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유리섬유/에폭시 후판 복합재료의 경화공정 및 압밀해석
Cure simulation and Consolidation for a Thick Glass/Epoxy Laminate 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.24 no.11 = no.182, 2000년, pp.2853 - 2865  

오제훈 (한국과학기술원 기계공학과) ,  이대길

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

During the curing process of thick glass/epoxy laminates, a substantial amount of temperature lag and overshoot at the center of the laminates is usually experienced due to the large thickness and low thermal conductivity of the glass/epoxy composites. Also, it takes a longer time for full and unifo...

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문제 정의

  • 제조사에서 추천하는 경화 사이클은 두께가 얇은 복합재료에 적용하도록 구성되어 있기 때문에 두께가 두꺼운 경우에는 충분한 압밀을 위하여 첫번째 온도 유지구간에 필요한 시간을 조절할 필요가 있다. 연구에서는 1 차원 및 3차원 레진 유동해석을 수행하여 시간에 따른 복합재료 내부의 레진 압력변화를 살펴보았으며 이를 통하여 충분한 압밀에 필요한 시간을 예즉하였다.
  • 본 연구에서는 20mm 두께의 에폭시 기지 유리섬유 강화 일방향 후판 복합재료를 오토클레이브 진 공백 성형을 통하여 제작하는 경우에 대하여 복합재료 내부의 온도, 경화도 분포 및 압밀 효과를 실험과 3차원 해석을 통하여 파악하였다. 이를 위하여 먼저 DSC (Differential Scanning Calorimetry)실험을 통하여 유리섬유/에폭시 프리프레그의 경화 구성식을 얻었고, 적층판, 금형 및 진공백 어셈블리의 효과를 모두 고려하여 3차원 비정상 열전달 유한요소해석을 수행하였으며, 금형, 댐, 코울플레이트 및 블리더의 두께에 따른 복합재료 내부의 온도 변화 및 경화도의 변화를 살펴 보았다.
  • 본 연구에서는 선경 케미컬에서 제조하는 유리섬유/에폭시 프리프레그 (UGN150)의 경화 구성 식을 얻기 위하여 DSC 장비 (General V4.1C DuPont 2200)를 이용하여 등온 주사 및 동적 주사 실험을 수행하였다. 등온 주사는 383K, 393K, 398K, 403K, 408K 에서 수행하였으며 동적 주사에서는 5K/min 의 상승속도를 사용하였다.
  • 오토클레이브 내부의 공기와 진공백 사이의 대류 열전달 계수, 잉여 레진을 제거하기 위한 블리더의 두께, 금형, 코울 플레이트 및 댐의 두께 변화는 최대 과승 온도 및 시간과 같은 복합재료 내부 온도분포에 영향을 미치기 때문에 본 연구에서는 위의 변수가 내부 온도 분포에 미치는 영향에 대하여 조사해 보았다.

가설 설정

  • 초기에는 외부 압력은 모두 레진압력이 지지하고 섬유망에 작용하는 응력은 없다고 가정하였으며, 블리더는 복합재료의 바깥면 중금형과 접촉한 아래면을 제외한 나머지 다섯 면을 둘러싸고 있다고 가정하였다. 경계조건으로 복합재료의 바깥면 중 블리더와 접촉하는 부분에서는 레진 압력을 0 으로 하였고 블리더와 접촉하지 않는 복합재료의 바깥면 부분에서는 수직 방향으로 레진 유동이 없다고 가정하였다. lOsec 의 시간 스텝 크기 (At=10sec) 를 사용하였고, 기하학적 형상과 물성이 대칭이므로 전체 모델의 U4 만 해석하였으며 해석에 사용된 3차원 유한요소 모델을 Fig.
  • 경화 구성식의 경화율과 경화도의 관계로부터 경화도를 계산하기 위하여 4 차 Runge-Kutta 법을 사용하였다. 금형 및 진공백 어셈블리를 정확히 모델링하기 위하여 유리섬유에폭시 복합재료 뿐만 아니라, 금형, 코울 플레이트, 댐, 테플론 필름 및 진공백도 모델링에 포함시켰다’ 서로 접촉하는 부분에서의 열저항은 무시할 수 있다고 가정하였으며 오토클레이브 내부의 공기와 진공백 사이의 열전달 계수는 70W/m2K 라고 가정하였다. 횡방향 열전도도를 제외 한 유리섬유/에폭시 복합재료의 물성은 2 장에서 설명한 것과 같이 Table 2에 나타난 각 재료의 물성과 간단한 혼합물 법칙을 사용하여 계산하였고, 복합재료의 횡방향 열전도도는 식 (9)를 사용하여 계산하였다.
  • 수행하였다. 초기에는 외부 압력은 모두 레진압력이 지지하고 섬유망에 작용하는 응력은 없다고 가정하였으며, 블리더는 복합재료의 바깥면 중금형과 접촉한 아래면을 제외한 나머지 다섯 면을 둘러싸고 있다고 가정하였다. 경계조건으로 복합재료의 바깥면 중 블리더와 접촉하는 부분에서는 레진 압력을 0 으로 하였고 블리더와 접촉하지 않는 복합재료의 바깥면 부분에서는 수직 방향으로 레진 유동이 없다고 가정하였다.
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참고문헌 (23)

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