초록
수지이동 성형공정에서 섬유직조가 수지에 의해 함침될 때 발생하는 기공 또는 나쁜 젖음성은 최종 성형품의 물성 저하에 심각한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 함침공정에서의 수지 유동특성을 파악하고 기공 형성기구를 규명하기 위하여, 빔 형태의 금형을 대상으로 실리콘 오일과 평직형태의 유리섬유를 사용하여 미시적인 유동가시화 실험을 수행하였다. 시간과 압력에 따른 수지의 침투길이를 측정함으로써 섬유직조의 기공률에 따른 비정상상태의 투과계수와 모세관압을 측정하였고, 낮은 조업압력과 낮은 기공률에서는 모세관압이 함침공정에서 중요한 가공변수임을 확인할 수 있었다. 비디오 카메라를 이용하여 유동전단면의 이동을 근접 확대 촬영하여 기공이 형성되는 과정을 미시적으로 관찰함으로써, 섬유와 수지의 표면에너지에 의해 발생되는 모세관압이 기공의 형성에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, 수지충전을 유발하는 전체 구동압력에서 모세관압이 상대적으로 클수록 기공은 더욱 쉽게 생성되는 것으로 나타났다. 또한 수지의 점도와 섬유직조의 기공률이 각각 변화할 때, 모세관수에 따른 기공의 함량을 화상 해석 기법(image analysis technique)을 사용하여 정량적으로 측정하였다. 수지가 섬유직조 내로 함침될 때 임계모세관수(Ca~2.75$\times$$10^{-3})이상에서는 기공이 형성되지 않았으며, 그 이하에서는 모세관수가 감소함에 따라 기공의 함량이 지수적으로 증가하였다. 생성된 기공의 함량은 점도에 관계없이 유사한 변화 경향을 보였으며, 모세관수가 동일한 조건에서는, 기공률이 감소함에 따라 기공의 함량이 감소하였다.
Flow-induced voids during resin impregnation and poor fiber wetting give serious effects on the mechanical properties of composites in resin transfer molding process. In order to better understand the characteristics of resin flow and to investigate the mechanism of void formation, flow visualization experiment for the resin impregnation was carried out on plain weaving glass fiber mats using silicon oils with various viscosity values. The permeability and the capillary pressure for the fiber mats of different porosities were obtained by measuring the penetration length of the resin with time and with various injection pressure. At low porosity and low operating pressure, the capillary pressure played a significant role in impregnation process. Video-assisted microscopy was used in taking the magnified photograph of the flow front of the resin to investigate the effect of the capillary pressure on the void formation. The results showed that the voids were formed easily when the capillary pressure was relatively high. No voids were detected above the critical capillary number of 2.75$\times$$10^{-3}, and below the critical number the void content increased exponentially with decrease of the capillary number. The content of void formed was independent of the viscosity of the resin. For a given capillary number, the void content reduced with the lower porosity of the fiber mat.
