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이종 강화재를 첨가한 폴리우레탄 폼의 기계적 및 열적 특성과 제작 시 초음파 분산의 영향
Mechanical and Thermal Characteristics of Polyurethane Foam with Two Different Reinforcements and the Effects of Ultrasonic Dispersion in Manufacturing 원문보기

大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.56 no.6, 2019년, pp.515 - 522  

김진연 (부산대학교 조선해양공학과) ,  김정대 (부산대학교 조선해양공학과) ,  이제명 (부산대학교 조선해양공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since Liquefied Natural Gas (LNG) is normally carried at 1.1 bar pressure and at -163℃, special Cargo Containment System (CCS) are used. As LNG carrier is becoming larger, typical LNG insulation systems adopt a method to increase the thickness of insulation panel to reduce sloshing load and B...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만, 기존의 연구는 폴리우레탄 폼과 단일재료와의 합성들로 두 가지 재료를 함께 첨가한 이종첨가에 대한 연구는 거의 수행되지 않았다. 따라서, 본 연구는 일반적으로 재료의 경량화와 강도 향상에 기여하는 글라스 버블, 단열성능이 우수한 실리카 에어로겔을 폴리우레탄 폼에 첨가하여 기계적 및 열적 성능을 향상시키고자 하였다. 첨가량에 따른 폴리우레탄 폼의 물성치를 분석하기 위해서 0wt%(중량비, weight percent)부터 두가지 첨가제의 중량비 합이1 wt%이 넘지 않도록 비율을 설정하였다.
  • 본 연구는 이러한 LNG 화물창 내 적재공간효율 문제점을 개선하기 위해 수행되었다. 폴리우레탄 폼의 성능 개선을 위해서 강화재를 첨가하는 연구는 최근 들어 많은 연구가 진행되어 왔다.
  • , 2016). 본 연구에서는 이러한 사실들을 통해 상온에서 열전도도 측정을 하여 극저온에서의 열전도도 성능을 정성적으로 유추해 볼 수 있을 것이라 판단된다. 측정 결과를 Fig.
  • 이 용액을 개방형박스 틀에 붓고 상온에서 24시간 동안 z축방향 자연발포를 거쳐 이종강화 폴리우레탄폼을 완성하였다. 본 연구에서는 초음파 분산기의 영향을 알아보기 위해서 제조단계에서 초음파 분산기를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우로 나누어서 시험편을 제작하였다. Fig.

가설 설정

  • , 2017, 2018). 이에 본 연구에서는 중량비의 합이 1wt%가 넘지 않도록 설정하였고 각각의 중량비는 Table 1과 같다. 상대적으로 점도가 낮은 이소시아네이트와 실리카 에어로겔, 글라스 버블을 IKA사의 호모게나이저(T50-digitalULTRA-TURRAX)를 이용하여 균질하게 혼합한 후, 나노입자의 분산성을 향상시키기 위해 AZO NANO사의 초음파 분산기(QsonicaSonicator Q500)를 사용하여 약 8000 Hz에서 15분 동안 2차 혼합을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
글라스 버블의 역할은 무엇인가? 실리카 에어로겔은 초다공성 구조를 가지며 단열성능이 우수하여 항공우주산업 및 건축산업 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 글라스 버블은 속이 빈 구 형태로 첨가 시 재료의 무게는 감소하지만 강도를 향상시키는 역할을 하여 주로 구조용 폼, 자동차, 열가소성 플라스틱 등에 사용된다.
액화 천연가스를 취급하는 선박의 수요가 증가하는 원인으로는 무엇이 있는가? 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)는 MEPC 70차 회의(2016.10.20)에서 2020년부터 선박에서 사용되는 연료유 속의 황 함유량을 0.5%이하로 규제하기로 결정하였다. 이에 따라 선주는 규제를 만족하기 위해서 저유황유(low sulfur oil)를 사용하거나 액화천연가스(LNG, Liquified Natural gas)를 선박용 주 연료로 사용 또는 SOx 저감장치(scrubber)를 추가로 장착하는 방법 등의 조치를 강구할 수 있다.
LNG를 취급하는 선박이 가져야 할 특성은 무엇인가? 그 중 LNG 연료 추진선 개발이 활발히 이루어 지고 있고 이에 따라서 액화 천연가스를 취급하는 선박의 수요가 증가하고 있다. LNG를 취급하는 선박이라면 -163℃의 극저온 환경에서 연료를 안전하게 보관하고 열 손실을 최소화하는 내부 단열 시스템이 필수적이다. 단열 시스템의 큰 비중을 차지하는 폴리우레탄 폼은 유리섬유를 첨가하여 선박에 적용되고 있지만, 슬로싱(sloshing)에 의한 파괴, LNG 화물창 내부 기화 현상인 BOR(Boil-Off Rate)이 높아짐에 따라 여전히 단열재의 기계적, 열적 성능 향상이 필요하다.
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참고문헌 (12)

  1. Ahn, J.H., et al., 2018. Development and mechanical and thermal performance evaluation of polyurethane foam composites reinforced with glass bubbles. Journal of the Korean Society of Marine Engineering, 42(9), pp.708-714. 

  2. Ahn, J.H., et al., 2017. Mechanical behavior of polymer foam reinforced with silica aerogel. Journal of the Ocean Engineering and Technology, 31(6), pp.413-418. 

  3. Bae, J.H., Hwang, B.K., & Lee, J.M., 2019. Compression dynamic performance of glass bubble/epoxy resin adhesion. Composites Research, 32(2), pp.90-95. 

  4. Blumm, J., 2012. Thermal conductivity of engineering materials. Handbook of Measurement in Science and Engineering, pp.1151-1188. 

  5. Choi, S.W., Roh, J.U., Kim, M.S., & Lee, W.I., 2012. Analysis of two main LNG CCS (cargo containment system) insulation boxes for leakage safety using experimentally defined thermal properties. Applied Ocean Research, 37, pp.72-89. 

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  7. Goods, S.H., Neuschwanger, C.L., Whinnery, L.L., & Nix, W.D., 1999. Mechanical properties of a particle­strengthened polyurethane foam. Journal of Applied Polymer Science, 74(11), pp.2724-2736. 

  8. Kim, Y.H., et al., 2007. Effects of organoclay on the thermal insulating properties of rigid polyurethane foams blown by environmentally friendly blowing agents. Macromolecular, 15(7), pp.676-681. 

  9. Lee, Y., Baek, K.H., Choe, K., & Han, C., 2016. Development of mass production type rigid polyurethane foam for LNG carrier using ozone depletion free blowing agent. Cryogenics, 80, pp.44-51. 

  10. McGee, S.D., Batt, G.S., Gibert, J.M., & Darby, D.O., 2017. Predicting the effect of temperature on the shock absorption properties of polyethylene foam. Packaging Technology and Science, 30(8), pp.477-494. 

  11. Nazeran, N., & Moghaddas, J., 2017. Synthesis and characterization of silica aerogel reinforced rigid polyurethane foam for thermal insulation application. Journal of Non-Crystalline Solids, 461(1), 1-1. 

  12. Tseng, C. J., Yamaguchi, M., & Ohmori, T., 1997. Thermal conductivity of polyurethane foams from room temperature to 20 K. Cryogenics, 37(6), pp.305-312. 

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