KR100836503B1 - Re-entrant porous structure with negative poisson's ratio and method for manufacturing of the same - Google Patents

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이태수
이문규
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서강대학교산학협력단
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Abstract

A method for preparing a concave porous structure with a negative poisson's ratio is provided to produce the structure easily, and to control physical properties of the structure properly by changing the size, porosity, and shape of pores in the structure. A method for preparing a concave porous structure with a negative poisson's ratio includes the steps of: (S1) mixing salt particles with polyethylene particles, heating the mixture to attach the polyethylene particles to the salt particles, immersing the polyethylene-adhered salt particles in a brine to dissolve polyethylene-free parts, and drying the partially dissolved salt particles to prepare concave salt particles; (S2) mixing polymethyl methacrylate powder with the concave salt particles in a volume ratio of 2:8 to 4:6; (S3) mixing the mixture with a methyl methacrylate solution, and polymerizing the mixture; (S4) removing the concave salt particles from the polymers using distilled water; and (S5) drying the concave porous structure free of the concave salt particles.

Description

음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체 및 그 제조방법{RE-ENTRANT POROUS STRUCTURE WITH NEGATIVE POISSON'S RATIO AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}A concave porous structure having a negative Poisson's ratio and a method of manufacturing the same {RE-ENTRANT POROUS STRUCTURE WITH NEGATIVE POISSON'S RATIO AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법을 나타낸 흐름도, 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio according to the present invention;

도 2는 본 발명의 오목한 소금입자의 제조방법을 나타낸 흐름도,2 is a flow chart showing a method for producing concave salt particles of the present invention;

도 3a는 폴리에틸렌 입자가 부착된 소금입자로서 부분용해 전 상태를 촬영한 현미경 사진, Figure 3a is a micrograph photographing the state before partial dissolution as salt particles attached to polyethylene particles,

도 3b는 20%농도의 소금물 용액에서 1분간 부분용해된 소금입자를 촬영한 현미경 사진, Figure 3b is a photomicrograph of the salt particles partially dissolved in a salt solution of 20% concentration,

도 4는 본 발명의 제조방법에 사용된 PTFE(Polytetrafluoroethylene)틀과, 상기 PTFE틀로부터 제조된 블록시편, Figure 4 is a PTFE (Polytetrafluoroethylene) frame used in the production method of the present invention, the block specimen prepared from the PTFE frame,

도 5는 오목한 소금입자가 침출제거된 오목 다공성 구조체의 개략적인 모양을 나타낸 구조도, 5 is a structural diagram showing a schematic shape of a concave porous structure in which concave salt particles are leached out;

도 6a는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 오목 다공성 구조체를 촬영한 현미경 사진, Figure 6a is a photomicrograph of the concave porous structure produced by the manufacturing method according to the present invention,

도 6b는 대조군으로서 볼록한 소금입자를 이용하여 제조된 다공성 구조체를 촬영한 현미경 사진, Figure 6b is a micrograph of the porous structure prepared using convex salt particles as a control,

도 7은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 오목한 다공성 구조체에서 소금입자 70% 및 80%의 부피혼합비일 때의 프와송비의 측정치와 이론치를 비교한 그래프, 7 is a graph comparing the measured values and theoretical values of Poisson's ratio when the volume mixing ratio of the salt particles 70% and 80% in the concave porous structure prepared according to the present invention,

도 8은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 볼록 및 오목 미세다공성 구조체에서 소금입자 70% 및 80%의 부피혼합비일 때의 탄성계수 측정치와 이론치를 비교한 그래프, 8 is a graph comparing elastic modulus measurements and theoretical values at a volume mixing ratio of 70% and 80% of salt particles in convex and concave microporous structures prepared according to the manufacturing method of the present invention;

도 9는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 볼록 및 오목 다공성 구조체의 각 시편을 촬영한 사진이고, 9 is a photograph of each specimen of the convex and concave porous structure prepared according to the manufacturing method of the present invention,

도 10은 도 9에 도시된 각 시편의 충격저항력을 측정하기 위한 충격시험기 및 시험장면을 촬영한 사진, 10 is a photograph taken of the impact tester and test scene for measuring the impact resistance of each specimen shown in FIG.

도 11은 오목한 소금입자 70%, 75% 및 80%의 부피혼합비에서 볼록 및 오목 다공성 구조체의 충격시험결과를 나타낸 표이다. 11 is a table showing the impact test results of convex and concave porous structures at volume mixing ratios of concave salt particles 70%, 75% and 80%.

본 발명은 음의 프와송 비를 갖는 오목 다공성 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 제조방법이 상대적으로 용이하며, 소금입자와 수지분말의 부피혼합비를 조절함으로써 구조체가 갖는 공극의 크기, 공극률 및 형태를 변화시켜 구조체의 물성을 적절히 제어할 수 있는 음의 프와송 비를 갖는 오목 다공성 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a concave porous structure having a negative Poisson's ratio and a method for manufacturing the same, the manufacturing method is relatively easy, by adjusting the volume mixing ratio of the salt particles and resin powder, the size, porosity and shape of the pores of the structure It relates to a concave porous structure having a negative Poisson's ratio that can control the physical properties of the structure appropriately by changing the and the manufacturing method.

프와송 비(Poisson's Ratio)라 함은 재료의 인장 또는 압축시에 길이방향에 대한 횡방향 변형률 비의 절대값을 말한다. Poisson's Ratio refers to the absolute value of the transverse strain ratio in the longitudinal direction at the time of tension or compression of the material.

예를 들어, 단순응력상태에서 재료에 X축 방향에 σX가 작용하는 경우, X축 방향으로 변형률 εX가 생김과 동시에 , X축과 직각의 Y축 및 Z축 방향으로도 변형률 εY, εZ가 발생한다. 이 때, 동일한 재료에 있어서, εX에 대한 εY, εZ에 크기의 비율은 항상 일정하며, 그 절대치의 비 혹은 비례의 정수를 프와송비(υ)라 한다. (εY= εZ = -υεX ) For example, when σ X acts on the material in the X-axis direction under simple stress, strain ε X occurs in the X-axis direction, and strain ε Y , in the Y- and Z-axis directions perpendicular to the X-axis. ε Z occurs. At this time, in the same material, the ratio of the size to ε Y and ε Z with respect to ε X is always constant, and the ratio of the absolute value or the constant of the proportion is called Poisson's ratio (υ). (ε Y = ε Z = -υε X )

따라서, 양(+, positive)의 프와송비를 갖는 재료에 길이방향으로 인장력을 가하면 횡방향으로 수축하게 되고, 반대로 길이방향으로 압축력을 가하면 횡방향으로 늘어나게 된다. Therefore, when the tensile force is applied in the longitudinal direction to the material having a positive Poisson's ratio, it is contracted in the transverse direction, and conversely, when the compressive force is applied in the longitudinal direction, it is extended in the transverse direction.

한편, 전술한 양(+)의 프와송비를 갖는 대부분의 재료의 거동과는 반대로, 음(-, negative)의 프와송 비를 갖는 재료는 길이 방향의 인장시 횡방향이 늘어나고, 길이방향의 압축시 횡방향이 줄어드는 특성을 갖는다. On the other hand, in contrast to the behavior of most materials having a positive Poisson's ratio, the material having a negative Poisson's ratio increases in the transverse direction during tension in the longitudinal direction, It has the characteristic of decreasing the transverse direction during compression.

전술한 특성으로 인해 음의 프와송비를 갖는 구조체는, 향상된 전단 모듈러스, 파괴인성, 압전성질(Piezoelectric property), 내압입성(Indentation resistance), 내열충격성, 충격흡수성, 내마모성 및 에너지흡수성 등 다양한 유리한 성질을 갖는 바, 특히, 두 물체가 접촉하여 힘을 받을 경우에 접촉응력을 줄여주며, 물체가 갖는 결함부위에서의 응력집중을 감소시키는 등의 장점이 있다. Due to the above properties, structures having a negative Poisson's ratio have various advantageous properties such as improved shear modulus, fracture toughness, Piezoelectric property, indentation resistance, thermal shock resistance, impact absorption, abrasion resistance and energy absorption. In particular, there is an advantage in that the contact stress is reduced when two objects are in contact with each other, and the stress concentration at the defective portion of the object is reduced.

따라서, 인공장기(人工臟器)재료나 구조재료, 충격보호가 필요한 의복, 직물, 패드 등에 유용하게 활용될 수 있다. Therefore, it can be usefully used for artificial organ materials, structural materials, clothing, textiles, pads, etc. requiring impact protection.

종래, 이러한 음의 프와송비를 갖는 다양한 구조체가 제안되었는 바, 예를 들어, 다각형의 스폰지구조(미국특허 제4,668,557호 등), 벌집구조(대한민국특허출원 제1997-0010호, 대한민국특허출원 제2005-7018305호 등), 마디(Node)와 피브릴(Fibril)을 사용한 미세구조(국제특허공개 제91/01210호) 또는 오목 다공성 구조체 등이 그것이다. Conventionally, various structures having such a negative Poisson's ratio have been proposed, for example, polygonal sponge structures (US Pat. No. 4,668,557, etc.), honeycomb structures (Korean Patent Application No. 1997-0010, Korean Patent Application No. 2005-7018305, etc.), microstructures using nodes and fibrils (International Patent Publication No. 91/01210) or concave porous structures.

이 중에서도 특히, 상기 오목 다공성 구조체의 경우, 전술한 다른 구조체에 비하여 다양한 응력방향에 대하여 균일한 음의 프와송비를 나타내는 3차원 등방성 구조라는 장점이 있다. Among these, in particular, the concave porous structure has an advantage of being a three-dimensional isotropic structure exhibiting a uniform negative Poisson's ratio with respect to various stress directions compared to the other structures described above.

그러나, 종래에는 이러한 오목 다공성 구조체가 갖는 물리적 성질에 대하여 주로 논의되어 왔을 뿐, 이를 제조하기 위한 구체적이고도 적절한 제조방법이 제안되지 못한 문제점이 있었다. However, in the related art, only the physical properties of such concave porous structures have been mainly discussed, and there is a problem that a specific and suitable manufacturing method for manufacturing the concave porous structure has not been proposed.

따라서, 본 발명의 목적은, 제조방법이 용이하며, 소금입자와 수지분말의 부피혼합비를 조절함으로써 구조체가 갖는 공극의 크기, 공극률 및 형태를 변화시켜 구조체의 물성을 적절히 제어할 수 있는 음의 프와송 비를 갖는 오목 다공성 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative program which is easy to manufacture and which can control the physical properties of the structure by changing the size, porosity and shape of the pores of the structure by adjusting the volume mixing ratio of the salt particles and the resin powder. To provide a concave porous structure having a vortex ratio and a method of manufacturing the same.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 오목한 소금(NaCl)입자를 제조하는 제1단계; 수지 분말과 상기 오목한 소금입자를 2 : 8 내지 4 : 6의 부피비로 혼합하는 제2단계; 상기 혼합물과 모노머용액을 섞어 중합시키는 제3단계; 상기 중합체에서 상기 오목한 소금입자를 증류수를 이용하여 침출제거하는 제4단계; 및 상기 오목한 소금입자가 침출제거된 오목 다공성 구조체를 건조시키는 제5단계;를 포함한다. The object is, according to the present invention, a first step of producing concave salt (NaCl) particles; A second step of mixing the resin powder and the concave salt particles in a volume ratio of 2: 8 to 4: 6; A third step of mixing and polymerizing the mixture and the monomer solution; A fourth step of leaching the concave salt particles from the polymer using distilled water; And a fifth step of drying the concave porous structure in which the concave salt particles are leached out.

상기 제2단계는, 상기 수지 분말과 오목한 소금입자의 3 : 7의 부피비로 혼합할 수 있다. The second step may be mixed in a volume ratio of 3: 7 of the resin powder and concave salt particles.

상기 제5단계는, 상기 오목 다공성 구조체를 틀에서 제거한 후, 75 ~ 85℃에서 8 ~ 12분 동안 건조한 후 상온에서 완전건조시킬 수 있다. In the fifth step, after removing the concave porous structure from the mold, it may be dried for 8 to 12 minutes at 75 ~ 85 ℃ and completely dried at room temperature.

상기 수지는 PMMA(Polymethyl Metacrylate)로 마련될 수 있다. The resin may be made of polymethyl methacrylate (PMMA).

한편, 상기 제1단계는, 소금입자와 폴리에틸렌 입자를 혼합하는 a 단계와; 상기 혼합물을 가열하여 폴리에틸렌 입자를 소금입자에 부착하는 b단계와; 폴리에틸렌이 부착된 소금입자를 소금물 용액에 담궈 폴리에틸렌 입자가 부착되지 않은 부분을 녹이는 c단계와; 부분 용해된 소금입자를 건조시키는 d단계;를 포함할 수 있다. On the other hand, the first step, a step of mixing the salt particles and polyethylene particles; Heating the mixture to attach polyethylene particles to salt particles; C) dissolving the polyethylene particles attached salt in the brine solution to melt the polyethylene particles attached portion; It may include d; drying the partially dissolved salt particles.

상기 a 단계에서, 상기 소금입자와 폴리에틸렌 입자는 4 : 3의 부피비로 혼합될 수 있다. In the step a, the salt particles and polyethylene particles may be mixed in a volume ratio of 4: 3.

상기 b 단계는, 소금입자와 폴리에틸렌의 혼합물을 168 ~ 172℃에서 4 ~ 6 분 동안 1차 가열하여 부착하는 단계와, 상기 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계와, 소금입자에 부착되지 않은 폴리에틸렌 입자를 체를 이용하여 걸러내는 단계와, 폴리에틸렌이 부착된 소금입자를 168 ~ 172℃에서 8 ~ 12분 동안 2차 가열하여 폴 리에틸렌을 소금입자에 완전히 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. The step b, the first step of attaching the mixture of the salt particles and polyethylene at 168 ~ 172 ℃ for 4 to 6 minutes, the step of cooling the mixture at room temperature, and the polyethylene particles not attached to the salt particles Straining using a sieve, and the second step of heating the polyethylene-attached salt particles at 168 ~ 172 ℃ for 8 to 12 minutes may include the step of completely attaching the polyethylene to the salt particles.

상기 b단계는, 상기 폴리에틸렌이 부착된 소금입자를 20%농도의 소금물 용액에 1분간 용해시킬 수 있다. In step b, the polyethylene-attached salt particles may be dissolved in a 20% concentration of brine solution for 1 minute.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법은, 오목한 소금(NaCl)입자를 제조하는 제1단계(S1)와, PMMA(Polymethyl Metacrylate) 분말과 상기 오목한 소금입자를 2 : 8 내지 4 : 6의 부피비로 혼합하는 제2단계(S2)와, 상기 혼합물을 모노머용액을 용매로 하여 중합시키는 제3단계(S3)와, 상기 중합체에서 상기 오목한 소금입자를 증류수를 이용하여 침출제거하는 제4단계(S4)와, 상기 오목한 소금입자가 침출제거된 오목 다공성 구조체를 건조시키는 제5단계(S5)를 포함한다. Referring to the drawings, a method of manufacturing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio according to the present invention, the first step (S1) for producing concave salt (NaCl) particles, PMMA (polymethyl methacrylate) powder and the concave A second step (S2) of mixing salt particles in a volume ratio of 2: 8 to 4: 6, a third step (S3) of polymerizing the mixture using a monomer solution as a solvent, and the concave salt particles in the polymer And a fourth step (S4) of leaching and removing using distilled water, and a fifth step (S5) of drying the concave porous structure in which the concave salt particles are leached and removed.

이하에서는, 본 발명에 따른 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법을 오목한 소금입자를 제조하는 단계와, 제조된 오목한 소금입자로부터 미세 다공성 구조체를 제조하는 단계로 크게 나누어 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio according to the present invention will be broadly divided into a step of preparing concave salt particles and a step of preparing a microporous structure from the concave salt particles. .

오목한 소금입자 제조(S1) Preparation of concave salt particles (S1)

도 2를 참조하여, 오목한 소금입자를 제조하는 단계를 상세히 설명한다. With reference to Figure 2, the step of preparing the concave salt particles will be described in detail.

① 볼록한 소금입자와 폴리에틸렌 입자를 소정 부피비로 혼합하는 단계(S11) ;① mixing the convex salt particles with polyethylene particles in a predetermined volume ratio (S11);

먼저 소금(Nacl)입자는 덩어리를 분쇄한 후 체(Sieve)로 걸러 각 입자의 직경이 100μmm ~ 200 μmm 범위를 갖도록 한다. First, the salt (Nacl) particles are pulverized and sieved through a sieve so that each particle has a diameter ranging from 100 μmm to 200 μmm.

다음, 폴리에틸렌(Polyethylene) 입자를 준비한다. Next, polyethylene particles are prepared.

폴리에틸렌 입자는 예를 들어, Hoecst 사(社)의 GHR 4120 grade를 사용할 수 있으며, 이 경우, 분자량 약 300만이고, 직경은 50 ~ 90 μmm 이며, 용융점은 DSC(Differential Scanning Calorimeter; 시차주사 열량계) 측정결과 약 140℃ 이다. For example, polyethylene particles may use Hoecst's GHR 4120 grade, in which case the molecular weight is about 3 million, the diameter is 50 to 90 μmm, and the melting point is differential scanning calorimeter (DSC). The measurement result is about 140 ° C.

여기서, 소금입자에 부착하기 위한 입자는 상기 폴리에틸렌 입자에 한정되지 않으며, 본 단계에서 요구되는 결과를 만족하는 한 다양한 종류가 사용될 수 있음은 물론이다. Herein, the particles for attaching to the salt particles are not limited to the polyethylene particles, and various kinds may be used as long as they satisfy the results required in this step.

다음, 소금입자와 폴리에틸렌 입자를 혼합한다. Next, salt particles and polyethylene particles are mixed.

여기서, 소금입자와 폴리에틸렌 입자는 다양한 부피비로 혼합될 수 있다. 그러나, 소금입자에 비해 폴리에틸렌 입자의 평균크기가 약 1/2이고, 반복적인 실험결과 소금입자 1개에 폴리에틸렌 입자 6개가 부착될 때 가장 바람직한 효과를 나타내므로, 소금입자와 폴리에틸렌 입자를 4 :3의 부피비로 혼합하는 것이 바람직하다. Here, the salt particles and the polyethylene particles may be mixed in various volume ratios. However, since the average size of polyethylene particles is about 1/2 of that of salt particles, and repeated experiments show the most desirable effect when six polyethylene particles are attached to one salt particle, salt particles and polyethylene particles are 4: 3. It is preferable to mix by volume ratio of.

② 소금입자와 폴리에틸렌 입자의 혼합물을 가열하여 폴리에틸렌 입자를 녹 여 소금입자에 부착시키는 단계(S12); ② heating the mixture of salt particles and polyethylene particles to melt the polyethylene particles and attach them to the salt particles (S12);

여기서, 상기 혼합물을 가열할 때의 가열온도 및 가열시간에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 소금입자의 용융점(약 800℃)과 폴리에틸렌 입자의 용융점 사이의 온도로 가열할 수 있고, 바람직하게는 168 ~ 172℃에서 4 내지 6분 동안 예열하는 과정을 통해 폴리에틸렌 입자를 소금에 부착시킬 수 있다. Here, there is no particular limitation on the heating temperature and heating time when heating the mixture, for example, it can be heated to a temperature between the melting point of the salt particles (about 800 ℃) and the melting point of the polyethylene particles, preferably The polyethylene particles may be attached to the salts by preheating at 168 to 172 ° C. for 4 to 6 minutes.

이는, 폴리에틸렌 입자를 소금 입자에 부착시키기 위해 4 ~ 6분 동안 160℃, 170℃ 및 180℃에서 가열하여 입자를 SEM(Scanning electron microscope : 주사(走査) 전자현미경)으로 확인해 본 결과 160℃에서는 폴리에틸렌이 많이 녹지 않아 소금에 부착된 것이 많지 않았으며, 180℃에서는 소금에 부착된 것 뿐만 아니라 폴리에틸렌 입자까리 서로 용해, 부착되기도 하였다. 따라서, 소금에 폴리에틸렌입자를 1차로 부착시키기 위한 예열단계에서는 170℃에서 5분이 가장 최적의 결과를 보인다는 것을 반복적인 실험결과 알 수 있었다. This was confirmed that the particles were heated at 160 ° C., 170 ° C. and 180 ° C. for 4 to 6 minutes to attach the particles to the salt particles, and the particles were identified by SEM (Scanning electron microscope). It did not melt much so much was not attached to the salt, and at 180 ℃ not only attached to the salt but also polyethylene particles were dissolved and attached to each other. Therefore, in the preheating step of first attaching polyethylene particles to salt, it was found that 5 minutes at 170 ° C. showed the most optimal result.

③ 소금입자와 폴리에틸렌의 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계(S13); ③ cooling the mixture of salt particles and polyethylene at room temperature (S13);

④ 혼합물을 100μmm 크기의 체로 거르는 단계(S14); ④ sieving the mixture through a sieve of 100 μmm size (S14);

소금입자와 폴리에틸렌 입자의 혼합물을 전술한 바와 같이, 1차 예열하고 난 뒤에는 상기 혼합물을 상온에서 냉각하여 소금입자에 용융된 상태로 부착된 폴리에틸렌 입자가 고화되도록 상온에서 냉각한다. As described above, after the mixture of the salt particles and the polyethylene particles is first preheated, the mixture is cooled at room temperature and cooled at room temperature so that the polyethylene particles attached to the salt particles are solidified.

이 때, 혼합물에는 소금입자에 부착되지 않은 폴리에틸렌 입자들이 남아 있게 되는 데, 이러한 폴리에틸렌 입자를 체를 이용하여 걸러낸다. At this time, the polyethylene particles that are not attached to the salt particles remain in the mixture, and the polyethylene particles are filtered using a sieve.

⑤ 상기 혼합물을 재가열하는 단계(S15); ⑤ reheating the mixture (S15);

폴리에틸렌 입자를 걸러 내고 난 후에는, 소금입자와 폴리에틸렌 입자의 혼합물을 다시 재차 가열함으로써, 폴리에틸렌 입자가 소금입자에 완전히 부착되도록 한다. After filtering out the polyethylene particles, the mixture of salt particles and polyethylene particles is again heated to allow the polyethylene particles to adhere completely to the salt particles.

이 때, 상기 재가열온도에는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 168 ~ 172℃에서 8 ~ 12분 동안, 더욱 바람직하게는 170℃에서 10분동안 재가열할 수 있다. At this time, the reheating temperature is not particularly limited, but may preferably be reheated for 8 to 12 minutes at 168 to 172 ° C, more preferably at 170 ° C for 10 minutes.

⑥ 소금입자의 부분 용해 단계(S16); ⑥ partial dissolution step of salt particles (S16);

이 단계는, 소금입자에서 폴리에틸렌입자가 부착되지 않은 부분을 녹이는 과정으로서, 폴리에틸렌이 부착되지 않은 부분을 일부 용해하여 오목하게 만들기 위한 것이다. This step is to dissolve the portion of the salt particles to which the polyethylene particles are not attached and to partially dissolve and concave the portion to which the polyethylene is not attached.

상기 소금입자의 부분용해는 다양한 방법으로 수행될 수 있는 바, 예를 들어, 소금입자와 폴리에틸렌 입자의 혼합물을 소금물 용액에 담궈 소금물 용액에 접촉되는 부분이 용해되도록 할 수 있다. Partial dissolution of the salt particles may be performed by various methods, for example, a mixture of salt particles and polyethylene particles may be immersed in a brine solution to dissolve a portion in contact with the brine solution.

여기서, 용해조건 즉, 상기 소금물 용액의 농도와 용해 시간을 다양하게 조절하면서 부분용해 결과 각 입자를 전자현미경으로 확인하여 최적의 조건을 설정할 수 있다. Here, it is possible to set the optimum conditions by checking each particle with an electron microscope as a result of partial dissolution while controlling the dissolution conditions, that is, the concentration and dissolution time of the brine solution in various ways.

즉, 소금물용액의 %농도가 낮을 수록 그리고 용해시간이 길수록 소금입자의 용해정도가 증가하므로, 오목한 형상의 소금입자를 얻기 위한 최적의 용해조건을 얻기 위해, 10%, 20%, 30 %농도의 소금물 용액에서 각각 1분에서 5분까지 1분 간격으로 용해시켰다. That is, the lower the% concentration of the brine solution and the longer the dissolution time, the higher the solubility of the salt particles. Therefore, in order to obtain the optimal dissolution condition for obtaining concave salt particles, the concentration of 10%, 20%, 30% Dissolved in brine solution at 1 minute intervals from 1 minute to 5 minutes each.

각 실험결과로 얻은 소금입자를 전자현미경으로 확인한 결과 10%농도의 소금물용액에서는 1분 동안의 용해에도 소금입자의 대부분이 용해되었으며, 20%농도의 소금물용액에서 2분 이상 담가 두어도 비슷한 결과를 얻었다. 30%농도의 소금물용액에서는 5분 정도 용해에서 오목한 소금입자가 관찰되었다. Electron microscopy confirmed that the salt particles obtained from each experiment resulted in the majority of salt particles dissolved in the salt solution at 10% concentration even after 1 minute dissolution, and similar results were obtained even after soaking in the salt solution at 20% concentration for 2 minutes or more. . In the salt solution of 30% concentration, concave salt particles were observed after dissolution for 5 minutes.

특히, 20%농도의 소금물용액에서 1분간 소금입자를 용해시킬 때, 비교적 개연성 있는 오목한 소금입자를 얻을 수 있었다. In particular, when the salt particles are dissolved for 1 minute in a 20% concentration of brine solution, A relatively probable concave salt particle could be obtained.

여기서, 도 3a는 폴리에틸렌 입자가 부착된 소금입자로서 부분용해 전 상태를 촬영한 현미경 사진이고, 도 3b는 20%농도의 소금물 용액에서 1분간 부분용해된 소금입자를 촬영한 현미경 사진이다. Here, Figure 3a is a micrograph taken before the partial dissolution as a salt particle attached to polyethylene particles, Figure 3b is a micrograph photographing the salt particles partially dissolved in a salt solution of 20% concentration.

⑦ 부분 용해된 소금입자를 건조시키는 단계(S17); ⑦ drying the partially dissolved salt particles (S17);

이 때, 소금입자의 건조온도는 약 40 내지 60℃ 범위에서, 바람직하게는 약 50℃가 적당하며, 건조된 소금입자 및 폴리에틸렌 입자의 혼합물을 체로 다시 한번 걸러내어 오목한 소금입자만 남도록 한다. At this time, the drying temperature of the salt particles is in the range of about 40 to 60 ℃, preferably about 50 ℃ is suitable, and once again filter the mixture of dried salt particles and polyethylene particles to sieve so that only concave salt particles remain.

오목 다공성 구조체 제조 Concave porous structure fabrication

이하에서는, 전술한 방법을 통하여 제조된 오목한 소금입자를 이용하여 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조물을 제조하는 단계를 상세히 설명한다. Hereinafter, the step of producing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio using the concave salt particles prepared by the above-described method will be described in detail.

수지 분말과 오목한 소금입자를 2:8 내지 3:7의 부피비로 혼합하는 단계(S2);Mixing the resin powder and the concave salt particles in a volume ratio of 2: 8 to 3: 7 (S2);

수지는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들어, PMMA(Polymethyl Metacrylate), PMA(Polymethyl Acrylate), 또는 폴리우레탄 등이 사용될 수 있다. The resin may be provided in various kinds, for example, polymethyl methacrylate (PMMA), polymethyl acrylate (PMA), or polyurethane may be used.

여기서, PMMA를 사용할 경우에는 다른 고분자 재료에 비해 취급하기가 상대적으로 용이하다는 장점이 있다. Here, when using PMMA, there is an advantage that it is relatively easy to handle compared to other polymer materials.

이하에서는, PMMA 분말이 사용되는 경우를 예로 들어 본 발명의 제조방법을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the production method of the present invention will be described in detail taking the case where PMMA powder is used as an example.

본 제조과정에서는 PMMA 분말은 치과용 몰딩재료로 사용되는 International Dental Product 사의 Perfex®가 사용되었으며, 이때, PMMA 분말의 입자 직경은 평균 약 50μmm으로, 소금입자 직경의 약 1/2 내지 1/4 정도이다. In this manufacturing process, Perfex ® of International Dental Product, which is used as a dental molding material, was used. In this case, the particle diameter of PMMA powder was about 50 μmm on average, about 1/2 to 1/4 of the salt particle diameter. to be.

다음, PMMA 분말과 오목한 소금입자는 적절한 부피혼합비로 혼합하여야 하는 바, PMMA 분말이 적게 혼합되면 공극이 너무 커지고, 반대로 PMMA 분말이 많이 혼합되면 공극이 서로 연결될 수 없게 된다.Next, the PMMA powder and the concave salt particles should be mixed at an appropriate volume mixing ratio. If the PMMA powder is mixed less, the pores become too large, and if the PMMA powder is mixed a lot, the pores cannot be connected to each other.

따라서, 공극이 너무 크지 않으면서 공극들이 서로 연결될 수 있으려면 공극률이 약 70%정도가 적당하므로, PMMA 분말과 오목한 소금입자를 2 : 8 내지 3 : 7, 더욱 바람직하게는 4 : 6의 부피비로 혼합한다. Therefore, about 70% of the porosity is suitable for the pores to be connected to each other without being too large, so that the PMMA powder and the concave salt particles are in a volume ratio of 2: 8 to 3: 7, more preferably 4: 6. Mix.

이는, 오목 다공성 구조체에 있어서, 공극의 크기, 공극률 및 형상은 구조체의 물리적 성질 특히 프와송비에 가장 큰 영향을 주는 인자이기 때문이다. This is because in concave porous structures, the pore size, porosity, and shape are the factors that have the greatest influence on the physical properties of the structure, in particular the Poisson's ratio.

따라서, 본 발명에 따른 제조법에 의하면 오목한 소금입자와 수지분말의 혼합비를 조절함으로써 오목 다공성 구조체의 물성을 적절하게 제어할 수 있게 된다.Therefore, according to the production method according to the invention it is possible to appropriately control the physical properties of the concave porous structure by adjusting the mixing ratio of the concave salt particles and the resin powder.

비교 분석을 위해 폴리에틸렌이 부착된 볼록 소금입자를 같은 부피비로 혼합한다. For comparative analysis, convex salt particles with polyethylene are mixed in the same volume ratio.

모노머(Monomer)용액을 용매로 하여 혼합한 후에 틀에 부어 중합시키는 단계(S3); Mixing the monomer solution as a solvent and then pouring the polymer into a mold (S3);

PMMA 분말과 오목한 소금입자를 혼합한 후에 모노머용액을 섞어 틀에 부은 후 상온에서 중합시킨다. 이 때, 사용되는 모노머 용액은 혼합된 수지의 종류에 따라서 자유롭게 선택이 가능하다. 예를 들어, PMMA 분말의 경우에는 MMA(Methyl Metacrylate) 용액이 사용될 수 있다.  After mixing PMMA powder and concave salt particles, the monomer solution is mixed, poured into a mold and polymerized at room temperature. At this time, the monomer solution to be used can be freely selected depending on the type of mixed resin. For example, in the case of PMMA powder, MMA (Methyl Metacrylate) solution may be used.

도 4는 본 발명의 제조방법에 사용된 PTFE(Polytetrafluoroethylene)틀과, 상기 PTFE틀로부터 제조된 블록시편이다. 이는, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 오목 다공성 구조체의 물성시험을 위해 제조된 틀로서, 틀의 크기는 60 x 60 x 5 mm 이다. Figure 4 is a PTFE (Polytetrafluoroethylene) frame used in the manufacturing method of the present invention, and a block specimen prepared from the PTFE frame. This is a mold prepared for the physical property test of the concave porous structure produced by the manufacturing method according to the present invention, the size of the mold is 60 x 60 x 5 mm.

중합이 완료된 뒤에는 중합체를 틀에서 꺼내어 40 ~ 60 ℃에서 건조시킬 수 있다. After the polymerization is completed, the polymer may be taken out of the mold and dried at 40 to 60 ° C.

PMMA 분말 및 소금입자 복합체 상에서 오목한 소금입자를 증류수에서 침출하여 제거하는 단계(S4); Removing the concave salt particles on the PMMA powder and the salt particle complex by distilling in distilled water (S4);

건조된 상기 중합체를 증류수에 담그거나 또는 증류수를 통과시켜 소금입자를 침출 제거한다. The dried polymer is immersed in distilled water or passed through distilled water to leach out the salt particles.

도 5는 오목한 소금입자가 침출제거된 오목 다공성 구조체의 개략적인 모양을 나타낸 구조도이고, 도 6a는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 오목 다공성 구조체를 촬영한 현미경 사진으로 오목한 소금입자의 혼합부피비가 70%인 경우이며, 도 6b는 대조군으로서 볼록한 소금입자를 이용하여 제조된 다공성 구조체를 촬영한 현미경 사진이다. 5 is a structural diagram showing a schematic shape of the concave porous structure in which the concave salt particles are leached out, and FIG. 6A is a mixed volume ratio of the concave salt particles as a micrograph of the concave porous structure manufactured by the manufacturing method according to the present invention. Is 70%, and FIG. 6B is a micrograph of the porous structure prepared using convex salt particles as a control.

도 5를 참조하면, 구조체의 내부((가)참조)는 침출제거된 오목한 소금입자가 있던 공간이고, 외부((나)참조)는 PMMA 중합체가 소금입자의 외부형상에 따라 오목한 구조체를 형성하고 있다. 도 6a를 참조하면, PMMA 입자 주위로 오목한 공극이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, the inside of the structure (see) is a space where contaminated salt particles were leached out, and the outside (see (b)) shows that the PMMA polymer forms a concave structure according to the external shape of the salt particles. have. Referring to FIG. 6A, it can be seen that concave voids are formed around the PMMA particles.

오목 다공성 구조체를 건조시키는 단계(S5); Drying the concave porous structure (S5);

이 때, 바람직하게는 오목 다공성 구조체를 틀에서 제거한 후에 75 ~ 85℃에서 8 ~ 12분 동안 건조시킨 후, 상온에서 충분한 시간으로 완전건조시키는 것이 적절하다. At this time, preferably, after removing the concave porous structure from the mold and dried for 8 to 12 minutes at 75 ~ 85 ℃, it is appropriate to completely dry at room temperature for a sufficient time.

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 오목 다공성 구조체의 물성분석Analysis of Physical Properties of Concave Porous Structures Prepared by the Manufacturing Method According to the Present Invention

(1) (One) 프와송비Poisson's (υ) 및 탄성계수(E) (υ) and modulus of elasticity (E)

먼저, 오목 다면체에 대한 프와송비의 이론적 결과를 요약하면, 각 거동 영역에서의 오목 미세 구조체의 프와송비는 다음과 같다. First, summarizing the theoretical results of the Poisson's ratio for the concave polyhedron, the Poisson's ratio of the concave microstructure in each behavior region is as follows.

Figure 112007038371317-pat00001
(식 1)
Figure 112007038371317-pat00001
(Equation 1)

Figure 112007038371317-pat00002
(식 2)
Figure 112007038371317-pat00002
(Equation 2)

Figure 112007038371317-pat00003
(식 3)
Figure 112007038371317-pat00003
(Equation 3)

여기서, υ el 는 탄성영역에서의 프와송비이고, υ pl 는 소성영역에서의 프와송비이며, υ el - pl 는 탄소성 천이영역에서의 프와송비를 나타낸다. Where υ el is the Poisson's ratio in the elastic region, υ pl Is the Poisson's ratio in the plastic zone, and υ el - pl represents the Poisson's ratio in the elastoplastic transition zone.

그리고, 미세 구조체의 오목한 정도를 나타내는 각 Ψ는 0°부터 90°의 값을 가질 수 있는데, 각 Ψ가 45°보다 커지면 윗 식에 의하여 미세 구조체가 음의 프와송비를 갖게 된다. In addition, each Ψ representing the concave degree of the microstructure may have a value of 0 ° to 90 °. When the angle Ψ is larger than 45 °, the microstructure has a negative Poisson's ratio by the above equation.

도 7에는 위 식들에서 Ψ=82°일 때의 오목 다공성 구조체의 프와송비 이론치가 나타나있다. 7 shows the Poisson's ratio of the concave porous structure when Ψ = 82 ° in the above equations.

시편은 ASTM(American Society for Testing and Materials, 미국재료시험협회) d638 시험방법을 따라 표준크기의 시편을 이용한다. Specimens use standard size specimens in accordance with the American Society for Testing and Materials (ASTM) d638 test method.

프와송비의 측정을 위해 시편에 2축용 CAS 스트레인 게이지(Strain gauge)를 부착하였고, 2.5kN의 로드셀(load cell)을 부착한 Intron 8511으로 0.05mm/sec의 변형속도로 인장실험을 실시하였다. To measure Poisson's ratio, a biaxial CAS strain gauge was attached to the specimen, and a tensile test was performed at a strain rate of 0.05 mm / sec with an Intron 8511 attached with a 2.5 kN load cell.

실험데이터의 획득 및 분석을 위해, 메저먼트 그룹(Measurement Group Inc.) 사(社)의 시그널 컨디셔닝 앰플리파이어(Signal conditioning amplifier) 2310, 스트로우베리(Srawberry) 사(社)의 데이터 셔틀(Data shuttle), 그리고, 워크벤치 피씨 소프트웨어(Work bench PC software)를 사용하였다.For the acquisition and analysis of experimental data, Signal Conditioning Amplifier 2310 from Measurement Group Inc., Data shuttle from Srawberry, And workbench PC software was used.

시편은, 소금입자의 부피혼합비가 70% 및 80% 일 때의 오목 미세구조체 블록으로부터 절단하여 가공되었다. 동일 혼합비에 대해 20회의 실험을 실시하여 그 평균치로 각 실험치를 구하였다. The specimen was processed by cutting from the concave microstructure block when the volume mixing ratio of the salt particles was 70% and 80%. Twenty experiments were conducted for the same mixing ratio, and each experimental value was obtained from the average value.

도 7은 본 발명에 따른 제조법에 의해 제조된 오목 다공성 구조체에 있어서,소금입자의 부피%가 70%, 80%일 때의 변형률(ε, X축)과 프와송비(υ, Y축)와의 관계를 나타낸 그래프이다. Figure 7 is a concave porous structure produced by the manufacturing method according to the present invention, when the strain (ε, X-axis) and Poisson's ratio (υ, Y-axis) when the volume% of the salt particles are 70%, 80% A graph showing the relationship.

도면을 참조하면, 약 0.001의 변형률(ε)에서 프와송비가 각각 -0.53(70% 부 피혼합비), -0.75(80% 부피혼합비)로 최대이며, 변형률이 증가할수록 프와송비가 점차 증가하지만 여전히 음(-)의 값을 유지하고 있다는 것을 알 수 있다. Referring to the drawings, the Poisson's ratio is -0.53 (70% volume mixing ratio) and -0.75 (80% volume mixing ratio) at the strain (ε) of about 0.001, respectively, and the Poisson's ratio increases gradually as the strain increases, but is still You can see that it keeps negative values.

참고로, 볼록 다공성 구조체의 프와송비는 약 0.001의 변형률에서 각각 0.28(70% 부피혼합비), 0.32(80% 부피혼합비)로 소금입자의 부피%가 증가할수록 프와송비도 따라 증가하는 경향을 보였다. For reference, the Poisson's ratio of the convex porous structure is 0.28 (70% volume mixing ratio) and 0.32 (80% volume mixing ratio) at a strain of about 0.001, respectively, and the Poisson's ratio increases as the volume percentage of salt particles increases. Seemed.

한편, 소금입자가 80 부피%일 경우에는, 윗식으로부터 Ψ가 82°일때 이론적으로 구한 프와송비와 가장 유사한 결과를 나타냈다. On the other hand, when the salt particles were 80% by volume, the results were most similar to the theoretical Poisson's ratio obtained when P was 82 ° from the above equation.

도 8의 (a)는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 볼록 및 오목 미세다공성 구조체에서 소금입자 70% 및 80%의 부피혼합비일 때의 탄성계수 측정치와 이론치를 비교한 그래프로서, Y축은 오목 다공성 구조체의 탄성계수(Er)을 PMMA의 탄성계수(Es, 약 8.42GPa)로 나눈 표준 탄성계수이고, X축은 오목 다공성 구조체의 오목한 정도를 나타내는 각 Ψ이다. Figure 8 (a) is a graph comparing the elastic modulus measurements and theoretical values at the volume mixing ratio of 70% and 80% salt particles in the convex and concave microporous structure prepared according to the manufacturing method of the present invention, the Y axis is concave The elastic modulus (E r ) of the porous structure is divided by the elastic modulus (E s , about 8.42 GPa) of PMMA, and the X axis is the angle Ψ representing the degree of concaveness of the concave porous structure.

여기서, 각 Ψ는 실험에서 얻은 프와송비를 이론치와 비교하여 가장 일치하는 프와송비를 주는 값으로 결정하였으며, 이론치는 오목한 정도에 따른 볼록 구조물의 밀도 감소를 보상한 값이다. Here, each Ψ is determined to give the most suitable Poisson's ratio by comparing the Poisson's ratio obtained from the experiment with the theoretical value, and the theoretical value compensates for the decrease in density of the convex structure according to the degree of concaveness.

도 8의 (b)는 도 8 (a)의 요부(빗금친 영역) 확대도로서, 도면을 참조하면, 본 제조방법에 의해 제조된 오목 다공성 구조체는 이론치와 유사한 탄성계수값을 가진다는 것을 알 수 있으며, 또한, 음의 프와송 효과가 클수록 (즉, 각 Ψ가 증가 할 수록) 탄성계수는 감소한다는 것을 알 수 있다. FIG. 8 (b) is an enlarged view of the main portion (hatched area) of FIG. 8 (a). Referring to the drawings, it is understood that the concave porous structure manufactured by the present manufacturing method has an elastic modulus value similar to the theoretical value. In addition, it can be seen that the elastic modulus decreases as the negative Poisson effect increases (ie, as the angle Ψ increases).

한편, 오목한 소금입자의 부피혼합비가 각각 70%, 80%일 때의 볼록 다공성 구조체의 탄성계수 평균치는 각각 2.52 및 1.42GPa 이고, 이에 대응하는 오목 다공성 구조체의 탄성계수 평균치는 각각 2.14 및 1.12GPa로 나타났다. On the other hand, when the volume mixing ratio of the concave salt particles is 70% and 80%, respectively, the average modulus of elasticity of the convex porous structure is 2.52 and 1.42 GPa, respectively, and the average modulus of elasticity of the corresponding concave porous structure is 2.14 and 1.12 GPa, respectively. appear.

즉, 동일한 혼합비에서 오목 다공성 구조체의 탄성계수 평균치는 볼록 다공성 구조체의 탄성계수 평균치에 비해 평균적으로 15 ~ 20% 정도 작은 값을 보였다. That is, at the same mixing ratio, the average value of the elastic modulus of the concave porous structure was 15 to 20% smaller than the average value of the elastic modulus of the convex porous structure.

따라서, 동일 부피혼합비에서 오목 다공성 구조체의 탄성계수는 볼록 다공성 구조체의 탄성계수에 비해 감소하며, 이러한 형상을 음의 프와송비를 가지는 오목 다공성 구조체가 우수한 탄성에너지를 가질 수 있는 가능성이 있다는 것을 나타낸다. Therefore, the elastic modulus of the concave porous structure at the same volume mixing ratio decreases compared to the elastic modulus of the convex porous structure, indicating that there is a possibility that the concave porous structure having a negative Poisson's ratio can have excellent elastic energy. .

즉, 재료가 탄성영역에서 에너지를 흡수할 수 있는 능력을 나타내는 탄성에너지율(Modulus of Resilience)는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있는데, That is, the modulus of resilience, which represents the ability of a material to absorb energy in an elastic region, can be expressed as follows.

Figure 112007038371317-pat00004
, (Y는 재료의 항복강도) 식 4)
Figure 112007038371317-pat00004
(Y is the yield strength of the material)

탄성에너지율이 크다는 것은 재료가 파단할때까지 더 많은 에너지를 흡수할 수 있다는 것을 의미한다.  Larger modulus of elasticity means that more energy can be absorbed until the material breaks.

그런데, 윗 식에서 보는 바와 같이, 항복강도(Y)가 동일하다고 가정할 때 탄성에너지율은 탄성계수(E)에 반비례하므로, 탄성계수(E)가 적을 수록 탄성에너지율은 더 커진다고 할 수 있다. However, as shown in the above equation, assuming that the yield strength (Y) is the same, the elastic energy modulus is inversely proportional to the elastic modulus (E), the smaller the elastic modulus (E) can be said to be larger the elastic energy modulus.

따라서, 동일 혼합비에서 오목 다공성 구조체의 탄성계수가 볼록 다공성 구조체의 탄성계수에 비해 적으므로, 오목 다공성 구조체가 그만큼 향상된 탄성에너지율을 가진다는 것을 알 수 있다. Therefore, since the elastic modulus of the concave porous structure is less than that of the convex porous structure at the same mixing ratio, it can be seen that the concave porous structure has an improved modulus of elastic energy.

(2) 충격저항력 (2) impact resistance

도 9는 표준시편으로 제작된 오목한 소금입자의 부피혼합비가 70%, 75% 및 80% 일때의 볼록 및 오목 다공성 구조체 시편이다. 여기서, 각 그룹의 좌측에 있는 것은 볼록 다공성 구조체이고, 우측에 있는 것은 오목 다공성 구조체이다. 9 is a convex and concave porous structure specimen when the volume mixing ratio of concave salt particles made of standard specimens is 70%, 75% and 80%. Here, the left side of each group is a convex porous structure, and the right side is a concave porous structure.

각 시편은 도 4에 도시된 블록시편에서 절단하여 제작되었으며, 시편의 크기는 12.7 x 60.3 x 3.17 mm 이고, 충격시험기의 바이스에 물리지 않는 부분의 길이가 31.75mm가 되도록 하였다. Each specimen was prepared by cutting from the block specimen shown in Figure 4, the size of the specimen was 12.7 x 60.3 x 3.17 mm, the length of the non-bite portion of the impact tester was 31.75mm.

도 10은 충격시험기에서의 시험장면을 촬영한 사진으로서, 도면을 참조하면 충격을 가한 면은 몰딩한 평면방향과 수직인 면이고, 충격을 가하는 추는 1kg이다. 10 is a photograph of the test scene in the impact tester. Referring to the drawing, the impacted surface is a plane perpendicular to the molded plane direction, and the impact weight is 1 kg.

충격에너지를 구하기 위해 필요한 진자에 대한 유효길이는 다음식으로 구하였다. The effective length for the pendulum needed to find the impact energy was obtained from the following equation.

Figure 112007038371317-pat00005
식 5)
Figure 112007038371317-pat00005
Equation 5)

여기서, g는 중력가속도이고, p는 진자의 주기이다. Where g is gravity acceleration and p is the period of the pendulum.

추는 50°의 각도에서 회전 낙하시켰고, 공기저항과 마찰에 의한 에너지 손 실을 고려하여 측정하였다. The weight was rotated and dropped at an angle of 50 °, and measured in consideration of air resistance and energy loss due to friction.

따라서, 최종적인 시편의 충격저항력은 보정된 추의 초기 에너지에서 충돌 후에 회전하는 에너지를 뺀 후 시편의 폭으로 나누어 줌으로써 다음과 같은 식에 의해 얻을 수 있다. Therefore, the impact resistance of the final specimen can be obtained by the following equation by subtracting the rotating energy after the collision from the initial energy of the corrected weight and dividing it by the width of the specimen.

Figure 112007038371317-pat00006
식 6)
Figure 112007038371317-pat00006
(6)

여기서, Es는 보정된 초기에너지이고, ETC는 충돌 후의 에너지이며, t는 충격이 가해진 시편의 폭을 의미한다. 충격시험결과는 각 혼합부피비에 대하여 볼록 및 오목 다공성 구조체의 총 6개 시험군에 대하여 20번씩 시험한 후 평균값을 산출하였다. Where E s is the calibrated initial energy, ETC is the energy after impact, and t is the width of the impacted specimen. The impact test results were calculated 20 times for each of the six test groups of convex and concave porous structures for each mixed volume ratio, and then the average value was calculated.

본 물성시험에서는 매질로 사용된 PMMA 재질에 적합한 Izod 시험법에 대한 ASTM d4812 규정에 따랐으며, 실험의 편의성을 위해 Unnotched 외팔보 충격시험법을 사용하였다. In this physical property test, ASTM D4812 specification for Izod test method suitable for PMMA material used as a medium was used. For convenience of experiment, Unnotched cantilever impact test method was used.

도 11은 각 혼합비에서의 볼록 및 오목 다공성 구조체의 충격시험결과를 나타낸 표이다. 11 is a table showing the impact test results of the convex and concave porous structures at each mixing ratio.

표를 참조하면, 충격저항력은 소금입자의 부피혼합비가 증가할 수록(즉, 다공성이 커질수록) 볼록 및 오목 다공성 구조체 모두에서 감소하였으며, 각 혼합비에서는 오목 다공성 구조체가 볼록 다공성 구조체에 비하여 충격저항력이 작게는 35% (부피혼합비 75%의 경우)에서 최대 50%(부피혼합비 70%의 경우)까지 증가하였 음을 알 수 있다. Referring to the table, the impact resistance decreased in both the convex and concave porous structures as the volume mixing ratio of the salt particles increased (that is, as the porosity increased), and the concave porous structures in each mixing ratio had a higher impact resistance than the convex porous structures. It can be seen that the small amount increased from 35% (75% of the volume mixing ratio) to 50% (70% of the volume mixing ratio).

따라서, 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체가 볼록 다공성 구조체에 비해 낮은 탄성계수를 가짐에도 불구하고 향상된 탄성변형에 의한 탄성에너지의 증가 때문에 더 높은 충격저항력을 갖는다는 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the concave porous structure having a negative Poisson's ratio has a higher impact resistance due to the increase of the elastic energy due to the improved elastic deformation even though it has a lower elastic modulus than the convex porous structure.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 제조변수들을 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 변형 예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, such modifications or variations will be considered to belong to the claims of the present invention.

따라서, 본 발명에 따른 오목 다공성 구조체의 제조방법에 의하면, 염침출법을 사용하여 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체를 용이하게 제조할 수 있다. Therefore, according to the method for producing a concave porous structure according to the present invention, it is possible to easily produce a concave porous structure having a negative Poisson's ratio using the salt leaching method.

또한, 소금입자와 수지분말의 부피혼합비를 조절하여 구조체가 갖는 공극의 크기, 공극률 및 형태를 변화시켜 오목 다공성 구조체의 물성을 적절히 제어할 수 있다. In addition, by adjusting the volume mixing ratio of the salt particles and the resin powder, it is possible to appropriately control the physical properties of the concave porous structure by changing the size, porosity and shape of the pores of the structure.

Claims (9)

소금입자(Nacl)와 폴리에틸렌 입자를 혼합하는 a 단계와; 상기 혼합물을 가열하여 폴리에틸렌 입자를 소금입자에 부착하는 b단계와; 폴리에틸렌이 부착된 소금입자를 소금물 용액에 담궈 폴리에틸렌 입자가 부착되지 않은 부분을 녹이는 c단계와; 부분 용해된 소금입자를 건조시키는 d단계;를 포함하여 오목한 소금(NaCl)입자를 제조하는 제1단계; A step of mixing the salt particles (Nacl) and polyethylene particles; Heating the mixture to attach polyethylene particles to salt particles; C) dissolving the polyethylene particles attached salt in the brine solution to melt the polyethylene particles attached portion; A first step of preparing concave salt (NaCl) particles, including d; drying the partially dissolved salt particles; PMMA(Polymethyl Metacrylate) 분말과 상기 오목한 소금입자를 2 : 8 내지 4 : 6의 부피비로 혼합하는 제2단계; A second step of mixing PMMA (Polymethyl Metacrylate) powder and the concave salt particles in a volume ratio of 2: 8 to 4: 6; 상기 혼합물과 MMA(Methyl Metacrylate) 용액을 섞어 중합시키는 제3단계; A third step of mixing and polymerizing the mixture and MMA (Methyl Metacrylate) solution; 상기 중합체에서 상기 오목한 소금입자를 증류수를 이용하여 침출제거하는 제4단계; 및 A fourth step of leaching the concave salt particles from the polymer using distilled water; And 상기 오목한 소금입자가 침출제거된 오목 다공성 구조체를 건조시키는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법. And a fifth step of drying the concave porous structure from which the concave salt particles have been leached out. 5. A method of manufacturing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio comprising: a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2단계는, 상기 PMMA(Polymethyl Metacrylate) 분말과 오목한 소금입자를 3 : 7의 부피비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법. The second step is a method of producing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio, characterized in that the polymethyl methacrylate (PMMA) powder and concave salt particles are mixed in a volume ratio of 3: 7. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제5단계는, The fifth step, 상기 오목 다공성 구조체를 틀에서 제거한 후, 75 ~ 85℃에서 8 ~ 12분 동안 건조한 후 상온에서 완전건조시키는 것을 특징으로 하는 음의 프와송비를 갖는 오 목 다공성 구조체의 제조방법. After removing the concave porous structure from the mold, and dried for 8 to 12 minutes at 75 ~ 85 ℃ and completely dried at room temperature method of producing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 a 단계에서, 상기 소금입자와 폴리에틸렌 입자는 4 : 3의 부피비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법In the step a, the salt particles and polyethylene particles is a method of producing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio, characterized in that the mixing ratio of 4: 3. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 b 단계는, Step b, 소금입자와 폴리에틸렌의 혼합물을 168 ~ 172℃에서 4 ~ 6 분 동안 1차 가열하여 부착하는 단계와, Attaching the mixture of the salt particles and polyethylene by first heating at 168-172 ° C. for 4-6 minutes, 상기 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계와, Cooling the mixture at room temperature; 소금입자에 부착되지 않은 폴리에틸렌 입자를 체를 이용하여 걸러내는 단계와, Filtering the polyethylene particles not attached to the salt particles by using a sieve, 폴리에틸렌이 부착된 소금입자를 168 ~ 172℃에서 8 ~ 12분 동안 2차 가열하여 폴리에틸렌을 소금입자에 완전히 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법. Method for producing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio comprising the step of secondly heating the polyethylene-attached salt particles at 168 ~ 172 ℃ for 8 to 12 minutes to completely adhere the polyethylene to the salt particles . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 b단계는, 상기 폴리에틸렌이 부착된 소금입자를 20%농도의 소금물 용액에 1분간 녹이는 것을 특징으로 하는 음의 프와송비를 갖는 오목 다공성 구조체의 제조방법. The step b, the method of producing a concave porous structure having a negative Poisson's ratio, characterized in that the polyethylene-attached salt particles are dissolved in a brine solution of 20% concentration for 1 minute. 상기 제1항에 기재된 제조방법에 의하여 제조된 오목 다공성 구조체. A concave porous structure manufactured by the manufacturing method of claim 1.
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