KR102026259B1 - Acceleration Test Method Simulating Long-term Thermal Deterioration in Outdoor Environment - Google Patents
Acceleration Test Method Simulating Long-term Thermal Deterioration in Outdoor Environment Download PDFInfo
- Publication number
- KR102026259B1 KR102026259B1 KR1020170161254A KR20170161254A KR102026259B1 KR 102026259 B1 KR102026259 B1 KR 102026259B1 KR 1020170161254 A KR1020170161254 A KR 1020170161254A KR 20170161254 A KR20170161254 A KR 20170161254A KR 102026259 B1 KR102026259 B1 KR 102026259B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- temperature
- degradation
- simulates
- test method
- thermal degradation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
- G01N17/002—Test chambers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
- G01N17/004—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light to light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
본 발명은 화학 및 바이오 소재 및 이들 소재가 포함된 각종 제품의 경시 변화에 의한 열화 수명 및 고장 여부를 예측하기 위한 열 열화 가속 시험에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 옥외에서 사용되는 위 소재 및 제품의 환경이나 기후 조건을 현실 모사적으로 반영하여 열 열화 가속 시험의 정확도를 높인 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal degradation accelerated test for predicting the degradation life and failure caused by the aging change of chemical and bio materials and various products including these materials, and more specifically, the above-mentioned materials and products used outdoors The present invention relates to an accelerated test method that simulates the long-term thermal degradation of an outdoor environment in which the accuracy of the thermal degradation acceleration test is improved by realistically reflecting the environment or climatic conditions.
Description
본 발명은 화학 및 바이오 소재 및 이들 소재가 포함된 각종 제품의 경시 변화에 의한 열화 수명 및 고장 여부를 예측하기 위한 열 열화 가속 시험에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 옥외에서 사용되는 위 소재 및 제품의 환경이나 기후 조건을 현실 모사적으로 반영하여 함수화 함으로써 열 열화 가속 시험의 정확도를 높인 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal degradation accelerated test for predicting the degradation life and failure caused by the aging change of chemical and bio materials and various products including these materials, and more specifically, the above-mentioned materials and products used outdoors The present invention relates to an accelerated test method that simulates long-term thermal degradation of an outdoor environment, which improves the accuracy of the thermal degradation acceleration test by functionally reflecting the environment or weather conditions.
옥외 사용에 있어 발생하는 자연적인 경시 변화, 즉 열화에 대한 온도의 영향을 평가하는 기술적 방법론에 대한 것이다. It is a technical methodology for assessing the effects of temperature on deterioration over time that occurs in outdoor use.
인류가 발명한 산업용 소재 중에서 석유화학 원료로부터 화학 소재, 예를 들면 플라스틱, 합성고무, 합성수지 필름, 도료, 접착제 등은 대부분 고온 노출에 취약하며, 주변 온도가 높아질수록 열화의 속도는 증가하게 된다. 이러한 열화는 대부분 화학적 열화 반응을 수반하거나 상변화와 같은 물리화학적 열화를 수반하기 때문에, 결과적으로는 이로 인한 물성 또는 물리화학적 특성 변화를 유발하게 된다. 화학소재에서 나타나는 대표적인 열화에 의한 물성 및 특성 변화는 기계적 물성의 저하, 광학적 또는 전기적 특성의 변화 등으로, 이는 대부분 제품의 품질 및 수명을 저하시키는 작용을 하게 된다.Among the industrial materials invented by mankind, chemical materials such as plastics, synthetic rubbers, synthetic resin films, paints, adhesives, and the like are mostly vulnerable to high temperature exposure, and the rate of deterioration increases as the ambient temperature increases. Most of these degradations involve chemical degradation reactions or physical and chemical degradations such as phase changes, and as a result, change in physical or physicochemical properties is caused. Representative changes in physical properties and properties due to deterioration of chemical materials, such as mechanical properties, optical or electrical properties change, which is mostly to reduce the quality and life of the product.
한편, 이러한 시간 의존적 경시 변화의 속도는 화학적 반응속도론의 경험식인 아레니우스 모델을 따르는 것으로 파악되고 있어, 실제 사용 환경에서의 장시간에 걸쳐 진행되는 완만한 경시 변화에 의한 열화 및 고장을 보다 짧은 시간 내에 실험실에서 예측하거나 평가하기 위해 위 아레니우스 모델이 열화 가속시험 설계의 중요한 이론적 바탕을 제공하고 있다.On the other hand, the rate of time-dependent change over time is understood to follow the Arrhenius model, which is an empirical formula of chemical reaction kinetics, so that the degradation and failure caused by the gradual change over time in actual use environment are shorter. The above Arrhenius model provides an important theoretical basis for the design of accelerated degradation testing for prediction and evaluation within the laboratory.
이러한 열화 가속시험의 이론적 바탕은 상대적으로 장시간이 소요되는 낮은 온도에서의 경시 열화를, 상대적으로 빠른 열화 속도가 나타나는 높은 온도에서 시행하면 보다 짧은 시간 내에 동일한 형태의 열화 상태 또는 고장 상태를 발생시킬 수 있다는 사실에 기초하고 있다. The theoretical basis of this accelerated deterioration test is that deterioration with time at low temperature, which takes a relatively long time, can occur in the same type of deterioration or failure condition in a shorter time. Is based on the fact that
일반적으로 동일한 열화 메커니즘을 갖는 열화 과정은 시간 의존적일뿐 아니라 온도 의존적이다. 즉 열화 온도가 높아질수록 열화 속도가 증가하며, 온도 증가에 대한 열화 속도의 증가 폭은 일정한 법칙을 따르게 되며, 가장 잘 알려진 법칙이 절대온도의 역수와 로그함수로 표현된 반응속도 간에는 대수적인 상관성이 존재한다는 아레니우스 원리이다.In general, the deterioration process with the same deterioration mechanism is not only time dependent but also temperature dependent. In other words, as the deterioration temperature increases, the deterioration rate increases, and the increase rate of the deterioration rate with respect to the temperature increase follows a certain law, and the best known law is a logarithmic correlation between the inverse of the absolute temperature and the reaction rate expressed by the logarithmic function. It is the Arrhenian principle of existence.
아레니우스 원리는 다양한 화학반응의 반응 속도와 반응 온도 관계를 잘 설명하고 있고, 화학소재의 열화 및 첨가제 이행 속도와 온도 간의 관계를 설명함에 있어 잘 적용되기 때문에 화학소재의 광범위한 열화 속도의 온도 의존성을 표현하는 수학적 모델로 가장 널리 사용되고 있다.The Arrhenius principle explains the relationship between reaction rates and reaction temperatures of various chemical reactions, and is well applied in explaining the relationship between chemical degradation and the rate of additive transition and temperature. It is the most widely used mathematical model to represent.
그러나 통상의 아레니우스 법칙을 사용한 열화 가속시험의 설계는 특정화된 가속시험 온도와 적용온도, 즉 필드 온도로 불리는 실제 사용 온도 간의 온도 차가 상수화 될 때 적용이 가능하다. 따라서 사용 환경의 실제 온도를 파악하기 어려운 옥외 환경에 노출된 소재 및 제품에 대해서는 적용에 어려움이 존재한다. 옥외의 대기 환경에 노출되는 소재 및 제품의 표면은 자체 열원이 없는 경우에는 대기온도와 동일한 표면온도를 갖는 것으로 간주할 수 있지만 대기온도 자체가 연중 변화하며, 하루 중에도 일교차에 따른 변화를 갖기 때문에 특정 온도로 규정하기 어려운 문제가 있다. 특히 태양 직사광에 노출되는 제품의 표면은 태양 복사 에너지를 흡수하여 대기온도보다 높은 온도로 상승하며, 이때의 상승 폭은 소재의 재질과 색상에 따라 다르게 나타나기 때문에 표면 온도를 측정할 수 있는 온도 센서를 통해 실시간으로 관측하지 않는 한, 관심을 갖는 특정 기간 동안의 온도 변화를 파악하기 어렵다. 일예로 표면 온도 센서 등을 통해 특정 기간 동안 제품 표면의 온도 변화를 측정하고 수집하여 데이터화 했어도 이를 기초로 옥외 환경의 열 열화를 모사하는 고온 가속시험 설계를 수행하기 위한 적합한 수단 및 방법이 전무한 실정이다.However, the design of the accelerated deterioration test using the conventional Areneus law is applicable when the temperature difference between the specified accelerated test temperature and the application temperature, ie the actual use temperature, called the field temperature is constant. Therefore, there is a difficulty in applying to materials and products exposed to the outdoor environment where it is difficult to know the actual temperature of the use environment. Surfaces of materials and products exposed to the outdoor air environment can be considered to have the same surface temperature as the ambient temperature if they do not have their own heat source, but the atmospheric temperature itself changes year-round and changes according to daily crossover during the day. There is a problem that is difficult to define by temperature. In particular, the surface of the product exposed to direct sunlight absorbs solar radiation and rises to a higher temperature than the atmospheric temperature.As the rise is different depending on the material and the color of the material, a temperature sensor that can measure the surface temperature is used. It is difficult to determine the temperature change over a particular time period of interest unless it is observed in real time. For example, although the temperature change of the surface of the product is measured, collected, and data-formed through a surface temperature sensor, etc., there are no suitable means and methods for conducting a high-temperature accelerated test design that simulates thermal degradation of the outdoor environment based on this. .
현재 옥외 환경에서 시시각각 변화하는 옥외 환경에 노출된 화학 및 바이오 소재 및 이들 소재가 포함된 각종 제품의 온도를 추정하는 가속시험 설계 방법이 개발되지 않아 이에 대한 추정이 정확히 이루어지기 어렵고, 그에 따른 시험 설계가 불가하고, 예측 상의 오류가 발생되는 문제점이 있다.Currently, the accelerated test design method for estimating the temperature of chemical and biomaterials and various products containing these materials has not been developed. Is not possible and there is a problem that a prediction error occurs.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 하루 중의 대기온도 변화를 하루 중 최고 기온 및 최저 기온, 하루 평균 일사량 데이터를 이용하여 함수화하여 보다 정확한 대기온도변화를 모사하고, 태양광 일사량에 따른 옥외 환경 하의 물체 표면 온도 변화를 기존의 알려진 기후 데이터에 근거하여 수학적 시뮬레이션 방법으로 예측함에 따라 해당 물체 표면에서 진행되는 화학적 열 열화의 반응 속도와 열화 량을 실험실에서 가속조건으로 재현하는 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법을 제공함에 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to simulate the change in air temperature more accurately by using the daily maximum temperature and minimum temperature, the average daily solar radiation data by the function And, by predicting the change of the surface temperature of the object under the outdoor environment according to the solar radiation by mathematical simulation method based on the known climate data, the reaction rate and the degradation rate of chemical thermal degradation occurring on the surface of the object are accelerated in the laboratory. It is to provide an accelerated test method that simulates long-term thermal deterioration of the outdoor environment to be reproduced.
본 발명의 일실시 예에 따른 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법은, 옥외의 태양 직사광에 노출되는 환경에서 사용되는 소재 또는, 이들 소재가 포함된 제품의 표면에서 발생하는 열에 의한 열화 또는 산화 반응에 의한 경시 변화를 예측하기 위한 열화 가속시험 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 소재 또는 제품의 표면 온도를 모사하여 상기 열화 가속시험을 위한 가속시험 온도 또는, 가속시험 시간 산출에 적용하며, 상기 표면 온도는, 상기 소재 또는 제품이 노출되는 대기 온도 및 상기 태양 직사광의 일사량에 따른 온도 상승분의 합인 것을 특징으로 한다. Accelerated test method for simulating the long-term thermal degradation of the outdoor environment according to an embodiment of the present invention, the material used in the environment exposed to direct sunlight in the outdoors, or the degradation caused by heat generated on the surface of the product containing these materials Or in the accelerated degradation test method for predicting the change over time by the oxidation reaction, the method is applied to the acceleration test temperature or acceleration test time calculation for the degradation acceleration test by simulating the surface temperature of the material or product The surface temperature may be a sum of an ambient temperature to which the material or a product is exposed and a temperature increase according to the solar radiation.
또한, 상기 대기 온도는, 하루 중 평균 최고 및 최저 대기온도를 사용하며, 일간 평균, 주간 평균, 월 평균, 계절(3개월) 평균, 연 평균 증의 어느 하나인 것을 특징으로 한다. In addition, the atmospheric temperature, using the average highest and lowest atmospheric temperature of the day, characterized in that any one of the daily average, weekly average, monthly average, seasonal (three months) average, annual average increase.
또한, 상기 일사량은 누적 일사량을 사용하며, 일간 누적, 주간 누적, 월간 누적, 계절(3개월) 누적, 연간 누적 중의 어느 하나이고, 일출 및 일몰 시간은 해당 지역의 태양 남중고도 시간을 중심으로 태양고도가 수평면 또는 특정하게 정의된 각도에 도달하는 시간으로 정의한다. In addition, the amount of insolation uses a cumulative amount of insolation, any one of a daily cumulative, weekly cumulative, monthly cumulative, seasonal (3 months) cumulative, annual cumulative, sunrise and sunset time is based on the solar south-high altitude time of the region It is defined as the time at which the solar altitude reaches a horizontal plane or a specific defined angle.
또한, 상기 표면 온도는, 아래의 수학식을 통해 모사된다.In addition, the surface temperature is simulated through the following equation.
또한, 상기 표면온도(TF,Sample)는, 상기 소재 또는 제품이 노출되는 대기 온도(TAir)를 모사하는 주기 함수(아래 수학식 2)와 태양 직사광의 일사량에 의존한 온도 상승분(f(i,t))을 모사하는 주기 함수(아래 수학식 3)의 합(아래 수학식 1)으로 표현되는 것을 특징으로 한다. In addition, the surface temperature (T F, Sample ) is a temperature function f (depending on the solar radiation of solar direct sunlight and a periodic function (
또한, 상기 표면온도(TF,Sample)는, 하루 중 제품 또는 물체 표면 온도가 최고에 도달하는 온도와 최저에 도달하는 온도를 포함한 3개 이상의 (시간-온도) 좌표를 이용한 보간법을 활용한 비선형 함수와 선형 함수의 합성 함수로 표현되는 것을 특징으로 한다. In addition, the surface temperature (T F, Sample ) is a non-linear interpolation method using three or more (time-temperature) coordinates, including the temperature at which the product or object surface temperature reaches the highest and the lowest temperature in the day It is characterized by being expressed as a composite function of a function and a linear function.
또한, 상기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법은, 가속시험 온도와 가속시험 시간의 상관관계가 아래의 수학식을 통해 모사되는 것을 특징으로 한다.In addition, the acceleration test method for simulating the thermal degradation, characterized in that the correlation between the acceleration test temperature and the acceleration test time is simulated through the following equation.
또한, 상기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법은, 가속시험 온도가 아래의 식을 통해 모사되는 것을 특징으로 한다. In addition, the acceleration test method for simulating the thermal degradation is characterized in that the acceleration test temperature is simulated through the following equation.
또한, 상기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법은, 가속시험 시간이 아래의 식을 통해 모사되는 것을 특징으로 한다. In addition, the acceleration test method for simulating the thermal degradation is characterized in that the acceleration test time is simulated through the following equation.
아울러, 상기 방법은, 필드 열화 조건의 표면 온도(TF)가 상기 수학식 1 내지 수학식 3의 주기함수 형태의 변수로 주어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the method is characterized in that the surface temperature (T F ) of the field degradation condition is given as a variable in the form of a periodic function of the equation (1) to (3).
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험은, 화학소재 및 화학소재가 사용된 제품의 옥외 태양광 노출 환경 하의 표면 온도 변화를 수학적으로 표현할 수 있는 방법을 제공함으로써, 옥외 환경에 노출된 소재 및 제품이 겪게 되는 장기간에 걸친 경시 변화에 따른 열 열화 수명 및 열 열화 고장을 예측하거나 평가하기 위한 가속 열화시험이 가능하도록 한 효과가 있다.Accelerated testing to simulate long-term thermal degradation of the outdoor environment of the present invention by the above configuration, provides a method capable of mathematically expressing the surface temperature change under the outdoor solar exposure environment of the chemical material and the product using the chemical material As a result, it is possible to accelerate accelerated degradation test for predicting or evaluating the thermal degradation life and thermal degradation failure due to the long-term change of materials and products exposed to the outdoor environment.
특히 쉽게 접할 수 있는 하루 중 최고 및 최저온도 및 일사량과 같은 기존의 기상 데이터를 이용하여 연중 특정 계절 또는 월 중 어느 일의 대기 온도의 변화 및 일사량에 따른 물체의 표면 온도 변화를 수학적으로 보다 정확하게 모사함에 따라 옥외 환경에 노출된 소재 및 제품의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험의 정확도를 향상시킨 효과가 있다. In particular, using existing weather data such as high and low temperature and insolation of the day, which are easily accessible, mathematically more accurately simulate changes in the surface temperature of objects according to changes in atmospheric temperature and insolation during a particular season or month of the year. This has the effect of improving the accuracy of accelerated tests that simulate long-term thermal degradation of materials and products exposed to outdoor environments.
도 1은 하루 24시간 동안 대기온도, 일사량 및 일사량에 따른 블랙 바디 표면 온도의 변화를 나타낸 그래프
도 2는 특정 시간과 지역에서 하루 24시간 동안 옥외 수평면에 놓인 블랙 플라스틱 시편의 표면 온도 변화를 모사한 수치와, 실제 측정된 표면 온도 변화 수치를 비교한 그래프
도 3은 호주 멜버른 지역의 1월과 7월의 수평면에 놓인 검은색 플라스틱 표면의 하루 온도 변화를 나타낸 그래프1 is a graph showing the change of the black body surface temperature according to the atmospheric temperature, insolation and insolation during 24 hours a day
FIG. 2 is a graph comparing the surface temperature change of the black plastic specimen placed on the outdoor horizontal plane for 24 hours a day at a specific time and region with the actual measured surface temperature change.
3 is a graph showing the daily temperature change of a black plastic surface on a horizontal plane in January and July in Melbourne, Australia
옥외 환경에 노출되어 대기온도와 동일하거나 대기온도와 일정한 관계를 갖는 소재 및 제품 표면의 온도를 기초로 가속시험법을 설계하여 열화 또는 고장을 평가하는 내구 수명 평가 또는 신뢰성 평가를 수행하기 위해서는 가속조건의 시험온도와 제품의 실제 사용온도 간의 온도 차와 그에 따른 열화 속도 차에 의한 가속계수를 알고 있어야 한다. 가속조건에서 진행된 열화의 속도 또는 양은 가속시험의 시험온도가 통상 미리 정해진 온도에서 일정하게 수행되거나 또는 정해진 온도 사이클을 따라 반복되는 사이클 주기로 수행되는 방법을 따르기 때문에 파악하기가 용이하다. 즉 25도씨에서 일년 간 노출된 제품의 열화 정도를 한달 내로 평가하고 싶은 경우의 시험 온도 또는 50도씨에서 노출 시켜 시험할 경우 시험 기간은 어느 정도로 해야하는 지 산출하기 위한 방법을 가속 계수를 통해 제공한다.Acceleration condition for designing acceleration test method based on temperature of material and product surface exposed to outdoor environment or having constant relationship with air temperature to evaluate deterioration or failure. The temperature difference between the test temperature and the actual use temperature of the product and the acceleration factor due to the difference in degradation rate should be known. The rate or amount of deterioration under accelerated conditions is easy to grasp because the test temperature of the accelerated test usually follows a method that is either performed at a predetermined temperature, or is performed in cycles repeated along a predetermined temperature cycle. In other words, the acceleration factor provides a method for calculating the test temperature when the degree of degradation of a product exposed at 25 degrees Celsius for one year is to be evaluated within one month or the test period when exposed at 50 degrees Celsius.
그러나 옥외 환경에서 사용되는 제품의 온도, 특히 태양광에 직접 노출되는 제품 표면 온도는 대기온도의 변화와 표면에 폭로되는 일사량에 따라 지속적인 변화 값을 갖기 때문에, 일일이 해당 제품 표면의 온도를 장기간 지속적으로 관측한 데이터가 구축되기 전에는 해당 제품이 옥외 태양광 노출 환경에 폭로되어 겪게 표면의 열 열화 속도를 계산함으로써 수행되는 가속 시험 설계는 불가능하게 된다.However, since the temperature of the product used in outdoor environment, especially the surface temperature of the product directly exposed to sunlight, has a continuous change according to the change of atmospheric temperature and the amount of radiation exposed to the surface, the temperature of the surface of the product continuously Until the observed data is established, it is not possible to design accelerated tests that are performed by calculating the rate of thermal degradation of the surface that the product is exposed to in outdoor sunlight exposure.
실제 제품 표면이 옥외 태양광에 노출된 상태에서 도달하는 표면 온도는 제품 주변의 공기 온도와 노출면의 일사량에 따라 시시각각 변화하며, 태양광 노출면의 일사량은 주어진 노출면의 방향 및 각도에 따라 태양 자전 및 태양 고도에 따라 시시각각 변화하므로, 장시간의 관측을 통해 얻어진 특정 제품의 표면 온도 관측 데이터가 있더라도 이를 다른 제품 및 설치 환경에는 적용하기 어려운 문제가 발생한다. 따라서 화학제품 및 화학소재의 장기 옥외 폭로 중에 진행되는 열 열화의 속도 또는 열 열화의 량을 계산하여 가속시험 설계를 수행하기 위해, 다양한 기후와 옥외 설치 환경이 고려된 제품 표면 온도를 장기간 관측한 데이터를 활용하는 것은 실질적으로 불가능하여, 옥외 환경에서 주어지는 제품의 표면 온도는 연간 또는 추정 기간의 평균값으로써, 오차를 감수한 부정확한 추정치로 시도되는 경우가 대부분이다.The surface temperature reached when the actual product surface is exposed to outdoor sunlight changes every hour according to the air temperature around the product and the amount of solar radiation on the exposed surface, and the solar radiation on the solar surface is dependent on the direction and angle of the given exposure surface. Since it changes from time to time according to the rotation and sun altitude, even if the surface temperature observation data of a specific product obtained through a long time observation, it is difficult to apply it to other products and installation environment. Therefore, in order to conduct accelerated test design by calculating the rate of thermal deterioration or the amount of thermal deterioration during long-term outdoor exposure of chemicals and chemical materials, data of long-term observation of product surface temperature considering various climate and outdoor installation environment It is practically impossible to utilize, so that the surface temperature of a given product in an outdoor environment is an average of annual or estimated periods, which is often attempted with inaccurate estimates of error.
따라서 본 발명은 하루 중의 대기온도 변화를 하루 중 최고 기온 및 최저 기온, 하루 평균 일사량 데이터를 이용하여 수학적으로 합성된 온도 변화 예측 모델을 활용하여 가속 시험을 수행하게 된다. Therefore, the present invention performs the acceleration test by using the temperature change prediction model mathematically synthesized using the daily maximum temperature, the minimum temperature, and the average daily solar radiation data.
보다 구체적으로, 대기온도 변화에 의존하는 옥외 환경 하의 소재 및 제품의 표면온도는 하루 중의 대기온도 변화를 예측하는 시뮬레이션을 통해 추정할 수 있지만, 태양광 폭로에 의한 표면의 온도 변화는 대기 온도 변화만으로는 추정할 수 없다. 이에 본 발명은 하루 중의 대기온도 변화를 하루 중 최고 대기온도와 최저 대기온도를 24시간 주기의 진폭으로 변화하는 삼각함수로 표현한다. 그리고 낮 동안의 태양광 폭로에 의한 표면의 온도 변화는 태양의 일출 및 일몰 시간 동안에 주어지는 일사량에 따른 물체 고유의 표면 온도 상승률을 반영하여, 최종적으로는 도 1에 도시된 바와 같은 변형된 주기 함수 형태로 표현한다. 또한, 일출 및 일몰, 남중 고도 시간 등을 지날 때의 각각의 물체 표면 온도 계산치를 이용하여, 즉, 도 2에서 B, C, D등의 3점 이상을 지나는 직선과 곡선의 합성 함수 형태로도 표현한다. (B, C, D 의 정의는 후술하기로 한다.)More specifically, the surface temperature of the material and the product under the outdoor environment depending on the change in the atmospheric temperature can be estimated through a simulation that predicts the change in the atmospheric temperature during the day. It cannot be estimated. Thus, the present invention expresses the change in the atmospheric temperature of the day as a trigonometric function of changing the highest and lowest atmospheric temperatures of the day with the amplitude of a 24-hour period. The temperature change of the surface due to the solar exposure during the day reflects the rate of increase of the surface temperature inherent to the object according to the amount of insolation given during the sunrise and sunset time of the sun, and finally, a modified periodic function form as shown in FIG. 1. Expressed as In addition, using the calculated surface temperature of each object as it passes through sunrise, sunset, and southern mid-air time, that is, in the form of a composite function of a straight line and a curve passing over three points such as B, C, and D in FIG. Express. (Definitions of B, C, and D will be described later.)
하루 일교차 변화 주기에 따른 지표면의 공기 온도 변화는 일출 직전의 새벽에 가장 낮으며(도 1 참조), 정오가 조금 지나 태양 고도가 가장 높게 도달 한 시점(남중고도)을 기준으로 약 2시간 정도 지연된 시간에 지표면의 복사에너지의 영향을 받아 가장 높은 온도에 도달한다. 그러나 태양광 폭로에 의해 주어지는 물체 표면 온도의 변화는 표면에 노출된 일사량에 즉각적으로 대응하기 때문에, 태양 고도가 가장 높게 도달하는 시점에 가장 높은 온도 상승폭을 갖게 된다. 실제 옥외의 태양광 폭로 환경 하에서는 이러한 대기 온도 변화와 물체 표면의 태양광 수광에 따른 온도 변화에 모두 영향을 받기 때문에, 본 발명에서는 대기 온도와 일사량 이 두 가지 효과의 조합에 의한 시뮬레이션 방법을 고안하여 사용하게 되었다.The change in surface air temperature according to the daily crossover cycle is the lowest at dawn just before sunrise (see Fig. 1), and it is about 2 hours at the point when the sun's altitude reaches the highest after a little noon (Southern Altitude). At the delayed time, the highest temperature is reached under the influence of the Earth's radiant energy. However, since the change in the surface temperature of the object given by the solar exposure corresponds immediately to the amount of radiation exposed to the surface, it has the highest temperature rise at the time when the solar altitude reaches the highest. In the actual outdoor solar exposure environment, both the atmospheric temperature change and the temperature change due to the sunlight reception of the object surface are affected. Therefore, in the present invention, a simulation method is developed by combining the two effects of the atmospheric temperature and the solar radiation amount. It was used.
이중 계절에 따른 일사량의 변화는 해당 지역의 위도와 절기에 따라 태양 고도의 변화는 태양의 공전 주기에 따라 달라지며, 하루 중 일사량의 변화는 태양이 남중 고도에 도달할 때 가장 높아지고 맑은 날의 경우에는 남중 고도를 기준으로 일출 과 일몰 시간을 시작과 끝으로 연결되는 음의 기울기를 가진 2차 함수 형태 및 주기 함수 형태, 정규분포 함수와 같은 종모양 함수 형태 등으로 표현할 수 있다. The change in solar radiation according to the season varies according to the latitude and season of the region, the change in solar altitude depends on the rotational cycle of the sun, and the change in solar radiation during the day is the highest when the sun reaches the southern mid-high altitude and sunny days For example, the sunrise and sunset times can be expressed in terms of the quadratic function, the periodic function form, and the bell-shaped function such as the normal distribution function.
본 발명에서는 소재 및 제품 표면의 온도를 계산하기 위해, 제품이 사용되는 지역의 기후 데이터로서 대기 온도는 과거에 관측되어 수집된 기상관측 데이터, 일예로 하루 중 평균 최고 및 최저 대기 온도를 사용하며, 일간 평균, 주간 평균, 월 평균, 계절(3개월) 평균, 연 평균 증의 어느 하나로 사용할 수 있다. 또한 일사량 데이터는 누적 일사량을 사용하며, 일간 누적, 주간 누적, 월간 누적, 계절(3개월) 누적, 연간 누적 중의 어느 하나로 사용 할 수 있다. 계산 과정 중에 필요한 일출 및 일몰 시간은 해당 지역의 태양 남중고도 시간을 중심으로 태양고도가 수평면 또는 특정하게 정의된 각도에 도달하는 시간으로 정하며, 기상 데이터로 수집된 자료를 사용하거나 위ㅇ경도가 알려진 경우 해당 시점에 따른 계산식을 이용하여 산출하는 방법을 사용할 수 있다.In the present invention, to calculate the temperature of the material and the surface of the product, the atmospheric temperature as the climate data of the region where the product is used, using weather observation data collected and observed in the past, for example, the average highest and lowest atmospheric temperature of the day, It can be used as a daily average, weekly average, monthly average, seasonal (three month) average, or annual average increase. In addition, insolation data uses cumulative insolation and can be used as one of daily accumulation, weekly accumulation, monthly accumulation, seasonal (three months) accumulation, and annual accumulation. The sunrise and sunset times required during the calculation process are determined by the time at which the solar altitude reaches a horizontal plane or a specified angle, centered on the solar south-mid elevation time of the region, using data collected from weather data, If known, a method of calculating using a calculation formula according to a corresponding time point may be used.
본 발명의 표면온도 변화에 대한 하루 중 온도 변화 모사 방법은 동일한 태양광 폭로 량에 노출되어도 소재의 재질 및 색상에 따라 다르게 산출될 수 있는데, 여기에는 소재의 방사율과 열전도도 특성이 영향을 주게 되며, 동일 소재인 경우에는 색상에 따른 변화가 크게 나타날 수 있는데, 동일한 태양광 폭로 량에 노출되어도 검정색일수록 더 높은 온도까지 상승하고, 흰색이나 투명한 색상은 가장 낮은 온도 상승 거동을 보이게 된다. 따라서 소재의 재질 및 색상에 따른 태양광 폭로 량에 따른 표면 온도 변화 거동은 소재 마다 다르게 나타나지만 본 발명의 열 열화가 진행되는 플라스틱, 고무, 필름 등의 화학소재의 경우에는 방사율과 열전도도 등에 의한 소재 특성상의 변화가 크지 않기 때문에 주로 색상에 따른 태양광 폭로 량에 의존한 표면 온도의 변화 거동을 상수 또는 간단한 함수 형태로 반영하여 사용한다. The method of simulating the change in temperature of the day to the surface temperature change of the present invention may be calculated differently depending on the material and color of the material even when exposed to the same amount of exposure to sunlight, and the emissivity and thermal conductivity of the material will be affected. In case of the same material, the change in color may be large. Even if exposed to the same amount of exposure to sunlight, black increases to a higher temperature, and white or transparent colors show the lowest temperature rise behavior. Therefore, the behavior of surface temperature change according to the amount of exposure to sunlight according to the material and color of the material appears different from material to material, but in the case of chemical materials such as plastic, rubber, film, etc., in which thermal deterioration of the present invention proceeds, materials due to emissivity and thermal conductivity Since the change in characteristics is not large, it is mainly used to reflect the change of surface temperature depending on the amount of sunlight exposure according to color as a constant or simple function form.
여기서, 옥외 환경에 노출된 제품의 표면온도(TF,sample)는 아래 수학식 1과 같이 대기온도(TAir)와, 태양광 수광에 의한 온도 상승분(f(i))의 합으로 주어진다.Here, the surface temperature of the product exposed to the outdoor environment (T F, sample) is given by the sum of the temperature rise (f (i)) according to the ambient temperature (T Air) as shown in Equation 1 below, the solar light reception.
이때, 대기온도[TAir(t)]는 24시간을 주기로 일정한 패턴으로 반복되는 온도를 기준으로 하며, 온도 상승분(f(i,t))이 반영되는 시간은 일출시각과 일몰시각 사이를 나타내는 태양이 떠있는 시간(daytime)이며, 이는 남중 고도 도달 시각(tculm.)에서 태양이 떠있는 시간(daytime)을 2로 나눈 값을 뺀 시각부터, 남중 고도 도달 시각(tculm.)에서 태양이 떠있는 시간(daytime)을 2로 나눈 값을 더한 시각 사이를 기준으로 할 수 있다. 일예로 남중 고도 도달 시각(tculm.)이 정오이고, 태양이 떠있는 시간(daytime)이 12시간인 경우 오전 6시에서 오후 6시 사이를 기준으로 하게 된다. At this time, the air temperature [T Air (t)] is based on a temperature that is repeated in a constant pattern every 24 hours, and the time at which the temperature rise (f (i, t)) is reflected represents the time between sunrise and sunset. Sun is the daytime (daytime), which is the sun at southern altitude time (t culm. ), Minus the southeastern time (t culm. ) Minus the sun's time (daytime) divided by two . This floating time (daytime) divided by two plus the time can be based on. For example, if the midnight altitude arrival time (t culm. ) Is noon and the sun is 12 hours long, it will be based on 6 am to 6 pm.
여기서 대기온도[TAir(t)]와 태양광 수광에 의한 온도 상승분[f(i,t)]은 각각 수학식 2와 수학식 3에서 하루 24시간을 주기로 반복되는 주기함수로 표현할 수 있다.Here, the air temperature [T Air (t)] and the temperature rise [f (i, t)] due to solar light reception may be expressed as a periodic function which is repeated 24 hours a day in
위 수학식 3으로 표현되는 태양광 수광에 의한 온도 상승분(f(i,t))이 최고 값을 갖는 시각은 대한민국의 경우엔 남중 고도 도달 시각(tculm .)인 오후 12시 30분으로, 국가별 실제의 남중 고도 도달 시각(tculm.)에 맞추어 시뮬레이션 수식의 조정이 가능하다. 이러한 시뮬레이션 결과로서, 본 발명이 예측하는 옥외 태양광 폭로 환경 하의 물체 표면의 온도는 태양광 폭로에 의한 일사 에너지의 흡수 효과가 큰 청명일 및 태양 에너지 흡수가 상대적으로 큰 색상 및 소재의 경우에 태양 고도가 최고에 도달하는 시각에 가깝게 하루 중 최고 표면 온도를 나타내게 되지만, 태양광 일사 에너지가 작은 강우 또는 흐린 날씨이거나, 태양 에너지 흡수가 상대적으로 작은 색상 또는 투명소재는 하루 중 최고 태양고도 도달 시간 보다는 하루 중 최고 대기온도 도달 시간에 가깝게 하루 중 최고 표면 온도를 나타내게 된다.(도 2 참조)The time when the temperature rise (f (i, t)) due to the solar light receiving the maximum value represented by the
또한, 본 발명에서는 하루 중 최고 표면 온도 도달 시간을 중심으로 온도 변화의 기울기가 대칭적이지 않은 특징을 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이 일출 직전의 하루 중 최저 대기온도 도달 시간에 도달하는 물체 표면 온도와 그의 대칭에 해당하는 일몰 직후의 물체 표면 온도는 동일하지 않고 언제나 일출 직전의 물체 표면온도보다는 일몰 직후의 물체 표면온도가 높게 시뮬레이션 되는 특징을 갖는다. 이는 하루 중의 대기 온도 변화가 지표면의 태양 복사열에 의한 지연 태양 고도의 변화와 불일치하고 일정하게 지연되어 나타나는 실제의 자연 현상을 시뮬레이션하기 때문에 나타나는 특징이다. In addition, the present invention provides a feature wherein the slope of the temperature change around the highest surface temperature arrival time of the day is not symmetrical. As shown in FIG. 2, the object surface temperature reaching the lowest atmospheric temperature reaching time of the day immediately before sunrise and the object surface temperature immediately after sunset corresponding to its symmetry are not the same and are always measured immediately after sunset rather than the object surface temperature just before sunrise. It has a characteristic that the object surface temperature is simulated high. This is due to the simulation of actual natural phenomena that appear to be consistently delayed and inconsistent with changes in delayed solar altitude due to solar radiation on the surface of the day.
따라서 도 2에 도시된 바와 같이 상기한 본 발명의 하루 중의 대기온도 변화를 바탕으로 수학적으로 예측된 수평면의 블랙바디 표면 온도를 실제의 지역에서 관측한 블랙바디 표면 온도 변화를 비교하기 위한 것으로, 대전 지역의 9월 중 하루의 검정색 플라스틱 소재의 수평면 표면 온도의 변화를 시뮬레이션 하여 도식화한 그래프와 실제 2015년 9월 중에 대전지역에서 검정색 플라스틱 표면 온도 변화를 적외선 온도계로 관측하여 평균값으로 표시한 그래프를 비교한 것이다. 여기서 a는 일몰 후 일출까지 중 최고온도, b는 최저온도, c는 일출 후 일몰까지 중 최고온도, d는 최저온도를 말한다. Therefore, as shown in FIG. 2, the black body surface temperature of the horizontal plane mathematically predicted based on the change in the atmospheric temperature of the present invention as described above is compared with the black body surface temperature observed in the actual region. A graph plotting a change in the horizontal surface temperature of a black plastic material for a day in September of the region compared to a graph showing the average value of the black plastic surface temperature observed in an infrared thermometer in Daejeon during September 2015. It is. Where a is the highest temperature between sunset and sunrise, b is the lowest temperature, c is the highest temperature between sunrise and sunset, and d is the lowest temperature.
일몰 시간 이후 일출 시간까지 실제 관측된 온도가 본 발명의 시뮬레이션에 의한 온도 예측 변화보다 약 2 ℃ 이내에서 낮은 것을 볼 수 있으나 전체적으로 변화의 양상과 예측 정확도는 (± 2) ℃ 범위에서 일치하는 것을 알 수 있다. 이렇게 수학적으로 표현된 하루 중의 물체의 표면 온도 변화에 대한 시뮬레이션 예측을 이용하여, 본 발명에서는 이를 실험실에서 짧은 시간 동안 일정 온도 또는 특정 주기의 온도 사이클 시험으로 같은 양의 열 열화가 재현 또는 예측되는 가속 열 열화 시험이 가능한 장점이 있다. It can be seen that the actual observed temperature from the sunset time to the sunrise time is lower than about 2 ° C than the temperature forecast change by the simulation of the present invention, but the overall pattern of change and the accuracy of the prediction are in the range of (± 2) ° C. Can be. Using this mathematically predicted simulation of the surface temperature change of an object during the day, the invention accelerates this by reproducing or predicting the same amount of thermal degradation in a laboratory for a short time or a specific cycle of temperature cycles for a short time. Thermal degradation test has the advantage of being possible.
이 방법으로 옥외 환경에 노출된 하루 중의 제품 및 소재 표면온도의 일교차 변화 시뮬레이션 결과는 정의된 기간 동안의 온도 변화에 대한 적분 누적량으로 특정한 열 열화 가속시험 온도의 적분 누적량으로 전환되도록 계산하는 것이 가능하다.In this way, the results of the simulation of the cross-crossing change of the surface temperature of the product and material during the day exposed to the outdoor environment can be calculated to be converted into the integral accumulation of the specific thermal degradation accelerated test temperature into the integral accumulation of the temperature change during the defined period. .
즉, 시뮬레이션 모델을 통해 함수 형태로 처리된 하루 중의 평균 온도 변화 거동은 열 열화 온도 변화에 따른 열화 반응의 속도 변화를 표현하는 아레니우스 수식을 통해 임의의 가속시험 온도를 통해서도 동일한 양의 열화가 진행되도록 계산할 수 있다.In other words, the average temperature change behavior during the day treated as a function through the simulation model is the same amount of deterioration at any accelerated test temperature through the Arrenius equation that expresses the change in the rate of degradation reaction with the change in thermal degradation temperature. Can be calculated to proceed.
이를 보다 구체적으로 이를 설명하면, 아레니우스 모델은 서로 다른 두 개의 온도에서 진행되는 서로 다른 두개의 반응 속도 간 비율을 열 열화 활성화 에너지라는 고유의 상수 값을 알면 계산 할 수 있게 하므로, 열 열화가 진행되는 총량은 온도 변화에 따른 열 열화 반응속도의 시간에 따른 적분 값으로 계산 할 때 동일한 적분 값을 나타내는 가속시험 온도 및 시간의 관계로부터 실제의 옥외 조건에 노출된 제품 및 소재 표면에서 발생하는 열 열화의 양을 가속시험 조건으로 재현할 수 있는 조건을 계산할 수 있게 된다. To explain this more specifically, the Arrhenius model allows the calculation of the ratio between two different reaction rates at two different temperatures to know the intrinsic constant value of the thermal degradation activation energy. The total amount of heat generated is the heat generated from the surface of the product and the material exposed to the actual outdoor conditions from the relationship between the accelerated test temperature and the time which shows the same integral value when calculated as the integral value over time of the thermal degradation reaction rate with the temperature change. It is possible to calculate the conditions under which the amount of deterioration can be reproduced by the accelerated test conditions.
즉, 실제 필드 조건에서의 열 열화 총량(QF)은 열화 속도(kF)와 열화 시간(tF)의 곱으로 표현될 때, 가속 조건에서의 열 열화 총량(QAC)은 열화 속도(kAC)와 열화 시간(tAC)의 곱으로 표현되며, 이때 필드 조건에서의 열 열화 총량과 가속 조건의 열 열화 총량이 같다고 하면, 다음과 같이 수학식 4로 표현할 수 있다. That is, when the total amount of thermal degradation Q F in actual field conditions is expressed as the product of the degradation rate k F and the degradation time t F , the total amount of thermal degradation Q AC in the acceleration condition is the degradation rate ( k AC ) and the deterioration time (t AC ), and when the total amount of thermal degradation in the field condition and the total amount of thermal degradation in the acceleration condition are the same, it can be expressed by
위 수학식 4를 필드 조건과 가속 조건의 열 열화 속도 간 비율, 즉 가속계수로 나타내면 다음 수학식 5로 표현할 수 있다. If
여기서 가속시험 온도를 정하면 그에 따른 가속시험 시간을 계산 할 수 있으며, 반대로 가속시험 시간을 정하면 가속시험 온도를 계산 할 수 있다.Here, if the accelerated test temperature is determined, the accelerated test time can be calculated, and if the accelerated test time is determined, the accelerated test temperature can be calculated.
즉, 필드 조건에서 하루 중의 표면 온도 변화와 기간 누적에 의한 주간, 월간, 계절간, 연간 누적 기간 동안의 온도 변화를 수학적으로 계산하여 표현되는 열 열화 총량(QF)은 가속 조건에서 시험되는 열 열화 총량(QAC)과 같으므로 필드 조건에서 임의의 정의를 통해 지정되는 기간(tF) 중의 열 열화 총량을 가속 시험으로 재현하는 가속 시험 온도(TAC)는 진행될 가속시험 시간(tAC)과 상기한 아레니우스 방정식에서 주어진 열 열화 활성화 에너지(Ea)를 알면 아래 수학식 6을 통해 계산이 가능하며, 필드 조건에서 임의의 정의를 통해 지정되는 기간(tF) 중의 열 열화 총량을 가속 시험으로 재현하는 가속 시험 시간(tAC)는 진행될 가속시험 온도(TAC)와 상기한 아레니우스 방정식에서 주어진 열 열화 활성화 에너지(Ea)를 알면 아래 수학식 7을 통해 계산이 가능하게 된다. 여기서, 옥외 환경에 노출된 제품의 표면온도(TF,sample)는 필드 조건에서 임의의 정의를 통해 지정되는 시간(tF)동안 다양하게 변화하므로 수학식 4를 통하여 대표 값인 필드 열화 조건의 표면 온도(TF)로 표현한다.That is, the total amount of thermal deterioration (Q F ) expressed by mathematically calculating the temperature change during the day, monthly, seasonal, and annual cumulative periods due to the surface temperature change during the day and the cumulative period under the field condition is the heat tested under the accelerated condition. It is equal to the total amount of deterioration (Q AC ), so that the acceleration test temperature (T AC ) which reproduces the total amount of thermal deterioration in the acceleration test during the period t F specified by any definition in the field conditions is the acceleration test time (t AC ) to be conducted. And the thermal degradation activation energy (E a ) given in the above Areneus equation, it can be calculated by
본 발명은 이러한 일련의 과정을 통해, 태양광 폭로에 노출된 옥외 환경 하의 물체 표면 온도를 기존의 알려진 기후 데이터에 근거하여 수학적 시뮬레이션 방법으로 예측하는 방법과 이에 따른 해당 물체 표면에서 진행되는 화학적 열열화의 반응 속도와 열화 량을 실험실에서 가속조건으로 재현하는 시험 설계 방법을 제공할 수 있게 되었다. Through this series of methods, the present invention provides a method for predicting the surface temperature of an object under an outdoor environment exposed to sunlight by a mathematical simulation method based on known climate data, and the resulting chemical thermal degradation at the surface of the object. It is possible to provide a test design method for reproducing the reaction rate and the degradation rate of the reactor under accelerated conditions in the laboratory.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법의 구체적인 적용 예에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a specific application example of the accelerated test method for simulating the long-term thermal degradation of the outdoor environment according to an embodiment of the present invention as described above will be described in detail.
본 발명의 대기온도 및 일사량 데이터를 활용한 하루 중 태양광 폭로 환경 하의 물체 표면 온도 변화에 대한 수학적 모델링 모사 방법을 통해 특정 지역 기후 환경에 노출된 플라스틱 제품 표면에서 발생하는 열 열화를 예측, 평가하기 위한 가속시험 설계를 다음과 같이 실시하여 표시하였다. Predicting and evaluating thermal degradation occurring on the surface of plastic products exposed to a specific local climatic environment through mathematical modeling simulation method of object surface temperature change in solar exposure environment using the air temperature and solar radiation data of the present invention Accelerated test design for the test was performed as follows.
표 1 내지 표 3은 나열 순서대로 호주 멜버른(S37.8, E145.0), 브라질 포르탈레자(S3.8, W38.6) 및 대한민국 대전(N36.3, E127.4) 지역의 과거 기상 데이터로부터 수집된 데이터의 사례로서, 하루 중 최고 기온(단위: ℃) 및 최저 기온(단위: ℃), 하루 누적 수평면 일사량(단위: MJ/m2), 하루 누적 직달일사량(단위: MJ/m2)을 월평균 값으로 제시한 것이다. Tables 1 to 3 show the past weather in Melbourne, Australia (S37.8, E145.0), Fortaleza, Brazil (S3.8, W38.6), and Daejeon, Korea (N36.3, E127.4), in the order listed. Examples of data collected from the data are the highest daily temperature (unit: ° C) and minimum temperature (unit: ° C), daily cumulative horizontal solar radiation (unit: MJ / m2), daily cumulative direct solar radiation (unit: MJ / m2) Is the monthly average value.
<표 1>호주 멜버른(S37.8, E145.0) 지역의 월별 기상 데이터 예시 자료 Table 1: Sample monthly weather data for Melbourne, Australia (S37.8, E145.0)
<표 2> 브라질 포르탈레자(S3.8, W38.6) 지역의 월별 기상 데이터 예시 자료<Table 2> Sample monthly weather data for Fortaleza, Brazil (S3.8, W38.6)
<표 3> 대한민국 대전(N36.3, E127.4) 지역의 월별 기상 데이터 예시 자료<Table 3> Monthly weather data for Daejeon (N36.3, E127.4)
도 3은 호주 멜버른 지역의 옥외에서 수평면에 놓은 검정색 플라스틱 표면의 1월(적색)과 7월(청색)의 하루 중의 온도 변화를 시간별로 본 발명의 수학적 모델링 방법으로 모사하여 표시한 결과이다.3 is a result of simulating and displaying the temperature change during the day of January (red) and July (blue) of a black plastic surface placed in a horizontal plane outdoors in Melbourne, Australia according to the mathematical modeling method of the present invention.
표 2의 브라질 포르탈레자 지역의 기후 데이터를 활용하여, 옥외에서 수평면에 놓여진 (a)검정색과 (b)청색 플라스틱의 1년 간 열 열화를 모사하는 최적 가속시험 온도를 본 발명의 수학적 모델링 방법으로 계산하였다. 가속 열화시험의 시험 시간은 500 시간으로 정하고, 열 열화 활성화에너지(Ea)는 15 kcal/mol의 값을 사용하였을 때, 산출된 결과는 수평면에 놓인 검정색 플라스틱은 71.1 ℃의 일정한 온도에서 500 시간 열 열화를 수행하며, 수평면에 놓인 청색 플라스틱은 69.9 ℃의 일정한 온도에서 500 시간 열 열화를 수행하는 것으로 필드 열화의 가속 모사 조건이 산출되었다. The mathematical modeling method of the present invention utilizes the climate data of the Fortaleza region of Brazil to simulate an optimal accelerated test temperature that simulates the thermal degradation of (a) black and (b) blue plastic for one year on horizontal surfaces outdoors. Calculated as The test time of the accelerated degradation test was set to 500 hours, and when the thermal degradation activation energy (Ea) was used at a value of 15 kcal / mol, the calculated result was 500 hours at a constant temperature of 71.1 ° C for the black plastic placed on the horizontal plane. The degradation was carried out, and the blue plastic placed on the horizontal plane was subjected to thermal degradation for 500 hours at a constant temperature of 69.9 ° C., and the conditions for the acceleration simulation of the field degradation were calculated.
다음 표 4는 표 3의 대한민국 대전 지역의 기상 데이터를 이용하여, 옥외에서 (a)수평면과 (b)정남향 수직면에 놓인 검정색 플라스틱의 1년간 열 열화를 모사하는 가속시험의 시험시간(h)을 계산한 값으로, 이때 가속 열화시험의 온도는 70℃로 정하였고, 열 열화 활성화에너지(Ea)는 13kcal/mol의 값을 사용하였다.Table 4 below shows the test time (h) of the accelerated test, which simulates the thermal degradation of 1 year of black plastic on (a) the horizontal plane and (b) the south-facing vertical plane, using weather data from Daejeon, Korea. As a calculated value, the temperature of the accelerated degradation test was set to 70 ° C., and the thermal degradation activation energy (Ea) was 13 kcal / mol.
<표 4> 대한민국 대전 지역의 계절 월별 및 연간 열 열화 가속 모사시험 조건 산출 결과<Table 4> Calculation Results of Seasonal Monthly and Annual Thermal Acceleration Simulation Tests in Daejeon, Korea
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical spirit should not be interpreted as being limited to the above embodiments of the present invention. Various modifications may be made at the level of those skilled in the art without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Therefore, such improvements and modifications fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.
Claims (10)
상기 방법은,
상기 소재 또는 제품의 표면 온도를 모사하여 상기 열화 가속시험을 위한 가속시험 온도 또는, 가속시험 시간 산출에 적용하며,
상기 표면 온도는,
상기 소재 또는 제품이 노출되는 대기 온도(TAir)를 모사하는 주기함수 값과, 태양 일사량에 따른 온도 상승분(f(i, t))을 모사하는 주기함수 값의 합으로 표현되도록 아래의 식을 통해 모사되는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
In the accelerated degradation test method for predicting the change over time due to the heat degradation or oxidation caused by the material used in the environment exposed to the sun direct sunlight or the product containing these materials,
The method,
Simulate the surface temperature of the material or product and apply to the acceleration test temperature or acceleration test time calculation for the degradation acceleration test,
The surface temperature is
The following equation is expressed as a sum of a periodic function value that simulates the air temperature (T Air ) to which the material or product is exposed and a periodic function value that simulates the temperature rise (f (i, t)) according to solar radiation. Accelerated test method to simulate long-term thermal degradation of the outdoor environment, simulated through.
상기 대기 온도는,
하루 중 평균 최고 및 최저 대기온도를 사용하며, 일간 평균, 주간 평균, 월 평균, 계절(3개월) 평균, 연 평균 증의 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
The method of claim 1,
The atmospheric temperature is,
Acceleration to simulate long-term thermal degradation in an outdoor environment, using either the average high and low air temperature of the day and being one of daily average, weekly average, monthly average, seasonal (three month) average, or annual average increase. Test Methods.
상기 일사량은 누적 일사량을 사용하며, 일간 누적, 주간 누적, 월간 누적, 계절(3개월) 누적, 연간 누적 중의 어느 하나이고, 일출 및 일몰 시간은 해당 지역의 태양 남중고도 시간을 중심으로 태양고도가 수평면 또는 특정하게 정의된 각도에 도달하는 시간으로 정의하는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
The method of claim 2,
The amount of insolation is any one of cumulative insolation, day cumulative, weekly cumulative, monthly cumulative, seasonal (three months) cumulative, annual cumulative, the sunrise and sunset time is based on the solar south-high altitude time of the region Accelerated test method that simulates long-term thermal degradation of an outdoor environment, defined as the time at which a horizontal plane or a particular defined angle is reached.
상기 표면 온도는,
상기 소재 또는 제품이 노출되는 대기 온도(TAir)를 모사하는 주기 함수(아래 수학식 2)와 태양 직사광의 일사량에 의존한 온도 상승분(f(i,t))을 모사하는 주기 함수(아래 수학식 3)의 합(아래 수학식 1)으로 표현되는 것을 특징으로 하는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
The method of claim 1,
The surface temperature is
Periodic function (Equation 2 below) to simulate the atmospheric temperature (T Air ) to which the material or product is exposed, and a periodic function (F (i, t)) to simulate the temperature rise (f (i, t)) depending on the solar radiation An acceleration test method that simulates long-term thermal deterioration of an outdoor environment, characterized by the sum of Equation 3) (Equation 1 below).
상기 방법은,
상기 소재 또는 제품의 표면 온도를 모사하여 상기 열화 가속시험을 위한 가속시험 온도 또는, 가속시험 시간 산출에 적용하며,
상기 표면 온도는, 하루 중 제품 또는 물체 표면 온도가 최고에 도달하는 온도와 최저에 도달하는 온도를 포함한 3개 이상의 (시간-온도) 좌표를 이용한 보간법을 활용한 비선형 함수와 선형 함수의 합성 함수로 표현되는 것을 특징으로 하는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
In the accelerated degradation test method for predicting the change over time due to the heat degradation or oxidation caused by the material used in the environment exposed to the sun direct sunlight or the product containing these materials,
The method,
Simulate the surface temperature of the material or product and apply to the acceleration test temperature or acceleration test time calculation for the degradation acceleration test,
The surface temperature is a composite function of a nonlinear function and a linear function using interpolation using three or more (time-temperature) coordinates, including the temperature at which the product or object surface temperature reaches its highest and the temperature at its lowest during the day. An accelerated test method that simulates long-term thermal degradation of an outdoor environment, characterized in that it is expressed.
상기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법은,
가속시험 온도와 가속시험 시간의 상관관계가 아래의 식을 통해 모사되는 것을 특징으로 하는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
The method of claim 5,
The accelerated test method that simulates the thermal degradation,
An acceleration test method that simulates long-term thermal degradation of an outdoor environment, wherein the correlation between the acceleration test temperature and the acceleration test time is simulated by the following equation.
상기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법은,
가속시험 온도가 아래의 식을 통해 모사되는 것을 특징으로 하는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
The method of claim 7, wherein
The accelerated test method that simulates the thermal degradation,
Accelerated test Accelerated test method, which simulates long-term thermal degradation of the outdoor environment, characterized in that the temperature is simulated by the following equation.
상기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법은,
가속시험 시간이 아래의 식을 통해 모사되는 것을 특징으로 하는, 옥외 환경의 장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.
The method of claim 8,
The accelerated test method that simulates the thermal degradation,
An accelerated test method that simulates long-term thermal degradation of an outdoor environment, wherein the accelerated test time is simulated by the following equation.
상기 시험 방법은,
필드 열화 조건의 표면 온도(TF)가 상기 수학식 1 내지 수학식 3의 주기함수 형태의 변수로 주어지는 것을 특징으로 하는, 옥외 태양광 노출 환경에 놓인 소재 및 제품 표면의장기 열 열화를 모사하는 가속 시험 방법.The method according to any one of claims 7 to 9,
The test method,
The surface temperature T F of the field deterioration condition is given by a variable in the form of a periodic function of Equations 1 to 3, which simulates the long-term thermal deterioration of the surface of a material and a product placed in an outdoor solar exposure environment. Accelerated Test Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170161254A KR102026259B1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Acceleration Test Method Simulating Long-term Thermal Deterioration in Outdoor Environment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170161254A KR102026259B1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Acceleration Test Method Simulating Long-term Thermal Deterioration in Outdoor Environment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190062747A KR20190062747A (en) | 2019-06-07 |
| KR102026259B1 true KR102026259B1 (en) | 2019-09-27 |
Family
ID=66849880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170161254A KR102026259B1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Acceleration Test Method Simulating Long-term Thermal Deterioration in Outdoor Environment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102026259B1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110333265B (en) * | 2019-07-11 | 2020-11-06 | 中国中车股份有限公司 | Method and system for predicting residual life of exhaust corrugated pipe of locomotive engine |
| KR102617921B1 (en) * | 2022-02-21 | 2023-12-28 | 한국화학연구원 | Method, computer program and apparatus of providing accelerated weathering test for seasonal simulation |
| CN116486943B (en) * | 2023-02-23 | 2024-04-02 | 哈尔滨工业大学（深圳） | Freeze thawing cycle test system design method considering regional air temperature characteristics |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015102327A (en) * | 2013-11-21 | 2015-06-04 | 日本電信電話株式会社 | Sample temperature estimating method, and accelerated weathering testing method |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3136981B2 (en) * | 1996-02-07 | 2001-02-19 | 松下電器産業株式会社 | Storage battery life prediction method and life prediction device |
| KR101804361B1 (en) * | 2015-10-26 | 2017-12-04 | 한국화학연구원 | Simulated weathering test method using the world's regional climate factor realistic simulalating of region |
-
2017
- 2017-11-29 KR KR1020170161254A patent/KR102026259B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015102327A (en) * | 2013-11-21 | 2015-06-04 | 日本電信電話株式会社 | Sample temperature estimating method, and accelerated weathering testing method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 김문호 외, 태양전지 봉지재용 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 필름의 광열화 거동, 폴리머 제40권제3호, 한국고분자학회, 2016.5.pp477-482 |
| 엄효상 외, 신규 실태 촉진내후성 시험법의 필드 재현성 검증, 한국신뢰성학회 2015년도 춘계학술대회논문집, 한국신뢰성학회, 2015.5.pp113-113 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190062747A (en) | 2019-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jahani et al. | Evaluation and development of empirical models for estimating daily solar radiation | |
| Wang et al. | Decadal variability of surface incident solar radiation over China: Observations, satellite retrievals, and reanalyses | |
| Adaramola | Estimating global solar radiation using common meteorological data in Akure, Nigeria | |
| Jamil et al. | Comparison of empirical models to estimate monthly mean diffuse solar radiation from measured data: Case study for humid-subtropical climatic region of India | |
| KR102026259B1 (en) | Acceleration Test Method Simulating Long-term Thermal Deterioration in Outdoor Environment | |
| Yao et al. | Evaluation of global solar radiation models for Shanghai, China | |
| Zhao et al. | Representation and prediction of the Indian Ocean dipole in the POAMA seasonal forecast model | |
| Bush et al. | Characterization of thermal effects in pyranometers: A data correction algorithm for improved measurement of surface insolation | |
| Mohr et al. | Development and application of a logistic model to estimate the past and future hail potential in Germany | |
| Vuilleumier et al. | Accuracy of ground surface broadband shortwave radiation monitoring | |
| Long et al. | A method for continuous estimation of clear‐sky downwelling longwave radiative flux developed using ARM surface measurements | |
| McGibbon et al. | Skill of ship‐following large‐eddy simulations in reproducing MAGIC observations across the northeast P acific stratocumulus to cumulus transition region | |
| Piliougine et al. | Modelling photovoltaic modules with neural networks using angle of incidence and clearness index | |
| Rahimzadeh et al. | An examination of the trends in sunshine hours over Iran | |
| Frankignoul et al. | An intercomparison between the surface heat flux feedback in five coupled models, COADS and the NCEP reanalysis | |
| Chakraborty et al. | Prediction of convective events using multi-frequency radiometric observations at Kolkata | |
| Koehl et al. | Categorization of weathering stresses for photovoltaic modules | |
| Muneer et al. | Models for estimating solar radiation and illuminance from meteorological parameters | |
| Musacchio et al. | An experimental method for evaluation of the snow albedo effect on near‐surface air temperature measurements | |
| KR101421008B1 (en) | Weathering test method and apparatus | |
| Purohit et al. | Instrumentation error analysis of a box-type solar cooker | |
| Marion et al. | Calculation of solar radiation using a methodology with worldwide potential | |
| Boppana et al. | Impact of uncertainty in IAM measurement on energy predictions | |
| Ovtchinnikov et al. | Evaluation of the multiscale modeling framework using data from the atmospheric radiation measurement program | |
| Zack et al. | Application of ensemble sensitivity analysis to observation targeting for short-term wind speed forecasting in the Washington-Oregon region |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |