선박엔진은 잔사유를 에너지원으로 활용하여 운항할 수 있으며, 이를 활용한 선박에서 환경 규제와 경제성을 모두 만족시키는 다양한 방안들이 모색되고 있다. 그 중에 한 방안으로 연료 첨가제를 활용하는 기술이 있을 수 있다. 분산제와 연소촉진제는 잔사유 활용 시 엔진의 연소특성 촉진에 기여할 것이라는 기대를 받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연소성 분석 장비(FIA/FCA)와 열 중량 분석 장비(TGA)를 활용하여 잔사유 연료첨가제가 혼합된 잔사유의 연소성을 분석하였다. 연소성 분석 장비(FIA/FCA)의 결과로는 연소에 의한 일의 총량을 분석하도록 분석법이 개발되었으며, 이 때문에 본 연구를 통하여 동일 장비를 활용하면서도 연소 효율을 간단하게 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. 연소성 분석 결과인 ROHR 곡선으로부터, 단순한 삼각함수를 활용하여 연소특성을 예측할 수 있는 방안을 제시하였으며, 이 기법을 활용하여 기존의 압력 곡선과 유사한 결론을 도출할 수 있었다. 열 중량 분석(TGA)의 경우 연료유의 증발 특성에 민감하게 반응함을 확인하였고, 첨가제가 연료유 증발에 효과적으로 작용함을 확인하였다.
가전제품용 플라스틱 재료의 열화 거동과 신뢰성을 고찰하기 위해 열분해에 따른 동역학적 매개변수를 결정하기 위하여 동역학적 열중량 분석기법을 사용하였고, 촉진 열화시험을 수행하였다. 또한, 플라스틱 재료의 내후성을 고찰하고자 제논 아크 광원을 사용하여 촉진 열화시험을 하였고, 가속 열화시험후 시료의 색차를 컬러 아이 3010 색차분석기를 이용하여 측정하였다. 재료는 중량감소율이 증가함에 따라 열분해 활성화 에너지도 증가하는 경향을 보였다. 플라스틱 재료의 열분해에 관한 기술은 Kim-Park법이 가장 효과적인 분석법으로 나타났다. 플라스틱 재료는 빠른 열화를 진행시키는 자외선에 아주 민감하게 반응하였다.
팰릿 형태의 XLPE (Cross-Linking Polyethylene)를 Hot Press로 시험편을 제작하여 열분석 데이터 처리장치를 이용하여 시차 주사 열량법 (differential scanning calorimetry, DSC)과 열 중량 분석 (Thermo gravimetric analysis, TGA) 등으로 열적 특성을 분석하였다. 분석 결과, XLPE의 전이온도 피크는 $61^{\circ}C$, 용융온도에 해당하는 피크는 $102^{\circ}C$에서 나타났으며 XLPE의 TG 분석 결과 $470^{\circ}C$ 근처에서 한 번의 급격한 열중량 감소를 보였으며 $800^{\circ}C$까지 측정 후 잔류물은 완전 분해되어 거의 존재하지 않았음을 알 수 있었다.
내열 복합 재료에 사용되는 경화된 페놀 수지(DURITE SC-1008)의 열분해 상수를 알아보기 위하여 Henderson and Freidman 분석법을 이용하여 반응 속도 상수를 구하였다. 가열 속도는 5,10, $20^{\circ}C$/min으로 변화 시켰으며 각각의 중량 감소 곡선으로부터 속도 상수 값을 구하였다. 열분해 반응은 크게 두 구간으로 나누어 진행되었으며 이러한 반응을 모사하기 위하여 반응 구간에 따른 속도 상수 값을 구하였다. 또한 실험 상수 값의 정확성을 확인하기 위하여 이론 열중량 곡선식을 직접 유도하여 상수 값을 대입한 결과 그 차이는 상관 계수가 1.19로써 실제 실험 값과 이론식에서 얻어진 값이 거의 일치되었다 그러므로 열분해 반응을 모사하기 위해서는 변화된 가열 속도에 따라서 중량 감소량을 구한 후 열분해 반응 구간을 분리하여 반응 상수론 구하는 것이 필요하다.
열유도 상분리법 (Thermally-Induced Phase Separation, TIPS)에 의하여 미세 다공성 중공사막을 제조하였다. 막소재로는 폴리프로필렌(PP)을, 회석제로는 천연산 대두유(soybean oil), 올레인산(oleic acid), 리놀레인산(linoleic acid) 등을 사용하였다. 각 system 별로 DSC를 사용하여 열분석을 하여 분당 10$\circ$C 의 냉각속도에서 phase diagram을 얻었다. 그림 1에서 보인 바와 같이 각 system 모두 monotectic composition 이하에서 수평한 결정화 곡선을 나타내고 있으며, 이는 액체-액체 상분리 system의 특징이다. Monotectic composition은 PP/대두유 system의 경우 PP중량비로 65%, PP/올레인산 system의 경우 60%, PP/리놀레 인산 system의 경우 75%였으며, polymer가 PP로 고정된 상태에서 회석제의 극성(polarity)이 증가함에 따라 monotectic PP composition이 증가하는 경향을 나타내고 있다.
지중송전관로의 되메움재로는 보통 강모래를 사용하고 있다. 그러나 강모래의 열저항률은 습윤시 $150^{\circ}C$-cm/Watt 정도이고 건조시에는 이보다 2배 이상의 값을 나타낸다. 연구의 최종목표는 함수비 변화에 따라 열저항률의 변화가 작은 재료(습윤시 열저항률 $50^{\circ}C$-cm/Watt, 건조시 열저항률 $100^{\circ}C$-cm/Watt를 목표로 함)의 개발이나, 이 연구에서는 강모래를 포함한 각종 되메움재 후보군에 대하여 함수비, 건조단위중량, 입도분포 등의 차이에 따른 열저항 특성을 탐침법에 의해 조사하고, 시험결과를 비교 분석하였다. 분석 결과, 열저항 특성은 단위중량의 변화, 건조상태의 경우 최적함수비의 상태를 그대로 대기 중에 건조시킨 경우와 최초의 건조 상태에서의 열저항률의 차이 등을 고려하여야 하는 것으로 나타났다. 또한 최대밀도가 되도록 입도분포가 개선된 혼합재료는 원재료에 비해 열저항률을 크게 낮출 수 있는 것으로 나타났다.
폴리에틸렌은 우수한 특성으로 절연재료분야에 광범위하게 사용되지만, 공간전하축적과 트리진전의 단점을 가지고 있으므로 이를 개선하기 위해 첨가제, 촉매법, 혼합법 등 다양한 방법들이 시도되어왔다. 메탈로센과 같은 촉매법과 첨가제법 등은 고분자의 전기적 특성은 개선되지만 가공성이 어려워지는 둥의 개선점들이 많이 존재한다. 하지만, 혼합법은 고분자 종류의 다양성과 시료 제작의 용이성으로 인하여 성질 개선법으로 자주 연구되고 있다. 혼합으로 인하여 재료의 특성에 따라 원 고분자의 고차구조가 변화되며 이는 원시료의 절연성능에 큰 영향을 미친다. 본 연구실에서는 선형저밀도 폴리에틸렌과 에틸렌비닐아세테이트를 중량비에 따라 혼합한 필름의 전기적 특성 고찰을 위하여 이미 전기 전도 특성과 유전특성에 대해 연구하여 혼합비 70 : 30인 시료와 혼합비 50 : 50인 시료의 전기적 특성이 우수함을 확인한 바가 있다. 따라서, 본 논문에서는 절연재료의 수명을 결정짓는 전원인가법에 따른 절연파괴 특성에 대해 물성분석을 통한 고차구조의 변화와의 상관성을 조사하였다.
이상적 외모 표현을 위해 남녀노소 누구나 외모 관리에 과감한 투자를 하며 특히 헤어컬러링과 아이롱을 이용한 헤어스타일링은 더욱 광범위하게 보편화되면서 사용되지만, 미용 시술로 인한 모발 손상과 퇴색은 불가피하기 때문에 이를 최소화할 필요가 있다. 이에 효율적 플랫 아이롱 사용법을 제시할 목적으로 120℃ 열처리에서의 버진 헤어와 블리치 헤어 열분석 변화연구를 하고자 한다. 연구 결과 플랫 아이롱의 모든 시술 온도에서 버진 헤어보다 블리치 헤어의 중량이 전반적으로 많이 감소하는 것으로 나타났다. 버진 헤어와 블리치 헤어의 온도 상승에 따른 무게 변화를 측정한 본 열 분석 연구를 통해 물리적 마찰을 받은 모발에서 색상 유지와 함께 모발 손상 및 퇴색을 최소화할 수 있는 최적 온도의 플랫 아이롱 시술 정보를 미용 소비자에게 효율적으로 제공할 것으로 사료된다.
지반 물질의 열전도도는 경험식이 제안하는 단위 중량, 간극률 등의 영향 인자 이외에도 하중조건에 따라 크게 좌우된다. 본 논문에서는 개별요소법에 의해 생성된 입자상 지반재료의 열 전달 특성을 열 네트워크 모델로 해석하여 하중이 열전도도에 미치는 영향을 평가하였다. 하중의 변화에 의한 개별 입자들간의 접촉수 및 간극률, 간극수의 전도도에 따른 열전도도를 산출하여 영향 요소들간의 관계를 분석하였다. 전도도의 변화 양상은 전단강성도 분석과 유사하게 열전달 방향 및 하중 크기에 따른 멱함수 형태로 회귀분석이 가능하였다. 해석 결과 하중에 따른 입자간 접촉 면적의 증가 및 간극수의 전도도가 전체 입자상 물질의 열 흐름에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 열전도도의 이방성은 하중 방향에 의해 좌우되며 입자 스케일에서의 매커니즘이 열 흐름을 좌우하는 중요한 인자임을 보였다.
항공 우주 분야에 사용되는 소재는 일반적으로 고온의 환경에 노출되어 있으며, 또한 고강도 저중량 소재를 사용해야 하므로, 이러한 조건을 만족시키기 위하여 티타늄 합금 소재가 많이 사용되고있다. 본 논문에서는 Cone 형상에 브라켓을 부착하는 경우, 용접 위치 선정의 어려움을 피하기 위해, sheet에 브라켓을 부착 후 Cone에 용접하는 방식을 제안하였다. 기존 방식과 제안된 방식을 같은 조건에서 열구조 해석을 통하여 제안된 브라켓 타입의 구조적 타당성을 분석하였다. 해석에 사용된 프로그램은 ABAQUS/CAE이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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