탄소섬유와 액상 PDMS 혼합액의 오리피스 유로 유동가시화를 통한 첨가제 정렬 분석 (Analysis of Additive Orientation through Flow Visualization of Carbon Fiber and PDMS Mixture in an Orifice Channel)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 31권 / 4호 / 141 ~ 148페이지
· 저자명 : 박준엽, 오동욱

초록

본 연구는 사출 혹은 압출 금형 내부에서 나타나는 폴리머 복합소재의 섬유 정렬 현상을 모사하고 분석하기 위하여 유동가시화 실험을 수행하였다. 오리피스 유로 구조 내부에서 유동 중인 액상 PDMS와 탄소섬유혼합액의 유동가시화 이미지 분석을 통하여 섬유 강화재의 유로 내부 위치별 각도, 길이를 계산하였다. 또한분석된 섬유의 길이 분포를 계산하였고, 유로 내부 위치에 따른 섬유 각도들의 평균, 표준편차를 산출하였다.
섬유들의 각도 정렬에는 유동장의 속도구배와 전단응력이 가장 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 유로중앙부에는 일반적으로 큰 각도와 높은 표준편차를 보이고, 위아래 벽면부에는 낮은 각도와 낮은 표준편차를관찰할 수 있었다. 또한 오리피스 출구 직후에 섬유들이 급격한 각도변화를 보이는 것으로 나타났으며, 이는급격한 속도 감속에 따른 전단응력 방향이 방사형 형태로 나타나는 것 때문으로 분석하였다. 본 연구와 같은섬유 정렬 및 배열 현상을 금형 주입과정에서 관찰함으로 복합소재 내부 섬유 정렬과 비등방 물성에 대한보다 자세한 이해가 가능할 것으로 기대한다.

영어초록

The physical property of polymer composites greatly depends on the orientation and alignment of embedded additives. Due to such relevance, it is important to understand the rheology of molten polymer and additive mixture during the molding process. The objective of this study was to analyze the additive alignment and orientation inside liquid state PDMS and carbon fiber mixture flowing through an orifice channel flow using flow visualization experiments. Fibers flowing close to the channel walls were observed to align in the direction of the flow. In the mid-channel region, perpendicular and randomly oriented fibers make up the majority. In addition, the study presented the length, location, and angle of the fibers calculated through an image processing process and statistical analysis. Through this study, a better understanding of additive alignment and anisotropic property of polymer composites can be made.

참고자료

· 없음