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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 웰드라인이 있는 성형품 성형을 위해 1점 게이트(one-gate : 웰드부 없음)와 2점 게이트(doublegate : 중앙에 웰드부가 있음)를 갖는 금형을 제작하여 게이트의 위치에 변화를 주어 실험济였다. 이때 성형된 성형품 웰드부에 미치는 금형게이트과 같은 기하학적 조건과 사출 온도 및 섬유함유율 등의 사출성형조건이 섬유배향 상태에 어떠한 영향을 주는가 보고한다. 이 사출성형된 성형품 웰드부의 섬유배향 상태를 측정하기 위해서 성형품을 연 X- 선 사진 촬영한 후, 이사진을 이미지 스캐너에 인식하여 사진의 농도차를 이용한 화상처리에 의해 섬유배향분포를 측정하여 금형게이트 위치 변화에 따른 성형품의 섬유배향상태의 영향에 대해서 고찰하였다.
제안 방법
- Fig. 1과 같이 사출성형된 성형품 웰드부를 중심으로 1/2영역 의 연 X-선 사진에 대해 섬유배향 분포상태를 측정하기 위하여 성형품의 중립면에서 X축을 따라서 각각 10mmX 10mm 측정하였다. 이때 측정대상 10mmX lOnun의 영역을 80x80화소로 분할하여 이미지 스캐너로 각 화소의 농도정보를 측 정하고, 얻어진 농도정보를 컴퓨터로 이치화(binary) 처리하여, 이치화의 Threshold값보다도 농도가 높은 화소를 섬유로 하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 웰드라인이 있는 성형품 성형을 위해 1점 게이트(one-gate : 웰드부 없음)와 2점 게이트(doublegate : 중앙에 웰드부가 있음)를 갖는 금형을 제작하여 게이트의 위치에 변화를 주어 실험济였다. 이때 성형된 성형품 웰드부에 미치는 금형게이트과 같은 기하학적 조건과 사출 온도 및 섬유함유율 등의 사출성형조건이 섬유배향 상태에 어떠한 영향을 주는가 보고한다.
- 4mm, 길이는 150mm로 하였다. 또한, 사출성형시 유동을 좌우하는 금형온도는 성 형품의 최대 인장강도를 나타내고 일반적인 제품성형 온도인 50℃와 웰드라인의 생성을 약화시키기 위한 70℃로 변화를 주어 실험하였다.
- 본 실험에서는 게이트의 위치에 따른 웰드라인부에서의 섬유배향상태를 파악하기 위하여 게이트의 위치를 금형의 중앙부 측면에 주어진 경우와 양단에 편심되게 주어진 경우, 성형용 금형의 러너 일부에 절환 밸브를 부착하여 웰드라인을 제거한 경우로 구분하여 실험하였다. 사용한 시험편 의 형상은 Fig.
- 섬유함유량에 따라 단위 면적당 섬유 함유량의 차가 나타나므로 이를 구분하기 위하여 동일 조건으로 촬영하였다. 화상 입력부의 이미지 스캐너 측정영역은 10mmXI0mm 의 영역을 게이트를 기준으로 하여 끝단부까지 화상처리하 였으며, 섬유배향각 8는 시험편의 X축을 기준으로 시계방향 과 반시계방향의 전섬유에 대해서 측정하였다.
- 4~6은 섬유함유율이 각각 30wt%, 40wt%, 50wt%인 경우에 게이트로부터 유동거리에 따른 성형시험편 각 부분의 섬유배향상태를 나타낸 그림이다. 웰드라인의 형성에 차이를 두기 위하여 Fig. 1과 같이 게이트의 위치를 변화시켜 실험하였다. 이때, 고분자 재료에 강화재인 유리섬유를 충전한 재료에서는 섬유가 유동방향으로 늘어서는 섬유배향상태를 Fig.
- 이때 성형된 성형품 웰드부에 미치는 금형게이트과 같은 기하학적 조건과 사출 온도 및 섬유함유율 등의 사출성형조건이 섬유배향 상태에 어떠한 영향을 주는가 보고한다. 이 사출성형된 성형품 웰드부의 섬유배향 상태를 측정하기 위해서 성형품을 연 X- 선 사진 촬영한 후, 이사진을 이미지 스캐너에 인식하여 사진의 농도차를 이용한 화상처리에 의해 섬유배향분포를 측정하여 금형게이트 위치 변화에 따른 성형품의 섬유배향상태의 영향에 대해서 고찰하였다.
- 5는 2점 게이트(double・gate)에서 분사된 재료가 중앙부에 웰드라인을 형성하여 나타나는 섬유배향상태를 나타낸 그림이다. 이때 게이트의 위치를 편심시켜 재료의 충진위치 변 화에 따른 섬유배향상태를 측정하였다.
- 1과 같이 사출성형된 성형품 웰드부를 중심으로 1/2영역 의 연 X-선 사진에 대해 섬유배향 분포상태를 측정하기 위하여 성형품의 중립면에서 X축을 따라서 각각 10mmX 10mm 측정하였다. 이때 측정대상 10mmX lOnun의 영역을 80x80화소로 분할하여 이미지 스캐너로 각 화소의 농도정보를 측 정하고, 얻어진 농도정보를 컴퓨터로 이치화(binary) 처리하여, 이치화의 Threshold값보다도 농도가 높은 화소를 섬유로 하였다. 본 실험의 계측에서 Threshold값은 0이고, 섬유배향 주축은 유동방향인 X축을 0°로 하고 시계방향을 정(+), 반시계방향을 부(-)로 하여 전체 섬유에 대해 측정하였고, 0 의 분할 수 n을 18등분해서 섬유배향각。의 측정범위는 10°이다.
- 편심된 게이트로부터의 유동상태와 벽면 마찰에 따른 섬유배향함수를 측정하기 위하여 성형품을 연 X-선 촬영한 후 lOmmxlOmm 단위로 상단 금형부와 중앙부, 하단 금형 부로 각각 구분하여 Fig. 1 에 표시한 부분에서 섬유배향각 분포를 측정하였다.
- 섬유함유량에 따라 단위 면적당 섬유 함유량의 차가 나타나므로 이를 구분하기 위하여 동일 조건으로 촬영하였다. 화상 입력부의 이미지 스캐너 측정영역은 10mmXI0mm 의 영역을 게이트를 기준으로 하여 끝단부까지 화상처리하 였으며, 섬유배향각 8는 시험편의 X축을 기준으로 시계방향 과 반시계방향의 전섬유에 대해서 측정하였다. 또한 본 연구에서 사용한 시험편의 기호규약을 Table 3에 나타내었다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 재료는 국내의 시판중인 (주)삼박(sambak, co.)에서 생산되는 섬유강화 플라스틱 컴파운드(long fiber-reinforced plastic compound)로서 모재는 폴 리 프로필렌(polypropylene : 이하 PP라 약칭한다.)이고, 강화재는 유리섬유이다. 이때의 섬유함유율은 30wt%, 40wt%, 50wt%로 Table 1에 나타낸 특성과 같이 유리섬유와 폴리프로필렌이 첨가된 펠릿(pellet) 형태로 시판되는 사출성형용 제품으로 섬유길이는 10mm 이다.
- 사용한 사출성형기는 스크류 직경이 Φ36mm이고 형체력이 75ton, 최대 사출중량은 103g, 최대사출압력은 1400kg/㎠, 형체행정은 270mm이다. 성형품 제작시 수지를 사출성형기 호퍼내에서 250℃로 예열을 한 후 사용하였다.
- 본 실험에서는 게이트의 위치에 따른 웰드라인부에서의 섬유배향상태를 파악하기 위하여 게이트의 위치를 금형의 중앙부 측면에 주어진 경우와 양단에 편심되게 주어진 경우, 성형용 금형의 러너 일부에 절환 밸브를 부착하여 웰드라인을 제거한 경우로 구분하여 실험하였다. 사용한 시험편 의 형상은 Fig. 1과 같이 1 점 게이트와 2점 게이트를 갖는 2개의 캐비티(cavity)로 된 금형을 제작하여 사용하였으며, 게이트의 직경은 3mm로 하여 사용하였다. 성형된 사출성 형시험편의 두께는 3mm, 폭은 25.
- 1과 같이 1 점 게이트와 2점 게이트를 갖는 2개의 캐비티(cavity)로 된 금형을 제작하여 사용하였으며, 게이트의 직경은 3mm로 하여 사용하였다. 성형된 사출성 형시험편의 두께는 3mm, 폭은 25.4mm, 길이는 150mm로 하였다. 또한, 사출성형시 유동을 좌우하는 금형온도는 성 형품의 최대 인장강도를 나타내고 일반적인 제품성형 온도인 50℃와 웰드라인의 생성을 약화시키기 위한 70℃로 변화를 주어 실험하였다.
- 사용한 사출성형기는 스크류 직경이 Φ36mm이고 형체력이 75ton, 최대 사출중량은 103g, 최대사출압력은 1400kg/㎠, 형체행정은 270mm이다. 성형품 제작시 수지를 사출성형기 호퍼내에서 250℃로 예열을 한 후 사용하였다.
- 사출성형된 성형품의 연 X-선 사진농도로서 섬유배향각 분포측정에 이용한 이미지 스캐너는 일본 세이코 엡슨제 GT-4000V이 며, 해상도(resolution)는 400X400 화소, [화 소는 l/8mmX l/8mm, 농도계조 8비트(gray level:256계조, 흑 : 0, 백 : 255)이다. 연 X-선 사진 촬영시 사용한 필름 은 일본 후지사 제품(MI-NC의료용 X-ray필름, 180mm X 240mm)을 사용하였다. 본 실험에서 사용한 연 X-선 촬영장치 는 Fig.
성능/효과
- (1) 섬유함유율과 금형온도의 영향보다는 금형게이트 위치와 밀접한 관계가 있고, 중앙에서 양끝단으로 유동되는 경우는 금형벽면과의 마찰에 의하여 섬유배향이 이루어지므로 웰드라인 제거의 측면에서는 좋은 방법이나 유동방향과 직각방향으로 섬유의 역배향이 이루어져 성형품의 특성을 감소시키는 결과를 가져온다.
- (2) 게이트에서 멀어질수록 모재와 강화재의 유동속도차에 의하여 모재의 유동은 빠르고 유리섬유의 유동은 느려지는 섬유배향이 발생하고, 유동의 끝부분에서 분수흐름의 영향으로 유동방향과 직각인 상태로 섬유가 배향 되어 웰드라인 생성과 같은 효과를 나타내었다.
- (3) 사출성형품 중앙부의 유동은 게이트로부터 일정한 흐름 을 이루나, 중앙부 측면 및 편심된 게이트 쪽 유동은 벽면과의 마찰로 인하여 유동속도가 느려지고 분수흐름에 의해 되돌아오는 수지와의 충돌로 인하여 섬유배향상태 의 변화가 심하게 나타남을 알 수 있다.
- 그리고, 섬유배향함수는 성형재료인 고액혼상류가 금형 게이트로부터 금형 우측 끝부분에 분사되어 이로 인한 분수 현상이 나타나 유동거리 1/2부분부터 섬유배향함수가 급격히 증가하였다.
- 또한, 섬유가 충진되어지는 필렛부분에서 특히 섬유배향 상태가 불균질해짐을 알 수 있었다. 이는 필렛부분에서 유동속도차에 의하여 섬유가 충진된 경우에는 정체현상이 모재가 충진된 경우에는 공동현상이 발생하기 때문이다.
- 5(c)는 금형 하단부의 섬유배향상태를 나타낸 그림이다. 유동되는 섬유가 편심된 게이트에서 분사된 후 금형 하단부 벽면 마찰저항의 영향으로 섬유배향함수 J 값이 하단부, 중앙부, 상단부 순으로 증가함을 알 수 있다.
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