KR20090054309A - 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고무물성을 시험하기 위한 방법 중의 하나인 압축영구줄음율(Compression set)을 평가하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동방식으로 고무시편 각각에 대해 정확한 압축을 가하고, 고무재료의 압축영구줄음율을 정확하게 평가하여, 정확한 시험결과를 얻을 수 있도록 함으로써, 고무재료 개발 및 물성평가결과 데이터의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치에 관한 것이다.

고무물성, 압축영구줄음율(Compression set), 압축영구줄음율 평가용 압축장치, 압축량, 지그, 응력완화, 시편,

Description

압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치{Auto compressor for testing compression set}

본 발명은 고무물성을 시험하기 위한 방법 중의 하나인 압축영구줄음율(Compression set)을 평가하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동방식으로 시편 각각에 대해 정확한 압축을 가하고, 고무재료의 압축영구줄음율을 정확하게 평가하여, 정확한 시험결과를 얻을 수 있도록 함으로써, 고무재료 개발 및 물성평가결과 데이터의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치에 관한 것이다.

고분자재료 가운데 하나인 고무재료는 다른 고분자재료와는 달리 다양한 첨가물의 성분이 배합되고, 또한 가교제에 의한 가류 공정 때문에 아주 독특한 고무재료만의 탄성이라는 물성을 가지게 된다. 이런 탄성적 기능을 가진 고무재료의 물성을 예측하기 위해서 많은 시험방법과 평가방법이 있지만, 특히 중요한 물성 가운데 하나가 압축영구줄음율이다. 압축영구줄음율이란 고무재료가 받는 외부 압력에 대한 저항력을 나타낸다.

첨부한 도 1은 고무재료가 외부 힘에 의해 압축된 형상 및 힘이 제거된 후 복원된 형상을 도시한 개념도이고, 도 2는 종래 압축영구줄음율 평가용 압축장치를 도시한 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고무재료의 내부는 복잡한 사슬이 얽혀서 탄성을 가지게 되어 있다.

압축영구줄음율은 고무재료가 외압에 의해 압축된 상태에서 시간이 지남에 따라 어느 정도 복원되는지 가늠해보는 평가로서, 고무재료의 물성을 파악하는데 있어서 아주 중요한 항목이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 압축영구줄음율 평가용 압축장치는 스페이서(1)를 사용하여 일정 간격을 유지하도록 상판(2)과 하판(3)의 간격을 4개의 나사(4)를 이용하여 압축을 유지하도록 하고 있다.

그러나, 시험자가 나사를 이용하여 압축영구줄음율의 압축율을 정확히 25%로 압축시키기가 쉽지 않기 때문에, 언급한 대로 스페이서(1)를 사용하여 수동으로 조일 수 있도록 사용하고 있다.

또한, 고무시편의 크기는 제조시마다 일정하게 제작되지 않기 때문에 사용하는 고무시편(5)마다 높이의 편차가 있어서, 실제 평가시 2~3개의 고무시편을 동시에 압축하여 평가하게 되면 고무시편에 가해지는 압축량이 정확하지 않은 문제가 있다.

고무시편의 크기 오차가 ±1mm 이상 날 경우 평가결과는 예상되는 바와 같이 상이하게 나옴을 알 수 있다. 아래 표1은 동일 재질로 된 고무시편으로 높이가 각각 12.0mm, 12.5mm 그리고 13.0mm인 시편을 준비하여 12.5mm 시편에 대한 25%압축(3.12mm)을 가한 다음 80℃X72Hr 노화한 후 압축영구줄음율을 평가하여 비교한 결과이다.

시 험 편	압축영구줄음율(%)	시험 조건
높이 12.0mm 시편	31	80℃X72Hr 노화 압축량 : 3.12mm
높이 12.5mm 시편	35
높이 13.0mm 시편	38

위의 결과를 볼 때 고무시편에 가해지는 압축량의 차이에 따른 결과의 값이 다름을 알 수 있다. 이를 감안할 때 재료의 정확한 물성을 규제해야 하는 평가자의 입장에서는 고무시편에 가하는 압축량의 정확성이 상당히 중요한 사항이 아닐 수 없다.

이에 대한 방안으로, 압축장치 하나당 한 개의 시편을 평가하더라도 수동으로 정확한 압축량을 조절하기가 쉽지 않은 한계가 있다.

또한, 시편마다 압축장치를 사용하기에는 너무 많은 수의 압축장치가 요구되어 경제적, 물리적으로 많은 부담을 발생시키는 문제가 되기도 한다.

그리고, 압축영구줄음율 평가시 사용하는 압축장치의 4개의 나사는 시험 후 탈거시, 압축된 고무시편의 복원력에 의해서 나사가 파괴되거나 풀리지 않는 등 실험의 실패 요인이 되고, 노화에 의한 높은 온도로 인해 화상의 위험에 노출되기도 한다.

이와 같이, 종래 압축영구줄음율 평가용 압축장치는 상기와 같은 문제점들, 즉 시험의 부정확성과 압축장치의 조립 및 해체에 대한 작업성 그리고 비용상승 등과 같은 문제점들이 야기된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 고무재료의 각 시편에 가하는 압력을 자동식으로 정확하게 조절할 수 있도록 모터를 적용함으로써, 시험자가 다루기 쉬울 뿐 아니라, 다양한 크기의 고무시편에 대해 개별적으로 압축을 시행하여 정확한 압축량을 가함으로써, 정확한 압축영구줄음율 평가가 가능한 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 모터와 연결되는 로드셀을 장착하여 고무시편에 가해지는 압축량을 실시간으로 확인하고, 이를 통해 응력완화율도 구할 수 있도록 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 압축영구줄음율 평가용 압축장치에 있어서,

내부 온도조절이 가능한 챔버; 상기 챔버의 상측에 구성되는 모터에 장착된 모터회전축과 기어결합되는 상하이동축; 상기 상하이동축이 수직으로 연결장착되고, 상기 챔버 내부에 복수로 장착되는 시편압축지그; 상기 챔버 내부에 복수로 장착되어, 상기 시편압축지그의 하측에 구성되는 시편고정지그;를 포함하여 구성되 고, 상기 시편고정지그에 고무시편을 안착고정한 다음, 자동으로 정확한 압축량을 가하는 것을 특징으로 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치를 제공한다.

또한, 상기 시편압축지그의 지름 양단부에 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈에 대응되는 가이드 축이 상기 시편고정지그의 측면에 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 모터의 상단부에 상기 고무시편에 걸리는 압축량을 실시간으로 산출하는 로드셀이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 시편압축지그에 상기 고무시편의 실수치를 측정할 수 있는 자동식 버니어 캘리퍼스가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상기 모터회전축과 상하이동축이 이격되지 않도록 지지하기 위한 지지수단이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치는 모터를 이용하여 각기 다른 높이의 고무시편에 원하는 압축량을 정확하게 가할 수 있기 때문에, 고무시편의 정확한 압축영구줄음율 평가가 가능해져 실험데이터의 신뢰성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

그리고, 모터의 상단부에 장착된 로드셀을 통해 압축강도 값을 얻을 수 있게 되어, 응력완화율도 평가할 수 있는 효과가 있다.

또한, 시험이 안정적으로 시행되어 실패확률이 감소됨에 따라, 추가 시험으 로 인한 경비 및 시간낭비를 최소화시킬 수 있어 시험의 효율성을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 바람직한 일실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

바람직한 일실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 더욱 잘 이해할 수 있게 되며, 이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치의 일실시 예를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치의 일실시 예의 요부를 개략적으로 도시한 확대도이다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현된 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치는 다양한 크기의 고무시편을 일정하고 정확한 압축비율로 자동 압축하여 압축영구줄음율 평가의 정확성을 높이고 물성평가결과 데이터의 신뢰성을 향상시키게 된다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 자동 압축장치의 일실시 예는, 도 3에 도시된 바와 같이, 온도조절이 가능한 챔버(10) 내부에 평가하고자 하는 고무시편(18)을 안착고정시키기 위한 시편고정지그(13)가 구성된다.

상기 시편고정지그(13)는 복수로 구성 가능하며, 평가하는 고무시편(18)들을 정확한 압축비율로 압축하기 위하여, 각각의 시편고정지그(13)에는 고무시편(18)이 하나씩 고정된다.

한편, 상기 시편고정지그(13)의 상측에는 상기 고무시편(18)을 압축하게 되는 시편압축지그(11)가 측면이 테이퍼지는 원반형으로 형성되어 상기 챔버(10) 내부에 구성된다.

상기 시편압축지그(11)는 중심부에 상하이동축(12)이 장착되고, 도 5의 <b>에 도시된 바와 같이, 상기 상하이동축(12)을 가로지르는 지름의 양단부에 가이드홈(11a)이 마련된다.

상기 시편고정지그(11)에는 상기 가이드홈(11a)에 대응되는 가이드축(14)이 장착되고, 상기 시편압축지그(11)는 상기 가이드축(14)을 따라 수직하강하여 정확한 수직압축이 가능하게 된다.

상기 시편압축지그(11)에 고정된 상하이동축(12)은 상기 챔버(10)의 상측에 구성되는 모터(15)에 장착된 모터회전축(16)과 기어결합으로 연결되고, 상기 모터(15)의 하중에 의해 상기 상하이동축(12)은 상하이동이 가능하게 된다.

상기 시편압축지그(11)에는 자동식 버니어 캘리퍼스(Vernier calipers)가 장착되어 압축된 고무시편(18)의 실수치를 측정한다.

상기 모터(15)는 상기 고무시편(18)을 충분히 압축할 수 있는 용량으로 구성하고, 모터(15)의 상단부에는 상기 고무시편(18)에 실제 걸리는 압축 강도를 실시 간으로 산출할 수 있는 로드셀(17)이 장착된다.

기어결합된 상기 모터회전축(16)과 상하이동축(12)이 이격되는 것을 방지하기 위하여, 이들을 지지하는 지지수단이 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 일실시 예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 챔버(10)는 고무시편(18)을 노화시키기 위한 적절한 온도로 설정되고, 상기 고무시편(18)들은 상기 시편고정지그(13)에 안착고정되어 모두 같은 온도조건에 놓이게 된다.

각각의 모터(15)가 구동되어 상기 모터회전축(16)들이 회전하면, 상기 상하이동축(12)들이 회전하면서 하강하게 되고, 이에 따라 상기 시편압축지그(11)가 고무시편(18)에 하중을 가하게 된다.

이때, 상기 시편압축지그(11)의 가이드홈(11a)은 상기 가이드축(14)을 따라 하강하면서 상기 고무시편(18)에 정확한 수직압축을 실행한다.

상기 고무시편(18)들은 각기 사이즈가 다르지만 상기 모터(15)의 하중이 정확하게 가해져 압축량을 받게 된다.

상기 고무시편(18)의 실수치를 자동으로 산출하는 버니어 캘리퍼스를 통해 압축량을 확인하고, 상기 모터(15)를 통해 자동으로 압축량을 조절한다.

그리고, 상기 로드셀(17)을 통해 고무시편(18)에 걸리는 압축 강도 값을 얻을 수 있으므로 압축 강도의 시간에 따른 변화 값을 추가적으로 얻을 수 있다. 압축 강도의 시간에 대한 결과값은 결국 응력완화(Stress relaxation)라 할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치는 압축영구줄음율과 응력 완화율을 동시에 확인할 수 있어 매우 유용하다.

또한, 본 발명에 따른 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치는 용이하게 개량이 가능하므로 모터 작동부를 증량하면 더 많은 수의 고무시편을 동시에 평가가능할 뿐 아니라 챔버의 온도 범위를 저온까지 확대시키면 저온 압축영구줄음율 및 저온 응력완화율도 구할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.

도 1은 고무재료가 외부 힘에 의해 압축된 형상 및 힘이 제거된 후 복원된 형상을 도시한 개념도,

도 2는 종래 압축영구줄음율 평가용 압축장치를 도시한 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치의 일실시 예를 개략적으로 도시한 구성도,

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치의 일실시 예의 요부를 개략적으로 도시한 확대도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 챔버 11 : 시편압축지그

11a : 가이드홈 12 : 상하이동축

13 : 시편고정지그 14 : 가이드축

15 : 모터 16 : 모터회전축

17 : 로드셀 18 : 고무시편

Claims (5)

1. 압축영구줄음율 평가용 압축장치에 있어서,

   내부 온도조절이 가능한 챔버;

   상기 챔버의 상측에 구성되는 모터에 장착된 모터회전축과 기어결합되는 상하이동축;

   상기 상하이동축이 수직으로 연결장착되고, 상기 챔버 내부에 복수로 장착되는 시편압축지그;

   상기 챔버 내부에 복수로 장착되어, 상기 시편압축지그의 하측에 구성되는 시편고정지그;

   를 포함하여 구성되고, 상기 시편고정지그에 고무시편을 안착고정한 다음, 자동으로 정확한 압축량을 가하는 것을 특징으로 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 시편압축지그의 지름 양단부에 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈에 대응되는 가이드 축이 상기 시편고정지그의 측면에 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 모터의 상단부에 상기 고무시편에 걸리는 압축량을 실시간으로 산출하는 로드셀이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 시편압축지그에 상기 고무시편의 실수치를 측정할 수 있는 자동식 버니어 캘리퍼스가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 모터회전축과 상하이동축이 이격되지 않도록 지지하기 위한 지지수단이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영구줄음율 평가용 자동 압축장치.

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