KR102458926B1 - 폴리머 소재의 물성 예측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머 소재의 물성 예측 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리머 소재의 물성 저하율을 예측하기 위하여 가속수명 시험 진행 시, 시간의 경과에 따라 물성이 유지 또는 증가하는 제1 구간 및 시간의 경과에 따라 물성이 감소하는 제2 구간을 구분하는 단계 및 제1 구간 및 제2 구간에 대하여 서로 다른 분석 모형을 적용하여 전체 분석 모형을 생성하는 단계를 포함하는, 폴리머 소재의 물성 예측 방법이 제공된다.

Description

폴리머 소재의 물성 예측 방법{Method for predicting polymer properties}

본 발명은 폴리머 소재의 물성 예측 방법에 관한 것이다.

일반적으로 시간과 온도에 따른 나일론 소재의 물성 저하율을 예측하고자 가속수명 시험을 진행한 후, 시험 데이터에 아레니우스 식을 적용하여 물성 저하율을 모형화한다.

아레니우스 모델은 온도와 물성 저하율의 관계식을 도출하는 개념으로 가속수명시험에서 가장 유용하게 사용된다.

그러나 가속수명시험에서, 나일론 소재와 보강 여부에 따라 물성이 일정기간 유지되거나 증가하는 특이한 거동을 보일 경우, 모형 적합도가 떨어지는 문제가 발생한다.

도 1은 종래 방식의 모형 적합 결과 및 온도별 물성유지율을 나타내는 그래프이며, 도 2는 도 1의 결과에 따라, 온도조건과 물성유지율 50% 도달 시간의 관계를 모형화한 것이다.

도 1은 나일론 소재의 수명가속 시험 시, 온도 별로, 시간에 따라 25℃의 모듈러스의 물성 유지율 변화 및 아레니우스 모형 결과를 나타낸 것이다. 상기 아레니우스 모형은 KS ISO 2578 규격에 의거한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈러스는 저하율이 낮아 아레니우스 모형의 가정을 만족하지 않고, 50% 도달 시간을 예측하기 어려울 뿐만 아니라, 모형화 정도 또한 낮게 나타났다.

본 발명은 시간에 따라 물성이 유지 또는 증가되는 구간과 시간에 따라 물성이 저하되는 구간으로 구분하고, 각각의 구간에 서로 다른 모형을 적용함으로써, 모형 적합도를 향상시킬 수 있는 폴리머 소재의 물성 예측 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리머 소재의 물성 저하율을 예측하기 위하여 가속수명 시험 진행 시, 시간의 경과에 따라 물성이 유지 또는 증가하는 제1 구간 및 시간의 경과에 따라 물성이 감소하는 제2 구간을 구분하는 단계 및 제1 구간 및 제2 구간에 대하여 서로 다른 분석 모형을 적용하여 전체 분석 모형을 생성하는 단계를 포함하는, 폴리머 소재의 물성 예측 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 폴리머 소재의 물성 저하율을 예측하기 위하여 가속수명 시험 진행 시, 시간의 경과에 따라 물성 유지율을 산출하는 단계; 및 물성 유지율이 소정 값 이상으로 유지 또는 증가하는 제1 구간 및 시간의 경과에 따라 물성 유지율이 소정 값 이하로 감소하는 제2 구간을 구분하고, 제1 구간 및 제2 구간에 대하여 서로 다른 분석 모형을 적용하여 전체 분석 모형을 생성하는 단계를 포함하는, 폴리머 소재의 물성 예측 방법이 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 폴리머 소재의 물성 예측 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

수명가속 시험 시, 시간에 따라 물성이 유지 또는 증가되는 제1 구간과 시간에 따라 물성이 저하되는 제2 구간으로 구분하고, 제1 구간에는 선형 회귀 모형을 적용하고, 제2 구간에는 아레니우스 모형을 각각 적용함으로써, 전체 모형 적합도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 방식의 모형 적합 결과 및 온도별 물성유지율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 결과에 따라, 온도조건과 물성유지율 50% 도달 시간의 관계를 모형화한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 물성 예측 방법에 따른 모형 적합 결과 및 온도별 물성 유지율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 3의 결과에 따라, 온도조건과 50% 도달 시간의 관계를 모형화 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 소재의 물성 예측 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 폴리머 소재의 물성 예측 방법은, 폴리머 소재의 물성 저하율을 예측하기 위하여 가속수명 시험 진행 시, 시간의 경과에 따라 물성이 유지 또는 증가하는 제1 구간 및 시간의 경과에 따라 물성이 감소하는 제2 구간을 구분하는 단계(a)를 포함한다.

또한, 폴리머 소재의 물성 예측 방법은, 제1 구간 및 제2 구간에 대하여 서로 다른 분석 모형을 적용하여 전체 분석 모형을 생성하는 단계 (b)를 포함한다.

본 문서에서, 제2 구간은 시간의 경과에 따라 물성이 계속 감소하는 구간을 나타낸다. 또한, 본 문서에서, 수명 가속 시험 시, 물성은 계속적으로 측정되며, 측정된 물성을 기초로 물성 유지율이 산출되고, 산출된 물성 유지유을 기초로 모형이 생성된다.

또한, 단계 (b)에서, 제2 구간의 분석모형으로는 아레니우스 (Arrhenius) 모형이 적용될 수 있다. 상기 아레니우스 모형은 KS ISO 2578 규격에 의거한 것이다.

단계 (b)에서, 제1 구간의 분석모형으로는 선형 회귀 모형이 적용될 수 있다.

또한, 물성은 인장 강도(MPa), 충격 강도(MPa), 또는 모듈러스(MPa)를 포함할 수 있다.

또한, 폴리머는 나일론을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 폴리머 소재의 물성 예측 방법은 폴리머 소재의 물성 저하율을 예측하기 위하여 가속수명 시험 진행 시, 시간의 경과에 따라 물성 유지율을 산출하는 단계 (a)를 포함한다.

또한, 폴리머 소재의 물성 예측 방법은 물성 유지율이 소정 값 이상으로 유지 또는 증가하는 제1 구간 및 시간의 경과에 따라 물성 유지율이 소정 값 이하로 감소하는 제2 구간을 구분하고, 제1 구간 및 제2 구간에 대하여 서로 다른 분석 모형을 적용하여 전체 분석 모형을 생성하는 단계 (b)를 포함한다.

여기서, 상기 소정 값은 95%이며, 물성 유지율이 95% 이하에서 감소하기 시작하는 시점을 제2 구간의 시작점으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 물성 유지율이 0시간에서 100%이고, 1시간 후 96%이며, 2시간 후 70%이고, 5시간 후 50%로 측정 및 산출된 경우, 제2 구간의 시작점은 2시간부터이며, 이때의 물성유지율(이하, 물성유지율₀)은 70이다.

단계 (b)에서, 제2 구간의 분석모형으로는 아레니우스(Arrhenius) 모형이 적용될 수 있다. 특히, 제2 구간의 분석모형에서, 물성유지율은 아래 일반식 2로 결정될 수 있다.

[일반식 1]

ln (물성유지율) = ln (물성유지율₀) - k*(시간)

일반식 1에서, 물성유지율₀은 제2 구간의 시작점에서 산출된 물성유지율을 나타내고, k는 조정계수를 나타낸다. 조정계수 k는 일반식 1의 왼쪽 항의 물성유지율₀과 오른쪽 항의 물성유지율을 대입하고, 피팅 시 결정될 수 있다.

한편, 물성유지율₀은 제1 구간의 마지막 시간대의 물성 유지율의 평균값으로부터 산출될 수도 있다.

단계 (b)에서, 제1 구간의 분석모형으로는 선형 회귀 모형이 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 물성은 인장 강도, 충격 강도, 또는 모듈러스를 포함하고, 폴리머는 나일론일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 물성 예측 방법에 따른 모형 적합 결과 및 온도별 물성 유지율을 나타내는 그래프(일반식 1에 의해 도출)이고, 도 4는 도 3의 결과에 따라, 온도조건과 50% 도달 시간의 관계를 모형화 것이다.

도 3은, 도 1 및 2에서와 마찬가지로, 동일한 나일론 소재의 수명가속 시험 시, 온도 별로, 시간에 따라 25℃의 모듈러스의 물성 유지율 변화 및 수정된 아레니우스 모형 결과(제2 구간에만 아레니우스 모형을 적용)를 나타낸 것이다. 상기 제2 구간의 아레니우스 모형은 KS ISO 2578 규격에 의거한 것이다. 이때, 제1 구간은 선형 회귀 분석 모형을 적용한 것이다. 또한, 도 4는 온도조건과 50% 도달 시간의 관계를 모형화한 것으로, 물성 저하율에는 시간뿐만 아니라 온도 조건이 영향이 미치기 때문에, 이를 함께 고려하기 위한 것으로, 예를 들어, 물성이 50%로 떨어지는 시간이 160℃ 조건에서 2700시간, 200℃ 조건에서 900시간, 220℃ 조건에서 430시간이라면, 이 관계식을 바탕으로, 100℃ 조건에서 물성이 50% 되는 시간을 예측할 수 있다. 이러한 예측은 아래 일반식 2를 통해, 온도와 물성 유지율 도달 시간 사이의 관계가 규명될 수 있다.

[일반식 2]

log₁₀(물성 유지율 도달 시간) = α+β*(온도)

여기서 α, β는 피팅 시, 조정계수이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 물성이 저하되는 제2 구간에 대해서만 아레니우스 모형을 적합하여 전체 모형화 정도가 개선되었고, 50% 도달시간이 더 합리적으로 예측됨을 확인할 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (11)

1. (a)폴리머 소재의 물성 저하율을 예측하기 위하여 가속수명 시험 진행 시, 시간의 경과에 따라 물성이 유지 또는 증가하는 제1 구간 및 시간의 경과에 따라 물성이 감소하는 제2 구간을 구분하는 단계; 및
   (b)제1 구간 및 제2 구간에 대하여 서로 다른 분석 모형을 적용하여 전체 분석 모형을 생성하는 단계를 포함하며,
   단계 (b)에서, 제2 구간의 분석모형으로는 아레니우스(Arrhenius) 모형이 적용되고,
   단계 (b)에서, 제1 구간의 분석모형으로는 선형 회귀 모형이 적용되며,
   폴리머는 나일론을 포함하는, 폴리머 소재의 물성 예측 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   물성은 인장 강도, 충격 강도, 또는 모듈러스(MPa)를 포함하는 폴리머 소재의 물성 예측 방법.
5. 삭제
6. (a)폴리머 소재의 물성 저하율을 예측하기 위하여 가속수명 시험 진행 시, 시간의 경과에 따라 물성 유지율을 산출하는 단계; 및
   (b) 물성 유지율이 소정 값 이상으로 유지 또는 증가하는 제1 구간 및 시간의 경과에 따라 물성 유지율이 소정 값 이하로 감소하는 제2 구간을 구분하고, 제1 구간 및 제2 구간에 대하여 서로 다른 분석 모형을 적용하여 전체 분석 모형을 생성하는 단계를 포함하며,
   단계 (b)에서, 제2 구간의 분석모형으로는 아레니우스(Arrhenius) 모형이 적용되고,
   단계 (b)에서, 제1 구간의 분석모형으로는 선형 회귀 모형이 적용되며,
   폴리머는 나일론을 포함하는, 폴리머 소재의 물성 예측 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 소정 값은 95%이며, 물성 유지율이 95% 이하에서 감소하기 시작하는 시점을 제2 구간의 시작점으로 결정하는 폴리머 소재의 물성 예측 방법.
8. 삭제
9. 제 6 항에 있어서,
   제2 구간의 분석모형에서, 물성유지율은 아래 일반식 2로 결정되는 폴리머 소재의 물성 예측 방법:
   [일반식 1]
   ln (물성유지율) = ln (물성유지율₀) - k*(시간)
   일반식 1에서, 물성유지율₀은 제2 구간의 시작점에서 산출된 물성유지율을 나타내고, k는 조정계수를 나타낸다.
10. 삭제
11. 제 6 항에 있어서,
    상기 물성은 인장 강도, 충격 강도, 또는 모듈러스를 포함하는 폴리머 소재의 물성 예측 방법.
    

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