제품 및 기술소개

㈜솔라트론은 자외선 차단 필터 사용이 필요 없는 광원 고유 특성으로
표준 태양광 스펙트럼이 모사되는 무전극 플라즈마 광원을 태양광 환경 시험기에 적용하였습니다.

이 새로운 태양광 모사 램프는 300nm 에서부터 2,450nm 에 이르는 태양광의 표준 풀파장 스펙트럼을 자외선 영역부터 적외선 영역까지 모사합니다.
이 시험기에는 스펙트럼을 조절하기 위한 광학 필터가 필요하지 않으므로, 광학 필터 사용에 따른 추가적인 빛 손실과 시간 경과에 따른 필터 열화, 그에 따른 스펙트럼의 변질 문제를 부담할 이유가 없습니다.

이 태양광 시험기는 1-Sun(1,000 W/m²)의 태양 복사 에너지를 장기간 안정적으로 제공할 수 있으며, 최대 1,200 W/m2의 복사 에너지를 다이얼 회전(수동 제어장치) 또는 디지털 입력(자동 제어장치)으로 편리하게 조절할 수 있습니다.
이 복사 에너지 영역에서 태양광 모사성은 IEC 6 0904-9의 표 2, 규정에 근거하여 A등급 이상에 해당하는 태양광 스펙트럼에 대한 모사 성능을 제공합니다.

비록 광 출력을 낮추면서 태양광 스펙트럼에 대한 모사 성능은 저하되지만, 태양광 모사성은 광출력을 기준으로 20% ~ 100%의 넓은 범위에서 발휘되며 램프의 발광 자체는 5% ~ 100%까지 제어됩니다.
따라서 이 시험기는 태양 일주 시험(diurnal test)과 같은 낮은 복사량에서 높은 복사량까지 제어가 필요한 시험을 중성 필터 사용과 같은 복잡한 기구적 도움 없이 수행할 수 있습니다.

또한 시험기에 사용된 램프의 긴 수명은 장기 시험에서 안정적인 시험 조건을 제공하여, 시험 중의 램프 및 필터 교체를 최소화 시킴으로 낮은 유지 비용으로 향상된 시험 재현성을 제공합니다.

1. 제품 개요
태양광 폭로 환경에 대한 소재·부품 및 제품 시험용 챔버
태양 자외선에서 적외선까지 태양광의 전체 파장 범위(300 ~ 2,450nm)를 모사하는 풀파장 광원으로 최고 1.2-Sun(1,200 W/m²)의 고강도 시험 성능
태양 일사량계(pyranometer) 및 복사온도계(BPT) 연결로 일사량 및 복사온도 수동 제어 기능 제공

2. 제품 특징
광학 필터 없이 램프 고유의 특성만으로,최상위의 태양광 모사성 구현 (IEC 60904-9, 표 2의 기준에 따른 300 ~ 1,200nm 범위로 A 등급)
시험기 내부의 공기 온도 기준으로 (20 ~ 50℃) 범위에서 편차 2℃ 이내의 온도 제어 및 표준 습도 (50% RH) 제어 성능
최저 40 W(3%)에서 최고1,200 W(100%)까지 0.1% 단위의 출력 제어 (넓은 범위의 광출력 제어로 복잡한 설비 구축 없이 램프 자체 성능만으로 태양 일주시험(diurnal test) 수행 기능 제공 )
3,000 cm² (55cm x 55cm)의 광 조사 면적에서 편차 5% 이내의 조사 균일도

3. 제품 장점
전구의 장수명 특징에 따른 장시간 일관된 스펙트럼 제공 자외선에서 적외선까지 넓은 파장 범위에서 균형 잡힌 태양광 복사 환경 제공 합리적인 가격과 낮은 유지 비용으로 고성능의 태양광 복사 환경 구현

1. 제품 개요
태양광 폭로 환경에 대한 소재·부품 및 제품 시험용 챔버
태양 자외선에서 적외선까지 태양광의 전체 파장 범위(300 ~ 2,450nm)를 모사하는 풀파장 광원으로 최고 1.2-Sun(1,200 W/m²)의 고강도 시험 성능
태양 일사량계(pyranometer) 및 복사온도계(BPT) 연결로 일사량 및 복사온도 자동 제어 기능 제공

2. 제품 특징
광학 필터 없이 램프 고유의 특성만으로,최상위의 태양광 모사성 구현 (IEC 60904-9, 표 2의 기준에 따른 300 ~ 1,200nm 범위로 A 등급)
시험기 내부의 공기 온도 기준으로 (20 ~ 50℃) 범위에서 편차2℃ 이내의 온도 제어 및 표준 습도 (50% RH) 제어 성능
최저 40 W(3%)에서 최고1,200 W(100%)까지 0.1% 단위의 출력 제어 (넓은 범위의 광출력 제어로 복잡한 설비 구축 없이 램프 자체 성능만으로 태양 일주시험(diurnal test) 수행 기능 제공 )
3,000 cm² (55cm x 55cm)의 광 조사 면적에서 편차 5% 이내의 조사 균일도

3. 제품 장점
전구의 장수명 특징에 따른 장시간 일관된 스펙트럼 제공
자외선에서 적외선까지 넓은 파장 범위에서 균형 잡힌 태양광 복사 환경 제공
작은 공간에 설치 가능한 고성능의 태양광 복사 환경시험기

촉진내후성 시험은 보편적으로 300 ~ 400nm 에 이르는 태양 자외선 영역의 광파워 자외선 적분 값을 기준으로 60 W/m² 수준을 인공 광원 으로 조사하는 시험으로 수행되고 있습니다.
제논-아크 램프나 자외선-형광램프를 사용하는 전용 시험기로 상기한 촉진내후성 시험조건으로 일 년 동안의 연속 시험으로 도달되는 자외선 누적 광량은 1,892 MJ/m² 입니다.

대한민국 남부지방의 연간 자외성 조사량을 420 MJ/m² 로 간주하면, 상기한 일 년의 시험 광량은 필드 환경으로는 약 4년 6개월간의 자외선 누적 광량에 해당하므로 시험 가속성은 4.6에 해당합니다.
만약에 60 W/m² 수준의 자외선 조사 시험을 밤낮의 일교차 효과를 모사하기 위해 램프를 사이클 주기에 맞추어 끈다면 그만큼 시험 가속성은 더 떨어집니다.

현재 보편적으로 사용되는 내후성 시험이 갖고 있는 애로 사항은 이와 같은 가속성 부족입니다. 1980년대 이래 플라스틱 소재의 내구성은 크게 향상되었지만 촉진내후성 시험의 시험 가속성은 1-Sun의 태양광 자외선인 60 W/m² 수준에 머물러 장수명 제품의 열화 수명 평가에 사용하기 어렵습니다.

㈜솔라트론은 ISO/TS 4767과 KS M ISO TS 4767에 규정된 태양 자외선 모사 램프를 개발하였습니다. (우측 상단의 하늘색 스펙트럼, 표준 태양광 AM 1.5G의 스펙트럼과 대비) 이 태양 자외선 모사용 광원은 적외선에 의한 복사열이 없으므로, 고강도 시험조건에서도 열손상이 발생하지 않는 초촉진의 시험 조건을 제공합니다.

㈜솔라트론은 현재의 60 W/m² 수준의 자외선 조사 강도에 대해, 최소한 5배인 300 W/m² 수준의 자외선을 조사하여 초촉진 시험의 가속성을 제공하는 시험장치와 시험기법을 제공합니다.

이 시험기법은 우측 하단의 파란색 그래프 선이 보여주는 것과 같이 옥외폭로(대한미국 서산)와 기존 1-Sun 시험법(제논 램프)과 같은 수준의 광열화를 5배 빠른 속도로 재현합니다.

대한민국 남부지방의 연간 자외선 조사량을 340 MJ/m²로 볼 때, 이를 모사하는 광열화 시험을 위해서는 종전 시험법(ISO 4892-2, KS F2274)의 시험  기간은 66일이지만, ㈜솔라트론이 제공하는 초촉진(5-Sun 자외선)시험법은 13일로 단축합니다.

1. 제품 개요
세계 최초의 태양 자외선 모사용 플라즈마 광원 시험기
ISO/TS 4767의 5-Sun 자외선을 조사하는 초촉진 시험 성능
자외선 조사량 및 복사온도의 자동 제어 기능 제공
※ ISO/TS 4767 및 KS M ISO TS 46767 시험을 위한 전용 시험기

2. 제품 특징
태양 자외선을 모사하는 자외선 플라즈마 램프
광조사 상태의 시험기 내부 온도(CHT) 기준으로 20 ~ 50℃ 범위에서
2℃ 이내의 온도 편차 및 표준습도(50%RH) 제어 성능
최고 350 W/m²에서 최저 100 W/m²까지 0.1% 단위의 출력 제어
2,000 cm²(45cm x 45cm)의 광조사 면적에서 편차 5%이내의 조사균일도

3. 제품 장점
고강도 자외선 조사 조건에서 열손상 우려 없는 초촉진 시험 수행
플라스틱 내후성 표준시료(폴리카보네이트)에 의한 초촉진 시험 성능 검증
(60 W/m²의 제논 광원 시험 대비 5배속의 광열화 가속성)
1만 시간 이상의 전구 수명으로 낮은 유지 비용

실내 가전기기 및 인테리어 제품에서 발생하는 상당수의 변색은 태양광의 실내 투사에 의한 광열화가 원인입니다.
특히 남향으로 설치된 대형 베란다 창을 통해 투과한 태양광은 실내의 깊은 안쪽까지 도달하며, 창 가까이에 설치되는 가전기기에서 황변이라 불리는 광변색이 발생하게 됩니다.

변색은 플라스틱 소재의 종류에 따라 다르게 나타나지만 같은 종류의 플라스틱 제품 가운데에서도 다르게 나타나며, 심한 경우는 동일 제품을 구성하는 부품별로도 다르게 발생합니다.
상업적인 제품에서 발생하는 변색 문제는 근본적으로 소재의 내광성 부족이 원인이지만, 제품화 과정에서 차단하지 못하는 원인은 광변색을 평가하는 시험기술의 부족에 있습니다.

실내 기기는 통상 옥외에서 사용되는 자동차 및 건축 외장 재료에 비해 태양 자외선에 노출되는 빈도와 양이 현저히 작기 때문에 실내 기기에 대한 내광성 시험은 상대적으로 소홀히 다루어진 측면이 있습니다.
그러나 전자기기의 이동성이 강화되어 옥내외 환경으로 확장된 사용 환경을 갖게 되면서 태양광 노출이 증가하고 있습니다.

그동안 실내 환경의 태양광 노출 시험은 자동차 내장재에 대한 시험이 중심이 되어 제논 광원에 3mm 두께의 표준 창유리 필터를 사용하는 방법이 주로 사용되었으나, 이 방법은 실제의 자동차 실내 환경은 물론 국제조명위원회(CIE)가 규정한 표준 실내 태양광 스펙트럼(CIE 184 : 2009)의 자외선 영역을 제대로 모사하지 못하였습니다.

㈜솔라트론의 실내 광변색 시험기는 실내 태양 자외선을 모사하는 새로운 플라즈마 광원을 적용하여, CIE ID65의 실내 태양 자외선을 5-Sun 수준의 강한 조사강도로 시험하는 새로운 기술을 제공합니다. 이를 통해 실내 태양 자외선에 의한 광변색 시험을 현실 모사적으로, 기존 대비 최고 5배의 가속 시험조건으로 수행합니다.

따라서 제논 광원 시험기에서는 램프의 복사열에 의한 시료 열손상 문제 때문에 높은 조사강도의 가속 조건을 사용할 수 없었던 문제점을 광변색 시험기에서는 극복할 수 있게 되었으며, 5-Sun의 초가속 조건으로 광변색을 평가하는 실효적 도구를 제공할 수 있게 되었습니다.

1. 제품 개요
가전(IT)기기의 광변색 시험을 위한 실내 자외선 시험 장비
세계조명위원회의 표준 실내 태양광(CIE ID65) 자외선을 모사하는 최초의 실내 태양 자외선 모사 램프 적용
실내 자외선(320 ~ 400 nm) 조사강도를 기준으로, 최고5-Sun(160 W/m²) 수준에 이르는 고강도 시험 성능
자외선 조도계(UV radiometer) 및 복사온도계(BPT) 내장으로 자외선 조사량 및 복사온도 제어 기능 제공

2. 제품 특징
광학 필터 없이 램프 고유의 특성만으로, 최상위의 실내 자외선 모사성 구현 (CIE ID65의 실내 태양 자외선 스펙트럼 모사)
시험기 내부의 공기 온도 기준으로 (20 ~ 50℃) 범위에서 편차 2℃ 이내의 온도 제어 및 표준 습도(50%RH) 제어 성능 실내 자외선 조사강도 기준으로, 최저100 W/m²(3-Sun)에서 최고 160 W/m² (5-Sun)까지 0.5% 단위의 출력 제어
2,000 cm² (45cm x 45cm)의 광 조사 면적에서 편차 5% 이내의 조사 균일도

3. 제품 장점
현실모사적 실내 자외선 광원으로, 우수한 광변색 재현성 기대
열손상의 부작용이 없는 5-Sun 시험 기능으로, 초가속 시험 기법 구현 가능
시험시간 증가없이 광변색이 발생하는 수명 시점까지 시험이 가능한 가속성 제공

전세계적인 플라스틱 재활용율은 9%에 그치고, 12%는 소각처리 되었으며, 79%는 매립되거나 쓰레기로 방치된 것으로 알려졌습니다. (출처: 라이프인 기획보도, 플라스틱 해법을 찾아라!)

폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀 수지는 전체 플라스틱의 57%를 차지하는 대표적인 범용 플라스틱으로 포장재 및 필름, 사출 성형품으로 제조되어 쉽게 버려지는 용도에 사용됩니다.

폴리올레핀은 자외선 노출에 의한 안정화제 처방에 따라 광열화 수명이 크게 향상되는 소재이지만, 실효적 수명평가  기술의 부족으로 장수명 제품의 개발과 활용은 불충분합니다.
그 결과, 장수명이 요구되는 용도의 플라스틱 제품 조차 충분한 내구성을 보여주지 못하고 표면 산화에 의한 미세플라스틱 생성과 물성 붕괴에 의한 파손이 발생하고 있으며, 이렇게 손상된 플라스틱의 재활용 품질은 낮아져서 자원순환의 걸림돌이 됩니다.

㈜솔라트론이 제공하는 초촉진 수명평가 기술은 장수명 플라스틱 제조를 위한 안정화제 처방 기술의 플랫폼으로 작동됩니다.

㈜솔라트론은 플라스틱 수명평가 및 수명제어 기술을 통해 플라스틱의 전주기 수명 자료를 제공하고 재활용 품질을 향상시켜, 플라스틱 순환경제에 기여합니다.

촉진내후성 시험은 태양광 노출 환경에서 발생하는 태양 자외선에 의한 경시 열화와 그로 인한 제품 고장 현상을 사전에 예측·평가하기 위한 목적으로 활용됩니다.
특히 옥외 환경에서의 태양광 열화는 태양 자외선에 의한 화학적 열화를 중심으로 기후 환경에 따른 수분 접촉 및 기온에 따른 열 효과가 물리화학적 열화에 상승 효과를 부여하게 되므로, 해당 지역의 기후 환경에 강한 영향을 받습니다.

따라서 태양광 노출에 따른 제품의 열화 수명을 평가하기 위한 광열화 수명 시험은 열화가 진행되는 실제 기후 환경에 대한 모사성이 필요합니다.

이러한 모사성을 검토할 때, 사용되는 방법이 실제 시료와 유사한 광열화 특성을 갖는 플라스틱 표준시료를 사용하는 것입니다.

표준시료에 요구되는 자질은 자외선 조사에 따라 열화 지표가 선형적이며 명확한 변화를 보여주는 것이고, 반대로 보관 환경에서 노출되는 열이나 습기에 의해서는 오랫동안 견뎌주는 것이 필요합니다.

㈜솔라트론이 제공하는 폴리카보네이트(PC) 재질의 내후성 표준시료는 무색 투명한 플라스틱으로 장기간의 고온 및 고습 환경에서도 광학적 열화지표가 변화하지 않지만, 자외선 노출에 대해서는 민감하고 선형적인 변화(황변, △YI)를 보여줍니다.(전 페이지 하단 그래프) 이와같은 자외선에 대한 황변의 민감도는 전통적인 폴리스틸렌 표준시료에 필적합니다.

또한 좌측 그래프의 고온(상단 그래프) 조건 및 고습(하단 그래프) 조건에서의 황변 안정성은 폴리스틸렌 재질에 비해 우수한 특성을 보여줍니다.

내후성 시험법이 추구하는 목표는 언제나 필드 열화에 대한 재현성과 시험 시간 단축을 위한 가속성의 향상입니다.
이 두가지 목표는 상호 양립하기 어려운 특성으로 가속성 향상을 위해서는 재현성이 희생되어야 하는 경우가 대부분입니다.

특히 표준화된 시험법은 필드 환경의 다양성을 반영하기 어렵기 때문에 표준화된 시험법은 다양한 기후 환경에 대한 필드 열화 모사에 불리합니다.

다양한 기후환경을 모사하기 위해서는 기후조건을 모사하는 맞춤형 시험법이 개발되어야 하며, 이는 기후 다양성 만큼 여러 조건의 시험법 개발을 필요로 하게 됩니다.
이를 체계화한 시험법의 사례가 한국화학연구원이 신뢰성시험기준(RS)으로 제정한 RS-009 시험법입니다.

이 RS 시험법은 표준시험에서 기후 다양성을 반영할 수 없는 한계를 극복하기 위해 6개 기후로 구분된 시험조건을 제시하였으며, 다른 내후성 시험에서 사용하지 않는 높은 자외선 조사강도(120 W/m²)로 향상된 시험 가속성을 제공합니다.

이 시험법은 기존의 표준 시험법과 비교한 시험에서 , 필드 모사성의 손실 없이 1.5 ~ 2.0배 빠른 가속성이 제공되는 것을 보여주었습니다.

㈜솔라트론은 5-Sun 자외선 시험과 같은 초촉진 시험기법에도 이러한 현실기후 모사적 내후성 시험기술을 적용하여, 현재 기술로는 도달하지 못했던 높은 가속성과 필드 재현성을 달성하는 새로운 시험기법을 개발합니다.

태양광 폭로에 의한 광열화는 명백한 열화 현상을 관측하기까지 대개 수년 이상의 필드 열화를 통해 진행되기 때문에, 촉진내후성 시험을 통한 재현에도 수개월 이상의 기간이 소요됩니다.
현실기후 모사 내후성 시험법 또한 시험표준의 설계 배경을 이해하여, 시험조건이 모사하는 지역기후를 특정하는 것은 대부분의 경우에 불가능하기 때문에, 장시간의 촉진 시험 결과로도 필드 열화를 정확하게 예측하는 것은 어렵습니다.

촉진 시험을 필드 열화 재현에 적용하기 위헤서는 선택한 표준 시험법의 시험 조건과 적용하려는 필드 지역의 기후 조건 사이의 차이를 분석하는 작업이 요구됩니다.
여기에는 지역의 평균 기후 데이터를 수집하고 이를 내후성 시험 조건의 관점으로 해석하여 모델링하는 과정이 요구됩니다.

우리는 필드 환경에서의 열화 속도와 메커니즘을 가속 조건으로 시뮬레이션하기 위한 연구 경험을 축적하였습니다.
이 데이터 기반의 내후성시험 설계 기술은 하드웨어 중심의 촉진내후성 시험기술에서 데이터와 계산이라는 소프트웨어 중심의 내후성시험 기술로 전환되는 내후성 시험기술의 이정표가 될 수 있습니다.

이 필드 기후 데이터에 기초한 내후성시험 설계 기술은 좌측 그림의 예시와 같이 전세계의 여러 지역에 대한 평균 기후 데이터를 기반으로 지역의 기후 조건을 내후성 시험의 관점에서 표시하고 비교할 수 있게 합니다.
이 기후 데이터는 계절성 기후 변화를 포함하고 있으므로, 계절성 변화에 대한 현실모사적 내후성시험의 통찰력을 제공합니다.