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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 열처리기 내부의 온도를 균일하게 유지하기 위한 방법의 하나로써 수중 침지식 열처리기를 개발하는데 그 목적이 있으며, 부가적으로 이열처리기를 이용하여 PBSAT 모노필라멘트 그물에 적합한 열처리 온도와 시간을 검토하였다. 이를 위해 직경 0.
- 본 연구에서는 용융온도가 낮은 생분해성 PBS 또는 PBSAT 그물에 적합한 열처리기를 개발하기 위하여 세계 최초로 시험 제작된 수중 침지식 열처리기의 성능 및 열처리 온도에 따른 그물감의 물성을 분석한 결과를 보고하고자 한다.
제안 방법
- 그물코의 내각은 각 온도별로 열처리하여 24시간이 경과한 다음 무장력 상태에서 Fig. 4와 같이 매듭을 중심으로 폭 방향으로 각각의 발 길이의 1/2지점까지 설정하여 측정하였다. 측정은 광학현미경 (SV–35, Sometech)을 40배로 확대하여 각 온도마다 20개씩 측정하여 평균값을 구하였다.
- 온도의 편차가 적은 그물 열처리기를 개발하기 위하여 수중 침지식 열처리기를 시험 제작하고, 그 성능을 평가하기 위해 기존의 고압 습식 열처리기와 비교 평가하였다. 또한 수중 침지식 열처리 온도와 시간에 따른 PBSAT 모노필라멘트 그물에 대한 파단강도, 신장률 및 그물코의 각도를 측정하여 적정 열처리 공정에 대해 검토하였다.
- 또한 열처리 방법에 따른 그물감의 강·신도 및 그물코의 내각을 비교 평가하기 위해 Fig. 3과 같은 기존의 고진공 습식 열처리기를 이용하여 동일한 그물감을 온도 75℃에서 30분간 열처리를 하였다.
- 수중 침지식 열처리기의 성능을 평가하기 위하여 물 337.5 kg을 수조에 채운 후 열 교환기의 온도를 55℃에서 80℃까지 5℃간격으로 설정하였다. 온도계 (TC–700, Seiki)의 센서부는 수조의 폭 50 cm의 1/2 기점에서 좌 (ch–1), 우측 (ch–2)의 수조 벽면으로부터 각각 10 cm 떨어진 위치에서 각각 수면 하 10 cm, 30 cm 위치에 고정시켜 20초마다 물 온도를 측정하였다.
- 수중 침지식 열처리에 사용된 그물감은 가로, 세로 각각 23코, 100코이다. 열처리는 물 온도 55℃에서 80℃까지 5℃간격으로 시료마다 10분, 15분, 20분씩 하였다. 또한 열처리 방법에 따른 그물감의 강·신도 및 그물코의 내각을 비교 평가하기 위해 Fig.
- 온도계 (TC–700, Seiki)의 센서부는 수조의 폭 50 cm의 1/2 기점에서 좌 (ch–1), 우측 (ch–2)의 수조 벽면으로부터 각각 10 cm 떨어진 위치에서 각각 수면 하 10 cm, 30 cm 위치에 고정시켜 20초마다 물 온도를 측정하였다.
- 온도의 편차가 적은 그물 열처리기를 개발하기 위하여 수중 침지식 열처리기를 시험 제작하고, 그 성능을 평가하기 위해 기존의 고압 습식 열처리기와 비교 평가하였다. 또한 수중 침지식 열처리 온도와 시간에 따른 PBSAT 모노필라멘트 그물에 대한 파단강도, 신장률 및 그물코의 각도를 측정하여 적정 열처리 공정에 대해 검토하였다.
- 따라서 본 연구에서는 열처리기 내부의 온도를 균일하게 유지하기 위한 방법의 하나로써 수중 침지식 열처리기를 개발하는데 그 목적이 있으며, 부가적으로 이열처리기를 이용하여 PBSAT 모노필라멘트 그물에 적합한 열처리 온도와 시간을 검토하였다. 이를 위해 직경 0.3mm의 PBSAT 모노필라멘트로 그물감 (망목의 크기 51 mm)을 이중매듭으로 기계 편망하여 수중 침지식으로 열처리를 하였다. 이에 대한 열처리 성능을 비교 검토하기 위해 업계에서 사용하는 고압 습식 (온도 75℃, 시간 30분)으로도 열처리를 하였다.
- 3mm의 PBSAT 모노필라멘트로 그물감 (망목의 크기 51 mm)을 이중매듭으로 기계 편망하여 수중 침지식으로 열처리를 하였다. 이에 대한 열처리 성능을 비교 검토하기 위해 업계에서 사용하는 고압 습식 (온도 75℃, 시간 30분)으로도 열처리를 하였다.
- 시료의 인장시험은 클램프 간격 400 mm, 인장속도 400 mm/min로 하였다. 측정은 각 시료마다 20개씩 측정하여 평균하였으며, 강도와 신장률은 파단점에서의 값으로 하였다.
- 측정은 광학현미경 (SV–35, Sometech)을 40배로 확대하여 각 온도마다 20개씩 측정하여 평균값을 구하였다.
이론/모형
- 그물감의 열처리 전·후의 파단강도 및 신장률은 정속 인장식 장력계 (Instron 3365, USA)를 이용하여 KS K 0412 (2005) 시험법으로 측정하였다.
성능/효과
- 7에 나타내었다. Fig. 7에서 열처리 온도 55℃에서 80℃까지 10분, 15분, 20분 열처리 한 결과, 동일한 온도에서의 처리시간에 따른 그물코의 각도는 유의한 차이가 없었으나 열처리가 높아질수록 그물코의 각도는 감소하는 것으로 나타났다. 열처리 시간 10, 15 및 20분을 각각 T10, T15, T20 이라 할 때, 그물코의 각도 Y(θ)와 열처리 온도 X(℃)와의 상관관계를 구하면, 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.
- 물 온도 75℃에서 그물의 강도와 신장률은 37.57–39.42 kg/㎟, 33.68–33.86%로 열처리 이전에 비해 각각 11.3–15.5%, 7.9–8.4% 감소하였으나 기존에 보편적으로 75℃에서 30분간 고압 습식으로 열처리한 방법보다 그물의 강도와 신장률은 각각 9.7–15.1%, 109.5–110.6% 증가한 것으로 나타났다.
- 수중 침지식 열처리기는 물 온도차가 1℃ 미만이었으며, 설정온도가 높을수록 그 차는 적게 나타났으나 에너지 소비량이 많은 것으로 나타났다. 열처리 온도와 시간을 각각 75℃, 15–20분으로 할 때 우수한 물성을 갖는 PBSAT 모노필라멘트 그물을 제작할 수 있음을 알 수 있었다.
- 수중 침지식 열처리기의 온도와 시간에 따른 PBSAT 모노필라멘트 그물의 강도, 신장률 및 그물코의 각도를 살펴보면, PBSAT 모노필라멘트 그물의 강도는 온도 70℃까지는 열처리 이전의 강도보다 높게 나타났으나 온도 75℃에서는 열처리 이전에 비해 11.3–15.5%로 소폭 감소하였으나 온도 80℃에서는 43.9–48.9%로 대폭 감소한 반면 신장률은 열처리 온도가 올라갈수록 감소하는 것으로 나타났다.
- 그러나 15–20분 동안 열처리한 그물코의 각도는 10분 동안 열처리한 그물에 비해 5–10% 감소하는 것으로 나타났다. 열처리 온도가 올라갈수록 매듭의 상태는 외관상 차이가 없는 것으로 나타났으나 매듭을 중심으로 발과 발사이의 간격이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 기계 편망하는 과정에서 매듭의 결절 상태는 견고하나 발에 장력이 가해져 망사가 늘어났다가 열처리하는 과정에서 원 상태로 돌아가기 때문이라 사료되며, 열처리 온도 75℃와 80℃ 조건에서의 발의 간격 차이가 거의 없는 것으로 보아 80℃ 이상의 온도에서 열처리 하더라도 발의 간격 차이를 줄이지 못할 것으로 사료된다.
- 수중 침지식 열처리기는 물 온도차가 1℃ 미만이었으며, 설정온도가 높을수록 그 차는 적게 나타났으나 에너지 소비량이 많은 것으로 나타났다. 열처리 온도와 시간을 각각 75℃, 15–20분으로 할 때 우수한 물성을 갖는 PBSAT 모노필라멘트 그물을 제작할 수 있음을 알 수 있었다.
- 이 그물을 시험 제작한 수중 침지식으로 열처리 한 경우, 물 온도 55–70℃에서의 그물의 강도는 열처리 시간에 관계없이 소폭 증가한 반면 신장률은 감소하는 것으로 나타났다.
- 이 연구에서 시험한 수중 침지식 열처리기의 수심 10 cm 지점에서 물 온도는 수조의 좌측 보다 우측에서 약 1℃ 높게 나타났으며, 수심 10 cm 지점에서의 물 온도는 수심 30 cm 지점 보다 약 0.4℃ 높게 나타났다.
후속연구
- 이상의 결과에서 생분해성 PBSAT 모노필라멘트 그물감은 파단강도, 신장률 및 그물코의 각도 등을 고려하면 온도 75℃에서 15–20분정도 열처리하는 것이 타당하다고 사료되며, 향후 에너지 절감 방안을 강구하기 위한 수중 침지식 열처리기의 고도화를 위해 지열 또는 태양열로부터 에너지를 공급 받아 방안 연구가 필요하며, 또한 침지식과 분사식을 겸용하여 열처리하는 연구가 필요한 실정이다.
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