[논문자료] 사출 성형공정 압력에 따른 PA6/GF 복합재료의 물리적 특성 및 성능 예측 시뮬레이션에 관한 연구

출처: 픽사베이

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엔지니어링 열가소성 플라스틱(Engineering thermo-plastic)의 우수한 강도, 강성, 성형성 및 재활용성으로 인해 엔진마운트, 계기판, 라디에이터 팬 및 전동모듈과 같은 차량 부품으로의 적용성이 늘고있으며, 그로 인해 엔지니어링 열가소성 플라스틱 및 그 복합재료의 기계적 거동에 대한 관심이 증가하고 있다.

 

폴리아미드-6(Polyamide-6)는 강도, 강성 및 내화학성이 우수한 재료 중 하나이며, 이러한 폴리아미드-6를 유리섬유와 함께 혼합하여 제조한 유리섬유/폴리아미드-6(GF/PA-6) 열가소성 복합재료는 내크리프성, 진동 감쇠 특성 및 높은 인성으로 인해 높은 하중이 요구되는 구조용 재료 분야에서 잠재적인 응용 소재로 주목 받고 있다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202211757562223

 

본 연구에서는 폴리아미드-6/유리섬유 복합재료를 사출 성형 을 통하여 제작하고, 사출 압력에 따른 기계적 물성을 조사하였다. 사출 압력을 700, 800, 900, 1000bar로 각각 달리 제작하였고, 압력별 시편의 형태분석 및 배향도를 광학 현미경(Optical microscope) 분석 및 XRM(X-ray microtomography)을 통해 확인하였다. 그 결과 사출압을 900bar로 설정하였을 때, 육안상 시편의 불량이 2% 이내로 거의 검출되지 않았으며 형태학적으로 최적의 조건임을 확인하였다.

 

또한 사출 압력이 증가할수록 flow direction(70° ~ 90°, 90° ~ 100°)에 가까운 방향으로 배향된 섬유 가 많이 분포하는 것을 확인하였다. PA6/GF 복합소재의 기계적 특성을 인장시험, 굴곡시험을 통 해 분석하였고, 그 결과 사출압이 900bar인 복합소재의 인장강도, 굴곡강도 값이 234.6MPa, 391.4MPa로 가장 높은 기계적 물성값을 나타내었다. 반면에 사출 압력이 700bar인 복합소재의 경우 사출 성형 공정 중에 일어난 수지 일부 미함침 및 미충전 부분이 발생하여 인장강도, 굴곡강도 값이 210.4MPa, 351.2 MPa로 가장 낮은 물성값을 나타내며, 사출 압력이 1000bar인 복합소재의 경우는 사출 압력이 너무 높을 경우 생기는 흑조현상으로 인해 물성값이 하락한 것으로 사료된다. 실제 제조된 시편(PA6/GF)의 기계적 물성 값과 가상공학 S/W를 활용한 기계적 물성 값에 대한 해석 결과값을 비교하여 상관성을 분석한 결과 사출 성형 공정 상에서 발생한 버(burr)나 일부 흑조현상으로 인하여 5% 이내의 오차율이 발생한 것으로 나타난다.

 

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