충격보강제가 포함된 나일론에서 Izod 충격시편의 응력분포 해석 :Computer Simulation of Stress Distributions in Izod Impact Test Specimen for Impact Modifier Reinforced Nylon

박요한

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박요한 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 류민영

발행연도: 2014

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이용수1

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2014

충격보강제가 포함된 나일론에서 Izod 충격시편의 응력분포 해석

박요한 제품설계금형공학과 2014.01 학위논문

2013

충격보강제가 포함된 나일론 6에서 Izod 충격시험의 컴퓨터 모사

박요한 , 류민영 Elastomers and composites 2013.01 학술저널

2012

충격보강제가 포함된 나일론 시편에서 Izod 충격시험의 응력분포 해석

박요한 , 류민영 , D.R. Paul 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2012.10 학술대회자료

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고분자 소재는 금속 소재에 비해 기계적 강도, 특히 충격강도가 매우 취약하다. 고분자 소재의 충격강도 증대를 위해 충격보강제를 이용하는 경우가 많다. 또한 충격보강제의 함량과 분포에 따라 충격강도가 변화한다.
본 연구에서는 충격보강제가 함유된 나일론6에 대해서 충격보강 원리를 분석하고자 충격시험을 모사하였다. 이를 위해 나일론6에 포함된 충격보강제인 고무 첨가제의 모델링을 시도하였다. 또한, 충격보강제 개수와 분포에 따른 시편 모델링을 하였다. 모델링을 토대로 충격시험을 모사하고 충격시편 단면에서의 응력 분포 및 방향을 통해 충격강도 증대 원리를 관찰하였다. 시편 단면에서 충격보강제 유·무에 따른 해석을 하여 비교하였고, 충격보강을 위해 사용되는 고무첨가제의 표면처리 여부에 따른 해석도 수행하여 응력을 비교하였다. 또한 시편 단면에서 충격보강제의 개수와 분포를 변경시켜 해석을 하여 비교하였다. 해석결과 노치에서 발생한 응력이 내부로 전파되면서 충격보강제 주변으로 경로가 바뀌면서 응력이 감소되는 현상이 나타났다. 특히 충격보강제를 함유한 시편에서 노치부 표면의 응력이 낮았다. 또한, 크랙이 일어나는 방향과 직각인 방향의 주응력 크기도 충격보강제를 포함한 시편에서 낮게 나타났다. 이로 인해 크랙의 전파가 감소되고 충격강도가 증대되었다고 해석된다. 충격보강제의 개수와 분포의 변경은 충격보강제의 총 표면적을 고정했을 때와 부피를 고정했을 때로 나누어 해석을 하였다. 총 표면적을 고정시킨 해석의 경우 충격보강제의 개수가 증가할수록 부피가 감소하는 모델링이고, 해석 결과 노치 표면의 응력과 주응력의 크기가 점차 높게 나타났다. 이는 충격보강제 함유량의 감소로 인한 것으로 판단되고 충격강도가 증대된 것으로 해석된다. 총 부피를 고정시킨 해석의 경우 충격보강제의 개수가 증가할수록 총 표면적이 증가하는 모델링이고, 응력과 주응력이 점차 높게 관찰되었다. 이는 실제와 상이한 현상으로 판단된다.
해석과 실제의 차이는 해석에 사용된 물성과 고무 파티클 크기의 영향인 것으로 판단된다. 용도에 맞는 물성 모델 선택과 파단 해석도 고려되어야 할 것으로 사료된다. 이러한 컴퓨터모사 방법은 향후 실제 상황에 가깝게 발전시킬 수 있을 것으로 생각되고, 복합재료의 물성 증대 원인을 파악하는데 활용할 수 있다고 판단된다.

Polymer has low mechanical strength than metal. In particular, the impact strength is very weak. Impact modifier reinforced polymers are frequently used. In addition, impact strength is changed according to content and distribution of impact modifiers.
In this study, izod impact test has been simulated to analyze the mechanism of impact reinforcement of Nylon6 which contains impact modifier. The modeling of rubber particles added to Nylon6 as an impact modifier has been attempted. Based on the modeling, simulation of Izod impact test has been performed to observe the distribution and direction of stress at the cross-section of impact specimen. Five computer simulation models for Nylon6 were investigated. Those were without impact modifier, containing impact modifier without surface treatment, and containing impact modifier with surface treatment in the Nylon6. In addition, according to number of rubber particle and distribution were simulated. Impact modifier reinforced Nylon6 specimen showed low stress distribution in the cross-section and specially notch surface. Principal stress in perpendicular direction to crack was also lowered in impact modifier reinforced Nylon6. These enhanced impact resistance and crack propagations. The total volume of rubber particles were increases, the stress at the notch were decreases. These result caused by reduction of rubber particle. The total volume were fixed, the surface of notch shows high stress distribution according to number of rubber particle were increased. This result was different with the experiment despite same volume of rubber particle.
The difference between computer simulation and experimental is due to the influence of the material model and rubber particle size. These method of computer simulation could be developed to actual simulation. Through this study it was realized that the computer simulation can be utilized to investigate the property enhancement of composite materials.

#Izod impact test #Rubber particle #Impact modifier #Nylon6 #Principal stress

1. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구목적 7
2. 이론적 배경 8
2.1 충격강도 8
2.2 파면해석 14
3. 컴퓨터 해석 17
3.1 해석 배경 17
3.2 해석 모델링 및 경계조건 18
4. 결과 및 고찰 25
4.1 충격보강제 미포함 해석 25
4.2 충격보강제 포함 해석 28
4.3 충격보강제 개수 및 분포 변경에 따른 해석 37
5. 결 론 56
참고문헌 57
영문초록(Abstract) 59
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