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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최해운
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 계명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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친환경적 공법인 고밀도에너지 레이저 투과 접합 기술(980nm)을 이용하여 광경화성 수지와 열경화성수지의 접합방법에 대한 연구로, 3D프린터를 이용하여 광경화성수지(폴리우레탄)에 패턴을 주어 열가소성수지(아세테이트)와 접합하는 연구내용을 보고 하였다.
먼저 폴리우레탄의 광학적 특성을 알아보기 위해 산란실험을 진행하였으며, 실험결과 파장이 길수록 투과율과 반사율은 높아지지만 산란과 흡수율은 낮아지는 것을 알 수 있었다. 또한 HD로 제작을 했을 경우 투과율은 낮고 재료에 입사가 이루어지는 비율도 크기 때문에 UHD에 비하여 제작 정밀도가 조금 떨어진다는 것을 알 수 있다.
접합실험은 유동성이 좋은 아세테이트와 폴리우레탄의 기계적 결합력을 크게 하기 위해 폴리우레탄에 두 가지 패턴을 주었다. 첫 번째 패턴으로는 폴리우레탄을 격자무늬로 설계하여 아세테이트가 폴리우레탄에 침습되도록 하였다. 두 번째 패턴으로는 폴리우레탄을 볼록렌즈 형태로 설계하여 아세테이트와 기계적 결합이 일어나도록 하였다. 이는 볼록렌즈일 때 레이저 열원이 폴리우레탄에 투과되어 아세테이트에 에너지가 골고루 전달되도록 하기 위해서이다.
접합 실험 결과로 첫 번째 격자무늬의 패턴에서는 8 watt 500 mm/min에서의 모재에 대한 파단으로 인장강도는 18.1 N/mm2, 9 watt 500 mm/min에서는 인장강도는 16.2 N/mm2 으로 나타났다. 접합부가 파단이 되지 않고 모재에서의 파단으로 접합부의 강도는 측정 할 수 없지만 모재의 파단으로 접합부의 강도는 신뢰성이 충분히 확보 되었다. 그리고 모재에서의 파단 된 인장강도가 폴리우레탄 물성치의 인장강도보다 작게 나오는데 이것은 열에 의해 폴리우레탄이 영향을 받아 강도가 약해진 것으로 분석 된다. 또한 8 watt에서의 인장강도가 높게 나타나는데 이는 9 watt에서 적절한 레이저 에너지 소입 및 균질한 아세테이트 충진률로 기인한 것으로 분석 된다. 두 번째 실험인 볼록렌즈 패턴에서는 pitch-0.5mm 일 때가 pitch-0.75mm 일 때보다 인장강도가 높은 것을 확인 할 수 있다. 이것은 레이저의 열원이 렌즈에 의해 분산되어 아세테이트가 폴리우레탄에 충진이 되는 공간이 pitch-0.5mm일 때가 더 적합하다는 것을 나타낸다.
본 연구를 통해 비접촉식인 레이저를 사용하여 계면에 열원을 주어 접합을 하였으며 폴리머에 손상이 없고 재생성이 가능하다. 바이오 폴리머를 사용하였기 때문에 환경오염을 줄여줄 수 있고 열경화성수지의 특징인 열에 의한 변형력이 적은 성질과 열가소성수지의 특징인 열에 의한 유동성을 동시에 만족시킬 수 있는 복합소재 생산이 가능할 것으로 전망된다.
먼저 폴리우레탄의 광학적 특성을 알아보기 위해 산란실험을 진행하였으며, 실험결과 파장이 길수록 투과율과 반사율은 높아지지만 산란과 흡수율은 낮아지는 것을 알 수 있었다. 또한 HD로 제작을 했을 경우 투과율은 낮고 재료에 입사가 이루어지는 비율도 크기 때문에 UHD에 비하여 제작 정밀도가 조금 떨어진다는 것을 알 수 있다.
접합실험은 유동성이 좋은 아세테이트와 폴리우레탄의 기계적 결합력을 크게 하기 위해 폴리우레탄에 두 가지 패턴을 주었다. 첫 번째 패턴으로는 폴리우레탄을 격자무늬로 설계하여 아세테이트가 폴리우레탄에 침습되도록 하였다. 두 번째 패턴으로는 폴리우레탄을 볼록렌즈 형태로 설계하여 아세테이트와 기계적 결합이 일어나도록 하였다. 이는 볼록렌즈일 때 레이저 열원이 폴리우레탄에 투과되어 아세테이트에 에너지가 골고루 전달되도록 하기 위해서이다.
접합 실험 결과로 첫 번째 격자무늬의 패턴에서는 8 watt 500 mm/min에서의 모재에 대한 파단으로 인장강도는 18.1 N/mm2, 9 watt 500 mm/min에서는 인장강도는 16.2 N/mm2 으로 나타났다. 접합부가 파단이 되지 않고 모재에서의 파단으로 접합부의 강도는 측정 할 수 없지만 모재의 파단으로 접합부의 강도는 신뢰성이 충분히 확보 되었다. 그리고 모재에서의 파단 된 인장강도가 폴리우레탄 물성치의 인장강도보다 작게 나오는데 이것은 열에 의해 폴리우레탄이 영향을 받아 강도가 약해진 것으로 분석 된다. 또한 8 watt에서의 인장강도가 높게 나타나는데 이는 9 watt에서 적절한 레이저 에너지 소입 및 균질한 아세테이트 충진률로 기인한 것으로 분석 된다. 두 번째 실험인 볼록렌즈 패턴에서는 pitch-0.5mm 일 때가 pitch-0.75mm 일 때보다 인장강도가 높은 것을 확인 할 수 있다. 이것은 레이저의 열원이 렌즈에 의해 분산되어 아세테이트가 폴리우레탄에 충진이 되는 공간이 pitch-0.5mm일 때가 더 적합하다는 것을 나타낸다.
본 연구를 통해 비접촉식인 레이저를 사용하여 계면에 열원을 주어 접합을 하였으며 폴리머에 손상이 없고 재생성이 가능하다. 바이오 폴리머를 사용하였기 때문에 환경오염을 줄여줄 수 있고 열경화성수지의 특징인 열에 의한 변형력이 적은 성질과 열가소성수지의 특징인 열에 의한 유동성을 동시에 만족시킬 수 있는 복합소재 생산이 가능할 것으로 전망된다.
목차
제1장 서론 11.1 연구배경 및 목적 11.2 레이저 투과 접합 기술의 원리 및 방법 4제 2 장 3D프린터를 이용한 실험 52.1 3D프린터 재료인 폴리우레탄(polyurethane)의 광학 특성평가 52.1.1 3D프린터 장치 52.1.2 산란실험 방법 및 장치구성 72.1.3 투과, 반사율실험 조건 및 측정 92.1.4 산란이론에 따른 산란율 예측 152.2 3D프린터를 이용한 광학부품 제작 및 특성파악 192.2.1 광학장치 및 이론배경 192.2.2 렌즈 설계 202.2.3 3D프린터를 이용한 광학부품 제작 및 가공 특성평가 21제 3 장 레이저를 이용한 폴리머 접합실험 293.1 패턴을 이용한 극성이 다른 폴리우레탄과 아세테이트 접합실험 293.1.1 재료준비 293.1.2 실험장치 및 구성 353.1.3 접합실험 383.1.4 접합강도 시험 49제 4 장 결론 및 고찰 55참고 문헌 57
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