Abstract
Sandwich injection molding is one of the remarkable polymer processes recently developed from conventional injection molding. But it is almost impossible to do theoretical investigation that we've researched it through numerical simulation. In this paper, numerical simulation on the study of sandwich injection molding is based on Finite Element Method and FAN/Control Volume method. In addition to conventional filling parameter that can confirm skin polymer melt front, new filling parameters have been introduced to confirm core polymer melt front advancement. These filling parameters are defined in each layer which is divided to solve temperature field along the thickness direction. One can notice different filling patterns resulted from the variation of material properties such as viscosities and power-law indexes, and processing conditions such as switch-over times and wall temperatures. It gives us a better understanding of the sandwich injection molding process. And we can recognize that it's the core polymer spatial distribution after the completion of filling that is the most important key point to use this process for industrial molding process.
샌드위치 사출성형 공정은 기존의 사출성형 공정이 가지지 못하는 여러 장점들로 인해 최근 산업적으로 주목 받고 있는 고분자 가공 공정이다. 이 공정의 해석적인 접근은 거의 불가능하므로, 본 연구에서는 수치모사를 통해서 샌드위치 사출성형의 충전 공정을 연구하였다. 수치모사는 기본적으로 유한요소법을 사용하였고 Flow Analysis Network(FAN)/관할체적(Control Volume)법 등을 함께 이용하였다. 그리고 skin polymer의 선단을 확인할 수 있는 기존의 충전율 변수와 함께 skin polymer와 core polymer의 경계를 표시하는 새로운 충전율 변수를 도입하였고 이것을 이용하여 core polymer의 선단을 추적하였다. 새로운 충전율 변수는 두께 방향으로 온도장을 풀기 위해 나눈 각 층에서 정의되었다. 수치모사에 사용된 skin polymer와 core polymer로는 물성이 다른 두 고분자 물질을 주입시켜서 나타나는 충전 형태를 비교했다. 즉, 점도 상수, power-law 지수 등과 같은 유변 물성이 다른 두 고분자 물질을 충전시키기 위해 공정상 필요한 입구에서의 압력 등을 계산했으며 나중에 들어가게 되는 core polymer의 충전 완료 후 금형 내에서의 두께 방향과 흐름 방향으로의 분포 등을 구하였다. 또한 실제 공정 상에서 가공조건에 해당되는 switchover time과 벽 온도 등의 조건을 바꿔가면서 수치모사를 진행하였다. 사례 연구를 통하여 얻어진 물성과 가공 조건에 따른 core polymer의 충전 형태와 입구에서의 압력 등은 샌드위치 사출성형의 산업적 이용에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
