KR100798178B1 - Frp강화 복합소재의 금속망 및 와이어심선을 심재로한 수지피복 진공성형방법 - Google Patents
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Abstract
본발명은 FRP제조방식이 수작업 공정 대신에 고품질 강화복합소재 대량성형 방식으로서 건식상태의 유리섬유 직포등을 적층 순서에 따라 적층한 다음 다층의 유리섬유 직포등을 진공 상태에서 수지함침시키는 구성으로서 종래의 RTM(Resin Transfer Moulding) 방식대신 진공성형 공정 VARTM (Vaccum Assisted Resin Transfer Moulding)을 목적으로 한 것인데 구동모터와 진공헤드를 직결식으로 제작한 진공방식이고, 진공반응조의 IN/OUT Line에 맞게 다층의 유리섬유 직포 내부에 적층된 금속망 또는 와이어 심선 심재로 배선하여, 수지분배 망을 내삽한 합성수지 이송방식에 의해 수지이동 속도가 빠르고 원활하게 압출 하므로서 기포발생을 막고 충분한 수지 함침성 촉진으로 내구력 증진과 기계적 강도를 높이며 경량 수지 재료의 고성능화 고기능화를 이루는 동시에 대형 FRP구조물 성형에서 완전 진공상테에서 섬유프리홈(Perform)을 나타내 주고 있는것을 특징으로하며, 매치(Math)된 다이몰딩은 구성성분 모양이 하나의 캐비티 모양으로 메일과 되메일, 스틸형태의 연결을 원활하게 해 주면서 수지원료통 저면 또는 금형의 하부금형에는 열처리 되게하되 온도쎈서, 온도 콘트롤(Control)에 의한 최적의 온도가 유지되도록 해준 다음 금속망과 와이어 심선의 배선 심재에 수지분산 분배가 일괄적으로 이루어지게 되며 공기가 스며들면 기포발생으로 물성이 떨어지는 현상을 방지하기 위하여 금형 접합부에 홈을 형성한 고무팩킹 또는 진공백(Vaccum Bag)을 씌워서 진공상태를 유지 시키고, 개폐 과정과 경화속도 및 금형의 부하 발생이 없도록 경화된 유리섬유 복합소재 패널을 개폐 인발형식으로 당겨서 콘베어 라인에 자동 이동시켜 규격 절단, 끝단부 연마과정등을 통하여 성형케함을 특징으로한 금속망 및 와이어 심선을 심재로한 FRP강화소재의 수지피복 진공성형.
평면성형, 수지공급 이송관, 표면튜브, 진공테이프, 이형재층, 상하 금형, 진공수지 주입공, 지공 성형구, 전열선
Description
도 1은 본발명의 일부절개한 상태의 수지분배망 진공성형 사시도
도 2는 본발명의 횡단면 예시도
도 3은 본발명의 금형에 의한 진공성형 단면 예시도
도 4는 본발명의 수지 배출구가 일측에 구성된 이송관의 확대단면 예시도
도 5는 본발명의 수지배출구가 양측에 구성된 이송관의 확대 단면도
도 6은 본발명의 진공성형하는 상태의 확대 단면예시도
도 7은 본발명의 수지배출구가 일측에만 구성된 이송관의 사시도
도 8은 본발명의 수지배출구가 양측에 구성된 이송관의 사시도
도 9는 본발명의 수지배출구가 좌,우 하부에 개구된 상태의 사시도 및 단면도
도 10은 본발명의 금형에 의한 진공성형 단면 예시도
도 11은 본발명의 진공백을 금형에 의한 복합소재, 성형 예시도
도 12는 본발명의 진공튜브(진공백)에 의하여 평면형 복합소재의 성형예시도
＜도면의 주요부분에 대한 부호설명＞
1 : 평면성형, 2.2'. 2a.2b : 수지공급 이송관, 3.3' : 배출구, 4.4' : 진공밸브(콕크), 5 : 표면튜브(진공백, 5' : 진공테이프, 6 : 이형재층, 7.8 : 금형(상하금형) 9 : 진공수지 주입공, 10.10' : 패킹(packing), 11 : 진공 성형구(홈), 12.12' : 간격유지구, 13 : 합성수지(FRP), 14 : 금속망 또는 와이어 심선, 15 : 전열선
＜도면의 주요부분에 대한 부호설명＞
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본발명은 FRP 수지복합 소재를 수작업의 공정으로 하지않고 대량으로 성형할 때 진공상태에서 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 또는 금속망 및 와이어심선을 심재로하여 수지를 압력 이송하여 함침 및 몰딩 과 코팅, 도포하여 짧은 시간에 다량으로 성형할수 있도록한 FRP 강화 복합소재의 금속망 및 와이어섬선을 심재로한 수지피복 진공성형방법에 관한 것이다
즉 수지의 진공이송 시간이 빠르고 작업이 비교적 용이하게 하기위해 구동 모터와 진공헤드(튜브 또는 금형)를 직접 연결한 유압과 공압 대신에 진공방식에 의한 진공반응조 IN/OUT Line에 쉽사리 결합되도록 하면서 다층의 유리섬유 직포 내부에 적층된 금속망 또는 와이어 심선을 심재로한 수지분배 공급이송관을 이용한 이송방식에 의해 기포발생이 없고 대형 FRP 구조물 성형에서 성형속도를 배가 할수 있도록 한것이다,
종래에는 FRP 복합소재 구조물 제작 공정에서 수작업 방식의 관행으로 유리섬유, 
스트랜드 매트, 로빙크로스 적층,도포 과정에서 매 적층 작업마다 붓이나 로울러로 수지를 도포 또는 문질러서 코팅하여 요구하는 두께의 층까지 수작업 형태로 여러번 반복 작업을 하기 때문에 많은 인력에 의한 다공정을 거쳐서 성형되기 때문에 양산이 어렵고 유리섬유 적층내부에 금속망, 와이어심선 수지몰딩할 때, 수작업 상태이기 때문에 기포발생, 균일한 도포와 코팅의 고도화를 기 하지 못하여 고품질의 복합소재의 구성이 어려웠던 것이다,
또 유리 섬유등을 매 장마다 수작업에 의존하므로 숙련공이 아니면 수지함침 과정에서 기포발생, 두께의 균등성등이 필연적으로 떨어지고 제품의 물성이 불량한 결과를 가져왔었다,
FRP 자동화 진공 성형 공정은 외국 문헌에 알려져 있으며, 가장 기초적인 방법으로는 진공상태의 매트 내부 양측에 코일형 스프링을 양측 끝에 삽입하고 이 스프링에 여러형태로 액상수지를 진공상태에서 이송 공급하면 중앙을 향하여 액상 수지가 배출(압출) 되어 코팅, 도포토록 하는 방법이 가장 최근에 알려져 있고, 예열방법으로는 훈풍을 금형에 송풍하는 방법이 알려져 있다
그러나 이러한 방법은 코일형 스프링의 고정되지 못하는 탄성과 유동성으로 인해 정확한 수지의 공급이송 배출이 어렵다는 점으로 인해 완전한 성형을 이루지 못하고 있다, 그러나 수작업에 비하여서는 비교할수 없을 정도의 양질의 성형이 이루어지는 것은 사실이다.
본발명은 이와같은 종래의 FRP 복합소재 수작업 과정에서 충분한 수지 함침이 되지 않고 기포발생으로 강도가 떨어지는 폐단을 해결하기 위하여;
첫째 : 종래에 FRP수작업 공정대신 진공상태로 수지 일괄 이송방식으로 변경하고,
둘째 : 고품질 대량생산이 가능한 상하 금형을 이용하며,
셋째 : 금형내부 또는 공급하는 원료수지통 저면에 열선을 이용한 예열장치와 온도쎈서 온도 콘트롤을 유지시켜 수지이동 속도를 조절케 하고,
넷째 : 진공 도달 시간이 빠르고 운전이 용이한 구동 모타와 진공 해드를 직결식으로 제작하여 사용하며,
다섯째 : 단일재료로 유압식, 또는 공압상태로도 가능하지만 물성이 서로 다른 유리섬유와 금속망 및 와이어 심선의 두종류 이상의 기재를 조합 구성시키는 방식으로 진공상태에서 최적의 수지 함침성이 요구되기 때문에 고품질의 복합소재를 얻는 특징이 있고,
여섯째 : 유리섬유 적층시 내장된 금속망 및 와이어 심선을 수지 분배망으로 이용 되기 때문에 대형 구조물 또는 특수 FRP 구조물 용도에 기계적 강도를 동시에 높여주면서 수지함침 속도를 원할 하게 할 수 있는 이중효과를 가지며,
일곱째 : 종래에 플라스틱 재료를 가열방식으로 녹여서 금형내부로 이송되는 RTM(Resin Transfer Moulding) 방식대신 진공 성형공정(VARTM)으로 성형함을 목적으로 하는 것이다,
이와같이 진공상태의 양면금형 혹은 진공백(Vaccum Bag)을 이용한 유리섬유, 직포등을 적층한 다음 진공성형 공정으로 제작되어 기포발생을 근본적으로 방지하고 수작업에 비해 복합 소재의 인장강도 굽힘강도, 충격 흡수력등이 뛰어나 여러 가지 실험과 연구를 거듭한 결과 고품질, 양산이 가능한 연속 작업을 할수 있게 된것으로서 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다
FRP 강화 복합소재의 평면성형(1)은 배출구(3)(3')를 일측 또는양측면에 다수구성한 수지공급 이송관(2)(2')(2a)(2b)을 표면튜브(5) 주연에 진공테이프(5')를 접착하여 구성한 표면성형(1)의 일측 또는 양측으로 배관 구성한 다음 주입용 진공밸브(4)(4')를 연결구성 하고, 내부에는 금속망내지 와이어심선(14)을 간격유지구(12)(12')로서 지지하여 설치 하고, 예열용 전열선(15)을 수지원료통 또는 금형(7)(8)하부에 구성하며, 진공성형구(11)내에 이형제층(6)을 형성하거나 표면튜브(5)를 상기 금형사이에는 패킹(10)(10')을 끼워서 진공상태를 형성하며, 상기와 같이 간격유지구(12)(12')를 금속망 또는 와이어심선(14)의 배선을 지지케한 다음 수지 주입공(9)으로 수지를 압력을 가해 주입하여 신속히 금속망 또는 와이어 심선(14)을 몰딩 형태로 내삽한 복합소재로 성형케 함을 특징으로한 것이다,
이와같이 된 본발명의 작용을 설명하면 다음과 같다
도1. 도2. 도6. 도12등은 수지강화 복합소재 보강재를 평면성형(1)으로 평판상으로 성형하는 예시도로서 먼저 성형 하고자 하는 두께, 넓이등을 설정한 크기의 표면튜브(5)를 도12의 예시도와 같이 수지 공급 이송관(2)을 일측 또는 양측에 끼운다음 금속망 또는 와이어심선(14)을 배치 배선하고, 상하의 간격을 유지하여 중간층에 위치하도록 간격유지구(12)(12')를 임의 지점에 다수개 지지하여 주연부는 내부가 진공 상태가 되도록 진공테이프(5')를 부착하여 밀폐한다,
그리고 내부를 진공이 되도록 수지 공급 이송관(2')으로 공기를 배출 시킨후 이송관(2)의 주입구 부위에는 콕크나 밸브(4')를 연결하며, 밸브(4')의 후단부에는 수지공급 압축기(미도시됨)가 연결되여 있는데, 예를 들어 유리섬유 복합소재 패널(강화복합소재)의 경우 유리섬유 60％, 수지가 40％, 로빙과 직조섬유 형태로 구성되며 수지에는 각종 충진재 및 첨가재가 혼합된 원료수지를 공급하는데 수지원료통 저면에서 예열하여 수지가 원할히 공급되게하고 밸브(4')를 개방한 상태에서 예열된 수지를 공급 이송하면 이송관(2')으로 이송 공급되는 수지는 압력에 의해 다수 구성된 배출구(3')로 압출되여 금속망 또는 와이어심선(14)이 배열된 표면튜브(5) 내부로 기포가 발생되지 않도록 충입 충진된다, 여기서 상기한 금속망 또는 와이어심선을 내장하지 않은 상태에도 복합소재의 성형이 양호하게 성형되며, 이때에, 튜브 내면 벽에는 이형재를 바르거나 코팅하여 이형재층(6)을 구성하고 성형후 용이하게 분리되게 한다, 도1. 도2의 도시는 수지 공급이송관(2)(2')을 양측에 설치하여 양측에서 중앙부로 수지를 배출구(3)(3')로 통하여 신속하게 압출, 충진케 함을 목적으로 할때에 사용한다,
도3. 도10. 도11의 예시도는 상부 또는 하부로일정형태의 만곡된 강화 복합소재 패널을 성형하기 위한 금형으로서 만곡된 패널이 아니고 평면상의 패널을 성형 할때는 진공성형구(11)를 평면상으로 구성하면 가능하다,
원료 수지통 또는 금형(7)(8)의 하부 금형(7)에는 전열선(15)을 장치하지 않아도 가능 하지만 미도시된 원료수지통은 전열선으로 예열하는 것이 바람직하고, 금형(7)(8)에는 도10. 도11의 예시도와 같이 전열선(15)을 배선하여 열처리 되게하고, 내부는 온도쎈서, 온도콘트롤에 의한 예열의 최적의 온도가 유지 되도록 하며, 금속망, 와이어심선(14)의 배선을 통과하여 신속한 수지 분배가 일괄적으로 이루어지게 된다,
원료 수지통 또는 금형(7)(8)의 하부 금형(7)에는 전열선(15)을 장치하지 않아도 가능 하지만 미도시된 원료수지통은 전열선으로 예열하는 것이 바람직하고, 금형(7)(8)에는 도10. 도11의 예시도와 같이 전열선(15)을 배선하여 열처리 되게하고, 내부는 온도쎈서, 온도콘트롤에 의한 예열의 최적의 온도가 유지 되도록 하며, 금속망, 와이어심선(14)의 배선을 통과하여 신속한 수지 분배가 일괄적으로 이루어지게 된다,
공기가 스며들지 않도록 상하금형(7)(8)의 합치점 부위에는 패킹(10)(10')을 끼워서 공기가 스며들어 기포가 발생하여 물성이 저하되는 현상을 방지하며 패킹(10)(10')이 불필요한 경우에는 홈을 형성한 표면튜브(5)를 씌워서 진공상태를 유지하여 성형케되며,전열선은 수지공급 이송관 후단 끝의 원료수지통(미도시됨) 하부에 설치하여 예열용으로 사용한다
이렇게 성형된 패널을 개폐 인발형식으로 당겨서 밀어주고 콤베어 라인으로 자동 이동시켜 규격절단, 단부 연마로서 성형이 완료된다
본 공정의 공정 순서를 보면,
강화섬유 공급배열 → 수지함침 → 전성형 → 건조경화 → 당김 → 절단 → 연마 → 완성 의 차례로 이루어지는 과정을 거치게되며 특히, 신속한 수지의 분산 분배가 일괄적으로 이루어지고 수작업에 비해 기포의 발생이 없어 제품의 불량이 없고, 내구성, 인발강도, 굽힘강도, 인장강도, 압축강도등이 균일한 패널(판넬)이 성형된다.
이와같이 된 본발명은 종래의 수작업에 비하여 진공 성형케 하므로서 고품질, 대량생산, 균일한 제품의 신속성형이 이루어지고, 종래에 물성이 같은 단일 재료는 유압식, 또는 공압식으로 가능 하였으나 물성이 상호 다른 두 종류 이상의 기재(基材)를 조합 하여 구성되는 본발명의 FRP 수지복합 강재 패널 복합소재를 진공상태에서 최적의 양호한 수지 이송압출방식으로 성형케 하여 경량화, 내식성, 내구성, 인발성, 인장성, 압축강도등이 뛰어난 제품을 성형케하는 효과적인 것이다.
Claims (3)
- FRP 강화 복합소재의 성형을 함에 있어서, 배출구(3)(3')를 일측 또는 양측면에 다수 구성한 수지공급 이송관(2)(2')(2a)(2b)을 표면튜브(5)의 주연에 진공테이프(5')를 접착하여 구성한 평면성형(1)의 일측 내지 양측으로 배관 구성한 다음 주입용 진공밸브(4)(4')를 연결 구성한 것과; 내부에 금속망 내지 와이어심선(14)의 심재를 간격유지구(12)(12')로서 지지하여 진공상태에서 수지를 압력으로 압출, 분산 공급하는 FRP 강화 복합소재의 금속망 및 와이어심선을 심재로한 수지피복 진공성형방법
- 청구항 1에 있어서, 수지원료통 또는 금형(7)(8)하부에 예열용 전열선(15)을 내장한 금형에 의한 성형은 진공성형구(11)내에 이형제층(6)을 구성한 것과; 표면튜브(5)를 씌우고 패킹(10)(10')을 끼워서 진공 상태로하되 간격 유지구로 지지한 금속망, 와이어심선(14)의 심재를 지지 배선한 다음, 수지주입공(9)으로 압력을 가해 수지를 주입 압출하여, 몰딩형태로 성형케한 FRP 강화 복합 소재의 금속망 및 와이어심선을 심재로한 수지 피복 진공성형방법.
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