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플라스틱 쟁반이 휘는, 변형되는 원인이 뭘까요?

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.과학적인 관점에서 그 원인을 분석해 드리겠습니다. 말씀하신 상황들을 고려할때, 열과 지속적인 하중이 복합적으로 작용하여 변형이 발생했을 가능성이 높습니다.무게(하중)로 인한 변형 : 크리프 현상 원리 : 플라스틱은 금속과 달리, 상대적으로 낮은 하중을 오랫동안 지속해서 받을때 시간이 지남에 따라 서서히 변형되는 크리프(Creep)현상을 보입니다. 즉, 순간적으로는 견딜수있는 무게라도,접시,냄비 등의 무거운 식기들이 한달,두달 계속 쌓여 있었다면 이로 인해 점진적으로 휘거나 처지는 현상이 발생할수있습니다. 변형 모양 : 특히,무게가 고르게 분산되지 않고 특정 부위에 집중되거나 쟁반의 중앙부에 주로 하중이 가해졌을 경우 중앙부가 튀어나오거나 휘는 형태로 변형될수있습니다. 하중 저항 : 플라스틱의 하중 저항 능력은 재료의 종류,두께,쟁반의 구조(보강 ribs유무 등)에 따라 크게 달라집니다. 일반적인 주방용 플라스틱 쟁반은 수십 kg의 순간적인 하중은 견딜수있지만, 장기간 지속 되는수 kg이상의 하중에는 변형될 가능성이있습니다. 정확한 무게를 버틸수있는 기준은 재료의 물성 데이터(굴곡 탄성률 등)를 확인해야 하지만, 이는 일반 소비자가 알기 어렵습니다. 열로 인한 변형 : 열변형 온도(HDT)와 플라스틱 종류 원리 : 플라스틱은 온도가 올라가면 분자 운동이 활발해지면서 부드러워 지고 변형되기 쉬워집니다. 이를 플라스틱의 열변형 온도(HDT : Heat Deflection Temperature)라고 하는데 이 온도를 넘어서면 플라스틱이 급격하게 변형됩니다. 많은 주방용 플라스틱 쟁반은 폴리스티렌(PS)등으로 만들어지는 경우가 많습니다. 폴리스티렌은 내열성이 약해서 뜨거운 것에 취약하며, 여름철 자동차 안에 두어도 변형될수있을정도입니다. 열전달 : 에어프라이어나 커피포트에서 나오는 복사열이나 대류열은 직접 접촉하지 않아도 주변 공간의 온도를 상승시킬수있습니다. 특히 에어프라이어는 조리시 상당한 열을 방충하며, 50cm나 30cm 떨어진 거리에서도 그 열이 주변 플라스틱에 영향을 줄수있습니다. 만약 해당 공간이 환기가 잘되지 않는 밀폐된 곳이라면 온도는 더 높아질수있습니다복합작용 : 낮은 온도라면 지속적인 열에 노출되면 크리프 현상과 시너지를 일으켜 변형을 가속화할수있습니다. 즉, 식기의 무게로 인한 지속적인 압력과 함께 주변 가전제품의 열이 꾸준히 전달되면서 플라스틱이 더 쉽게 부드러워지고 변형이 촉진되었을수 있습니다. 기타 용인(복합적일 가능성)물과 온도 변화 : 물이 자주 고이는 부분에서 변형이 더 심하게 나타나는 경우도 있는데 이는 물이 머금고 있는 온도의 영향이나 건조/습윤 반복으로 인한 스트레스의 영향일수도있습니다. 제조 공정상의 잔류 응력 : 쟁반을 만들때 플라스틱이 균일하게 냉각되지 않으면 내부에 잔류 응력이 생겨 시간이 지나면서 자연적으로 변형될수도있습니다. 환경 요인 : 트레이가 놓인 바닥이 평평하다고 하셨지만, 미세한 불균형이나 특정 지지대가 부족하여 쟁반의 하중이 한쪽으로 쏠리면서 변형이 시작되었을 가능성도 배제할수없습니다. 결론적으로 질문자님 댁의 플라스틱 쟁반 변형은 주변 가전제품에서 발생하는 열과 식기의 무게로 인한 지속적인 하중이 복합적으로 작용한 결과일 가능성이 가장 높습니다. 다음번에는 비교적 내열성이 높은 PP(폴리프로필렌)소재나 더 단단하고 두께감이있는 쟁반을 사용하시거나 가전제품과의 거리를 더욱 확보해 보시는 것을 고려해 보시는 것이 좋겠습니다.

학문 / 기계공학

25.07.18

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