomb이나 EPS 등 다른 완충재에 비해 물결모양의 조밀한 골을 가진 단단한 구조이므로 충격흡수시간이 비교적 짧고 상대적으로 완충성능이 좋지 못함을 Fig.
- 7에서 보여지는 바와 같이 온습도에 영향에 따라 충격흡수성능이 민감한 차이를 보임을 확인할 수 있었다. 즉, 고온고습조건에서는 재질이 종이류이므로 수분을 함유함에 따라 재질이 부드러워지고(Soft), 변형이 용이해지므로 충격값이 낮아지지만, 중량물에 대해서는 그 성능이 급격히 저하되었다.2)
- 지류 완충재들은 Fig. 7에서 보여지는 바와 같이 온습도에 영향에 따라 충격흡수성능이 민감한 차이를 보임을 확인할 수 있었다. 즉, 고온고습조건에서는 재질이 종이류이므로 수분을 함유함에 따라 재질이 부드러워지고(Soft), 변형이 용이해지므로 충격값이 낮아지지만, 중량물에 대해서는 그 성능이 급격히 저하되었다.
- 2) 합성 유기화학성분의 플라스틱 완충재들(EPS, EPE, EPU)은 온습도 변화에 덜 민감하고, 복원성 및 탄성이 우수하므로 반복 충격에 대하여 양호한 완충성능을 유지한다. 특히, EPS Foam 완충재는 진동 및 충격에 대한 우수한 완충성능을 보였으며, 일반적인 완충재로 가장 적합한 재료임을 확인할 수 있었다. 그러나 폐기물로써의 환경부하의 원인이 되는 약점이 있으므로 재활용 기술 및 재활용율 증가 방안에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
후속연구
- 특히, EPS Foam 완충재는 진동 및 충격에 대한 우수한 완충성능을 보였으며, 일반적인 완충재로 가장 적합한 재료임을 확인할 수 있었다. 그러나 폐기물로써의 환경부하의 원인이 되는 약점이 있으므로 재활용 기술 및 재활용율 증가 방안에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
- 이에 따라 제품에 따른 최적의 완충성능을 가진 완충재를 사용함으로써 사용량을 줄이고, 적재 공간을 늘여 물류비용을 절감시킬 수 있을 것이다. 또한 동일한 비용과 성능의 완충재라면, 보다 환경 친화적인 재료를 사용하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.
- 3) 결론적으로, 완충재의 재질별 진동 및 충격에 대한 완충특성을 비교 분석함으로써 포장 내용물의 특성 및 용도에 따라 최적의 완충성능을 발휘하는 재료를 선택할 수 있었다. 이에 따라 제품에 따른 최적의 완충성능을 가진 완충재를 사용함으로써 사용량을 줄이고, 적재 공간을 늘여 물류비용을 절감시킬 수 있을 것이다. 또한 동일한 비용과 성능의 완충재라면, 보다 환경 친화적인 재료를 사용하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.
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