RTM은 작은 크기에서 큰 크기의 복합재료를 생산할 수 있는 대량 생산 공정이다. 최근 경화 시간이 약 10분 이내인 속경화 수지가 자동차 및 항공우주 산업에 사용되고 있다. 수지의 점도는 경화 정도와 관련이 있으며, 금형 내부로 충진되는 과정에서 급격히 점도가 변할 수 있다. 따라서 속경화 수지의 유동 특성과 경화도를 해석적으로 예측하는 데 많은 노력이 필요하므로 실험적으로 측정하고 평가하는 것이 유리하다. 복합재료의 경화도를 측정하는 방법은 대표적으로 DMA, 유전기법 등이 있다. 본 논문에서는 다채널 경화 모니터링 시스템을 이용하여 속경화 수지의 유동과 경화도를 측정하였다. 총 8채널의 유전센서가 사용되었으며, 다양한 압력 조건에 따른 금형 내부의 유동과 경화도를 측정하고 상호 비교하였다.
RTM은 작은 크기에서 큰 크기의 복합재료를 생산할 수 있는 대량 생산 공정이다. 최근 경화 시간이 약 10분 이내인 속경화 수지가 자동차 및 항공우주 산업에 사용되고 있다. 수지의 점도는 경화 정도와 관련이 있으며, 금형 내부로 충진되는 과정에서 급격히 점도가 변할 수 있다. 따라서 속경화 수지의 유동 특성과 경화도를 해석적으로 예측하는 데 많은 노력이 필요하므로 실험적으로 측정하고 평가하는 것이 유리하다. 복합재료의 경화도를 측정하는 방법은 대표적으로 DMA, 유전기법 등이 있다. 본 논문에서는 다채널 경화 모니터링 시스템을 이용하여 속경화 수지의 유동과 경화도를 측정하였다. 총 8채널의 유전센서가 사용되었으며, 다양한 압력 조건에 따른 금형 내부의 유동과 경화도를 측정하고 상호 비교하였다.
Resin transfer molding (RTM) is a mass production process that allows the fabrication of composites ranging in size from small to large. Recently, fast curing resins with a curing time of less than about 10 minutes have been used in the automotive and aerospace industries. The viscosity of resin is ...
Resin transfer molding (RTM) is a mass production process that allows the fabrication of composites ranging in size from small to large. Recently, fast curing resins with a curing time of less than about 10 minutes have been used in the automotive and aerospace industries. The viscosity of resin is bound up with the degree of cure, and it can be changed rapidly in the fast-cure resin system during the mold filling process. Therefore, it is advantageous to experimentally measure and evaluate the degree of cure because it requires much effort to predict the flow characteristics and cure of the fast curing resin. DMA and dielectric technique are the typical methods to measure the degree of cure of composite materials. In this paper, the resin flow and degree of cure were measured through the multi-channel dielectric system. A total of 8 channels of dielectric sensors were used and resin flow and degree of cure were measured and compared with each other under various pressure conditions.
Resin transfer molding (RTM) is a mass production process that allows the fabrication of composites ranging in size from small to large. Recently, fast curing resins with a curing time of less than about 10 minutes have been used in the automotive and aerospace industries. The viscosity of resin is bound up with the degree of cure, and it can be changed rapidly in the fast-cure resin system during the mold filling process. Therefore, it is advantageous to experimentally measure and evaluate the degree of cure because it requires much effort to predict the flow characteristics and cure of the fast curing resin. DMA and dielectric technique are the typical methods to measure the degree of cure of composite materials. In this paper, the resin flow and degree of cure were measured through the multi-channel dielectric system. A total of 8 channels of dielectric sensors were used and resin flow and degree of cure were measured and compared with each other under various pressure conditions.
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문제 정의
본 논문에서는 속경화 수지를 이용하여 RTM 공법으로 복합재료 평판을 성형하였으며, 유전기법을 이용하여 수지의 유동 및 경화도를 실시간으로 모니터링 하였다. 70oC로 예열된 금형 내부로 수지를 주입할 때, 3가지 주입 압력 조건에 대하여 속경화 수지의 유동 특성 및 경화도를 분석하였다.
본 논문에서는 유동해석으로 예측하기 힘든 속경화 수지를 이용하는 RTM 공정에서 속경화 수지의 비선형적 점도 변화를 유전기법을 활용하여 실시간으로 모니터링 및 분석하였다. 70oC로 예열된 금형 내부로 수지 주입압력을 0.
제안 방법
본 논문에서는 Fig. 5와 같이 8개의 유전센서 신호를 동시에 측정할 수 있는 8채널 경화 모니터링 시스템을 제작하였으며, 이를 이용하여 금형 내부의 위치별 유동 특성 및 경화도를 분석하였다.
본 논문에서는 속경화 수지를 이용하여 RTM 공법으로 복합재료 평판을 성형하였으며, 유전기법을 이용하여 수지의 유동 및 경화도를 실시간으로 모니터링 하였다. 70oC로 예열된 금형 내부로 수지를 주입할 때, 3가지 주입 압력 조건에 대하여 속경화 수지의 유동 특성 및 경화도를 분석하였다.
탄소섬유와 유전센서의 접촉을 방지하기 위하여 유전센서와 탄소섬유 사이에 필 플라이(Peel Ply)를 삽입하였다. 금형의 예열 온도는 70oC로 설정하였으며, 0.01, 0.02, 0.04 MPa의 세 가지 수지 주입압력에 대하여 경화도를 측정하였다.
이상의 유전회로는 다양한 노이즈 환경에 노출될 수 있으므로, 입력 교류 전원 이외의 신호는 노이즈로 간주할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 f = 5 kHz의 신호만 통과시킬 수 있는 동조 필터를 유전회로의 앞부분에 배치하여 노이즈에 의한 영향을 최소화하였다.
Kim[1]은 고온 성형용 복합재료의 경화 모니터링을 위하여 유전센서의 열응력 해석과 실험을 수행하였다. 또한, 센서 표면에 크롬 도금을 수행하여 전기적 특성이 우수한 유전센서를 개발하였다. Yeo[2]는 유전기법을 이용해 복합재료 기지재의 온도에 따른 경화 과정을 모니터링을 하였다.
실험을 수행하기에 앞서 실험에 사용할 수지의 특성을 파악하고, 유전기법을 통해 측정한 경화도의 타당성을 검증하기 위해 DSC 등온 주사를 수행하였으며, 주사 온도는 70oC로 설정하였다. 등온 주사의 결과는 Fig.
대상 데이터
실험에 사용된 탄소섬유는 한국카본사의 CF-3327이며, 속경화 수지는 신아 티앤씨사의 SCH-370R/SCH-370H가 사용되었다. 탄소섬유와 속경화 수지에 대한 물성치는 Table 1과 2에 나타나 있다.
성능/효과
본 논문에서는 유동해석으로 예측하기 힘든 속경화 수지를 이용하는 RTM 공정에서 속경화 수지의 비선형적 점도 변화를 유전기법을 활용하여 실시간으로 모니터링 및 분석하였다. 70oC로 예열된 금형 내부로 수지 주입압력을 0.01 MPa, 0.02 MPa, 0.04 MPa로 변경하여 실험하였으며, 수지 주입압력이 0.02, 0.04 MPa인 경우는 2nd, 3rd sensor를 통과하는 시점부터 수지의 점도가 저하되어 수지 토출구에 가까워질수록 함침에 소요되는 시간이 감소됨을 실험적으로 확인할 수 있었다.
후속연구
초고압을 이용한 속경화 수지 RTM 공정에서는 경화가 수 분 내에 일어나고 위치 별 점도 및 경화도 차이가 심하게 발생할 수 있으므로, 본 논문에서 제시한 다채널 경화 모니터링 시스템을 적용하면 보다 효과적으로 금형 내의 유동현상을 분석할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
RTM 공법이란?
RTM 공법은 금형 내부에 복합재료 프리폼을 적층하고 내부로 수지를 주입하는 공법으로써, 기존의 오토클레이브를 이용하는 진공백 성형에 비해 적은 비용으로 성형 장비의 셋업이 가능하며, 다양한 형상의 복합재료를 성형할 수 있다. 또한, 사용하는 수지의 종류에 따라 수 분 내로 경화가 가능하며 대량생산에도 적합하다.
RTM 공법을 이용해 제작한 제품의 품질을 향상하기 위해 중요한 것은?
또한, 사용하는 수지의 종류에 따라 수 분 내로 경화가 가능하며 대량생산에도 적합하다. RTM 공법을 이용해 제작한 제품의 품질을 향상하기 위해서는 주입하는 수지에 대한 이해가 중요하다. 속경화 수지는 경화 반응이 시작되는 온도가 일반적인 수지에 비해 낮고, 수 분 내로 경화를 완료시킬 수 있으므로 많은 연구가 수행되고 있다.
복합재료의 경화도를 측정하는 방법 중 유전기법 특징은?
복합재료의 경화도를 측정하는 방법에는 DSC(Differential Scanning Calorimetry), DMA (Dynamic Mechanical Analysis), 유전기법(Dielectrometry) 등이 있다. 이중 유전기법은 실제 제품의 성형공정에서 실시간으로 경화도를 모니터링하고 측정할 수 있는 방법으로 알려져 있다.
참고문헌 (7)
Kim, I.Y., Choi, J.H., and Lee, D.G., "A Study on the Performance Test and Manufacture of the Dielectric Sensor for the Cure Monitoring of the High Temperature Composites", Journal of the Korean Society for Composite Materials, Vol. 14, Vol. 1, 2001, pp. 30-38.
Yeo, K.-J., Lee, S.-K., Um, M.-K., and Hwang, B.-S., "Cure Monitoring of a Composite Matrix by Dielectrometry", Proceedings of the Korean Society for Composite Materials Conference. 2001, pp. 110-113.
Kim, H.G., and Lee, D.G., "Dielectric Cure Monitoring of Thermosetting Matrix Composites", Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 23, No. 5, 2003, pp. 409-417.
Kwon, J.-W., Chin, W.-S., and Lee, D.-G., "On-line Cure Monitoring of Adhesive Joints by Dielectrometry", Journal of the Korean Society for Composite Materials, Vol. 16, No. 4, 2003, pp. 51-58.
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Lin, M.Y., Kang, M.K., and Hahn, H.T., "A Finite Element Analysis of Convection Problems in RTM Using Internal Nodes", Journal of Composites Part A : Applied Science and Manufacturing, Vol. 31, No. 4, 2000, pp. 373-383.
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