[논문]반복 충격장치 설계 및 반복충격에 의한 플라스틱 재료특성 연구

이준현; 이상필; 이진경

doi:10.9726/kspse.2017.21.5.029

반복 충격장치 설계 및 반복충격에 의한 플라스틱 재료특성 연구
Design of Repetitive Impact Tester and Mechanical Properties of Plastic Due to Cyclic Impacts 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.21 no.5, 2017년, pp.29 - 34

이준현 (부산대학교 기계공학부) , 이상필 (동의대학교 기계공학과) , 이진경 (동의대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Many household appliances, including vacuum cleaners, are being subjected to various of impact damages, and made of plastic. However, researches on the damage of appliances materials by repetitive impacts have been rarely conducted. the mechanical stress exerted upon impact-modified polycarbonate (PC) has a great influence not only on the quality of the product but also on the life span. The purpose of this research was to quantify the effects of repetitive impact on the polycarbonate. Second, it was to design the repetitive impact tester for controlling the impact energy. The mechanical properties of tensile strength, yielding stress and strain on the specimens subjected to cyclic impacts were discussed. Tensile strength was sharply declined at the beginning of the impact cycles, while the strain gradually decreased during impact cycles.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

그러나 반복적인 충격에 의해 재료의 특성 변화를 연구하는 연구결과에서도 10여 회의 적은 반복횟수에 의한 내충격 특성을 연구한 결과와 세라믹 재료에 최대 120회 정도로 국부적인 충격을 가함으로써 경도변화 등을 측정한 결과 그리고 코팅된 금속에 수십만번의 국부적인 충격을 주어코팅의 상태를 평가한 연구결과는 있지만, 플라스틱 재료전체에 충격하중을 주어 충격특성에 대한 연구는 거의 이루어지고 있지 않다^6-8). 따라서 본 연구에서는 수천회의 반복적인 충격을 받는 플라스틱 재료의 특성 파악을 위해 반복충격장치를 고안하였으며, 이를 이용하여 반복적인 충격을 받은 플라스틱 재료의 인장강도 및 연신율의 변화 등 기계적 특성을 관찰하였다.

제안 방법

본 연구에서는 PC 재료의 반복적인 충격에 대한 기계적 특성 중의 하나인 강도와 연신율의 변화를 평가하였으며 개발된 반복 충격시험기를 이용하여 플라스틱 시험편에 5.0 J의 충격에너지를 반복적으로 가하였다. Fig.
본 연구에 사용된 재료는 PC 플라스틱으로서 우수한 기계적 특성, 내열성, 전기적 특성 및 치수안전성을 가지고 있기 때문에 자동차, 전기, 전자제품의 기능성 부품에서 외장 재료에 이르기까지 다양한 용도에 사용되어진다. 본 연구에서는 플라스틱 재료에 반복적인 충격을 가하기 위해 반복 충격시험기를 고안하였으며 설계방향의 중점은 첫째, 자동화의 구현이다. 오랜 시간동안 반복해서 충격을 가하고 원하는 횟수만큼 충격을 가해야하므로 자동화의 구현은 필수적인 요소다.
둘째, 충격 에너지의 변화이다. 일상생활에서 가전제품을 사용할 시 떨어뜨리거나, 벽에 부딪히거나 할 때 충격량의 차이가 발생할 수밖에 없으므로, 다양한 충격량에 대한 실험이 가능하도록 충격량을 조절 가능하도록 하였다. 본 연구에서는 이와 같은 관점에 중점을 두고 반복 충격시험기를 설계하여 제작하였다.

대상 데이터

각 재료에 대한 물성치는 Table 1에 나타내었다. 본 연구에 사용된 재료는 PC 플라스틱으로서 우수한 기계적 특성, 내열성, 전기적 특성 및 치수안전성을 가지고 있기 때문에 자동차, 전기, 전자제품의 기능성 부품에서 외장 재료에 이르기까지 다양한 용도에 사용되어진다. 본 연구에서는 플라스틱 재료에 반복적인 충격을 가하기 위해 반복 충격시험기를 고안하였으며 설계방향의 중점은 첫째, 자동화의 구현이다.

성능/효과

1) 개발된 반복충격시험기를 이용하여 충격실험을 한 결과 충격을 받지 않은 PC 플라스틱 재료의 인장강도 및 항복강도는 각각 69 MPa, 66 MPa이었지만, 2,000회까지 충격을 받은 시험편의 인장강도 및 항복강도는 각각 42%와 45%의 강도 감소현상을 나타내었다. 그러나 2,000회 이상의 충격을 받은 시험편에서의 강도저하는 크게 발생하지 않아 PC 플라스틱 재료인 경우 2,000회 이전의 초기 충격에 매우 민감하게 반응하는 것으로 나타났다.
2) 변형률의 변화는 충격을 받지 않은 시험편에서 100%의 연신율을 나타내었으며, 충격을 받은 시험편에서는 점차적으로 연신율이 감소하는 경향을 나타내었다. 최종적으로 약 6,000회 정도의 충격을 받은 시험편에서는 약 90% 정도의 값을 연신율을 나타내어 약 10% 정도의 연신율이 감소하였다.
3) PC 플라스틱의 반복적인 충격에 따른 실험결과를 이용하여 인장강도 및 변형률(y)과 충격회수(x)의 관계식을 유도하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	엔지니어링 플라스틱은 플라스틱의 어떠한 단점을 극복하기 위해 개발된 것인가?	특히 청소기는 어느 일정위치에서 떨어뜨리는 충격시험을 통과하여야만 품질검사를 통과할 수 있다3). 한편 플라스틱 재료는 탄소와 수소의 연속적인 결합으로 이루어진 거대분자의 긴 사슬로 구성되어져 있는 고분자 재료로써 기존의 금속이나 세라믹 재료에 비하여 독특한 특성을 가지고 액체와 고체의 쌍방의 성질을 나타내는 고분자의 가장 큰 특징 중의 하나인 점탄성 거동을 하기 때문에 정확한 기계적 특성 및 파손의 판단기준을 명확히 정하기 어렵다4,5). 또한 플라스틱은 금속보다 가볍고 전기 절연성, 착색성, 성형 가공성 등의 우수한 특성을 가지고 있지만 강도와 내열성이 약하다는 단점을 가지고 있다. 따라서 이들 단점을 극복하기 위해 등장한 것이 엔지니어링 플라스틱(Engineering Plastic, EP)이다.
	청소기는 어떠한 장치인가?	일반 가정에서 사용하는 청소기, 냉장고 TV, 공기청정기 등 거의 모든 가정용 가전제품들은 거의 플라스틱과 금속으로 구성되어져 있다. 특히 청소기의 경우 바닥 및 카펫의 먼지나 작은 쓰레기를 흡입하여 종이주머니에 모으는 장치로 청소기의 바닥과 카펫표면과의 마찰이 필연적으로 발생하기 때문에 마찰 및 마모에 대한 연구는 어느 정도 이루어져 왔다1,2). 그러나 청소기를 다룰 때 자주 가구, 벽면 또는 다른 가전제품들과 지속적으로 충돌이 발생한다.
	청소기의 충돌현상은 무슨 문제를 발생하는가 ?	그러나 청소기를 다룰 때 자주 가구, 벽면 또는 다른 가전제품들과 지속적으로 충돌이 발생한다. 이와 같은 충돌현상에 의해 청소기의 부품에서 손상이 발생할 수 있고 작은 충격력이지만 이러한 현상이 지속적으로 발생하게 되면 플라스틱 재질의 변형 및 부품의 파손이 발생할 수 있다. 특히 청소기는 어느 일정위치에서 떨어뜨리는 충격시험을 통과하여야만 품질검사를 통과할 수 있다3).

참고문헌 (8)

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