To determine three-dimensional fiber orientation states in injection-molded short fiber composites a CLSM (Confocal Laser Scanning Microscope) is used. Since the CLSM optically sections the composites, more than two cross-sections either on or below the surface of the composite can be obtained. Three dimensional fiber orientation states can be determined with geometric parameters of fibers on two parallel cross-sections. For experiment, carbon fiber reinforced polystyrene is examined by the CLSM. Geometric parameters of fibers are measured by image analysis. In order to compactly describe fiber orientation states, orientation tensors are used. Orientation tensors are determined at different positions of the prepared specimen. Three dimensional orientation states are obtained without the difficulty in determining the out-of-plane angles by utilizing images on two parallel planes acquired by the CLSM. Orientation states are different at different positions and show the shell-core structure along the thickness of the specimen.
A Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) is applied to determine three-dimensional fiber orientation states in injection-molded short fiber composites. Since the CLSM optically sections the composites, more than two planes either on or below the surface of composites can be obtained. Therefore, three dimensional fiber orientation states are determined without destruction. To predict the orientation states, velocity and temperature fields are calculated by using a hybrid FEM/FDM method. The change of orientation state during packing stage is also considered by employing a compressible Hele-Shaw model. The predicted orientation states show good agreement with measured ones. However, some differences are found at the end of cavity. They may result from other effects, which are not considered in the numerical analysis.
In this study basic equations of fiber orientations is cimpared with experimental results. It is found that fiber orientations of short fiber reinforced polymeric composite under compression molding are governed by slope of flow speed in x-y direction. Fiber orientation angle of mold is also found to increase with closure speed and the compression ratio. At the middle of the mold, the slope of flow speed is larger in x-direction than in y-direction. At the wall of the mold, the shope of flow speed in y-direction occurs due to the effect of friction, hence affects the fiber orientation. The effect of partial flow, which incurs y-direction orientation causes to increase the fiber orientation angle at the fore part of the flow.
Injection molding is a very important industrial process for the manufacturing of plastics objects. During an injection molding process of composites, the fiber-matrix separation and fiber orientation are caused by the flow of molten polymer/fiber mixture. As a result, the product tends to be nonhomogeneous and anisotropic. Hence, it is very important to clarify the relations between separation orientation and injection molding conditions. So far, there is no research on the measurement of fiber orientation using image processing. In this study, the effects of fiber content ratio and molding condition on the fiber orientation-angle distributions are studied experimentally. Using the image processing method, the fiber orientation distribution of weld-line parts in injection-molded products is assessed. And the effects of fiber content and injection molding conditions on the fiber orientation functions are also discussed.
We review the modeling and simulation of fiber orientation during injection molding processes of short fiber reinforced thermoplastics. Generally, a group of fibers are described in terms of probability distribution function or orientation tensor. Various closure approximation models to express higher order tensor in terms of Bower order tensors are reviewed. Rheology of fiber suspensions, multiple fiber-fiber interaction and numerical technique for the prediction of fiber orientation are also considered for concentrated situations.
In order to examine thd accuracy of intersection counting method, the fiber orientation distribution of simulation figure platted by PC is measured using image processing. The fiber orientation distribution obtained by an image processing method is compared with those by the intersection counting method. The result shows that the errors of the intersection counting method are large because its measurement is made by the cross point of the scanning line and the fiber.
In order to examine the accuracy of the intensity method, the fiber orientation-angle distribution of fiber-reinforced polymeric composites is measured using image processing. The fiber orientation function is calculated from the fiber orientation measured by the soft X-ray photograph. Theoretical and experimental results of fiber orientation function are compared for the composites with different fiber contents and fiber orientations. The intensity method is used for the experimental investigation and the measured fiber orientation function is compared to the calculated one. The relations between the measured and the simulated fiber orientation functions $J{\small{M}}$ and $J{\small{S}}$ respectively are identified. For the fiber length of 1.000mm and 2.000mm, it shows that $J{\small{M}}=0.83J{\small{M}}$. However. in general. the value of $J{\small{M}}$ decreases as the fiber length increases. For GFRP composites the relations between $J{\small{M}}$ and theoretical value J show that $J{\small{M}}$=0.73J for short fiber and $J{\small{M}}$=0.81J for long fiber.
단섬유강화 고분자 복합재료의 고온압축 프레스 성형 시 유리섬유의 유동을 지배하는 인자인 유리섬유와 모재의 유동성에 관하여 연구하기 위하여 ?h트 스트랜드의 교차각도를 $30^{\circ},\;45^{\circ},\;60^{\circ}$로 배향하여 모재와 적층시킨 다음 열압축프레스를 사용하여 1차로 시트를 제작하고, 이 제작된 시트를 가열로로 가열하여 열압축프레스로 2차 고온압축 프레스 성형한다. 여기서, 압축속도와 압축비를 변화시켰을 때 발생되는 유리섬유의 배향에 관한 실험결과를 고찰한다.
Residual stress distribution in injection-molded short fiber composites was determined using layer-removal method. Polysterene with 3 vol% carbon fibers was injection-molded into the tensile specimen. With milling machine layer-removal process was conducted and the curvature data were acquired. Treuting and Read analysis which is assuming isotropic material, and White analysis considering anisotropy due to the fiber orientation were used to calculate residual stress of the flow direction through the thickness direction and compared with each other.
Fiber reinforced injection molded parts are widely used in recent years because of their improved properties of materials such as specific stiffness, specific strength, and specific toughness. The demand for products with high precision is increasing and it is important to minimize the warpage of the products. The warpage of short-fiber reinforced product is caused by anisotropy induced by fiber orientation as well as the residual stresses induced during the molding process. In order to reduce the warpage of the part, it is important to achieve successful mold design, processing control, and part design. In the present study, the design of gating system, molding condition, and part structure were carried out and verified with numerical analysis using a commercial CAE code Moldflow. The numbers and locations of gates were iteratively determined, and the molding conditions which can decrease the warpage of the part were investigated. Finally, slight structural modification of the part was conducted to reduce the locally concentrated warpage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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