[논문]반복적인 충격하중을 받은 PC 플라스틱 재료의 변형 및 수명 평가

이진경

doi:10.21289/ksic.2020.23.4.611

반복적인 충격하중을 받은 PC 플라스틱 재료의 변형 및 수명 평가
Deformation and Life Evaluation of PC Plastic Materials Subjected to Repeated Impact Loads 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.23 no.4/1, 2020년, pp.611 - 616

Abstract ▼ AI-Helper

Polycarbonate (PC) materials having electrical insulation properties, are thermoplastic material and are easily processed, have excellent strength and heat resistance characteristics, and also have transparent and hard characteristics. In this study, we tried to derive the ε-N curve of strain-life, which shows the relationship between the strain characteristics and the life of the material when repeated impact loads are applied to the PC plastic material. As the impact load increased to 3.0kg, 4.0kg, 5.0kg, and 6.0kg, the strain also increased linearly to 0.033, 0.041, 0.046, and 0.055. At 3.0kg of mass impact, the test piece broke with 12000 impact cycles, 8400 times at 3.5kg, 7400 times at 4.0kg, 6600 times at 4.5kg, 4700 times at 5.0kg, 3000 times at 5.5kg, and 1000 times at 6.0kg. The number of fractures exponentially decreased as the load gradually increased. Using these results, an ε-N curve for PC plastic was derived.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Chemical structure of polycarbonate material
표 Table 1. PC properties and using examples
그림 Fig. 2 Repetitive impact tester and strain measurement
그림 Fig. 3 Strain according to impact loads
그림 Fig. 4 Time difference between first and second strains by impact load
그림 Fig. 5 Time difference vs. Impact load
그림 Fig. 6 Strain vs. Impact load
그림 Fig. 7 Strain-Life curve

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 PC 플라스틱 소재에 대한 반복적인 충격하중을 가할 때 재료의 변형특성 및 변형률과 수명과의 관계를 나타내는 변형률-반복횟수[6,7]의 ε-N 곡선을 도출하고자 하였다.
본 연구에서는 PC와 플라스틱 재료에 대한 반복적인 충격에 의해 변형률 변화를 평가한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
이와 같이 질량이 점차적으로 증가하면서 충격을 가할 경우 변형률도 점차적으로 증가하였다. 본 연구에서는 플라스틱 시험편에 충격을 가하기 위해 일정한 질량을 가진 물체를 낙하시키는 방법으로 가하였다. 따라서 일정 무게를 가진 추가 낙하하면서 시험편에 충격을 가한 후 다시 튕겨 올라가 반발하여 0.

제안 방법

2s 이내에 다시 시험편에 약간의 충격을 가하는 상태이다. 따라서 두 번째의 충격에 대한 정보를 얻기 위해 Fig. 4에서와 같이 첫 번째 충격이후 두 번째 충격까지의 시간 차이와 두 번째 충격에서의 변형률을 측정하였다.
해머의 지지대부분을 사각채널로 설계한 것은 캠과 지지대사이에 점접촉이 아닌 면접촉을 유도하여 마모를 줄이기 위해 설계하였다. 또한 자동화를 위한 컨트롤 패널로써 캠과 연결된 모터의 rpm을 조절하는 장치와 충격 횟수를 설정하여 카운팅하는 장치로 설계하였으며 해머가 낙하할 때 센서로 카운팅하여 원하는 횟수에 도달하였을 자동으로 정지하도록 설계하였다[8,9].
0kg에서는 1000여회에서 시험편이 파단되어 하중이 점차적으로 증가함에 따라 파단되는 횟수는 지수함수적으로 감소하였다. 이와 같은 결과를 이용하여 PC 플라스틱에 대한 ε-N 곡선을 도출하였다.
모터에 의한 캠의 반복적인 회전으로 해머가 낙하하면서 시편에 충격을 가하는 방식이다. 해머의 지지대부분을 사각채널로 설계한 것은 캠과 지지대사이에 점접촉이 아닌 면접촉을 유도하여 마모를 줄이기 위해 설계하였다. 또한 자동화를 위한 컨트롤 패널로써 캠과 연결된 모터의 rpm을 조절하는 장치와 충격 횟수를 설정하여 카운팅하는 장치로 설계하였으며 해머가 낙하할 때 센서로 카운팅하여 원하는 횟수에 도달하였을 자동으로 정지하도록 설계하였다[8,9].

대상 데이터

본 연구에 이용된 PC 플라스틱 소재의 화학구조는 Fig. 1과 같으며 내열성, 기계적 특성, 전기적 특성 등이 균형적으로 갖추어져 있으며 투명한 특성을 가지고 있다. Table 1에서는 PC 소재의 특성과 그에 따른 사용되는 용도를 나타내었다.

성능/효과

(1) 충격하중이 3.0kg, 4.0kg, 5.0kg, 6.0kg으로 증가함에 따라 변형률도 0.033m/m, 0.041 m/m, 0.046m/m 및 0.055m/m 등으로 질량이 증가함에 따라 선형적으로 변형률도 증가하였다.
(2) 낙하에 의한 충격으로 인해 첫 번째 충격뿐만 아니라 순간적으로 튕겨올라가 두 번째 충격이 가해지고 첫 번째 충격과 두 번째 충격과의 시간차는 3.0kg에서는 0.109s, 3.5kg는 0.129s, 4.0kg은 0.141s, 4.5kg은 0.145s, 5.0kg은 0.158s, 5.5kg은 0.176s 및 0.186s로 충격하중이 증가함에 따라 시간차는 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었다.
(3) 질량 3.0kg의 충격에서는 12000여회의 충격에 시험편은 파단되었으며 3.5kg에서는 8400여회, 4.0kg은 7400여회, 4.5kg은 6600여회, 5.0kg은 4700여회, 5.5kg에서는 3000여회 및 6.0kg에서는 1000여회에서 시험편이 파단되어 하중이 점차적으로 증가함에 따라 파단되는 횟수는 지수함수적으로 감소하였다. 이와 같은 결과를 이용하여 PC 플라스틱에 대한 ε-N 곡선을 도출하였다.

후속연구

그러나 반복적으로 다양한 충격을 받을 때 어떻게 재료의 변화가 발생하는지에 대한 연구는 이루어지고 있지 않다. 외부로부터 다양한 하중을 반복적으로 받을 때 PC 재료의 변형특성과 수명과의 상관관계를 밝혀냄으로써 다양한 기계부품 소재로도 더욱 많이 이용될 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 PC 플라스틱 소재에 대한 반복적인 충격하중을 가할 때 재료의 변형특성 및 변형률과 수명과의 관계를 나타내는 변형률-반복횟수[6,7]의 ε-N 곡선을 도출하고자 하였다.

참고문헌 (9)

M. L. Lu, K. C. Chiou, F. C. Chang, "Elastic-Plastic Fracture Toughness of PC/ABS Blend Based on CTOD and J-integral Methods", Polymer, Vol. 37, pp. 4289-4297. (1996)

상세보기
J. Hund, J. Naumann, T. Seelig, "An Experimental and Constitutive Modeling Study on the Large Strain Deformation and Fracture Behavior of PC/ABS Blends", Mechanics of Materials, Vol. 124, pp. 132-142. (2018)

상세보기
L. Yang, X. Liu, Z. Wu, R. Wang, "Effects of Triangle-Shape Fiber on the Transverse Mechanical Properties of Unidirectional Carbon Fiber Reinforced Plastics", Composite Structures, Vol. 152, pp. 617-625. (2016)

상세보기
B. Bai, Y. Liu, X. Meng, C. Liu, G. Zhang, W. Zhang, H. Jin, "Experimental Investigation on Gasification Characteristics of Polycarbonate (PC) Microplastics in Supercritical Water", J. of the Energy Institute, Vol. 93, pp. 624-633, (2020)
A. Pascu, M. Oleksik, N. Rosca, E. Avrigean, V. Oleksik, "Experimental Studies on Uniaxial and Echibiaxial Tensile Tests Applied to Plastic Materials Sheets", Materialstoday : PROCEEDINGS, Vol. 12(2), pp. 271-278. (2019).

상세보기
S. Hassanifard, S. M. Hashemi, "On the Strain- Life Fatigue Parameters of Additive Manufactured Plastic Materials Through Fused Filament Fabrication Process", Additive Manufacturing, in press, (2020).
J. Polak, "Plastic Strain-Controlled Short Crack Growth and Fatigue Life", International Journal of Fatigue, Vol. 27, pp. 1192-1201, (2005).

상세보기
이준현, 이상필, 이진경, "반복 충격장치 설계 및 반복충격에 의한 플라스틱 재료특성 연구", 한국동력기계공학회지, 제 21권 5호, pp.29-34. (2017).

원문보기 상세보기
이진경, "PC와 ABS 플라스틱재료의 반복적인 충격하중에 의한 기계적 특성 평가, 한국산업융합학회 논문집, 제23권 3호, pp. 375-380. (2020).

원문보기 상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증