액상성형공정의 이중구조를 가지는 다공성 매질에서의 불포화 유동 양상

Abstract

액상성형 공정은 경제적이면서도 다양한 형상의 복합재료 제품을 제작할 수 있는 공정이다. 액상성형 공정을 이용하여 우수한 기계적 물성을 가지고 있는 복합재료를 제작하기 위해서는 수지이송성형과 같은 공정을 이용하여 연속 장섬유 형태의 프리폼을 강화재로서 사용하는 것이 필요하다. 금형 안의 프리폼에 수지를 주입하는 과정은 다공성 매질을 흘러가는 유동으로 볼 수 있고, 대부분의 프리폼은 조밀한 부분과 그렇지 않은 부분의 이중구조를 가지는 다공성 매질 형태로 되어 있다. 이중구조를 가지는 다공성 매질에서는 유동선단에서 수지의 유속의 차이로 인하여 기공이 형성되고, 이렇게 생성 된 기공은 전체적인 유동에 영향을 주게 된다. 다공성 매질을 흐르는 유동은 Darcy의 법칙을 통하여 효율적으로 해석할 수 있는데, 이 과정에서 투과성 계수가 핵심적으로 활용된다. 투과성 계수는 다공성 매질의 형태나 모양에만 관련 된 변수로서, 포화투과성 계수와 불포화투과성 계수의 두 가지로 생각 할 수 있는데, 많은 연구에서 이 둘의 값에 대한 상이한 결과들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 서로 다른 유량에서의 압력분포 측정, 기공함량, 기계적 물성 확인을 통하여 기공의 영향을 확인 한 후, 포화 불포화 투과성 계수의 차이점을 다공성 매질 내에서의 기공 형성과 관련하여 설명하기 위하여 싱크 모델과 다중상 유동 모델을 제시하고, 마지막으로 포화 유동에서의 유리섬유 다발의 형상 변화의 영향을 확인하기 위하여 다양한 유동 조건에서의 포화 투과성 계수 변화와 유동조건에 영향을 받은 섬유다발단면의 형상을 관찰하였다.