성형조건에 따른 GMT-Sheet를 관찰하여, 성형품 표면의 불량원인을 조사했다. 현미경 관찰 결과, GMT-Sheet 성형품의 표면에서 구정, 섬유돌출, 크랙, 섬유노출, 마이크로 웰드라인, 핀홀, 여파굴곡곡선 등의 결함을 발견했다. 이 결함들은 요철의 발생원인이고, 표면 광택에 영향을 주는 현상이다. 그리고 표면거칠기에 영향을 주는 요철의 가장 주요한 발생원인은 보압 냉각 과정에서 발생하는 모재의 수축이었다. 성형 시의 보압하중이 높을수록 GMT-Sheet 성형품 표면은 좋아졌다. 또한 서냉실험에서는 탈형온도가 낮을수록 성형품의 표면이 좋아졌다.
성형조건에 따른 GMT-Sheet를 관찰하여, 성형품 표면의 불량원인을 조사했다. 현미경 관찰 결과, GMT-Sheet 성형품의 표면에서 구정, 섬유돌출, 크랙, 섬유노출, 마이크로 웰드라인, 핀홀, 여파굴곡곡선 등의 결함을 발견했다. 이 결함들은 요철의 발생원인이고, 표면 광택에 영향을 주는 현상이다. 그리고 표면거칠기에 영향을 주는 요철의 가장 주요한 발생원인은 보압 냉각 과정에서 발생하는 모재의 수축이었다. 성형 시의 보압하중이 높을수록 GMT-Sheet 성형품 표면은 좋아졌다. 또한 서냉실험에서는 탈형온도가 낮을수록 성형품의 표면이 좋아졌다.
Observing of GMT-Sheet in molding conditions, we have investigated unexpected phenomenons of moldings surface. In microscope investigation, we observe that there exist deficiencies on the surface of GMT-Sheet moldings, such as the spherulite, fiber projection, crack, fiber exposure, micro-weldline, ...
Observing of GMT-Sheet in molding conditions, we have investigated unexpected phenomenons of moldings surface. In microscope investigation, we observe that there exist deficiencies on the surface of GMT-Sheet moldings, such as the spherulite, fiber projection, crack, fiber exposure, micro-weldline, pinhole and winding. They are caused to arise unevenness and phenomenons influence polish on surface. Especially, the major cause of the unevenness, effected to surface roughness, is a shrinking of matrix in the process of holding pressure and cooling temperature. The higher holding pressure load in a molding process and the lower demolding temperature in an annealing experiment, the better GMT-Sheet moldings improved its appearance.
Observing of GMT-Sheet in molding conditions, we have investigated unexpected phenomenons of moldings surface. In microscope investigation, we observe that there exist deficiencies on the surface of GMT-Sheet moldings, such as the spherulite, fiber projection, crack, fiber exposure, micro-weldline, pinhole and winding. They are caused to arise unevenness and phenomenons influence polish on surface. Especially, the major cause of the unevenness, effected to surface roughness, is a shrinking of matrix in the process of holding pressure and cooling temperature. The higher holding pressure load in a molding process and the lower demolding temperature in an annealing experiment, the better GMT-Sheet moldings improved its appearance.
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문제 정의
본 논문에서는 GMT-Sheet를 여러 성형조건에서 성형한 후, 성형품 표면을 현미경을 이용한 관찰과 표면형상측정기로 표면요철을 측정하여 표면에 나타나는 여러 형태의 표면 요철이 생성하는 과정을 규명하여 표면상태와 성형조건의 관계를 명확하게 하고자 한다. 또한 표면불량 발생 수가 많으면 표면의 광택이 없어져 성형품의 표면상태가 좋지 않으므로 얻어진 실험결과를 바탕으로, 성형품의 표면상태를 개선하는 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 GMT-Sheet를 여러 성형조건에서 성형한 후, 성형품 표면을 현미경을 이용한 관찰과 표면형상측정기로 표면요철을 측정하여 표면에 나타나는 여러 형태의 표면 요철이 생성하는 과정을 규명하여 표면상태와 성형조건의 관계를 명확하게 하고자 한다. 또한 표면불량 발생 수가 많으면 표면의 광택이 없어져 성형품의 표면상태가 좋지 않으므로 얻어진 실험결과를 바탕으로, 성형품의 표면상태를 개선하는 방법을 제안하였다.
본 연구에서는 GMT-Sheet 성형품 표면의 외관에 발생한 표면불량 중 여파굴곡곡선 값이 표면거칠기 값보다 약 2.6배 크므로 표면결함에 가장 큰 영향을 미치는 여파굴곡곡선에 대해서만 측정한다.
본 연구에서는 주로 성형조건이 표면상태에 미치는 영향에 대해서 조사하기 위해서, 시험재료는 하나의 종류로 한정하고, 성형조건을 변화시켜 실험을 행하였다. 시험재료로는, 폴리프로필렌수지(PP)를 유리섬유(Glass fiber)로 강화한 두께 3.
제안 방법
금형 및 성형품 표면의 표면거칠기와 여파굴곡곡선의 측정은 촉침식 표면형상측정기((株)東京情密 : Surfcom 570A)를 사용하였다.
그리고 급냉실험 성형품의 성형조건을 Table 3에 나타냈다. 급냉실험에서는 블랭크 온도, 성형속도, 보압시간을 일정하게 하고, 보압하중과 금형온도를 변화시켰다.
본 실험에서 GMT-Sheet 재료의 특성상 실험값의 편차가 심하기 때문에 표면거칠기와 여파굴곡곡선의 측정값은 성형품의 길이방향으로 10회 측정하여 그 평균값을 성형품의 측정값으로 하였다. 표면거칠기의 측정길이는 5mm이고, 여파굴곡곡선의 측정길이는 30mm이다.
본 실험에서는 분리·배향의 영향을 없애기 위해서 블랭크 및 성형품의 크기를 동일하게 하였다.
GMT-Sheet의 성형법은 크게 나누어서 예열, 충진, 보압·냉각, 탈형의 4개 과정으로 되어 있다. 본 실험에서는 재료의 예열과 냉각의 방법을 변화시켜, 서냉실험과 급냉실험의 2종류로 실험하였다.
압력센서는 증폭기를 끼우고, 열전대는 데이터 디지털 측정기에 접속하고 컴퓨터를 사용하여 제어·기록을 행하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 주로 성형조건이 표면상태에 미치는 영향에 대해서 조사하기 위해서, 시험재료는 하나의 종류로 한정하고, 성형조건을 변화시켜 실험을 행하였다. 시험재료로는, 폴리프로필렌수지(PP)를 유리섬유(Glass fiber)로 강화한 두께 3.8mm인 GMT-Sheet (X-시트 : 일본 出光NSG(주)) 를 이용하였다. 또한 섬유함유율은 모두 40wt%의 것을 사용하였다.
본 실험에서 GMT-Sheet 재료의 특성상 실험값의 편차가 심하기 때문에 표면거칠기와 여파굴곡곡선의 측정값은 성형품의 길이방향으로 10회 측정하여 그 평균값을 성형품의 측정값으로 하였다. 표면거칠기의 측정길이는 5mm이고, 여파굴곡곡선의 측정길이는 30mm이다. 실험에 이용한 금형 표면거칠기 값은 0.
성능/효과
1) GMT-Sheet 성형품 표면의 현미경 관찰에 의해 표면에는 구정, 섬유돌출, 크랙, 섬유노출, 마이크로 웰드라인, 핀홀 등이 발생하여 표면불량 현상의 원인임을 알 수 있다. 성형품의 표면에서 구정은 냉각속도가 늦을수록 크게 성장하고, 섬유돌출은 표면상태에 가장 큰 영향을 주는 것으로 보압․냉각 과정에서 발생하는 모재의 수축에 의해 생성되고, 크랙은 표면 근처 섬유와 모재의 계면에서 서냉 시 발생하고, 섬유노출과 마이크로 웰드라인은 탈형 시 급냉되어 금형 벽면에서 모재의 유동성이 불량하여 발생하고, 핀홀은 성형 시 혼입한 공기가 빠지지 않고 기포로 남아서 생긴 것을 알 수 있다.
2) GMT-Sheet 성형품 표면요철의 척도를 나타내는 여파굴곡곡선의 값은 열압축 유동성형 후 금형 냉각 시 급냉보다는 서냉이 양호하게 나타났으며, 성형품 표면상태는 보압하중이 크고, 금형온도가 낮을수록 양호함을 알 수 있다. 또한 성형품 탈형 시 금형온도의 영향보다는 성형 시 보압하중이 더 지배적임을 알 수 있다.
GMT-Sheet 성형품 표면의 현미경 관찰에 의해 표면요철의 주요 원인인 다수의 표면불량 현상이 존재하는 것을 알 수 있었다. 표면요철에 큰 영향을 미치는 원인을 조사하기 위해, 표면불량 현상들을 성형조건에 따라 분류하여 Table 4에 나타냈다.
그러나 여파굴곡곡선에서 금형 냉각 시 서냉이 급냉보다 성형품 표면의 평활도가 좋은 이유는 모재의 수축 이외 급냉시 발생하는 섬유노출, 마이크로 웰드라인 등의 표면요철 값들이 서냉 시 발생하는 구정, 크랙의 표면불량 현상 값보다 상대적으로 크기 때문이라 생각된다. 따라서 GMT- Sheet를 이용한 부품 성형에서 금형 냉각 시 급냉의 여파굴곡곡선 상태가 반드시 좋아지는 것이 아니라는 것을 알 수 있다.
이와 같이 모재가 결정성수지인 경우 성형 시 서서히 냉각시키면 성형품의 표면에 구정이 발생하여, 미세한 표면요철을 만들어 평활도를 불량하게 한다. 따라서 구정의 크기는 성형품의 냉각속도에 의해서 결정되어, 냉각속도가 늦을수록 구정의 직경이 크게 성장하는 것을 알 수 있다.
또한 성형 시에 금형의 표면상태가 성형품의 표면에 어느 정도 전사되었는가를 조사하기 위해 보압하중 100kN, 탈형 시금형온도 80℃에서 성형한 폴리프로필렌 단일재료만의 성형품 표면을 측정한 결과 표면거칠기 값은 0.08㎛이고, 여파굴곡곡선의 값은 0.21㎛로 측정되었다. 폴리프로필렌 단일재료만의 성형품은 금형과 비슷한 값으로 측정되어, 이 실험의 성형법으로 금형표면의 상태가 성형품에 잘 전사된 것을 알 수 있다.
여파굴곡곡선의 값은 구정, 섬유돌출, 크랙, 섬유노출, 마이크로 웰드라인, 핀홀 등의 표면불량 현상과 비교하여 크기 때문에 성형품의 표면불량에 더 큰 영향을 준다. 또한 성형품 표면의 여파굴곡곡선의 값은 금형 냉각 시 급냉보다 서냉에서 낮게 나타났으며, 서냉의 표면상태가 양호함을 알 수 있다.
9에 나타냈다. 본 실험의 결과로부터 여파굴곡곡선의 값은 급냉실험과 서냉실험의 결과는 유사한 경향으로 나타났고, 이 여파굴곡곡선의 값은 금형온도가 낮을수록 낮게 나타났다. 즉 성형품의 표면상태는 탈형 시 금형온도가 낮을수록 양호하게 나타남을 알 수 있다.
GMT- Sheet를 열압축 유동성형 시 보압하중이 클수록 여파굴곡곡선의 거칠기(Wca)값이 작게 측정된 것을 알 수 있다. 이 실험결과로부터 성형 시 보압하중이 클수록 성형품의 표면상태가 양호해지는 것을 알 수 있다.
후속연구
또한 성형품 탈형 시 금형온도의 영향보다는 성형 시 보압하중이 더 지배적임을 알 수 있다. 그리고 성형품 표면에 존재하는 섬유돌출, 크랙과 여파굴곡곡선 등의 표면불량 현상을 해결하기 위하여 폴리프로필렌 시트의 피복층에 의해서 개선될 수 있으므로 향후 이에 대한 연구가 필요하다.
그리고 크랙은 표면의 유리섬유와 모재의 계면에서 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 폴리프로필렌 단일재료만의 여파굴곡곡선 값이 0.21㎛로 측정된 실험으로부터, GMT-Sheet 외관의 표면에 폴리프로필렌 시트 피복층에 의해서 성형품 표면불량 현상 등이 어느 정도 개선될 수 있으므로 향후 이에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
복합재료란?
복합재료는 형태와 화학조성이 다르고 서로 용해되지 않은 2개 혹은 그 이상의 소재를 복합하여 얻어진 재료로써 본래의 재료보다는 우수한 특성을 가지고 있는 재료이다[1]. 소재를 복합화하는 목적은 (1)비강성(Specific stiffness : E/ρ), 비강도(Specific strength : S/ρ) 등 기계적 강도가 크다.
소재를 복합화하는 목적은 어떤 것들이 있는가?
복합재료는 형태와 화학조성이 다르고 서로 용해되지 않은 2개 혹은 그 이상의 소재를 복합하여 얻어진 재료로써 본래의 재료보다는 우수한 특성을 가지고 있는 재료이다[1]. 소재를 복합화하는 목적은 (1)비강성(Specific stiffness : E/ρ), 비강도(Specific strength : S/ρ) 등 기계적 강도가 크다. (2)원하는 방향으로 강성과 강도를 조절할 수 있다. (3)성형가공성, 성형정도, 치수 안정성 등을 향상시킨다. (4)금형을 사용한 정형가공(Net shape manufacturing)을 할 수 있다.
FRTP의 장점은?
유리섬유강화 플라스틱 복합재료는 모재의 종류에 의하여 가열 냉각에 의해 물리변화를 이용한 열가소성 플라스틱 복합재료(FRTP)와 분자구조변화(화학변화)를 이용한 열경화성 플라스틱 복합재료(FRTS)로 크게 분류된다. 이 중 열가소성 플라스틱 복합재료는 내충격성이 높은 점과 성형성이 우수한 점 또한 회수 후 재사용이 가능한 점 등 많은 면에서 우수한 특성을 가지고 있어, 여러 분야에서 실용화가 진행되어 사용되고 있다[2].
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