분야
hwp2. 이론적 배경
2. 1 폴리머
2. 2 플라스틱
2. 2. 1 열가소성 플라스틱
2. 2. 2 열경화성 플라스틱
2. 3 여러 가지 폴리머의 물성
2. 4 플라스틱의 성형법
2. 4. 1 압축 및 전달 몰딩
2. 4. 2 사출 성형
2. 4. 3 압출
2. 4. 4 취입 성형
2. 5 상용되는 복합재의 물성
2. 5. 1 PPS 복합재 by Mingju Plastic (China)
2. 5. 2 PA 복합재
2. 6 복합재의 사용 분야
2. 6. 1 PPS 복합재
2. 6. 2 PA 복합재
2. 6. 3 GFRP / CFRP
2. 6. 4 FRP 판재를 이용한 교량 건설
3. 실험방법
3. 1 Hot plate
3. 2 Hot chamber
4. 실험 과정 및 결과 분석
4. 1 Hot plate
4. 1. 1 70vol% PA6 + 30vol% Glass fiber
4. 1. 2 80vol% PA6 + 20vol% Glass fiber
4. 1. 3 80vol% PPS + 20vol% Glass fiber
4. 2 Hot chamber
4.2.1 85vol% PPS + 15vol% Glass fiber 실험
4. 2. 2 95vol% PPS + 5vol% Glass fiber 실험
4. 2. 3 97vol% PPS + 3vol% Glass fiber
4. 2. 4 Hot chamber 실험의 문제점
4. 2. 5 대체가능 실험 방법 (폴리머 기지와 단섬유 혼합 후 압축 성형)
5. 결론 및 고찰
(1) 폴리머 기지의 높은 viscosity 문제
(2) 열손실 문제
(3) Porosity 문제
폴리머 재료를 성형하는 데에는 많은 기술이 사용된다. 폴리머 재료의 성형 방법을 결정하기 위해서는 다음의 몇 가지 사항이 고려되어야 한다. 즉,
① 재료가 열가소성 또는 열경화성인가?
② 열가소성일 경우 연화 온도는 얼마인가?
③ 재료의 성형 분위기에 대한 안정성
④ 완성품의 형상 및 크기.
폴리머의 성형 기법과 금속 및 세라믹의 성형 기법 사이에는 상당한 유사성이 있다.
대개의 경우 폴리머 재료는 고온, 가압하에서 성형된다. 열가소성 폴리머 재료는 유리 천이온도보다 높은 온도, 가압하에서 성형되고, 가압력은 형상을 유지할 수 있도록 유리 천이 온도 이하로 냉각될 때까지 유지하여야 한다. 열가소성 폴리머 재료를 사용하는 경제적인 장점은 재활용이 가능하다는 것이다. 즉, 열가소성 재료의 짜투리는 재용융되어 새로운 형상으로 제조할 수 있다.
2. 4. 1 압축 및 전달 몰딩
압축 몰딩(compression molding)의 경우, 위의 그림에서 나타낸 바와 같이 완전히 혼합된 폴리머와 필요한 첨가제의 적정량이 암수 몰드 사이에 놓인다. 양쪽 몰드가 가열되지만, 이 중 하나만이 움직인다. 몰드를 닫고 열과 압력을 가하여 플라스틱 재료가 점도를 가지게 한 후, 몰드 형태대로 성형되도록 한다. 몰딩 전에는 원재료를 혼합하여 예비 형성폼(preform)이라 하는 디스크형으로 상온 압축할 수도 있다. 예비 형성폼을 가열하게 되면, 몰딩 시간 및 압력을 감소시킬 수 있다. 이에 따라서 다이의 수명을 연장하고 좀 더 균일한 부품을 제조할 수 있다. 이러한 몰딩 기법은 열가소성 및 열경화성 폴리머를 제조하는 데 사용되지만, 열가소성이 좀 더 많은 시간과 비용이 소모된다.
압축 몰딩을 개조한 절달 몰딩(transfer molding)의 경우는 고체 원료가 가열된 전달 실(transfer chamber)에서 먼저 용융된다. 용융된 재료로 몰드 실로 사출되면서 압력이 모든 표면에 좀 더 균일하게 분포된다. 이러한 과정은 열경화성 폴리머와 복잡한 형상을 가진 부품에 많이 이용된다.
2. 4. 2 사출 성형
폴리머 재료에서 금속의 다이 캐스팅(die casting)에 해당하는 사출 성형(injection molding)은 열가소성 재료를 성형하는 데 많이 이용된다. 장치의 모식적인 단면도를 위의 그림에서 볼 수 있다. 작은 알갱이로 만든 재료의 적정한 양이 호퍼(hopper)로 공급되고, 플런저(plunger)를 이용하여 실린더내로 공급한다. 이것을 가열실내로 밀어 넣는데, 여기서 열가소성 재료는 점성이 있는 액상으로 용융된다. 다음으로 램(ram)이 움직임에 따라서 용융된 플라스틱이 몰드내의 공간 속으로 강제로 들어가게 되고, 플라스틱이 고체화될 때까지 압력을 유지한다. 마지막으로 몰드를 열고 제품을 꺼낸 후, 몰드를 닫고 위와 같은 과정을 반복한다. 아마 이 기술의 가장 뛰어난 점은 부품의 생산 속도일 것이다. 대부분의 열가소성 플라스틱은 그의 응고 속도가 매우 빠르기 때문에, 이 과정의 사이클 시간이 짧다(대개 10 ~ 30초). 열경화성 폴리머도 사출 성형으로 제조할 수 있다. 즉, 가열된 몰드내에서 압력을 가하여 경화시키는 과정으로, 열가소성 플라스틱에 비하여 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이러한 공정을 반응 사출 성형(reaction injection molding, RIM)이라고 부르기도 한다.
