액상성형공정(LCM, Liquid Composite Molding) 은 복합재료 오토클레이브(Autoclave) 성형공정의 단점을 극복할 수 있는 탈 오토클레이브(OoA, Out of Autoclave) 공정의 하나로 매우 복잡한 형상이나 대형 구조물을 일체형으로 만들 수 있어 항공산업에서 큰 경쟁력을 가진 공법으로 알려져 있다. 이러한 장점 때문에 액상성형공정을 적용한 항공 부품제작 수요가 늘고 있으며 FAA에서는 액상성형공정을 적용한 복합재료에 대한 인증(Qualification) 방법을 제시한 바 있다. 국내에서도 액상성형공정 적용 복합재료에 대한 부품제작 수요 및 재료인증 수요가 꾸준히 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존에 구축된 프리프레그 복합재료 인증방안 이외에 LCM 공정을 적용한 복합재료에 대한 인증방안을 수립하기 위한 연구를 진행하였다.
In liquid composite molding (LCM), composites are produced by impregnation of a dry preform with liquid resin. The resin flow through the preform is usually described by Darcy's law and the permeability tensor must be obtained for filling analysis. While the resin flow in the thickness direction can be neglected for thin parts, the resin flow in the transverse direction is important for thicker parts. However, the transverse permeability of the preform has not been investigated frequently. In this study, the transverse permeability was measured experimentally for five different fiber preforms. In order to verify the experimental results, the measured transverse permeability was compared with numerical results. Five different fiber mats were used in this study: glass fiber woven fabric, aramid fiber woven fabric, glass fiber random mat, glass fiber braided preform, and glass/aramid hybrid braided preform. The anisotropic braided preforms were manufactured by using a three dimensional braiding machine. The pressure was measured at the inlet and outlet positions with pressure transducers.
오토클레이브 (Autoclave) 성형 공정은 항공산업분야의 복합재 부품 제작에 있어서 매우 안정적이고 중요한 제조방법으로서 자리매김 해왔었지만 오토클레이브가 가진 많은 장점과 함께 단점 또는 제약 사항들을 보여주고 있다. 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위하여 다양한 탈 오토클레이브 (OoA, Out-of-Autoclave) 공정들이 연구 개발되고 있는데, 본 연구에서는 탈 오토클레이브 공정 중 하나로서 많은 관심을 받고 있는 액상성형공정 (Liquid Composite Molding)을 사용하여 시편들을 제작하고 이를 오토클레이브 공정으로 제작된 시편과 실험적으로 비교평가하였다. 액상성형공정 중 DB (Double Bagging), CAPRI (Controlled Atmospheric Pressure Resin Infusion) 및 VAP (Vacuum Assisted Process) 공정을 사용하여 시편 제작을 수행하고 내부 기공 함유량, 두께, 유리전이온도, 층간전단강도 및 굽힘강도 시험 평가를 통하여 각 제작 공정에 따른 차이를 확인할 수 있었다. 전체적으로 오토클레이브 성형 시편이 우수한 두께 균일도, 낮은 기공 함유량 및 양호한 기계적 강도 특성을 보였으며, 액상성형공정 중에서는 CAPRI 성형 시편이 DB 및 VAP 성형 시편에 비하여 상대적으로 우수한 특성을 가짐을 확인하였다.
Liquid molding processes, such as resin transfer molding, involve resin flow through a porous medium inside a mold cavity. Numerical analysis of resin flow and mold filling is a very useful means for optimization of the manufacturing process. However, the numerical analysis is quite time consuming and requires a great deal of effort, since a separate numerical calculation is needed for every set of material properties, part size and injection conditions. The efforts can be appreciably reduced if similarity solutions are used instead of repeated numerical calculations. In this study, the similarity relations for pressure, resin velocity and flow front propagation are proposed to correlate another desired case from the already obtained numerical result. In other words, the model gives a correlation of flow induced variables between two different cases. The model was verified by comparing results obtained by the similarity relation and by independent numerical simulation.
High-entropy TiAlCrSiN nano-composite coating was designed to improve mold life for high temperature liquid molding. Alloy design, powder fabrication and single alloying target fabrication for the high-entropy nano-composite coating were carried out. Using the single alloying target, an arc ion plating method was applied to prepare a TiAlCrSiN nano-composite coating had a 30 nm TiAlCrSiN layers are deposited layer by layer, and form about 4 ㎛-thickness of multi-layered coating. TiAlCrSiN nano-composite coating had a high hardness of about 39.9 GPa and a low coefficient of friction of less than about 0.47 in a dry environment. In addition, there was no change in the structure of the coating after the dissolution loss test in the molten metal at a temperature of about 1100 degrees.
현재 자동차용 복합재료를 생산하는데 유리한 제조방법으로는 압축성형 (Compression Molding), 액상성형(Liquid Molding), 인발성형(Pultrusion), 필라멘트 와인딩성형(Filament Winding)등이 있다. 압축성형은 현재 자동차 외장부품 성형에 널리 알려져 있는 SMC(Sheet Molding Compound)성형, 최근에 많은 연구가 되고 있는 LMPC(Low Pressure Molding Compound)성형, GMT(Glass Mat Reinforced Thermoplastics)성형 등이 있다. 액상성형은 RTM(Resin Transfer Molding)과 VARI (Vacuum Assisted Injection Molding), SRIM(Structure Reaction Injection Molding) 등이 있으며, 자동차 산업뿐만 아니라 일반 산업에서도 최근 많은 각광을 받고 있다. 그러므로 본 소고에서는 자동차용 복합재료의 제조에 널리 사용되는 성형공정에 대하여 간단히 살펴보고, 자동차 부품에 있어서의 복합재료 응용 현장과 최근 환경문제가 대두되면서 관심의 초점이 되고 있는 자동차용 복합재료 재활용 기술에 대하여 고찰하고자 한다.
Dicyclopentadiene is a low viscosity resin which forms a poly-dicyclopentadiene rapidly through ring opening metathesis polymerization (ROMP). This poly-dicyclopentadiene has outstanding properties of low-temperature, water and impact resistances. Due to these advantages, military and offshore structures try to apply the DCPD composites by using liquid composite molding process. In this study, 14%, 38% volume fraction fiber glass strand mat reinforced p-DCPD composites processed by structural reaction injection molding (S-RIM) which has resin-catalsyt mixing head and glass fiber preform in the mold. Additionally, S-RIM numerical analysis was conducted to predict the process time depending on fiber volume fraction and mold temperature. The process time is shorter when it has the lower fiber volume fraction or the higher mold temperature. At higher mold temperature, it is necessary to set the maximum mold temperature considering the resin curing time.
Rapid flow advancement without void formation is essential in the liquid composite molding (LCM) such as resin transfer molding (RTM) and vacuum assisted resin transfer molding (VARTM). A highly permeable layer in multi-layered preform has an important role in improvement of the flow advancement. In this study, a multi-layered preform which consists of three layers is employed. Radial flow experiment is carried out for the multi-layered preform. A new analytic model for advancement of flow front is proposed and effective permeability is defined. The effective permeability for the multi-layered preform is obtained analytically and compared with experimental results. Compaction test is performed to determine the exact fiber volume traction of each layer in the multi-layered preform. Transverse permeability employed in modeling is measured experimentally unlike the previous studies. Accurate prediction of flow advancement is of great use for saving the processing time and enhancing product properties of the final part.
In Resin transfer molding (RTM), composite parts are produced by impregnation of a dry reinforcement with liquid matrix resin. Permeability is a key issue in this process. For thin parts, the resin flow in the thickness direction can be neglected. Therefore thin parts are considered as two-dimensional composites. However the resin flow through the thickness is important to thicker parts and we have to consider out-of-plane permeability. This work discusses a method to measure out-of-plane permeability. The flow rate and pressure drop across the porous media were measured. Also one dimensional form of Darcy's law is applied to calculate the out-of-plane permeability of various preforms. The flow is injected uniformly into layers of the preform. And a circular fiber mat with 6cm diameter was cut and flattened from cylindrical mandrel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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