PLA 폴리머 인장 실험 결과 분석

본 내용은 " 중앙대학교 고체재료실험 폴리머 인장 실험 결과 보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.10.20

문서 내 토픽

• 1. 폴리머 인장 시험

  Ultimaker 3D프린팅 기기를 이용하여 PLA 재질의 시편을 50% 밀도로 준비하고, 캘리퍼스로 시편의 단면적, 게이지 길이, 두께 등을 측정한 후 grip에 고정하여 인장시험을 수행했다. 시험 중 네킹 현상과 파단 현상을 관찰하고, 파단 후 시편의 파단면을 관찰하며 하중과 변위 데이터를 수집했다. 파단 전후의 물성치를 비교하여 재료의 변형 특성을 분석했다.

• 2. 응력-변형률 선도 및 탄성 계수

  초기 시편의 캘리퍼스 측정값과 실험에서 얻은 하중 및 변형 길이 데이터를 이용하여 응력과 변형률을 계산하고 Stress-Strain curve를 작성했다. 탄성 계수는 선형 구간의 두 점(0.000566465, 0.80376 MPa)과 (0.00538142, 18.4499 MPa)을 이용하여 3664.86 MPa로 계산되었으며, 이는 표준값 2346.5 MPa과 56.18%의 오차를 보였다.

• 3. PLA의 기본 물성

  PLA(폴리락틱산)의 기본 물성은 탄성 계수 2346.5 MPa, 항복 강도 49.5 MPa, 파단 강도 45.6 MPa, 파단 신장도 5.2%, 경도 83(Shore D), 비중 1.24 등으로 나타났다. 실험 결과에서는 항복 강도 31.7851 MPa, 인장 강도 31.9312 MPa, 연신율 0.00108573%, 단면적 감소율 0.0488058%로 측정되어 상당한 오차가 발생했다.

• 4. 인성과 탄성 변형률 회복

  인성(Toughness)은 재료가 파단되기 전까지 흡수하는 에너지로, 응력-변형률 선도의 곡선 아래 면적으로 표현된다. 탄성 변형률 회복은 하중 제거 후 탄성 변형이 원래대로 회복되는 성질이다. 본 실험에서 비례한도를 (0.00538142, 18.4499 MPa)로 가정하여 이전까지를 탄성 영역, 이후를 소성 영역으로 구분했으며, 소성 영역에서는 새로운 항복점이 생기고 탄성 영역이 더 길어진다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 폴리머 인장 시험

  폴리머 인장 시험은 재료의 기계적 성질을 평가하는 가장 기본적이고 중요한 시험 방법입니다. 이 시험을 통해 폴리머의 강도, 연신율, 탄성 계수 등 핵심 물성을 정량적으로 측정할 수 있습니다. 표준화된 시험 조건(온도, 습도, 변형 속도 등)을 엄격히 준수하는 것이 재현성 있는 결과를 얻기 위해 필수적입니다. 폴리머는 온도와 변형 속도에 민감한 특성을 보이므로, 다양한 조건에서의 인장 시험 데이터 축적이 실제 응용 분야에서의 성능 예측에 매우 유용합니다.

• 2. 응력-변형률 선도 및 탄성 계수

  응력-변형률 선도는 폴리머의 역학적 거동을 시각적으로 나타내는 가장 효과적인 도구입니다. 이 선도에서 초기 기울기인 탄성 계수는 폴리머의 강성을 나타내는 중요한 지표로, 분자 구조와 결정화도에 직접적인 영향을 받습니다. 선형 탄성 영역, 항복점, 경화 영역 등 각 구간의 특성을 이해하면 폴리머의 사용 조건을 결정할 수 있습니다. 특히 탄성 계수는 설계 단계에서 변형량을 예측하는 데 필수적이므로, 정확한 측정과 해석이 중요합니다.

• 3. PLA의 기본 물성

  PLA(폴리락틱산)는 생분해성 바이오플라스틱으로서 환경 친화적 특성으로 주목받고 있습니다. PLA는 상대적으로 높은 탄성 계수와 강도를 가지고 있어 경질 플라스틱 용도에 적합하지만, 낮은 신연성과 충격 강도가 제한 요소입니다. 유리 전이 온도가 약 60°C로 낮아 고온 환경에서의 사용이 제한적이며, 가수분해에 의한 열화가 발생할 수 있습니다. 이러한 단점을 보완하기 위해 가소제 첨가, 블렌딩, 복합재료화 등의 개질 기술이 활발히 연구되고 있습니다.

• 4. 인성과 탄성 변형률 회복

  인성은 폴리머가 파괴되기 전에 흡수할 수 있는 에너지의 양을 나타내는 중요한 물성으로, 응력-변형률 선도의 면적으로 표현됩니다. 탄성 변형률 회복은 외력 제거 후 원래 형태로 돌아가는 정도를 의미하며, 폴리머의 분자 구조와 온도에 따라 달라집니다. 일반적으로 인성이 높은 폴리머는 큰 변형을 견딜 수 있지만, 완전한 탄성 회복을 보이지 않을 수 있습니다. 이는 폴리머의 비탄성 변형(소성 변형)과 관련이 있으며, 용도에 따라 두 특성의 균형을 맞추는 것이 중요합니다.