[논문]농산물 골판지포장상자의 수송 중 진동에 의한 압축강도 변화

조중연; 신준섭; 김종경

농산물 골판지포장상자의 수송 중 진동에 의한 압축강도 변화
Effect of Vibration during Distribution Process on Compression Strength of Corrugated Fiberboard Containers for Agricultural Products 원문보기

조중연 (용인송담대학 유통학부) , 신준섭 (용인송담대학 유통학부) , 김종경 (용인송담대학 유통학부)

The aim of this study was to estimate adverse effect on compression strength of corrugated fiberboard containers due to vibration during distribution process. Distribution environment such as road conditions and compression strength of corrugated fiberboard containers for selected agricultural products were studied. We found that increasing humidity does not effect significantly on natural frequencies of boxes, but results in accelerative effect to decrease compression strength of boxes. Box structures and product types also effect on loss of compression strength greatly.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 농산물골판지포장상자의 강도를 저하시키는 여러 요인 중 특히 진동에 의한 저하율을 실증연구를 통해 파악하고 이를 계량화하여 압축강도를 보다 정확하게 예측할 수 있도록 하기위하여 수행되었다.
실제 유통 중에 제품과 포장에 가해지는 진동은 불규칙으로 농산물 상자 역시 여러 개의 정현파 진복에 의해 다른 영향을 받을 것으로 판단되었다. 따라서 일반 공산품의 진동시험과 같이 불규칙 진동시험(Random Vibration Test) 적용시 상자의 압축강도에 어떻게 영향을 미치는지 관찰하였다. 이러한 불규칙진동시험은 전체 구간에 대한 충격에너지를 산정하여 포장 규격을 설정하는 것으로 실제 유통 Test에서 실측된 유통과정을 PSD(Power Spectral Density)로 변화하여 진동실험을 행하게 되어 실제와 가장 유사한 결과를 얻게 된다.

제안 방법

각 규격의 상자와 제품을 온도 23±1℃, 습도 50±2%, 24시간 전처리 후 40분간 사전 조정된 PSD plot에 의거 진동시험(ASTMD-4728 기준)을 행하였으며 Figure 9 와 같이 수행되었다.
공시재료는 감귤, 방울토마토, 오이를 사용하였으며 각 규격의 상자와 제품을 온도 23±1℃, 습도 50±2%, 24시간 전처리 후 사전 조정된 PSD plot에 의거 40분간 진동시험(ASTM D-4728 기준)을 행하였다.
유통환경에서 진동이 포장상자의 형태와 상대습도의 변화에 따라 포장상자 자체 공진 주파수에 어떤 영향을 주는지 파악하기 위하여 조건을 달리하여 각 포장상자의 공진주파수를 측정하였다. 공진 주파수란 단일제품에서 파손 발생 가능성이 가장 높은 주파수 대역을 의미하며 아래 Table 1의 조건으로 진동 시험방법(ASTM D-999, KS A 1017)과 같은 방법으로 행하였다(Figure 2).
진동에 의한 열화현상을 파악하기 위하여 제품적입 후 20℃에서 각각 50, 70, 90% R.H.에서 24시간 보관된 포장상자의 고유주파수 파악하고 제품이 적재된 상태에서 김천-서울 간의 경부고속도로 구간의 실제진동기록결과를 활용하였다. 공시재료는 감귤, 방울토마토, 오이를 사용하였으며 각 규격의 상자와 제품을 온도 23±1℃, 습도 50±2%, 24시간 전처리 후 사전 조정된 PSD plot에 의거 40분간 진동시험(ASTM D-4728 기준)을 행하였다.

대상 데이터

시험에 사용된 PSD plot은 경북과학대학(경북 왜관 소재)에서 제공된 김천-서울 간의 경부고속도로 구간의 실제진동기록결과를 활용하였으며 제품 Simulant로 쓰인 공시재료는 감귤, 방울토마토, 오이를 사용하였다. 각 규격의 상자와 제품을 온도 23±1℃, 습도 50±2%, 24시간 전처리 후 40분간 사전 조정된 PSD plot에 의거 진동시험(ASTMD-4728 기준)을 행하였으며 Figure 9 와 같이 수행되었다.
진동시험기는 ETS 4000(미국 Lansmonts사, Capacity: 4000kgf, 진동범위: 5~3000Hz)을 이용하였으며 진동시험기 시스템은 아래 Figure 1 과 같다.

성능/효과

이러한 결과는 진동시험 이후 측정한 습도의 변화에서 확인할 수 있다. 같은 진동시험 이후 감귤과 오이상자의 내부 및 외부 라이너지의 함수율을 측정한 결과 외부 라이너의 함수율은 큰 변화가 없었으나 내부 라이너지의 함수율은 비교적 높아졌다. 특히 감귤의 경우 4.
결론적으로 진동에 의한 강도열화는 진동자체에 의한 열화보다는 제품유동 등에 의한 수분함량변화와 더 밀접하게 관련이 있다. 이를 종합하여 보면 최악의 상황에서 SW나 수출의 경우는 20%의 열화, DW나 국내수송의 경우 15%의 열화, 로 설정하는 것이 합리적으로 판단된다.
낙하충격에 의한 강도열화 : 낙하충격의 경우 매우 예외적이므로 본 연구대상에는 제외하였다. 그러나 내용품이 들어 있는 상자를 이용해 그 밑바닥의 각 혹은 모서리를 각 상자 1회씩의 낙하충격(높이 40㎝: 전국 레벨로 수송실태 조사한 결과 98.8%가 40㎝ 이하의 낙하)을 더한 경우의 영향을 측정하면, 자립형의 경우 평균 8%의 열화, 비자립형인 경우 평균 13%의 상자압축강도의 열화가 발생한다.
상자의 압축강도는 모든 상자에서 상대적으로 DW의 저하율이 낮았으며 SW RSC형 상자의 압축강도 저하는 무려 20.49%로 가장 높았다. 특히 Folder 형 상자의 경우 SW, DW 모두 낮은 압축강도 저하율을 보이고 있는 점이 특징이다.
시험결과 상자의 공진주파수는 상대습도의 변화나 상자의 형태와는 밀접한 관련이 없는 것으로 나타났다. 주파수 패턴도 상당히 유사하며 습도에 따른 공진주파수의 이동도 큰 차이점을 발견하지 못하였다(Figure 3 ～ 8).
결론적으로 진동에 의한 강도열화는 진동자체에 의한 열화보다는 제품유동 등에 의한 수분함량변화와 더 밀접하게 관련이 있다. 이를 종합하여 보면 최악의 상황에서 SW나 수출의 경우는 20%의 열화, DW나 국내수송의 경우 15%의 열화, 로 설정하는 것이 합리적으로 판단된다.
가. 적재 시뮬레이션(불규칙진동)에 의한 수분함량 변화 : 진동 전보다 PSD 시뮬레이션 이후 상자 내부의 수분함량이 크게 증가하였으며 상자내부의 함량은 밀폐형인 RSC형이 개방형인 Folder나 Bliss 형보다 다소 높게 나타났다. 그러나 상자형태 간의 수분함량 차이는 크지 않았으며 그보다는 제품특성에 따른 수분함량차이가 더 큰 것으로 사료된다.

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