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문제 정의
- 본 연구에서는 유리섬유/폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 열가소성 복합재의 반구돔 열성형 시험을 수행하고, 이를 비직교 구성방정식 기반의 유한요소법(Finite element method, FEM)을 이용한 수치해석을 통해 서로 비교해보고자 한다. 고온 성형 조건에서 인장 및 전단 시험을 시행하여, 물성을 정량화하고 이를 이용하여 수치해석을 실시하였다.
- 고온 성형 조건에서 인장 및 전단 시험을 시행하여, 물성을 정량화하고 이를 이용하여 수치해석을 실시하였다. 특히 열가소성 열성형에서 중요한 인자인 마찰 조건 및 홀딩력 조건을 달리하여 비교하였고, 이에 따른 열가소성 복합재의 열성형 공정 인자에 대해 분석하고자 한다.
제안 방법
- 본 연구에서는 유리섬유/폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 열가소성 복합재의 반구돔 열성형 시험을 수행하고, 이를 비직교 구성방정식 기반의 유한요소법(Finite element method, FEM)을 이용한 수치해석을 통해 서로 비교해보고자 한다. 고온 성형 조건에서 인장 및 전단 시험을 시행하여, 물성을 정량화하고 이를 이용하여 수치해석을 실시하였다. 특히 열가소성 열성형에서 중요한 인자인 마찰 조건 및 홀딩력 조건을 달리하여 비교하였고, 이에 따른 열가소성 복합재의 열성형 공정 인자에 대해 분석하고자 한다.
- 해석에 사용된 물성은 실험에서 정량화된 값을 기준으로, 비직교 구조방정식을 이용하여 설정하였다. 또한 각 물성에 대해 앞서 실시한 열성형에서 고려했던 것과 마찬가지로 마찰 조건과, 홀딩력을 달리하여 수치해석을 수행하였다. 마찰 조건은 일반적인 프리프레그와 금형과의 마찰계수인 0.
- 먼저 이형제의 사용 유무를 통해, 두 가지 다른 마찰 조건에 따른 열성형 실험의 결과를 비교하고자 하였다. 또한 각각의 마찰 조건에 대해 홀딩력을 달리하여 시험하였다. 우선 이형제를 사용한 경우에 대해 홀더 금형의 무게를 10, 15 kg으로 달리하여 98 N, 147 N으로 설정하여 시험을 수행하였다.
- 물성 평가 및 열성형 모두 환경 챔버를 이용하기 때문에 환경 챔버 내에서 시편의 온도가 균일하게 분포하여야 하고, 갑작스런 온도 상승에 대해 시편의 온도가 overshooting하지 않도록 하기 위하여, 100-150-180-200-215도 간격으로 환경 챔버의 온도를 상승시키면서 시편의 온도가 최종적으로 200도에 도달할 수 있도록 설정하였다. 또한 시편 전체적으로 고른 온도 분포를 위하여, 챔버 후방에서 들어오는 열유동이 직접적으로 시편에 분사되지 않도록 가이드 플레이트를 설치하여, 챔버 전체적으로 고른 열 유동이 형성되도록 하였다.
- 시험 결과 인장 강성과 전단 강성값 모두 비선형성을 보였으며, 향후 열성형 시 비선형성이 필수적으로 고려되어야 할 요소임을 확인할 수 있었다. 또한 열성형 물성의 정량화를 위해 기 개발된 비직교 구성방정식을 바탕으로 인장 및 전단 시험에 대해 FEM 수치해석을 수행하였고, 이를 통해 실험값과 잘 일치하는 물성값을 수식화하여 얻을 수 있었다.
- 12-1 Explicit이며, 계산의 편의를 위해 펀치, 홀더 및 몰드는 Analytical Rigid Model을 사용하였다. 또한 열성형의 대칭성을 고려하여 프리프레그의 1/4 영역만 수치해석을 수행하였고, 이를 위해 x축과 y축을 따라 대칭 경계조건을 부과하였다. 사용된 절점의 수는 2025개, 요소 수는 1936개이며 S4R shell 요소를 사용하였고, 사용된 적분점 개수는 5개이다.
- 또한 인장 및 전단 시험 시 발생할 수 있는 그립부에서의 슬립을 최소화 하고자, 본 연구에서는 그립부의 길이를 70 mm로 설정하였고, 그립힘은 챔버의 온도 상승 시에는 20 bar, 물성 평가 시에는 40 bar로 변화를 주어 시험하였다. 또한 직물과 그립간의 마찰력을 증대하기 위해 시편의 그립부에 유리섬유/에폭시 복합재로 만들어진 PCB 기판을 이용하여 2.
- 시편의 폭과 게이지 길이는 50 mm와 200 mm로 고정하였고, 인장 시 시편의 온도는 200도로 설정하였고, 인장 속도는 열성형 시의 편치 속도를 고려하여 10 mm/min으로 설정하였다. 또한 인장 시험 시 섬유의 방향이 인장축과 평행하도록 배치하였고 4회 반복하여 실험하였다.
- 또한 인장 및 전단 시험 시 발생할 수 있는 그립부에서의 슬립을 최소화 하고자, 본 연구에서는 그립부의 길이를 70 mm로 설정하였고, 그립힘은 챔버의 온도 상승 시에는 20 bar, 물성 평가 시에는 40 bar로 변화를 주어 시험하였다. 또한 직물과 그립간의 마찰력을 증대하기 위해 시편의 그립부에 유리섬유/에폭시 복합재로 만들어진 PCB 기판을 이용하여 2.0 mm 두께의 탭을 사용하였다. 이 탭에 sand paper를 추가로 부착하여 sand paper 면이 시편면에 마주하도록 하여 물성 시험을 실시하였다.
- 15에 대해서 계산을 수행하였다. 또한 홀딩력은 앞서 실험한 같은 힘을 고려하여, 마찰계수가 0.3인 경우 10 kg의 홀더 무게를, 마찰계수가 0.15인 경우 10과 15 kg의 홀더 무게에 대해 수치해석을 수행하였다.
- 또한 각 물성에 대해 앞서 실시한 열성형에서 고려했던 것과 마찬가지로 마찰 조건과, 홀딩력을 달리하여 수치해석을 수행하였다. 마찰 조건은 일반적인 프리프레그와 금형과의 마찰계수인 0.3과이형제가 사용되어 마찰 계수를 낮춘 상황을 가정한 0.15에 대해서 계산을 수행하였다. 또한 홀딩력은 앞서 실험한 같은 힘을 고려하여, 마찰계수가 0.
- 여기서는 금형과 프리프레그 간의 마찰 조건과 홀딩력에 따른 변화를 기준으로 실험을 진행하였다. 먼저 이형제의 사용 유무를 통해, 두 가지 다른 마찰 조건에 따른 열성형 실험의 결과를 비교하고자 하였다. 또한 각각의 마찰 조건에 대해 홀딩력을 달리하여 시험하였다.
- 본 연구에서 사용된 유리섬유/PP 열가소성 프리프레그의 열성형 온도가 190~210도로 제조사에서 제공되었기 때문에, 여기서는 200도로 물성 평가 및 열성형 온도를 고정하여 연구를 진행하였다. 물성 평가 및 열성형 모두 환경 챔버를 이용하기 때문에 환경 챔버 내에서 시편의 온도가 균일하게 분포하여야 하고, 갑작스런 온도 상승에 대해 시편의 온도가 overshooting하지 않도록 하기 위하여, 100-150-180-200-215도 간격으로 환경 챔버의 온도를 상승시키면서 시편의 온도가 최종적으로 200도에 도달할 수 있도록 설정하였다. 또한 시편 전체적으로 고른 온도 분포를 위하여, 챔버 후방에서 들어오는 열유동이 직접적으로 시편에 분사되지 않도록 가이드 플레이트를 설치하여, 챔버 전체적으로 고른 열 유동이 형성되도록 하였다.
- 본 연구에서 사용된 유리섬유/PP 열가소성 프리프레그의 열성형 온도가 190~210도로 제조사에서 제공되었기 때문에, 여기서는 200도로 물성 평가 및 열성형 온도를 고정하여 연구를 진행하였다. 물성 평가 및 열성형 모두 환경 챔버를 이용하기 때문에 환경 챔버 내에서 시편의 온도가 균일하게 분포하여야 하고, 갑작스런 온도 상승에 대해 시편의 온도가 overshooting하지 않도록 하기 위하여, 100-150-180-200-215도 간격으로 환경 챔버의 온도를 상승시키면서 시편의 온도가 최종적으로 200도에 도달할 수 있도록 설정하였다.
- 사용된 절점의 수는 2025개, 요소 수는 1936개이며 S4R shell 요소를 사용하였고, 사용된 적분점 개수는 5개이다. 사용된 물성은 앞서 정량화된 인장 및 전단 강성식을 비직교 구성방정식에 적용하였고, 이를 사용자 서브루틴으로 구성하여 FEM 수치해석에 사용하였다.
- 시편의 폭과 게이지 길이는 50 mm와 200 mm로 고정하였고, 인장 시 시편의 온도는 200도로 설정하였고, 인장 속도는 열성형 시의 편치 속도를 고려하여 10 mm/min으로 설정하였다. 또한 인장 시험 시 섬유의 방향이 인장축과 평행하도록 배치하였고 4회 반복하여 실험하였다.
- 비록 낮은 인장율에서 슬립이 발생해 조기 종료된 시험도 있으나, 열성형 거동에서는 강도가 아닌 강성값을 사용하게 되므로, 인장 강성 계산 시에 유효한 데이터로 사용될 수 있다. 실제 열성형에 사용되는 인장 물성값을 얻기 위해 위에서 사용된 동일한 시편의 크기에 대한 인장시험에 대해 FEM simulation을 실시하였다. 사용된 구조 방정식은 비직교 구성방정식이며, 수치 계산을 위해 사용자 코드인 UMAT을 작성하여 FEM 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비선형 인장 물성값을 구하였다.
- 또한 인장 시험과 달리 매우 낮은 힘이 작용하고 있다는 것을 알 수 있는 데, 고분자 수지의 melting에 대해 섬유 번들 간의 마찰이 매우 작다는 것을 의미하며, 이는 향후 열성형 거동에서 매우 작은 힘으로도 쉽게 완제품을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 실제 열성형에 사용되는 전단 물성 값을 얻기 위해 위에서 사용된 동일한 시편의 크기에 대한편향 인장시험에 대해 FEM simulation을 실시하였다. 인장 시험 시뮬레이션과 마찬가지로 사용된 구조 방정식은 비 직교 구성방정식이며, 수치 계산을 위해 사용자 코드인 UMAT을 작성하여 FEM 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비선형 전단 물성값을 구하였다.
- 열성형 시험에서는 다양한 공정 변수를 변화 시켜가면서 최종 성형품의 형상을 결정할 수 있다. 여기서는 금형과 프리프레그 간의 마찰 조건과 홀딩력에 따른 변화를 기준으로 실험을 진행하였다. 먼저 이형제의 사용 유무를 통해, 두 가지 다른 마찰 조건에 따른 열성형 실험의 결과를 비교하고자 하였다.
- 열가소성 복합재 중간재로서 열성형 온도가 비교적 낮은 200도 급의 유리섬유/PP 기반의 복합재를 선정하였고, 프리프레그의 성형온도에서의 인장 및 면내전단 물성 정량화를 위해 환경 챔버에서의 온도, 그립 등의 시험 조건을 확보하였고, 이를 바탕으로 열성형 속도인 10 mm/min를 기준으로 인장 시험과 전단 시험을 실시하였다. 시험 결과 인장 강성과 전단 강성값 모두 비선형성을 보였으며, 향후 열성형 시 비선형성이 필수적으로 고려되어야 할 요소임을 확인할 수 있었다.
- 열성형 시험을 위해 온도 환경 제어가 가능한 인장 시험기에서 반구돔 시험을 실시하였고, 이형제 사용 유무 및 홀더의 무게를 달리해가며 성형품의 최종형상을 비교하였다. 그 결과 이형제를 사용하면 성형품의 대칭성이 확보되고 주름 개선 효과에 유리하다는 것을 확인하였고, 적당한 힘의 홀딩력 제어가 필수적이라는 것을 알 수 있었다.
- 또한 각각의 마찰 조건에 대해 홀딩력을 달리하여 시험하였다. 우선 이형제를 사용한 경우에 대해 홀더 금형의 무게를 10, 15 kg으로 달리하여 98 N, 147 N으로 설정하여 시험을 수행하였다.
- 0 mm 두께의 탭을 사용하였다. 이 탭에 sand paper를 추가로 부착하여 sand paper 면이 시편면에 마주하도록 하여 물성 시험을 실시하였다.
- 인장 시험 시뮬레이션과 마찬가지로 사용된 구조 방정식은 비 직교 구성방정식이며, 수치 계산을 위해 사용자 코드인 UMAT을 작성하여 FEM 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비선형 전단 물성값을 구하였다. 편향 인장 시험 시물레이션에는 인장력도 동시에 걸리게 되므로, 앞 절에서 구한 인장 강성값을 함께 고려하여 수치해석을 수행하였다. 편향 인장 시뮬레이션 결과 식 (2)와 같은 비선형 면내 전단 물성을 얻었으며, 이 물성을 사용하여 수행한 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 Fig.
- 각 파트 별로 살펴보면 반구형 펀치는 길이 75 mm의 실린더형 구조와 인장기에 설치하는 여유 높이를 고려하여 전체 길이는 175 mm로 설계되었고, 지름은 150 mm로 구성된다. 홀딩 다이는 SUS로 제작될 경우 10 및 15 kgf의 힘이 가해질 수 있도록 높이를 달리하여 디자인되었으며, 이에 따른 다양한 홀딩력에 따른 성형성 평가를 진행하였다. 암금형인 몰드는 곡률단차 7 mm를 주었고, 판재의 두께를 고려하여 150%의 클리어런스를 두었다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 열가소성 복합재 프리프레그는 TEPEX사의 Dynalite 모델이며 Twill 2/2 형태로 유리섬유가 4장 적층되어 있는 구조이다. 열가소성 고분자 수지는 PP이며, 성형 온도는 약 200도이다.
- 또한 열성형의 대칭성을 고려하여 프리프레그의 1/4 영역만 수치해석을 수행하였고, 이를 위해 x축과 y축을 따라 대칭 경계조건을 부과하였다. 사용된 절점의 수는 2025개, 요소 수는 1936개이며 S4R shell 요소를 사용하였고, 사용된 적분점 개수는 5개이다. 사용된 물성은 앞서 정량화된 인장 및 전단 강성식을 비직교 구성방정식에 적용하였고, 이를 사용자 서브루틴으로 구성하여 FEM 수치해석에 사용하였다.
- 편향 인장 시험 동안 인장 속도는 일정하게 유지되고 힘과 변위를 측정하고, 계산을 통해 시편의 전단각 측정을 할 수 있다. 여기서는 폭-길이 비가 1:2인 시편을 기준으로 폭은 50 mm, 게이지 길이는 100 mm로 샘플을 준비하였고, 시험 시 시편의 온도는 200 도로 설정하였고, 편향 인장 속도는 열성형 시의 펀치 속도를 고려하여 10 mm/min으로 고정하여 3회 실시하였다.
데이터처리
- 실제 열성형에 사용되는 인장 물성값을 얻기 위해 위에서 사용된 동일한 시편의 크기에 대한 인장시험에 대해 FEM simulation을 실시하였다. 사용된 구조 방정식은 비직교 구성방정식이며, 수치 계산을 위해 사용자 코드인 UMAT을 작성하여 FEM 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비선형 인장 물성값을 구하였다. 인장 시뮬레이션 결과 식 (1)과 같은 비선형 인장 물성을 얻었으며, 이 물성을 사용하여 수행한 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 Fig.
- 실제 열성형에 사용되는 전단 물성 값을 얻기 위해 위에서 사용된 동일한 시편의 크기에 대한편향 인장시험에 대해 FEM simulation을 실시하였다. 인장 시험 시뮬레이션과 마찬가지로 사용된 구조 방정식은 비 직교 구성방정식이며, 수치 계산을 위해 사용자 코드인 UMAT을 작성하여 FEM 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비선형 전단 물성값을 구하였다. 편향 인장 시험 시물레이션에는 인장력도 동시에 걸리게 되므로, 앞 절에서 구한 인장 강성값을 함께 고려하여 수치해석을 수행하였다.
이론/모형
- 열성형 수치해석에 사용한 FEM 소프트웨어는 아바커스 6.12-1 Explicit이며, 계산의 편의를 위해 펀치, 홀더 및 몰드는 Analytical Rigid Model을 사용하였다. 또한 열성형의 대칭성을 고려하여 프리프레그의 1/4 영역만 수치해석을 수행하였고, 이를 위해 x축과 y축을 따라 대칭 경계조건을 부과하였다.
- 열성형 속도인 10 mm/min를 기준으로 성형 시간은 450초, 홀딩 시간은 10초로 설정하였다. 해석에 사용된 물성은 실험에서 정량화된 값을 기준으로, 비직교 구조방정식을 이용하여 설정하였다. 또한 각 물성에 대해 앞서 실시한 열성형에서 고려했던 것과 마찬가지로 마찰 조건과, 홀딩력을 달리하여 수치해석을 수행하였다.
성능/효과
- 또한 이형제를 사용하고 홀더의 무게를 15 kg으로 증가시킨 경우(Fig. 5(c)), 가장 대칭성이 뚜렷한 건전한 형태의 성형품을 제조할 수 있으며, 벽면의 주름도 거의 사라진 것을 확인할 수 있다.
- 열성형 시험을 위해 온도 환경 제어가 가능한 인장 시험기에서 반구돔 시험을 실시하였고, 이형제 사용 유무 및 홀더의 무게를 달리해가며 성형품의 최종형상을 비교하였다. 그 결과 이형제를 사용하면 성형품의 대칭성이 확보되고 주름 개선 효과에 유리하다는 것을 확인하였고, 적당한 힘의 홀딩력 제어가 필수적이라는 것을 알 수 있었다. 더 나아가 비직교 구성방정식이 고려된 열성형 수치해석을 실시하여 실험 결과와 유사한 양상을 확인할 수 있었고, 홀딩 력이 낮을 수록 주름이 많아지고, 마찰력이 클수록 더 많은 펀치력을 필요로 함을 확인하였다.
- 이 때문에, 성형품의 접촉 영역에서의 조기 고화 현상을 막기 어렵다는 문제가 있고, 홀더 금형 형상의 띠가 나타나게 된다. 그러나 이형제 사용을 통한 마찰 감소 및 홀딩력 최적화를 통해 성형품의 벽면에서 발생하는 주름 및 비대칭성이 나타나는 불량 현상을 최소화할 수 있었으며, 이러한 공정 변수 변화는 실제 열성형 공정 시 고려해야하는 필수 인자임을 확인할 수 있었다.
- 부가적으로 이러한 금형을 인장치구에 고정하기 위해 커넥터를 사용할 예정이며, 유압 그립에 고정시킨 후 금형과 볼트로 결합되어 장비와 금형이 서로 고정되도록 한다. 금형 제작 결과, 금형 간의 간섭(펀치와 홀더 간) 없이 안정적으로 펀치의 이동이 가능하고, 측정 장비인 인스트론에도 큰 무리를 주지 않고 열성형 시험을 실시할 수 있다는 것을 확인하였다.
- 그 결과 이형제를 사용하면 성형품의 대칭성이 확보되고 주름 개선 효과에 유리하다는 것을 확인하였고, 적당한 힘의 홀딩력 제어가 필수적이라는 것을 알 수 있었다. 더 나아가 비직교 구성방정식이 고려된 열성형 수치해석을 실시하여 실험 결과와 유사한 양상을 확인할 수 있었고, 홀딩 력이 낮을 수록 주름이 많아지고, 마찰력이 클수록 더 많은 펀치력을 필요로 함을 확인하였다.
- 해석 결과, 얻어진 인장 물성은 비선형성을 뚜렷하게 보이고 있으며, 이 거동이 제대로 표현되지 않는다면 열성형 해석 시 에러로 작용할 수 있다는 것을 보여주고 있다. 또한 구해진 인장 물성값이 실험 결과의 에러 범위 안에서 잘 일치하고 있음을 나타내어 주고 있다.
- 해석 결과, 얻어진 전단 물성은 비선형성을 뚜렷하게 보이고 있으며, 인장 거동과 마찬가지로 이 거동이 제대로 표현되지 않는다면 열성형 해석 시 에러로 작용할 수 있다는 것을 보여주고 있다. 또한 구해진 전단 물성값이 실험 결과의 에러 범위 안에서 잘 일치하고 있음을 나타내어 주고 있다.
- 비록 낮은 전단각에서 조기 종료된 시험도 있으나, 열성형 거동에서는 강도가 아닌 전단 강성값을 사용하게 되므로, 전단 물성 계산 시에 유효한 데이터로 사용될 수 있다. 또한 인장 시험과 달리 매우 낮은 힘이 작용하고 있다는 것을 알 수 있는 데, 고분자 수지의 melting에 대해 섬유 번들 간의 마찰이 매우 작다는 것을 의미하며, 이는 향후 열성형 거동에서 매우 작은 힘으로도 쉽게 완제품을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 실제 열성형에 사용되는 전단 물성 값을 얻기 위해 위에서 사용된 동일한 시편의 크기에 대한편향 인장시험에 대해 FEM simulation을 실시하였다.
- 뿐만 아니라 이형제를 사용함에 따라 금형과 프리프레그 간의 마찰력의 감소를 통해 홀딩력을 줄이고, 이에 따른 펀치에 걸리는 힘을 줄이는 효과를 가져오며, draw-in을 원활하게 해주는 현상을 확인할 수 있다. 홀더의 무게가 15 kg 인 경우에도 200 N 이하의 힘에서도 매우 건전한 형태의 성형품을 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
- 수치 해석 결과에서도 동일한 마찰 상황에서 홀더의 무게가 증가할수록 펀치력은 증가하였고, 같은 무게에 대해 마찰계수가 클수록 펀치력은 더 크게 나타났다. 실험결과와 비교할 때, 전반적인 펀치력의 절대값은 유사하게 나타난 것으로 보아 비직교 구성방정식에 의한 수치해석 결과가 신뢰도가 있는 것으로 생각할 수 있다.
- 열가소성 복합재 중간재로서 열성형 온도가 비교적 낮은 200도 급의 유리섬유/PP 기반의 복합재를 선정하였고, 프리프레그의 성형온도에서의 인장 및 면내전단 물성 정량화를 위해 환경 챔버에서의 온도, 그립 등의 시험 조건을 확보하였고, 이를 바탕으로 열성형 속도인 10 mm/min를 기준으로 인장 시험과 전단 시험을 실시하였다. 시험 결과 인장 강성과 전단 강성값 모두 비선형성을 보였으며, 향후 열성형 시 비선형성이 필수적으로 고려되어야 할 요소임을 확인할 수 있었다. 또한 열성형 물성의 정량화를 위해 기 개발된 비직교 구성방정식을 바탕으로 인장 및 전단 시험에 대해 FEM 수치해석을 수행하였고, 이를 통해 실험값과 잘 일치하는 물성값을 수식화하여 얻을 수 있었다.
- 수치 해석 결과에서도 동일한 마찰 상황에서 홀더의 무게가 증가할수록 펀치력은 증가하였고, 같은 무게에 대해 마찰계수가 클수록 펀치력은 더 크게 나타났다. 실험결과와 비교할 때, 전반적인 펀치력의 절대값은 유사하게 나타난 것으로 보아 비직교 구성방정식에 의한 수치해석 결과가 신뢰도가 있는 것으로 생각할 수 있다.
- 홀더의 무게가 증가할수록, 즉 홀딩력이 커질 수 록 펀치에 걸리는 힘이 증가하게 되고, 이는 실제 공정 시 비용 상승을 의미한다. 전체적으로 500 N 이하의 힘에서 성형품이 제조됨을 알 수 있고, 이는 공정 변수로서 홀딩력의 제어를 통해 공정 단가를 조절할 수 있다는 의미이다. 더 나아가 너무 높은 홀딩력을 사용하게 되는 경우 높은 펀치력을 요구하게 되는 데 이 때 너무 큰 힘에 의해 프리프레그의 파손을 야기시킬 수도 있기 때문에 적절한 조절이 필요하게 된다.
- 3(b) 에 비교하였다. 해석 결과, 얻어진 인장 물성은 비선형성을 뚜렷하게 보이고 있으며, 이 거동이 제대로 표현되지 않는다면 열성형 해석 시 에러로 작용할 수 있다는 것을 보여주고 있다. 또한 구해진 인장 물성값이 실험 결과의 에러 범위 안에서 잘 일치하고 있음을 나타내어 주고 있다.
- 4(b)에 비교하였다. 해석 결과, 얻어진 전단 물성은 비선형성을 뚜렷하게 보이고 있으며, 인장 거동과 마찬가지로 이 거동이 제대로 표현되지 않는다면 열성형 해석 시 에러로 작용할 수 있다는 것을 보여주고 있다. 또한 구해진 전단 물성값이 실험 결과의 에러 범위 안에서 잘 일치하고 있음을 나타내어 주고 있다.
- 뿐만 아니라 이형제를 사용함에 따라 금형과 프리프레그 간의 마찰력의 감소를 통해 홀딩력을 줄이고, 이에 따른 펀치에 걸리는 힘을 줄이는 효과를 가져오며, draw-in을 원활하게 해주는 현상을 확인할 수 있다. 홀더의 무게가 15 kg 인 경우에도 200 N 이하의 힘에서도 매우 건전한 형태의 성형품을 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 수치해석에 사용된 물성은 프리프레그의 온도가 200 도인 경우에 대해 인장 시험과 전단 시험을 통해서 구한 것이므로, 이 보다 낮은 온도 이력을 갖는 실제 실험에서의 거동을 정확하게 모사하기가 어렵다. 200도보다 낮은 온도에서는 인장 및 전단 강성값 모두 증가하게 되므로, 이를 정확히 표현하게 된다면 조금 더 정확한 거동을 나타낼 수 있으리라고 판단한다.
- 본 연구에서는 챔버를 이용하여 열성형 공정을 구현하였기 때문에, 홀더 금형의 온도가 성형품의 melting 온도보다 15~20도 정도 낮을 수 밖에 없는 한계가 있다. 이 때문에, 성형품의 접촉 영역에서의 조기 고화 현상을 막기 어렵다는 문제가 있고, 홀더 금형 형상의 띠가 나타나게 된다.
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