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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

강병수 (한국기술교육대학교, 한국기술교육대학교 일반대학원)

지도교수
유형민
발행연도
2022
저작권
한국기술교육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

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인발성형은 일정하고 단순한 단면 형상의 CFRP (Carbon Fiber Reinfor ced plastic)을 연속적으로 생산할 수 있는 최적의 공정기술로 다른 복합 재료 생산 및 가공법에 비해 적은 투자비용으로 비교적 높은 자동화율을 갖는다. 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 탄소섬유에 레진과 경화제를 혼합 후 탄소섬유에 함침 시켜 상온 및 고온 경화시켜 제품을 생산시킨 다. 탄소섬유(carbon fiber)는 철보다 약 70% 가벼우나 10배의 강도, 3배의 탄성률, 내구성·내충격성·내열성·내마모성 등이 우수하다. 또한 경량화이슈에 따라 수요가 증가하고 있고, 스포츠레저 분야에 적용 확대되고 있다[4],[5]. 표준 인발성형 공정은 혼합된 액상 수지를 개방형 함침장치(ope n bath)에 충분히 넣어 놓은 후 섬유를 통과시켜 수지를 함침 시킨다. 이방식은 혼합액 관리의 용이성, 생산 현장 규제의 강화에 따른 환경문제및 수지의 독성으로 인한 안전사고 위험에 노출되어 있어 경화 직전에 레진과 경화제가 투입 후 탄소섬유에 분사하여 함침 시키는 밀폐형 함침장 치로 대체할 수 있을 것으로 보인다.
본 논문에서는 국내 기술로 제작한 밀폐형 함침장치를 이용한 CFRP b ar 인발성형 시스템을 최적화하기 위하여 수지의 점도시험, DSC수지 특성시험, 인발시스템 및 섬유투입 시스템을 개선하여 디스플레이 이송카세트 내부 원장을 받쳐주는데 사용되는 bar용 복합소재를 생산 하는데 최적의 물성을 갖는 제품을 생산할 수 있도록 섬유투입 및 인발공정을 최적화하였다. 수지의 점도는 섬유사이로 함침 될 때 중요한 물성으로 CFRP bar양산화 기준 속도인 600mm/min으로 인발 시 최저 함침점도는 368mPa.s 가 필요하였고, 수지온도 40℃로 투입 시 점도는 220.4mPa.s로 최저 함침점도보다 낮은 점도를 갖는 수지가 투입되어 함침율을 높일 수 있었다.
DSC를 활용하여 수지의 결정화 시작온도 69.5℃, 결정화 온도 109.0℃, 및 결정화를 위한 투입 열량 352.0 J/g로 매트릭스 수지의 특성을 분석하였다.유압실린더로 인발시스템을 개선하여 양산화 기준속도 CFRP bar를 안정적으로 인발가능 하도록 시스템을 구축하였으며, 인발 시 불량 문제점으로 나타날 수 있는 슬립, 클램프로 인한 찍힘, 스크래치 등에 대해 개
선하였다. 로빙섬유를 크릴(creel)에 장착한 후 섬유인발 시 일정한 장력을 유지하며 제품의 기본형상을 잡아주는 섬유 가이드로 투입되는데, 섬유 가이드를 홀 타공판에서 롤러가이드로 변경하여 섬유를 개섬(spreadin g)시켰다. 24k tow는 7mm의 폭을 갖으나 이론적으로 34.7mm까지 개섬된 섬유를 투입시킬 수 있었으며, 투입 폭을 넓힘으로 인하여 투입두께를 줄일 수 있어 함침 율을 높일 수 있었다.
탄소섬유 매트릭스 에폭시 수지의 점도 분석을 진행하여 수지 투입온도에 대하여 연구하였으며, DSC분석을 통하여 사용되는 수지의 특성을 확인하여 섬유 투입공정 및 인발 시스템을 개선할 수 있었다. 연구된 결과와 시스템의 성능 개선을 통해 밀폐형 함침장치를 활용한 CFRP bar 인발 생산시스템을 최적화하였다. 최적화시킨 밀폐형 함침장치를 이용한 인발성형 시스템에서 생산된 CFRP bar를 이용하여 성능에 대한 시험을 진행한 결과 기존공정(공정#1)에서 생산된 CFRP bar보다 최적화 공정(공정 #3)에서생산 된 CFRP bar는 단면 void 98.7%, 표면 조도 75.5%, 처짐 34.9% 및 굽힘 강도 70%가 개선된 CFRP bar를 생산할 수 있었다.

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