방향족 화합물의 독성에 대해서 이야기해보세요.

시멘트, 세라믹 재료는 압축응력은 강하나 인장응력은 압축응력의 1/10~1/20 수준으로 매우 약하다. 이는 취성재료의 경우 인장응력이 가해지면 내부에 존재하는 결함들의 첨단에 응력이 집중되는데, 집중되는 점들 중에서 가장 큰 응력이 걸리는 부분에서 Crack이 발생하기 시작하고 Crack의 첨단에서는 더욱 응력이 집중되어 파괴에 이르기 때문이다. 연성재료의 경우는 소성변형이 발생하여 첨단부분이 변형되어 Crack의 발생 및 성장이 어려워 취성재료에 비해 인장강도가 크다.

[Stress field concentration]

물질 내에 Crack이 생기면 물체에 응력이 가해졌을 때 Crack의 첨단 부위에 응력이 집중되는 현상이 일어난다. 물질에 가해지는 힘을 일종의 field라고 보았을 때에 물질에 가해지는 응력 field는 다음과 같다. 그림을 보면 Crack의 첨단 부분에 field선의 밀도가 조밀하게 분포되어 있음을 볼 수 있다. 따라서 물질의 강도보다 약한 응력을 가해 주더라도 이러한 응력 집중 현상이 일어남에 따라 소성변형이 발생되게 된다.

참고) Griffith 이론

완전한 재료의 이론적 파괴강도와 실제 재료의 파괴강도간의 차이를 설명하는 이론이다. 모든 재료에는 미세한 균열이 존재하고, 이 균열의 첨단부분에서 Stress field가 집중되므로, 이 부분을 통해 균열이 전파되며 자라게 된다. 또한 파괴가 일어나는 조건을 균열의 성장에 의해 해방되는 탄성 변형에너지와 파면 형성에 소비되는 표면에너지와의 대소 관계로 결정했다.

특정 크기의 crack을 취성파괴로 발전하게 할 인장응력 \sigma_f를 주는 식이 유도되며 아래와 같다.

2. 표면에너지의 증가(Surface energy increase) : W_S = 4a\gamma_s Crack이 전파되면서 Crack의 넓이가 증가함에 따라 표면에너지가 증가한다. Crack의 크기를 2a 라고 할 때, Crack의 표면에너지는 위의 식과 같다.

위의 두 조건에 따르면 tensile stress \sigma가 작용했을 때 Crack의 전체 에너지는 다음과 같다.

위 식을 전체에너지와 Crack크기 a의 그래프로 나타내면 활성화 에너지의 그래프로 나타내어진다.

Total에너지 곡선에서 에너지가 최대가 되는 부분은 기울기가 0인 부분이며 이 부분의 임계 Crack크기를 $라고 하자.

이 부분을 구하려면 전체에너지를 크기에 관해 미분하여 그 도함수를 0으로 놓으면 된다.

이 식을 간단히 나타내면

이 기준에 따르면 Crack은 K \ge K_c일 때 전파되게 된다. 다음 그래프는 Crack의 표면에너지의 영향과 탄성에너지 방출량, 전체 에너지의 변화량을 종합적으로 나타낸 그래프이다.