Polycarbonate/Acrylonitrile-Butadiene-Styrene(PC/ABS) 블렌드의 분해효과를 조사하기 위해 고전단 압출 성형기의 스크류 회전속도와 전단시간의 함수로 PC/ABS의 물성변화에 영향을 미치는 산화방지제의 효과를 연구하였다. 인산계 산화방지제로 Tris-(2,4-di-tert-butyl-phenyl phosphate) (이후 A1로 명명) and Bis(2,4-dicumylphenyl) pentaerythritol diphosphite(이후 A3로 명명)가 사용되었고, 페놀계 산화방지제는 Octadecyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate(이후 A2로 명명)가 사용되었다. 열적 물성은 TGA를 통해 측정되었고 고속 전단 가공 후 크게 감소하였다. 산화방지제 A3가 포함된 PC/ABS 블렌드는 다른 산화방지제에 비해 스트레스로 유발된 degradation과, 열적 degradation이 지연되었다. 고속 전단 가공 후 UTM을 사용한 기계적 물성 또한 산화방지제 종류에 따라 각각 감소하였고, 특히, 신율의 경우 크게 감소하는 거동이 나타난 것에 비해 인장강도의 변화는 매우 적었다. 스크류 회전속도 1000 rpm, 전단부하 시간 20초 조건에서의 신율로 예를 들면, 고속 전단 가공하기 전 신율인 148%에서 A1은 91.6%, A2는 63%, A3은 131%로 감소하였다. 형태학적 물성을 알기 위해 SEM을 사용하여 PC/ABS의 분산상을 조사하였고, 스크류 회전속도와 하중이 작용한 기간이 증가함에 따라 그 크기 분포가 감소하였다. 따라서, 세 종류 산화방지제 모두 고속 전단 가공에서 스트레스로 유발되는 PC/ABS 블렌드의 degradation을 억제하고, 그 효과는 A3가 가장 뛰어난 것을 확인하였다.
흑진주미를 이용한 쌀식빵을 제조하기 위하여 흑진주미를 압출성형공법으로 팽화 처리한 후 이에 대한 물성 및 호화도를 측정하고, 팽화흑진주미의 첨가율에 따른 제빵적성과 관능검사를 검토하였다. 압출 성형물의 팽화율은 원료의 수분함량이 많을수록 낮아졌고, 전단강도와 용적율은 증가하였다. 원료의 수분을 20%로 조절하여 팽화하였을때 호화도는 92%였다. 팽화흑진주미를 첨가한 식빵의 부피는 첨가비율이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 무게에는 유의한 차이가 없었다. 색차는 팽화흑진주미를 첨가할수록 점차 식빵의 색이 어두워지고 적색을 많이 띄고 황색은 적어지는 경향을 나타내었으며, 팽화흑진주미의 첨가비율이 경도에는 유의한 영향을 주지 않았다. 관능검사 결과 팽화흑진주미를 첨가한 군이 향과 색, 맛에서 모두 대조군보다 높은 선호도를 나타냈으며, 향과 색, 맛, 조직감의 전체적인 선호도가 팽화흑진주미를 10% 첨가한 군에서 높게 나타났다.
LCP원섬유(fibril)와 폴리아미드6 (PA6)수지로 사출성형된 복합재료 박판(molded thin composite plaques)의 미세구조와 굽힘강도에 대한 에폭시수지 함유율의 효과를 살펴보았다. 성형은 LCP원섬유의 용융점 이하에서 하였으며 이렇게 만들어진 판재는 횡방향 배향을 보이는 두께 $65-120{\mu\textrm{m}}$의 표피층(surface skin layer), 유동방향과 거의 일치하는 배향을 보이는 표피아래층(sub-skin layer), 아크형 곡선유동형태를 보이는 심층(core layer)으로 구성되어 있었다. 에폭시함유율이 달라도 각 층의 미세구조방향은 유사하였으나 에폭시함유율이 증가함에 따라 LCP영역(domain)이 원섬유상에서 층상구조로 변했고 거시적 파괴진로(fracture path)는 인장형에서 전단형으로 바뀌었다. 또한 에폭시 4.8vol%에서 가장 우수한 굽힘강도와 파단변형율을 보였다. 굽힘강도를 수치해석한 결과 에폭시성분을 복합재에 부가하면 각 층의 두께와 미세구조 같은 기하학적인 형태가 변하면서 각 층 자체의 탄성계수와 강도가 열등화 되었음을 알았다.
Autoclaving, microwaving, 압출성형 등의 열 및 기계적 에너지에 대한 밀기울 세포벽의 반응성을 구명하기 위하여 수용성 분획의 특정을 연구하였다. 수용성 분획의 화학적 분석과 겔여과 크로마토그래피 결과에 의하면 밀기울에 포함되어 있는 전분의 호화가 가장 중요한 수용화 기작으로 작용하며, 이 과정에서 비전분성 세포벽 구성물질의 수용화도 일어냐는 것으로 밝혀졌다. 수용성의 비전분 다당류의 GC 분석결과 적용된 열처리 과정에서 세포벽의 arabinoxylan 부위가 많이 수용화되는 현상을 보였다. 특히, 고온파 고전단력을 동시에 제공하는 압출성형은 밀기울의 수용화에 가장 효율적이었으며, 또한 상대적으로 고분자량의 비전분성 구성성분을 수용 화시켰다.
사출성형 시 흐름자국이 생기지 않는 흐름성이 향상된 PP(Polypropylene) 복합재료를 제조하기 위한 연구를 진행하였다. PP는 분자량 분포와 용융지수(MI)가 다른 4종류의 PP를 사용하였으며, PP, 탈크, 고무와 약간의 첨가제로 구성된 PP컴파운드의 유변학적 특성은 Spiral Flow(SF), MI, 전단점도를 측정함으로써 평가하였다. 분자량 분포가 넓은 PP를 사용한 경우 MI가 상대적으로 낮다 하더라도 SF는 MI가 높은 PP보다 높게 관찰되는 경우도 있었다. 사출성형시 표면에 흐름자국이 발생하지 않도록 하기 위해서는 분자량 분포가 넓은 PP를 사용하는 것이 바람직 함을 확인하였다.
쌀전분의 다각적 이용을 위하여 고순도의 멥쌀전분과 찹쌀전분을 Alkali 침지법에 의해 제조하여 각각 드럼 건조기와 압출성형기로 변성전분을 제조한 후 특성을 검토하였다. 청값은 찹쌀전분이 가장 낮았으며 변성 후 L값이 감소하였다. 수분용해지수는 압출성형기로 제조한 변성전분들이 높은 값을 나타내었으며 수분흡수지수는 드럼건조기로 제조한 변성전분들이 높았다. Cold-Water-Solubility는 측정에서는 드럼건조기를 이용한 멥쌀변성전분이 가장 높았다. 각 시료들의 광투과도는 온도 증가에 따라 일정한 양상을 보이지 않았다. 드럼건조기로 제조한 멥쌀변성전분은 전단속도의 증가에 따라 점조성지수가 급격히 증가하였으며 항복응력도 가장 높은 값을 나타내었다. Gel Permeation Chromatography에 의하면 전분을 변성시킴에 따라 분자길이의 절단과 아밀로오스 분해가 일어남을 알 수 있었으며 X-선 간섭도형측정(XRI)에 의한 간섭도형은 피크를 상실한 V도형의 X-선 회절양상을 보임으로서 결정구조가 무정형으로 변화 된 것을 알 수 있었다.
전자기기 발열을 효율적으로 제어하기 위해 열전도성 복합재료에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 solvent 별 분산에 따른 carbon fiber의 배열성 관계를 알아보기 위해 Milled Carbon Fiber를 4가지 Solvent에 분산하고 Vacuum filtration 방법을 통해 탄소섬유강화 복합재료(CFRP)를 제작하였다. CFRP의 배열성을 알아보기 위해 광학현미경 관측과 섬광법을 통한 열전도도를 측정하였다. NMP와 Ethanol을 Solvent로 사용하여 성형한 CFRP의 평면두께방향 열전도도가 각각 10.79 W/mK, 10.57 W/mK 값을 보였고 이는 평면내부방향 열전도도에 비해 218%, 209% 향상된 결과를 보였다. Solvent의 상대적으로 높은 점도 값은 solvent 유체의 높은 전단력에 영향을 주어 성형 시 필러의 배열성을 결정하는데 영향을 주는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 아산만 지역의 해안 연약층에서 채취한 해성토의 거동을 자동화된 삼축실험기를 사용하여 비배수 상태하에서 실내실험과 모델예측을 수행하여 파괴전과 파괴상태시 응력-변형률 상태를 점토질 및 실트질 흙과 비교분석하였다. 채취한 해성토는 실트질 70%와 점토질 30%가 섞인 혼합토로 현장의 비교란 시료와 이를 재 성형한 시료의 2종류로 만들어 400kpa인 유효구속압력까지 등방압밀 시킨 후 압밀하중을 감소시키며 구속압이 각각 400, 200, 100, 67kpa인 경우에 비배수 상태로 삼축압축 및 인장실험을 하였다. 본 연구결과 모든 시료의 극한상태를 연결하면 일정한 파괴선에 도달하였으며 이때 파괴선은 순수점토나 실트에 비해서는 그 기울기에 차이가 있었다. 또한 정규압밀된 아산만 해성토에서는 전단초기에는 순수점토와 유사하게 전단하에서는 양의 간극수압이 발생하여 P'이 계속 감소하나 실트질에서 나타나는 상태변형선을 지나서는 체적팽창경향이 나타나며 전단강도가 증가하고 있다. 과압밀 시료는 체적변형 경향으로 순수실트와는 상당히 다른 거동을 보임을 알 수 있었다. 수정 Camflay모델 및 항복경계면 모델을 사용하여 예측한 결과 정규압밀된 경우에는 최대강도 이전까지는 실제거동을 적절히 예측할 수 있었으나 과압밀비$(2\leqOCR\leq6)$가 커질수록 그 거동에는 정량적인 차이를 보임을 알 수 있었다.
기후변화에 따른 토석류 발생과 그로 인한 피해가 세계적으로 증가 추세에 있다. 토석류 연구는 역학적 관점에서 파괴 후(post-failure) 거동에 해당하며 지반강도와 유동특성을 분석함으로써 특성화할 수 있다. 본 연구는 국내의 토석류 발생지역인 상주(화강암 풍화토), 인제(편마암 풍화토), 포항(이암 및 셰일) 지역을 대상으로 지반의 물성-전단강도 상관관계와 토석류의 유동특성을 평가하였다. 본 연구지역을 대상으로 스웨덴 낙하 콘(Swedish Fall cone) 시험장치를 이용하여 지반의 물성 및 지반강도 사이에 일정한 상관관계가 있음을 밝혔다. 실험결과에 따르면, 인제, 상주, 포항지역에서 채취된 시료에 대해 액성지수(IL)와 비배수 전단강도($C_{ur}$) 사이에 $C_{ur}=(1.2/I_L)^{3.3}$의 관계식이 성립한다. 토석류 흐름을 지배하는 항복응력은 재성형 비배수 전단강도에 상응하는 것으로 간주하고, Bingham 모델과 액성지수-항복응력 관계식을 이용하여 토석류의 유동성을 조사하였다. 유동해석은 국내 풍화토와 낮은 활성점토를 구분하여 적용하였다. 이때 액성지수는 액성한계를 기준으로 $I_L=1$, 1.5, 3.0으로 구분하여 비교분석하였다. 동일한 액성지수($I_L=1$)에 대해, 토석류의 발생 5분 경과 후 최대 이동거리는 250m에 다다른다. 액성지수가 3으로 증가 될 경우, 토석류의 이동거리를 5분까지 살펴본 결과, 국내 풍화토는 낮은 활성점토에 비해 2배 이상 큰 유동성이 있음을 알 수 있었다. 본 유동성 평가기술은 토석류 피해저감기술 전략수립에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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