본 연구에서는 캐비테이션에 의한 부식에 강한 도료를 개발하기 위하여 고탄성의 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 첨가제로서 Polypropylene glycol(PPG), Polycarbonate diol(PCD), Polycaprolactone polyol(PCL-1), Polycaprolactone-tetramethylene glycolether(PCL-2) 등 4가지 종류의 Polyol을 첨가하여 제조한 도료의 물성과 캐비테이션 저항성을 평가하였다. 합성된 도료의 물성을 비교한 결과 Polyol 중에서는 PCD을 첨가한 경우 경도와 내마모성이 높아 캐비테이션 저항성이 높을 수 있는 물성을 가진 것으로 나타났으나 고점도를 가지고 있어서 도료화에 어려움이 있을 것으로 예상되어 점도가 낮은 도료를 위하여 PCL-1을 적절한 첨가제로 선정하였다. PCL-1이 첨가된 도료의 캐비테이션 저항성을 평가한 결과 저항성이 높은 것으로 나타났고 SEM을 이용하여 표면 분석을 통한 기공의 침식현상을 관찰하였다.
본 연구에서는 캐비테이션에 의한 부식에 강한 도료를 개발하기 위하여 고탄성의 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 첨가제로서 Polypropylene glycol(PPG), Polycarbonate diol(PCD), Polycaprolactone polyol(PCL-1), Polycaprolactone-tetramethylene glycolether(PCL-2) 등 4가지 종류의 Polyol을 첨가하여 제조한 도료의 물성과 캐비테이션 저항성을 평가하였다. 합성된 도료의 물성을 비교한 결과 Polyol 중에서는 PCD을 첨가한 경우 경도와 내마모성이 높아 캐비테이션 저항성이 높을 수 있는 물성을 가진 것으로 나타났으나 고점도를 가지고 있어서 도료화에 어려움이 있을 것으로 예상되어 점도가 낮은 도료를 위하여 PCL-1을 적절한 첨가제로 선정하였다. PCL-1이 첨가된 도료의 캐비테이션 저항성을 평가한 결과 저항성이 높은 것으로 나타났고 SEM을 이용하여 표면 분석을 통한 기공의 침식현상을 관찰하였다.
In this study, a new paint which is able to resist the cavitation erosion is tried to be developed by using urethane added with polyol such as poly propylene glycol(PPG), poly carbonate diol(PCD), polycaprolactone polyol (PCL-1), and poly caprolactone-tetramethylene gylcolether polyol(PCL-2). The ne...
In this study, a new paint which is able to resist the cavitation erosion is tried to be developed by using urethane added with polyol such as poly propylene glycol(PPG), poly carbonate diol(PCD), polycaprolactone polyol (PCL-1), and poly caprolactone-tetramethylene gylcolether polyol(PCL-2). The new paint synthesized by adding polyol was characterized with physical properties and resistivity to cavitation erosion. Among polyol, the prepolymer added with PCD showed high hardness and wear resistance. However, due to too high in viscosity, the prepolymer added with PCL-1 was selected as a paint. The paint added with PCL-1 showed high resistivity to cavitation erosion and its surface was monitored by using Scanning Electron Microscope.
In this study, a new paint which is able to resist the cavitation erosion is tried to be developed by using urethane added with polyol such as poly propylene glycol(PPG), poly carbonate diol(PCD), polycaprolactone polyol (PCL-1), and poly caprolactone-tetramethylene gylcolether polyol(PCL-2). The new paint synthesized by adding polyol was characterized with physical properties and resistivity to cavitation erosion. Among polyol, the prepolymer added with PCD showed high hardness and wear resistance. However, due to too high in viscosity, the prepolymer added with PCL-1 was selected as a paint. The paint added with PCL-1 showed high resistivity to cavitation erosion and its surface was monitored by using Scanning Electron Microscope.
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문제 정의
본 연구에서는 캐비테이션에 의한 응력 부식에 의한 한계성능을 향상시키기 위하여 고탄성의 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위하여 Polyol을 첨가하였을 경우 물성의 변화를 측정하여 고기능성과 고성능의 특성을 가진 특수선박용 도료를 개발하고자 하였다.
실험 시 플라스크 상부에서 계속적으로 질소를 불어 넣어준다. 이는 공기와의 접촉을 차단하여 이소시아네이트가 공기 중 수분과의 반응을 최소화하는데 목적이 있다. 상온에서 이소시아네이트를 정량 투입하여 1시간에 걸쳐 설정한 반응온도(60~80℃)까지 승온한다.
제안 방법
Prepolymer의 분자량을 2,000으로 제조하여 Polyol을 첨가한 시료의 캐비테이션 저항성 평가를 실시하였다. 캐비테이션 적용 후 표면 균열은 모든 시편에서 확인되지 않았으며 분자량이 2,000 이하의 경우에서 보다 균열 발생이 억제되었다.
이를 극복하기 위하여 수조 고정 및 수평 조절 Unit을 설치하고 시편 위치 Guide를 추가적으로 설치해서 동일한 위치에 Cavity를 적용할 수 있도록 보완하였다. 그리고 2중 온도 유지 장치 및 온도 Monitoring Unit을 추가로 설치해서 항상 규정 온도를 유지할 수 있도록 보완하였다.
1 정도로 설계하는 것이 일반적이라고 할 수 있다. 도료 제조는 고속 분산기를 사용하여 30분 분산을 실시하였으며 주인자인 Polyol을 먼저 준비된 배합조에 정량 계량하여 넣고 첨가제인 소포제, Colorant, 체질 순으로 정량 배합하였다. 고속분 산 후 진공 탈포 장치를 사용하여 도료 내면에 잔존하는 기포를 제거하였다.
보완된 ASTM G32 캐비테이션 저항성 성능시험은 Cavity 적용 전과 후의 시편 무게를 소수점 4째 자리까지 측정하여 무게의 감량에 의해 결과를 확인하는 방법으로 정밀한 무게의 측정 및 무게에 영향을 주는 요인을 최소화하여 정확한 결과를 획득하는 것이 중요하다. 따라서 무게에 영향을 주는 인자에 대해 사전평가를 실시하여, 시험 시편을 초음파 세정(상온 10분), 수분 제거, 시편 건보, 진공 데시케이터보관(-0.4bar, 상온1시간) 등의 시험 절차로 무게 측정에 미치는 외적 요인을 가능한 최소화 하였다. 또 다른 중요한 요인으로 상대 습도로 시편의 무게 측정에 큰 영향을 미친다.
Table 4에 정리된 각 시료의 물리적 특성에서 점도를 비교해보면 sample 4sms 다른 sample 과 비교해서 상대적으로 고점도이어서 spray작업이용이하지 않아 도료화에 어려움이 있을 것으로 판단되었다. 따라서 상대적으로 저점도이면서 캐비테이션 저항성이 높게 나타낸 PCL-1을 첨가하여 제조한 sample 2가 적정한 것으로 선정하였다.
수지인 주제와 도료인 경화제는 Table 2와 같이 일정 당량비 (NCO/OH : 1.05) 으로 설계하였다. 일반적으로 가장 좋은 우레탄 설계는 당량비 1.
우레탄 Prepolymer 합성을 위해서 우레탄과 Methylene diphenyl diisocyanate, 경화제를 첨가한 후 Polyol의 종류에 따라 물성을 비교하였다. Table 4와 같이 PPG를 첨가한 경우 점도가 2,100 mPa.
이 시험 방법은 반복된 Cavity 적용 시 항상 동일한 위치에 적용하기 어렵다거나 수조내 유체 온도가 상승해서 시험 규정 온도 (25℃±2℃)를 유지 하기 어려운 단점이 있어서 정확한 시험을 실시하는데 한계를 갖고 있다. 이를 극복하기 위하여 수조 고정 및 수평 조절 Unit을 설치하고 시편 위치 Guide를 추가적으로 설치해서 동일한 위치에 Cavity를 적용할 수 있도록 보완하였다. 그리고 2중 온도 유지 장치 및 온도 Monitoring Unit을 추가로 설치해서 항상 규정 온도를 유지할 수 있도록 보완하였다.
캐비테이션에 의한 응력 부식에 강한 도료를 개발하기 위하여 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 목적으로 Polypropyleene glycol(PPG), Polycarbonate diol(PCD), Polycaprolactone polyol(PCL-1), Polycaprolactone-tetramethylenegylcolether polyol(PCL-2) 등 4가지 종류의 Polyol을 첨가하여 물성과 캐비테이션에 대한 저항성 등을 비교하였다.
대상 데이터
체질부분은 내마모성 증진을 위한 Slip성이 우수하며 표면 저항을 감소시키며 우수한 내열성 특징으로 가지고 있.는 BN(Boron Nitride, 6㎛)을 사용하였고 내충격성, 탄성을 보강하고자 동일한 Nano Carbon graphite (40~60nm)를 사용하였다.
이론/모형
비테이션 저항성 성능시험은 ASTM G32 (Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus)에 따라 수행하였다. 이 시험 방법은 반복된 Cavity 적용 시 항상 동일한 위치에 적용하기 어렵다거나 수조내 유체 온도가 상승해서 시험 규정 온도 (25℃±2℃)를 유지 하기 어려운 단점이 있어서 정확한 시험을 실시하는데 한계를 갖고 있다.
성능/효과
합성된 도료의 물성을 비교한 결과 Polyol 중에서는 PCD을 첨가한 경우 경도와 내마모성이 높아 캐비테이션 저항성이 높을 수 있는 물성을 가진 것으로 나타났으나 고점도를 가지고 있어서 도료화에 어려움이 있을 것으로 예상되어 점도가 낮은 PCL-1가 적절한 첨가제로 선정하였다. PCL-1이 첨가된 도료의 캐비테이션 저항성을 평가한 결과 50 ㎛ 까지 도달하는데 소요되는 시간이 186 분으로 양호하게 나타났으며 SEM 이용 표면 관찰을 통해 캐비테이션 적용 후 기공의 침식이 깊어짐을 알 수 있었고 추가적인 침식이나 균열이 진행될 수 있음을 발견하였다.
흡수율은 PPG를 첨가한 경우가 가장 높게 나타났으며 경도가 높은 sample 2 와 sample 4에서 낮은 흡수율을 보였다. 내마모성은 PCD를 첨가한 경우 다른 종류의 Polyol을 첨가한 경우에 비해 3배 가까이 높게 나타났으며 PCL-1과 PCL-2를 첨가한 경우는 다음으로 서로 유사하게 나타났다.
Prepolymer의 분자량을 2,000으로 제조하여 Polyol을 첨가한 시료의 캐비테이션 저항성 평가를 실시하였다. 캐비테이션 적용 후 표면 균열은 모든 시편에서 확인되지 않았으며 분자량이 2,000 이하의 경우에서 보다 균열 발생이 억제되었다. Table 5 에 정리된캐비테이션 저항성 성능 시험결과에서 누적 침식 깊이가 50 ㎛ 까지 도달하는데 소요되는 시간을 비교해 보면 Polyol 종류 중 현저하게 높은 캐비테이션 저항성을 나타낸 시료는 sample 4이며 PCD를 첨가한 시료로 관찰되었다.
합성된 도료의 물성을 비교한 결과 Polyol 중에서는 PCD을 첨가한 경우 경도와 내마모성이 높아 캐비테이션 저항성이 높을 수 있는 물성을 가진 것으로 나타났으나 고점도를 가지고 있어서 도료화에 어려움이 있을 것으로 예상되어 점도가 낮은 PCL-1가 적절한 첨가제로 선정하였다. PCL-1이 첨가된 도료의 캐비테이션 저항성을 평가한 결과 50 ㎛ 까지 도달하는데 소요되는 시간이 186 분으로 양호하게 나타났으며 SEM 이용 표면 관찰을 통해 캐비테이션 적용 후 기공의 침식이 깊어짐을 알 수 있었고 추가적인 침식이나 균열이 진행될 수 있음을 발견하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 목적의 결론은 무엇인가?
합성된 도료의 물성을 비교한 결과 Polyol 중에서는 PCD을 첨가한 경우 경도와 내마모성이 높아 캐비테이션 저항성이 높을 수 있는 물성을 가진 것으로 나타났으나 고점도를 가지고 있어서 도료화에 어려움이 있을 것으로 예상되어 점도가 낮은 PCL-1가 적절한 첨가제로 선정하였다. PCL-1이 첨가된 도료의 캐비테이션 저항성을 평가한 결과 50 ㎛ 까지 도달하는데 소요되는 시간이 186 분으로 양호하게 나타났으며 SEM 이용 표면 관찰을 통해 캐비테이션 적용 후 기공의 침식이 깊어짐을 알 수 있었고 추가적인 침식이나 균열이 진행될 수 있음을 발견하였다.
캐비테이션에 의한 피도막의 손상은 무엇을 의미하는가?
최근 선박도료에서 캐비테이션에 의한 피도막의 손상을 최소화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 캐비테이션에 의한 피도막의 손상은 유체의 흐름에 의한 부분적인 진공현상이 발생하여 기체를 포함한 액체가 표면에 계속적인 충격을 가하여 도료표면이 손상되는 현상을 말한다.1,2 주로 선박의 경우 빠른 운항속도, 선박의 초대형화, 프로펠러 최대화에 따라 현재 LNG선, 컨테이너선 등 주요 선박에서 대부분 발생되고 있다.
고탄성의 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 첨가제는 무엇인가?
본 연구에서는 캐비테이션에 의한 부식에 강한 도료를 개발하기 위하여 고탄성의 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 첨가제로서 Polypropylene glycol(PPG), Polycarbonate diol(PCD), Polycaprolactone polyol(PCL-1), Polycaprolactone-tetramethylene glycolether(PCL-2) 등 4가지 종류의 Polyol을 첨가하여 제조한 도료의 물성과 캐비테이션 저항성을 평가하였다. 합성된 도료의 물성을 비교한 결과 Polyol 중에서는 PCD을 첨가한 경우 경도와 내마모성이 높아 캐비테이션 저항성이 높을 수 있는 물성을 가진 것으로 나타났으나 고점도를 가지고 있어서 도료화에 어려움이 있을 것으로 예상되어 점도가 낮은 도료를 위하여 PCL-1을 적절한 첨가제로 선정하였다.
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