KR100615923B1

KR100615923B1 - 중공 복합물 제품 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100615923B1
Application number: KR1020017013975A
Authority: KR
Inventors: 가이 자넬라; 길베르트 듀파야드
Original assignee: 생-고뱅 베뜨로떽스 프랑스 에스. 아.
Priority date: 1999-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2006-08-28
Also published as: CN1359328A; ES2193067T3; DE60001551T2; CN1116161C; FR2793186B1; CA2372607A1; EP1175295B1; ATE233656T1; JP2002542966A; NO20015375D0; AU773228B2; NO319546B1; DE60001551D1; WO2000066347A1; BR0010265B1; AU4413300A; FR2793186A1; EP1175295A1; US6955784B1; MXPA01011090A

Abstract

본 발명은 중공 복합물 제품에 관한 것으로, 이 제품은 장 섬유 형태의 유리를 20% 초과해서 포함하고, 제품 벽의 두께는 또한 약 1 내지 약 10mm이다. 본 발명은 또한 상기 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 몰드(10)에 미리 가열된 조립체(9)를 삽입하는 단계로, 상기 조립체는 그 중심부에 적어도 하나의 복합물 구조로 덮인 적어도 하나의 팽창 가능한 포켓을 포함하고, 상기 복합물 구조는 장 섬유 형태인 적어도 하나의 충전재를 포함하며, 미리 가열된 조립체는 흐를 수 있는 물질을 포함하는, 몰드(10)에 미리 가열된 조립체(9)를 삽입하는 단계와, 팽창 가능한 포켓을 40 bar를 초과하는 압력에서 팽창시키는 단계로 이루어진다.

Description

중공 복합물 제품 및 그 제조 방법{HOLLOW COMPOSITE PRODUCTS AND METHOD FOR MAKING SAME}

본 발명은 신규한 복합물 제품 및 이 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

"복합물 제품(composite product)"은 "서로 다른 녹는점을 갖는 적어도 두 개의 물질을 포함하는 제품"을 의미하고, 용어 "중공(hollow)" 제품은 그 내부에 벽에 의해 둘러 쌓여진 하나 이상의 중공부(hollow part)를 가지며, 제품 내부의 중공부는 비어 있거나 또는 하나 이상의 충전 물질(filling material)로 채워진 제품을 의미한다.

복합물 제품은 일반적으로 몰드(mould) 또는 프레스(press)에서 인젝션 몰딩(injection moulding) 또는 컴프레션 몰딩(compression molding)에 의해 얻어지는 고체 몰딩된 제품이다. 이러한 제품은 사용되는 물질과 형상에 따라 다양한 유형의 용도에 적절할 수 있다. 본 발명은 특히 구조 부품 및/또는 에너지-흡수 부품으로 사용되기에 적절한 {예를 들면 자동차용 범퍼 부재, 보호 원재(spars), 범퍼용 에너지 흡수제, 보트를 위한 구조 부품, 지지 도리(support girders), 등} 신규한 복합물 제품을 얻기 위함이다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 제품을 제조하는 신속하고 경제적인 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적들은 우선 본 발명에 따른 제품에 의해서 달성되는데, 이러한 제품은 장 섬유의 형태의 강화 물질을 (바람직하기는 유리를) 20중량% 이상 포함하는 중공 복합물 제품이며, 이러한 제품의 벽두께는(이것이 외부 벽이거나 부품의 수 개의 중공 부분을 분리하는 임의의 가능한 내부 벽이거나) 또한 약 1mm와 10mm 사이이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 제품을 제조하는데 적합한 중공 복합물 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에 의하면, 그 내부에 적어도 하나의 팽창 가능한 백을 함유한 예비 가열된(preheated) 조립체(assembly)가 몰드 안으로 투입되고, 이 팽창 가능한 백은 장섬유 형태의 적어도 하나의 강화 물질을 포함하는 적어도 하나의 복합물 구조와, 적어도 하나의 흐를 수 있는 물질을 포함하는 예비 가열된 조립체와 나란히 세워지며, 팽창 가능한 백은 예비 가열된 조립체가 몰드의 형상을 채택하도록 40bar를 넘는 압력으로 팽창된다.

본 발명에 따른 방법과 취입 성형 몰딩에 의한 중공 제품의 제조에서 이미 존재하고 있던 방법(예를 들면 인젝션-몰딩 방법 후 취입 성형 하는 방법 또는 열가소성 용융예비형성물(parison)이 몰드에 위치되기 전에 사출 성형되며 취입 성형되는 방법)과의 사이에 구별이 필요한데, 이러한 방법들은 15bar 이하의 취입 성형 압력을 채용하며 대부분의 경우에 5bar 이하의 압력을 채용한다. 이러한, 다른 압력, 다른 처리 단계, 및 (일반적으로 강화 장섬유를 포함하지 않는) 다른 출발 물질을 사용하는 현존하는 방법들은 본 발명에 따라 추구되는 복합물 제품의 제조에 적합하지 않으며, 및/또는 비경제적이며 {예를 들면, 이 방법들은 값비싼 팽창 가능한 실리콘 블래더(bladder)를 사용한다}, 및/또는 단기간 생산 운영(하루에 10 내지 15 품목)에만 적합하며, 및/또는 이들 방법 중 일부는 환경에 관한 관점에서 문제를 보일 수 있다.
긴 강화 섬유를 포함하는 중공 제품은 일반적으로 팽창 가능한 블래더의 존재하에 몰딩에 의하여 얻어진다. 예를 들면, WO-A-98/51481에서, 열가소성 섬유 및 유리 섬유와 열가소성 섬유의 혼성 얀을 포함하는 물질로 덮인 팽창가능하고 유연한 멤브레인으로 만들어진 블래더 안으로 투입된 자가-지지 다공성 프리폼(self-supporting porous preform)이 사용된다. 이렇게 형성된 조립체는 몰드 안에 놓여지고, 가열되며, 동시에 블래더가 0.5 내지 1MPa(5 내지 10bar)의 압력으로 팽창된다. 적용되는 낮은 압력으로 인하여, 이 공정은 매우 복잡한 형태는 아니며 비교적 두께가 두꺼운 중공 제품의 제조에만 제한된다.

본 발명에 따른 방법은 수동적으로 수행될 수 있거나 또는 자동화로 수행될 수도 있다. 이 방법은 특히 간단하고, 경제적이며, 안전과 환경 보호 문제를 만족시키며, 일면 복잡한 형상과 다양한 크기의 부품들을 생산할 수 있다. 본 발명은, 특히, (진공-몰딩 또는 인젝션 사출 성형 몰딩 기술과는 다르게) 부품의 장기간 생산 또는 대량 생산 운영에 적합하며, 또한 본 방법은 단기간 생산 운영의 제품을 생산하는 데도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 또한 빠르며, 중공 복합물 부품을 단일의 몰딩 작업으로 생산하는 것이 가능하며, 높은 강화 정도를 갖는 부품의 제조를 가능하게 한다. 특히, 경제적으로 실행 가능한 방법으로 대략 40 또는 45중량% 더 높은 강화 비(reinforcement ratio)를 갖는 부품을 얻는 것이 가능하며, 이러한 비가 75 내지 80중량%까지 확장되는 것이 가능하다.

본 발명에 따라 얻어진 중공 복합물 제품은 일반적으로 20과 80중량% 사이의 강화 물질(바람직하기는 유리)을 가지며, 특히 장섬유의 형태로 적어도 20중량%의 강화 물질(이 제품이 강화제로서 장섬유만을, 또는 예를 들면 장섬유에 더해진 단섬유의 형태인 다른 형태의 강화제를 포함하는 것이 가능하다)을 가지며, 약 1mm와 10mm 사이의 벽두께, 바람직하기는 6mm이하의 벽 두께를 갖는다. 게다가, 대부분의 경우에 그리고 바람직하게, 이 중공 복합물 제품은 폐 단면(예를 들면 원형 또는 직사각형 또는 사다리꼴 또는 정사각형, 등)을 갖는다. 이 제품은 알맞은 중량에 대해서 양호한 기계적 강력 성질을 보이며, 이 제품의 중량/기계적 강력 관계(또는 충격의 경우 관성)는 동일한 고체 제품 또는 개 단면(예를 들면 U-단면)을 갖는 동일한 제품의 중량/기계적 강력 관계보다 더 유리하다. 본 발명에 따른 제품은 특히 낮은 중량과 벽 두께를 갖는 동시에 특히, 비틀림(torsion)과 굽힘(bending)에 대해서 양호한 저항성을 갖는다. 본 제품에서 한정된 벽두께는 요구되는 강력 성질을 얻을 수 있게 하며 동시에 경제적으로도 유리하며, 또한 동시에 이후에 설명되듯이 수 개의 층으로 형성된 복잡한 복합물 구조의 사용을 가능하게 하는 제품을 생산할 수 있게 한다.

최종 용도에 따라, 본 발명에 따른 중공 복합물 부품(또는 중공 복합물 제품)은 예를 들면 폼(foam)인 충전재 물질을 가질 수 있으나(충전은 예를 들면 셀룰라 중합체를 부품에 폼의 형태로 주입함으로써 달성된다), 부품은 특히 유리한 일련의 단가/중량/기계적 성질 특성을 보이도록 비어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법에 사용되는 복합물 구조는 그 표면 영역과 비교할 때 매우 두껍지는 않으며, 일반적으로 평평하나 만약 필요하다면 감은 형태로 수집되고 저장될 수 있도록 충분한 유연성을 가질 수 있다. 상기 복합물 구조는 고체이거나 또는 구멍이 뚫려 있을(perforated) 수 있고 유리하게는 충분한 강건성(robustness)(또는 충분히 고정되거나 묶이거나 또는 강직한 구조)을 가져서 본 발명에 따른 방법에서 사용되고 취급될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 복합물 구조는 하나 또는 수개의 층으로 형성될 수 있다.

본 발명에 사용되는 복합물 구조는 서로 다른 녹는점을 갖는 적어도 두 개의 물질로 형성되어 있다. 일반적으로, 적어도 하나의 (폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 등과 같은) 유기 열가소성 물질 또는 열경화성 물질 및 이러한 유기 물질을 강화하기 위한 적어도 하나의 강화 물질(적어도 부분적으로는 섬유의 형태로, 예를 들면 천연 섬유 또는 합성 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 등)을 포함한다. 바람직하기는, 이는 적어도 하나의 유기 열가소성 물질을 포함하며 바람직하기는 또한 적어도 약간의 유리 섬유를 포함한다.

본 발명의 정의에 따르면, 강화 물질을 "장(long)" 섬유의 형태로, 즉 ("단(short)" 섬유는 0.1mm와 1mm 사이의 길이인데 반해) 1mm길이를 넘는 섬유의 형태로 포함하는 복합물 구조가 사용된다. 더욱 특히, 본 발명에서 언급된 "장"섬유는 (본 발명에 따른 방법에서 사용되기에 편리한 복합물 구조에서) 그 최종 길이(몰딩 후에 얻어지는 완성된 중공 제품에서)가 1mm보다 길도록 (그러므로 최초 길이는 1mm보다 길어야 한다) 최초에 길이를 갖는다. 예를 들면, 사용되는 복합물 구조의 장섬유는 연속적인 섬유(수 cm 또는 m 길이) 또는 "잘라진(chopped)" 섬유 형태(1mm보다 긴, 예를 들면 수 mm 또는 cm 길이의, 이 소위 말하는 "잘라진"섬유는 또한 유리 스테이플 섬유 유형의 섬유도 포함한다)이다. 본 발명에 따른 제품을 얻기 위해서, 복합물 구조에 있는 장섬유의 함유량은 또한 구조의 20중량%보다 높게 선택되는 것이 유리하다.

장섬유 형태의 강화 물질의 존재는 몰딩 중의 팽창 가능한 백의 관통(perforation)과 점화(inflammation)(이러한 현상은 짧은 강화 섬유만을 사용할 때 관측된다)의 위험을 제한하고 양호한 기계적 성질(특히 연속적인 얀의 경우)을 얻는데 중요하다. 이 구조에서 긴 강화 섬유의 존재는, 특히 연속적이 얀(yarn)의 경우, 취급되고 사용될 때 구조의 통합성을 양호하게 하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 방법의 수 개의 실시예에서 요구되듯이 이 구조가 가열되고 말리는 것(rolled up)을 가능하게 한다.

섬유 형태의 강화 물질 또는 물질들(또는 더 높은 녹는점을 갖는 물질 또는 물질들)은 일반적으로 얀 또는 필라멘트의 형태이다{필라멘트는 매우 작은 직경의 얀이며, 예를 들면 유리의 경우에 직경이 5 내지 24마이크론 이며, 이러한 필라멘트는 용융된 물질의 쓰레드(thread)를 연신 함으로써 얻어지며, 일반적으로 더 큰 직경의 하나 이상의 얀으로 모아진다}. 복합물 구조는 또한 얀 또는 필라멘트의 형태인 적어도 하나의 유기 물질(또는 좀더 일반적으로 더 낮은 녹는점을 갖는 물질)을 포함하는 것이 유리할 수 있으며; 특히, 강화 필라멘트 또는 얀의 사이에 삽입되거나 및/또는 혼합된(intermingled) 유기 물질로 만들어진 얀 또는 필라멘트를 포함하는 적어도 하나의 얀의 웹 또는 조립체를 복합물 구조가 포함하는 것이 유리하다. 복합물 구조는, 특히, 한 물질로 된 필라멘트 또는 얀과 다른 물질로 된 필라멘트 또는 얀을 결합하고 동시에 되감음(spooling)으로서 얻어지는 혼성(hybrid) 얀을 포함하는 것이 유리하며, 이러한 혼성 얀이 하나의 물질로 된 얀 및/또는 다른 물질로 된 얀과 구조에서 혼합되는 것이 가능하다.

본 발명의 특히 유리한 일 실시예에 따르면, 복합물 구조는 적어도 50중량% 의(바람직하기는 적어도 80% 및 더욱 바람직하기는 100%의) 혼성 얀으로 만들어진 적어도 하나의 얀의 조립체 또는 웹을 포함한다. 바람직하기는, 이 혼성 얀은 소위 "상호-섞임(co-mingled)" 얀(또는 "복합얀"), 즉 하나의 물질로 된 필라멘트와 다른 물질로 된 필라멘트들로 만들어진 얀이며, 이 필라멘트들은 얀 내에서 섞이며(이 실시예는 섞임이 균질 하다면 더욱 유리하다), 이러한 얀들은 일반적으로 제조 시에 직접 필라멘트들을 조합함으로써(예를 들면, 특허 출원 EP-A-0,590,695 및 EP-A-0,616,055에 기술된 방법에 따라) 얻어진다. 바람직하기는, 상호-섞임 얀은 유리 필라멘트와 유기 열가소성 필라멘트가 근접하게 섞인 것으로 구성된다.

본 발명에 따른 방법에서 얀 또는 필라멘트의 형태인 유기 물질을 나타내는 복합물 구조, 특히 혼성 얀을 포함하는 구조, 더욱 특히 상호-섞임 얀(특히 대다수의 상호 섞임 얀)을 포함하는 구조를 사용함으로 인한 이점은, 특히, 유기 물질이 더욱 빨리 녹고, 이로 인해 생산성의 증가를 가져오고, 얻어진 제품이 균질 하다는 것이다. 복합 얀의 사용은 또한 작동의 편리함과 속도로 인하여, 더욱 경제적으로 실행 가능한 방법으로 더 높은 수준의 강화 기능을 갖는 복합물 제품을 생산하는 것을 가능하게 한다. 앞에서 지적하였듯이, 복합물 구조는 본 발명에 따른 방법에서 사용되고 취급될 수 있기에 충분한 강건성을 갖는 것이 유리하다. 또한 바람직하기는, 몰드의 형상을 근접하게 따를 수 있도록 쉽게 변형 가능하여야 하며, 특히 긴 강화 섬유를 포함하는 구조의 부분 또는 부분들, 층 또는 층들은 쉽게 변형 가능하여야 한다.

그러므로, 예를 들면, 긴 강화 섬유를 포함하는 구조의 부분 또는 부분들, 층 또는 층들은 (연속 또는 잘라진 얀으로 된)매트의 형태일 수 있으며, 또는 느슨하게 제직된(woven) 직물{즉 변형 가능하게 짜여진 직물, 예를 들면 편직물(knit) 또는 "저지(jersey)" 타입 직물 또는 능직(twill) 직물}일 수 있다. 본 발명에 따르면, 복합물 구조는 적어도 하나의 교차된 얀의 배열을 가지며, 더욱 특히 직물(또는 편직물)의 형태로 강화 얀 또는 필라멘트의 웹 또는 조립체를 포함하는 것이 유리하며, 직물의 사용은 특히 양호한 기계적 성질을 갖는 복합물 제품을 얻는 것을 가능하게 한다. 동일한 얀 또는 얀의 집합은 직물 또는 배열의 경사(warp) 또는 위사(weft)를 형성하는데 사용될 수 있으며, 또는 위사와 경사는 서로 다른 얀 또는 얀의 다른 조합으로 구성될 수 있다. 그러므로 얀의 배열은, 예를 들면, 유리 물질/강화 물질의 상호-섞임 얀으로 구성된 경사와 상호-섞임 얀과 같은 종류의 유기 물질 80 내지 100%로 이루어진 얀으로 된 위사로 구성된 직물의 형태일 수도 있다. 그러므로 이러한 배열은 강화 얀의 바람직한 배향 방향을 갖는다(단일-방향 구조). 본 발명의 유리한 경우에, 구조는 경사와 위사에 상호-섞임된 얀을 포함하는 적어도 하나의 직물(변형 가능한 것, 예를 들면 저지 편직물이 유리하다)을 포함한다.

복합물 구조는 유기 및/또는 강화 물질로 된 하나 이상의 층을 포함하거나 또는 이로 구성될 수 있다. 예를 들면, 이 복합물 구조는 다를 수 있는, 하나 이상의 직물을 포함할 수 있으며(이러한 복잡한 복합물 구조는 다양한 직물의 다양한 성질을 결합하는 것을 가능하게 한다), 및/또는 잘라진 얀으로 된 하나 이상의 층을 포함할 수 있고 및/또는 하나 이상의 유기 막을 포함할 수 있다. 본 발명의 정 의에서 언급되었듯이, 팽창 가능한 백과 복합물 구조(대부분의 경우 및 바람직하게는 적어도 복합물 구조)를 포함하는 조립체는 장섬유 형태의 강화 물질에 더하여, 압력과 열의 작용 하에서 흐를 수 있는 적어도 하나의 물질을 포함하는 것이 유리하다. 흐르는 것이 가능한 물질의 첨가는, 적절하다면, 긴 강화 섬유가 채울 수 없는, 특히 긴 강화 섬유가 직물 또는 배열의 형태인 경우에 채울 수 없는 공간을 채움으로써 부품을 세밀하게 형성하는 것을 가능하게 한다. 그러므로 단순히 긴 강화 섬유의 형태인 구조로는 충족시킬 수 없는 {장착물(fixture)과 늑골(rib)과 같은}, 및 몰딩된 부품의 임의의 용도에 필요한 기능을 몰딩된 부품에 통합시키는 것이 가능하며, 및/또는 필요한 더욱 양호한 기계적 성질을 갖춘 더욱 균질한 제품을 얻는 것이 가능하다.

흐를 수 있는 물질은 강화 섬유를 포함하는 층 또는 층들에 첨가되는 층 또는 층들의 형태일 수 있으며 및/또는 강화 섬유를 포함하는 층 또는 층들에 통합될 수도 있다.

예를 들면, 특히 복합물 구조가 강화물의 함량이 층 중량의 40 또는 50%보다 높은 (이 함량은 층이 오직 강화 얀으로만 구성된 경우에는 100%까지 확대될 수도 있다) 강화 얀의 층을 포함하는 경우에, 복합물 구조는, 또한 몰딩 중에 강화 층이 더 잘 미끄러지게 하는 흐를 수 있는 물질로서, 적어도 하나의 유기 물질의 시트 및/또는 적어도 하나의 강화 층에 첨가되는 유기 물질로 함침된 잘라진 얀들의 시트를 또한 포함하는 것이 바람직하며, 그리고 특히 바람직하기는 적어도 두 개의 유기 물질 및/또는 유기 물질로 함침된 잘라진 얀들의 시트를 포함하는데, 이러한 두 개의 시트는 강화 층의 각 면에 하나씩 위치되고, 유기 물질은 강화 층에 존재하는 것과 같은 종류인 것이 적절하다.

특히, 복합물 구조가 강화물 함량이 층 중량의 40 내지 50% 이하인 강화 얀의 층을 포함하는 경우에, 흐를 수 있는 물질은 층으로 통합될 수 있다; 그러므로, 이는, 예를 들면 강화 얀이 함침되는 유기 물질, 및/또는 예를 들면, 상호-섞임 얀을 사용하는 경우에, 더욱 유리하기는 강화 섬유와 섞인 필라멘트 또는 얀의 형태인 유기 물질일 수 있다. (하나 이상의 형태로 하나 이상일 수 있는 다른 물질을 결합할 수 있는) 흐를 수 있는 물질은 또한 부분적으로 첨가되는 층의 형태일 수 있으며, 부분적으로는 강화 층 또는 층들에 통합되는 형태일 수 있다.

유리한 실시예에 따르면, 본 발명에 사용되는 복합물 구조는 복합 얀 직물의 하나 이상의 층과 복합 얀에 함유된 것과 같은 종류의 유기 물질로 된 하나 이상의 층으로 이루어져 있다. 또한 유리한 다른 실시예에 따르면, 구조는 적어도 하나의 복합 또는 혼성 얀 직물과 적어도 하나의 잘라진 얀(예를 들면, 이러한 잘라진 얀은 복합 얀의 유기 물질과 같은 종류의 물질로 함침될 수 있으며, 약 10mm와 60mm 사이의 길이를 갖는, 복합 또는 혼성 또는 강화 얀을 포함하거나 이로 구성되어 있다)의 웹을 포함한다. 구조가 적어도 하나의 혼성 얀 직물과, 흐를 수 있는 첨가 물질로서, 적어도 하나의 잘라진 강화 얀의 웹을 포함할 때, 흐를 수 있는 강화물의 층은 몰딩을 향상시키고 강화물의 부품의 전 부분을 통해 좀더 균질한 분포를 얻는 것을 가능하게 하는데 반해, 직물 타입의 바운드 얀의 제 1층은 양호한 기계적 성질을 얻는 것이 가능하도록 몰드의 형상을 단순히 따른다. 직물 강화물(예를 들면 저지 타입인 직물 또는 편직물)의 하나 이상의 층과 적어도 하나의 부직포 강화물을 결합하는 구조의 사용은 몰딩하기 쉽고 균질하며 양호한 수준의 기계적 성질을 갖는 제품을 얻는 것을 가능케 하며, 이 모든 것은 구조 내에 사용되는 강화물 및 유기 물질이 복합 얀의 형태로 이미 잘 결합되어 있다면 더 잘 성취될 수 있다. 최종 부품은 그러므로 매우 복잡한 형태일 수 있고 강화의 수준은 동시에 균질하고 높다.

본 발명에 따른 방법에서 사용되는 팽창 가능한 백은 양호한 누설방지성(leaktightness)을 가져야 하며 신축성 있고 및/또는 변형 가능하다 것이 바람직하다. 이는 구조에 존재하는 유기 물질과 같은 종류(혹은 같은 집단)일 수 있으며, 또는 다른 종류일 수 있고 최종 부품에 통합되거나 또는 통합되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 예를 들어서 "라이너(liner)"로 알려진, 튜브 형태의 팽창 가능한 백이 사용되는데, 이 팽창 가능한 백은 복합물 구조에 포함되는 유기 플라스틱과 같은 종류의 물질로 만들어진 것이 바람직하다(예를 들면, 구조에 함유된 물질이 폴리프로필렌이면, 라이너도 또한 폴리프로필렌으로 만들어진 것이 바람직하다). 만약 필요하다면, 라이너는 그 연화점(softening point)과 같거나 혹은 약간 높은 온도까지(예를 들면 폴리프로필렌 라이너의 경우에 150℃ 내지 200℃의 온도까지) 예비 가열되고, 동시에 그리고 별도로 복합물 구조는 일반적으로 구조 내에 존재하는 유기 물질의 연화점 위까지(예를 들면 폴리프로필렌의 경우에 180℃ 내지 250℃ 정도까지) 예비 가열되며, 그 후 구조는 라이너를 중심으 로 말리고(바람직하게는 수개의 회전으로, 예를 들면 용접 라인을 최소화하기 위해서는 3회전), 예비 가열된 라이너/구조 조립체는 상기 언급된 연화 온도 아래의 온도까지 온도가 상승된(예를 들면 폴리프로필렌을 포함하는 구조와 라이너를 사용하는 경우에 40 내지 100℃ 정도까지) 컴프레션 몰드에 위치되고, 몰드 온도는 일반적으로 예비 가열된 조립체가 몰드에 들어붙는 위험이 방지되기에 충분히 낮게 선택된다. 그리고 나서 하나 이상의 바늘(특히 부품이 수 개의 분리된 중공 부분으로 만들어지는 경우)이 라이너에 투입되고, 몰드가 닫힌 후에는, 라이너를 팽창시키기 위한 액체는 40bar 초과의 기압으로 주입된다.

적절하다면, 라이너가 열의 작용 하에 녹는 것을 방지하고 라이너의 좀더 균일한 가열을 하기 위해서, 라이너는 예비 가열되는 동안에 (일반적으로 생산될 부품에 적합한 형상의) 단단한 지지대에 의해서 지지되며, 지지대는 예비 가열된 라이너/구조 조립체가 몰드에 넣어지기 전에 철수된다. 라이너는 그것이 신장하여 복합물이 몰드의 벽을 밀수 있도록, 그리고 만약 적절하다면, 열 용접(구조와 조화되는 라이너의 경우에)에 의해서 라이너가 몰딩된 제품 안으로 통합될 수 있도록 하기 위하여 예비 가열된다.

라이너는 사용되는 복합물 구조의 유기 물질과 다른 종류일 수도 있으며 및/또는 신장하기 위해서 가열을 필요로 하지 않을 수도 있다. 그렇다면 이는 구조에 존재하는 것과 다른 중합체 또는 탄성체로 만들어진 라이너이다. 그러나, 라이너는 접착 친화성과 재활용의 목적으로 사용되는 구조의 유기 물질과 같은 종류이며 최종 제품으로 통합되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 실시예에 따라, 팽창 가능한 백은 복합물 구조의 면 중 적어도 한 면을 라이닝(lining)하는 신축성 있는 필름 형태이고, 예비 가열된 조립체는 이렇게 라이닝된 복합물 구조를 가열한 다음, 필름이 롤업 (rolled-up) 구조 안에 있도록 상기 구조를 롤링해서 얻어진다.

본 발명의 제 3 실시예에 따라, 예비 가열된 조립체는, 면 중 적어도 한 면이 적어도 하나의 신축성 있는 필름으로 각각 라이닝된 적어도 두 개의 개별 복합물 구조를 가열한 다음, 필름이 서로 면해서 밀폐 팽창 가능한 백 (이 구조물의 에지는 밀폐를 보장하기 위해 몰딩 중 결합)을 형성하면서도 구조물이 서로 결합되는 것을 또한 방지하도록 필름 라이닝 구조(film-lined structure)를 위치시켜 얻어진다.

라이너의 형태보다 상기 언급된 필름 또는 필름들의 형태인 팽창 가능한 백을 이용하는 것의 장점은 이 필름들이 구조의 제조 시점에 직접 증착될 수 있다는 것이다. 그러나, 필름(들)의 형태인 팽창 가능한 백의 경우에, 구조가 신축하기 위해서 가열되었을 때 전혀 용융되지 않으며 그 누설방지 기능을 잃지 않고 그 백이 연화될 수 있도록 이 백은 구조 또는 구조들의 유기 물질과 다른 종류의 것으로 된 것이 바람직하다. 예를 들면, 유기 물질로 폴리프로필렌을 포함하는 구조의 경우에, 필름은 폴리아미드 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트로 만들어질 수 있다.

취입 성형(blowing) 장치로서, 일반적으로 적어도 하나의 취입 성형기 또는 바늘-타입의 주입 기계가 사용된다. 백을 팽창시키기 위한 유체는 일반적으로 하나의 바늘을 이용해서 주입되나, 부품의 치수와 중공 부분의 개수에 따라서 수 개의 바늘을 이용해서 주입될 수도 있다. 또한 수 개의 팽창 가능한 백을 사용하는 것도 가능하지만, 오직 하나의 팽창 가능한 백을 사용하는 것이 일반적이고 바람직하다. 예비 가열된 조립체가 몰드 안으로 주입된 후에 취입 성형 바늘 또는 바늘들은 팽창 가능한 백(또는 팽창 가능한 백들)안으로 정확하게 위치된다. 본 발명에 따라서, 취입 성형은 40bar를 초과하는 기압에서 행해지며, 기압은 420bar 이하로 유지되고, 대부분의 경우에 80bar보다 낮으며, 동일한 고체 부분을 컴프레션 공정으로 형성하는 데 필요한 압력보다 더 낮은 것이 유리하다.

일반적으로, 주입되는 유체는 가스, 예를 들면 산화를 제한하기 위한 질소 또는 공기이다. 가스는 부품이 더 이상 변형되지 않을 정도로 충분히 냉각되자마자 제거되며, 공기 또는 질소의 제거는 취입 성형되었던 것과 같은 경로를 통해서 및/또는 퍼지(purge)에 의해서 행해진다.

취입 성형 중, 예비 가열 조립체의 모서리는 두 단부 모두 압착되고, 라이너에 롤링된 구조 또는 필름과 라이닝된 롤 구조의 경우에는, 필름이 서로 면하는 적어도 두 개의 개별 구조가 존재하면, 그 둘레가 압착되는 것이 필수적이다.

중공 복합물 성분에 충전재, 예를 들면 폼(foam)을 공급하고자 할 경우,공기 또는 질소 주입은 저 밀도 폼 형태인 중합체의 주입으로 대체될 수 있다.

몰딩은 원하는 형상을 완벽하게 재생해내는 강철 몰드에서 이루어지는 것이 바람직하다. 몰드의 온도는 흐를 수 있는 물질이 흐르는 것을 촉진하고 몰드의 틀(cavity)의 복잡한 형상을 복합물이 채우는 것을 촉진하도록 선택된다. 몰딩 시간은 일반적으로 부품의 두께에 의존한다(두께의 1mm당 8 내지 10초 정도). 이 시간 동안에, 취입 성형 압력은 일정하게 유지되고 부품은 몰드의 낮은 온도 때문에 냉각된다. 압력이 제거되고(부품이 취급하기 충분하게 단단해 졌을 때), 몰드가 열리기 전에 바늘 또는 바늘들이 부품의 내부에서 회수된다. 몰드가 열리고 나서, 중공 부품은 몰드로부터 배출되고 임의의 돌기(flash)나 탕구(sprue)가 제거되거나 또는 최종 치수에 맞게 잘려진다.

본 발명의 다른 장점과 특징들이 본 발명의 3개의 유리한 실시예를 도시하는 도면을 참조하여 아래에 뒤따르는 설명에서 명백해질 것이며, 이러한 실시예는 설명적이며 비 제한적이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 다양한 단계를 매우 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예의 다양한 단계를 매우 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 방법의 제 3 실시예의 다양한 단계를 매우 개략적으로 도시한 도면.

도 1의 (a),(b),(c),(d),(e),(f) 및 (g)부분은 본 발명에 따른 방법의 다양한 단계를 매우 개략적으로 도시한 것이다. 이 방법에서, 유리 필라멘트와 유기 열가소성 물질(예를 들면 폴리프로필렌)이 근접하게 섞여서 만들어진 직물(1)이 지지 대(2) 상에 증착되고 뜨거운-공기 또는 적외선 조사 오븐 또는 터널(tunnel)(3)에서 예비 가열된다(b 부분). 동시에(a 부분), (예를 들면 폴리프로필렌으로 만들어진) 단단한 지지대(5)에 의해서 지지되는 튜브 형태의 라이너(4)가 오븐(6)에서 예비 가열되고, 단단한 지지대는 균질한 예비가열을 하기 위해서 모터(7)와 축(shaft)(8)에 의해서 회전된다. 그 후 직물(1)은 라이너(4)의 주위로 와인딩되고(c 부분), 단단한 지지대(5)가 회수되고(d 부분), 예비 가열된 라이너/구조 조립체(9)가 가열된 컴프레션 몰드(10)에 위치된다. 바늘(11)이 라이너 내부로 삽입되고(e 부분), 몰드가 닫힌 후에, 공기가 40bar 초과의 압력으로 라이너 안으로 주입된다(f 부분). 몰딩된 부품이 고체화되면 공기가 제거되고, 몰드는 열리고 복합물 부품은 몰드로부터 제거된다(g 부분). 그 후 이는, 예를 들면, h 부분에 표시된 부품을 생산하고, 이 부품은 i 부분에 표시된 것처럼 중공 중심부와 부품의 고착품(fixings) 역할을 할 수 있거나 또는 단지 중공 단면부만을 유지하기 위해서 도려낼 수도 있는 연결된 모서리(joined edges)(12)를 갖는다.

도 2의 (a),(b),(c),(d),(e),(f) 및 (g) 부분은 본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예의 다양한 단계를 매우 개략적으로 도시한 것이다. 이 방법에서, 복합물 유리/유기 열가소성 얀으로 구성되고 그 면 중에 하나를 누설방지필름(21)(도면 2의 a 부분)으로 라이닝한 직물(20)은 지지대(22)상에 놓여지고, 필름이 그 내부 상에 있도록 스스로 말려지기 전에(c 부분) 오븐(23)에서 예비 열처리된다(b부분). 예비 가열된 직물/필름 조립체(24)는 가열된 컴프레션 몰드(25)안에 놓여진다. 바늘(26)이 조립체 안으로 삽입되고(d 부분), 몰드가 닫혀지면, 공기가 40bar를 초과 하는 압력으로 주입된다(e 부분). 몰딩된 부품이 고형화 되면, 공기가 제거되고, 몰드가 열리고 복합물 부품이 몰드로부터 회수된다(f 부분). 그러면 이는, 예를 들면, 부품을 생산하고, 그 부품의 단면은 g 부분으로 표시된다.

도 3의 (a),(b),(c),(d),(e),(f) 및 (g) 부분은 본 발명에 따른 방법의 제 3 실시예의 다양한 단계를 매우 개략적으로 도시한 것이다. 이 방법에서, 도 3의 a 부분에 표시된 것과 같은, 복합물 유리/유기 열가소성 얀으로 구성되고 각 직물의 면 중 한 면이 누설방지필름(31)으로 라이닝되어 있는 두 개의 직물(30)이 지지대(32)에 놓여져 오븐(33)에서 예비 가열된다(b 부분). 오븐을 떠나면서(c 부분), 직물은 필름이 서로 마주봄으로써 누설방지 팽창 가능한 백을 형성하는 방식으로(직물의 모서리(34)는 누설방지성을 확실히 하기 위하여 몰딩 중에 맞붙들어 진다) 결합되고, 예비 가열된 직물과 필름 조립체가 가열된 컴프레션 몰드(35)에 놓여진다. 바늘(36)이 조립체 안으로 삽입되고(d 부분), 몰드가 닫힌 후에, 공기가 40bar를 초과하는 압력으로 주입된다(e 부분). 몰딩된 부품이 고형화되고 난 후, 공기가 제거되고, 몰드가 열리고 복합물 부품이 몰드로부터 제거된다(f 부분). 이는, 예를 들면, 그 부품의 단면이 g 부분으로 도시되어 있는 부품을 생산하는데, 이 부품은 중공부와 돌출 모서리(37)를 가지며, 이 모서리가 임의의 기능을 수행하는 것이 가능하며(예를 들면 부품의 고착품 또는 보강재(stiffeners)로서 작용할 수 있다), 또는 이 모서리는 잘라내 버릴 수도 있다.

본 발명에 따른 방법을 사용하여 생산될 수 있는 몰딩된 제품은, 예를 들면, 범퍼 빔(bumper beams), 보호 원재(protective spars), 자동차를 위한 에너지 흡수 장치, 보트용 구조 부품, 지지 도리, 자동차 문 박스부, 자동차 천장 또는 자동차 후면선반(rear parcel shelves), 등일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 신규한 복합물 제품 및 이 제품을 제조하는 방법에 사용될 수 있다.

Claims

중공 복합물 제품을 제조하는 방법으로서,

적어도 하나의 복합물 구조(1,20,30)와 라이닝된 (lined) 적어도 하나의 팽창 가능한 백(4)을 내부에 포함하는 예비 가열된 조립체(9,24)는 몰드(10,25,35) 안에 놓여지고, 상기 복합물 구조(1,20,30)는 장 섬유(long fibre) 형태로 적어도 하나의 강화 물질을 포함하며, 상기 예비 가열된 조립체는 흐를 수 있는 적어도 하나의 물질을 포함하고, 상기 방법에서 상기 팽창 가능한 백(4)은 40 bar를 초과하는 압력으로 팽창되어 상기 예비 가열된 조립체가 상기 몰드(10,25,35)의 형상을 취하도록 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 팽창 가능한 백(4)은 가스를 사용해서 팽창되고, 상기 가스는 몰딩 제품이 고형화된 후와 상기 몰드(10,25,35)가 열리기 전에 제거되는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 고형화 후 얻어진 상기 중공 복합물 제품은 상기 몰드로부터 배출되고, 상기 팽창 가능한 백(4)은 상기 제품 안에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복합물 구조(1,20,30)는 흐를 수 있는 적어도 하나의 물질을 포함하고, 상기 팽창 가능한 백(4)은 상기 복합물 구조의 상기 흐를 수 있는 물질과 같은 종류의 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복합물 구조(1,20,30)는 교차된 얀(criss-crossed yarn)의 적어도 하나의 배열로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복합물 구조(1,20,30)는 유기 물질로 만들어진 얀 또는 필라멘트 사이에 삽입되거나 이와 혼합된(intermingled) 강화 필라멘트 또는 얀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복합물 구조(1,20,30)는 적어도 하나의 유기 열가소성 물질 또는 열경화성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 팽창 가능한 백(4)은 튜브 형태이고, 상기 예비 가열된 조립체(9,24)를 얻기 위해, 상기 튜브와 상기 구조가 가열된 후에 상기 튜브 둘레에 상기 복합물 구조(1,20,30)가 감기는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 팽창 가능한 백(4)은 상기 복합물 구조(1,20,30)의 면 중 적어도 한 면을 라이닝(lining)하는 필름 형태이고, 상기 예비 가열된 조립체는 라이닝된 상기 복합물 구조(1,20,30)를 가열한 다음, 롤업(rolled-up) 구조 안에 상기 필름이 있도록 상기 구조를 롤링시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 예비 가열된 조립체(9,24)는, 면 중 적어도 한 면이 적어도 하나의 필름(31)으로 각각 라이닝된 두 개의 구조(30)를 가열한 다음, 상기 필름이 서로 면해서 상기 팽창 가능한 백을 형성하도록 상기 필름 라이닝 구조(film-lined structure)를 위치시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품을 제조하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 기재된 방법으로 얻어진 중공 복합물 제품으로서,

상기 제품은 장 섬유 형태의 유리를 20% 초과해서 포함하고, 벽 두께는 약 1 내지 10mm인, 중공 복합물 제품.
제 11항에 있어서, 상기 복합물 제품은 충전재(filling material)를 갖는 것을 특징으로 하는, 중공 복합물 제품.