VARTM 공정에서의 금형 충전 및 기공 형성에 관한 3차원 수치해석
Three-Dimensional Numerical Simulation of Mold-Filling and Void Formation During Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding
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최근 대형 복합재료 구조물 성형에 적합한 공정으로 주목 받는 vacuum assisted RTM (VARTM) 공정에 있어, 보강섬유의 조직 내부에 잔류하는 공기를 제거하여 기공함유율을 낮추는 기술의 중요성이 인식되고 있다. 거대기공 혹은 불완전함침영역은 부적절한 주입구 및 공기배출구의 위치, 혹은 금형의 형상에 의해 발생한다. 미세기공은 불균일한 수지 유동선단의 속도로 인해 유동선단 부분에서 집중적으로 형성되며, 금형충전 공정 도중 수지와 함께 이동한다. 성형이 완료된 제품내의 잔류 기공들은 완성품의 물리적 성질을 저하 및 제품의 파손을 초래할 수 있다. 본 연구에서는 VARTM 공정에서의 기공의 형성 및 이동을 해석할 수 있는 통합된 거시적/미시적 해석 방법을 개발하였다. 수치해석 프로그램을 개발하여 VARTM 공정에서의 3차원 수지 유동을 해석하였으며, 그에 따른 거대기공 및 미세기공의 분포를 예측하였다.
Abstract
In the vacuum assisted RTM (VARTM) process that has become the center of attention for manufacturing massive composite structures, a good evacuation of air in the fiber preform is recognized as the prime factor. The macrovoids, or the dry spots, are formed as a result of improper gate/vent locations and the mold geometry. The non-uniform resin velocity at the flow front leads to the formation of microvoids in the fibers, and the air in the microvoids can migrate along with the resin flow during mold filling. The residual air in the voids in a composite part may cause a degradation of the mechanical properties of the finished part and a premature failure of the composite structure under given load conditions. In this study, a unified macro- and microanalysis methods were developed to account for the formation and transport of air in resin during VARTM process. A numerical simulation program was developed to simulate the three-dimensional flow pattern as well as the macro and microscopic distribution of air in a composite part fabricated by VARTM process.
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