KR101144768B1 - 복합재 샌드위치 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합재 샌드위치 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 몰드의 외부 또는 내부에 제1면재를 접촉시키고 A기압 하에서 진공백을 이용해서 성형하는 제1공정; 및
상기 제1공정이 완료된 후에 B기압 하에서, 상기 제1면재에 심재와 제2면재를 차례대로 위치시키고 진공백을 이용해서 성형하는 제2공정;을 포함하고,
상기 A기압은 상기 B기압과 다른 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 정도가 심한 굴곡형상을 갖는 복합재 샌드위치를 제작할 수 있고, 성형 중에 압력에 의해서 심재가 파손되는 위험을 줄일 수 있다.

Description

복합재 샌드위치 제조방법{Manufacturing Method for Composite Sandwiches}

본 발명은 복합재 샌드위치 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조물의 무게를 줄이고 강도와 강성을 높일 수 있는 복합재 샌드위치 제조방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 복합재 샌드위치를 제작하는 방법은 일체성형(co-curing)으로 한 차례의 성형하는 방법을 이용한다. 즉 몰드에 면재와 심재, 또 다른 면재를 위치시킨다. 그리고 진공백 내부를 진공으로 설정한 후에 오토클레이브(Autoclave)에서 넣어서 고온과 고압을 가하게 된다. 다시 말해서 종래 기술에서는 일체성형, 즉 하나의 기압과 하나의 압력 하에서 면재, 심재 또 다른 면재를 성형한다.

그러나 종래 기술에 따른 복합재 샌드위치의 제조방법에 따르면 곡률이 있거나 형태가 복잡한 구조물에는 면재가 몰드에 충분히 접촉하지 않아 면재에 결함이 발생(기포의 발생 등)하거나　표면의 거칠기 상태가 양호하지 못한다는 문제가 있다. 또한 종래 기술에 따른 복합재 샌드위치에서 심재가 가공 중에 적용되는 높은 기압에서는 심재의 파손이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 강성이 강화된 복합재 샌드위치를 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 면재가 몰드의 형상을 따라 충분히 변형되고, 가공 중에 높은 압력에 의해서 심재의 파손이 발생하지 않는 복합재 샌드위치 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 몰드의 외부 또는 내부에 제1면재를 접촉시키고 A기압 하에서 진공백을 이용해서 성형하는 제1공정; 및 상기 제1공정이 완료된 후에 B기압 하에서, 상기 제1면재에 심재와 제2면재를 차례대로 위치시키고 진공백을 이용해서 성형하는 제2공정;을 포함하고, 상기 A기압은 상기 B기압과 다른 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법을 제공한다.

또한 상기 A기압은 상기 B기압보다 높고, 상기 A기압은 상기 B기압보다 2배 높은 것이 바람직하다.

상기 제2공정에서 상기 B기압이 대기압과 동일해지면 진공백 내부를 릴리즈시켜 진공백 내부가 외부 기압과 동일하도록 할 수 있다.

이때 상기 제1공정과 상기 제2공정에서 온도 변화는 동일한 것이 가능하다.

본 발명에 따르면 제조되는 복합재 샌드위치의 강성이 강화될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 정도가 심한 굴곡형상을 갖는 복합재 샌드위치를 제작할 수 있고, 성형 중에 압력에 의해서 심재가 파손되는 위험을 줄일 수 있다.

도 1은 몰드의 외부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도.
도 2는 몰드의 내부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 제1공정을 도시한 단면도.
도 4는 도 3에서의 압력과 온도의 변화 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 제2공정을 도시한 단면도.
도 6은 도 5에서의 압력과 온도의 변화 그래프.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 몰드의 외부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도이다. 이하 도 1을 참조해서 설명한다.

본 발명에 따른 제조방법에서는 몰드(10)의 외부에는 우선 제1면재(20)가 위치하고, 순차적으로 심재(core)(30) 와 제2면재(22)가 위치하는 방식으로 성형이 이루어진다.

도 2는 몰드의 내부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도이다. 이하 도 2를 참조해서 설명한다.

또한 본 발명에 다른 제조방법에서는 몰드(10)의 내부에 우선 제1면재(20)가 위치하고, 순차적으로 심재(30)와 제2면재(22)가 위치하는 방식으로 성형이 이루어 진다.

본 발명에서 이용하는 진공백 성형(Vacuum bag molding)은 강화플라스틱용 저압성형의 일종이며, 몰드 표면에 적층성형재료를 핸드레이업한 뒤 탄성 고무막을 사용하여 이것을 덮고 몰드와 탄성 고무막과의 사이의 공기를 빼므로서 대기압으로 가압하는 방식이며, 저압성형용열경화성 플라스틱을 함침한 적층성형재료를 자형에 밀착시킨 뒤 경화 시켜서 적층제품을 얻는 방법이다.

진공백 성형은 어느 정도 경화된 매트릭스에 방향이 잡힌 섬유를 포함한 프리프레그(prepreg)를 진공백(vaccum bag)에 넣고 열과 압력을 가하여 경화시키는 방법이다. 여기에 사용되는 진공장치는 최종제품에 기포가 포함되지 않도록 하기 위해 부착되며, 압력이 가해짐과 함께 치밀화와 경화가 이루어진다. 성형과정에 따라 압력용기에 반제품을 넣고 가압, 가열하여 구조물이 제조되는데, 용량이 허용되는 범위 내에서 복잡한 형상과 요구되는 크기의 구조물을 몇 개라도 동시에 성형할 수 있다. 그래서 크가가 대형이나 형상이 복잡해서 압축성형법으로 제작할 수 없거나, 제품 생산 수량이 많지 않아 금형 제작이 어려운 경우에 사용되며, 우주항공용 복합재료 부품 및 시제품 제작, 항공기 부품 접착 등에 많이 쓰인다. 고품질의 대형성형품이 얻어지는 이점이 있으나 배치(batch)식으로 이루어지기 때문에 경화 사이클이 길고, 가동하는 데 필요한 생산비용이 높은 단점이 있다.

도 3과 도 5는 도 2에 따라 복합재 샌드위치를 만드는 과정을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 제1공정을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에서의 압력과 온도의 변화 그래프이다. 이하 도 3 및 도 4를 참조해서 설명한다.

제1공정에서는 A기압 하에서 진공백(50)을 이용해서 성형한다. 우선 몰드(10)의 내부에 제1면재(20)를 위치시키고, 상기 제1면재(20)의 상면에는 릴리즈 패브릭(40)을 도포한다. 상기 제1면재(20)를 진공백(50)으로 감싸고, 상기 진공백(50)의 양단에는 밀폐제(54)를 위치시킨다. 그리고 진공 장치(52)를 이용해서 상기 진공백(50)의 내부를 진공으로 만들고 진공 성형을 수행한다. 이때 진공 장치(52)의 연장된 부분(미도시)이 오토클래이브의 외부로 노출되어 있는 것이 바람직하다. 즉 오토클래이브 내에서 압력과 온도가 변화되는 동안에 상기 진공 장치(52)에 의해서 상기 진공백(50) 내부는 진공이 유지될 수 있다.

진공 성형은 오토클래이브 내에서 수행되는데, 오토클래이브 내부가 상기 A기압으로 이루어진다. 상기 A기압은 최종적으로 6기압을 이루도록 가압하고, 온도는 섭씨 80℃에서 소정 시간 동안 유지되다가 최종적으로 섭씨 120℃를 이루도록 한다. 상기 제1면재(20)는 6기압의 높은 압력으로 성형하게 되므로, 상기 제1면재(20)가 상기 몰드(10)의 표면에 밀착되도록 접촉할 수 있고, 표면 상태가 양호하며 결함이 발생되지 않는다.

도 5는 본 발명에 따른 제2공정을 도시한 단면도이고 도 6은 도 5에서의 압력과 온도의 변화 그래프이다. 이하 도 5 및 도 6을 참조해서 설명한다.

제2공정에서는 B기압 하에서 진공백(50)을 이용해서 성형하게 된다. 상기 몰드(10)의 내부에 위치한 상기 제1면재(20)는 1차 성형으로 가공이 완료된 상태이다. 상기 제1면재(20)에 심재(30)와 제2면재(22)를 차례로 위치시킨다. 그리고 상기 제2면재(22)의 상부에 릴리즈 패브릭(releas fabric and breather)(40)를 도포시키고, 그 외부를 진공백(50)으로 둘러싼다. 상기 진공백(50)의 양단과 상기 몰드(10)의 표면에는 밀폐제(54)를 위치시켜 상기 진공백(50) 내부의 압력이 외부에 무관하게 조절될 수 있도록 한다. 그리고 상기 진공백(50)에 설치된 진공 장치(52)를 이용해서 상기 진공백(50) 내부를 진공으로 만든다.

제2공정에서는 적용되는 B기압은 최종적으로 3기압을 이룬다. 상기 A기압은 상기 B기압보다 높은데, 특히 상기 A기압은 상기 B기압보다 2배 높은 것이 가능하다.

반면에 제1공정에서는 제1면재(20) 자체의 성형 압력을 사용하고, 상기 B기압은 심재(30)의 특성과 접착재의 특성을 고려하여 조절하는 것이 바람직하다. 제2공정에서는 심재(30)가 추가되고, 심재(30)는 높은 압력에 노출되는 경우에는 파손될 수 있는 위험이 있기 때문이다. 제1공정에서는 심재(30)를 적용하지 않은 상태에서 높은 기압에서 성형을 하고, 제2공정에서는 심재(30)를 적용하였기 때문에 상대적으로 낮은 기압에서 성형을 한다.

한편 제2공정에서는 진공백(50) 외부의 B기압이 대기압과 유사한 압력에 도달하면 진공백(50) 내부를 대기압에 노출시킨다. 상기 진공 장치(52)의 일단(미도시)은 오토클래이브의 외부로 노출되어 있기 때문에 오토클래이브 내부가 아닌, 상기 진공백(50) 내부를 대기압과 동일한 압력으로 릴리즈시키는 것이 가능하다. 상기 진공백(50) 내부가 릴리즈되는 순간은 B기압이 1기압 이상인 점이 바람직하다. 이에 의해서 상기 제2면재(22)에 포함되어 있는 고분자 수지의 유동을 줄이고 심재(30)의 파손을 최소화 할 수 있다.

그리고 제2공정에서 적용되는 온도는 제1공정에서 적용되는 온도와 동일하다. 제2공정에서는 섭씨 80℃가 소정 시간 동안 유지되다가, 소정 시간이 경과한 후에는 섭씨 120℃로 변화된다.

상술한 예는 도 2에 도시된 바와 같이 몰드의 내부를 이용해서 복합재 샌드위치를 성형하는 과정을 설명한 것이다. 이와는 달리 도 1에 도시된 바와 같이 몰드의 외부를 이용해서 복합재 샌드위치를 성형하는 과정도 동일하게 수행될 수 있다. 두 가지 경우에서 차이는 몰드의 외부 또는 내부를 이용하는 점에서만 차이가 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

10: 몰드 20: 제1면재
22: 제2면재 30: 심재

Claims (4)

1. 몰드의 외부 또는 내부에 제1면재를 접촉시키고 A기압 하에서 진공백을 이용해서 성형하는 제1공정; 및
   상기 제1공정이 완료된 후에 B기압 하에서, 상기 제1면재에 심재와 제2면재를 차례대로 위치시키고 진공백을 이용해서 성형하는 제2공정;을 포함하고,
   상기 A기압은 상기 B기압과 다른 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 A기압은 상기 B기압보다 2배 높은 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2공정에서 상기 B기압이 대기압과 동일해지면 진공백 내부를 릴리즈시켜 진공백 내부가 외부 기압과 동일하도록 하는 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1공정과 상기 제2공정에서 온도 변화는 동일한 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.

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