KR100536651B1 - manufacturing method for composite material link - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합재 링크의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어지도록 하면서 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않도록 한 복합재 링크의 제조방법에 관한 것으로서, 이는 다수의 금속 부시(2,3,4) 및 금속 몰드(1)가 우레탄 폼(5)에 의해 서로 평행하게 연결되어 베이스 링크(B)를 구성하고, 상기 베이스 링크(B)의 길이방향을 따라 장섬유가 함침된 일방향 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층하여 가열 경화시킨 후, 금속 몰드(1)를 제거하는 공정과, 상기 공정에 의해 얻어진 링크에서 금속 부시(2,3,4) 사이의 적층 섬유강화플라스틱 프리프렉(6) 위에 다시 섬유강화플라스틱 프리프렉(7)을 링크 길이에 직교되는 방향으로 와인딩한 후, 가열 경화시키는 공정으로 이루어짐으로써 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않는 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a composite link, and more particularly, it is possible to mass production by simplifying the process while making the production of the link using the composite more easily, and also for the connection portion with more effective load support The present invention relates to a method of manufacturing a composite link, so that no separate processing is required, and a plurality of metal bushes (2, 3, 4) and a metal mold (1) are connected in parallel with each other by a urethane foam (5) to form a base link ( B), laminating one-way fiber-reinforced plastic prepreg 6 impregnated with long fibers along the longitudinal direction of the base link B, heat-curing, and then removing the metal mold 1; In the link obtained by the above process, the fiber-reinforced plastic prepreg 7 is orthogonal to the link length again on the laminated fiber-reinforced plastic prepreg 6 between the metal bushes 2, 3, and 4. After winding incense, it is made of heat-hardening process, so that not only the production of the link using the composite material can be made more easily, but also the mass production is possible due to the simplification of the process. There is an effect that no processing is required.
Description
본 발명은 복합재 링크의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어지도록 하면서 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않도록 한 복합재 링크의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a composite link, and more particularly, it is possible to mass production by simplifying the process while making the production of the link using the composite more easily, and also for the connection portion with more effective load support It relates to a method for producing a composite link so that no separate processing is required.
일반적으로 기계구조를 구성하는 각종 기계요소는 주로 금속재료를 소재로 사용하고 형상의 제한없이 설계 및 제작하는 것이 용이했으나, 근래에는 기계구조의 고성능화, 경량화 추세에 따라 금속재료 이상의 강도를 갖는 복합재가 기계요소의 소재로 활발하게 사용되고 있는 실정에 있는 것으로서, 복합재료는 두가지 이상의 물질이 혼합되어 새로운 성질을 갖는 재료를 구성하는 것이며, 그 종류도 다양하다.In general, the various mechanical elements constituting the mechanical structure are mainly made of a metal material as a material and easy to design and manufacture without limiting the shape, but in recent years, composite materials having strengths higher than those of metal materials have been developed according to the trend of high performance and light weight of the mechanical structure. In the situation that is actively used as a material of the mechanical element, the composite material is a mixture of two or more materials to form a material having a new property, the type is also various.
여기서 기술되는 복합재료는 기계적 성질이 가장 우수한 섬유강화플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastic) 프리프렉(prepreg)을 사용하여 내부가압 성형되는 기계요소 및 부품에 관한 것으로서, 섬유강화플라스틱 프리프렉을 사용한 기계요소의 제작은 주로 프리프렉을 적층 후 가열 경화시키는 방법이 사용된다.The composite materials described herein relate to mechanical components and components that are internally press-molded using fiber reinforced plastic (FRP) prepreg, which has the best mechanical properties, and mechanical components using fiber reinforced plastic prepregs. The fabrication of prepreg is mainly carried out by laminating and preheating the prepreg.
그러나 이러한 방법은 성형 후 가공이 어렵고 몰드 형상의 제한으로 복잡한 형상의 제작이 거의 불가능거나 제작은 가능하여도 제작성의 불량으로 실질적으로 사용되고 있지 않은 실정이며, 특히 경량 링크 구조물의 경우에는 통상 경량화를 위하여 속이 비고 보강재로 보강되는 구조를 갖는데, 이러한 형상은 기존의 프리프렉 적층 후 가열 경화시키는 방법으로는 제작성이 거의 없고, 또한 링크 조립을 위한 연결 구멍의 형성은 상기의 방법에 의해 제작이 불가능하므로 종래의 기술로는 금속 재료를 사용하는 것만이 유일한 방법이다.However, these methods are difficult to process after molding, and it is almost impossible to manufacture complex shapes due to the limitation of the mold shape, or even the manufacturing is not practically used due to the poor manufacturing ability. For this purpose, it is hollow and has a structure reinforced with reinforcement. Such a shape is hardly manufactured by conventional prepreg lamination and heat hardening, and the formation of a connection hole for link assembly cannot be manufactured by the above method. Therefore, the conventional method is the only method using a metal material.
이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어지도록 하면서 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않도록 하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of which is that the production of a link using a composite material can be made more easily, mass production is possible with a simplified process, and more effective load With the support, there is no need for additional machining for the joints.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 다수의 금속 부시 및 금속 몰드가 우레탄 폼에 의해 서로 평행하게 연결되어 베이스 링크를 구성하고, 상기 베이스 링크의 길이방향을 따라 장섬유가 함침된 일방향 섬유강화플라스틱 프리프렉을 적층하여 가열 경화시킨 후, 금속 몰드를 제거하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한 복합재 링크의 제조방법이 이루어진다.In order to achieve the object of the present invention, a plurality of metal bushes and metal molds are connected in parallel to each other by a urethane foam to form a base link, and a unidirectional fiber-reinforced plastic prep impregnated with long fibers along the longitudinal direction of the base link. After laminating and heat-curing the rack, a method of manufacturing a composite link is formed, which comprises a step of removing a metal mold.
또한, 상기 베이스 링크의 폭을 비교적 크게 하여 섬유강화플라스틱 프리프렉을 적층하고, 가열 경화시킨 후, 상기 폭을 따라 길이 방향의 동일한 폭으로 절단하여 다수의 링크를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.또한, 상기 공정에 의해 얻어진 링크에서 금속 부시 사이의 적층 섬유강화플라스틱 프리프렉 위에 다시 섬유강화플라스틱 프리프렉을 링크 길이에 직교되는 방향으로 와인딩한 후, 가열 경화시키는 공정이 부가된 것을 특징으로 한다.In addition, the width of the base link is relatively large, the fiber-reinforced plastic prepreg is laminated, heat-hardened, and then cut along the width to the same width in the longitudinal direction to obtain a plurality of links. In addition, the step of winding the fiber-reinforced plastic prepreg in the direction orthogonal to the link length again on the laminated fiber-reinforced plastic prepreg between the metal bush in the link obtained by the above process, characterized in that the step of heat-hardening.
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또한, 상기 와인딩 된 섬유강화플라스틱 프리프렉 위에 열수축 테이프를 와인딩한 후, 가열 경화시킨 것을 특징으로 한다.In addition, after winding the heat shrink tape on the wound fiber-reinforced plastic prepreg, characterized in that the heat-hardened.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 복합재 링크의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a composite link according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이 링크 구조물은 통상적으로 인장, 압축, 비틀림의 하중이 작용되고, 굽힘 하중은 핀 연결부(pin joint)에 의해 거의 작용하지 않게 되는 것으로서, 여기서 사용되는 섬유강화플라스틱 프리프렉은 섬유에 따라 장섬유와 단섬유의 사용으로 분류될 수 있는 것이며, 장섬유의 섬유강화플라스틱 프리프렉은 기계적인 성질이 높은 특성이 있어 일방향 프리프렉의 섬유 방향을 링크의 주요 하중 방향으로 배치하는 경우 효과적인 하중의 지지가 이루어진다.These linkages typically have tensile, compressive and torsional loads, and the bending loads are hardly acted upon by pin joints. The fiber-reinforced plastic prepregs used here are characterized by It can be classified as the use of short fiber, and the fiber reinforced plastic prepreg of long fiber has high mechanical properties, so that the effective load support is achieved when the fiber direction of the one-way prepreg is arranged in the main load direction of the link. .
따라서 섬유강화플라스틱 프리프렉의 섬유가 링크의 길이방향으로 배치되도록 구성하고, 다시 그 위에 서로 직교되는 방향으로 상기 섬유강화스플리스틱 프리프렉을 와인딩되는 경우, 인장 및 압축, 비틀림에 대한 기계적인 성질을 보다 향상시킬 수 있는 것으로서, 이의 구체적인 실시예는 다음과 같다.Therefore, when the fibers of the fiber-reinforced plastic prepreg are configured to be disposed in the longitudinal direction of the link, and the fibers of the fiber-reinforced plastic prepreg are wound in the direction orthogonal to each other, the mechanical properties of the tension, compression, and torsion As can be further improved, specific examples thereof are as follows.
먼저, 링크 구조물의 연결부위를 제작하게 되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와같이 다수의 금속 부시(2,3,4)가 사용되고, 금속 부시(2,3,4) 간에는 열팽창에 의한 압착력 작용을 하는 판상의 우레탄 폼(5)에 의해 상호 연결되어 있는 것이며, 금속 부시(2,3,4)가 불필요한 부분은 원주형의 금속 몰드(1)가 금속 부시(2,3,4)와 평행을 이루면서 우레탄 폼(5)에 연결되는 것에 의해 베이스 링크(B)를 구성하게 되는데, 이때 상기 금속 몰드(1)는 후술되어질 섬유강화플라스틱 프리프렉(미도시됨)을 적층하고 성형후 제거되고, 상기 베이스 링크(B)는 사용 링크의 폭(W2)으로 절단하는 것에 의해 다수의 링크를 얻을 수 있도록 비교적 큰 폭(W1)으로 형성된다.First, as the connection portion of the link structure is manufactured, as shown in FIG. 1, a plurality of metal bushes 2, 3 and 4 are used, and the pressing force action due to thermal expansion is applied between the metal bushes 2, 3 and 4. The urethane plate 5 is interconnected by a plate-shaped urethane foam 5, and the portions where the metal bushes 2, 3 and 4 are unnecessary are parallel to the metal bushes 2, 3 and 4 of the columnar metal mold 1. By forming the base link (B) by being connected to the urethane foam (5), wherein the metal mold (1) is laminated to the fiber-reinforced plastic prepreg (not shown) to be described later and removed after molding, The base link B is formed with a relatively large width W1 so that a plurality of links can be obtained by cutting to the width W2 of the use link.
그 후, 상기 베이스 링크(B) 위에 장섬유가 함침된 일방향 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층하여 기계적 성질, 즉 인장과 압축에 대한 지지력을 얻을 수 있도록 하는 것으로서, 여기서 연속된 줄 무늬는 상기 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)의 섬유 방향을 나타낸 것이며, 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층 한 후에는 1차로 가열 경화시키고, 도 3에 도시된 바와같이 사용 링크의 적정 폭으로 절단한다.Thereafter, the unidirectional fiber-reinforced plastic prepreg 6 impregnated with long fibers on the base link B is obtained so as to obtain mechanical properties, that is, support for tension and compression. The fiber direction of the fiber-reinforced plastic prepreg (6) is shown, and after laminating the fiber-reinforced plastic prepreg (6), it is first heat-cured and cut into the appropriate width of the used link as shown in FIG. .
그리고 가열 경화시에는 대기압 하에서 진공만 잡고 경화할 수 있으나, 보다 높은 기계적 성질을 얻기 위해서 오토클레이브(autoclave)를 사용할 수 있다.In the case of heat curing, only the vacuum can be held under atmospheric pressure to cure. However, in order to obtain higher mechanical properties, an autoclave can be used.
한편, 이 공정을 마친 도 3의 링크 구조는 인장은 효과적으로 지지할 수 있으나, 링크의 단면의 관성 모멘트(moment of inertia)가 매우 작으므로 좌굴 현상이 발생될 수 있으며, 비틀림에 취약한 단점을 갖는다.On the other hand, the link structure of Figure 3 after completing this process can effectively support the tension, but because the moment of inertia of the cross-section of the link is very small, the buckling phenomenon may occur, it has a disadvantage that is vulnerable to torsion.
이에 따라 상기 링크의 단점, 즉 좌굴 및 비틀림의 취약성을 보완하기 위한 공정이 부가되는 것으로서, 각 금속 부시(2,3,4) 사이의 적층 섬유강화플라스틱 프리프렉(6) 위에 링크의 길이와 직교되는 방향으로 장섬유가 함침된 섬유강화플라스틱 프리프렉(7)을 와인딩하게 되는데, 이때 와인딩되는 섬유강화플라스틱 프리프렉(7)의 섬유 방향은 링크의 길이 방향에 대해 90°이거나, 보다 효과적인 비틀림 지지력을 얻기 위해서는 ±45°로 할 수 있다.This adds a process to compensate for the weaknesses of the link, ie buckling and twisting, and is perpendicular to the length of the link on the laminated fiber-reinforced plastic prepreg 6 between the metal bushes 2, 3 and 4. The fiber-reinforced plastic prepreg 7 impregnated with the long fibers in the direction of the winding direction, wherein the fiber direction of the fiber-reinforced plastic prepreg 7 to be wound is 90 ° to the longitudinal direction of the link, or more effective torsional support force It can be set to ± 45 ° to obtain.
그런 다음, 그 와인딩된 링크를 가열 성형하는 것으로서, 이때 링크의 가열 경화시 가압을 위해 상기 와인딩된 섬유강화플라스틱 프리프렉(7) 위에 열수축 테이프를 재차 와이딩한 후에 가열 성형하는 것에 의해 도 4에 도시된 바와같은 복합재 링크가 제조되는 것이며, 이렇게 제조된 본 발명의 복합재 링크를 휠체어어 사용되는 도 5의 크로스브레이스(crossbrace)의 제작에 실제 적용한 바 있고, 그 결과 만족할만한 강도 및 성능을 보였다. Then, the wound link is heat-molded, wherein the heat-shrink tape is again wound on the wound fiber-reinforced plastic prepreg 7 for pressurization upon heat curing of the link, followed by heat-molding. The composite link as shown is produced, and the composite link of the present invention was actually applied to the fabrication of the crossbrace of FIG. 5 used in wheelchairs, and the result showed satisfactory strength and performance.
상술한 바와같이 본 발명은 다수의 금속 몰드 및 금속 부시와 우레탄 폼으로 이루어진 베이스 링크의 길이방향으로 섬유강화플라스틱 프리프렉을 적층후, 다시 그 적층된 섬유강화플라스틱 프리프렉의 직교방향으로 재차 상기 섬유강화플라스틱 프리프렉을 와인딩하여 가열 경화시킴으로써 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않으며, 또한 고성능화, 경량화에 부합되면서 보다 효과적인 하중 지지가 이루어질 수 있는 효과를 갖게 된다.As described above, the present invention stacks the fiber-reinforced plastic prepreg in the longitudinal direction of the base link consisting of a plurality of metal molds and metal bushes and urethane foam, and then again the fiber in the orthogonal direction of the laminated fiber-reinforced plastic prepreg. By winding and hardening the reinforced plastic prepreg, not only the production of the link using composite materials can be made more easily, but also the mass production is possible due to the simplification of the process, and no additional processing is required for the connection area, and the performance and weight are reduced. In conformity with this, more effective load support can be achieved.
도 1은 본 발명의 제1 공정의 베이스 링크 구조를 보인 사시도.1 is a perspective view showing a base link structure of a first process of the present invention.
도 2는 제1 공정의 베이스 링크 위에 프리프렉을 길이방향으로 적층한 상태의 사시도.Fig. 2 is a perspective view of a state in which prepregs are laminated in a longitudinal direction on a base link of a first step.
도 3은 도 2의 베이스 링크를 적정 폭으로 절단하여 얻은 링크의 사시도.3 is a perspective view of a link obtained by cutting the base link of FIG. 2 to an appropriate width;
도 4는 본 발명에 의해 제조된 복합재 링크의 사시도.4 is a perspective view of a composite link produced by the present invention.
도 5는 도 4의 사용예를 보인 정면도.5 is a front view showing an example of use of FIG.
*도면의주요부분에대한부호의설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
B:베이스 링크 1:금속 몰드B: Base Link 1: Metal Mold
2,3,4:금속 부시 5:연결부2,3,4: Metal Bush 5: Connection
6,7:섬유강화플라스틱 프리프렉6, 7: fiber reinforced plastic prepreg
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