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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 펄프몰드난좌의 물리적 특성 및 진동전달 특성을 분석하고, 모의 수송시험을 통해 멜론의 품질을 평가하여 멜론의 포장에 적합한 펄프몰드 난좌를 개발하는 것을 그 목적으로 한다.
가설 설정
- Mounting of accelerometers for measuring vibration transmission. (a) tray packaging, (b) conventional packaging.
제안 방법
- Fig. 6에서 보는 바와 같이 멜론 펄프몰드 난좌의 1/4 모형으로 멜론과 펄프몰드난좌의 규격 정합성을 확인하였다. 멜론을 모형에 올려놓았을 때 멜론과 난좌의 간극이 1 mm 이내로 제작된 펄프몰드 난좌에 멜론이 흔들림 없이 안착되는 것을 알 수 있었다.
- 사용된 공시 멜론은 전라남도 나주에서 2008년에 구입한 머스크 품종 멜론으로 100개의 장경과 단경을 측정하고 평균하여 사용하였다. Table 1에서 보는 바와 같이 평균 장경은 0.161 m, 평균 단경은 0.148 m인 멜론의 장경을 가로방향 길이로, 단경의 절반을 세로방향 길이로 하는 타원 곡선을 회전시켜 멜론을 모델링하였다. 멜론용 펄프몰드 난좌는 모델링한 멜론을 이용하여 멜론 간 마찰이 생기지 않도록 배치하였으며, 크기 540×340×65 mm의 8 kg 5과용 난좌를 Fig.
- . 가진 프로파일은 경부고속도로에서 계측된 진동데이터를 Table 5와 같이 PSD(Power Spectral Density)프로파일로 변환시켜 모의수송시험을 4시간동안 실시하였다.
- 4와 같은 진동시험기(V875-640 SP40K, LDS, Royston, England)를 이용하여 가변주파수 정현파 진동시험을 실시하였다. 개발 난좌를 이용한 포장과 기존 상자를 이용한 포장에 대하여 강제진동시켰을 때 멜론과 난좌에 전달되는 진동가속도를 진동전달률로 변환하여 분석하였다. 기계공학 용어사전에 의하면 진동전달률은 피진력 진폭과 가진력 진폭의 비로 정의된다.
- 기존 골판지상자 포장의 진동전달 시험은 EPS 네트와 크기 366×275×160 mm, 중량 660 g의 5 kg 포장용 AB골 골판지상자로 멜론을 포장하고, 펄프몰드 난좌의 진동전달 시험과 같은 조건으로 설정하여 실험하였다.
- 외부 크기는 KS T 1002 수송포장계열치수7)의 11-25번 550×366 mm 상자에 포장하기 적합하도록 결정하였으며, 멜론을 펄프몰드 난좌에 포장하였을 때 흔들림에 의해 멜론이 난좌를 벗어나지 않도록 단경의 약 45%를 멜론 펄프몰드 난좌의 높이로 하였다. 또한 멜론의 중량을 견디기 위하여 멜론 주변을 6등분하여 凹자 형태의 홈을 배치하였고 멜론 펄프몰드난좌의 중간에도 홈을 배치하여 펄프몰드 난좌의 강도를 높였다.
- 멜론의 품질조사는 진동이나 충격과 같은 물리적인 외력에 대한 멜론의 변화를 나타내는데 적합하다고 생각되는 경도를 측정하였다. 모의수송시험 3일 경과 후 무가진 대비구, 기존 상자포장 가진 처리구와 난좌포장 처리구의 경도를 조사하였으며, 경도의 측정은 멜론의 적도부위를 2 cm 두께로 자른 후 껍질에서 2 cm 안쪽 4부위를 Texture Analyzer(TAXT2i, Stable Micro Sys.
- 멜론의 품질조사는 진동이나 충격과 같은 물리적인 외력에 대한 멜론의 변화를 나타내는데 적합하다고 생각되는 경도를 측정하였다. 모의수송시험 3일 경과 후 무가진 대비구, 기존 상자포장 가진 처리구와 난좌포장 처리구의 경도를 조사하였으며, 경도의 측정은 멜론의 적도부위를 2 cm 두께로 자른 후 껍질에서 2 cm 안쪽 4부위를 Texture Analyzer(TAXT2i, Stable Micro Sys., Surrey, England)로 6 mm 원형실린더 프로브를 이용하여 ASAE Standard(S368.2)10)의 청과물에 대한 하중재하속도 범위인 24 mm/min로 압축시험을 실시하였다11).
- 본 연구에서 개발된 멜론용 펄프몰드난좌의 진동전달특성을 구명하고 모의수송시험을 통해 적합성을 분석하였다. 멜론 펄프몰드 난좌의 중량이 증가할수록 압축강도는 상승하였고, 완충성능이 증가하는 것으로 나타났다.
- 2와 같은 포장완충시험기(D0300010, Da-Wha Testing machine, Gyeonggi, Korea)를 이용하였다. 완충성능 측정시험은 단축 가속도센서(353B32, PCB Piezotronics, NY, USA)가 부착된 9.8 N 무게추를 높이 0.5 m에서 공시재료에 자유낙하시킨 후 무게추에 전달되는 가속도를 계측하였다. 사용된 가속도센서의 제원은 Table 2에 나타내었다.
- 외부 크기는 KS T 1002 수송포장계열치수7)의 11-25번 550×366 mm 상자에 포장하기 적합하도록 결정하였으며, 멜론을 펄프몰드 난좌에 포장하였을 때 흔들림에 의해 멜론이 난좌를 벗어나지 않도록 단경의 약 45%를 멜론 펄프몰드 난좌의 높이로 하였다.
- 제작된 펄프몰드 난좌의 진동전달특성을 조사하기 위하여 Fig. 4와 같은 진동시험기(V875-640 SP40K, LDS, Royston, England)를 이용하여 가변주파수 정현파 진동시험을 실시하였다. 개발 난좌를 이용한 포장과 기존 상자를 이용한 포장에 대하여 강제진동시켰을 때 멜론과 난좌에 전달되는 진동가속도를 진동전달률로 변환하여 분석하였다.
- 5(a)에서 보는바와 같이 단축가속도센서를 진동테이블 바닥면, 난좌, 멜론에 각각 부착하였다. 진동시험기의 진동테이블에는 단축가속도센서(353B01, PCB Piezotronics), 펄프몰드 난좌에는 단축가속도센서(353B18, PCB Piezotronics)를 설치하였고, 멜론에는 소형 단축가속도 센서(352A24, PCB Piezotronics)를 설치하였으며 난좌의 중앙에 위치한 멜론과 난좌의 주변에 위치한 멜론에 가속도센서를 설치하였다.
- 펄프몰드 난좌는 모델링한 난좌로 금형을 제작하여 성형 후 3차례의 고온압착을 통하여 건조시키는 건식펄프몰드난좌 제작법을 이용하여 제작하였다. 주원료는 골판지, 부원료는 신문고지를 사용하였으며, 골판지 180, 200, 220 g에 신문고지 50 g을 각각 배합하여 성형하였다.
- 펄프몰드 난좌의 진동전달 시험은 B골 골판지상자에 제작된 펄프몰드 난좌와 멜론을 적재하여 포장하였고, 가진 가속도 1 G, 가진 주파수 5~200 Hz, sweep rate는 1 Octave/min로 설정하여 시험하였다. 펄프몰드 난좌에 전달되는 진동가속도를 계측하기 위하여 Fig. 5(a)에서 보는바와 같이 단축가속도센서를 진동테이블 바닥면, 난좌, 멜론에 각각 부착하였다. 진동시험기의 진동테이블에는 단축가속도센서(353B01, PCB Piezotronics), 펄프몰드 난좌에는 단축가속도센서(353B18, PCB Piezotronics)를 설치하였고, 멜론에는 소형 단축가속도 센서(352A24, PCB Piezotronics)를 설치하였으며 난좌의 중앙에 위치한 멜론과 난좌의 주변에 위치한 멜론에 가속도센서를 설치하였다.
- 펄프몰드 난좌의 성능을 평가하기 위하여 기존 상자포장방법과 펄프몰드 난좌 포장방법 별 모의수송시험을 실시한 후 멜론의 품질을 조사하였다. 모의 수송시험에 사용된 멜론은 전라남도 나주에서 2009년 11월에 수확된 머스크 품종의 시료를 사용하였고, 산지에서 직접 구매하여 2℃ 저온저장고에서 2일 저장 후에 모의수송시험을 실시하였으며, 공시멜론의 물성은 Table 4에 나타내었다.
- 펄프몰드 난좌의 진동전달 시험은 B골 골판지상자에 제작된 펄프몰드 난좌와 멜론을 적재하여 포장하였고, 가진 가속도 1 G, 가진 주파수 5~200 Hz, sweep rate는 1 Octave/min로 설정하여 시험하였다. 펄프몰드 난좌에 전달되는 진동가속도를 계측하기 위하여 Fig.
대상 데이터
- 펄프몰드 난좌의 성능을 평가하기 위하여 기존 상자포장방법과 펄프몰드 난좌 포장방법 별 모의수송시험을 실시한 후 멜론의 품질을 조사하였다. 모의 수송시험에 사용된 멜론은 전라남도 나주에서 2009년 11월에 수확된 머스크 품종의 시료를 사용하였고, 산지에서 직접 구매하여 2℃ 저온저장고에서 2일 저장 후에 모의수송시험을 실시하였으며, 공시멜론의 물성은 Table 4에 나타내었다.
- 1(a)와 같이 모델링하였다. 사용된 공시 멜론은 전라남도 나주에서 2008년에 구입한 머스크 품종 멜론으로 100개의 장경과 단경을 측정하고 평균하여 사용하였다. Table 1에서 보는 바와 같이 평균 장경은 0.
- 사용된 가속도센서의 제원은 Table 2에 나타내었다. 시편은 무게추 및 완충시험기의 시험부의 크기에 맞추기 위하여 Fig. 3와 같은 펄프몰드 난좌의 1/4 모형으로 제작하였다. 충격량은 물체의 운동량에 변화를 주는 물리량으로서 힘과 힘이 작용한 시간의 곱으로 나타낼 수 있으며, 펄프몰드 난좌에 가해지는 힘은 무게추의 동적하중이므로 식 (1)에서 보는 바와 같이 펄프몰드 난좌에 가해지는 충격량은 속도변화량으로 표현될 수 있다.
- 펄프몰드 난좌는 모델링한 난좌로 금형을 제작하여 성형 후 3차례의 고온압착을 통하여 건조시키는 건식펄프몰드난좌 제작법을 이용하여 제작하였다. 주원료는 골판지, 부원료는 신문고지를 사용하였으며, 골판지 180, 200, 220 g에 신문고지 50 g을 각각 배합하여 성형하였다.
데이터처리
- 충격량은 물체의 운동량에 변화를 주는 물리량으로서 힘과 힘이 작용한 시간의 곱으로 나타낼 수 있으며, 펄프몰드 난좌에 가해지는 힘은 무게추의 동적하중이므로 식 (1)에서 보는 바와 같이 펄프몰드 난좌에 가해지는 충격량은 속도변화량으로 표현될 수 있다. 속도변화량은 가속도-시간 그래프의 면적으로 계산하였고 10회 시험한 결과를 평균하여 나타내었다.
- 제작된 펄프몰드 난좌의 압축강도는 상자압축강도시험기(KE-250, Kyung Do Precision Co., Gyeonggi, Korea)를 이용하여 조사하였으며, 하중재하속도 10 mm/min로 공시재료를 10회 압축한 결과를 평균하여 나타내었다. 실험에 사용된 펄프몰드 난좌의 함수율을 측정하기 위해서 KS M ISO 287 종이 및 판지 -함수율측정- 전건법에 따라 105℃로 5시간 동안 건조하여 함수율을 측정하였다8).
이론/모형
- 모의수송시험은 KS T ISO 13355 수송 포장화물과 단위화물의 수직 랜덤 진동시험 방법에 따라 실시하였다9). 가진 프로파일은 경부고속도로에서 계측된 진동데이터를 Table 5와 같이 PSD(Power Spectral Density)프로파일로 변환시켜 모의수송시험을 4시간동안 실시하였다.
- , Gyeonggi, Korea)를 이용하여 조사하였으며, 하중재하속도 10 mm/min로 공시재료를 10회 압축한 결과를 평균하여 나타내었다. 실험에 사용된 펄프몰드 난좌의 함수율을 측정하기 위해서 KS M ISO 287 종이 및 판지 -함수율측정- 전건법에 따라 105℃로 5시간 동안 건조하여 함수율을 측정하였다8).
성능/효과
- 855로 나타났고, Fig. 8(c)의 진동테이블에서 난좌의 주변부에 위치한 멜론에 전달되는 진동전달률은 180, 200, 220 g 펄프몰드 난좌에서 각각 0.944, 0.846, 0.869로 나타난데 비해, 기존 상자포장에서 멜론에 전달되는 진동전달률은 1.171로 나타나 기존 상자포장보다 난좌포장 시 진동의 전달이 작은 것을 알 수 있었다(Fig. 8). 본 실험의 결과, 펄프몰드난좌의 펄프양이 증가할수록 진동 및 충격에 대한 펄프몰드난좌의 완충성능은 향상되지만 멜론에 전달되는 진동전달률을 살펴보면 한편 200 g 펄프몰드 난좌의 진동전달률이 가장 작게 나타나 멜론의 포장에 가장 적합하다고 판단된다.
- 8에 진동테이블에서 난좌에 전달되는 진동의 RMS(Root Mean Square) 평균 가속도의 진동전달률을 나타내었다. 180, 200, 220 g 펄프몰드 난좌의 진동전달률은 각각 1.267, 1.056, 0.934로 나타나 난좌의 중량이 증가할수록 진동 전달률이 감소하는 경향을 보였다. 한편 180 g 펄프몰드 난좌의 경우 가진되는 진동가속도보다 큰 진동가속도가 전달되는 것으로 나타나 멜론포장에 적합하지 않은 것으로 나타났다.
- Table 6에 펄프몰드 난좌의 압축강도를 나타내었다. 180, 200, 220 g의 펄프몰드 난좌의 압축강도는 각각 1827.4, 2464.5, 2659.3 N을 나타내어 펄프양이 증가할수록 압축강도가 상승하는 것으로 나타났으며, 180과 200 g 펄프몰드 난좌의 압축강도차이는 637.1 N으로 200과 220 g 펄프몰드 난좌의 압축강도 차이 194.8 N보다 약 3.3배의 차이가 나는 것으로 나타났다.
- 멜론 펄프몰드 난좌의 중량이 증가할수록 압축강도는 상승하였고, 완충성능이 증가하는 것으로 나타났다. RMS 평균 가속도의 진동전달률을 살펴보면 펄프몰드 난좌의 중량이 증가할수록 진동전달률이 감소하는 경향을 보였다. 골판지 180 g 신문고지 50 g을 배합한 펄프몰드난좌의 경우 가진되는 진동가속도보다 큰 진동가속도가 전달되는 것으로 나타나 멜론의 포장에 적합하지 않은 것으로 나타났고, 골판지 200 g 신문고지 50 g을 배합한 펄프몰드난좌의 진동전달률이 가장 작게 나타나 멜론의 포장에 가장 적합한 것으로 나타났다.
- RMS 평균 가속도의 진동전달률을 살펴보면 펄프몰드 난좌의 중량이 증가할수록 진동전달률이 감소하는 경향을 보였다. 골판지 180 g 신문고지 50 g을 배합한 펄프몰드난좌의 경우 가진되는 진동가속도보다 큰 진동가속도가 전달되는 것으로 나타나 멜론의 포장에 적합하지 않은 것으로 나타났고, 골판지 200 g 신문고지 50 g을 배합한 펄프몰드난좌의 진동전달률이 가장 작게 나타나 멜론의 포장에 가장 적합한 것으로 나타났다. 또한, 기존 상자포장보다는 펄프몰드난좌 포장 시 진동의 전달이 작은 것을 알 수 있었으며, 펄프몰드 난좌의 중앙에 위치한 멜론과 비교하여 주변에 위치한 멜론에 전달되는 진동가속도가 큰 것을 알 수 있었다.
- 또한, 기존 상자포장보다는 펄프몰드난좌 포장 시 진동의 전달이 작은 것을 알 수 있었으며, 펄프몰드 난좌의 중앙에 위치한 멜론과 비교하여 주변에 위치한 멜론에 전달되는 진동가속도가 큰 것을 알 수 있었다. 기존 상자포장과 펄프몰드난좌 포장의 모의 수송시험을 실시하여 경도를 측정한 결과, 무가진 멜론에 비하여 경도저하가 나타났지만, 난좌를 이용하여 포장하였을 때 기존 상자포장에 비하여 멜론의 경도 유지 효과가 우수함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구결과 펄프몰드 난좌를 이용한 멜론포장은 수송 중 진동에 의한 품질저하 요인을 감소시켜 상품성 유지에 효과적인 방법이라 판단된다.
- 기존 상자포장과 펄프몰드난좌 포장의 모의 수송시험을 실시하여 경도를 측정한 결과, 무가진 멜론에 비하여 경도저하가 나타났지만, 난좌를 이용하여 포장하였을 때 기존 상자포장에 비하여 멜론의 경도 유지 효과가 우수함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구결과 펄프몰드 난좌를 이용한 멜론포장은 수송 중 진동에 의한 품질저하 요인을 감소시켜 상품성 유지에 효과적인 방법이라 판단된다.
- 또한 펄프몰드난좌의 중앙에 위치한 멜론과 주변에 위치한 멜론에 전달되는 진동가속도를 비교하여 보면 주변에 위치한 멜론에 전달되는 가속도가 큰 것을 알 수 있었다. 이는 멜론 주변의 지지부를 사각형으로 보았을 때, 중앙부의 난좌는 4면을 모두 고정시켜주지만 주변부의 난좌는 2면을 고정시켜 주기 때문에 진동의 전달이 큰 것으로 판단된다.
- 골판지 180 g 신문고지 50 g을 배합한 펄프몰드난좌의 경우 가진되는 진동가속도보다 큰 진동가속도가 전달되는 것으로 나타나 멜론의 포장에 적합하지 않은 것으로 나타났고, 골판지 200 g 신문고지 50 g을 배합한 펄프몰드난좌의 진동전달률이 가장 작게 나타나 멜론의 포장에 가장 적합한 것으로 나타났다. 또한, 기존 상자포장보다는 펄프몰드난좌 포장 시 진동의 전달이 작은 것을 알 수 있었으며, 펄프몰드 난좌의 중앙에 위치한 멜론과 비교하여 주변에 위치한 멜론에 전달되는 진동가속도가 큰 것을 알 수 있었다. 기존 상자포장과 펄프몰드난좌 포장의 모의 수송시험을 실시하여 경도를 측정한 결과, 무가진 멜론에 비하여 경도저하가 나타났지만, 난좌를 이용하여 포장하였을 때 기존 상자포장에 비하여 멜론의 경도 유지 효과가 우수함을 알 수 있었다.
- 본 연구에서 개발된 멜론용 펄프몰드난좌의 진동전달특성을 구명하고 모의수송시험을 통해 적합성을 분석하였다. 멜론 펄프몰드 난좌의 중량이 증가할수록 압축강도는 상승하였고, 완충성능이 증가하는 것으로 나타났다. RMS 평균 가속도의 진동전달률을 살펴보면 펄프몰드 난좌의 중량이 증가할수록 진동전달률이 감소하는 경향을 보였다.
- 6에서 보는 바와 같이 멜론 펄프몰드 난좌의 1/4 모형으로 멜론과 펄프몰드난좌의 규격 정합성을 확인하였다. 멜론을 모형에 올려놓았을 때 멜론과 난좌의 간극이 1 mm 이내로 제작된 펄프몰드 난좌에 멜론이 흔들림 없이 안착되는 것을 알 수 있었다. 또한, Fig.
- 10에 나타내었다. 무가진 멜론, 난좌포장 멜론, 기존 상자포장 멜론의 경도는 3.9, 2.4, 1.2 N으로 각각 나타나, 펄프몰드난좌를 이용하여 멜론을 포장하였을 때 진동을 가하지 않은 대비구에 비해 경도저하가 나타났지만 기존 상자포장에 비하여 경도 유지 효과가 우수함을 알 수 있었다.
- 8). 본 실험의 결과, 펄프몰드난좌의 펄프양이 증가할수록 진동 및 충격에 대한 펄프몰드난좌의 완충성능은 향상되지만 멜론에 전달되는 진동전달률을 살펴보면 한편 200 g 펄프몰드 난좌의 진동전달률이 가장 작게 나타나 멜론의 포장에 가장 적합하다고 판단된다.
- 146 m/s2·s으로 나타나 펄프몰드 난좌의 펄프양이 증가할수록 무게추의 총 속도변화량이 감소하는 것으로 나타나 무게추가 받는 충격량도 펄프몰드 난좌의 펄프양이 증가할수록 감소할 것으로 판단된다. 지속시간은 180, 200, 220 g 펄프몰드 난좌는 0.202, 0.208, 0.184 s로 각각 나타났으며, 정점 가속도는 180, 200, 220 g 펄프몰드 난좌는 1.285, 1.055, 1.020 G로 각각 나타나 펄프몰드 난좌의 펄프양이 증가할수록 완충성능이 증가하는 것으로 판단된다.
- 총 속도변화를 살펴보면 180, 200, 220 g 펄프몰드 난좌 각각 0.182, 0.163, 0.146 m/s2·s으로 나타나 펄프몰드 난좌의 펄프양이 증가할수록 무게추의 총 속도변화량이 감소하는 것으로 나타나 무게추가 받는 충격량도 펄프몰드 난좌의 펄프양이 증가할수록 감소할 것으로 판단된다.
- 934로 나타나 난좌의 중량이 증가할수록 진동 전달률이 감소하는 경향을 보였다. 한편 180 g 펄프몰드 난좌의 경우 가진되는 진동가속도보다 큰 진동가속도가 전달되는 것으로 나타나 멜론포장에 적합하지 않은 것으로 나타났다.
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