압력변화에 따른 수지 점도측정을 위한 금형식 슬릿점도계 설계

Abstract

사출성형은 계량, 충전과 보압, 냉각, 취출 네 가지 공정의 반복을 통하여 제품을 생산하는 제품 성형방식으로 제품을 대량으로 생산하는데 효율적인 공정이다. 제품의 형상을 성형하기 위해 Cavity에 용융된 플라스틱 재료를 채우는 충전공정은 공정조건 설정에 따라 미충진(short shot), 플래시(flash), 기공(void) 등의 성형불량이 발생할 수 있으며, 제품 외관의 품질에도 영향을 미치는 중요한 공정이다. 충전공정의 공정조건 설정을 위하여 고려하는 점도는 용융수지의 흐름성과 직결되는 물성으로 사출성형에 있어 중요한 플라스틱 재료의 물성이다. 점도는 온도, 전단율 그리고 압력의 함수로 사출성형 공정에서 발생되는 채널 내의 압력수준에 따라 용융수지의 점도거동에 영향을 미친다. 사출성형 CAE 해석을 통하여 고압환경에서의 사출성형 공정을 예측하려면, 압력에 따른 수지의 점도 측정을 통해 도출된 압력계수를 이용하여 압력영향을 고려하여 CAE 해석을 진행해야 한다. 본 연구에서는, 압력에 따른 수지의 점도측정을 위하여 금형식 슬릿점도계와 출구압력 조절장치를 개발하였다. 금형식 슬릿점도계의 성능검증을 위하여 모세관점도계에서 측정된 데이터와 CAE 프로그램에서 제공하는 점도데이터와 비교하여 개발된 점도계에서 측정된 데이터의 신뢰성을 검증하였다. 또한, 모세관점도계에서 측정이 어려운 장섬유 복합소재를 사용하여 동일한 실험조건에서 반복측정을 진행하여 데이터의 재현성을 검증하였다. 출구압력 조절장치는 일정한 출구압력을 구현하고 유지하기 위하여 유압실린더를 사용한 출구조절 장치와 출구유로 모듈을 설계하였다. 출구압력에 따라 측정된 점도로부터 도출한 압력계수를 선행연구 결과들과 비교하여 개발된 장치의 성능검증을 진행하고, 다양한 수지들에 대하여 추가적으로 압력계수를 도출하였다. 또한, 고압환경에서 측정이 이루어지기 때문에 유동이 발생되는 배럴과 측정이 이루어지는 슬릿 채널에서의 압력수준이 다르기 때문에 수지의 압축성을 고려하여 슬릿 채널 내 유량을 보정을 통하여 전단율을 보정하였다.