KR100992805B1 - A manufacturing method of composite materials having a curved surface - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프리프레그 평판에 인위적으로 내부 굴곡을 형성하고, 프리프레그의 두께 방향으로 온도 편차를 두어 가열하며, 프리프레그 평판에 경질탄성부재를 이용하여 간접 가압함으로써 곡면 성형(forming)시 주름 형성이 억제되도록 한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention artificially forms internal curvatures on the prepreg plate, heats them with a temperature deviation in the thickness direction of the prepreg, and indirectly presses the prepreg plate using a hard elastic member to form wrinkles during curved forming. A method for producing a composite material having a curved surface to be suppressed.
본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 프리프레그(prepreg:수지(樹脂) 침투 가공재(加工材))를 적층금형(100)에 적층하여 프리프레그 평판(L)을 형성하는 적층단계(S100)와, 상기 프리프레그 평판(L)을 포밍금형(300)에 안착하여 가열하는 가열단계(S200)와, 상기 포밍금형(300)을 이용하여 프리프레그 평판(L)의 적어도 일부가 곡률을 갖도록 성형하는 성형단계(S300)를 포함하여 이루어지며, 상기 적층단계(S100)에서, 상기 프리프레그 평판(L) 일측에는 하나 이상의 내부 굴곡(R)이 형성됨을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 따르면, 불량율이 감소하며 내구성이 향상되는 이점이 있다.The method for producing a composite material having a curved surface according to the present invention is a lamination in which a prepreg resin-penetrating material is laminated on a lamination mold 100 to form a prepreg flat plate L. Step (S100), the heating step (S200) for seating and heating the prepreg plate (L) to the forming mold 300, and at least a portion of the prepreg plate (L) using the forming mold 300 It comprises a molding step (S300) for molding to have a curvature, in the lamination step (S100), characterized in that one or more internal bending (R) is formed on one side of the prepreg plate (L). According to the manufacturing method of the composite material having a curved surface according to the present invention, there is an advantage that the failure rate is reduced and durability is improved.
곡면, 복합재료, 프리프레그, 주름 Curved, composite, prepreg, corrugated
Description
도 1 은 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 순서대로 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a composite material having a curved surface according to the present invention in order.
도 2 는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 나타낸 순서도.2 is a flow chart showing a method for producing a composite material having a curved surface according to the present invention.
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예의 실험 결과를 나타낸 표.Figure 3 is a table showing the experimental results of the preferred examples and comparative examples of the present invention.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 복합재료의 실물 사진. 4 is a real photograph of a composite material produced according to an embodiment of the present invention.
도 5 는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조에 사용되는 적층금형의 일 실시예의 구성을 보인 평면도.Figure 5 is a plan view showing the configuration of an embodiment of a laminated mold used for the production of a composite material having a curved surface according to the present invention.
도 6 는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조시에 사용되는 적층금형의 다른 실시예의 구성을 보인 평면도.Figure 6 is a plan view showing the configuration of another embodiment of a laminated mold used in the production of a composite material having a curved surface according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100. 적층금형 120. 요철형성부100. Laminated
200. 적층장치 240. 롤러200. Laminating apparatus 240. Roller
300. 포밍금형 320. 곡면300. Forming
360. 밀폐부 380. 밀폐부재360. Seals 380. Seals
390. 경질탄성부재 L . 프리프레그평판390. Rigid elastic members L. Prepreg
P . 프리프레그 R . 내부 굴곡 P. Prepreg R. Internal bending
S100. 적층단계 S200. 가열단계S100. Lamination step S200. Heating stage
S300. 성형단계S300. Molding Step
본 발명은 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는,프리프레그 평판에 인위적으로 내부 굴곡을 형성하고, 프리프레그의 두께 방향으로 온도 편차를 두어 가열하며, 프리프레그 평판에 경질탄성부재를 이용하여 간접 가압함으로써 곡면 성형(forming)시 주름 형성이 억제되도록 한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a composite material having a curved surface, and more particularly, to artificially form internal curvature on the prepreg plate, to heat the temperature difference in the thickness direction of the prepreg plate, The present invention relates to a method for producing a composite material having a curved surface in which the wrinkle formation is suppressed at the time of forming the surface by indirect pressurization using a hard elastic member.
섬유강화 복합재료는 기존 금속재료에 비해 뛰어난 비강성, 비강도 및 높은 감쇠특성으로 인해 자동차 산업, 항공기 등 많은 산업분야에서 널리 이용되고 있다.Fiber-reinforced composites are widely used in many industries, such as the automotive industry and aircraft due to the superior non-rigidity, specific strength and high damping characteristics compared to the existing metal materials.
특히 직물(fabric) 복합재료나 프리프레그를 이용한 복합재료는 3차원 곡면과 같은 복잡한 형상을 가지는 금형에 적용하기에 적합한 유연성을 가지고 있으며, 이러한 특성을 이용하여 열성형(Thermoforming)이나 RTM(Resin Transfer Molding) 공정에 많이 사용되고 있다.In particular, fabric composites and composites using prepregs have the flexibility to be applied to molds with complex shapes, such as three-dimensional curved surfaces.These characteristics are used for thermoforming and resin transfer. It is widely used in the molding process.
따라서, 직물이나 프리프레그는 단순한 형상에서부터 3차원 곡면을 가지는 복합한 형상까지 다양한 분야에 적용되고 있으며, 항공기 도어에도 이러한 복합재료가 적용된다.Therefore, fabrics and prepregs are applied to various fields from simple shapes to composite shapes having three-dimensional curved surfaces, and such composite materials are applied to aircraft doors.
항공기 도어용 복합재료는 공기 저항 및 외압이 최소화될 수 있도록 곡면을 갖도록 형성되어야 하는데 열성형을 적용한 종래의 기술에 따른 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 먼저 평면상에 복합재료를 다수 층으로 적층한 후, 소정의 두께가 되면 곡면 형성을 위한 금형 내부에 장입하여 포밍(forming)하는 과정을 거쳐 완료된다.The composite material for aircraft doors should be formed to have a curved surface to minimize air resistance and external pressure. The method for manufacturing a composite material having a curved surface according to the conventional technique using thermoforming includes, first, a plurality of composite materials on a plane. After laminating to a predetermined thickness, it is completed through a process of charging and forming into a mold for forming a curved surface.
그러나, 상기와 같은 방법에 따라 곡면을 갖도록 제조된 복합재료에는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the composite material manufactured to have a curved surface according to the above method has the following problems.
즉, 평면상에 다수 층으로 적층된 복합재료는 금형 내부에 포밍되어 곡면을 이룰때 결함이 발생된다.That is, a composite material laminated in a plurality of layers on a plane forms a defect inside a mold by forming a curved surface.
보다 상세하게는, 곡면을 갖도록 휘어진 복합재료는 외측으로 갈수록 인장력이 발생되며, 내측으로 갈수록 압축응력이 발생된다.In more detail, the composite material curved to have a curved surface generates tensile force toward the outside, and compressive stress occurs toward the inside.
따라서, 복합재료의 내측에는 주름(wrinkle)이 발생될 수 밖에 없으며, 이러한 주름은 구조물의 물성 저하의 요인이 된다.Therefore, wrinkles are inevitably generated inside the composite material, and these wrinkles become a factor of deterioration of the physical properties of the structure.
그리고, 도어용 복합재료에 주름이 발생되면 결국 재가공이 불가하여 폐기되므로 제조 원가가 상승하게 되는 문제점이 있다.In addition, when wrinkles occur in the composite material for the door, there is a problem in that the manufacturing cost increases because it is impossible to be reprocessed after all.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프리프레그 평판에 인위적으로 내부 굴곡을 형성하고, 프리프레그의 두께 방향으로 온도 편차를 두어 가열하며, 프리프레그 평판에 경질탄성부재를 이용하여 간접 가압함으로써 곡면 성형(forming)시 주름 형성이 억제되도록 한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to artificially form internal curvature on the prepreg plate, to heat the temperature deviation in the thickness direction of the prepreg, indirectly by using a rigid elastic member on the prepreg plate It is to provide a method for producing a composite material having a curved surface by pressing to suppress the formation of wrinkles during the surface forming (curing).
본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 프리프레그(prepreg:수지(樹脂) 침투 가공재(加工材))를 적층금형에 적층하여 프리프레그 평판을 형성하는 적층단계와, 상기 프리프레그 평판을 포밍금형에 안착하여 가열하는 가열단계와, 상기 포밍금형을 이용하여 프리프레그 평판의 적어도 일부가 곡률을 갖도록 성형하는 성형단계를 포함하여 이루어지며, 상기 적층단계에서, 상기 프리프레그 평판 일측에는 하나 이상의 내부 굴곡이 형성됨을 특징으로 한다.The method for producing a composite material having a curved surface according to the present invention includes a laminating step of forming a prepreg plate by laminating a prepreg resin into a laminated mold, and the prepreg. It comprises a heating step of seating the plate to the forming mold and heating, and a molding step of forming at least a portion of the prepreg plate using the forming mold to have a curvature, in the lamination step, one side of the prepreg plate At least one internal curve is formed.
상기 적층단계는, 상기 적층금형 일측에 함몰 형성된 요철형성부 내부에 상기 프리프레그의 일부를 수용하여 내부 굴곡을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.The laminating step may be a process of forming an internal curve by accommodating a portion of the prepreg in the concave-convex forming portion formed in one side of the lamination mold.
상기 적층단계에서, 상기 프리프레그는 적층장치의 롤러에 의해 가압되어 요철형성부 내부에 일부가 수용되는 것을 특징으로 한다.In the lamination step, the prepreg is pressed by the roller of the lamination device, characterized in that a part is accommodated in the uneven portion formed.
상기 롤러의 직경은 요철형성부의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.The diameter of the roller is characterized in that larger than the width of the uneven portion.
상기 적층단계에서, 상기 내부 굴곡은 프리프레그 평판의 일 방향으로 갈수록 곡률반경이 감소하는 것을 특징으로 한다.In the lamination step, the inner bending is characterized in that the radius of curvature decreases toward one direction of the prepreg plate.
상기 적층단계에서, 상기 내부 굴곡은 프리프레그 평판의 중앙에서 외측방향으로 갈수록 이격 간격이 커지는 것을 특징으로 한다.In the lamination step, the inner bending is characterized in that the separation interval increases toward the outer direction from the center of the prepreg plate.
상기 가열단계에서, 상기 프리프레그 평판은 상부와 하부가 서로 다른 온도 로 가열되어 온도 구배를 갖는 것을 특징으로 한다.In the heating step, the prepreg plate is characterized in that the upper and lower portions are heated to different temperatures to have a temperature gradient.
상기 가열단계에서, 상기 프리프레그 평판은 포밍금형으로부터 멀어질수록 낮은 온도로 가열되는 것을 특징으로 한다.In the heating step, the prepreg plate is heated to a lower temperature away from the forming mold.
상기 성형단계에서, 상기 프리프레그 평판은 일면에 경질탄성부재가 접촉한 상태로 가압 성형되는 것을 특징으로 한다.In the forming step, the prepreg plate is characterized in that the pressure-molded in contact with the hard elastic member on one surface.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 불량율이 감소하며 내구성이 향상되는 이점이 있다.According to the present invention configured as described above, there is an advantage that the failure rate is reduced and durability is improved.
이하에서는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a composite material having a curved surface according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1에는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 순서대로 나타낸 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a composite material having a curved surface according to the present invention in sequence, and FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing a composite material having a curved surface according to the present invention.
도면과 같이, 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 프리프레그(P,epreg)를 적층하여 프리프레그 평판(L)을 성형하는 적층단계(S100)와, 상기 프리프레그 평판(L)을 포밍금형(300)에 안착하여 가열하는 가열단계(S200)와, 상기 포밍금형(300)에 안착되어 가열된 프리프레그 평판(L)을 진공을 이용하여 곡률을 갖도록 성형하는 성형단계(S300)로 이루어진다.As shown in the figure, the method for manufacturing a composite material having a curved surface according to the present invention includes a laminating step (S100) of forming a prepreg plate (L) by laminating prepregs (P, epreg), and the prepreg plate ( A molding step of forming a heating step (S200) for seating and heating the L) to the forming
상기 적층단계(S100)는 다수 층의 프리프레그(P)를 적층하여 소정의 두께를 갖도록 하는 것으로, 상기 프리프레그(P)는 적층장치(200)에 의해 적층금형(100) 상면에 적층된다.The stacking step (S100) is to stack a plurality of prepreg (P) to have a predetermined thickness, the prepreg (P) is laminated on the upper surface of the stacking mold 100 by the stacking device (200).
상기 적층장치(200)는 프리프레그(P)를 인장하고, 인장된 프리프레그(P)를 롤러(240)를 이용하여 적층금형(100) 상면에 적층하기 위한 장치이다.The laminating
그리고, 상기 적층장치(200)의 하부 우측에는 가열수단(220)이 구비된다. 상기 가열수단(220)은 적층금형(100) 상면에 적층되는 프리프레그(P)에 열을 가하여 밀착력 및 접착력을 높이기 위한 구성이다.In addition, a heating means 220 is provided on the lower right side of the
따라서, 상기 적층장치(200)가 프리프레그(P)를 이송하면서 롤러(240)에 의해 가압되면 상기 적층금형(100) 상면에는 프리프레그 평판(L)이 만들어지게 된다.Therefore, when the
이때 상기 적층장치(200)의 이송 방향 및 속도는 미리 설계된 데이터에 따르게 되며, 상기 프리프레그(P)는 균일하게 적층 가능하게 된다.In this case, the conveying direction and the speed of the
상기 적층금형(100)은 상면에 프리프레그(P)가 적층되어지도록 지지하는 구성으로, 적층되어질 프리프레그(P)의 길이와 대응되거나 조금 길게 형성되며, 상기 적층금형(100)의 상면은 적층된 프리프레그(P)의 일방향 쏠림이 발생되지 않도록 지면과 평행하게 구성된다.The laminated mold 100 is configured to support the prepreg P to be stacked on the upper surface, and is formed to correspond to or slightly longer than the length of the prepreg P to be stacked, and the upper surface of the laminated mold 100 is laminated. It is configured in parallel with the ground so that one-way pull of the prepreg P is not generated.
그리고, 상기 적층금형(100)은 적층된 프리프레그(P)에 인위적으로 내부 굴곡(R)을 형성하기 위한 구성이 더 구비된다.In addition, the laminated mold 100 is further provided with a configuration for artificially forming the internal bending (R) in the laminated prepreg (P).
즉, 상기 적층금형(100)의 상면에는 요철형성부(120)가 다수 구비된다. 상기 요철형성부(120)는 적층금형(100)의 상면에서 소정의 길이를 가지고 하방향으로 소정의 깊이만큼 함몰 형성된 것으로, 상기 적층금형(100) 상면에 적층되는 프리프레그(P)의 일부가 요철형성부(120) 내부로 유입되도록 함으로써 내부 굴곡(R)을 형성할 수 있게 한다.That is, a plurality of
즉, 상기 적층금형(100) 상면에 프리프레그(P)가 적층된 상태에서 상기 적층장치(200)의 롤러(240)가 좌/우로 움직이면서 프리프레그(P)를 하방향으로 누르게 되면, 상기 요철형성부(120) 상측에 위치한 프리프레그(P)의 일부는 요철형성부(120) 내부로 삽입되면서 하방향으로 돌출된 형상의 내부 굴곡(R)을 형성할 수 있게 된다.That is, when the pre-preg P is pressed downward while the roller 240 of the
그리고, 상기 롤러(240)는 요철 형성부(120)의 폭과 대응되거나 큰 직경을 가진다. 보다 상세하게는 상기 롤러(240)의 직경은 요철형성부(120) 폭치수 이상이거나 요철형성부(120) 폭치수의 2배길이 이하로 형성된다.In addition, the roller 240 corresponds to the width of the
이것은, 상기 롤러(240)에 의해 프리프레그(P)가 하방향으로 함몰될 때 요철형성부(120) 내부로 롤러(240)가 너무 깊이 삽입되어 프리프레그(P) 및 롤러(240)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다.This is because when the prepreg P is recessed downward by the roller 240, the roller 240 is inserted too deep into the concave-convex forming
상기 다수 요철형성부(120)는 이격거리가 상이하게 구성된다. 즉, 상기 다수 요철형성부(120)는 성형단계(S300)에서 휘어지도록 성형되는 프리프레그(P) 하면의 곡률 크기 변화에 따라 내부 굴곡(R) 개수를 조절하기 위함이다.The plurality of
보다 상세하게는 상기 적층금형(100) 상면에 평면상태로 적층된 프리프레그 평판(L)은 성형단계(S300)에서 도면과 같이 중앙부가 하방향으로 볼록하게 휘어지게 되는데, 모든 층에 대하여 프리프레그(P)는 동일한 길이를 가진 상태에서 휘게 되며, 외측의 폭이 줄어든 만큼 내측의 프리프레그(P)의 길이가 줄어드는 것이 아니기 때문에 그 길이만큼의 압축력이 가해져 주름이 발생될 수 있다.More specifically, the prepreg flat plate (L) laminated in a planar state on the upper surface of the laminated mold 100 is bent convexly downward in the central portion as shown in the forming step (S300), prepreg for all layers (P) is bent in a state having the same length, because the length of the outer prepreg (P) is not reduced as the width of the outer side is reduced by the compressive force by that length may cause wrinkles.
이러한 불량을 방지하고 프리프레그 평판(L) 외측에 내부 굴곡(R)을 주어 폭 이 줄어드는 것을 방지하여 내측의 주름을 제어하게 된다.To prevent such a defect and to give the inner bending (R) to the outside of the prepreg plate (L) to prevent the width is reduced to control the inner wrinkles.
또한, 상기 프리프레그 평판(L)이 성형단계(S300)에서 휘어질 때 가장 큰 인장력이 발생하는 중앙 하부에는 다수의 내부 굴곡(R)이 형성되어야 하므로, 좌/우측에는 소수의 내부 굴곡(R)이 형성된다.In addition, since the prepreg plate L is bent in the forming step (S300), a plurality of internal bends (R) should be formed at the center lower portion where the greatest tensile force is generated. ) Is formed.
반대로 제조하고자 하는 복합재료의 형상이 중앙부는 완만하고 가장자리로 갈수록 곡률이 커지는 형상을 갖는다면, 상기 요철형성부(120)는 포밍금형(300)의 가장자리로 갈수록 이격 거리가 짧아지도록 형성되어야 할 것이다.On the contrary, if the shape of the composite material to be manufactured has a shape in which the center portion is gentle and the curvature increases toward the edge, the
그리고, 상기 요철형성부(120)의 형상은 본 발명의 실시예에서는 사각형 형상을 갖도록 구성하였으나, 형성하고자 하는 내부 굴곡(R)의 형상을 고려하여 대략 "∪" 와 같은 곡면 형상을 갖도록 구성할 수도 있을 것이다.In addition, the shape of the
상기와 같은 적층금형(100)과 적층장치(200)를 이용하여 적층단계(S100)가 완료되면, 상기 프리프레그 평판(L)의 하부에는 내부 굴곡(R)이 크게 형성되고, 상측으로 오라갈수록 내부 굴곡(R)의 크기는 작아지게 된다.When the stacking step (S100) is completed by using the stacking mold 100 and the stacking
상기 적층단계(S100) 이후에는 가열단계(S200)가 실시된다. 상기 가열단계(S200)는 적층된 프리프레그 평판(L)을 적층금형(100)으로부터 분리하여 포밍금형(300)의 상부에 안착시키고 가열하는 과정으로, 상기 성형단계(S300)의 성형성을 보다 향상시키기 위한 과정이다.After the lamination step S100, a heating step S200 is performed. The heating step (S200) is a process of separating the stacked prepreg plate (L) from the stacking mold 100 and seating and heating the upper portion of the forming
이하 상기 포밍금형(300)의 구성을 먼저 살펴보면, 포밍금형(300)의 상면에는 하방향으로 라운드지게 함몰된 곡면(320)이 형성되며, 상기 곡면(320)은 안착되어질 프리프레그 평판(L)의 길이와 같거나 긴 길이를 가진다.Hereinafter, the configuration of the forming
그리고, 상기 곡면(320)은 프리프레그 평판(L)이 제조하고자 하는 복합재료와 대응되는 곡률을 가질 수 있도록 한다. In addition, the
상기 가열단계(S200)에서는 프리프레그 평판(L)의 두께 방향 위치에 따라 서로 다른 온도로 가열되어 온도 구배를 가진다.In the heating step (S200) is heated to different temperatures according to the thickness direction position of the prepreg plate (L) has a temperature gradient.
즉, 상기 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L) 전체에 대하여 동일 한 온도로 가열하게 되면, 하측에 적층된 프리프레그(P)는 인장력을 받아서 펴지기가 용이하지만 압축력을 받는 상부는 온도에 의해 강성이 약해져 주름이 발생될 수 있다.That is, when the heating step (S200) is heated to the same temperature for the entire prepreg plate (L), the prepreg (P) laminated on the lower side is easy to be stretched under tension, but the upper part is subjected to compression As a result, the rigidity may be weakened and wrinkles may be generated.
따라서, 상기 프리프레그 평판(L)에서 하측은 펴지기 용이하도록 고온으로 가열하고 상측으로 갈수록 압축 강성이 상대적으로 높아질 수 있도록 저온으로 가열하여 주름 발생을 억제하게 된다.Therefore, the lower side of the prepreg plate (L) is heated to a high temperature so as to be easily unfolded, and heated to a low temperature so that the compressive rigidity is relatively higher toward the upper side to suppress the occurrence of wrinkles.
한편, 상기와 같은 구성을 가지는 포밍금형(300)을 이용한 가열단계(S200) 이후에는 성형단계(S300)가 실시된다. 상기 성형단계(S300)는 전술한 포밍금형(300)에 안착된 프리프레그 평판(L)을 진공으로 성형하기 위한 구성이 다수 구비된다.On the other hand, after the heating step (S200) using the forming
상기 성형단계(S300)는 가열된 프리프레그 평판(L)을 가압하여 경화하는 과정으로, 상기 포밍금형(300)에는 프리프레그(P)를 공기압력으로 가압하기 위한 구성이 다수 구비된다.The forming step (S300) is a process of pressing and curing the heated prepreg plate (L), the forming
즉, 상기 포밍금형(300)의 좌/우측 상단에는 밀폐부(360)가 돌출 형성된다. 상기 밀폐부(360)는 진공형성장치에 의해 프리프레그 평판(L)과 포밍금형(300) 사 이의 공간이 진공 상태가 될 수 있도록 하는 구성으로, 아래에서 설명하게 될 밀폐부재(380)와 접촉하여 밀폐력을 갖도록 구성된다.That is, the sealing
상기 밀폐부(360)에는 밀폐부재(380)가 구비된다. 상기 밀폐부재(380)는 밀폐부(360)와 접촉하며, 상기 포밍금형(300)의 상측 공간을 외측과 구획하게 된다. 따라서, 상기 밀폐부재(380)와 포밍금형(300)의 상면에 의해 이루어진 공간은 상기 밀폐부(360)와 밀폐부재(380)에 의해 외부로부터 완전히 독립된 공간을 이룰 수 있게 된다.The sealing
그리고, 도시되진 않았지만, 상기 포밍금형(300)에는 밀폐부재(380)와 포밍금형(300)이 형성한 공간의 공기가 포밍금형(300) 외부로 배기될 수 있도록 진공형성장치와 연통되는 배기구멍이 형성됨이 바람직하다.Although not shown, the forming
따라서, 상기 진공형성장치의 동작으로 밀폐부재(380)와 밀폐부(360)가 접촉하여 완전히 밀폐되면, 이와 동시에 상기 밀폐부재(380)는 도면과 같이 하방향으로 볼록하게 변형되며, 밀폐부재(380)의 하면은 프리프레그(P)의 상면을 하방향으로 가압할 수 있게 된다.Therefore, when the sealing
한편, 상기 성형단계(S300)에서 밀폐부재(380)와 프리프레그 평판(L) 사이에는 일정 경도를 가지는 경질탄성부재(390)가 적용된다.On the other hand, in the forming step (S300) between the sealing
상기 경질탄성부재(390)는 가열단계(S200)에서 가열된 프리프레그 평판(L)이 성형단계(S300)에서 밀폐부재(380)에 의해 가압되어 변형될 때 프리프레그 평판(L)의 상부 표면 내측에서 발생하게 될 주름을 물리적으로 눌러주어 복합재료상에 주름 발생을 억제하기 위한 구성이다.The hard
상기 포밍금형(300)에는 도시되진 않았지만 가열장치가 구비된다. 상기 가열장치는 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L)을 가열하기 위한 구성으로, 발열 가능한 범위 내에서 상기 포밍금형(300)에 제공되어질 열의 분포 상태 및 온도에 따라 다양한 위치 및 개수로 설계 가능함은 물론이다.Although not shown, the forming
이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 적층장치(200), 적층금형(100) 및 포밍금형(300)을 이용하여 프리프레그(P)로 복합재료를 제조시에 주름 발생을 억제시킬 수 있는 인자를 몇 가지 조건으로 변경하여 최적화된 공정 조건을 찾기 위한 여러 가지 비교예 및 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, using the
[비교예 1]Comparative Example 1
비교예 1에서 상기 인자는 프리프레그 평판(L)의 내부 구배(R)이다.In Comparative Example 1, the factor is the internal gradient R of the prepreg plate L.
롤러(220)의 직경이 4.5㎝ 인 적층장치(200)를 이용하여 40㎝ 길이의 적층금형(100)에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다. 이때 비교예 1에 적용된 적층금형(100)에는 요철형성부(120)가 형성되지 않은 평면 상태이다.32 pieces of prepreg P were laminated | stacked on the lamination | molding die 100 of 40 cm length using the
상기 적층된 프리프레그 평판(L)은 포밍금형(300) 상부에 안착 시키고 열풍을 이용한 가열장치를 이용하여 가열하였다.The laminated prepreg plate (L) was seated on the forming
이때, 상기 프리프레그 평판(L)은 상/하부의 가열 온도에 구배가 발생되지 않도록 동일한 온도로 가열하였으며, 그 온도는 50℃로 설정하였다.At this time, the prepreg plate (L) was heated to the same temperature so that a gradient does not occur in the heating temperature of the upper / lower, the temperature was set to 50 ℃.
가열된 프리프레그 평판(L)은 밀폐부재(380)를 이용하여 포밍금형(300) 상부에서 덮고 진공형성장치를 연결하여 진공으로 가압 성형하였다.The heated prepreg plate (L) was covered by an upper portion of the forming mold (300) using the sealing member (380) and connected to a vacuum forming apparatus to form a pressure by vacuum.
성형된 프리프레그 평판(L)은 고온에서 경화시켜 포밍금형(300)의 상면과 대 응되는 곡률을 가지는 복합재료로 성형되었다.The molded prepreg plate (L) was cured at a high temperature and molded into a composite material having a curvature corresponding to the top surface of the forming
비교예1에 의해 제조된 복합재료의 주름 크기 및 개수는 도 3과 같이, 요철형성부(120)가 없는 단순 평면 상태의 적층금형(100)에서 적층되고, 상기 가열단계(S200)에서 동일한 50℃로 가열되었으므로, 곡률로 인해 프리프레그 평판(L)의 외측은 인장력을 받아 폭은 줄어들고 표면은 펴지지만, 내측 표면은 프리프레그의 길이가 줄어들지 않은 상태에서 폭이 줄어들고 압축력을 받아서 주름이 크게 발생하였다.The size and number of wrinkles of the composite material prepared by Comparative Example 1 is stacked in the stacking mold 100 in a simple planar state without the
[비교예 2]Comparative Example 2
롤러(220)의 직경이 4.5㎝ 인 적층장치(200)를 이용하여 요철형성부(120)가 구비된 적층금형(100)에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다. 적층금형(100)의 요철형성부(120)는 사각형(ㅁ) 모양으로 6개 형성하였고, 폭은 롤러(220)의 직경보다 작은 3㎝이다. 이하 공정은 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하고 그 결과를 도 3에 나타내었다. 32 sheets of prepreg P were laminated on the lamination mold 100 provided with the
결과와 같이, 프리프레그 평판(L)의 외측에 내부 굴곡(R)이 형성되고 내측 표면으로 올라갈수록 내부 굴곡(R)이 점차 작아져 소멸되도록 제조된 프리프레그 평판(L)을 포밍금형(300)에서 성형하여 제조된 복합재료는 내부 굴곡(R)을 형성하지 않고 성형한 복합재료(비교예 1)과 비교할 때 주름의 크기가 감소한 것을 알 수 있다.As a result, the internal bending (R) is formed on the outer side of the prepreg plate (L) and as the ascending surface to the inner curve (R) gradually decreases to form the prepreg plate (L) manufactured to form die 300 It can be seen that the composite material manufactured by molding in) has a decrease in the size of the wrinkles as compared with the composite material (Comparative Example 1) formed without forming internal bending (R).
[비교예 3]Comparative Example 3
비교예 3에서 상기 인자는 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L)의 두께 방향 온도 구배이다.In Comparative Example 3, the factor is a thickness direction temperature gradient of the prepreg plate L in the heating step S200.
롤러(220)의 직경이 4.5㎝ 인 적층장치(200)를 이용하여 40㎝ 길이의 단순 평면 적층 금형에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다. 다수 프리프레그(P)가 적층된 프리프레그 평판(L)은 포밍금형(300) 상부에 안착 시키고 열풍을 이용한 가열 장치를 적용하였다.32 pieces of prepreg P were laminated | stacked on the simple flat lamination | molding die of 40 cm length using the
가열은 프리프레그 평판(L)의 최하부 표면은 80℃로 가열하고, 최상부 표면은 30℃로 가열하여 두께 방향으로 온도 구배를 두었다. 이하 공정은 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하고 그 결과를 도 3에 나타내었다. In the heating, the lowermost surface of the prepreg plate L was heated to 80 ° C, and the uppermost surface was heated to 30 ° C to give a temperature gradient in the thickness direction. The following process was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 and the results are shown in FIG.
도 3과 같이, 상기 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L)의 두께 방향으로 서로 다른 온도를 적용하여 온도 구배를 둔 후 성형한 복합재료의 경우 그렇지 않은 복합재료(비교예 1 및 비교예 2)와 비교할 때 주름이 감소한 것을 알 수 있다.As shown in Figure 3, in the heating step (S200) in the composite material formed by applying a different temperature in the thickness direction of the prepreg plate (L) after the temperature gradient is not a composite material (Comparative Example 1 and Comparative Example Compared with 2), the wrinkles are reduced.
이것은 프리프레그 평판(L)의 상부온도를 하부온도보다 낮게 하여 하방향으로 휘어지는 형상으로 성형시 상부에 발생되는 압축력에 대항하여 견딜수 있었기 때문인 것으로 판단된다.This is considered to be because the upper temperature of the prepreg plate L was lower than the lower temperature, and thus it was able to withstand the compressive force generated in the upper part during the molding in a shape that is bent downward.
[비교예 4][Comparative Example 4]
비교예 4에서 상기 인자는 성형단계(S300)에서 경질탄성부재(390)의 사용여부이다.In Comparative Example 4, the factor is whether the hard
비교예 1과 동일한 방법으로 프리프레그 평판(L)을 제작하고 가열하였다. 그리고, 성형단계(S300)에서는 가열된 프리프레그 평판(L) 상면에 프리프레그 평판(L)과 동일한 크기의 경질탄성부재(390)를 위치시킨 후 가압하여 복합재료를 제 조하였다. The prepreg flat plate L was produced and heated by the method similar to the comparative example 1. In the forming step (S300), a hard
그 결과는 도 3과 같이, 경질탄성부재(390)가 적용된 복합재료는 그렇지 않은 비교예 1과 대비할 때 주름이 크게 감소하였으며, 이러한 결과는 상기 경질탄성부재(390)에 의해 주름의 돌출 현상이 물리적으로 억제 되었음을 증명해주는 것이다.As a result, as shown in FIG. 3, the composite material to which the hard
[실시예][Example]
롤러(220)의 직경이 4.5㎝인 적층장치(200)를 이용하여 요철형성부(120)가 구비된 길이 40㎝의 적층금형(100)에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다. 32 sheets of prepreg P were laminated on the lamination mold 100 having a length of 40 cm provided with the
상기 적층금형(100)의 요철형성부(120)는 사각형(ㅁ) 모양으로 6개 형성하였고 폭은 롤러(220) 직경보다 작은 3㎝이다.The
적층된 프리프레그 평판(L)은 포밍금형(200) 상부에 안착 시키고 가열 장치를 이용하여 상기 프리프레그 평판(L)에 열풍을 제공하였다.The laminated prepreg plate (L) was mounted on the forming
이때 상기 프리프레그 평판(L)의 최하부 표면은 80℃로 가열하고, 최상부 표면은 30℃로 가열하여, 두께 방향으로 온도 구배가 발생되도록 하였다.At this time, the bottom surface of the prepreg plate (L) was heated to 80 ℃, the top surface was heated to 30 ℃, so that a temperature gradient occurs in the thickness direction.
그리고, 가열된 프리프레그 평판(L) 상면에 경질탄성부재(390)를 위치시킨 후 진공형성장치 및 밀폐부재(380)를 이용하여 밀폐부재(380) 하측 공간을 진공상태로 만든 다음 프리프레그 평판(L)을 가압 성형하였다.Then, after placing the hard
성형된 프리프레그 평판(L)은 고온에서 경화시켜 포밍금형(300)의 곡률을 가지는 복합재료를 제조하였고 그 결과는 도 3과 같다.The molded prepreg plate (L) was cured at a high temperature to produce a composite material having a curvature of the forming
즉, 실시예에서는 전술한 비교예 1 내지 비교예 4에 선택적으로 적용된, 요 철, 온도 구배 및 경질탄성부재가 동시에 실시되었으며, 그 결과, 비교예 1 내지 비교예4를 통해 제조된 복합재료의 주름과 대비할 때 그 크기 및 개수가 현저히 감소한 것을 알 수 있다.That is, in the embodiment, the irregularities, the temperature gradient, and the hard elastic member selectively applied to Comparative Examples 1 to 4 were simultaneously performed. It can be seen that the size and number are significantly reduced compared to the wrinkles.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 복합재료의 실물 사진으로서, 도면에서 볼 때 세로방향의 주름이 현저히 감소한 것을 알 수 있다.4 is a real picture of the composite material prepared according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the wrinkles in the longitudinal direction is significantly reduced in the drawings.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many other modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the scope of the present invention.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는 도 1과 같이 좌/우 방향으로만 곡률을 갖도록 구성하였으나, 복합재료의 형상에 따라 적층금형에 요철형성부를 다양하게 패턴을 갖도록 형성할 수도 있을 것이다.For example, in the exemplary embodiment of the present invention, the curvature is configured to have a curvature only in the left / right direction as shown in FIG.
즉, 도 5 및 도 6에 도시된 적층금형의 일 실시예 및 다른 실시예의 평면도와 같이, 다수 방향으로 곡면을 갖는(구(球))의 형상을 가지는 복합재료를 성형하기 위해 요철형성부(120)가 중앙을 기준으로 방사상으로 뻗어 나가도록 형성할 수도 있을 것이다.That is, as shown in the plan view of one embodiment and another embodiment of the laminated mold shown in Figs. 5 and 6, the uneven portion (3) 120 may extend radially with respect to the center.
그리고, 이때 상기 요철형성부(120)는 외측으로 갈수록 이격 거리를 다르게 구성할 수도 있음은 자명하다. In this case, it is apparent that the
또한 본 발명의 실시예에서, 포밍금형(300)의 상부 좌/우측단에는 밀폐부(360)를 형성하여 밀폐부재(380)와 접촉함으로써 밀폐되도록 구성하였으나, 밀폐부재(380)에 의해 프리프레그 평판(L)이 가압될 수 있는 범위 내에서 다양하게 변 경 적용이 가능할 것이다.In addition, in the embodiment of the present invention, the upper left / right end of the forming
즉, 밀폐부(360)를 형성하지 않고 포밍금형(300) 상면 테두리부에 씰런트를 구비하고 이러한 씰러와 밀폐부재(380)의 접촉에 의해 밀폐되도록 구성할 수도 있음은 물론이다. That is, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 프리프레그 평판 적층 시에 적층금형에 구비된 요철형성부를 통해 프리프레그 평판에 인위적인 내부 굴곡이 형성되도록 구성하였고, 프리프레그 평판의 외측과 내측에 온도 구배를 두고 가열하였으며, 경질탄성부재를 프리프레그 평판 상면에 압착시켜 간접 성형되도록 하였다.As described above, in the present invention, when the prepreg plate is laminated, an artificial internal bending is formed on the prepreg plate through the concave-convex forming part provided in the laminated mold, and the heating is performed with a temperature gradient on the outside and the inside of the prepreg plate. The hard elastic member was pressed on the upper surface of the prepreg plate to indirectly mold.
따라서, 프리프레그 평판의 외측 폭이 곡률에 의해 감소하는 것을 최소화 하였고, 내측 프리프레그의 온도에 의한 강성 감소를 줄였으며 표면에 압착된 경질탄성부재에 의해 주름이 돌출되는 것을 물리적으로 억제하였다.Therefore, the outer width of the prepreg plate is minimized by curvature, the rigidity decrease due to the temperature of the inner prepreg is reduced, and the wrinkles are physically suppressed from protruding by the hard elastic member pressed onto the surface.
이로써 복합재료의 내측면에는 주름 발생이 억제되므로 불량율이 감소하여 가격 경쟁력이 향상되는 이점이 있다.As a result, wrinkles are suppressed on the inner surface of the composite material, thereby reducing the defective rate, thereby improving the price competitiveness.
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