KR100235057B1 - 복합재 사각 중공보 제조방법(Method for making composite rectangular hollow cantilever using a female tool) - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합재 사각 중공보를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 맨드렐(1)의 외주에 배깅 필름(2), 블리드(4), 릴리이스 필름(6) 및 프리프레그(7)를 순차적으로 적층하는 단계; 상기 맨드렐(1)에 배깅 필름(2),블리드(4), 릴리이스 필름(6) 및 프리프레그(7)를 적층한 상태로 피메일 툴(8) 내측에 슬라이드 삽입하는 단계; 상기 프리프레그(7)가 적층된 맨드렐(1)을 피메일 툴(8)의 내측에 삽입한 상태에서 상기 배깅 필름(2)의 선단 자락을 펼쳐서 피메일 툴(8)의 선단을 감싸도록 말은 다음 실링 테이프(9)로 접착시켜 밀봉하는 단계; 상기 배깅 필름(2)에 진공형성용 포트(10)를 형성하고 그 포트(10)를 통하여 배깅 필름(2) 내부를 진공상태로 만들어 상기 프리프레그(7)를 피메일 툴(8) 안쪽면에 압착시키는 단계; 및, 상기 맨드렐(1)만을 피메일 툴(8)로 부터 분리한 후 그 피메일 툴(8)과 그에 압착된 프리프레그(7)를 오토클레이브 안에 넣은 다음 열을 가하여 경화시키는 단계로 이루어져, 모서리부가 찌그러짐 없이 성형되어 모서리부 강도가 향상되고, 외측면의 표면이 매끄러워 2차 가공이 필요없는 복합재 사각 중공보를 제조할 수 있게 된다.

Description

복합재 사각 중공보 제조방법(Method for making composite rectangular hollow cantilever using a female tool)

본 발명은 우주항공용 구조물 또는 일반산업용 구조물에 사용되는 복합재 사각 중공보의 제작방법에 관한 것으로, 특히 피메일(Female) 툴을 이용하여 복합재 사각 중공보를 제작하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 우주항공용 구조물이나 일반산업용 구조물에는 사용되는 중공보는 강성이 충분하고 무게도 가벼워야 하는 특성을 고려하여 최근에는 복합재 사각 중공보가 많이 사용되고 있는 추세이다.

이러한 복합재 사각 중공보는 사각바아 형태의 맨드렐 외주에 섬유와 수지가 서로 혼합된 소위 프리프레그(Prepreg)를 적층한 상태에서 오토클레이브(Autoclave) 내부에서 고온·고압으로 성형하여 경화시킨 다음 맨드렐을 분리하여 제작하고 있었다.

즉 이를 도 2를 참조하여 자세히 설명하면, 맨드렐(21) 외주에 프리프레그(22)를 적층하고, 그 상태에서 고온·고압의 오토클레이브(도시안됨)안에 넣어 성형시킨다음, 맨드렐(21)을 뽑아내어 사각 중공보(23)를 제작하고 있었다.

그런데 상기 종래 맨드렐을 이용한 사각 중공보 제조방법에 따르면 내부면이 맨드렐(21)에 맞닿은 상태로 성형되므로 내측면은 매끄러워 2차 가공이 필요없는 중공보 제품을 얻을 수 있는 장점은 있는 반면, 외측면은 표면이 균일하지 못하여 2차 가공이 필요한 단점이 있었다.

또 모서리부(23c)는 도 4b에 도시된 바와 같이 성형시 프레프레그(22)가 수축하면서 찌그러지게 되므로 취약하게 되는 문제점이 있었다.

이에 상기 종래 맨드렐을 이용한 사각 중공보 제조방법이 가진 문제점을 해소하기 위해 피메일 툴(female tool)의 안쪽 면에 프리프레그를 직접 적층하여 성형하는 소위 피메일 툴을 이용한 사각 중공보 제조방법이 사용되었으나, 이 방법은 제품의 내측 구멍 폭이 작아서 피메일 툴 내측으로 손이나 공구를 집어넣을 수 없을 정도로 작은 제품이나 길이가 긴 사각 중공보의 경우에는 작업성이 나쁘거나 제작이 불가능한 등 제품의 사양에 따른 제약이 있는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기 맨드렐을 이용한 사각 중공보 제작방법 및 종래 피메일 툴을 이용하여 복합재 사각 중공보를 제작하는 방법이 가진 문제점을 해소하기 위해 고안된 것으로서, 코너부위에 찌그러짐이 발생하지 않도록 하여 모서리부가 취약하지 않도록 하고, 외측면의 표면이 매끄러워 2차 가공이 필요없도록 하는 피메일 툴을 이용한 사각 중공보 제조방법을 제공함에 목적이 있다,

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 맨드렐의 외주에 배깅 필름(bagging film), 블리드(bleeder), 릴리이스 필름(release film) 및 프리프레그(preprag)를 순차적으로 적층하는 단계; 상기 맨드렐에 배깅 필름, 블리드, 릴리이스 필름 및 프리프레그를 적층한 상태로 피메일 툴 내부에 슬라이드 삽입하는 단계; 상기 맨드렐을 피메일 툴에 삽입한 상태에서 상기 배깅 필름의 선단 자락을 펼쳐서 피메일 툴의 선단을 감싼 다음 실링 테이프로 접착시켜 밀봉하는 단계; 상기 배깅 필름에 진공형성용 포트를 형성하고 그 포트를 통하여 배깅 필름 내부를 진공상태로 만들어 상기 프리프레그를 피메일 툴 안쪽 면에 압착시키는 단계; 및, 상기 맨드렐을 피메일 툴로 부터 분리한 후 그 피메일 툴과 그에 압착된 프리프레그를 오토클레이브(autoclave)안에 넣은 다음 열을 가하여 경화시키는 단계로 이루어져 있다.

상기와 같은 방법으로 사각 중공보를 제작하면 진공압력에 의해 피메일 툴에 적층된 프리프레그가 늘어나면서 그 외측면이 피메일 툴의 내측면에 밀착한 상태로 경화되기 때문에 모서리부분에 찌그러짐 현상이 발생하지 않게 되어 모서리의 강도가취약해 지는 것을 막을 수 있는 것이다.

또한 프리프레그 외측면이 피메일 툴의 내측면에 맞닿아 성형되므로 표면이 매끄러워 2차가공이 필요없게 되고 동시에 치수가 균일하게 되어 타 부품과 조립성이 우수해 지는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명에 따라 멘드렐에 프리프레그를 적층하기 전의 상태를 개략적으로 도시한 사시도로서, 맨드렐에 배깅 필름, 블리드, 릴리이스 필름을 적층한 상태를 부분 절개하여 도시한 도면,

도 2 는 본 발명에 따라 배깅 필름, 블리드, 릴리이스 필름을 적층한 맨드렐을 피 메일 툴안에 삽입하고 그 배깅 필름 내부를 밀봉한 상태를 도시한 상태의 종 단면도,

도 3 은 본 발명에 따른 제조방법에 따라 피메일 툴 내측면에 프리프레그를 적층한 상태에서 성형할 때 그 프리프레그가 팽창하면서 피메일 내측면에 압착되어 성형되는 과정을 도시한 단면도로서,

도 3a 는 성형전의 단면도,

도 3b 는 성형후의 단면도,

도 4 는 맨드렐 만으로 사각 중공보를 제조하는 종래의 방법을 단계적으로 도시한 단면도로서,

도 4a 는 맨드렐 외측면에 프리프레그를 적층하여 성형전 상태의 단면도,

도 4b 는 성형후 그 모서리부의 프리프레그가 찌그러지는 상태를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 맨드렐 2: 배깅 필름(bagging film)

3: 내열 테이프 4: 블리드(bleeder)

5: 내열 테이프 6: 릴리이스 필름(release film)

7: 프리프레그(prepreg) 8: 피메일 툴(female tool)

9: 실링 테이프 10: 진공형성용 구멍

11: 중공보의 모서리부 21: 맨드렐

22: 프리프레그 23: 종래 사각 중공보

23c: 사각 중공보의 모서리부

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면에 따라 상세히 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 사각 바아 형태이면서 외주면이 길이방향으로 균일하게 약간 경사진 맨드렐(1)을 구비하여 그 외측면에 배깅 필름(2)을 감는다. 이때 상기 배깅 필름(2)의 양단을 서로 대략 100㎜정도 겹쳐지도록 포갠 상태에서 그 위에 실링 테이프(도시안됨)로 접착하여 고정한다.

상기 배깅 필름(2)위에 블리이드(4)를 쭈그러짐없이 팽팽이 잡아당기면서 적층한 다음 내열 테이프(5)로 접착하여 고정시킨다. 그 위에 제품크기보다 약간 여유있게 절단한 릴리이스 필름(6)을 감은 다음 그 양단을 포개어 적층하여 내열 테이프(3)로 고정한다. 그리고나서 그 위에 프리프레그(7)를 적층한다.

상기한 바와 같이 프리프레그(7)를 적층한 맨드렐(1)을 도 2에 도시된 바와 같이,내측 치수가 그 맨드렐(1) 외측치수보다 약 0.5 내지 1 ㎜ 정도 큰 피메일 툴(8)의 내부에 삽입한다. 그 상태에서 상기 배깅 필름(2)의 길이방향 양쪽 선단을 각각 피메일 툴(8)의 선단을 감싸도록 말은 다음, 그 끝을 실링테이프(9)로 감아서 상기 피메일 툴(8)과 배깅 필름(2)사이의 내부공간을 밀봉한다. 그리고나서 상기 배깅 필름(2)에 진공형성용 포트(10)을 뚫는다.

이상태에서 상기 진공형성용 포트(10)를 통하여 배깅 필름(2) 내부공간의 공기를 추출하여 그 배깅 필름(2) 내부를 진공상태로 만든다. 이때 그 배깅 필름(2)은 상기 피메일 툴(8)의 내측면 쪽으로 밀착하면서 내측에 적층된 프리프레그(7)를 상기 피메일 툴(8)의 내측면에 압착시키게 된다.

상기와 같이 프리프레그(7)가 피메일 툴(8)에 압착된 상태에서 맨드렐(1)만을 프리프레그(7)로 부터 분리해내고 그 피메일 툴(8)을 오토클레이브(도시안됨)안에 넣고 가압하면서 가열하여 그 프리프레그(7)를 경화시킨다.

이때 상기 프리프레그(7)는 상기 도 3b 에 도시된 바와 같이, 피메일 툴(8)의 내측면방향으로 늘어나면서 경화되게 되므로 표면이 쭈그러지지 않고 매끄럽게 성형된다. 특히 사각 중공보의 모서리부(11)는 찌끄러짐 없이 매끈하게 성형되게 된다.

그다음 상기 피메일 툴(8)로 부터 성형된 중공보를 분리해내면 복합재 사각 중공보가 제작완성되게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 사각 중공보 제조방법에 따라 제작된 복합재 사각 중공보는 외측 표면이 피메일 툴(8)의 내측면에 맞닿은 상태에서 경화되므로 2차 가공이 필요없을 정도로 치수가 균일하면서 표면이 매끄럽게 된다.

그리고 프리프레그(7)가 팽창하면서 피메일 툴(8) 내측에 압착되어 성형되므로 모서리부가 찌그러지지 않고 성형되어 강도가 증가되게 된다.

또 배깅 필름(2)을 사용하지 않고 직접 프리프레그(7)를 피메일 툴(8) 내측면에 직접 적층하는 종래 피메일 툴(8)을 이용한 사각 중공보 제조방법에 비해 작업성이 향상되고 그에 따라 생산성이 향상되는 효과가 있게 된다.

Claims (1)

1. 맨드렐(1)의 외주에 배깅 필름(2), 블리드(4), 릴리이스 필름(6) 및 프리프레그(7)를 순차적으로 적층하는 단계;

   상기 맨드렐(1)에 배깅 필름(2),블리드(4), 릴리이스 필름(6) 및 프리프레그(7)를 적층한 상태로 피메일 툴(8) 내측에 슬라이드 삽입하는 단계;

   상기 프리프레그(7)가 적층된 맨드렐(1)을 피메일 툴(8)의 내측에 삽입한 상태에서 상기 배깅 필름(2)의 선단 자락을 펼쳐서 피메일 툴(8)의 선단을 감싸도록 말은 다음 실링 테이프(9)로 접착시켜 밀봉하는 단계;

   상기 배깅 필름(2)에 진공형성용 포트(10)를 형성하고 그 포트(10)를 통하여 배깅 필름(2) 내부를 1기압 정도의 진공상태로 만들어 상기 프리프레그(7)를 피메일 툴(8) 안쪽면(8a)에 압착시키는 단계; 및,

   상기 맨드렐(1)만을 피메일 툴(8)로 부터 분리한 후 그 피메일 툴(8)과 그에 압착된 프리프레그(7)를 오토클레이브 안에 넣은 다음 가압하면서 열을 가하여 경화시키는 단계로 이루어진 피메일 툴을 이용한 복합재 사각 중공보 제조방법

Images