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웰드 라인 근방에서의 유리섬유 배향에 대한 CAE 해석과 X선 CT에 의한 관찰

전문가 제언: ○ 근년 플라스틱 재료의 용도가 자동차, 항공기 등에 사용되는 금속재료의 대체 재료로서 확대됨에 따라 플라스틱의 강도를 높이기 위해 다양한 섬유보강재를 첨가한 복합재료의 개발이 활발하다. 그러나 2종 이상의 용융물질을 사출성형에 의해 성형품을 제조하는 경우에는 필연적으로 일어나는 웰드 라인(weld line) 등 여러 가지의 문제가 발생하여 기대하는 품질의 성형품을 얻지 못하는 경우가 많다.

○ 이와 같은 연유 때문에 플라스틱으로의 대체가 크게 확대되지 못하고 있는 것이 현상이다. 현재 성형품의 치수정밀도의 향상과 함께 여러 불량요인을 해소하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 특히 컴퓨터이용공학(CAE)을 활용한 유동해석기법이 크게 진전되고 있다.

○ 지금까지는 섬유강화플라스틱의 강도를 향상시키기 위한 연구로는 강도에 크게 영향을 미치는 섬유배향을 제어하기 위해 CAE에 의한 웰드부(수지의 합류점)의 섬유배향해석과 함께 실제의 섬유배향과의 비교가 많이 추진되어 왔다. 그러나 이들은 개관적인 전체 상의 비교에 불과하기 때문에 실질적인 섬유배향의 제어에 정확한 처방이 되지 못했다.

○ 본 논문에서는 사출성형 과정에서 일어나는 정밀한 섬유배향 정보를 얻기 위한 수단으로서 전체 상의 검토뿐 아니라 웰드 라인 근방에서의 섬유배향에 대해서 전단 흐름의 영향을 받기 쉬운 외층(스킨 층)과 확대 흐름의 영향이 지배적인 내층(코어 층)의 각각에 대해 비교하여 검토한 결과를 소개하고 있다. 그러나 사출성형에서의 변형거동은 매우 복잡하므로 CAE의 실용화를 고려하면 아직 해결해야 할 과제가 많다.

○ 현재 우리나라의 사출성형 CAE의 활용은 미진한 실정이다. 그 요인으로는 금형제작사 대부분이 소규모로 부품제조업체로부터 금형제작을 하청 받아 이루어지는 구조이기 때문이다. 금후 플라스틱 성형기술은 CAE의 활용은 필수적 기술요소의 하나로 자리하겠지만 이론과 계산만으로 모든 유동현상을 해결한다는 것은 불가능하다. 성형조작의 조건설정이야 말로 경험과 노하우가 매우 중요하므로 영업비밀이 아닌 이상에는 전문가의 견문지식과 경험을 공유하는 것이 필요하다.

저자: A. Iida, K. Okamoto, K. Kondo
자료유형: 학술정보