KR102520650B1 - 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강화폴리우레탄폼(Reinforced Polyurethnae Foam ; R-PUF) 보냉재에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 예를 들면, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas ; LNG)를 저장 및 운반하기 위한 LNG 저장탱크 등에 대하여 온도유지 및 구조적 변형을 방지하기 위해 적용되는 R-PUF 보냉재에 있어서, LNG의 안전한 보관 및 운송을 위해서는 저장탱크에 적용된 보냉재의 성능을 정확히 파악하는 것이 요구되나, 기존에는 이러한 보냉재의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결하기 위해, ASTM(American society for testing and materials) 규격에 근거하여, R-PUF 시편을 준비하고 지그에 장착하여 규정에 따라 성능시험을 수행하며, 시험결과에 근거하여 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하고, 각각의 계산값을 분석하여 분석결과를 표시하도록 구성됨으로써, 국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법이 제공된다.

Description

강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법{Method for evaluating performance of reinforced polyurethnae foam insulator}
본 발명은 강화폴리우레탄폼(Reinforced Polyurethnae Foam ; R-PUF) 보냉재에 관한 것으로, 더 상세하게는, 예를 들면, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas ; LNG)를 저장 및 운반하기 위한 LNG 저장탱크 등에 대하여 온도유지 및 구조적 변형을 방지하기 위해 적용되는 R-PUF 보냉재에 있어서, LNG의 안전한 보관 및 운송을 위해서는 저장탱크에 적용된 보냉재의 성능을 정확히 파악하는 것이 요구되나, 기존에는 이러한 보냉재의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결하기 위해, 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 정확하게 R-PUF의 기계적 성능을 측정하고 평가할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결하기 위해, ASTM(American society for testing and materials) 규격에 근거하여, R-PUF 시편을 준비하고 지그에 장착하여 규정에 따라 성능시험을 수행하며, 시험결과에 근거하여 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하고, 각각의 계산값을 분석하여 분석결과를 표시하도록 구성됨으로써, 국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스(Natural Gas)는 액화시 부피가 약 1/600로 감소하므로 대략 -162℃ 이하의 극저온에서 액화천연가스(Liquefied Natural Gas ; LNG)의 상태로 운반되며, 이에, LNG를 운반하기 위한 LNG 수송선이나 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크 등에는 LNG의 극저온 상태를 유지하기 위한 보냉재가 적용되어 있다.
이러한 보냉재는, 예를 들면, 강화폴리우레탄폼(Reinforced Polyurethnae Foam ; R-PUF)과 같은 폴리우레탄 소재를 이용하여 만들어지며, LNG의 극저온을 유지하는 동시에 외부충격을 흡수하여 LNG 저장탱크의 구조적 변형을 방지하기 위해 일반적으로 LNG 저장탱크의 격벽 사이 및 내부 등에 적용되고 있다.
여기서, 상기한 바와 같은 LNG 저장탱크용 보냉재에 대한 종래기술의 예로는, 먼저, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1447225호에 제시된 바와 같은 "액체 화물창용 단열 패널의 제조 방법"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-1447225호는, 서로 마주보는 상부 플라이우드 패널과 하부 플라이우드 패널 사이에 배치될 폴리우레탄 폼을 상, 하부 플라이우드 패널의 면적에 맞춰 가공하는 제 1 단계; 양단부가 상, 하부 플라이우드 패널과 상호 대면하는 클리트 홀(cleat hole)을 폴리우레탄 폼에 복수로 관통 형성한 후, 폴리우레탄 폼을 하부 플라이우드 패널에 접착하는 제 2 단계; 클리트 홀에 사각기둥 형상의 클리트(cleat)를 각각 삽입한 후, 상부 플라이우드 패널을 폴리우레탄 폼의 상면에 접착하여 고정하는 제 3 단계; 및 클리트 홀의 가장자리를 포함하여 폴리우레탄 폼 및 상, 하부 플라이우드 패널의 가장자리를 절취한 다음, 폴리우레탄 폼을 상, 하부 플라이우드 패널의 길이방향을 따라 적어도 둘 이상의 단위 폼으로 분리하는 제 4 단계를 포함하여, 단열패널의 각 구성부를 정확한 위치에 배치하면서 신속하게 대량생산이 가능하도록 구성되는 액체 화물창용 단열패널의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 상기한 바와 같은 LNG 저장탱크용 보냉재에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1306144호에 제시된 바와 같은 "LNG 탱크의 보냉재용 수발포 폴리우레탄 조성물 및 그 제조방법"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-1306144호는, 평균 관능기가 3 ~ 6이며 평균 수산기가 400 ~ 550 mgKOH/g인 수크로스와 글리세롤 기반의 폴리올 10 내지 30 중량%, 평균 관능기가 4 ~ 7이며 평균 수산가가 420 ~ 550 mgKOH/g인 수크로스와 글리세롤 기반의 폴리올 25 내지 50중량%, 평균 관능기가 3 ~ 6이며 평균 수산가가 200 ~ 400 mgKOH/g인 글리세롤 기반의 폴리올 1 내지 30중량%, 평균 관능기가 2 ~ 5이며 평균 수산가가 180 ~ 300 mgKOH/g인 글리세롤 기반의 폴리올 1 내지 30중량%을 가지는 폴리에테르계 폴리올과 평균 관능기가 2 ~ 5이며 평균 수산가가 250 ~ 400mgKOH/g인 에스테르계 폴리올 5 ~ 30 중량%를 혼합하여 평균 관능기가 2 ~ 8이며 평균 수산기가 200 ~ 600mgKOH/g인 액상의 폴리올 혼합물; 폴리올 혼합물의 총중량을 기준으로 1.0 내지 3 중량%의 정포제; 폴리올 혼합물의 총중량을 기준으로 0.1 내지 6 중량%의 발포제인 물; 폴리올 혼합물, 정포제 및 물로 이루어진 수지 프리믹스에 NCO/OH 비율이 1.0 내지 2.0으로 혼합되는 반응제인 이소시아네이트(Polymeric MDI); 폴리올 혼합물의 총중량을 기준으로 0.5 내지 3.0중량%의 촉매인 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine, DMCHA); 폴리올 혼합물의 총중량을 기준으로 5 내지 25중량%의 난연제; 및 폴리올 혼합물의 총중량을 기준으로 0.5 내지 5.0중량%의 첨가제를 포함하여, 친환경적이면서 LNG와 같은 초저온 유체의 육상용 탱크용 보냉재로 활용할 수 있도록 구성되는 LNG 탱크의 보냉재용 수발포 폴리우레탄 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기한 바와 같이, 종래, LNG 저장탱크용 보냉재에에 대하여 다양한 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들은 다음과 같은 한계가 있는 것이었다.
즉, 상기한 바와 같이, LNG 탱크에 적용되는 보냉재는 LNG의 극저온을 유지하는 동시에 외부충격을 흡수하여 LNG 저장탱크의 구조적 변형을 방지하는 역할을 하는 것이므로, 보냉재의 적용시에는 그 기계적 특성이 고려되어야 한다.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들에는 단지 폴리우레탄 소재나 보냉재의 제조방법에 대하여만 제시되어 있는 것이 대부분으로, 이미 제조된 보냉재의 기계적 특성이나 성능을 정확하게 파악하고 평가할 수 있는 기술내용에 대하여는 제시된 바 없는 한계가 있는 것이었다.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여는, 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 정확하게 강화폴리우레탄폼(R-PUF)와 같은 보냉재의 기계적 성능을 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제공할 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 R-PUF 보냉재의 성능평가방법을 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
한국 등록특허공보 제10-1447225호 (2014.10.06.) 한국 등록특허공보 제10-1306144호 (2013.09.17.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 예를 들면, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas ; LNG)를 저장 및 운반하기 위한 LNG 저장탱크 등에 대하여 온도유지 및 구조적 변형을 방지하기 위해 적용되는 강화폴리우레탄폼(Reinforced Polyurethnae Foam ; R-PUF) 보냉재에 있어서, LNG의 안전한 보관 및 운송을 위해서는 저장탱크에 적용된 보냉재의 성능을 정확히 파악하는 것이 요구되나, 기존에는 이러한 보냉재의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결하기 위해, 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 정확하게 R-PUF의 기계적 성능을 측정하고 평가할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법을 제시하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결하기 위해, ASTM(American society for testing and materials) 규격에 근거하여, R-PUF 시편을 준비하고 지그에 장착하여 규정에 따라 성능시험을 수행하며, 시험결과에 근거하여 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하고, 각각의 계산값을 분석하여 분석결과를 표시하도록 구성됨으로써, 국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법을 제시하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 있어서, 미리 정해진 규격에 따라 평가대상이 되는 강화폴리우레탄폼(R-PUF)의 시편을 준비하는 처리가 수행되는 시편준비단계; 상기 시편준비단계에서 준비된 R-PUF 시편을 성능시험장치의 지그에 장착하여 미리 정해진 규정에 따라 성능시험을 수행하는 처리가 수행되는 성능시험단계; 상기 성능시험단계의 시험결과에 근거하여 R-PUF 시편의 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하는 처리가 수행되는 시험결과 산출단계; 상기 시험결과 산출단계에서 구해진 각각의 계산값에 근거하여 R-PUF 시편의 기계적 성능을 분석하고 평가하는 처리가 수행되는 결과분석 및 평가단계; 및 상기 결과분석 및 평가단계의 분석결과 및 평가결과를 각각 출력하는 처리가 수행되는 출력단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법이 제공된다.
여기서, 상기 시편준비단계는, 미국재료시험학회(American Society for Testing Materials ; ASTM) D1621에 제시된 규격에 근거하여 R-PUF 시편의 형상 및 치수(Dimension)를 결정하고, 결정된 규격에 따라 시편을 제작하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 성능시험단계는, 상기 시편준비단계에서 준비된 시편에 대하여 ASTM E8E8M 규정에 근거하여 성능시험을 행하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 성능시험단계는, 상기 시편준비단계에서 준비된 시편의 치수를 각각 측정하는 처리가 수행되는 시편상태 확인단계; 상기 성능시험장치에 대하여 목표 변형률(Strain Rate) 및 시험속도(Test Speed)를 설정하는 처리가 수행되는 시험조건 설정단계; 상기 성능시험장치의 각 측정장치를 이용한 측정이 미리 정해진 정확도를 만족하는지를 확인하고 데이터의 저장이 정상적으로 이루어지는지를 확인하는 처리가 수행되는 측정장치 확인단계; 상기 성능시험장치의 지그에 시편을 위치시키는 처리가 수행되는 시편체결단계; 극저온 테스트를 위해 극저온 챔버에 액체질소를 주입하고 온도센서를 통하여 실시간으로 온도를 확인하며, 온도분포를 균일하게 하기 위해 온도센서가 목표온도에 도달한 후 미리 정해진 일정 시간 동안 유지하는 처리가 수행되는 극저온환경 조성단계; 및 상기 극저온환경 조성단계를 통하여 시험환경의 조성이 완료되면 성능시험을 수행하는 처리가 수행되는 성능시험 수행단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 시험결과 산출단계는, 상기 성능시험단계의 시험결과에 근거하여, 이하의 수학식을 이용하여 실제 변형률(Strain Rate)을 추정하는 처리가 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112021152790270-pat00001
(여기서,
Figure 112021152790270-pat00002
는 평균 변형률(mean strain rate)이고, t1은 변형률이 1%일 때의 시간이며, t10은 변형률이 10%일 때의 시간을 각각 의미함)
또한, 상기 결과분석 및 평가단계는, 상기 시험결과 산출단계를 통해 구해진 각각의 변형률값에 근거하여 시편에 가해지는 스트레스(stress)에 따른 변형률의 변화를 분석하고 스트레스와 변형률 사이의 관계를 그래프(stress-strain graph)로 시각화하여 분석결과로서 출력하는 처리가 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 결과분석 및 평가단계는, 미리 정해진 기준값이나 기준범위에 근거하여, 시편의 실제 변형률 값이 미리 정해진 기준을 만족하는지의 여부에 따라 적합, 부적합으로 판정하거나, 또는, 미리 정해진 각각의 기준범위에 따라 등급을 부여하는 것에 의해 시편의 기계적 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 출력단계는, 상기 성능시험단계, 상기 시험결과 산출단계, 상기 결과분석 및 평가단계의 처리과정 및 상기 결과분석 및 평가단계의 분석결과 및 평가결과를 모니터나 디스플레이를 포함하는 표시수단을 통해 각각 표시하는 처리가 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법을 이용하여 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가 시스템에 있어서, 강화폴리우레탄폼 보냉재에 대한 성능시험을 수행하기 위한 처리가 수행되도록 이루어지는 성능시험부; 및 상기 성능시험부의 시험결과에 근거하여 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 이루어지는 성능평가부를 포함하여 구성되고, 상기 성능시험부는, 상기 성능평가방법의 시편준비단계 및 성능시험단계의 처리가 수행되도록 구성되고, 상기 성능평가부는, 상기 성능평가방법의 시험결과 산출단계, 결과분석 및 평가단계 및 출력단계의 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가 시스템이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, ASTM 규격에 근거하여, R-PUF 시편을 준비하고 지그에 장착하여 규정에 따라 성능시험을 수행하며, 시험결과에 근거하여 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하고, 각각의 계산값을 분석하여 분석결과를 표시하도록 구성되는 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법이 제공됨으로써, 국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법이 제공됨으로써, 예를 들면, LNG 저장탱크 등에 대하여 온도유지 및 구조적 변형을 방지하기 위해 적용되는 R-PUF 보냉재에 있어서, LNG의 안전한 보관 및 운송을 위해서는 저장탱크에 적용된 보냉재의 성능을 정확히 파악하는 것이 요구되나, 기존에는 이러한 보냉재의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 적용되는 시편의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 적용되는 지그를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 지그를 이용하여 성능시험을 수행하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 따른 평가결과의 표시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 예를 들면, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas ; LNG)를 저장 및 운반하기 위한 LNG 저장탱크 등에 대하여 온도유지 및 구조적 변형을 방지하기 위해 적용되는 강화폴리우레탄폼(Reinforced Polyurethnae Foam ; R-PUF) 보냉재에 있어서, LNG의 안전한 보관 및 운송을 위해서는 저장탱크에 적용된 보냉재의 성능을 정확히 파악하는 것이 요구되나, 기존에는 이러한 보냉재의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결하기 위해, 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 정확하게 R-PUF의 기계적 성능을 측정하고 평가할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결하기 위해, ASTM(American society for testing and materials) 규격에 근거하여, R-PUF 시편을 준비하고 지그에 장착하여 규정에 따라 성능시험을 수행하며, 시험결과에 근거하여 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하고, 각각의 계산값을 분석하여 분석결과를 표시하도록 구성됨으로써, 국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 관한 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
더 상세하게는, 먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법은, 크게 나누어, 미리 정해진 규격에 따라 평가대상이 되는 강화폴리우레탄폼(R-PUF)의 시편을 준비하는 처리가 수행되는 시편준비단계(S10)와, 시편준비단계(S10)에서 준비된 R-PUF 시편을 시험용 지그에 장착하여 미리 정해진 규정에 따라 성능시험을 수행하는 처리가 수행되는 성능시험단계(S20)와, 성능시험단계(S20)의 시험결과에 근거하여 R-PUF 시편의 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하는 처리가 수행되는 시험결과 산출단계(S30)와, 시험결과 산출단계(S30)에서 구해진 각각의 계산값에 근거하여 R-PUF 시편의 기계적 성능을 분석하고 평가하는 처리가 수행되는 결과분석 및 평가단계(S40) 및 상기한 각 단계의 처리과정과 결과분석 및 평가단계(S40)의 분석 및 평가결과를 모니터나 디스플레이 등의 표시수단을 통해 표시하는 처리가 수행되는 출력단계(S50)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 시편준비단계(S10)는, ASTM 규격에 근거하여 R-PUF 시편을 준비하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 도 2를 잠조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 적용되는 R-PUF 시편의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 시편준비단계(S10)는, 예를 들면, 미국재료시험학회(American Society for Testing Materials ; ASTM) D1621에 제시된 규격에 근거하여 R-PUF 시편의 형상 및 치수(Dimension)를 결정하고, 결정된 규격에 따라 시편을 제작하도록 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 시험 표본의 두께는 (50±1)mm 이어야 하고, 이때, 사용중인 제품과 일체형으로 유지되도록 의도된 성형된 피부의 제품은 제외하며, 이러한 제품의 경우, 최소 두께가 10mm 이상이고 최대 두께가 표본의 너비 또는 직경보다 크지 않은 경우 표본은 전체 두께이어야 한다.
또한, 시편의 바닥 형태는 정사각형 또는 원형이어야 하고, 면적은 최소 25㎠, 최대 230㎠ 이어야 하며, 권장하는 형상과 치수는 100mm(±1) × 100mm(±1)의 밑면의 각기둥 형태이다.
아울러, 두 면의 거리는 1% 이상 차이가 나지 않아야 하며, 어떤 경우에도 시험을 위한 더 큰 두께를 만들기 위해 여러 개의 시험체를 쌓아서는 안된다.
다음으로, 상기한 성능시험단계(S20)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 하여 미리 정해진 규격에 따라 제작된 R-PUF 시편을 시험용 지그에 장착하여 압축하면서 시편의 변형을 측정하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 적용되는 고변형 압축(High strain compressive) 지그를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 나타낸 지그를 이용하여 성능시험을 수행하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 적용되는 시험용 지그는, 시편을 압축하기 충분한 면적을 가지고 시험 하중과 변위 범위에서 정상 작동하도록 구성되는 동시에, 시험중 발생한 총 변형량의 0.1% 이상 변형되지 않도록 구성된다.
이때, 상하 두 판 중 하나는 고정하고 하나는 움직일 수 있도록 구성되며, 규정된 조건에 따라 일정한 이동속도로 이동할 수 있도록 구성된다.
또한, 구체적인 시험조건은, 예를 들면, ASTM E8E8M 규정에 근거하여 설정될 수 있으며, 그 구체적인 내용은 다음과 같이 구성될 수 있다.
Control Mode: Displacement
Test Speed
- Strain rate
- Maximum speed of equipment : 3000mm/sec
- Specimen's Height: 50mm
- Maximum possible Strain Rate: 60(1/sec)
Sample Rate :
Saving Data : Time, Count, Displacement, Force
Temperature : Room Temperature ~ -163℃
더 상세하게는, 상기한 성능시험단계(S20)의 시험방법은, 먼저, 시편상태 확인단계에서, 표본의 치수를 ±1%의 정확도로 측정하며, 각각의 치수를 3개의 측정값의 평균으로 기록한다.
다음으로, 시험조건 설정단계에서, 목표하는 변형률(Strain Rate)을 설정한 후 이하의 [수학식 1]을 이용하여 시험속도(Test Speed)를 결정한다.
[수학식 1]
Figure 112021152790270-pat00003
이어서, 측정장치 확인단계에서, 변위측정장치를 통하여 이동판의 변위가 지속적으로 ±5% 또는 ±0.1mm의 정확도로 측정되는지 확인하고, 하중측정장치를 통하여 하중이 지속적으로 ±1%의 정확도로 측정되는지를 각각 확인한다.
즉, 시험장치에서 발생하는 힘과 변위를 그래픽으로 기록하고 측정하는 장치는 주기적으로 점검이 이루어져야 하며, 일반적으로 이러한 장치는 ±1% 이상의 정확도로 알려져 있고, 그러한 정확도는 시험중 가해진 힘에 해당하는 일련의 표준중량을 사용하여 점검해야 한다.
또한, 시험장치를 점검하기 위해 ±0.5% 또는 ±0.1mm 중 더 엄격한 것으로 알려진 두께를 가진 스페이서를 사용해야 하며, 마지막으로 데이터 저장이 정상적으로 되는지 확인한다.
그 후, 시편체결단계에서, 시편 체결전 장비에 연결된 변위, 하중 측정값을 제로 오프셋(zero offset) 하고, 표본 중심선이 압축평판의 중심선과 일직선이 되도록 압축평판 사이에 표본을 배치하여 하중이 표본의 전체 하중표면에 최대한 균일하게 분포되도록 한다.
계속해서, 극저온환경 조성단계에서, 극저온 테스트를 위하여 극저온 챔버를 사용하여 극저온 상태를 유지하기 위해 액체질소(LN2)를 챔버에 주입하고, 챔버의 상/하/사양에 온도 센서를 부착하여 실시간으로 온도를 확인한다.
이때, 시료의 온도분포를 균일하게 하기 위해 시편에 부착된 온도센서가 목표온도에 도달한 후 약 3시간 동안 유지한 후 실험을 수행하며, 본 실시예에서 저온 유지시간은 130kg/㎥, 210kg/㎥의 밀도와 110×110×110(mm)의 시료 크기를 바탕으로 강제대류분석을 통해 얻은 데이터를 바탕으로 결정되었으나, 저온 유지시간은 밀도 및 시료 크기에 따라 달라진다.
다음으로, 시험결과 산출단계(S30)는, 상기한 바와 같이 하여 수행된 성능시험단계(S20)의 시험결과에 따라 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
이때, 목표 변형률(Strain Rate)을 설정하고 시험을 진행하더라도 순간적으로 발생하는 속도이므로 시험 초반에는 목표속도에 도달하지 못할 수 있으며, 실제 변형률(Strain Rate)은 이하의 [수학식 2]를 이용하여 추정될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021152790270-pat00004
여기서, 상기한 [수학식 2]에 있어서,
Figure 112021152790270-pat00005
는 평균 변형률(mean strain rate)(s-1)이고, t1은 변형률이 1%일 때의 시간이며, t10은 변형률이 10%일 때의 시간을 각각 나타낸다.
계속해서, 결과분석 및 평가단계(S40)는, 상기한 바와 같이 하여 구해진 변형률값에 근거하여 시편에 가해지는 압력에 따른 변형률의 변화를 분석하고 미리 정해진 기준에 따라 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
즉, 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 따른 분석결과의 표시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기한 결과분석 및 평가단계(S40)는, 시험결과 산출단계(S30)에서 산출된 각각의 변형률 값에 근거하여 스트레스와 변형률 사이의 관계를 그래프(stress-strain graph)로 시각화하여 분석결과로서 출력하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기한 결과분석 및 평가단계(S40)는, 미리 정해진 기준값이나 기준범위에 근거하여, 예를 들면, 시편의 실제 변형률 값이 미리 정해진 기준을 만족하는지의 여부에 따라 적합, 부적합 등으로 판정하거나, 또는, 미리 정해진 각각의 기준범위에 따라 등급을 부여하는 등으로 해당 시편의 기계적 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
아울러, 상기한 출력단계(S50)는, 상기한 각 단계의 처리과정과, 결과분석 및 평가단계(S40)의 분석결과 및 평가결과를 모니터나 디스플레이 등의 표시수단을 통해 각각 표시하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, R-PUF와 같은 보냉재의 기계적 성능을 정확하게 파악하고 평가할 수 있는 방법이 제시되지 못했던 종래기술의 문제점을 해결하고, 국제규격에 근거하여 신뢰성 있는 평가결과를 제공할 수 있다.
여기서, 상기한 본 발명의 실시예에서는 ASTM 규정에 제시된 내용에 근거하여 R-PUF 시편을 제작하고 성능시험을 수행하는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 상기한 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명은, 예를 들면, 상기한 R-PUF 이외에 다른 평가대상에 대하여 적용될 수도 있고, 또는, 상기한 ASTM 이외에 다른 규격이나 규정에 따라 성능시험이 수행될 수도 있는 등, 따라서 본 발명은 필요에 따라 당업자에 의해 다양하게 수정 및 변경하여 적용될 수 있는 것임에 유념해야 한다.
더욱이, 상기한 본 발명의 실시예에 있어서, ASTM D1621 및 ASTM E8E8M에 규정된 내용에 따라 시편을 준비하고 성능시험을 진행하는 과정에 대한 보다 구체적인 내용에 대하여는 ASTM 규정에 제시된 내용들을 참조하여 당업자가 적절히 구현할 수 있는 사항이므로, 이에, 본 발명에서는, 설명을 간략히 하기 위해, 상기한 바와 같이 공지된 종래기술의 문헌 등을 참조하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 본 발명에 따르면, ASTM 규격에 근거하여, R-PUF 시편을 준비하고 지그에 장착하여 규정에 따라 성능시험을 수행하며, 시험결과에 근거하여 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하고, 각각의 계산값을 분석하여 분석결과를 표시하도록 구성되는 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법이 제공됨으로써, 국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이국제규격에 근거하여 R-PUF의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 신뢰성 있는 평가결과를 제시할 수 있도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법이 제공됨으로써, 예를 들면, LNG 저장탱크 등에 대하여 온도유지 및 구조적 변형을 방지하기 위해 적용되는 R-PUF 보냉재에 있어서, LNG의 안전한 보관 및 운송을 위해서는 저장탱크에 적용된 보냉재의 성능을 정확히 파악하는 것이 요구되나, 기존에는 이러한 보냉재의 기계적 성능을 정확하게 측정하고 평가할 수 있는 방법이 제시된 바 없었던 종래기술의 R-PUF 및 이를 이용한 보냉재의 문제점을 해결할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.

Claims (9)

  1. 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법에 있어서,
    미리 정해진 규격에 따라 평가대상이 되는 강화폴리우레탄폼(R-PUF)의 시편을 준비하는 처리가 수행되는 시편준비단계;
    상기 시편준비단계에서 준비된 R-PUF 시편을 성능시험장치의 지그에 장착하여 미리 정해진 규정에 따라 성능시험을 수행하는 처리가 수행되는 성능시험단계;
    상기 성능시험단계의 시험결과에 근거하여 R-PUF 시편의 실제 변형률(Strain Rate)을 계산하는 처리가 수행되는 시험결과 산출단계;
    상기 시험결과 산출단계에서 구해진 계산값에 근거하여 R-PUF 시편의 기계적 성능을 분석하고 평가하는 처리가 수행되는 결과분석 및 평가단계; 및
    상기 결과분석 및 평가단계의 분석결과 및 평가결과를 각각 출력하는 처리가 수행되는 출력단계를 포함하여 구성되고,
    상기 시험결과 산출단계는,
    상기 성능시험단계의 시험결과에 근거하여, 이하의 수학식을 이용하여 실제 변형률(Strain Rate)을 추정하는 처리가 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법.

    Figure 112022137360536-pat00013


    (여기서,
    Figure 112022137360536-pat00014
    는 평균 변형률(mean strain rate)이고, t1은 변형률이 1%일 때의 시간이며, t10은 변형률이 10%일 때의 시간을 각각 의미함)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시편준비단계는,
    미국재료시험학회(American Society for Testing Materials ; ASTM) D1621에 제시된 규격에 근거하여 R-PUF 시편의 형상 및 치수(Dimension)를 결정하고, 결정된 규격에 따라 시편을 제작하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 성능시험단계는,
    상기 시편준비단계에서 준비된 시편에 대하여 ASTM E8E8M 규정에 근거하여 성능시험을 행하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 성능시험단계는,
    상기 시편준비단계에서 준비된 시편의 치수를 측정하는 처리가 수행되는 시편상태 확인단계;
    상기 성능시험장치에 대하여 목표 변형률(Strain Rate) 및 시험속도(Test Speed)를 설정하는 처리가 수행되는 시험조건 설정단계;
    상기 성능시험장치를 이용한 측정이 미리 정해진 정확도를 만족하는지를 확인하고 데이터의 저장이 정상적으로 이루어지는지를 확인하는 처리가 수행되는 측정장치 확인단계;
    상기 성능시험장치의 지그에 시편을 위치시키는 처리가 수행되는 시편체결단계;
    극저온 테스트를 위해 극저온 챔버에 액체질소를 주입하고 온도센서를 통하여 실시간으로 온도를 확인하며, 온도분포를 균일하게 하기 위해 온도센서가 목표온도에 도달한 후 미리 정해진 일정 시간 동안 유지하는 처리가 수행되는 극저온환경 조성단계; 및
    상기 극저온환경 조성단계를 통하여 시험환경의 조성이 완료되면 성능시험을 수행하는 처리가 수행되는 성능시험 수행단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 결과분석 및 평가단계는,
    상기 시험결과 산출단계를 통해 구해진 변형률값에 근거하여 시편에 가해지는 스트레스(stress)에 따른 변형률의 변화를 분석하고 스트레스와 변형률 사이의 관계를 그래프(stress-strain graph)로 시각화하여 분석결과로서 출력하는 처리가 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 결과분석 및 평가단계는,
    미리 정해진 기준값이나 기준범위에 근거하여, 시편의 실제 변형률 값이 미리 정해진 기준을 만족하는지의 여부에 따라 적합, 부적합으로 판정하거나,
    또는, 미리 정해진 기준범위에 따라 등급을 부여하는 것에 의해 시편의 기계적 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 출력단계는,
    상기 성능시험단계, 상기 시험결과 산출단계, 상기 결과분석 및 평가단계의 처리과정 및 상기 결과분석 및 평가단계의 분석결과 및 평가결과를 모니터나 디스플레이를 포함하는 표시수단을 통해 각각 표시하는 처리가 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법.
  9. 청구항 1항 내지 청구항 4항, 청구항 6항 내지 청구항 8항 중 어느 한 항에 기재된 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가방법을 이용하여 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가 시스템에 있어서,
    강화폴리우레탄폼 보냉재에 대한 성능시험을 수행하기 위한 처리가 수행되도록 이루어지는 성능시험부; 및
    상기 성능시험부의 시험결과에 근거하여 성능을 평가하는 처리가 수행되도록 이루어지는 성능평가부를 포함하여 구성되고,
    상기 성능시험부는,
    상기 성능평가방법의 시편준비단계 및 성능시험단계의 처리가 수행되도록 구성되고,
    상기 성능평가부는,
    상기 성능평가방법의 시험결과 산출단계, 결과분석 및 평가단계 및 출력단계의 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 강화폴리우레탄폼 보냉재의 성능평가 시스템.
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