간헐 압축응력완화 시험법과 시간-온도 중첩 이론을 이용한 NBR 오링의 노화 거동 분석 연구

이진혁(Jin Hyok Lee),배종우(Jong Woo Bae),최명찬(Myung Chan Choi),윤유미(Yu Mi Yun),김원호(Wonho Kim),박성한(Sung Han Park),조남주(Nam-Ju Jo) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회지 Vol.23 No.1

간헐 압축응력 완화와 시간-온도 중첩 원리를 이용한 FKM 오링의 수명 예측 연구

이진혁 ( Jin Hyok Lee ),배종우 ( Jong Woo Bae ),김정수 ( Jung Su Kim ),황태준 ( Tae Jun Hwang ),박성두 ( Sung Doo Park ),박성한 ( Sung Han Park ),여태민 ( Yeo Tae Min ),김원호 ( Won Ho Kim ),조남주 ( Nam Ju Jo ) 한국고무학회 2010 엘라스토머 및 콤포지트 Vol.45 No.4

간헐 CSR 측정법을 이용하여 FKM 오링의 노화 거동과 수명 예측에 관하여 연구하였다. Intermittent CSR 지그는 오링의 실제 사용환경을 고려하여 설계 제작하였다. 각 측정 조건에 따른 마찰 영향, 열 손실 영향 및 Mullins 효과에 의한 간헐 CSR의 응력 거동 변화를 관찰하였다. 오링의 노화 거동은 60~160 ℃에서의 가속 노화 연구를 통하여 관찰하였다. 고온 영역(100~160 ℃)에서 오링은 선형 노화 거동을 나타내었으며, 아레니우스 관계를 만족시켰다. 이때의 활성화 에너지는 60.2 kJ/mol로 나타났다. 아레니우스 도식으로 부터, 오링의 예측 수명은 고장 조건 50%와 40%에 대하여 각각 43.3 년과 69.6 년으로 나타났다. 시간-온도 중첩 원리를 이용하여 60 ℃에서의 노화 거동을 관찰하였으며, 실험 시간을 절약 할 수 있었다. 60~100 ℃의 저온 영역에서의 활성화 에너지는 48.3 kJ/mol로 감소하였다. WLF(William-Landel-Ferry) 도식을 통하여 FKM 오링은 100 ℃ 이하에서 비선형 노화 거동을 나타내 는 것을 확인하였다. 시간-온도 중첩 원리로부터, FKM 오링의 수명은 고장 조건 50%와 40%에 대하여 각각 19.1년 과 25.2년으로 나타났다. 시간-온도 중첩 원리를 이용하여 예측한 오링의 수명이 아레니우스 관계에 의한 수명 보다 보수적인 것으로 나타났다. Intermittent CSR testing was used to investigate the degradation of an FKM O-ring, also the prediction of its life-time. An intermittent CSR jig was designed taking into consideration the O-ring`s environment under use. The testing allowed observation of the effects of friction, heat loss, and stress relaxation by the Mullins effect. Degradation of O-rings by thermal aging was observed between 60 and 160 ℃. In the high temperature of range (100-160 ℃) O-rings showed linear degradation behavior and satisfied the Arrhenius relationship. The activation energy was about 60.2 kJ/mol. From Arrhenius plots, predicted life-times were 43.3 years and 69.9 years for 50% and 40% failure conditions, respectively. Based on TTS (time-temperature superposition) principle, degradation was observed at 60 ℃, and could save testing time. Between 60 and 100 ℃ the activation energy decreased to 48.3 kJ/mol. WLF(William-Landel-Ferry) plot confirmed that O-rings show non-linear degradation behavior under 80 ℃. The life-time of O-rings predicted by TTS principle was 19.1 years and 25.2 years for each failure condition. The life-time predicted by TTS principle is more conservative than that from the Arrhenius relationship.

카르복실화 SBR 라텍스와 산화아연을 이용한 SBS의 내마모성과 데브리스(debris) 개선 연구

이진혁 ( Jin Hyok Lee ),배종우 ( Jong Woo Bae ),김정수 ( Jung Su Kim ),윤유미 ( Yoo Mi Yoon ),조남주 ( Nam Ju Jo ) 한국고무학회 2013 엘라스토머 및 콤포지트 Vol.48 No.3

본 연구에서는 carboxylated SBR latex와 zinc oxide가 SBS 복합재의 내마모성과 debris 특성 개선에 미치는 영향을 관찰하였다. 실리카를 첨가한 SBS 복합재는 실리카 입자간의 수소 결합에 의한 강한 filler-filler interaction으로 인한 낮은 분산성 때문에 기계적 강도, NBS 내마모성, debris 특성이 전체적으로 감소하는 것으로 나타났다. carboxylated SBR latex를 첨가한 SBS 복합재는 carboxyl group과 실리카의 silanol group간의 결합을 통하여 filler-filler interaction이 감소하고 실리카의 분산성이 증가하기 때문에 기계적 강도, NBS 내마모성, debris특성이 향상되는 것을 확인 하였다. carboxylated SBR latex와 zinc oxide를 동시에 첨가한 경우, carboxyl group에 의한 실리카의 분산성 향상과 더불어 zinc ion과 carboxyl group간의 ion cluster 형성을 통하여 물성이 크게 증가하였다. Zinc ion과 carboxyl group간의 ion cluster 형성은 1550~1650cm-1의 zinc carboxylate group stretch 피크의 FT-IR 분석 결과로 확인하였다. carboxylated SBR latex와 zinc oxide를 첨가한(SC-4) 복합재의 경우, 인장강도156kgf/cm2, 신장율 936%, 인열강도 59.4kgf/cm의 우수한 기계적 강도를 나타내었으며, NBS 내마모성은 338%로 가장 우수한 특성을 나타내었다. 또한, 표면 마찰 시에 debris 발생 역시 크게 감소하며, 표면 마찰 저항의 증가로파도 형태의 마모 특성을 나타내었다. In this study, we observed the effect of carboxylated SBR latex and zinc oxide on styrene-butadiene-styrene( SBS) composites for improving abrasion and debris. SBS composite, which added only silica, showed poor mechanical properties, NBS abrasion, and debris, caused by strong filler-filler interaction of silica. In case of adding carboxylated SBR latex, mechanical properties, NBS abrasion and debris of SBS composite were improved. Because of carboxyl group of carboxylated SBR latex interacted with silanol group of silica. Both carboxylated SBR latex and zinc oxide were added, SBS composite showed highest mechanical properties, NBS abrasion, and debris by forming ion cluster between carboxylated SBR latex and zinc oxide. By FT-IR analysis, ion clusters were confirmed that observed zinc carboxylated group stretch peak at 1550~1650cm-1 range. SBS composite, SC-4, showed excellent mechanical properties ; tensile strength 156kgf/cm2, elongation 936%, tear strength 59.4kgf/cm ; and excellent abrasion characteristics ; NBS abrasion 338%. Also, debris of SC-4 was minimized and showed wave-shape in fracture surface.

간헐 압축응력완하 시헙법을 이용한 아크릴로니트릴 고무 오링의 수명 예측 연구

이진혁(Jin Hyok Lee),배종우(Jong Woo Bae),김재일(Zaeill Kim),최창선(Chang Sum Choi),조남주(Nam-ju Jo) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

Intermittent CSR 측정법을 이용하여 NBR 오링의 노화 거동과 수명 예측에 관하여 연구하였다. Intermittent CSR jig는 오링의 실제 사용 환경을 고려하여 설계 제작하였다. 오링의 노화 거동은 80~100℃에서의 가속 노화 연구를 통하여 관찰하였다. 오링은 선형 노화 거동을 나타내었으며, Arrhenius relationship을 만족시켰다. 이때의 활성화 에너지는 66.8 kJ/mol로 나타났다. Arrhenius plot으로 부터, 오링의 예측 수명은 고장 조건 10%에 대하여 21.0 년으로 나타났다. Intermittent CSR testing was used to investigate the degradation of a NBR O-ring, and also the prediction of its life-time. An intermittent CSR jig was designed taking into consideration the O-ring’s environment under use. Degradation of O-rings by thermal aging was observed between 80 and 100 ℃. O-rings showed linear degradation behavior and satisfied the Arrhenius relationship. The activation energy was about 66.8 kJ/mol. From Arrhenius plots, predicted life-times were 21.0 years for 10% failure conditions, respectively.

X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS) 분석법을 이용한 FKM 오링의 노화 메카니즘 분석 연구

이진혁(Jin Hyok Lee),배종우(Jong Woo Bae),윤유미(Yu Mi Yoon),최명찬(Myung Chan Choi),조남주(Nam-ju Jo) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 분석법을 이용하여 FKM O-ring의 대기중에서의 노화 메카니즘을 관찰하였다. FKM O-ring은 선경 3.53mm, 내경 91.67mm인 오링을 시편으로 사용하였다. 노화 후 FKM O-ring의 oxygen 원소의 농도가 20.39%로 증가하였으며, fluorine 원소는 각각 8.29%로 감소하는 경향을 나타내었다. 이를 통하여 산소에 의한 산화 반응이 FKM O-ring의 주요 노화 반응으로 나타났다. C1s와 F1s 피크 분석 결과, FKM O-ring의 주쇄중 C-F 결합에서 산화 반응이 주로 진행되는 것으로 나타났다. 또한 O1s 피크 분석 결과, 산화 반응을 통하여 C-OH, C=O, 그리고 O=C-O 구조를 형성하며, 주로 카르복실기가 생성되는 것으로 나타났다. In this study, we observed degradation mechanism of FKM O-ring by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) at atmosphere condition. FKM O-ring had 3.53mm of cross-sectional diameter and 91.67mm of inner diameter. After thermal degradation, oxygen atom concentration of FKM O-ring was increased to 20.39%, and fluorine atom concentration was decreased to 8.29%. We observed that degradation reaction occurred by oxidation reaction. By C1s and F1s peak analysis, we confirmed that oxidation reaction usually occurred at C-F bonding of FKM main chain. Also, carboxyl group(C-OH, C=O, O=C-O) produced by oxidation reaction from O1s peak analysis.

간헐 압축응력완하 시헙법을 이용한 불소 실리콘 오링의 수명 예측 연구

이진혁(Jin Hyok Lee),배종우(Jong Woo Bae),윤유미(Yu Mi Yoon),최명찬(Myung Chan Choi),조남주(Nam-ju Jo) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

Intermittent CSR 측정법을 이용하여 불소 실리콘 오링의 노화 거동과 수명 예측에 관하여 연구하였다. Intermittent CSR jig는 오링의 실제 사용 환경을 고려하여 설계 제작하였다. 오링의 노화 거동은 60~170℃에서의 가속 노화 연구를 통하여 관찰하였다. 오링은 100℃ 이하에서 비선형 노화 거동을 나타내었다. 오링의 수명은 고장 조건 50%에 대하여 Arrhenius plot으로부터 32.6년, WLF plot으로부터 26.2년으로 나타났다. Intermittent CSR testing was used to investigate the degradation of a FVMQ O-ring, and also the prediction of its life-time. An intermittent CSR jig was designed taking into consideration the O-ring’s environment under use. Degradation of O-rings by thermal aging was observed between 60℃ and 170℃. O-rings showed non-linear degradation behavior under 100℃. At 50% of failure condition, predicted life-times were 32.6 years by Arrhenius plot and 26.2 years by WLF plot.

NBR 오링의 기밀력과 영구압축줄음율간의 상관관계 해석 연구

이진혁(Jin Hyok Lee),배종우(Jong Woo Bae),최명찬(Myung Chan Choi),윤유미(Yu Mi Yun),김원호(Won Ho Kim),박성한(Sung Han Park),조남주(Nam Ju Jo) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.11

간헐 압축응력 완화를 이용한 가교 구조가 hydrogenated NBR 오링의 수명에 미치는 영향 연구

이진혁 ( Jin Hyok Lee ),배종우 ( Jong Woo Bae ),김정수 ( Jung Su Kim ),황태준 ( Tae Jun Hwang ),최유석 ( Yu Seok Choi ),백광세 ( Kwang Sae Baek ),조남주 ( Nam Ju Jo ) 한국고무학회 2011 엘라스토머 및 콤포지트 Vol.46 No.2

Intermittent CSR 측정법을 이용하여 hydrogenated NBR(이하 HNBR) 오링의 노화 거동과 수명 예측에 관하여 연구하였다. HNBR 오링의 가교 구조는 황 가교와 퍼옥사이드 가교를 이용하여 각각 제조하였다. Intermittent CSR jig는 오링의 실제 사용환경을 고려하여 설계 제작하였다. 각 측정 조건에 따른 마찰 영향, 열 손실 영향 및 Mullins effect에 의한 intermittent CSR의 응력 거동 변화를 관찰하였다. 오링의 노화 거동은 100~120 ℃에서의 가속 노화 연구를 통하여 관찰하였다. 고장조건 50%와 40%에 대하여 HNBR 오링은 선형 노화 거동을 나타내었으며, Arrhenius relationship을 만족시켰다. HNBR-S 오링의 활성화 에너지는 70.6 kJ/mol로 나타났으며, Arrhenius plot으로부터 오링의 예측 수명은 고장 조건 50%와 40%에 대하여 각각 31.1년과 33.7년으로 나타났다. HNBR-P 오링의 활성화 에너지는 72.1 kJ/mol로 나타났으며, Arrhenius plot으로부터 오링의 예측 수명은 고장 조건 50%와 40%에 대하여 각각 34.0년과 36.5년으로 나타났다. 황 가교에 비하여 퍼옥사이드 가교에서 고무의 노화 속도가 느리게 나타났으며, 활성화 에너지는 높게 나타났다. Intermittent CSR testing was used to investigate the degradation of a hydrogenated NBR(HNBR) O-rings, and also the prediction of its life-time. The cure system of HNBR O-ring was controlled as sulfur cure and peroxide cure system. An intermittent CSR jig was designed taking into consideration the O-ring``s environment under use. The testing allowed observation of the effects of friction, heat loss, and stress relaxation by the Mullins effect. Degradation of O-rings by thermal aging was observed between 100 and 120 ℃. In the temperature range of 100 - 120 ℃, O-rings showed linear degradation behavior and satisfied the Arrhenius relationship. The activation energy of HNBR-S was about 70.6 kJ/mol. From Arrhenius plots, predicted life-times of HNBR-S O-ring were 31.1 years and 33.7 years for 50% and 40% failure conditions, respectively. In case of HNBR-P, the activation energy was about 72.1kJ/mol, and predicted life-times were 34.0 years and 36.5 years for 50% and 40% failure conditions, respectively. The peroxide cure system showed slower degradation rate and higher activation energy than the sulfur cure system.

NBR 오링에 대한 신뢰도 추정 및 보증

이진욱(Chinuk Lee),문병민(Byeongmin Mun),배석주(SukJoo Bae),이진혁(Jin Hyok Lee),김재일(Zaeill Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

오링은 추진체나 파이로 장치 내부에서 발생한 기체나 압력의 누설 방지를 위하여 사용되며 기밀 성능에 따라 발사체의 작동 성능에 큰 영향을 미치는 부품이다. 본 연구에서는 파이로 장치에 사용되는 NBR O-ring에 대한 가속노화시험을 통하여 얻은 고장 데이터를 바탕으로 정상조건에서의 수명을 예측하고자 한다. 가속노화시험은 NBR 오링 2-007, 2-008, 3-903 parker와 3-903 shnetu형을 대상으로 하였고 온도를 가속 인자로하여 수준 별(80,90,100도) 오링의 초기 대비 Sealing force를 측정하였다. 가속 노화시험을 통해 얻은 데이터를 바탕으로 와이블 분포(Weibull distribution)과 아레니우스 함수(Arrhenius equation)을 결함한 아레니우스-와이블 모형을 적용하여 각 오링 표본에 대한 모수 및 B10 수명을 추정하였다. O-ring is major component used in pyrotechnic device to prevent the gas or pressure leakage and its quality have major influence for pyrotechnic mission success. This study show the life expectancy of NBR O-ring in normal condition by application of failure data from accelerated aging test. Aging test has performed on 2-007,2-008,3-903 parker and 3-903 shnetu type O-ring. Temperature factor is set as acceleration factor and measure the change of sealing force at each passing time. Based on achieved data from accelerated aging test, Arrhenius-Weibull model which is combined model of weibull distribution and arrhenius equation to estimate the parameter for each O-ring samples. After estimation of activation energy and parameters for each O-ring sample, we estimate the B10 life for each sample.

유로키나제 분리를 위한 아민화 HPP-g-GMA 중공사 이온교환체의 합성에 관한 연구

황택성(Taek Sung Hwang),이진혁(Jin Hyok Lee) 한국고분자학회 2002 폴리머 Vol.26 No.2