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제목 Fraunhofer LBF(프라운호퍼 구조내성 및 시스템안정성 연구소) 열 챔버 없이 플라스틱 동적 테스트 가능한
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2020/08/28 17:09

Fraunhofer LBF(프라운호퍼 구조내성 및 시스템안정성 연구소)

열 챔버 없이 플라스틱 동적 테스트 가능한 장치 개발

 

플라스틱의 거동은 온도 및 변형률 속도에 따라 달라진다. 따라서 플라스틱 소재 부품을 설계할 때는 실험실 조건뿐만 아니라 이후 실제 사용될 조건에서 소재를 사용하고자 하는 플라스틱의 거동을 정확히 아는 것이 중요하다. 또한 있을 수 있는 온도의 전체 스펙트럼을 고려해야 한다.

이를 위해, Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF(프라운호퍼 구조내성 및 시스템안정성연구소) 소속 과학자들이 열 챔버(thermal chamber) 없이도 낮은 온도(최하 섭씨 -40°C)에서 플라스틱을 검사할 수 있도록 하는 장치를 갖춘 자체 개조한 고속 테스트 장비를 이용해 낮은 온도에서 동적 플라스틱 테스트 가능성을 확장하는 데 성공했다.

Fraunhofer LBF 과학자 팀은 이 새로운 장치를 통해 실온 이하 온도에서도 플라스틱 물성을 조사할 수 있게 됐다. 또한, 과학자들은 DIC/GSC (Digital Image Correlation/Greyscale Correlation, 디지털 이미지 상관관계/그레이 스케일 상관관계)로 광학적 변형을 측정해 종방향 및 횡방향 변형이 유도된 시편에 2D 변형장(strain field)을 구해냈다.

연구팀은 액체 질소에 의해 냉각된 압축 공기로 저온을 생성하면서 시편을 이 공기 흐름 안에 위치시켜 놓고 열화상 카메라로 넓은 면적의 온도를 모니터링해 원하는 온도에 도달하는 즉시 측정을 시작했다. 압축 공기와 질소를 혼합했을 때의 장점은 압축 공기를 건조하게 유지할 수 있으며, 시편 표면에 얼음 결정 몇 개만 생길 뿐이라는 점이다. 또한, 냉각 저수조를 통해 얻은 혼합 가스는 질소가 직접 사용할 때보다 일정한 온도의 공기 흐름을 보장한다.

 Fraunhofer LBF에서 개발한 냉각 장치는 컨트롤러와 스위치 장치, 냉각 저수조, 질소 탱크, 시편으로 가스 공급 라인 등으로 구성된다. 열 챔버가 없으면 카메라와 시편 사이에 창이 없어 챔버의 창유리 가열 시 흐려지거나 또는 동결 또는 공기 소용돌이가 발생하지 않는 장점이 있다. 이는 정확한 DIC 및 테스트 결과를 얻는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 다양한 크기의 부품 및 유형에서 유연한 테스트가 가능하다.

Fraunhofer LBF는 새로운 냉각 장치 용도에 맞는 테스트 온도 범위를 조절할 수 있는 능력도 갖추었다. 이 온도 스펙트럼 내에서, 조사 자체의 수행 뿐 아니라, 단일 소스에서 펠렛 상태의 수지 원료로 시작해 검증된 원료 물성표를 만들어 내는 연구소 작업 과정 전체를 진행하는 데 그 테스트 상의 경험을 활용할 수 있다.  

이는 해당 원료의 가공 및 테스트 조건을 정확히 알 수 있다는 것을 의미한다. Fraunhofer LBF 과학자 팀은 의뢰받은 펠렛 원료에서 샘플 판을 제작하고 여기서 다양한 각도로 여러 가지 테스트용 시편을 만들어낸다. 원료의 물성표는 이를 바탕으로 다양한 테스트에서 얻은 데이터를 기반으로 만들어진다. 시편의 형태학적 영향에 대한 검증 및 조사를 위해 수지 섬유의 배향 상태를 확인하기 위한 마이크로컴퓨터 단층촬영기 또한 갖추고 있다.

이같은 조사들을 통해 Fraunhofer LBF 연구소는 여러 산업 분야를 위해 안전한 플라스틱 부품 설계 프로세스를 지원한다. 여기에는 자동차산업, 자동차 부품 공급업체, 항공우주산업, 원자재 제조업체에서 스포츠 용품, 원예 도구 또는 전문가 또는 취미활동을 위한 전동 수공구 등의 소비재 분야 등이 포함된다.

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