이종재료 강화 폴리우레탄 폼의 압축강도 및 단열특성에 관한 연구

Abstract

폴리우레탄 폼은 우수한 단열 및 보냉성, 충격흡수성 그리고 경량성의 이유로 조선해양, 자동차, 냉동시스템, 건축자재와 같은 다양한 산업 분야에서 널리 사용되어 왔다. 특히, 폴리우레탄 폼은 LNG 운반선의 화물창과 같은 극저온 구조물에 사용되는 핵심 재료이다. LNG 운반선의 화물창은 외부로부터의 열침입과 내부에서 발생하는 슬로싱 하중을 견디기 위해 기계적 및 열특성 조건을 충족해야 한다. 본 연구에서는 이종재료 강화 폴리우레탄 폼을 유리섬유에 비해 우수한 단열특성을 갖는 재료를 이용하여 제조하였다. 기존 유리섬유 강화 폴리우레탄 폼과 이종재료 강화 폴리우레탄 폼의 압축강도 및 단열특성을 비교하기 위해 압축시험과 열전도율 시험을 수행하였다. 압축시험 결과, 원액 중량 대비 이종재료 함량이 0.5 wt.%인 경우 이종재료 강화 폴리우레탄 폼의 압축강도가 가장 컸으며 기존 유리섬유 강화 폴리우레탄 폼의 압축강도 대비 약 4.3 % 향상됨을 확인하였다. 열전도율 시험 결과, 원액 중량 대비 이종재료 함량이 0.5 wt.%, 1 wt.%, 1.5 wt.%, 2 wt.%인 경우 이종재료 강화 폴리우레탄 폼의 열전도율은 모두 기존 유리섬유 강화 폴리우레탄 폼의 열전도율 대비 약 3.6 % 향상되었다. 압축시험 및 열전도율 시험 결과에 기반하여, 고밀도 경질 폴리우레탄 폼에 대한 이종재료의 적용가능성을 압축강도 및 단열특성 관점에서 고찰하였다. Polyurethane foams (PUFs) have been widely used in various industrial fields such as marine shipbuilding, motor industry, refrigeration system and building materials due to their excellent heat and cold insulation, shock absorption, and light weight. Particularly, the PUFs are core materials used in cryogenic structures such as LNG cargo containment systems. The LNG cargo containment systems should meet the requirements of mechanical and thermal properties to withstand external heat flows and internal sloshing loads. In this study, dissimilar material reinforced PUFs were manufactured using a material with a better heat insulation property compared to glass fibers. In order to compare the compressive strength and heat insulation property of dissimilar material reinforced PUFs with those of the conventional glass fiber-reinforced PUFs, compressive and thermal conductivity tests were performed. The results of compressive tests showed that the compressive strength of dissimilar material reinforced PUFs was highest for 0.5 wt.% of dissimilar material, and it was improved by approximately 4.3 % compared to that of conventional glass fiberreinforced PUFs. The results of thermal conductivity tests revealed that the thermal conductivity of dissimilar material reinforced PUFs, in case of 0.5 wt.%, 1 wt.%, 1.5 wt.% and 2 wt.%, was enhanced by approximately 3.6 % compared to that of conventional glass fiber-reinforced PUF. Based on the compressive and thermal conductivity test results, the applicability of dissimilar materials to the high density rigid PUFs were investigated in terms of the compressive strength and heat insulation property.