HWAHAK KONGHAK, Vol.35, No.3, 425-432, June, 1997
굳힘 압력을 적용한 수지이동성형 공정에 관한 연구
A Study on the Resin Transfer Molding Process under Controlled Consolidation Pressure
초록
기존의 수지이동성형(RTM) 공정으로는 성형공법상의 문제점으로 인해 수지의 충전 및 경화단계에서 발생된 기공을 효과적으로 제거하기 어려우며, 또한 섬유 부피함량이 높은 고성능 복합재료 제조의 적용에 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 압력용기(autoclave)를 이용한 새로운 ARTM(Advanced Resin Transfer Molding) 공정 시스템을 개발하였다. 초기에 금형내부를 적절한 진공상태로 유지하면서 충전 이후 경화단계에서는 압력용기에 의한 외부압력으로 굳힘(consolidation) 효과를 유도함으로써 기공이 효과적으로 제거되었을 뿐만 아니라, 55⁑2 %의 고섬유 부피 함량을 갖는 탄소섬유/에폭시 복합재료를 성형할 수 있었다. 수지 충전 압력 및 굳힘 압력은 압력용기에 의해서 연속적으로 조절되었다. 또한 고성능 복합재료 제조를 위한 ARTM 공정변수와 성형품의 구조적 특성과의 관계를 규명하기 위하여, 굳힘 압력, 수지 함량 조절, 그리고 표면 형질재 등의 공정변수가 기공생성에 미치는 영향을 ARTM 성형 실험을 통하여 조사하였다. 서로 다른 구조를 갖는 여러 섬유직조망에 대한 등방성 및 비등방성 투과성 계수를 유동가시화 실험을 통하여 정량적으로 결정하였으며, 유한요소/관할부피 방법을 도입한 수치모사를 이용하여 ARTM 공정의 충전 및 경화단계에서 유동선단의 위치와 탄소섬유/에폭시계의 경화도를 예측하였다.
Conventional RTM process is limited use for the production of advanced composite materials, since RTM process due to its inherent processing problems has difficulties in effectively removing voids formed during resin filling and curing stage as well as loading high fiber volume. In this work, Advanced Resin Transfer Molding(ARTM) process using autoclave was developed to overcome problems such as low fiber content and void formation encountered in conventional RTM. The experimental results showed that void-free epoxy/carbon fiber composites of 55±2 % fiber volume fraction could be produced by the ARTM process only when internal vacuum was initially applied and consolidation effect was induced by the autoclave pressure. In ARTM process, the mold-filling pressure and the consolidation pressure were controlled by the autoclave in a continuous fashion. In addition, the processing variables of consolidation pressure, resin bleeding, and surface formers were investigated to identify the ARTM processing and structural characteristics for high performance composite materials. Visualizing the resin-front advancement, isotropic or anisotropic permeabilities of several reinforcement fabrices were collectively determined based on Darcy’s law. A finite element/control volume method was used to predict the flow front advancement and degree of cure during the ARTM process.
Keywords:ARTM Process;Void Formation;Consolidation Pressure;Permeability;Finite Element/Control Volume Method
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