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문제 정의
- 본 논문에서는 ETFE 막재에 대해 다양한 온도 하에서의 재료특성 실험을 수행하였다. 첫째로, -20°C, 0°C, +20 °C, +40°C 하에서 각각 5 시험편을 이용하여 인장실험을 수행하였으며 , 각 온도하에서의 항복응력, 인장강도, 영계수를 도출하였다.
- 온도에 따른 막재료의 인열 강도를 알아보기 위한 시험을 수행하였다. 시험기는 CMT4204 마이크로컴퓨터 제어 고 .
- 온도에 따른 막재의 크리프특성을 알아보기 위한 시험을 수행하였다. 시험은 25°C, 40°C, 60。°에서각각 수행되었으며, 각 시험편에 하중으로 3MPa, 6MPa, 9MPa을 가하였다.
제안 방법
- 시험편의 직각 입구의 두께는 시험편을 시험기에 물리는 부분은 20mm이고, 실험온도는 항상 일정하게 조정하여 규정치에 이르도록 한다(T5°C, 0°C, 20°C). 200mm/min의 인장 속도 하에서 실험을 진행하여 그 결과를 기록하였다. 실험편이 잘리는 과정 중의 최대 부하치가 인열 하중이다.
- 첫째로, -20°C, 0°C, +20 °C, +40°C 하에서 각각 5 시험편을 이용하여 인장실험을 수행하였으며 , 각 온도하에서의 항복응력, 인장강도, 영계수를 도출하였다. 두 번째는 25。 40°C, 60°C하에서 각각 3MP, 6MP, 9MP의 하중을 가하여 각 온도에 따른 크리프 변형도를 알아보았다. 마지막으로, - 15°C, 0°C, 20。。하에서의 인열강도 시험을 수행하였다.
- 절취하였다. ETFE 므科는 양쪽방향(MD 및 TD)의 성능의 차이가 매우 작은 점을 고려하여, 본 실험에서는 너비방향 (TD)의 시험편만을 사용하는 것으로 하였다. 고 .
- O°c, 2O°C, 40°C, -2O°C 각 온도 하에서, 다섯 개씩의 시험편을 한 세트로 인장 실험을 진행하였다. 인장속도는 25mm/min로, 고정 장치 사이의 위치변화를 가지고 스트레인을 계산하였다.
- 60。°에서각각 수행되었으며, 각 시험편에 하중으로 3MPa, 6MPa, 9MPa을 가하였다. 표 1 및 그림 9는 온도에 따른 크리프 변형시 변형도 변화를 나타낸 것이다.
- 특히, ETFE막재의 영계수는 인장 실험을 통한 데이터를 이용하여 응력-변형 곡선상에 나타나는 강도 변곡점을 면밀히 분석하여 얻어져야 한다. 그동안 저자들은 일반적인 ETFE막재의 인장강도를 포함하는 재료적 특성을 조사하였으며, 실험을 통하여 일축 인장강도 특성, 속도에 따른 인장강도특성을 분석하여 발표하였다.红a© 발표된 연구들은 상온하에서 실험된 결과들이 대부분이다.
- 시험편의 모양과 치수는 그림10과 같다. 시험편은 절단펀칭을 사용하였고, 시험편이 잘릴 때 갈라진 틈이 벌어진 방향으로 시험편 방향을 정하였다. 시험편의 직각 입구의 두께는 시험편을 시험기에 물리는 부분은 20mm이고, 실험온도는 항상 일정하게 조정하여 규정치에 이르도록 한다(T5°C, 0°C, 20°C).
- 저온 상자를 통제하여서 오차범위는 ±1°C 로 조절하였다. 실험 중에 얻은 응력-변형도 곡선을 근거로 하여 각 온도 하에서의 ETFE 박막의 인장강도, 항복강도, 접선탄성계수와 할선탄성계수를 계산하여 도출하였다.
- 인장속도는 25mm/min로, 고정 장치 사이의 위치변화를 가지고 스트레인을 계산하였다. 실험기는 하중과 변형 데이터를 자동으로 기록한 후, 계산을 통하여 ETFE 박막의 응력-변형도 곡선을 얻어내었다. 응력 계산 중 사용한 시험편의 변형 전의 절단면 면적은, 변형 후에도 절단면이 줄어들지 않았은 것으로 간주하고 계산을 하였다.
- 실험기는 하중과 변형 데이터를 자동으로 기록한 후, 계산을 통하여 ETFE 박막의 응력-변형도 곡선을 얻어내었다. 응력 계산 중 사용한 시험편의 변형 전의 절단면 면적은, 변형 후에도 절단면이 줄어들지 않았은 것으로 간주하고 계산을 하였다. 실험시 주위 환경의 온도는 고 .
- 이상의 실험 방법에 의거하여 진행한 인장실험에서, 각각 다른 온도 하에서 ETFE 박막의 인장 곡선을 얻어냈다.<그림 7>은 각 온도 조건 하의 응력- 변형도 곡선이다.
- 인장실험으로부터 얻어진 응력-변형도 곡선을 분석함으로써 영계수, 파단점의 변형도, 접선 영계수, 활선 영계수와 같은 막재의 인장 특성을 다음과 같이 얻을 수 있었다. 파단 시 변형이 350-400% 반면에 장력 강성은 약 40.
- 고 . 저온을 유지해 줄 수 있는 상자의 용기의 체적이 제한되어 있기 때문에, 본문에서는 비교적 작은 치수의 시험편을 사용하여 실험을 진행하였으며, 온도 변화상황에 따라 재료의 데이터를 비교하였다. 0°C, 2 0°C, 40t!에서의 인장시험편은 너비가 7.
- 재료특성 실험을 수행하였다. 첫째로, -20°C, 0°C, +20 °C, +40°C 하에서 각각 5 시험편을 이용하여 인장실험을 수행하였으며 , 각 온도하에서의 항복응력, 인장강도, 영계수를 도출하였다. 두 번째는 25。 40°C, 60°C하에서 각각 3MP, 6MP, 9MP의 하중을 가하여 각 온도에 따른 크리프 변형도를 알아보았다.
대상 데이터
- 250/z m 두께의 투명한 ETFE 막재를 절취하였다. ETFE 므科는 양쪽방향(MD 및 TD)의 성능의 차이가 매우 작은 점을 고려하여, 본 실험에서는 너비방향 (TD)의 시험편만을 사용하는 것으로 하였다.
- 저온 전자 만능 실험기와 HD-10 두께 측정기가 이용되었다. 시험편의 두께는 200(1 이의 ETFE 박막 재료 (Covertex membranes Shanghai Co. Ltd. 제공)를 사용하였다. 시험편의 모양과 치수는 그림10과 같다.
성능/효과
- 1) 곡선의 모양은 일정히 유지되고, 재료는 여전히 점탄성의 특성을 지닌다.
- 1) 온도의 변화에 따라 ETFE 막재의 각각의 특성 (인장강도, 크리프, 인열강도)은 모두 온도환경에 적지 않은 영향을 받고 있음을 알 수 있었다.
- 2) 온도의 증가에 따라, 항복강도와 제2항 복강도 는 줄어든다. 상온인 20°C와 비교하면, -20。。 일 때 항복강도와 제2항복강도는 25〜30% 증가하고, 0°C일 때는 10% 이상 증가하고, 40°C 일 때는 20-25% 감소한다.
- 2) 인장강도 실험시 온도의 영향에도 불구하고 변형도-변위 곡선의 모양은 온도의 변화에 무관하게 일정히 유지되고, 재료는 여전히 점탄성의 특성을 지니고 있다.
- 3) 온도가 상승함에 따라 항복변형률은 하강 추세를 보인다. 상온인 -2(rc와 비교하면, -2(rc 일 때 항복변형률은 20% 가까이 증가하고, 0 °C 일 때는 약 10% 가량 증가하고, 40。。일 때는 20% 가까이 감소한다.
- 3) 크리프 시험시 상온 하에서 응력이 작을 때 재료는 그리 크지 않은 크리프를 만들지만, 온도가 올라감에 따라 크리프는 급속히 증가하며, 유연해지고 탄성계수는 감소하며 명확한 크리프 현상을 만든다.
- 4) -20°C〜20°C에서 접선탄성계수는 선형으로 하강하는 추세를 보인다. -20°C일 때의 접선 탄성계수는 2CTC일 때보다 대략 16% 커진다.
- 4) 막재의 인열강도는 온도의 변화에도 미소한 차이를 나타내고 있다.
- 인장 속도가 증가함에 따라 ETFE 막재의 항복강도는 증가하지만, 제2항복강도는 크게 증가하지 않았다. 동시에 인장 속도가 증가하면 ETFE 막재의 항복 변형률은 약간 증가하지만, 제2항복 변형률은 약간 감소하였다. 인장속도가 증가함에 따라 ETFE 막재의 접선 탄성계수와 제2탄성계수는 하강 추세를 보이지만, 할선탄성계수와 저]3탄성계수는 특별한 변화를 보이지 않았다.
- 두 번째 영계수는 50〜6QMPa이고, 활선 영계수의 1/10 보다 적다. 세 번째 영계수는 단지 약 3MPa이다 기계 방향의 장력 특성들과 횡력 방향의 것들 사이에 명확한 차이점이 없다는 것이 확인되었고, 이것은 막재 등방성 재료의 타입으로써 취할 수 있다는 것을 의미한다. 두께 200m 와 250m의 박막에 대해 장력 특성들의 아래 그림에서 알 수 있듯이 약간의 차이점은 있으나 거의 같은 특성을 나타내고 있다.
- 마지막으로, - 15°C, 0°C, 20。。하에서의 인열강도 시험을 수행하였다. 시험결과분석에 따르면, ETFE 막 재의 전체적인 거동은 비슷하였으나 재료특성은 분명히 온도의 영향을 받고 있음을 알 수 있었다.
- 온도가 올라감에 따라 최대하중은 감소하고 따라서 인열강도도 감소하고 있음을 알 수 있었다.
- 인장속도가 증가함에 따라 ETFE 막재의 인장강도는 약간 증가하였으며 파단시 변형율은 약간 감소하였다. 인장 속도가 증가함에 따라 ETFE 막재의 항복강도는 증가하지만, 제2항복강도는 크게 증가하지 않았다. 동시에 인장 속도가 증가하면 ETFE 막재의 항복 변형률은 약간 증가하지만, 제2항복 변형률은 약간 감소하였다.
- 동시에 인장 속도가 증가하면 ETFE 막재의 항복 변형률은 약간 증가하지만, 제2항복 변형률은 약간 감소하였다. 인장속도가 증가함에 따라 ETFE 막재의 접선 탄성계수와 제2탄성계수는 하강 추세를 보이지만, 할선탄성계수와 저]3탄성계수는 특별한 변화를 보이지 않았다.
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