[논문]슈퍼 섬유를 활용한 일체형 Shock Energy Absorber Lanyard Protection Tube 제조 및 특성분석

조진원; 권상준; 김상태; 염정현; 강지만; 지병철

doi:10.5764/tcf.2014.26.2.106

슈퍼 섬유를 활용한 일체형 Shock Energy Absorber Lanyard Protection Tube 제조 및 특성분석
Characteristic and Development of All-in-one Shock Energy Absorber Lanyard Protection Tube used Super Fibers 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.26 no.2, 2014년, pp.106 - 113

조진원 (경북대학교 바이오섬유소재학과) , 권상준 ((주)신흥) , 김상태 (스왈록아시아(주)) , 염정현 (경북대학교 바이오섬유소재학과) , 강지만 (한국섬유개발연구원) , 지병철 (경북대학교 섬유시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Work-related falls are a major problem in the construction and roofing industries. To avoid serious injury to the worker caused by high decelerations or forces, different systems to absorb the energy of a fall are implemented in personal protective equipment. In this study, shock energy absorber lanyard protection tube was prepared using high tenacity PET fiber, P-aramid fiber, and UHMWPE fiber, respectively. Dynamic load test and static load test, bursting strength test based on the Korea fall protection equipment standard(Korea Occupational Safety & Health Agency standard 2013-13) or conformity European safety test(CE : EN355) were conducted. Especially maximum arrest force by dynamic load test of energy absorber showed below 6,000N.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

Figure 1(a)는 absorber와 rope가 분리된 형태이고, Figure 1(b)는 absorber와 rope가 하나인 형태이다. 따라서 본 연구에서는 absorber와 rope 부분을 단일화시킨 Figure 1(b)의 형태로 shock energy absorber lanyard의 기본 기능을 충족하면서 경량화 작업 및 이동시의 불편함을 개선하기 위한 제품의 개발을 진행하였다. 이와 같이 absorber와 rope를 일체화한 경우, 내부에 충격 흡수 역할을 하는 충격 흡수 장치를 보호하고 rope의 역할인 추락을 방지하는 tube의 성능을 확보하려고 한다^1-6).
이는 빠르게 충격흡수가 완료되어 안정적인 형태를 유지시켜 주게 된다. 따라서 고강력 PET 보다 P-aramid, UHMWPE의 원사를 적용시킴으로서 인장하중 특성을 안정적으로 유지시켜주는 물성을 확인하였다.
본 연구에서는 absorber와 rope가 일체화된 shock energy absorber lanyard protection tube의 성능을 개선시키기 위한 방법으로 슈퍼섬유(고강력 PET, UHMWPE, P-aramid)를 적용하여 경량이면서 고강력 고기능성을 가지는 보호 tube를 개발 하고자 함과 동시에 안전보건공단 고용노동부고시 제 2013-13호 안전대 KCS 규격에서 요구하는 동하중 및 정하중 시험 그리고 CE(EN355 : 유럽연합규격) 유럽 연합 기준인정하중 시험을 만족시켜 효율적으로 인장 하중을 견디는 세폭직물을 설계함으로서 충격흡수 이후 효율적으로 추락을 방지하는데 그 목적이 있다. 또한 인장하중을 유지시켜 유해진동 폭을 줄임으로 2차 및 3차 사고의 안전성을 확보하기 위한 메커니즘을 연구하였다.
본 연구에서는 absorber와 rope가 일체화된 shock energy absorber lanyard protection tube의 성능을 개선시키기 위한 방법으로 슈퍼섬유(고강력 PET, UHMWPE, P-aramid)를 적용하여 경량이면서 고강력 고기능성을 가지는 보호 tube를 개발 하고자 함과 동시에 안전보건공단 고용노동부고시 제 2013-13호 안전대 KCS 규격에서 요구하는 동하중 및 정하중 시험 그리고 CE(EN355 : 유럽연합규격) 유럽 연합 기준인정하중 시험을 만족시켜 효율적으로 인장 하중을 견디는 세폭직물을 설계함으로서 충격흡수 이후 효율적으로 추락을 방지하는데 그 목적이 있다. 또한 인장하중을 유지시켜 유해진동 폭을 줄임으로 2차 및 3차 사고의 안전성을 확보하기 위한 메커니즘을 연구하였다.

제안 방법

본 연구에서는 100kg의 추를 2m 높이에서 하강시켜 충격흡수 및 최대전달 충격력을 확보하였다. 또한 정하중 성능시험은 안전보건공단에서 규정하는 KCS규격과 유럽 연합기준인 CE규격(EN355)으로 측정하였으며, 정하중 측정 장비로는 Universal Testing Machine(DSCK-P-21487)을 이용하였다.
본 연구에서는 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube를 제조하고 고강력 PET 1000D, P-aramid 1500D, UHMWPE 1500D를 사용하여 안전보건공단 고용노동부고시 제 2013-13호 안전대 KCS 규격에 의하여 동하중 및 정하중을 측정하였으며, 기계적인 물성을 확보하기 위해서 파열 강도도 분석하였다. 또한 유럽연합 CE(EN355 : 유럽연합규격) 규격으로 정하중 및 파열강도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
일체형 shock energy absorber lanyard protection tube는 추락 시 가해지는 하중을 지탱하는 역할로 KCS에서 고시하고 있는 22KN 하중에서 1분간 유지하는 방법으로 분석하였다.
일체형 shock energy absorber lanyard protection tube은 추락 시 가해지는 하중을 지탱하는 역할로 CE(EN355)에서 고시하고 있는 22KN 하중에서 3분간 유지하는 방법으로 분석하였다.
제조된 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube 제품의 성능을 분석하기 위하여 동하중 및 정하중 평가를 하였다. 동하중 성능 시험은 안전보건공단에서 규정하고 있는 KCS 인증 평가 방법으로 측정하였으며, 평가 장비로는 KOLAS에서 인증하고 있고, 스왈록아시아(주)에서 자체제작한 동하중 측정 장비를 이용하였다.
파열 강도 분석은 기계적 물성을 확보하기 위한 방법으로 3000kgf에서 150초 값으로 시험 분석을 실시하였다.
파열 강도 분석은 기계적 물성을 확보하기 위한 방법으로 3000kgf에서 210초 값으로 시험 분석을 실시하였다.

대상 데이터

본 실험에서 사용된 고강력 PET 1000 Denier(KOLON, ASKIN, KOREA)는 인장강도가 87N인 것을 사용하였다. 또한 사용된 P-aramid 1500 Denier(KOLON, HERACRON, KOREA) 강도는 365N인 것을 사용하였으며, UHMWPE 1500 Denier(DONGYANG ROPE, MIRACLE, KOREA) 강도는 289N인 것을 그대로 사용하였다.
본 실험에서 사용된 고강력 PET 1000 Denier(KOLON, ASKIN, KOREA)는 인장강도가 87N인 것을 사용하였다. 또한 사용된 P-aramid 1500 Denier(KOLON, HERACRON, KOREA) 강도는 365N인 것을 사용하였으며, UHMWPE 1500 Denier(DONGYANG ROPE, MIRACLE, KOREA) 강도는 289N인 것을 그대로 사용하였다.

이론/모형

제조된 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube 제품의 성능을 분석하기 위하여 동하중 및 정하중 평가를 하였다. 동하중 성능 시험은 안전보건공단에서 규정하고 있는 KCS 인증 평가 방법으로 측정하였으며, 평가 장비로는 KOLAS에서 인증하고 있고, 스왈록아시아(주)에서 자체제작한 동하중 측정 장비를 이용하였다.
본 연구에서는 100kg의 추를 2m 높이에서 하강시켜 충격흡수 및 최대전달 충격력을 확보하였다. 또한 정하중 성능시험은 안전보건공단에서 규정하는 KCS규격과 유럽 연합기준인 CE규격(EN355)으로 측정하였으며, 정하중 측정 장비로는 Universal Testing Machine(DSCK-P-21487)을 이용하였다.

성능/효과

Figure 6(a) 고강력 PET 1000D 100%를 사용하였을 때 보다 Figure 6(b) P-aramid 1500D 100%, Figure 6(c) UHMWPE 1500D 100% 고강도 원사를 활용하였을 때 높은 기계적인 물성을 확보 할 수 있었다. 따라서 산업 전반에 걸쳐 다양한 분야에 응용이 가능함을 알 수 있었다.
이는 CE 규격에서 고시하고 있는 2250kgf 이상의 수치로 기계적인 성능을 충분히 확보할 수 있었다. 또한 Figure 8(b) P-aramid 1500D 100%, Figure 8(c) UHMWPE 1500D 100% 시료는 3000kgf에서 파열되지 않으며, 210초 동안 유지되고 있었다. Figure 8(b) P-aramid 1500D 100%는 직물내부 파열이 없었으며, 그대로 하중을 지속적으로 유지하고 있음을 알 수 있었고, Figure 8(c) UHMWPE 1500D 100%는 2650kgf, 3000kgf 하중에서 몇 가닥 정도의 내부파열이 일어난 후 파열되지 않은 직물 부위에서 지속적으로 하중을 유지하는 특성을 확인 할 수 있었다.
또한 Figure 8(b) P-aramid 1500D 100%, Figure 8(c) UHMWPE 1500D 100% 시료는 3000kgf에서 파열되지 않으며, 210초 동안 유지되고 있었다. Figure 8(b) P-aramid 1500D 100%는 직물내부 파열이 없었으며, 그대로 하중을 지속적으로 유지하고 있음을 알 수 있었고, Figure 8(c) UHMWPE 1500D 100%는 2650kgf, 3000kgf 하중에서 몇 가닥 정도의 내부파열이 일어난 후 파열되지 않은 직물 부위에서 지속적으로 하중을 유지하는 특성을 확인 할 수 있었다.
또한 Figure 6(b) P-aramid 1500D 100%, Figure 6(c) 고강력 UHMWPE 1500D 100% 원사 모두 3000kgf에서 파열되지 않으며, 150초 동안 유지하고 있었다. Figure 6(b) P-aramid 1500D 100%는 2900kgf 하중에서 내부 파열이 일어난 후 지속적으로 하중을 유지하고 있었으며, Figure 6(c) UHMWPE 1500D 100%에서도 마찬가지로 2750kgf 하중에서 먼저 내부파열이 일어난 후 지속적으로 하중을 유지하는 특성을 확인 할 수 있었다.
Figure 5(a) 고강력 PET 1000D 100%, (b) P-aramid 1500D 100%, (c) 고강력 UHMWPE 1500D 100% 3가지 모두다 2250kgf 이상의 하중에서 150초 동안 유지하였으며 성능 및 기능 상실이 없었다. Figure 5(c) UHMWPE 그래프 20s 부위에서 피크가 올라가는 것을 확인 할 수 있다.
Figure 7(a) 고강력 PET 1000D 100%, Figure 7(b)P-aramid 1500D 100%, Figure 7(c) 고강력 UHMWPE 1500D 100% 3가지 모두다 2250kgf 이상의 하중에서 210초 동안 유지되었으며 성능 및 기능 상실이 없었다.
또한 Figure 6(b) P-aramid 1500D 100%, Figure 6(c) 고강력 UHMWPE 1500D 100% 원사 모두 3000kgf에서 파열되지 않으며, 150초 동안 유지하고 있었다. Figure 6(b) P-aramid 1500D 100%는 2900kgf 하중에서 내부 파열이 일어난 후 지속적으로 하중을 유지하고 있었으며, Figure 6(c) UHMWPE 1500D 100%에서도 마찬가지로 2750kgf 하중에서 먼저 내부파열이 일어난 후 지속적으로 하중을 유지하는 특성을 확인 할 수 있었다.
1. 일체형 shock energy absorber lanyard 제작시 충격흡수 장치는 기존의 제품을 그대로 사용하였고, 고강력 PET 1000D, P-aramid 1500D, UHMWPE 1500D 원사로 제직한 tube를 사용하여 동하중을 측정한 결과 최대 전달 충격력은 6000N 이하의 값을 얻을 수 있었다. 또한 고강력 PET 1000D를 100% 사용하였을 때의 최대 전달 충격력인 5054N 보다 P-aramid 및 UHMWPE를 선택적으로 사용한 결과 각각 4149N, 4428N의 우수한 충격 흡수 값을 확보 할 수 있었다.
2. KCS 규격에서 요구하는 정하중 측정 결과 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube에 고강력 PET 1000D, P-aramid 1500D, UHMWPE 1500D를 사용하였을 때 3개의 원사 모두 2250kgf 이상의 하중에서 150초 동안 성능을 유지하였으며, 기능상실이 없음을 알 수 있었다.
3. 기계적 물성을 확보하기 위하여 파열 강도를 측정하기 위해 3000kgf에서 150초 동안 측정한 결과 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube에 고강력 PET 1000D를 사용하였을 때 2761kgf에서 파열 하였으며, P-aramid 1500D, UHMWPE 1500D를 사용하였을 때는 3000kgf 이상의 하중에서 150초 동안 유지하였으며, 성능 및 기능상실이 없음을 알 수 있었다.
고강력 PET, P-aramid, UHMWPE의 고강도 원사를 사용함으로서 안정적인 물성을 유지시켜 주고 있었다. 3가지 모두다 유럽연합에서 요구하는 CE(EN355) 기준에 부합하는 물성으로 최종 제품으로 사용할 때 아무런 문제점을 가지지 않음을 알 수 있었다.
4. CE 규격에서 요구하는 정하중 시험방법으로 측정한 결과 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube에 고강력 PET 1000D, P-aramid 1500D, UHMWPE 1500D를 사용하였을 때 3개의 원사 모두 2250kgf 이상의 하중에서 210초 동안 성능을 유지하였으며, 기능상실이 없음을 알 수 있었다.
5. 기계적 물성을 확보하기 위하여 파열 강도를 측정하기 위해 3000kgf에서 210초 동안 측정한 결과 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube에 고강력 PET 1000D를 사용하였을 때 2758kgf에서 파열 하였으며, P-aramid 1500D, UHMWPE 1500D를 사용하였을 때는 3000kgf 이상의 하중에서 210초 동안 유지하였으며, 성능 및 기능상실이 없음을 알 수 있었다.
또한 유럽연합 CE(EN355 : 유럽연합규격) 규격으로 정하중 및 파열강도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. KCS 규격에서 요구하는 6000N 이하의 성능은 모두 확보하였으며, KCS 및 CE 규격에서 요구하는 정하중도 기준치 이상의 물성을 확보하였다.
따라서 정하중 측정에서 물성 차이가 없었음을 확인하였다. 고강력 PET, P-aramid, UHMWPE의 고강도 원사를 사용함으로서 안정적인 물성을 유지시켜주고 있었다.
일체형 shock energy absorber lanyard 제작시 충격흡수 장치는 기존의 제품을 그대로 사용하였고, 고강력 PET 1000D, P-aramid 1500D, UHMWPE 1500D 원사로 제직한 tube를 사용하여 동하중을 측정한 결과 최대 전달 충격력은 6000N 이하의 값을 얻을 수 있었다. 또한 고강력 PET 1000D를 100% 사용하였을 때의 최대 전달 충격력인 5054N 보다 P-aramid 및 UHMWPE를 선택적으로 사용한 결과 각각 4149N, 4428N의 우수한 충격 흡수 값을 확보 할 수 있었다. 일체형 shock energy absorber lanyard protection tube에 고강도 원사를 사용하였을 때 인장 하중을 견디는 특성이 발현되어 충격이 낮게 나타남을 알 수 있었다.
본 연구에서 사용된 3개의 원사 모두 안전보건공단 고용노동부고시 제 2013-13호 안전대 KCS 규격에 부합하는 물성으로 최종 제품으로 사용할 때 아무런 문제점을 가지지 않음을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Shock energy absorber lanyard는 무엇인가?	Shock energy absorber lanyard는 안전그네(Harness)와 함께 건설현장, 조선소 등 고처의 산업현장에서 추락재해로 작업자의 안전을 확보하기 위해 착용하는 안전보호구이다. 현재 현장에서 사용되는 shock energy absorber lanyard의 문제점은 충격 분산 장치인 absorber의 끝 부분에 별도로 rope가 구성되어있어 공사 현장에서의 작업자가 장시간 동안 착용 시 무게감에 의한 피로감, 작업 및 이동시의 불편함 등으로 인해 개선이 요구되고 있다.
	shock energy absorber lanyard의 문제점은 무엇인가?	Shock energy absorber lanyard는 안전그네(Harness)와 함께 건설현장, 조선소 등 고처의 산업현장에서 추락재해로 작업자의 안전을 확보하기 위해 착용하는 안전보호구이다. 현재 현장에서 사용되는 shock energy absorber lanyard의 문제점은 충격 분산 장치인 absorber의 끝 부분에 별도로 rope가 구성되어있어 공사 현장에서의 작업자가 장시간 동안 착용 시 무게감에 의한 피로감, 작업 및 이동시의 불편함 등으로 인해 개선이 요구되고 있다.
	shock energy absorber lanyard protection tube는 어떤 구조이며, 어떤 형태로 제작되는가?	Absorber와 rope를 일체형화한 shock energy absorber lanyard protection tube를 제작하기 위해서는 세폭 형태의 섬유제품으로 제작하게 된다. 이는 2중구조로 형성되어 있고, 상판과 하판으로 구분되어 tube 형태로 제작된다9,10).

참고문헌 (15)

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원문보기 상세보기
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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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