고 변형률 속도에서 폴리프로필렌 및 열가소성 올레핀 소재의 기계적 거동에 대한 연구

초록

폴리프로필렌-유리 장섬유 소재(PP-LGF) 및 열가소성 올레핀(TPO) 소재는 폴리프로필렌의 기능을향상시킨 소재로 내열강성, 내충ỿ성, 가공성 등이 우수하여 자동차 내장재 및 건축 단열재로 각광받고 있다. 자동차 소재로 사용됨에 따라 고 변형률 속도의 충ỿ하중을 받게 되며, 변형률 속도에 따라 상이한 거동을 보이기 때문에 이를 고려하지 않는다면 제품 설계 시 충ỿ 성능이 과대 또는 과소 평가될 수 있다는 문제점이 있다. 본 연구에서는, PP-LGF 및 TPO 소재의 고속 압축 거동을 변형률 속도에 따라 측정하고 분석하였다. 변형률 속도 100 �ିଵ ~ 10,000 �ିଵ 범위에서 사용되는 홉킨슨바(SHPB)는 재료의 동석 거동 특성을 확인하기 위해 가장 널리 사용되는 장치이다. SHPB 시험은 입력봉 및 전달봉에서 측정된 변형률을 사용하여 시험편의 응력, 변형률 및 변형률 속도를 얻을 수 있는 응력파 전달 이론을 기반으로 한다. 고속 압축시험은 ASTM D695 에 따라 시편의 크기를 결정하였다. 또한 홉킨슨바를 통한 고속 압축 시험 수행 시 초고속 카메라를 이용하여 시편 표면의 변위를 측정하여 변형률을 계산하는 Digital Image Correlation (DIC) 방법을 통해 고 변형률 속도 하의 변형률에 대한 신뢰성 검증을 수행하였다. 시험 결과, 홉킨슨바를 이용한 압축시험에서 PP-LGF 와 TPO재료 모두 정적 압축 시험 보다 더 높은 압축 강도가 측정되었으며 DIC 를 통해 검증된 변형률도 시험값과 유사한 결과를 보였다. 결론적으로, 자동차 부품 설계 시 변형률 속도에 따른 물성을 고려하는 것이 필수적이며 본 연구의 결과를 토대로 에어백 성능 평가 및 설계에 적용할 예정이다.