고려대학교(총장 김동원)는 최병호 기계공학부 교수 연구팀이 국제 공동 연구를 통해 폴리에틸렌 배관이 손상되는 산화 환경에서의 사용 수명과 저속 균열 방향을 예측할 수 있는 새로운 이론 모델을 발표했다고 13일 밝혔다.

이 연구 성과는 국제적인 저명 학술지인 '국제 기계 과학 저널(International Journal of Mechanical Sciences, IF=7.1, JCR 상위 2.6%)에 2024년 11월 1일 자로 게재됐다.

폴리에틸렌 배관은 염소수와 같은 화학물질에 노출되면, 산화 반응이 일어나 사용 수명이 빠르게 감소한다. 근래 가정이나 산업계에서 산화 반응을 가속하는 소독약 사용이 늘어나면서, 배관의 수명을 예측하는 연구가 주목받고 있다.

기존 연구는 폴리에틸렌 배관의 시편 단위, 즉 부분만 추출해 산화 반응을 조사하는 데 그쳐왔으며, 배관 크기에 따른 다중 균열 발생과 저속 균열 진전을 고려해 파괴 역학적으로 수명을 예측하는 정량 모델을 구성하는 데에는 미치지 못했다.

공동 연구진은 다중 균열이 시작된 초기 영역을 기계·화학적 열화 기구(mechano-chemical degradation mechanism)를 기반으로 정의했으며, 이를 통해 주요 균열의 진전 방향과 속도를 성공적으로 모사했다. 더 나아가 산화 환경에서 폴리에틸렌 배관의 균열 발생에서 손상 진전, 배관 파손에 이르는 통합적 수명 예측 모델을 개발했다.

최병호 교수는 "이 연구는 복잡한 산화 환경에서 정량적인 폴리에틸렌 배관 전 주기 수명 예측이 가능해진 점에서 큰 의미를 가지며, 최근 급격히 증가하고 있는 고분자 배관의 안정적이고 장기적인 활용에도 연구 결과가 도움이 되리라 기대한다"라고 말했다.