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자기유변엘라스토머 소개
Introduction of Magnetic Rheological Elastomer
(MRE)
조원오1, 김철현1, 이철희2
장암칼스주식회사1
인하대학교 기계공학과2
Introduction
MR(Magneto-Rheological) Fluid
미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 마이크로 크기의 자성을 가질 수 있
는 입자들을 분산시킨 비콜로이드 용액
자기장이 부하되지 않은 상태에서는 분산 입자가 뉴튼 유체의 성질을 가짐
자기장이 부하되면 분산 입자가 분극화를 일으켜 부하된 자기장과 평행한
방향으로 섬유질이 형성되어 전단력이나 유동에 대한 저항력이 생기는 빙
햄 유체의 성질을 가짐
※빙햄(Bingham) 유체 : 자기장 부하시 입자가 대전되어 체인 구조를
형상하여 항복응력을 갖는 유체
Advanced Vehicle Design & Control Lab.
2
MRF (Magnetic Rheological Fluid
Liquid Phase
(Current Off)
자기장이 부하되면 분산입자가
분극화를 일으켜 부하된 자기장과
평행한 방향으로 섬유질을 형성
[MR Fluid]
Solid Phase
(Current On)
MRE (Magnetic Rheological Elastomer
No Magnetic Force
천연고무나 실리콘 고무와 같은 폴리머
재료 안에 극성을 이루는 입자들을
첨가한 자기 유변 탄성물질(고체)
자기장에 의한 강성변화
진동 제어 적용
Applied Magnetic Force
2액형 부가 반응 실리콘 고분자 합성
MR Elastomer 제조
• 높이 조절이 가능한 금형을 개발
• 금속입자와 실록산의 결합 특성 부여
• 2액형 실록산을 이용한 비중 3.55의 MRE 제작
Manufacture
Manufacture of MR Elastomer
실리콘 고무 기반의 MR Elastomer
α, ω-Vinyl polydimethylsiloxan
α, ω-Hydrido polydimethylsiloxan
-> 실리콘 젤의 합성
자성에 대하여 극성을 나타내는 충전재
-> Fe, Ni, Co 분말
Adhesion Promoter 와 촉매 첨가
Advanced Vehicle Design & Control Lab.
7
Experiment
Experiment
Shaker 가진
Accelerometer
DAQ Device
LABVIEW
Sine
Sweeping
Measurement
데이터 수집
주파수 분석
Advanced Vehicle Design & Control Lab.
8
Experiment
Experiment
Accelerometer
Mass : 500 g
1
두께에 따른
공진주파수 변화 비교
(10 mm, 15 mm, 20 mm)
MRE
Electromagnet
: 0.2 T
2
방향성에 따른
공진주파수 변화 비교
(상하방향성, 비방향성, 좌우방향성)
Shaker
: 2Hz~500Hz
Advanced Vehicle Design & Control Lab.
9
Results
Experimental Results
좌우 방향성_10mm
9 가지 샘플에 대한 실험 수행
- 10 mm_ 상하방향성, 비방향성, 좌우방향성
- 15 mm_ 상하방향성, 비방향성, 좌우방향성
- 20 mm_ 상하방향성, 비방향성, 좌우방향성
Ex)
10 mm _ 좌우방향성
130 Hz -> 293 Hz 공진주파수 이동
Advanced Vehicle Design & Control Lab.
10
Natural Frequency Shift에 의한 진폭변화
• 10mm 두께 좌우방향성 MRE 사용
• 공진주파수 근처 영역대(170Hz)에서 실험 수행
• 공진 주파수 이동 폭이 가장 큰 MRE의 두께 설정
-> 약 16mm
Results
Experimental Results
방향성
두께
10mm
15mm
20mm
상하 방향성
비 방향성
좌우 방향성
Unapplied
(Hz)
Applied
(Hz)
Unapplied
(Hz)
Applied
(Hz)
Unapplied
(Hz)
Applied
(Hz)
149
278.5
130.2
293.7
171.4
289.3
+129.5 (187%)
96.2
252.3
+156.1 (262%)
67
163.7
+96.7 (244%)
+163.5 (225%)
87.4
237.9
+150.5 (272%)
64.8
145.4
+80.6 (224%)
+117.9 (169%)
89.4
+131.6 (247%)
66.6
154.7
+88.1 (232%)
 두께, 방향성에 따라 공진주파수의 이동 정도가 다양함.
Advanced Vehicle Design & Control Lab.
221
12
Results
Optimization of MR Elastomer
1) 두께, 방향성 두가지 변수에 대한 Shift Percentage의 RSM (iSIGHT 사용)
2) 두께(10~20mm), 방향성(상하: 10, 비방향성: 0, 좌우: -10)
Advanced Vehicle Design & Control Lab.
13

MRE 동특성 해석을 위한 실험 계획
전자석 위에 MRE를 올려놓고 하부에서 자기장 인가
-MRE의
상부에 가속도 센서를 부착하여 MRE의 진
동에 의한 진폭 측정
MRE 동특성 실험 결과 분석 및 MRE 개발 방향 제
시

[동특성 실험 구성도]
[MRE의 실험 결과 그래프]
원통방향, 원통수직방향, 비방향성의 MRE에 대한 동특성 실험
-Impact
Hammer를 이용한 세가지 방향성의 Free상태/Magnet
상태의 공진주파수 측정

•
유.무기 복합 및 융합 MRE 개발
PU Gel 단독구조, Siloxane(비교) 단독 구조
유,무기 복합 및 융합 MRE
- Siloxane의 내구성을 보완하기
위하여 Polyurethane 사용
•
PU Gel + Siloxanediol copolymer 구조(융합)- Polyurethane의 내구성와
Siloxane의 공진주파수 이동
성능을 합하기 위하여
두 재료를 융합, 복합하여 사용
•
PU Gel encapsulated Siloxane 구조(복합)
- 융합구조는 두 성분을 화학적으로,
복합구조는 두 성분을 물리적으로
결합
유, 무기 복합 MRE 개발
•
폴리우레탄과 실록산을 복합, 융합하여 MRE 제작
•
폴리우레탄과 실록산을 사용한 MRE의 내한성
테스트 -> 실록산 MRE의 경우
-40℃에서도 정상적인 작동 확인

유.무기 MRE의 저온 및 고온 특성 연구
Temp. /°C
DSC /(uV/mg)
exo
MRE 온도별 경도 시험 결과
[3]
500
[3]
상온
영하20℃
영하40℃
40시간
2시간
[1]
0
PU-MRE
450
Onset: 17.4 min
[2]
223.5℃
-20
90
, SRIS-0101
경
도
400
[1]
PU
80
[2]
Onset: 18.4 min
-40
Si-MRE
350
Onset: 26.8 min
234.3℃
70
318.0℃
60
300
-60
250
50
40
-80
200
30
20
Test Conditions :
Pan : Aluminum Uncovered
Oxygen Pressure : Atmosphere
3.5Mpa
Heating Rate : 10℃/min
Temperature :
50→500℃(Dynamic)
-100
10
0
-120
PuSiMRE
PuWSiMRE
PuMRE
0
결론
5
10
15
150
100
50
20
25
Time /min
30
35
40
• PU-MRE 대비 경도의 저하
• DSC 내열성 시험(ASTM E537-07) 결과 PU-MRE도 223.5℃ 이상
형성
 폴리우레탄과 실록산의 복합, 융합 소재를 사용한 MRE의
고유진동수 이동 변화
< Pu MRE 상하방향>
< Pu wrapped Si MRE 상하방향>
< Pu-Si MRE 상하방향>
<SI MRE 상하방향>
 폴리우레탄과 실록산의 복합, 융합 소재를 사용한 MRE의
내구성 테스트
[폴리우레탄을 사용한 MRE의 내구성 실험 결
과]
활용 방안
건설 중장비
자동차 동력계
전기차 진동감쇠 부품
건설장비의 운전자석 바닥에 설
치되어 충격 완화 가능
동력전달 장치에 적용하여 운전
자의 승차감 향상
MRE는 자기장에 의해 강성이
변화 하므로 전기차에 적용 용이
공작기계 및 반도체장비
제조장비의 미세 진동을 제어하
여 가공 정밀도 향상
건설 및 토목
차량 진동 제어용 지능형
자기유변엘라스토머 개발
건축물 및 교각 등의 구조물의
방진

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