KR0184793B1 - Forming method for composite material fabric - Google Patents
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Abstract
복합재 프리프레그를 이용한 구조물 성형시 요구되는 다양한 성형 압력을 저렴한 구조용 폼재의 발포압을 이용하여 만족시키면서, 상압 열처리 로에서 가열, 가압공정을 수행함으로서 경제적일 뿐더러 종래의 방법에 비해 압력의 크기 조절 또한 훨씬 용이하게 수행할 수 있도록 하는 복합재구조물의 성형방법을 제공하는 것으로, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 탄소섬유로 제조된 에폭시계 프리프레그를 베이스 플레이트에 설치된 성형 모울드 위에 적층하고, 필요에 따라 진공 백을 설치하는 단계; 상기 베이스 플레이트에 이형재로 처리된 성형용 압력 뚜껑을 압력조절수단으로 설치하는 단계 및 이를 열처리 로에 배치하는 단계; 상기 성형용 압력 뚜껑에 수지 장입용 파이프를 연결하고 이를 열처리로 외부의 발포제 사출장치와 연결하여, 모울드에 설치된 열전대를 이용하여 요구되는 가압시점에서 상기 발포제 사출장치로부터 성형용 압력 뚜껑 내로 발포압에 상당하는 수지를 장입하는 단계; 상기와 같이 성형용 압력 뚜껑 내에 수지의 장입을 완료한 후 가열 매체를 통해 가열을 완료후 성형 모울드를 해체하여 성형된 복합재구조물을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.While satisfying the various molding pressures required for forming a structure using a composite prepreg by using the foaming pressure of an inexpensive structural foam material, it is economical by performing a heating and pressurizing process in an atmospheric heat treatment furnace. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a composite structure, which is much easier to perform. The present invention is to laminate an epoxy-based prepreg made of carbon fibers on a molding mold installed on a base plate, Accordingly installing a vacuum bag; Installing a molding pressure cap treated with a release material on the base plate as a pressure adjusting means and placing the pressure cap in a heat treatment furnace; Connect the resin charging pipe to the molding pressure cap and connect it with an external foaming agent injection device by heat treatment, so that the foaming pressure from the foaming agent injection device into the molding pressure cap is formed from the foaming injection device at the required pressure point using a thermocouple installed in the mold. Charging the corresponding resin; Comprising a step of separating the molded composite structure by disassembling the molding mold after completing the charging of the resin in the molding pressure cap as described above and then complete the heating through the heating medium.
Description
본 발명은 구조용 폼재를 이용한 복합재구조물의 성형방법에 관한 것으로, 특히 오토클레이브를 사용하지 않고 복합재구조물을 성형할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a molding method of a composite structure using a structural foam material, and more particularly, to a composite structure can be molded without using an autoclave.
일반 산업용 구조물 및 항공용으로 널리 적용되고 있는 섬유 강화 복합재는 성형 공정에 있어서 우수한 물성 및 제품의 재현성을 위해 보통 약 350F/100psi의 가열/가압 공정을 요구하게 된다.Fiber-reinforced composites, which are widely applied for general industrial structures and aviation, usually require a heating / pressurization process of about 350 F / 100 psi for good physical properties and reproducibility of the product.
이러한 종래의 가열/가압 공정은 성형 모울드 위에 대상품인 복합재 프리프레그(prepreg)를 적층한 후 오토클레이브(Autoclave) 및 히티드 플레턴 프레스(Heated platen press)를 이용하여 수행되고 있으나, 복잡한 형상의 제품과 공정중 수지에서 발생되는 가스에 의한 제품의 기포방지를 위해 진공을 유지해야 되는 경우와, 균일한 온도 및 압력이 중요한 제품의 경우에는 오토클레이브가 주로 사용되고 있으며, 아주 높은 압력이 요구되거나 재료의 특성상 균일한 온도보다 압력이 중요한 경우와 진공을 필요로 하지 않거나 또는 고속으로 대량 생산을 할 경우에는 히티드 플레턴 프레스 공정이 일반적으로 사용되고 있다.This conventional heating / pressing process is performed using an autoclave and a heated platen press after laminating a large composite prepreg on a molding mold, but with a complex shape. Autoclave is mainly used in the case of maintaining the vacuum to prevent the bubble of the product by the gas generated from the product and the resin during the process, and the product where the uniform temperature and pressure are important. Heated platen press process is generally used when pressure is more important than uniform temperature and does not require vacuum or mass production at high speed.
그러나 최근 들어 형상이 복잡한 대형제품 또는 재료의 특성상 고온/고압 공정이 오토클레이브 내에서 요구됨에 따라 오토클레이브의 크기, 최대 온도 및 압력의 상승에 따라 장비가격이 크게 증가할뿐더러 장비의 특성상 압력용기 전체가 가열됨에 따른 열손실 등으로 인해 최종제품의 가격이 상승되는 문제점을 안고 있다.However, in recent years, as the high temperature / high pressure process is required in the autoclave due to the characteristics of large products or materials with complicated shapes, the price of the equipment increases greatly as the size, maximum temperature and pressure of the autoclave increases. There is a problem that the price of the final product is increased due to heat loss due to the heating.
위와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 종래에는 크게 3가지 방법이 개발되어 실용화되고 있으나, 이들 방법들은 각각의 제반 단점들을 갖고 있다.As a method for solving the above problems, three methods have been developed and put into practical use, but these methods have various disadvantages.
첫째, 성형 모울드에 열선을 설치하여 복합재 프리프레그를 가열하고, 단지 오토클레이브는 가압을 하기 위한 수단으로 적용하는 방법이다. 이는 열 손실의 측면에서 개선되는 효과는 있으나, 근본적으로 고가의 압력용기인 오토클레이브를 필요로 하게 되어 경제적인 방법이 되지 못하고 있다.First, a heating wire is provided to the molding mold to heat the composite prepreg, and only the autoclave is applied as a means for pressurization. This is an improvement in terms of heat loss, but it is not an economic way to require an autoclave, which is essentially an expensive pressure vessel.
둘째, 클로즈드 모울드(closed mould) 내에 공기 주머니를 설치하고 공압을 이용하여 압력을 가하며, 가열은 일반 로(furnace)를 사용하나 고압의 공기압을 얻기 위하여 압축기를 필요로 할뿐더러 350F 이상의 온도에서는 공기 대신 질소를 사용하여야 하고, 공기 주머니의 재질 선정, 제작, 설치 및 성형후 제거를 해야 하는 복잡한 과정이 수반된다.Second, air bags are installed in a closed mold and pressurized using pneumatic pressure. The heating uses a furnace, but requires a compressor to obtain high pressure air pressure. It involves the use of nitrogen and involves a complex process of material selection, fabrication, installation and removal of the airbags.
끝으로, 클로즈드 모울드 내의 공간보다 크게 실리콘 러버 또는 폼재를 성형 가공하여 충진후 가열 공정시 모울드와 충진재의 열팽창 차이로 인하여 발생되는 압력을 성형압력으로 이용하는 방법이 있으나, 이는 충진재의 정확한 가공에 따른 시간 및 경비의 손실, 압력의 크기 예측이 어려워 지나치게 빨리 상승 또는 높아지는 결과 최종 복합재 제품의 수지가 기준 이상으로 작아지는 문제점을 안고 있다.Finally, there is a method of forming a silicone rubber or foam material larger than the space in the closed mold to use the pressure generated by the difference in thermal expansion between the mold and the filler during the heating and filling process, but this is a time required for precise processing of the filler. And the loss of expense, the difficulty of predicting the magnitude of the pressure is too high rise or rise as a result of the problem that the resin of the final composite product is smaller than the standard.
본 발명은 복합재 프리프레그를 이용한 구조물 성형시 요구되는 다양한 성형 압력을 저렴한 구조용 폼재의 발포압을 이용하여 만족시키면서, 상압 열처리 로에서 가열, 가압공정을 수행함으로서 경제적일 뿐더러 종래의 방법에 비해 압력의 크기 조절 또한 훨씬 용이하게 수행할 수 있도록 하는 복합재구조물의 성형방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is economical by performing heating and pressurizing process in an atmospheric heat treatment furnace while satisfying various molding pressures required for forming a structure using a composite prepreg by using a foaming pressure of an inexpensive structural foam material. It is an object of the present invention to provide a method for forming a composite structure, which can be performed more easily in size adjustment.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 탄소섬유로 제조된 에폭시계 프리프레그를 베이스 플레이트에 설치된 성형 모울드 위에 적층하고, 필요에 따라 진공 백을 설치하는 단계;In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of laminating an epoxy-based prepreg made of carbon fibers on a molding mold installed on the base plate, and installing a vacuum bag as necessary;
상기 베이스 플레이트에 이형재로 처리된 성형용 압력 뚜껑을 압력조절수단으로 설치하는 단계 및 이를 열처리 로에 배치하는 단계;Installing a molding pressure cap treated with a release material on the base plate as a pressure adjusting means and placing the pressure cap in a heat treatment furnace;
상기 성형용 압력 뚜껑에 수지 장입용 파이프를 연결하고 이를 열처리로 외부의 발포제 사출장치와 연결하여 모울드에 설치된 열전대를 이용하여 요구되는 가압시점에서 상기 발포제 사출장치로부터 성형용 압력 뚜껑 내로 발포압에 상당하는 수지를 장입하는 단계;Connect the resin charging pipe to the molding pressure cap and connect it with a foaming device external to the heat treatment furnace to correspond to the foaming pressure from the foaming agent injection device into the molding pressure cap from the blowing agent injection device at the required pressure point using a thermocouple installed in the mold. Charging a resin to make;
상기와 같이 성형용 압력 뚜껑 내에 수지의 장입을 완료한 후 가열 매체를 통해 가열을 완료후 성형 모울드를 해체하여 성형된 복합재구조물을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Comprising a step of separating the molded composite structure by disassembling the molding mold after completing the charging of the resin in the molding pressure cap as described above and then complete the heating through the heating medium.
상기에서 성형용 압력 뚜껑의 압력조절수단은, 상기 성형용 압력 뚜껑을 베이스 플레이트에 스프링 볼트로 체결하여 상기 스프링이 규정 성형 압력 이상에서 압축되는 것에 의해 달성된다.The pressure adjusting means of the molding pressure lid is achieved by fastening the molding pressure lid to a base plate with a spring bolt and compressing the spring above a prescribed molding pressure.
도 1은 본 발명의 구조용 폼재를 이용한 복합재구조물의 가압 성형 공정도.1 is a pressure molding process diagram of a composite structure using the structural foam material of the present invention.
도 2는 본 발명의 압력조절수단의 상세도.Figure 2 is a detailed view of the pressure regulating means of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 프리프레그 12 : 베이스 플레이트10: prepreg 12: base plate
14 : 성형 모울드 18 : 성형용 압력 뚜껑14: molding mold 18: pressure lid for molding
20 : 스프링 볼트 20a : 스프링20: spring bolt 20a: spring
22 : 모울드 뚜껑 조립체 24 : 열처리로22 mold lid assembly 24 heat treatment furnace
26 : 수지 장입용 파이프 28 : 발포제 사출장치26: pipe for resin charging 28: blowing agent injection device
30 : 팬32 : 히터30: fan 32: heater
이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 구조용 폼재를 이용한 복합재구조물의 가압 성형 공정도이고, 도 2는 본 발명의 압력조절수단의 상세도를 도시한 것이다.1 is a pressure molding process diagram of the composite structure using the structural foam material of the present invention, Figure 2 shows a detailed view of the pressure regulating means of the present invention.
도시된 바와 같이 먼저 탄소섬유로 제조된 에폭시계 프리프레그(10)를 베이스 플레이트(12)에 설치된 성형 모울드(14) 위에 적층하고, 필요에 따라 진공 백(16)을 설치한 다음 상기 베이스 플레이트(12)에 이형재로 내면이 처리된 성형용 압력 뚜껑(18)을 스프링 볼트(20)의 압력조절수단으로 설치하여 성형 모울드(14)와 프리프레그(10)를 완전히 덮는다. 이때 상기 스프링 볼트(20)에 설치된 스프링(20a)은 규정 성형 압력 이상이 발생되면 압축되는 것을 선정하여 설치한다.As shown, first, an epoxy-based prepreg 10 made of carbon fiber is laminated on a molding mold 14 installed in the base plate 12, and a vacuum bag 16 is installed if necessary, and then the base plate ( 12) a pressure cap 18 for forming the inner surface is treated with a release material as a pressure adjusting means of the spring bolt 20 to completely cover the molding mold 14 and the prepreg 10. At this time, the spring (20a) installed in the spring bolt 20 is selected and installed to be compressed when the prescribed molding pressure or more occurs.
상기와 같이 조립이 완료된 모울드 뚜껑 조립체(22)를 열처리로(24)에 배치시킨 다음 상기 성형용 압력 뚜껑(18)에 수지 장입용 파이프(26)를 연결하고, 이를 열처리로(24)의 외부에 설치된 발포제 사출장치(28)와 연결한다.Placing the mold lid assembly 22 is assembled as described above in the heat treatment furnace 24, and then connecting the resin charging pipe 26 to the molding pressure lid 18, this outside of the heat treatment furnace 24 Connect to the blowing agent injection device 28 installed in.
이에 따라 발포제 사출장치(28)에서 수지와 발포제의 발포압에 따라 적정 비율로 혼합한 뒤 성형 모울드(14)에 설치된 열전대(도시안됨)를 이용하여 측정되는 온도-시간의 데이터로부터 가압시점의 도달시, 상기 발포제 사출장치(28)로부터 발포압에 상당하는 수지를 장입용 파이프(26)를 통해 성형용 압력 뚜껑(18)내로 장입한다. 이때 수지의 발포압이 성형 압력을 초과할 경우에는 상기 스프링 볼트(20)에 설치된 스프링(20a)이 성형 압력을 완화시키게 된다.Accordingly, the pressure point is reached from the temperature-time data measured by using a thermocouple (not shown) installed in the molding mold 14 after mixing in an appropriate ratio according to the foaming pressure of the resin and the foaming agent in the foam injection device 28. At the time, the resin corresponding to the foaming pressure is charged from the blowing agent injection device 28 into the molding pressure cap 18 through the charging pipe 26. At this time, when the foaming pressure of the resin exceeds the molding pressure, the spring (20a) installed in the spring bolt 20 to relax the molding pressure.
상기와 같이 수지의 장입을 완료한 후에 열처리로(24)에 설치된 가열 매체인 팬(30)과 히터(32)를 이용하여 모울드 뚜껑 조립체(22)의 가열을 완료하고, 이어서 성형 모울드(14)를 해체하여 성형 모울드(14)로부터 성형된 프리프레그(10)인 복합재구조물을 분리하여 최종제품을 얻게 되는 것이다.After the charging of the resin is completed as described above, the heating of the mold lid assembly 22 is completed by using the fan 30 and the heater 32, which are heating media installed in the heat treatment furnace 24, and then, the molding mold 14. By dismantling to separate the composite structure of the prepreg 10 molded from the molding mold 14 to obtain a final product.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 복합재구조물의 성형시 요구되는 다양한 성형압력을 모울드 뚜껑 조립체와 발포제 사출장치를 통해 저렴한 구조용 폼재의 발포압을 이용하여 만족시키면서 가열 공정을 일반 열처리 로에서 수행하므로서 종래의 오토클레이브를 이용하는 공정에 비해 경제적일뿐더러 모울드 뚜껑 조립체의 압력조절수단에 의해 압력의 크기 조절 또한 용이하게 수행할 수 있는 효과를 갖게 되는 것이다.As described above, the present invention satisfies various molding pressures required for molding a composite structure by using a foam cap assembly of a low cost structural foam material through a mold lid assembly and a foam injection device, and thus performs a heating process in a general heat treatment furnace. Compared to the process using the autoclave, the pressure control means of the mold lid assembly is not only economical, but also has the effect of easily adjusting the size of the pressure.
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1996
- 1996-12-23 KR KR1019960070634A patent/KR0184793B1/en not_active IP Right Cessation
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