Korean Journal of Rheology, Vol.8, No.1, 49-57, March, 1996
섬유간 상호작용을 고려한 진한 섬유현탁액에 대한 유변학적 해석
A Rheological Analysis on the Semiconcentrated Fiber Suspensions Including Fiber-fiber Interactions
초록
단섬유 강화 복합재료의 가공 공정에 있어서 유동 중에 일어나는 섬유 배향상태를 정확히 예측하고 제어하는 일은 대단히 중요하다. 본 연구에서는 섬유현탁액의 거동을 살펴보기 위하여 뉴톤유체를 매질로하는 섬유현탁액을 대상으로 하여 유변학적 해석을 하였다. 이를 위해 섬유간 상호계수는 섬유 배향상태의 함수와 섬유간 평균거리를 이용하여 계산하였는데,섬유간 평균거리는 변형된 Doi-Edwards의 방법을 이용하였다. 축대칭 압출팽창 문제를 예로 수치모사를 하여, 본 저자들이 앞서 행한 결과와 비교하였다. 유동장을 축대칭 이차원으로 하고 섬유배향을 삼차원 모두 고려하여 구한 수치모사의 결과는 실험과 잘 일치하였다. 진한 섬유현탁액의 경우 섬유간 상호계수는 중요한 인자로서 이것은 섬유 배향상태에 의존하는데, 이 섬유간 상호계수를 섬유간 거리와 섬유 배향상태의 함수로 나타내는 방법을 사용하여 보다 실제적인 해석을 할 수 있었다.
In the processing of short fiber reinforced composite materials, it is very important to predict and control the fiber orientation state during flow. In this study, a rheological analysis on the fiber suspensions in Newtonian media has been performed to get more about the behavior of fiber suspensions. To do this, the fiber-fiber interaction coefficient was considered as a function of orientation state and average interfiber spacing, where the modified Doi-Edwards approach was used to calculate the spacing. As an example, the axisymmetric extrudate swell problem was applied and the results were compared with those from a previous paper by authors. The numerical results for two-dimensional flow and three-dimensional orientation field gave good agreement with experimental results. Since the fiber-fiber interaction coefficient is an important parameter and depends strongly on fiber orientation state, for a semiconcentrated fiber suspension, a method that regards the fiber-fiber interaction coefficient as a function of interfiber spacing and fiber orientation state enables more realistic analysis.
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