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GMT-Sheet 성형품의 표면요철에 미치는 섬유돌출의 영향
Impact of Fiber Projection from GMT-Sheet Moldings on Surface Unevenness 원문보기

복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials, v.24 no.6, 2011년, pp.31 - 36  

김형석 (조선대학교 대학원 첨단부품소재공학과) ,  김진우 (광주테크노파크 차세대자동차전장부품생산지원센터) ,  김용재 (조선대학교 전기공학과) ,  이동기 (조선대학교 메카트로닉스공학과)

초록
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성형조건에 따른 GMT-Sheet를 관찰하여, 성형품 표면의 섬유돌출을 조사했다. 섬유돌출은 모재의 수축에 의해서 성형품 표면에 생성되는 불량현상의 하나이다. 즉, 섬유돌출은 성형온도에서 상온까지 성형품이 냉각될 때 모재와 유리섬유의 수축차에 의해 발생하는 표면불량 현상이다. 성형품 표면의 섬유돌출 높이는 보압 냉각과정에서 성형압력이 클수록 작게 나타남을 알 수 있다. 성형품 표면의 섬유돌출 높이는 성형압력의 영향이 지배적임을 알 수 있다. 성형압력을 고려하여, 성형품의 표면요철 생성과정과 섬유돌출 높이 변화를 규명했다. 그리고 피복층은 표면불량 현상을 억제하는 효과가 있고, 표면으로부터 섬유돌출이나 크랙이 보이지 않았다. 피복층은 표면거칠기를 단일재료인 폴리프로필렌 정도까지 개선하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

According to the evaluation on GMT-sheet by molding conditions, fiber projection on the moldings surface was investigated. Fiber projection is one of the major defects on moldings surface due to matrix shrinkage. That is, fiber projection happens from different shrinkage of matrix and glass fiber. H...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고 GMT-Sheet의 열압축 유동성형 시, 모재와 섬유의 분리 및 섬유배향이 발생한다[5-8]. 본 실험에서는 분리배향의 영향을 없애기 위해서 블랭크 및 성형품의 크기를 동일하게 하였다. 즉, 블랭크의 크기는 금형 캐비티와 같은 크기로 하고, 재료가 흐르지 않은 상태로 성형하였다.
  • 본 연구에서는 GMT-Sheet를 여러 성형조건에서 성형한 후, 모재의 수축에 따른 섬유돌출 높이를 계산하여 표면에 나타나는 섬유돌출의 생성과정을 규명하여 표면상태와 성형 조건의 관계를 명확하게 하고자 한다. 또한, 얻어진 결과를 바탕으로, GMT-Sheet 성형 시 표면에 폴리프로필렌 시트를 피복하여, 성형품의 표면상태를 개선하는 방법을 제안하였다.
  • 섬유돌출과 같은 표면불량 현상을 해결하기 위하여, 폴리프로필렌 시트의 피복층에 의해서 성형품 표면불량 현상이 어느 정도 개선되는지 실험하였다. 이 때, GMT-Sheet 블랭크의 크기 60mm(폭)×80mm(길이)와 같은 폴리프로필렌 시트를 피복하여 성형실험 하였다.
  • 이 불량 현상 중 섬유돌출은 성형품 내에 있는 강화재인 유리섬유가 단일섬유, 얀, 스트랜드 등의 섬유 종류에 의해 크기나 형태가 달라진다. 여기서 가장 단순한 섬유돌출에 대하여 모델화하여 섬유돌출 높이를 계산하고자 한다.

가설 설정

  • 이 그림에 나타낸 것과 같이 모재 중에 한 개의 섬유가 있는 상태로 가정한다. 여기서 성형품 표면으로부터 유리섬유 직경보다 더 아랫부분(섬유의 하단 부분)에서는 섬유함유량이 균일하고, 냉각 시의 수축량이 같다고 가정한다. 이 경우 섬유돌출은 섬유직경 깊이까지의 수지수축에 의해서 발생된 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
섬유강화 플라스틱 복합재료는 모재수지의 특성에 따라 크게 무엇으로 대별될 수 있는가? 섬유강화 플라스틱 복합재료는 모재수지의 특성에 따라 크게 열경화성 복합재료와 열가소성 복합재료로 대별될 수있는데, 대부분의 플라스틱 복합재료의 추구 목적이 고강성 및 고내열성 소재 개발에 있기 때문에 열가소성 보다는 열경 화성 복합재료 개발에 상대적으로 많은 관심과 연구가 진행되어 왔다. 그러나 최근 플라스틱의 재활용 문제가 크게 대두되면서 폴리프로필렌(PP) 수지에 매트형의 유리섬유를 보강한 시트 형상으로 강도 보강 효과를 극대화하려는 새로운 형태의 열가소성 복합재료가 등장하였다.
모재의 PVT 특성을 고려하여, 성형품의 표면요철 생성과정과 섬유돌출 높이 변화를 규명하고, 폴리프로필렌 시트의 피복층에 의해서 GMT-Sheet 표면불량 현상인 표면거칠기가 어느 정도 개선되는지를 고찰하여 얻은 결과는? 1) 모재의 수축량으로부터 섬유돌출 높이를 구하기 위해, 성형품 표면 부근의 섬유를 모델화하여 섬유돌출 높이를 계산하였다. 섬유돌출 높이는 성형압력이 클수록 작게 나타났으며, 실제의 성형품 표면의 섬유돌출 높이와 동일한 경향을 나타냈다. PVT 곡선을 고려하면, 섬유돌출 높이의 계산값과 측정값은 잘 일치함을 알 수 있었다. 2) 성형압력을 높게 하여 모재의 비체적을 감소시켜 섬유돌출 높이를 작게 하는 것이 가능하다. 그리고 GMT-Sheet 성형품 표면에서 섬유돌출은 급냉실험에서 서냉실험보다약 22% 낮게 나타났다. 3) GMT-Sheet 표면의 피복층은 표면거칠기의 개선에 효과가 있고, 표면으로부터 섬유돌출이 보이지 않았다. 피복층은 표면거칠기의 개선에 매우 효과가 있고, 단일재료인 폴리프로필렌 정도까지 표면거칠기를 개선하였다. 
GMT라 불리는 시트 형태의 열가소성 복합재료 특징과 어디에 사용되는가? 그러나 최근 플라스틱의 재활용 문제가 크게 대두되면서 폴리프로필렌(PP) 수지에 매트형의 유리섬유를 보강한 시트 형상으로 강도 보강 효과를 극대화하려는 새로운 형태의 열가소성 복합재료가 등장하였다. 즉 GMT(Glass Mat reinforced Thermoplastics)라 불리는 시트 형태의 열가소성 복합재료는 자동차의 경량화 및 각종 기능 부품의 요구 성능을 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 열경화성 복합재료의 취약점으로 지적되고 있는 생산성, 리사이클성, 내충격성 등이 우수하기 때문에 대부분 자동차 내·외장의 주요 부품으로 사용되고 있다[1].
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참고문헌 (10)

  1. Lee, S.S., Kwak, T.H., and Min T.I., "Characteristic and Use of GMT-Sheet," Proceedings of The Korean Society for Composite Materials, 1996, pp. 1-8. 

  2. Shahzad, A., Farzana, H., Muhammad, I., Waqas, I., and Khuram, K., "Effect of Orientation of Glass Fiber on Mechanical Properties of GRP Composites," Journal of the Chemical Society of Pakistan, Vol. 32, No. 3, 2010, pp. 265-269. 

  3. Kim, H.S., Kim, J.W., Kim, Y.J., and Lee, D.G., "Effects of Molding Condition on Surface Unevenness of GMTSheet Moldings," Journal of The Korean Society for Composite Materials, Vol. 23, No. 5, 2010, pp. 30-38. 

  4. Kim, H.S., Kim, J.W., Kim, Y.J., and Lee, D.G., "Effects of Molding Condition on Surface Unevenness of GFRP Composites in Compression Molding," Transactions of the KSME(A), Vol. 34, No. 11, 2010, pp. 1649-1657. 

  5. Lee D.G., Yoo J.H., and Kim E.G., "A Study of Correlation between Separation and Orientation of Fibers during Compression Molding of Long Fiber-Reinforced Polymeric Composites," Transactions of the KSME(A), Vol. 17, No. 1, 1993, pp. 62-68. 

  6. Lee, D.G., Kim, J.L., Kim, S.P., Lee, W.I., and Kim, E.G., "A Study on the Processing of Long Fiber-Reinforced Composite Materials for Thermoforming," Transactions of the KSME(A), Vol. 17, No. 5, 1993, pp. 1106-1114. 

  7. Kang, K., Jo, S.H., Lee, D.G., and Kim, E.G., "A Study on Mean Coefficient of Separation during Compression Molding of Fiber-Reinforced Thermoplastics," Transactions of the KSME(A), Vol. 20, No. 4, 1996, pp. 1146-1153. 

  8. Lee, D.G., and Cho, K.H., "A Study on Structure and Separation.Orientation of Fiber-Reinforced Thermoplastic Sheet," Journal of The Korean Society of Precision Engineering, Vol. 10, No. 2, 1993, pp. 104-113. 

  9. Serope Kalpakjian, Manufacturing Enginee-ring and Technology, Addison-Wesley Publishing Company, 1992, pp. 211-218. 

  10. Tim, A.Osswald., and Georg, Menges., Materials Science of Polymers for Engineers, HANSER, 1998, pp. 211-215. 

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