We investigated internal distributions of glass fibers (GFs) in injection molded dumbbell specimens of polypropylene (PP) composites by using the nondestructive analysis method. The mechanical properties of PP composites were mainly influenced by the fiber length distribution (FLD), aspect ratio (AR), and fiber orientation distribution (FOD), etc. The 2-D and 3-D images were generated by X-ray micro-CT to clearly analyze the fibers inside the injection mold formed according to the injection mold geometry and injection direction. We could confirm that the fibers were oriented toward the resin flow direction forming a fountain-like flow. The 3D images of the fibers were analyzed to obtain quantitative FLD and FOD data. The theoretical tensile modulus reflected by quantitative FLD, AR and FOD data turned out to be closer to experimental values than the theoretical tensile modulus values obtained only under unidirection. Therefore, the modulus values recalculated by adding tilt angles gave satisfactory result in accordance with the experimental data.

본 연구에서는 비파괴적 분석 방법인 X-선 마이크로-CT를 사용하여 폴리프로필렌(PP) 복합체로 사출 성형한 덤벨 시편 내부의 유리 섬유(GF) 분포들을 연구하였다. 폴리프로필렌 복합체의 기계적 물성은 섬유 길이 분포(FLD), 종횡비(AR) 그리고 섬유 배향 분포(FOD)에 영향을 받는다. 사출 몰드의 구조와 사출 방향에 따라 형성된 사출물 내부의 섬유들을 뚜렷하게 분석하기 위해 X-선 마이크로-CT로 2차원, 3차원적 이미지들을 얻었다. 우리는 섬유들이 분수 흐름을 형성하는 수지 흐름의 방향에 따라 기울어져 있다는 것을 확인하였다. 3차원 이미지 내의 섬유들에 대한 FLD, FOD 데이터를 정량화하였다. 정량화한 FLD, AR 그리고 FOD 데이터를 반영한 인장 탄성계수의 이론적 계산 값은 일방향으로 가정한 이론적 계산 값보다 실험치의 값과 유사하다는 것을 확인하였다. 따라서 기울어진 각도를 적용하여 인장 탄성계수를 다시 계산한 값이 실험치와 잘 부합함을 알 수 있었다.

Keywords: polypropylene/glass fiber composite, X-ray micro-CT, fiber length distribution, fiber orientation distribution, aspect ratio