KR102021847B1 - 온도 및 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 및 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 피스톤-다이 방식의 실험에 의해서 측정된 합성수지의 데이타를 가지고, 온도 및 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법은 (a) 일정한 질량의 실린더 형상의 합성수지 시료에 일정한 압력을 가하고 일정한 양의 열전달을 하면서, 상기 합성수지 시료의 외벽의 온도와 높이의 변화를 측정하는 단계와, (b) 상기 합성수지 시료의 온도 변화에 따른 측정밀도를 계산하는 단계와, (c) 합성수지 시료의 온도 변화에 따른 비열과 열전도도를 계산하는 단계와, (d) 상기 합성수지 시료의 외벽에서 측정된 온도를 경계조건으로 하여 가지고 합성수지 시료의 내부 온도 분포를 계산하는 단계와, (e) 상기 합성수지 시료의 계산된 내부 온도 분포를 가지고 합성수지 시료의 평균 온도를 구하는 단계와, (f) 상기 합성수지 시료의 평균 온도에 대응하는 환산 밀도를 구하는 단계와, (g) 상기 환산밀도와 측정밀도를 비교하여 그 차이가 정해진 값 이상 일 경우 단계(d)로 복귀하는 단계와, (h) 상기 환산밀도와 측정밀도를 비교하여 그 차이가 정해진 값 미만 일 경우 온도에 대한 상기 합성수지 시료의 온도에 따른 비체적 변화를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

온도 및 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법{Method for Estimating Specific Volume of Synthetic Resin According to the Change of Temperature and Pressure}
본 발명은 온도 및 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 피스톤-다이 방식의 실험에 의해서 측정된 합성수지의 데이타를 가지고, 온도 및 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법에 관한 것이다.
사출 성형 공정은 사출기에서 용융된 합성수지를 금형에 주입하고 금형을 구성하고 있는 냉각 수단으로 금형에 주입된 합성수지를 고화시켜 제품을 생산하는 공정이다. 사출 성형 공정은 공정이 단순하고 자동화가 가능하므로, 균일한 품질의 제품을 빠르게 생산할 수 있는 장점이 있다. 그러나 합성수지의 특성, 사출 성형기의 설정, 금형에서의 러너 및 냉각 채널의 구성에 따라서 미성형, 버(Burr), Sink mark, Flow mark, 수축 불균형 및 변형과 같은 불량이 발생한다.
사출 성형 공정에서의 불량을 방지 또는 제거하기 위해서 사출 성형 해석 소프트웨어가 사용된다. 사출 성형 해석 소프트웨어는 사출 성형 공정을 사전에 시뮬레이션하여 사출 불량을 예측하고 제거 또는 방지할 수 있으나, 해석의 정확도를 담보하기 위하여는 합성수지의 물성 데이터가 정확하여야 한다.
사출 성형 해석 소프트웨어를 사용하여 해석하기 위하여 필요한 수지의 물성 데이타로는, 용융된 수지의 흐름성을 예측하기 위해서는 점도가 필요하고, 열전달 현상을 예측하기 위해서는 밀도, 열전도도 및 비열이 필요하다. 또한, 수지의 부피 변화를 예측하기 위해서 수지의 상태 방정식(pvT, pressure-volume-Temperature relationship)이 필요하다. 수지의 상태 방정식에서 비체적(specific volume)은 일반적으로 2.5K/min의 냉각 속도로 등압 조건(isobaric condition) 하에서 측정하여 구한다.
그러나 온도 및 압력 변화에 따른 비체적을 측정하기 위한 측정 장치(pvT 측정계)의 다이 직경의 차이(제조사 별로 다이 직경이 7mm, 12mm, 15mm 등으로 차이가 있다)와 온도 센서의 위치 차이에 따라서 비체적 측정 결과에 차이가 있다. 따라서, 사출 성형 해석 소프트웨어를 사용한 시뮬레이션 결과가 부정확하게 된다.
또한, 측정 장치의 온도 센서에 의해서 측정되는 온도가 수지의 외벽 온도이므로, 측정장치로부터 얻어지는 온도-비체적-압력의 관계식은 수지의 외벽온도를 기준으로 한 온도-비체적-압력의 관계식이다. 합성수지의 비체적이 온도 및 압력에 따라서 변화하므로, pvT 측정계로 합성수지의 외벽 온도만을 측정하여 얻어진 결과를 사출 성형 해석에 적용하면 해석의 정확도가 감소한다.
사출 성형의 정확한 해석을 위하여 온도와 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적 데이터가 정확하여야 한다. 즉, 합성수지의 내부의 온도 분포를 고려한 온도-비체적-압력의 관계식 사용하여 사출 성형 해석을 하면 더 정확한 해석결과를 얻을 수 있을 것이다. 그러나 현존하는 pvT 측정계로 합성수지의 내부 온도 분포를 측정하기에는 한계가 있다.
본 발명은 pvT 측정계에서 측정된 합성수지 외벽의 온도를 가지고 합성수지 내부의 온도분포를 수치 해석법을 이용하여 온도분포를 구하고, 구해진 온도분포를 이용하여 온도 및 압력 변화에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 합성수지의 비체적을 추정하는 방법은 (a) 일정한 질량의 실린더 형상의 합성수지 시료에 일정한 압력을 가하고 일정한 양의 열전달을 하면서, 상기 합성수지 시료의 외벽의 온도와 높이의 변화를 측정하는 단계와, (b) 상기 합성수지 시료의 온도 변화에 따른 측정밀도를 계산하는 단계와, (c) 합성수지 시료의 온도 변화에 따른 비열과 열전도도를 계산하는 단계와, (d) 상기 합성수지 시료의 외벽에서 측정된 온도를 경계조건으로 하여 가지고 합성수지 시료의 내부 온도 분포를 계산하는 단계와, (e) 상기 합성수지 시료의 계산된 내부 온도 분포를 가지고 합성수지 시료의 평균 온도를 구하는 단계와, (f) 상기 합성수지 시료의 평균 온도에 대응하는 환산 밀도를 구하는 단계와, (g) 상기 환산밀도와 측정밀도를 비교하여 그 차이가 정해진 값 이상 일 경우 단계(d)로 복귀하는 단계와, (h) 상기 환산밀도와 측정밀도를 비교하여 그 차이가 정해진 값 미만 일 경우 온도에 대한 상기 합성수지 시료의 온도에 따른 비체적 변화를 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 합성수지 시료 내부의 온도 분포를 계산하는 (d) 단계는, 유한 차분법, 유한요소법, 유한 체적법, 및 경계 요소법 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
또한, (a) 단계는 일정한 질량의 실린더 형상의 합성수지 시료에 일정한 압력을 가하고 일정한 속도로 냉각하거나 가열하면서, 상기 합성수지 시료의 외벽의 온도와 높이의 변화를 측정하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사출 성형을 하기 위한 합성수지의 온도 및 압력 변화에 따른 비체적을 더 정확하게 추정할 수 있다. 즉, 정확한 합성수지의 온도-비체적-압력의 관계식을 구할 수 있게 된다. 따라서, 사출 성형 해석 소프트웨어를 사용하여 사출 성형 공정을 해석할 경우 더 정확한 해석을 할 수 있게 된다. 사출 성형 해석의 정확도를 높여서 궁극적으로 사출 성형 공정의 불량을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 pvt 측정계에서 측정된 수지 벽면을 온도를 기준으로 얻은 온도-비체적-압력관계 그래프
도 2는 합성수지 시료의 형상과 경계조건을 나타내는 개략도
도 3은 시료에 대한 유한요소법을 적용하기 위한 요소 분할
도 4는 온도변화에 따른 합성수지 시료의 비체적 그래프
도 5는 온도변화에 따른 합성수지 시료의 열전도도 그래프
도 6은 본 발명에 따른 방법에 대한 플로우차트
도 7은 시료의 중심과 벽면의 시간에 따른 온도 변화 그래프
도 8은 시료의 중심과 벽면의 온도 분포 그래프
도 9는 시료 벽면과 중심부의 온도가 150도 - 120도에 온도 구간에서 불규칙하게 변화하는 것을 나타내는 그래프
도 10은 시료 중심에서의 비체적 변화가 시료 벽면보다 온도 편차만큼 이동하는 것을 나타내는 그래프
도 11은 시료의 벽면 온도, 중심부 온도 및 평균 온도에 따른 비체적 변화를 나타내는 그래프
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
연속 방정식
금형 내의 수지의 흐름을 정확하게 예측하기 위해서 Navier-Stokes 식을 사용하게 되며 연속 방정식은 다음과 같이 표현한다.
Figure 112017093090070-pat00001
여기서, 밀도는 온도와 압력의 함수이므로 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있으며, 연속방정식을 최종적으로 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017093090070-pat00002
Figure 112017093090070-pat00003
여기에서
Figure 112017093090070-pat00004
는 밀도, T는 온도, P는 압력, U는 수지의 속도를 나타낸다.
또한,
Figure 112017093090070-pat00005
는 압력의 변화에 따른 밀도의 변화를 나타내며, 수지 주입구에서의 압력 변화가 성형 제품 내부에 어느 정도 압력 변화를 발생하도록 할지 규정한다. 또한,
Figure 112017093090070-pat00006
는 수지 주입구에서 변화된 압력을 내부로 전달하는 역할을 한다. 또한,
Figure 112017093090070-pat00007
는 온도 변화에 따른 밀도 변화를 나타낸다. 일반적으로 온도가 감소하므로 성형품 내의 압력을 감소하는 방향으로 영향을 미치게 된다.
이와 같은 물리적 과정을 통해서 수지 주입구에서의 압력이 내부로 전달되게 되는 데, 밀도의 변화량이 정확도에 영향을 미치게 된다. 또한, 밀도의 변화는 재료의 수축 정도를 결정짓게 되므로 매우 중요한 역할을 하게 된다.
잔류 응력
사출 성형 공정 중에 합성수지에 잔류 응력이 발생하게 되고, 잔류 응력은 최종적으로 제품의 변형으로 나타나게 된다. 이러한 잔류 응력은 [수학식 4]로 나타낼 수 있다.
Figure 112017093090070-pat00008
즉, 온도 변화에 따른 변화량과 압력 변화에 따른 변화량이다.
여기에서,
Figure 112017093090070-pat00009
Figure 112017093090070-pat00010
로 표현할 수 있으며, 이는 수지의 상태 방정식으로부터 구한다.
따라서, 합성수지의 상태 방정식을 실험으로부터 정확하게 구할 수 있으면, 합성수지 성형 시의 수지의 흐름을 정확하게 예측할 수 있게 된다. 또한, 수지의 흐름을 정확하게 예측할 수 있으면 잔류 응력을 정확하게 예측할 수 있게 된다. 따라서 최종적으로 제품 변형을 정확하게 예측할 수 있게 되므로, 합성수지의 정확한 온도-비체적- 압력의 관계식을 구하는 것이 중요하다.
밀도
성형품의 밀도를 정의하는 여러 가지 방법이 있으나, 고체 상태와 액체 상태를 동시에 정의하기 위해서 일반적으로 2상 Tait식(2-domain Tait's equation)을 주로 사용한다. 2상 Tait식은 아래의 [수학식 5]로 나타낸다.
Figure 112017093090070-pat00011
여기서,
Figure 112017093090070-pat00012
,
Figure 112017093090070-pat00013
로 정의할 수 있다.
실험 방법
온도-비체적-압력의 관계식을 구하는 실험 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있다. 피스톤-다이 법과 confining-fluid 법이다. 실험 모드는 등온 냉각, 등온 승온, 등압 냉각, 및 등압 승온과 같이 4가지로 구분할 수 있다. 등압 냉각법은 수지를 가열하여 액체 상태 또는 용융 상태로 만든 후, 일정한 압력하에서 냉각시키면서 수지를 고화시키는 방법이다. 이 과정을 여러 압력에 대해서 반복 실험하여, 압력에 따른 상태 방정식(온도-비체적-압력의 관계식)를 구하게 된다.
사출 성형은 일반적으로 용융 상태에서 고화 상태로 가는 냉각 공정이므로, 사출 성형에 가장 적합한 실험 모드는 등압 냉각 방식이다. 사출 성형 해석에 사용되는 밀도를 구하기 위해서는 piston-die법과 등압 냉각을 조합한 방법을 사용하게 된다. 최대 200MPa까지의 압력 상태에서 측정하기 위해서는 piston이 좌굴 되지 않아야 하기 때문에서 최소 직경이 7mm 이상으로 유지되어야 하며, 비결정성 수지에서 유리 전이 온도와 결정성 수지에서 결정화 거동을 올바르게 구하기 위해서는 동일한 냉각 속도를 유지하여야 한다. 일반적으로 공냉 방법은 고온에서는 빠른 냉각 속도를, 상온 부근에서는 느린 냉각 속도를 갖게 되므로, 측정된 pvT 관계가 일관성을 유지하기 어렵다. 이를 극복하기 위해 냉각 속도를 고려한 상태 방정식도 제안되어 있으나, 실험중 전 온도 구간에서 동일한 냉각 속도를 유지하여야 가능하다.
Piston-die 법에서 피스톤의 좌굴 현상을 피하기 위해서 최소한의 piston 직경이 필요하며 다이 안에 들어 있는 수지를 냉각하기 위해서 다이 주위에 냉각 장치가 필요하다. 피스톤의 움직임은 명확하게 예측할 수 있으나, 수지 내부의 온도는 정확하게 측정을 할 수 없다. 따라서 다이 주변에 설치된 온도 센서를 통해서 냉각되는 수지 표면의 온도를 측정하고, 측정된 온도가 다이 내부에 들어 있는 수지 시료의 대표 온도로 가정을 하게 된다. 그러나 다이는 좌굴을 방지하기 위해서 최소한의 직경을 가져야 하며, 측정되는 온도는 합성수지 시료 외벽의 온도이므로 정확하게 시료를 대표하는 온도라고는 할 수 없다. 따라서, 합성수지 시료 내부의 온도분포를 반영하여 시료를 대표하는 온도를 구할 필요가 있다.
합성수지 시료의 비체적을 구하는 방법
합성수지의 온도 및 압력 변화에 따른 비체적 변화를 측정하기 위해서는 pvT 측정계에 수지를 충전하고, 등압 조건(Isobaric condition) 내에서 일정한 속도로 온도를 변화시켜 그에 따른 시료의 부피 변화 측정한다. 사출 성형 공정은 고온에서 저온으로 변화되는 냉각 공정이므로 비체적을 측정하기 위해서는 측정계에서 제어할 수 있는 냉각 속도 (본 실시예에서는 2.5K/min)으로 설정한다. 또한, 온도 변화 범위는 수지의 최대 성형 온도에서 상온까지 변화시키게 된다. 압력 변화 범위는 40MPa, 80MPa, 120MPa 또는 50MPa, 100MPa, 150M의 등 간격 등압으로 설정하여 비체적 변화를 측정한다. 설정된 실험 방법에 따라서 온도 및 압력 변화에 따라서 합성수지 시료의 부피가 변화하게 되며, 그에 따른 상대적인 비체적을 확인할 수 있다. 실험이 종료된 후, 시료의 중량을 측정하여 상대적으로 측정된 비체적을 절대값으로 보정 한다. 단, 시료의 온도를 측정하기 위한 온도 센서는 센서의 강도 문제로 인해서 시료에 침투하여 설치하지 않고, 시료에 가장 가까운 외벽에 접촉시켜 온도를 측정하게 되므로 실제 시료의 온도와 다른 겉보기 온도에 의한 비체적 데이터를 구하게 된다. 실험에 사용된 수지는 LG Chemical / PC / Lupoy 1201-10P이며, 그에 따른 실험 조건은 아래의 [표 1] 과 같다.
온도 범위 50 ~ 300 Deg-C
압력 40 MPa, 80 MPa, 120 MPa
냉각 속도 2.5K/min
비고 등압 조건
[표 1. 비체적 측정을 위한 실험 조건]
도 1의 그래프에는 실험에서 측정된 데이터에 의해서 구해진 온도-압력 변화에 따른 비체적 데이타이다. 가장 위의 그래프(청색)은 0.0MPa 그 아래 그래프(붉은색)는 40MPa, 그 다음 그래프 (초록색)은 80MPa, 그리고 가장 아래의 그래프 (보라색파란색)은 120MPa 조건에서의 실험 결과이다. 도 1의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 합성수지 시료의 온도 변화에 따라서 비체적 기울기가 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 최초 상태에서는 시료 전체가 동일한 온도를 가지지만, 냉각이 되면서 시료의 표면과 시료의 내부에 온도 차이가 발생하고, 이에 따라 기울기가 변화되는 것임을 알 수 있다. 즉, 시료가 냉각됨에 따라서 비체적이 불규칙하게 감소하는 것을 볼 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 것과 같이, 시료 수지의 비체적은 온도가 감소하고 압력이 증가됨에 따라서 감소되는 것을 확인할 수 있으며, 압력이 감소하게 됨에 따라서 수지의 전이 온도(Transition temperature)도 선형적으로 감소되고 있음을 확인할 수 있다. 실제 실험에서는 대기압에서의 비체적을 측정할 수 없으므로 대기압에서의 온도 변화에 따른 비체적은 2-Domain Tait pvT 모델을 이용하여 대기압에서의 비체적을 나타냈다.
수치 해석
합성수지 온도, 압력에 따른 비체적을 측정하는 과정에서 pvT 측정계 내부에서의 온도 분포를 측정할 수 없다. 그러나 시료 형상을 단순화해서 수치해석 방법으로 시료 내부의 온도 분포를 예측할 수 있다. 본 실시예에서 시료 내부의 온도 분포를 예측하기 위해서 1차원 원통 축대칭 좌표계 과도 열전달에 따른 유한 요소법을 적용하였다. 수치 해석에 유한요소법뿐만 아니라 유한 차분법, 유한 체적법 및 경계 요소법 등과 같은 수치 해석 방법을 사용할 수도 있다.
수치해석을 적용하기 위한 시료의 형상 및 경계조건이 도 2에 도시되어 있고, 유한 요소법을 적용하기 위한 유한 요소는 도 3에 도시되어 있다. 본 실시예에서 시료의 직경은 15mm이다. 도 3에 도시된 것과 같이, 시료를 반경 방향으로 8등분하여 요소를 구성하였다. 반경 방향으로의 등분 수가 많아질수록 좀 더 정확한 결과를 얻을 수 있다. 시료 내부의 온도 분포를 예측하기 위해서 과도 열전달에 따른 지배 방정식이 적용되었으며, 그에 따른 지배 방정식은 아래의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112017093090070-pat00014
여기에서, T는 온도,
Figure 112017093090070-pat00015
는 밀도, k 는 열전도도, Cp 는 비열을 의미한다. 수치 해석에 사용된 수지의 비열, 열전도도는 해석의 정확도를 높이기 위해서 도 4 및 도 5 와 같이 온도 변화에 따른 비열 및 열전도도를 적용했다. 비열은 pvT장비에서 설정한 냉각 속도와 동일하게 2.5K/min으로 실험하였으며, 열전도도도 또한, 실험과 동일한 압력(40MPa)에서 실험한 결과이다. 해석에 적용된 수지의 열적 물성이 온도 변화에 따른 물성치로 적용되었으므로 과도 열전달 해석은 재료 비선형을 고려한 알고리즘에 적용되었다.
경계 조건
시료의 온도 분포를 예측하기 위해서 시료의 초기 온도는 300 Deg-C로 설정했으며, 시료 중심에서의 온도 구배는 단열로 가정한다. 또한, 시료 벽면에서의 냉각 속도는, 실험 장비에서 설정한 속도(-2.5K/min)로 경계 조건을 설정했다. 또한, 실험 시에 온도 센서에서 각 시간에 따른 온도를 얻을 수 있으므로 이를 이용한 고정 온도 조건을 설정할 수도 있다.
본 발명에 의한 방법을 위한 플로우 차트
도 6에는 본 발명의 방법을 적용하기 위한 플로우 차트가 도시되어 있다. 먼저 pvT 측정계의 합성 수지 시료에 사전에 정해진 일정한 압력을 유지한다(S100). 다음으로, 시료를 일정한 속도로 냉각시키면서, 온도 센서로부터 온도 정보를 얻어 기록하고 시료의 높이를 측정하여 기록한다(S110). 다음으로, 온도에 대응하는 시료의 높이로부터 부피를 계산한다(S120). 다음으로, 시료의 질량(중량)를 측정하여 밀도(Dm)를 환산한다(S130). 다음으로, 실험 조건에 대응하는 비열과 열전도도를 계산한다(S140). 다음으로, 시료에 온도 경계 조건과 측정된 시료의 물성 정보를 이용하여 시료 내부의 온도 분포를 계산한다(S150). 다음으로, 계산된 시료 내부의 온도 분포로부터 평균 온도로 환산한다(S160). 다음으로, 환산된 평균 온도에 대응하는 환산밀도(Ds)를 계산하고, 시료의 대표 온도 및 시료의 높이 정보를 갱신하고 밀도를 변경한다(S170). 다음으로, 측정된 밀도(Dm)와 환산 밀도(Ds)를 비교하여(S180) 차이가 사전에 정해진 값 이상인 경우, 단계 S150으로 복귀하여 계산을 반복하고, 차이가 사전에 정해진 값 미만인 경우, 온도와 압력에 대한 비체적 변화를 환산한다(S190).
수치 해석 결과
pvT 측정기의 냉각 조건과 동일한 2.5k/min로 벽면을 냉각시킬 경우, 제품 중심부(파란색 실선)의 온도가 시료 벽면(붉은색 실선)보다 높게 분포됨을 도 7에 도시된 그래프로부터 확인할 수 있다. 냉각이 시작되는 시점에는 중심부와 벽면의 온도 편차는 0.5도 이내이지만, 약 220초가 경과되는 시점에 온도 편차는 급격하게 증가되어 최대 온도 편차가 6.1도C에 도달하는 것을 도 8에 도시된 그래프로부터 확인할 수 있다. 즉, 온도, 압력 변화에 따른 수지의 비체적을 측정하는 과정에서 시료의 중심부 온도는 벽면의 온도보다 최대 6도 이상 높게 형성된다. 따라서, 상태 방정식에서 압력은 피스톤을 통해서 시료 전체에 균일하게 가해지고 있으므로 압력은 동일하다고 가정할 수 있으며, 피스톤의 이동 거리를 통해서 부피는 예측은 가능하다 하지만, 온도는 시료 전체에 있어서 변화가 있으므로 온도 감지부에서 나온 실험 온도가 현재의 상태를 대표한 다고 하기에는 무리가 있다. 따라서, 상태 방정식에서 온도 편차에 의한 보정이 필요함을 확인할 수 있다.
재료 비선형 효과
도 9를 참조하면, 시료 벽면과 중심부의 온도가 시간에 따라서 감소하는 과정에서 약 150도에서 120도에 도달하는 시점의 온도 변화는 해당 범위를 제외한 온도 구간과 같이 선형으로 감소하지 않고 불규칙한 형태로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 재료의 비열 및 열전도도가 온도 변화에 따른 변화되기 때문에 발생되는 현상이다. 비결정성 수지에서는 이 구간에서 상 변화가 발생하게 되어 생기는 현상로 결성성 수지에서는 결정화에 의해서 비슷한 양태를 보이게 된다.
시료의 온도 분포에 따른 비체적 보정
시료 벽면과 시료 중심에서의 온도가 높게 형성되지만, 시료의 부피는 시간에 따라서 균일하게 감소하게 된다. 또한, 시간에 따라 측정된 부피 변화는 온도와 부피 변화의 형태로 나타내어 실험이 종료된 시점의 중량으로 보정하는 과정을 거쳐서 비체적이 측정되게 된다. 즉, 시간에 따라서 시료의 부피는 동일하므로 동일 시간에서 벽면의 온도가 아닌 시료 중심에서의 온도를 적용하면 해당 부피 및 비체적이 시료 중심에서의 비체적 변화로 표현할 수 있게 된다. 도 10에 도시된 것과 같이 시료 중심에서의 비체적 변하는 시료 벽면보다 높은 온도 구간으로 온도 편차만큼 이동하는 형태로 보정될 수 있다. 또한, 기존의 시료 벽면의 온도를 기준으로 비체적을 나타낼 경우, 시료의 온도 분포를 대표할 수 없음으로 시료의 평균 온도에 따른 비체적으로 표현하는 것이 비체적을 더욱 현실적으로 표현할 수 있다.
도 11에는 벽면 온도, 중심부 온도 및 평균 온도에 따른 비체적 변화의 결과를 보여 주고 있다. 따라서, 수지의 상태 방정식은 평균 온도(bulk temperature)에 따른 비체적 변화로 보정하는 것이 좀 더 정확한 결과를 얻을 수 있다.
사출 성형에서 발생되는 불량을 예측하거나, 방지하기 위한 사출 성형 해석의 정확도는 수지의 물성치가 정확하게 적용되어야 정확도 높은 결과를 얻을 수 있다. 기존의 pvT 관계식(데이터)은 시료 벽면의 온도를 기준으로 구하였으나, 본 발명에 따라서 유한요소법을 이용해서 예측한 시료 내부의 온도는 벽면보다 높게 분포되므로, 이러한 온도 분포를 고려하여 합성수지의 비체적을 보정하는 것이 필요하다. 온도 편차에 따른 비체적을 보정하기 위해서 시료 내부의 시간에 따른 평균 온도를 계산하고, 시간에 따른 시료의 부피는 시료의 위치와 무관하게 균일 감소하는 현상을 결합하여 실제 벽면의 온도를 기준으로 나타낸 pvT 데이터보다 고온으로 이동된 형태의 보정 pvT관계식을 구할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. (a) 일정한 질량의 실린더 형상의 합성수지 시료에 일정한 압력을 가하고 일정한 양의 열전달을 하면서, 상기 합성수지 시료의 외벽의 온도와 높이의 변화를 측정하는 단계와,
    (b) 상기 합성수지 시료의 온도 변화에 따른 측정밀도를 계산하는 단계와,
    (c) 합성수지 시료의 온도 변화에 따른 비열과 열전도도를 계산하는 단계와,
    (d) 상기 합성수지 시료의 외벽에서 측정된 온도를 경계조건으로 하여 합성수지 시료의 내부 온도 분포를 계산하는 단계와,
    (e) 상기 합성수지 시료의 계산된 내부 온도 분포를 가지고 합성수지 시료의 평균 온도를 구하는 단계와,
    (f) 상기 합성수지 시료의 평균 온도에 대응하는 환산 밀도를 구하는 단계와,
    (g) 상기 환산밀도와 측정밀도를 비교하여 그 차이가 정해진 값 이상 일 경우 단계(d)로 복귀하는 단계와,
    (h) 상기 환산밀도와 측정밀도를 비교하여 그 차이가 정해진 값 미만 일 경우 온도에 대한 상기 합성수지 시료의 온도에 따른 비체적 변화를 계산하는 단계를 포함하는 합성수지의 비체적을 추정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합성수지 시료 내부의 온도 분포를 계산하는 (d) 단계는, 유한 차분법, 유한 요소법, 유한 체적법, 및 경계 요소법 중 어느 하나의 방법을 사용하는 합성수지의 비체적을 추정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (a) 단계는 일정한 질량의 실린더 형상의 합성수지 시료에 일정한 압력을 가하고 일정한 속도로 냉각하면서, 상기 합성수지 시료의 외벽의 온도와 높이의 변화를 측정하도록 구성된 합성수지의 비체적을 추정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (a) 단계는 일정한 질량의 실린더 형상의 합성수지 시료에 일정한 압력을 가하고 일정한 속도로 가열하면서, 상기 합성수지 시료의 외벽의 온도와 높이의 변화를 측정하도록 구성된 합성수지의 비체적을 추정하는 방법.
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