KR101421008B1 - 광열화 시험 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

실제 제품이 사용되는 지역의 기후 환경을 반영하여 태양광 노출에 의한 제품의 열화를 모사 및 평가할 수 있는 광열화 시험 기술이 개시된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 소정 지역에서의 광열화에 의한 제품의 수명을 예측하는 광열화 시험 방법에 있어서, 소정 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 기초로, 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류하는 단계; 소정 지역의 평균 일간 최고 대기온도 및 소정 지역의 대기환경에 대한 정보에 기초하여 소정 지역의 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계; 연평균 블랙패널온도를 이용하여 소정 지역의 유효 자외선 조사량을 산출하는 단계; 및 연평균 블랙패널온도 및 유효 자외선 조사량을 이용하여 소정 지역에서의 광열화 수명시험 계산결과를 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광열화 시험 방법 및 장치{Weathering test method and apparatus}
본 발명은 광열화 시험 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 제품이 사용되는 지역의 기후 환경을 반영하여 태양광 노출에 의한 제품의 열화를 모사 및 평가할 수 있는 광열화 시험 방법 및 장치에 관한 것이다.
플라스틱, 고무, 필름, 코팅, 도료, 접착제 등의 다양한 화학 제품은 탄소, 수소, 산소, 질소 등의 유기원소들이 공유결합을 취하고 있는 고분자소재를 주성분으로 포함하고 있는 경우가 많다. 따라서, 이의 화학 제품에서는 자외선 등의 빛과 열에 의하여 점진적인 열화반응이 진행된다. 열화반응의 속도는 제품 또는 소재의 고장 상태에까지 이르게 되는 수명 시간을 결정하는 주된 요소가 된다. 따라서, 열화 반응의 속도를 결정하는 자외선 및 열 에너지의 노출량과 노출 빈도를 파악하는 것은 제품 수명에 대한 기본적인 설계 요소가 된다.
옥외의 일광 노출에 의하여 제품 열화가 진행되는 화학소재가 사용되는 다양한 산업 제품군, 예를 들어 자동차, 선박, 철도 차량, 군수물자, 건축 자재, 토목 자재, 도로 및 해양 설치물, 전기 및 전파 시설물, 플랜트, 태양전지 및 풍력 발전 시설물, 농업용품 등에 대하여는 여러 종류의 인공광원에 의한 옥외 및 실내 촉진 내후성 시험이 수행 되어진다. 일광 노출 환경 하에서 진행되는 광열화에 대한 제품의 내후성 시험은 태양광 모사성이 뛰어난 인공 광원이 장치된 촉진 내후성시험기로 수행하게 된다. 그러나 촉진 내후성시험기의 시험 조건과 실제 사용 조건은 동일하지 않기 때문에 촉진 시험 결과를 통해, 실제 사용 환경에서의 광열화 수명을 예측하는 것은 기술적으로 많은 어려움이 있다.
이러한 기술적 어려움 중에서도 가장 까다로운 부분은, 제품 사용 지역들의 기후환경이 갖는 다양성 때문에, 제품이 사용되는 자연 환경을 표준화하거나 단일화하여 광열화 시험을 수행하기 어렵다는 것에 있다. 평가를 통한 예측을 위해서는 사용 조건과 시험 조건의 차이를 파악하고, 두 조건 간의 상관관계를 통해 결과를 예측하거나 해석하는 과정이 필요하데, 세계 전지역을 대상으로 하는 다양한 제품마다, 지역별 기후 특성이 반영된 광열화 시험을 수행하기는 어려운 점이 있다. 이러한 이유로 대부분의 촉진식 광열화(내후성)시험은 지역별 기후요소에 대한 고려없이 동일 시험조건으로 수행되고 있다. 다만, 이러한 개별 제품의 직접적인 실험을 통해서 광열화 수명 설계 인자를 얻는 방법은, 다양한 물리화학적 특성을 갖는 제품들이 각각 다른 기후특성을 갖고 있는 세계 여러 지역에서 사용될 때에는 일반화하여 적용할 수 없다는 문제점을 갖는다.
또한, 광열화 시험에서 필요한 지역별 자외선 조사량과 같은 기후요소는 파악하기가 어려운 문제점을 갖고 있다. 또한 일부 알려진 지역의 자외선 조사량을 활용하는 경우에도 주어진 자외선 조사량으로부터 광열화 수명을 예측하기 위해서는 추가적인 실험 데이터가 필요할 뿐 아니라 복잡한 절차와 계산 방법을 모두 이해해야만 하는 문제점이 있어 관련 전문가들도 제한적으로 밖에는 활용하지 못하고 있다. 따라서, 이의 문제점을 해결하기 위하여 관련 전문가가 아니어도 쉽게 얻을 수 있는 기후 요소로부터 누구나 용이하게 수명 설계 요소를 계산할 수 있는 절차 및 방법의 개발이 필요한 실정이다.
관련하여, 한국공개특허 제10-2012-0079705호는 "광열화 가속 시스템"에 관한 기술을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 제품이 사용되는 지역의 기후 환경을 반영하여 태양광 노출에 의한 제품의 열화를 모사 및 평가할 수 있는 광열화 시험 기술을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명은 제품이 사용될 지역의 연평균 블랙패널온도와 자외선 조사량 등 관측하거나 제공받기 전에는 계산할 수 없었던 지역별 광열화 수명예측 설계 요소를 획득이 용이한 기후 데이터로부터 계산하여 획득하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 지역별 다양한 기후가 반영된 차별화된 광열화 시험 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소정 지역에서의 광열화에 의한 제품의 수명을 예측하는 광열화 시험 방법은 상기 소정 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 기초로, 상기 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류하는 단계; 상기 소정 지역의 평균 일간 최고 대기온도 및 상기 소정 지역의 대기환경에 대한 정보에 기초하여 상기 소정 지역의 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계; 상기 연평균 블랙패널온도를 이용하여 상기 소정 지역의 유효 자외선 조사량을 산출하는 단계; 및 상기 연평균 블랙패널온도 및 상기 유효 자외선 조사량을 이용하여 상기 소정 지역에서의 상기 제품의 광열화 수명을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소정 지역에서의 광열화에 의한 제품의 수명을 예측하는 광열화 시험 장치는 상기 소정 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 기초로, 상기 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류하는 대기환경 구별부; 상기 소정 지역의 평균 일간 최고 대기온도 및 상기 소정 지역의 대기환경에 대한 정보에 기초하여 상기 소정 지역의 연평균 블랙패널온도를 산출하는 BPT(Black-Panel Temperature) 산출부; 상기 연평균 블랙패널온도를 이용하여 상기 소정 지역의 유효 자외선 조사량을 산출하는 자외선 조사량 산출부; 및 상기 연평균 블랙패널온도 및 상기 유효 자외선 조사량을 이용하여 상기 소정 지역에서의 광열화 수명을 도출하는 계산결과 도출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제품이 사용되는 지역의 기후 환경을 반영하여 태양광 노출에 의한 제품의 열화를 모사 및 평가할 수 있는 광열화 시험을 수행할 수 있다.
그리고, 본 발명은 제품이 사용될 지역의 연평균 블랙패널온도와 자외선 조사량 등 관측하거나 제공받기 전에는 계산할 수 없었던 지역별 광열화 수명예측 설계 요소를 획득이 용이한 기후 데이터로부터 계산하는 방법을 제공한다. 즉, 본 발명은 세계기상기구(WMO; World Meteorological Organization) 등으로부터 쉽게 제공받을 수 있는 지역별 연평균 또는 월평균 일간 최고대기온도, 연간 강수량, 연평균 습도 등의 기후 데이터를 이용하여 지역을 대표하는 연평균 블랙패널온도와 시험조건에서의 유효 자외선 조사량 등과 같이 파악하기 어려운 수명시험 설계 인자를 계산하는 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명은 파악하기 어려웠던 전세계의 지역별 광열화 수명 설계 요소를 누구나 쉽고 편리하게 계산 가능케 한다. 결과적으로 본 발명에 따르면 그 동안 지역별 기후의 다양성에 대한 고려없이 동일한 시험 조건으로 수행되던 촉진 광열화 시험을 지역별 기후가 반영된 차별화된 시험 조건을 적용하여 수행 가능케 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 2는 건조지역의 최고 대기온도와 블랙패널온도 간의 상관관계를 분석한 예시 그래프이다.
도 3은 자외선 조사량이 가중된 연평균 블랙패널온도의 계산을 설명하기 위한 예시 그래프이다.
도 4는 유효 자외선 조사량을 구하는 계산 방법에 있어서, 제품의 활성화 에너지에 따라 다른 가중 상수치가 적용되는 것을 설명하기 위한 도표이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 장치를 나타낸 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
다양한 기후요소 중에서 화학소재의 광열화에 큰 영향을 주는 것으로 파악된 기후요소는 자외선 조사량, 대기온도(기온), 강수량 및 습도 등으로 이중에서 지역별 자외선 조사량은 실제 지역에서 장시간에 걸친 관측 방법을 통해 얻거나 전문기관이 제공하는 기후정보로부터 얻을 수 밖에 없기 때문에 일반적으로 취득하기 어려운 기후 데이터이다. 또한, 광열화 시험에서 기준이 되는 온도는 빛을 수광한 소재 및 제품의 표면이 실제 도달하는 온도로 이는 일반적인 대기온도와는 다른 온도이기 때문에 일반적인 기후 정보로 얻기 어려운 데이터이다. 일광 노출 환경에서 빛을 수광한 제품의 표면 온도는 흔히 검정색의 색상을 가질 경우 가장 높은 복사에너지를 흡수하여 높은 온도에 도달한다. 따라서, 제품의 표면 색상을 검정색으로 가정하였을 때 빛을 수광한 제품의 표면온도를 블랙패널온도(BPT; Black Panel Temperature)라 칭한다.
촉진식 광열화 시험에서도 기준이 되는 시험온도는 블랙패널온도가 되며, 대부분의 촉진식 광열화 시험장치에는 이 블랙패널온도를 측정할 수 있는 온도계를 장치하고 있다. 그러나 지역별 기후요소를 얻고자 할 경우에는 대부분 대기온도로 제공될 뿐, 지역별 블랙패널온도는 제공되지 않는다. 따라서 특별한 전문 기술자료에서도 특정 몇몇 지역의 블랙패널온도에 대해서만 실험 자료를 제공하고 있는데, 지역의 연평균 기후를 대표하는 블랙패널온도를 파악하지 않고서는 촉진식 광열화시험과 지역에서의 실제 광열화시험 간 열화 가속성을 파악하기 어려운 문제점이 발생하게 된다. 본 발명에서는 이의 문제점을 해결하기 위하여 쉽게 접근하여 자료의 획득이 용이한 데이터로부터, 광열화 시험에 필요한 연평균 블랙패널온도 및 유효 자외선 조사량을 산술적으로 계산하는 방법을 제공한다.
이하에서는 구체적인 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 2는 건조지역의 최고 대기온도와 블랙 패널온도 간의 상관관계를 분석한 예시 그래프이다. 도 3은 자외선 조사량이 가중된 연평균 블랙패널온도의 계산을 설명하기 위한 예시 그래프이다. 도 4는 유효 자외선 조사량을 구하는 계산 방법에 있어서, 제품의 활성화 에너지에 따라 다른 가중 상수치가 적용되는 것을 설명하기 위한 도표이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 방법은 먼저, 소정 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 기초로, 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류한다(S100). 이 때, 소정 지역은 사용자의 선택에 의하여 변경이 가능하다. 그리고, S100 단계에서는, 연평균 강수량 및 연평균 습도가 기설된 수치 이상인 경우 해당 소정 지역을 습윤기후지역으로 분류한다. 반면, 연평균 강수량 및 연평균 습도가 기 설정된 수치 미만인 경우 해당 소정 지역을 건조기후지역으로 분류한다. 즉, 같은 대기온도를 가진 지역들에 있어서도 대기환경의 습기 조건에 따라 광열화 상관관계가 다르게 나타나므로, S100 단계에서는 지역의 대기환경을 광열화 시험에 반영하기 위한 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, S100 단계에서는 제품이 사용될 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 다음의 수학식 1에 대입하고, 상수 k1에는 적합한 상수 값을 적용하여 결과치가 0 미만이면 해당 지역을 건조기후지역으로, 0 이상이면 해당 지역을 습윤기후지역으로 분류한다.
Figure 112013012868025-pat00001
수학식 1에 주어지는 상수 값 k1은 제품 및 소재에 따라 5 내지 20의 범위내에서 선택되어지며, 본 명세서에서는 대표값으로 10을 사용하는 실시예를 후술한다.
그리고, 소정 지역의 평균 일간 최고 대기온도 및 S100 단계를 통해 분류된 소정 지역의 대기환경에 대한 정보에 기초하여 소정 지역의 연평균 블랙패널온도를 산출한다(S200).
본 발명에서는 대상 제품 주변의 공기 온도와 대상 제품에 조사되는 빛 에너지 흡수에 의하여 결정되는 특성을 갖고 있으며, 지구의 대기환경에서 공기온도 역시 노출되는 태양 복사 에너지에 크게 의존하는 특성을 이용하여 블랙패널온도를 추정한다. 실제 제품이 사용될 지역에서 일광에 노출된 제품의 블랙패널온도는 낮 동안의 대기온도와 태양 복사 에너지에 의해 크게 좌우되는 특성이 있으며, 낮 동안의 대기온도 역시 지표면이 수광하는 태양 복사 에너지에 크게 좌우되는 특성을 이용하면 지역의 하루 중 최고 대기온도 만으로 해당 지역의 블랙패널온도를 추정하는 계산식을 도출할 수 있게 된다. 일간 최고 대기온도(Tair)와 블랙패널온도(TBPT)의 관계는 도 2에 도시되어 있다. 이의 내용을 기초로, 다음의 수학식 2와 같이 일간 최고 대기온도의 연평균 값을 기초로 연평균 블랙패널온도가 산출될 수 있다.
Figure 112013012868025-pat00002
여기서 연평균 블랙패널온도의 단위는 ℃이며, 연평균 일간 최고 대기온도의 단위는 절대온도 K로 주어진다. S200 단계에서, 소정 지역이 습윤기후지역으로 분류된 경우, 상기 소정 지역이 건조기후지역으로 분류된 경우에 비하여 큰 차감치(b)를 평균 일간 최고 대기온도에 반영하여 연평균 블랙패널온도를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로 수학식 2에 주어지는 상수 값은 대기환경에 따라 다르게 주어지며, a는 0.50 ~ 1.50의 범위를 가지며 b는 150.0 ~ 300.0의 범위를 갖는다. 본 발명에서는 대표 값으로 건조기후지역이면 a = 0.86, b = 213.3를 사용하고, 습윤기후지역이면 a = 0.93, b = 238.1을 사용하는 방법을 제공한다.
그리고, S200 단계에서 소정 지역의 연평균 블랙패널온도가 40 ℃ 이상이면, 고온기후지역으로 구분하고, 40 ℃미만이면 온냉기후지역으로 구분한다. 고온기후 지역이면 촉진식 내후성시험의 블랙패널온도를 비교적 높은 조건으로 시험하는 것이 적절하고 온냉기후 지역이면 블랙패널온도를 보다 낮은 조건으로 시험하는 것이 적절하다. 본 발명에서는 현재 산업계에서 옥외폭로 조건을 모사하는 시험조건으로 가장 널리 사용하는 블랙패널온도인 70 ℃와 이보다 낮은 온도인 50 ℃를 사용하는 경우에, 필요한 지역별 광열화 모사시험 자외선 조사량, 즉 지역별 유효 자외선 조사량을 계산하는 S300 단계에 따른 방법을 제공한다.
S200 단계에서 연평균 블랙패널온도는 1년 동안의 월평균 블랙패널온도의 연평균을 산술적으로 도출하여 산출될 수도 있다. 이 때, 월평균 블랙패널온도는 다음의 수학식 3과 같이 소정 지역의 월평균 일간 최고 대기온도 및 월평균 일사량을 기초로 산출될 수 있다.
Figure 112013012868025-pat00003
이러한, 수학식 3에 주어지는 상수값 k2는 0.005~0.1의 범위를 가지며 본 발명에서는 대표 값으로 0.025를 사용하는 방법을 제공한다.
그리고, 이 때 연평균 블랙패널온도를 산출하기 위하여 월평균 블랙패널온도에 자외선 조사량이 추가 반영될 수 있다. 즉, 1년 동안의 월평균 블랙패널온도들에 해당 월의 자외선 조사량을 각각 곱한 후 모두 더한 값을, 소정 지역의 연간 자외선 조사량으로 나누어 연평균 블랙패널온도를 산출할 수 있다. 이의 예시가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 있어서, 그래프에서 각 포인트는 각 월의 자외선 조사량(UV exposure) 및 블랙패널온도(TBPT(℃))를 나타내며, 어두운 영역(Area)은 자외선 조사량(UV exposure)과 블랙패널온도(TBPT(℃))를 곱한 값을 나타낸다. 따라서, 도 3에서 연평균 블랙패널온도(Teff)는 자외선 조사량(UV exposure)과 블랙패널온도(TBPT(℃))를 곱한 값인 26360에서 연간 자외선 조사량(dx) 값인 543을 나눈 48.5 ℃로 결정된다.
연평균 블랙패널온도의 산출에 자외선 조사량의 값을 반영하는 것은 지역의 월간 자외선 조사량을 아는 경우로 제한된다. 이 방법의 특징은 연중 계절별 자외선 조사량의 변화가 큰 지역의 블랙패널온도를 계산함에 있어 자외선 조사강도가 강한 기간의 블랙패널온도가 자외선 조사량 차이만큼 크게 반영되어 보다 현실적인 광열화 속도를 계산할 수 있도록 하는 것에 있다. 즉, 자외선 조사량의 값을 반영하는 방법은 계절별 일사량의 변화가 커서 연중 자외선 조사량의 변화가 큰 지역의 광열화 수명예측 설계요소를 계산할 때 효과적이다.
S200 단계 이후, 연평균 블랙패널온도를 이용하여 소정 지역의 유효 자외선 조사량을 산출한다(S300). S300 단계에서는 다음의 수학식 4와 같이 유효 자외선 조사량을 산출할 수 있다.
Figure 112013012868025-pat00004
수학식 4에서 연간 유효 자외선 조사량의 단위는 MJ/m2이며, 연평균 블랙패널온도의 단위는 수학식 2와는 달리 ?로 주어지고, 상수 값 c, d는 수학식 2의 결과를 참고하여 결정되는 시험 블랙패널온도 또는 대상 소재 및 제품의 광열화 활성화에너지에 따라서 다르게 주어질 수 있는 상수 값이다.
즉, 수학식 4에 주어지는 상수값은 제품 또는 소재의 광열화 활성화에너지 및 촉진시험에서 사용하는 블랙패널온도에 따라 변화하며, c는 0.001 ~ 50의 범위를 가지며 b는 1.00 ~ 5.00의 범위를 갖는다. 본 발명에서는 대표값으로 광열화 활성화에너지가 2.5, 5.0, 7.5 kcal/mol인 경우 도 4의 도표에 표시된 값을 사용하는 방법을 제공한다. 수학식 4의 식으로 계산된 연간 유효 자외선 조사량은 295 nm 이상에서 400 nm까지의 전자외선 조사량을 의미하며, 일반적인 옥외용 자외선 조도계로 관측되는 295 nm 내지 385 nm 범위의 자외선 조도계 관측 값보다는 큰 값으로 산출된다.
S200 단계에서 산출된 연평균 블랙패널온도 및 S300 단계에서 산출된 유효 자외선 조사량의 시험 인자를 이용하여, 소정 지역에서의 제품의 광열화 정도 즉, 수명 시험을 위한 계산 결과를 도출한다(S400).
더불어, S200 단계에서 산출된 연평균 블랙패널온도, S300 단계에서 산출된 유효 자외선 조사량 및 S400 단계에서 도출된 광열화 수명시험 계산결과는 별도의 디스플레이부를 통하여 사용자에게 출력 표시될 수 있다.
이러한, S100 단계 내지 S400 단계에 따른 광열화 시험 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램 코드로써 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체에 저장되어 있을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 광열화 시험 방법은 각 지역의 연평균 강수량, 연평균 습도, 평균 일간 최고 대기온도 등의 데이터가 저장된 데이터베이스와 연계된 프로그램에 의하여 계산되는 방법으로도 제공될 수 있다. 그리고, 이러한 프로그램이 내장된 컴퓨터나 컴퓨터가 탑재된 촉진 내후성 시험장치로도 제공될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 방법에 따라 각 지역별로 블랙패널온도 및 유효 자외선 조사량을 산출하는 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
실시예 1
대한민국 대전지역에서 폴리프로필렌 수지가 옥외 폭로되어 진행되는 광열화 조건을 예측, 평가한다. 대전지역의 강수량과 상대습도를 1,381 mm 및 63 %의 값으로 기준하면, 대전의 대기환경을 분류하면 수학식 1에서 상수 k1값을 10으로 할 경우 습윤기후로 구분된다. 대전지역의 연평균 일간 최고 대기온도를 16.4 ℃로 기준하면 수학식 2에서 상수 a, b값을 0.93, 238.1로 할 경우 연평균 블랙패널온도는 31.2 ℃로 산출된다. 산출된 연평균 블랙패널온도를 기준으로 수학식 4에서 상수 c, d 값을 폴리프로필렌 수지의 광열화 활성화에너지를 5.0 kcal/mol로 간주하여, 70 ℃의 블랙패널온도로 시험할 때 도 4에 따라 주어지는 상수 값 0.21, 2.00을 사용할 경우, 대전지역의 유효 자외선 조사량은 129 MJ/m2로 산출된다.
실시예 2
프랑스 파리지역에서 폴리카보네이트 수지가 옥외 폭로되어 진행되는 광열화 조건을 예측, 평가한다. 파리지역의 강수량과 상대습도를 752 mm 및 68 %의 값으로 기준하면 파리의 대기환경을 분류하면 수학식 1에서 상수 k1값을 10으로 할 경우 습윤기후로 구분된다. 파리지역의 연평균 일간 최고 대기온도를 15.6 ℃로 기준하면 수학식 2에서 상수 a, b 값을 0.93, 238.1로 할 경우 연평균 블랙패널온도는 30.4 ℃로 산출된다. 산출된 연평균 블랙패널온도를 기준으로 수학식 4에서 상수 c, d 값을 폴리카보네이트 수지의 광열화 활성화에너지를 2.5 kcal/mol로 간주하여, 70 ℃의 블랙패널온도로 시험할 때 도 4에 따라 주어지는 상수 값 0.86, 1.61을 사용할 경우, 파리지역의 유효 자외선 조사량은 210 MJ/m2로 산출된다.
실시예 3
미국 마이애미지역에서 폴리아세탈 수지가 옥외 폭로되어 진행되는 광열화 조건을 예측, 평가한다. 마이애미지역의 강수량과 상대습도를 1,154 mm 및 76 %의 값으로 기준하면 마이애미 지역의 대기환경을 분류하면 수학식 1에서 상수 C값을 10으로 할 경우 습윤기후로 구분된다. 마이애미지역의 연평균 일간 최고 대기온도를 25.7 ℃로 기준하면 수학식 2에서 상수 a, b 값을 0.93, 238.1로 할 경우 연평균 블랙패널온도는 39.8 ℃로 추정된다. 산출된 연평균 블랙패널온도를 기준으로 수학식 4에서 상수 c, d 값을 폴리카보네이트 수지의 광열화 활성화에너지로 2.5 kcal/mol로 간주하여, 70 ℃의 블랙패널온도로 시험할 때 도 4에 따라 주어지는 상수 값 0.21, 2.00을 사용할 경우, 마이애미지역의 유효 자외선 조사량은 213 MJ/m2로 산출된다.
실시예 4
대한민국 대전지역에서 폴리카보네이트 수지가 옥외 폭로되어 진행되는 광열화 조건을 예측, 평가한다. 대전지역의 강수량과 상대습도를 1,381 mm 및 63 %의 값으로 기준하면 대전지역의 대기환경을 분류하면 수학식 1에서 상수 C값을 10으로 할 경우 습윤기후로 구분된다. 대전지역의 월평균 일간 최고 대기온도가 1월부터 12월까지 순서대로 2.1, 4.5, 9.6, 17.0, 22.2, 26.0, 27.7, 28.0, 24.1, 18.7, 11.8, 5.2 ℃로 주어지고 월간 평균 일사량과 자외선 조사량이 각각 315, 372, 501, 583, 622, 539, 465, 468, 427, 396, 298, 283 MJ/m2 및 14.8, 19.5, 29.0, 35.3, 41.0, 40.1, 36.8, 33.3, 31.2, 24.0, 16.9, 14.0 MJ/m2로 주어진다고 할 때, 수학식 3에서 상수 k2 값을 0.025로 할 경우 자외선 가중 연평균 블랙패널온도는 30.2 ℃로 산출된다. 산출된 연평균 블랙패널온도를 기준으로 수학식 4에서 상수 c, d 값을 폴리카보네이트 수지의 광열화 활성화에너지를 2.5 kcal/mol로 간주하여, 70 ℃의 블랙패널온도로 시험할 때 주어지는 상수 값 0.86, 1.61을 사용할 경우, 대전지역의 유효 자외선 조사량은 208 MJ/m2로 산출된다.
실시예 5
중국 북경지역에서 폴리에틸렌 수지가 옥외 폭로되어 진행되는 광열화 조건을 예측, 평가한다. 북경지역의 강수량과 상대습도를 494 mm 및 46 %의 값으로 기준하면 대전지역의 대기환경을 분류하면 수학식 1에서 상수 C값을 10으로 할 경우 건조기후로 구분된다. 북경지역의 월평균 일간 최고 대기온도가 1월부터 12월까지 순서대로 -1.5, 2.4, 10.1, 19.9, 26.2, 29.3, 29.5, 28.4, 24.9, 18.0, 8.5, 1.2 ℃로 주어지고 월간 일사량이 311, 372, 525, 621, 689, 618, 573, 521, 460, 410, 305, 276 MJ/m2으로 주어진다고 할 때, 수학식 3에서 상수 k2 값을 0.025로 할 경우 연평균 블랙패널온도는 28.2 ℃로 산출된다. 산출된 연평균 블랙패널온도를 기준으로 수학식 4에서 상수 c, d 값을 폴리에틸렌 수지의 광열화 활성화에너지를 5.0 kcal/mol로 간주하여, 70 ℃의 블랙패널온도로 시험할 때 주어지는 상수 값 0.12, 2.03을 사용할 경우, 북경지역의 유효 자외선 조사량은 106 MJ/m2로 산출된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 장치의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광열화 시험 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 광열화 시험 장치(100)는 대기환경 구별부(110), BPT(Black-panel temperature) 산출부(120), 자외선 조사량 산출부(130), 및 계산결과 도출부(140)를 포함하여 구성된다.
대기환경 구별부(110)는 소정 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 기초로, 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류한다. 대기환경 구별부(110)는 연평균 강수량 및 연평균 습도가 기 설정된 수치 이상인 경우 소정 지역을 습윤기후지역으로 분류하고, 기 설정된 수치 미만인 경우 소정 지역을 건조기후지역으로 분류한다.
BPT 산출부(120)는 소정 지역의 평균 일간 최고 대기온도 및 소정 지역의 대기환경에 대한 정보에 기초하여 소정 지역의 연평균 블랙패널온도를 산출한다. 이러한, BPT 산출부(120)는 소정 지역이 습윤기후지역으로 분류된 경우, 소정 지역이 건조기후지역으로 분류된 경우에 비하여 큰 차감치를 상기 평균 일간 최고 대기온도에 반영하여 연평균 블랙패널온도를 산출할 수 있다. 이 때, BPT 산출부(120)는 소정 지역의 일간 최고 대기온도의 연간 평균값을 기초로 상기 연평균 블랙패널온도를 산출할 수 있다. 더불어, BPT 산출부(120)는 소정 지역의 자외선 조사량을 추가 반영하여 연평균 블랙패널온도를 산출할 수 있다.
또한, BPT 산출부(120)는 소정 지역의 월평균 일간 최고 대기온도 및 월평균 일사량을 기초로 월평균 블랙패널온도를 산출한 후, 월평균 블랙패널온도의 연평균을 산술적으로 도출하여 연평균 블랙패널온도를 산출할 수도 있다. 이 때, BPT 산출부(120)는 1년 동안의 월평균 블랙패널온도들에 해당 월의 자외선 조사량을 각각 곱한 후 더한 수치를 소정 지역의 연간 자외선 조사량으로 나누어 연평균 블랙패널온도를 산출할 수 있다.
자외선 조사량 산출부(130)는 연평균 블랙패널온도를 이용하여 소정 지역의 유효 자외선 조사량을 산출한다. 자외선 조사량 산출부(130)는 제품의 광열화 활성화에너지에 따라서 연평균 블랙패널온도에 상이한 상수치를 산술적으로 반영하여 유효 자외선 조사량을 산출할 수 있다.
계산결과 도출부(140)는 연평균 블랙패널온도 및 유효 자외선 조사량을 이용하여 소정 지역에서의 광열화 수명시험 계산결과를 도출한다.
그리고, 본 발명에 따른 광열화 시험 장치(100)는 소정 지역에 대한 선택을 사용자로부터 입력받는 인터페이스부(미도시), 및 연평균 블랙패널온도, 유효 자외선 조사량, 및 제품의 광열화 수명을 사용자에게 출력 표시하는 표시부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 광열화 시험 방법 및 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100; 광열화 시험 장치
110; 대기환경 구별부
120; BPT 산출부
130; 자외선 조사량 산출부
140; 계산결과 도출부

Claims (20)

  1. 소정 지역에서의 광열화에 의한 제품의 수명을 예측하는 광열화 시험 방법에 있어서,
    상기 소정 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 기초로, 상기 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류하는 단계;
    상기 소정 지역의 평균 일간 최고 대기온도 및 상기 소정 지역의 대기환경에 대한 정보에 기초하여 상기 소정 지역의 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계;
    상기 연평균 블랙패널온도를 이용하여 상기 소정 지역의 유효 자외선 조사량을 산출하는 단계; 및
    상기 연평균 블랙패널온도 및 상기 유효 자외선 조사량을 이용하여 상기 소정 지역에서의 상기 제품의 광열화 수명시험 계산결과를 도출하는 단계를 포함하되,
    상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계는,
    상기 소정 지역이 습윤기후지역으로 분류된 경우, 상기 소정 지역이 건조기후지역으로 분류된 경우에 비하여 큰 차감치를 상기 평균 일간 최고 대기온도에 반영하여 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류하는 단계는,
    상기 연평균 강수량 및 상기 연평균 습도가 기 설정된 수치 이상인 경우 상기 소정 지역을 습윤기후지역으로 분류하고, 기 설정된 수치 미만인 경우 상기 소정 지역을 건조기후지역으로 분류하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계는,
    상기 소정 지역의 일간 최고 대기온도의 연간 평균값을 기초로 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계는,
    상기 소정 지역의 자외선 조사량을 추가 반영하여 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계는,
    상기 소정 지역의 월평균 일간 최고 대기온도 및 월평균 일사량을 기초로 월평균 블랙패널온도를 산출한 후,
    상기 월평균 블랙패널온도의 연평균을 산술적으로 도출하여 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 단계는,
    1년 동안의 월평균 블랙패널온도들에 해당 월의 자외선 조사량을 각각 곱한 후 더한 수치를 상기 소정 지역의 연간 자외선 조사량으로 나누어 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유효 자외선 조사량을 산출하는 단계는,
    상기 제품의 광열화 활성화에너지에 따라서 상기 연평균 블랙패널온도에 상이한 상수치를 산술적으로 반영하여 상기 유효 자외선 조사량을 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정 지역은 사용자의 선택에 의하여 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 블랙패널온도를 산출하는 단계 및 상기 유효 자외선 조사량을 산출하는 단계를 통하여 산출된 상기 연평균 블랙패널온도 및 상기 유효 자외선 조사량을 사용자에게 표시하여 주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 방법.
  11. 청구항 1항, 청구항 2항 및 청구항 4항 내지 청구항 10항의 어느 한 항에 따른 광열화 시험 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램 코드를 기록하고 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체.
  12. 소정 지역에서의 광열화에 의한 제품의 수명을 예측하는 광열화 시험 장치에 있어서,
    상기 소정 지역의 연평균 강수량 및 연평균 습도를 기초로, 상기 소정 지역의 대기환경을 건조기후지역 또는 습윤기후지역으로 분류하는 대기환경 구별부;
    상기 소정 지역의 평균 일간 최고 대기온도 및 상기 소정 지역의 대기환경에 대한 정보에 기초하여 상기 소정 지역의 연평균 블랙패널온도를 산출하는 BPT(Black-Panel Temperature) 산출부;
    상기 연평균 블랙패널온도를 이용하여 상기 소정 지역의 유효 자외선 조사량을 산출하는 자외선 조사량 산출부; 및
    상기 연평균 블랙패널온도 및 상기 유효 자외선 조사량을 이용하여 상기 소정 지역에서의 광열화 수명시험 계산결과를 도출하는 계산결과 도출부를 포함하되,
    상기 BPT 산출부는,
    상기 소정 지역이 습윤기후지역으로 분류된 경우, 상기 소정 지역이 건조기후지역으로 분류된 경우에 비하여 큰 차감치를 상기 평균 일간 최고 대기온도에 반영하여 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 대기환경 구별부는,
    상기 연평균 강수량 및 상기 연평균 습도가 기 설정된 수치 이상인 경우 상기 소정 지역을 습윤기후지역으로 분류하고, 기 설정된 수치 미만인 경우 상기 소정 지역을 건조기후지역으로 분류하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
  14. 삭제
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 BPT 산출부는,
    상기 소정 지역의 일간 최고 대기온도의 연간 평균값을 기초로 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 BPT 산출부는,
    상기 소정 지역의 자외선 조사량을 추가 반영하여 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 BPT 산출부는,
    상기 소정 지역의 월평균 일간 최고 대기온도 및 월평균 일사량을 기초로 월평균 블랙패널온도를 산출한 후,
    상기 월평균 블랙패널온도의 연평균을 산술적으로 도출하여 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 BPT 산출부는,
    1년 동안의 월평균 블랙패널온도들에 해당 월의 자외선 조사량을 각각 곱한 후 더한 수치를 상기 소정 지역의 연간 자외선 조사량으로 나누어 상기 연평균 블랙패널온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 자외선 조사량 산출부는,
    상기 제품의 광열화 활성화에너지에 따라서 상기 연평균 블랙패널온도에 상이한 상수치를 산술적으로 반영하여 상기 유효 자외선 조사량을 산출하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 소정 지역에 대한 선택을 사용자로부터 입력받는 인터페이스부; 및
    상기 연평균 블랙패널온도, 상기 유효 자외선 조사량 및 상기 제품의 광열화 수명시험 계산결과를 상기 사용자에게 출력 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광열화 시험 장치.
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