KR101275419B1 - Ｆｒｐ바의 제조방법 및 이에 의한 ｆｒｐ바 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FRP바의 제조방법 및 이에 의한 FRP바에 관한 것이다. 본 발명은, 강화섬유를 갖는 직조물로 이루어지고, 면상체의 형태로 에폭시레진에 함침되어 저온냉동됨에 따라 평면적 형상을 유지하면서 유연성을 갖는 원장을 준비하는 원장준비단계; 상기 원장을 적층하여 설정된 크기로 재단하는 원장재단단계; 상기 재단된 원장을 금형에 투입하여 날개를 양측에 갖는 찬넬형태의 상부성형물 및 하부성형물을 성형하는 성형물 성형단계; 상기 상부성형물 및 하부성형물을 취출하는 성형물취출단계; 및 상기 상부성형물 및 하부성형물을 형합하여 중공을 갖는 막대형태의 FRP바를 제조하는 바제조단계;를 포함한다. 본 발명은, 카본파이버 및 글래스파이버 직조물 및 에폭시레진으로 이루어진 원장을 상부성형물 및 하부성형물로 성형하여 FRP바를 제조하므로, 종래의 막대형 구조물 보다 우수한 고강도와 대전방지기능 및 내화학성을 확보할 수 있고, 저렴한 가격으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 금형에 의해 FRP바를 원하는 형태로 자유롭게 제조할 수 있고, 종래의 사각형 막대에 카본파이버 및 글래스파이버재 직조물을 감아서 구조특성을 보강하는 형태의 비효율적인 공정을 개선할 수 있으며, 제한적인 막대형 형상구조물의 구조강도 특성을 극대화할 수 있으면서 형상자유도를 극대화할 수 있다.

Description

ＦＲＰ바의 제조방법 및 이에 의한 ＦＲＰ바 { METHOD OF FRP BAR AND FRP BAR USING THE SAME }

본 발명은 정전기 방지기능 및 혼합강성을 갖고, 물품을 적재하거나 적재된 상태로 이송하기 위한 랙(Rack) 또는 이송용 로봇의 핸드에 사용될 수 있는 FRP바(Fiber Reinforced Plastic Bar)의 제조방법 및 이에 의한 FRP바에 관한 것이다.

일반적으로, LCD나 LED등과 같은 박막디스플레이어 패널은 게이트전극 형성공정, 절연막 및 반도체막 형성공정, 화소전극 형성공정, 화소전극 보호막 공정, 데이터전극 형성공정, 편광판 및 백라이트 유닛 부착공정 등에 의해 제조된다. 이때, 패널에 사용되는 기판(글래스)은 이송용 로봇의 핸드에 적재되거나 컨베이어에 적재되어 전술한 공정을 따라 순차적으로 이송되면서 가공되며, 적층용 랙(Rack)에 적치되어 보관되거나 다음 공정을 대기한다.

여기서, 전술한 로봇의 핸드는 막대형 구조물로 이루어져서 맨드릴 형태를 이루는 핑거에 기판을 적재하여 다음 공정으로 이송한다. 이때, 막대형 구조물은 일단부가 로봇의 핸드에 고정되어 핑거를 형성한다. 즉, 막대형 구조물은 편축고정된 상태로 기판을 적재한다. 이러한 막대형 구조물은 기판 이외에도 실리콘 웨이퍼나 일반적인 구조물과 같은 물품도 적재하여 이송할 수 있다.

그리고, 전술한 랙은 서로 연결되면서 프레임을 형성하는 다수의 막대형 구조물에 의해 함체형의 사각틀로 형성된다. 이때, 랙은 막대형 구조물에 의해 다층구조로 형성되어 다수의 기판을 다단으로 적층할 수 있다.

한편, 막대형 구조물은 기판이나 실리콘 웨이퍼의 중량을 지지하도록 강성이 우수한 SUS나 AL 등의 금속재에 의해 막대형태로 제조되거나, 강화플라스틱에 의해 막대형태로 제조되어 강도보강을 위해 강화섬유가 외부에 감겨진다.

하지만, 최근 기판이나 실리콘 웨이퍼는 크기가 점점 확장되어 중량이 가중되고 있으나, 이러한 물품을 적재하거나 이송하는데 사용되는 전술한 맨드릴 형태의 막대형 구조물은 재질특성 및 구조특성에 의한 강도강화의 어려움으로 인해 물품의 중량가중에 대해 적절한 대응을 사실상 못하고 있는 실정이다. 즉, 막대형 구조물은 물품의 크기 확장 및 중량의 가중에 대응하기 위해 더 길고 강하게 제조되어야 하나 재질특성 및 구조특성에 의해 이렇게 제조되지 못하고 있다.

특히, 막대형 구조물은 금속재로 제조될 경우 금속재의 강도한계로 인하여 길이 및 폭을 연장하거나 확장시킬 수 없을 뿐만 아니라 길이 및 폭의 변형시 발생되는 자중증가에 따른 평활도 변형으로 인하여 더욱더 길이 및 폭을 연장하거나 확장할 수 없고, 이에 더하여 제조특성에 의해 형상자유도가 낮으므로 다양한 형태로의 제조도 거의 불가능하다. 즉, 금속재 막대형 구조물은 전술한 바와 같은 이유로 인하여 요구되는 수준으로 구조강도를 변경할 수 없다.

그리고, 막대형 구조물은 강화플라스틱으로 제조되어 강화섬유가 감길 경우 제조공정이 매우 복잡하여 비생산적일 뿐만 아니라 형상자유도에 한계가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 강화섬유로 이루어진 직조물과 열경화성 수지로 이루어진 기지를 이용하여 성형으로 강화섬유가 혼합된 중합체 재질의 막대를 제조할 수 있으므로 종래의 금속재 막대보다 우수한 구조강도, 내구성, 내화학성 및 대전방지기능을 가지면서 자유로운 형상의 선택이 가능할 뿐만 아니라 종래의 막대형 구조물을 대신할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또, 중합체 재질의 막대를 한 쌍의 형틀을 이용하여 주물식 성형으로 제조할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 다른 목적이다.

또한, 전술한 막대를 열기와 압력으로 성형하여 열경화성 수지의 경화를 가속시킬 뿐만 아니라 전술한 직조물 및 열경화성 수지를 견고하게 동일체로 성형할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

게다가, 전술한 최적의 온도와 압력 및 시간으로 열경화에 의한 성형을 실시하여 내구성을 극대화할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

아울러, 전술한 막대가 성형에 의해 제각기 성형되는 복수의 찬넬형 부재로 이루어져서 교합식으로 서로 형합되면서 중공형의 막대를 형성할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

이에 더하여, 액상에서 고상으로 상변형하는 경화성 접착물질을 이용하여 형합되는 찬넬형 부재들을 동일체로 영구히 결합시킬 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

더욱이, 전술한 접착물질을 상온에서 경화시켜도 요구되는 접착성능을 도모할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

덧붙여, 전술한 찬넬형 부재들을 후가공하여 양품의 막대를 생산할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

더 나아가, 전술한 찬넬형 부재들에서 돌출물을 제거하여 형합이 용이하게 이루어질 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

또, 전술한 찬넬형 부재들의 표면을 표면처리 하여 적층품 또는 이송품에 적합하게 대응할 수 있고, 고급화된 표면이 형성된 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

또한, 전술한 막대의 일단부를 충전부재로 충전하여 마감하고, 타단부를 다른 부재나 막대와 연결할 수 있는 연결부재로 마감할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

더 나아가, 전술한 연결부재를 막대에 끼움식으로 마감하면서 차폐할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

더욱이, 전술한 막대의 단부에 삽입되는 연결부재와 전술한 충전부재를 견고하게 결착시킬 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

이에 더하여, 전술한 막대의 강성을 막대와 별개의 부재로 보강할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

특히, 전술한 별개의 부재가 막대에 인장력을 제공하여 막대의 강성을 보강할 수 있는 FRP바의 제조방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

덧붙여, 전술한 제조방법에 의해 제조된 중합체 재질의 막대형 FRP바를 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 FRP바 제조방법은, 카본파이버나 글래스파이버 중 적어도 어느 하나의 강화섬유를 갖는 직조물로 이루어지고, 면상체의 형태로 에폭시레진에 함침되어 저온냉동됨에 따라 평면적 형상을 유지하면서 유연성을 갖는 원장을 준비하는 원장준비단계; 상기 원장을 구조강도의 특성에 적합하게 적층하여 설정된 크기로 재단하는 원장재단단계; 상기 재단된 원장을 금형에 투입하여 날개를 양측에 갖는 찬넬형태의 상부성형물 및 상기 상부성형물과 대응되는 하부성형물을 성형하는 성형물 성형단계; 상기 상부성형물 및 하부성형물을 상기 금형에서 취출하는 성형물취출단계; 및 상기 상부성형물 및 하부성형물을 형합하여 중공을 갖는 막대형태의 FRP바를 제조하는 바제조단계;를 포함한다.

상기 성형물성형단계는 예컨대, 상기 원장을 고정금형의 캐비티에 안착시키는 원장안착단계; 상기 고정금형에 이동금형을 결합하여 상기 고정금형에 안착된 상기 원장을 가압하는 원장가압단계; 및 상기 원장의 에폭시레진을 경화시키는 원장 경화단계;를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 성형물성형단계는, 상기 원장에 열기와 압력을 설정된 시간동안 제공하여 에폭시레진의 경화를 촉진시키는 경화촉진단계;를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 원장에 제공되는 상기 이동금형의 가열온도는 100~150도이고, 상기 고정금형의 가열온도는 100~150도이며, 상기 이동금형의 압력은 20~50kgf/㎠이고, 상기 이동금형의 프레스시간은 5~45분인 것을 특징으로 한다.

상기 하부성형물은, 상기 상부성형물을 성형하는 상기 금형과 폭이 다른 금형에 의해 상기 상부성형물과 폭이 다르게 성형된다.

상기 바제조단계는 예컨대, 상기 상부성형물 및 하부성형물 중 적어도 어느 하나의 날개에 액상의 경화성 바인더를 도포하는 바인더제공단계; 상기 상부성형물 및 하부성형물을 마주한 상태로 교합하여 상기 날개들을 서로 접합하는 접합단계; 및 상기 바인더를 경화시켜서 상기 상부성형물 및 하부성형물을 일체화시키는 경화단계;를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 경화단계는, 상기 바인더를 상온에서 6~32시간 동안 경화시켜서 상기 날개들을 접착시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 금형에서 취출된 상기 상부성형물 및 하부성형물 또는 이들에 의해 형성된 상기 FRP바를 후가공하는 후가공단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 후가공단계는 예컨대, 상기 상부성형물 및 하부성형물의 버(Burr)를 제거하는 버제거단계;나 상기 FRP바의 표면을 연마하여 FRP바의 표면을 처리하는 표면처리단계; 중 적어도 어느 하나로 구성할 수 있다.

본 발명은, 상기 FRP바의 일단을 마감재로 마감하는 마감단계; 상기 FRP바의 타단측 중공으로 액상의 경화성 충전재를 충전하는 충전단계; 및 상기 충전재가 충전된 상기 FRP바의 타단에 상기 커넥터를 삽입하여 경화되는 상기 충전재를 통해 커넥터를 FRP바의 타단에 결착시키는 커넥터결착단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 커넥터는 예컨대, 상기 FRP바의 중공에 삽입되어 상기 충전재와 결착되는 아암; 및 상기 아암의 단부에 일체로 형성되어 상기 FRP바의 타단을 차폐하는 플랜지;를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 아암은, 상기 충전재가 삽입된 상태로 경화되어 걸림상태로 충전재와 결착되는 홈형태의 결착수단;을 더 포함할 수 있다.

본 발명은, 상기 FRP바에 보강재를 설치하여 FRP바의 강성을 보강하는 강성보강단계;를 더 포함할 필요도 있다.

상기 강성보강단계는 예컨대, 상기 FRP바의 강성을 보강하는 로드를 FRP바의 내부에 삽입하는 로드 삽입단계; 상기 로드의 일단을 상기 FRP바의 일단부에 고정하는 일단 고정단계; 상기 로드의 타단을 상기 FRP바의 타단부에 너트로 고정하는 타단고정단계; 및 상기 너트를 조절하여 상기 로드의 장력을 조절하는 장력 조절단계;를 포함하여 구성할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 FRP바는 전술한 방법들 중 어느 하나에 의해 제조된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 FRP바 제조방법은, 카본파이버 및 글래스파이버 직조물 및 에폭시레진으로 이루어진 원장을 서로 형합되는 상부성형물 및 하부성형물로 성형하여 FRP바를 제조하므로, 종래의 막대형 구조물 보다 우수한 고강도 및 대전방지기능을 확보할 수 있고, 내화학성이 보강되며, 저렴한 가격으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 금형을 이용하여 상부 및 하부성형물을 성형하므로 FRP바를 원하는 형태로 자유롭게 제조할 수 있고, 종래의 사각형 막대에 카본파이버 및 글래스파이버재 직조물을 감아서 구조특성을 보강하는 형태의 비효율적인 공정을 개선할 수 있으며, 제한적인 막대형 형상구조물의 구조강도 특성을 극대화할 수 있으면서 형상자유도를 극대화할 수 있다.

또, 고정금형 및 이동금형을 이용하여 상부 및 하부성형물을 제조하므로, 강성을 갖는 상부 및 하부성형물들을 반복적으로 제조할 수 있고, 금형으로 성형하므로 상부 및 하부성형물의 형상을 다양한 형태로 성형할 수 있다.

또한, 전술한 고정금형 및 이동금형을 통해 전술한 직조물 및 에폭시레진에 열기와 압력을 가하므로, 상부 및 하부성형물을 신속하게 경화시킬 수 있을 뿐만 아니라 상부 및 하부성형물의 강성을 강화시킬 수 있다.

게다가, 전술한 고정금형 및 이동금형을 통해 전술한 원장에 최적의 시간동안 최적의 열기와 압력을 제공하므로, 상부성형물 및 하부성형물을 더욱 신속하게 경화시킬 수 있을 뿐만 아니라 상부 및 하부성형물의 강성강화를 극대화할 수 있다.

아울러, 전술한 찬넬형태의 상부 및 하부성형물들을 교합식으로 형합하여 중공형의 FRP바를 형성하므로 FRP바의 강도를 더욱 강화시킬 수 있다.

이에 더하여, 전술한 찬넬형태의 상부 및 하부성형물들을 경화성 바인더로 접합하므로 상부 및 하부성형물들을 영구적으로 접합할 수 있으며, 영구결합되는 상부 및 하부성형물들의 일체화를 통해 FRP바의 강도를 더욱더 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도를 전체적으로 고르게 유지시킬 수 있다.

더욱이, 전술한 바인더가 상온에서 6~32시간 경화되므로 상부 및 하부성형물을 용이하게 접합할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위의 강도를 요구되는 강도로 확보할 수 있다.

덧붙여, 전술한 상부 및 하부성형물들을 성형한 후 후가공하므로 고품질의 FRP바를 생산할 수 있다.

특히, 전술한 상부 및 하부성형물이나 이들에 의해 제조된 FRP바에서 버를 제거할 경우 성형물들의 품질을 향상시킬 수 있으면서 버에 의한 걸림을 방지할 수 있으므로 상부 및 하부성형물들을 용이하게 교합시킬 수 있다.

이와 달리, 전술한 상부 및 하부성형물이나 이들에 의해 제조된 FRP바의 표면을 연마나 코팅하여 처리할 경우 FRP바의 요구되는 표면조도를 수득할 수 있을 뿐만 아니라 표면품질을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

또, 전술한 FRP바의 일단 및 타단을 마감재 및 커넥터로 제각기 마감하므로, FRP바의 양단부를 밀봉상태로 마감할 수 있다.

또한, 전술한 충전재가 충전된 FRP바의 타단에 플랜지를 갖는 커넥터의 아암을 삽착하므로 충전재와 커넥터의 결착력을 보강시킬 수 있을 뿐만 아니라 플랜지를 통해 FRP바의 타단을 차폐할 수 있다.

게다가, 아암에 형성되는 홈형태의 결착수단에 충전재가 삽입되어 경화되므로 아암과 충전재의 결착력을 보강할 수 있을 뿐만 아니라 FRP바에 아암을 견고하게 고정시킬 수 있다.

아울러, 보강재가 설치될 경우 보강재가 FRP바의 강성을 보강하므로, FRP바의 길이를 연장이나 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라 FRP바에 적재되는 적재품의 하중을 증가시킬 수 있다.

아울러, 로드로 이루어진 보강재가 FRP바에 내장된 상태로 너트에 의해 장력이 조절되므로 FRP바의 강성을 원하는 크기로 조절할 수 있으며, 보강재가 FRP바에 내장되므로 보강재의 노출을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 FRP바의 내부공간을 활용할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 FRP바는 전술한 제조방법에 의해 제조되므로 동일한 규격으로 대량생산이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 FRP바의 제조순서를 개략적으로 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 FRP바 및 커넥터를 도시한 분해사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 FRP바에 보강재가 설치된 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 FRP바가 적용된 로봇의 핸드를 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 FRP바(Fiber Reinforced Plastic Bar) 제조방법은, 원장 준비단계, 원장 재단단계, 성형물 성형단계, 성형물 취출단계 및 바제조단계를 포함한다.

먼저, 전술한 원장 준비단계는 도면의 (c)에 도시된 바와 같은 상태의 원장(5)을 준비하는 단계이다. 이러한 원장(5)은 도면의 (a)에 도시된 바와 같이, 카본파이버(c)나 글래스파이버(g) 중 적어도 어느 하나의 강화섬유로 이루어져서 롤(1)에 권취된 강화섬유재 직조물(2)을 롤(1)에서 인출하여 도면의 (b)에 도시된 바와 같이 면상체의 직조물(2)로 절단하여 가공한 후, 절단된 면상체 직조물(2)을 미도시된 에폭시레진에 함침한 다음 저온냉동한 물질을 지칭한다. 즉, 원장(5)은 강화섬유 강화재 및 에폭시레진 기지(Matrix)로 이루어져서 저온냉동된 면상체이다.

여기서, 전술한 원장(5)은 도면의 (a)에 도시된 바와 같이 카본파이버(c) 및 글래스파이버(g)가 혼합된 상태로 격자나 사선형태로 직조된 직조물(2)로 구성될 수 있다. 이러한 경우 직원장(5)은 카본파이버(c) 및 글래스파이버(g)의 이질적 특성에 의한 혼합강성에 의해 강성이 강화된다. 이와 달리, 원장(5)은 카본파이버(c)로 이루어진 직조물(2) 및 글래스파이버(g)로 이루어진 직조물(2)이 교번상태로 적층되어 도면의 (c)에 도시된 바와 같이 다층의 상태를 구성할 수도 있다. 이러한 원장(5)은 카본파이버(c) 및 글래스파이버(g)가 교번상태로 적층되어 혼합강성을 발휘하므로 강성이 강화된다.

한편, 원장(5)은 전술한 바와 같이 에폭시레진에 함침된 상태로 저온냉동되므로 직조물(2)의 평면적형상이 유지되며, 저온냉동에 의해 에폭시레진의 경화가 방지되므로 유연성을 갖는다.

다음, 전술한 원장 재단단계는 도면의 (c)에 도시된 바와 같이 복수의 원장(5)을 요구되는 구조강도의 특성에 적합하게 적층하여 설정된 크기로 절단하는 단계이다. 이때, 원장(5)은 후술되는 FRP바(B)의 하중에 의한 처짐을 방지하면서 FRP바(B)의 요구되는 구조강도에 따라 몇장 내지 수십장씩 적층된 후, 후술되는 FRP바(B)의 폭 및 길이에 대응하는 크기로 절단된다. 물론, FRP바(B)는 원장(5)의 적층 수량에 의해 강도가 결정된다.

그 다음, 전술한 성형물 성형단계는 원장(5)을 도면의 (d) 내지 (f)에 도시된 바와 같은 고정금형(8) 및 이동금형(9)으로 이루어진 금형에 투입하여 도면의 (h)에 도시된 바와 같이 날개(5a, 5d)를 양측에 갖는 찬넬형태의 상부성형물 및 하부성형물을 성형하는 단계이다. 이러한 성형물 성형단계는 예컨대, 상부성형물을 성형하는 상부성형물 성형단계 및 하부성형물을 성형하는 하부성형물 성형단계를 포함하여 구성할 수 있다.

상부성형물 성형단계는 도면의 (d) 내지 (f)에 도시된 바와 같이, 고정금형(8) 및 이동금형(9)을 이용하여 원장(5)에 열을 가하면서 압력을 가하여 도면의 (h)에 도시된 바와 같은 상부성형물(5‘)을 성형하는 단계이다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 상부성형물 성형단계는 전술한 바와 같이 재단된 원장(5)을 도면의 (d)에 도시된 바와 같이 고정금형(8)의 캐비티에 투입하여 안착시킨 후, 이동금형(9)을 고정금형(8)의 상부에 승강 가능하게 준비시킨다. 그리고, 이동금형(9)을 도면의 (e)에 도시된 바와 같이 고정금형(8)과 교합시킨 후 원장(5)의 에폭시레진이 경화될 때까지 원장(5)을 가압하여 상부성형물(5‘)을 성형한다. 이때, 이동금형(9) 및 고정금형(8)을 통해 설정된 시간동안 설정된 열기와 압력을 원장(5)에 제공하여 원장(5)의 에폭시레진이 경화되는 것을 촉진시키는 것이 바람직하다. 이러한, 이동금형(9)의 가열온도는 100~150도이고, 고정금형(8)의 가열온도는 100~150도이며, 이동금형(9)이 가하는 압력은 20~50kgf/㎠이고, 이동금형(9)의 프레스시간은 5~45분인 것이 바람직하다. 특히, 이동금형(9)의 가열온도는 150도이고, 고정금형(8)의 가열온도는 140도이며, 이동금형(9)이 가하는 압력은 80kgf/㎠이고, 이동금형(9)의 프레스시간은 15~25분인 가장 것이 바람직하다. 따라서, 원장(5)은 전술한 시간과 열기 및 압력에 의해 설정된 크기로 단시간에 열경화되면서 상부성형물(5')로 성형된다. 즉, 원장(5)은 내구성을 갖는 찬넬형태의 구조물로 성형된다.

여기서, 설정된 시간동안 제공되는 전술한 열기와 압력은 원장(5)의 에폭시레진이 경화되는 것을 촉진한다. 물론, 이러한 열기와 압력 및 시간은 원장(5)의 적층된 개수에 따라서 증감될 수 있다.

하부성형물 성형단계는 전술한 상부성형물 성형단계와 동일한 방법으로 진행된다. 즉, 하부성형물 성형단계는 상부성형물 성형단계와 동일한 방법에 의해 도면의 (h)에 도시된 하부성형물(5")을 성형한다. 다만, 하부성형물 성형단계는 도면의 (i)에 도시된 바와 같이 하부성형물(5")이 상부성형물(5‘)에 교합되도록, 고정금형(8)의 케비티 폭이 전술한 상부성형물 성형단계의 고정금형(8)에 형성된 케비티의 폭 보다 작게 형성된다. 따라서, 하부성형물 성형단계는 상부성형물(5’)의 폭 보다 약간 작은 폭으로 이루어진 하부성형물(5“)을 성형한다. 물론, 하부성형물 성형단계는 상부성형물(5‘)의 수량에 대응하는 수량으로 하부성형물(5")을 성형한다.

한편, 성형물 성형단계는 전술한 상부성형물 성형단계나 하부성형물 성형단계를 각각 진행될 수 있으며, 이와 달리 동시에 진행할 수도 있다.

다른 한편, 전술한 상부성형물(5‘)이나 하부성형물(5“)은 재질특성에 의해 금속재 보다 우수한 대전방지기능을 갖지만, 성형전 실시되는 대전방지기능 강화단계에 의해 대전방지기능을 강화시킬 수 있다. 이러한 대전방지기능 강화단계는 원장준비단계에 의해 준비된 원장(5)의 표면에 고분자 수지계의 계면활성제를 첨가하거나 고정금형(8)의 케비티 표면에 계면활성제를 도포하는 단계로 구성할 수 있다. 이렇게, 원장(5)이나 고정금형(8)에 계면활성제를 부가할 경우 성형되는 성부성형물(5‘)이나 하부성형물(5“)의 표면에 불용성의 흡습성피막이 형성된다. 따라서, FRP바(B)는 흡습성피막에 의해 대전방지기능이 강화된다.

이와 달리, 대전방지기능 강화단계는 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)의 성형시 진행될 수도 있다. 이러한 대전방지기능 강화단계는 직물재(2)의 강화섬유가 에폭시레진으로 이루어진 기지의 외부로 노출되도록 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)을 성형하는 단계로 구성할 수 있다. 이렇게, 강화섬유가 기지의 외부로 노출될 경우 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)의 냉각시 대기의 공기가 노출된 탄소섬유에 기인하면서 상부 및 하부성형물(5‘, 5“) 표층의 흡습성이 향상되어 정전기방지 기능이 강화된다. 따라서, FRP바(B)는 정전기의 발생을 방지하거나 최소화할 수 있다.

계속해서, 전술한 성형물 취출단계는 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)을 (f)에 도시된 바와 같이, 이동금형(9)이 분리된 고정금형(8)에서 분리하는 단계이다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)의 가압을 완료한 이동금형(9)을 상승시킨 후 고정금형(8)에서 성형된 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)을 취출한다. 여기서, 고정금형(8) 및 이동금형(9)은 상부성형물(5') 또는 하부성형물(5")의 분리가 용이하도록 표면이 성형전에 코팅처리되는 것이 바람직하다.

취출된 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)은 도면의 (h)에 도시된 바와 같이, 고정금형(8)의 캐비티에 의해 양측이 절곡되면서 날개(5a, 5b)가 형성된다. 즉, 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)은 찬넬형태로 성형된다. 이때, 하부성형물(5")은 전술한 바와 같이 고정금형(8)의 폭이 상부성형물(5‘)을 성형하는 고정금형(8)의 폭 보다 작게 형성되므로 도면의 (h)에 도시된 바와 같이, 상부성형물(5')보다 작은 폭으로 성형된다.

상부 및 하부성형물(5‘, 5“)은 고정금형(8)에서 취출된 후에 버제거용 도구를 이용하여 버를 제거하는 것이 바람직하다. 따라서, 상부성형물(5')은 버가 제거된 상태에서 돌출된 부분이 없으므로 전술한 하부성형물(5")과 형합시 정확하게 교합될 수 있다.

또한, 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)은 표면을 연마하거나 도료형태의 코팅재로 코팅할 수 있다. 따라서, 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)은 표면처리를 통해 광택 또는 무광택의 표면을 확보할 수 있다. 즉, FRP바(B)는 표면처리에 의해 요구되는 표면조도를 수득할 수 있을 뿐만 아니라 고급화를 도모할 수 있다.

다시 계속해서, 바제조단계는 상부성형물(5') 및 하부성형물(5")을 도면의 (h)에 도시된 바와 같이, 대향하는 상태로 하여 도면의 (i)에 도시된 바와 같이 교합하는 단계이다. 즉, 바제조단계는 FRP바(B)를 완성하는 단계이다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 우선 상부성형물(5')이나 하부성형물(5")의 날개(5a, 5b)에 에폭시레진과 같은 액상의 경화성 바인더를 도포한 후, 날개(5a, 5b)들을 도면의 (h)에 도시된 바와 같이 교합하여 접합한다. 이때, 하부성형물(5")은 상부성형물(5')보다 폭이 작으므로 양측의 날개(5a, 5b)들이 용이하게 교합된다.

이어서, 서로 교합된 상부성형물(5') 및 하부성형물(5")을 바인더의 양에 따라 상온에서 약 6~32시간 동안 방치하여 경화시킨다. 물론, 바인더에 온도를 가하여 경화시간을 단축시킬 수도 있다. 따라서, 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)은 경화되는 바인더에 의해 일체화되어 도면의 (i)에 도시된 바와 같이 중공을 갖는 막대형태의 FRP바(B)를 형성한다.

이러한 FRP바(B)는 상부성형물(5')의 날개(5a) 내측에 하부성형물(5")의 날개(5b)가 삽입된 후 이 날개(5a, 5b)들이 중첩된 상태로 바인더에 의해 영구고정되므로 강성이 강화된다. 즉, FRP바(B)는 양측이 중첩된 날개(5a, 5b)들로 구성되므로 축방향을 따라 강성이 강화된다.

한편, FRP바(B)는 후가공될 수 있다. 이러한 후가공은 날개(5a)(5b)의 외부로 유출된 바인더를 닦아서 제거하는 공정일 수 있고, 이와 달리 날개(5a)(5b)에 버가 제거 안됐을 경우 버를 제거하는 공정일 수 있으며, 이와 또 달리 상부 및 하부성형물(5‘, 5“)의 표면을 연마하는 공정일 수도 있다.

이렇게, 후가공이 완료된 FRP바(B)는 박막디스플레이어 패널용 기판 또는 실리콘 웨이퍼의 크기에 대응하는 길이로 절단하여 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, FRP바(B)는 도시된 바와 같이 일단에 마감재가 마감되고, 타단에 에폭시레진과 같은 액상의 경화성 충전재가 충전된 후 커넥터(C)가 결착된다.

여기서, 전술한 마감재는 전술한 충전재로 구성할 수 있다. 즉, FRP바(B)는 경화되는 충전재에 의해 일단부가 마감될 수 있다. 이와 달리, 전술한 마감재는 FRP바(B)와 동일한 재질의 판재나 또는 플라스틱 판재 또는 짧은 크기의 금속막대나 소정두께의 금속판으로 구성할 수 있다. 즉, FRP바(B)는 경질의 판재나 금속막대로 일단부가 마감될 수 있다.

그리고, 전술한 커넥터(C)는 도시된 바와 같이 단부에 플랜지(C2)를 갖는 아암(C1)으로 구성할 수 있다. 이러한 아암(C1)은 충전재가 충전된 FRP바(B)의 타단부에 삽입되어 충전재의 경화에 의해 FRP바(B)의 타단부에 견고하게 결착된다. 이때, 플랜지(C2)는 FRP바(B)의 타단에 걸리면서 FRP바(B)의 타단을 차폐한다. 따라서, FRP바(B)는 타단이 마감된다.

아암(C1)은 충전재가 삽입된 상태로 경화되어 걸림상태로 충전재와 결착되는 홈형태의 결착수단(C3)이 형성될 수 있다. 이러한 결착수단(C3)은 FRP바(B)에 아암(C1)이 삽입될 경우 FRP바(B)의 충전재가 삽입된다. 따라서, 아암(C1)은 홈형태의 결착수단(C3)에 충전재가 삽입되어 경화되므로 FRP바(B)의 내부에 외주면이 걸린상태로 결착된다. 즉, 아암(C1)은 결착수단(C3)에 의해 FRP바(B)의 내부에 걸림상태로 견고하게 고정된다.

여기서, 전술한 커넥터(C)는 FRP바(B)의 타단부를 미도시된 로봇의 핸드와 같은 기기에 연결하는 부재이다. 즉, FRP바(B)는 커넥터(C)를 통해 외부의 기기에 연결된다.

이러한 커넥터(C)는 확대 도시(커넥터 평면도)된 바와 같이 플랜지(C2)의 일측 또는 양측에 아암(C1)과 동일하게 구성된 서브아암(C5)이 동일체로 마련될 수 있다. 이러한 서브아암(C5)은 미도시된 또 다른 FRP바(B)와 결합되는 부재이다. 따라서, 커넥터(C)는 FRP바(B)의 타단에 끼워진 상태로 측방에도 또 다른 FRP바(B)가 결합될 수 있다.

한편, FRP바(B)는 전술한 바와 같이 커넥터(C)에 서브아암(C5)이 마련될 경우 커넥터(C)의 전방 및 측방에 연결되면서 미도시된 사각형 형태의 프레임을 형성할 수 있다. 따라서, FRP바(B)는 커넥터(C)의 전방이나 측방에 연결되어 기판과 같은 판재가 적치되는 사각프레임 형태의 랙(Rack)을 형성할 수 있다. 즉, FRP바(B)는 랙의 제조에 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 바제조단계는 강성보강단계를 더 포함할 수 있다. 이러한, 강성보강단계는 도시된 바와 같이 FRP바(B)에 보강재(10)를 설치하는 공정이다. 이러한 보강재(10)는 막대형 금속재 로드(11) 및 너트(13)를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 로드(11)는 내부식성을 가지며 양단에 나사산을 갖는 약 3~8cm 지름의 SUS환봉이나 FRP가 감겨진 SUS환봉 또는 금속재 전산볼트로 구성할 수 있다.

FRP바(B)에 보강재(10)를 설치하기 위해서는 우선, 로드(11)를 FRP바(B)의 내부로 삽입한다. 그리고, 로드(11)의 일단을 FRP바(B)의 일단부에 고정한 후 로드(11)의 타단을 너트(13)로 FRP바(B)의 타단에 고정한다. 이때, 로드(11)는 도시된 바와 같이 일단이 FRP바(B)의 판재형 마감재나 미도시된 별도의 너트를 통해 FRP바(B)의 일단부에 고정될 수 있고, 타단이 커넥터의 플랜지(C2)를 관통한 후 너트(13)가 체결될 수 있다.

이어서, 너트(13)를 조이거나 풀면서 로드(11)를 압축시키거나 인장시켜서 로드(11)의 장력을 조절한다. 이때, 로드(11)는 장력을 FRP바(B)에 제공하여 FRP바(B)의 강성을 보강한다. 따라서, FRP바(B)는 로드(11)의 장력에 의해 압축력이 보강되어 휨변형을 강화시키는 예비응력(Pre-stres)을 갖는다.

도 4를 참조하면, FRP바(B)는 전술한 커넥터(C)를 통해 도시된 바와 같이 로봇의 핸드에 결합되어 기판이나 실리콘 웨이퍼와 같은 물품을 적재하여 이송할 수 있다. 즉, FRP바(B)는 물품 이송용 로봇의 핸드에 핑거로 사용될 수 있다. 이때, FRP바(B)는 재질특성에 의한 대전방지기능에 의해 정전기의 발생이 방지되어 정전기에 의한 적재품의 불량을 억제할 수 있으며, 로봇의 핸드에 편축고정되어도 강화섬유 중합체의 구조적 강도특성에 의해 종래 보다 배가된 하중을 휨변형 없이 안정적으로 지지할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 FRP바 제조방법은, 카본파이버(c) 및 글래스파이버(g) 직조물(2) 및 에폭시레진으로 이루어진 원장(5)을 서로 형합되는 상부성형물(5') 및 하부성형물(5“)로 성형하여 FRP바(B)를 제조하므로, 종래의 막대형 구조물 보다 우수한 고강도 및 대전방지기능을 확보할 수 있고, 내화학성이 보강되며, 저렴한 가격으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 금형(8, 9)을 이용하여 상부 및 하부성형물(5', 5")을 성형하므로 FRP바(B)를 원하는 형태로 자유롭게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 사각형 막대에 카본파이버 및 글래스파이버재 직조물을 감아서 구조특성을 보강하는 구조물의 비효율적인 공정을 개선할 수 있으며, 제한적인 막대형 형상구조물의 구조강도 특성을 극대화할 수 있으면서 형상자유도를 극대화할 수 있다.

또, 고정금형(8) 및 이동금형(9)을 이용하여 상부 및 하부성형물(5', 5")을 제조하므로, 강성을 갖는 상부 및 하부성형물(5', 5")들을 반복적으로 제조할 수 있고, 금형(8, 9)으로 성형하므로 상부 및 하부성형물(5', 5")의 형상을 다양한 형태로 성형할 수 있다.

또한, 전술한 고정금형(8) 및 이동금형(9)을 통해 전술한 직조물(2) 및 에폭시레진에 열기와 압력을 가하므로, 상부 및 하부성형물(5', 5")을 신속하게 경화시킬 수 있을 뿐만 아니라 상부 및 하부성형물(5', 5")의 강성을 강화시킬 수 있다.

게다가, 전술한 고정금형(8) 및 이동금형(9)을 통해 전술한 원장(5)에 최적의 시간동안 최적의 열기와 압력을 제공하므로, 상부성형물 및 하부성형물(5', 5")을 더욱 신속하게 경화시킬 수 있을 뿐만 아니라 상부 및 하부성형물(5', 5")의 강성강화를 극대화할 수 있다.

아울러, 전술한 찬넬형태의 상부 및 하부성형물(5', 5")들을 교합식으로 형합하여 중공형의 FRP바(B)를 형성하므로 FRP바(B)의 강도를 더욱 강화시킬 수 있다.

이에 더하여, 전술한 찬넬형태의 상부 및 하부성형물(5', 5")들을 경화성 바인더로 접합하므로 상부 및 하부성형물들(5', 5")을 영구적으로 접합할 수 있으며, 영구결합되는 상부 및 하부성형물(5', 5")들의 일체화를 통해 FRP바(B)의 강도를 더욱더 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도를 전체적으로 고르게 유지시킬 수 있다.

더욱이, 전술한 바인더가 상온에서 6~32시간 경화되므로 상부 및 하부성형물(5', 5")을 용이하게 접합할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위의 강도를 요구되는 강도로 확보할 수 있다.

덧붙여, 전술한 상부 및 하부성형물들(5', 5")을 성형한 후 후가공하므로 고품질의 FRP바(B)를 생산할 수 있다.

특히, 전술한 상부 및 하부성형물(5', 5")이나 이들에 의해 제조된 FRP바(B)에서 버를 제거할 경우 성형물들의 품질을 향상시킬 수 있으면서 버에 의한 걸림을 방지할 수 있으므로 상부 및 하부성형물(5', 5")들을 용이하게 교합시킬 수 있다.

이와 달리, 전술한 상부 및 하부성형물(5', 5")이나 이들에 의해 제조된 FRP바의 표면을 연마하거타 코팅할 경우 FRP바(B)의 표면조도 및 표면품질을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

또, 전술한 FRP바(B)의 일단 및 타단을 마감재 및 커넥터(C)로 제각기 마감하므로, FRP바(B)의 양단부를 밀봉상태로 마감할 수 있다.

또한, 전술한 충전재가 충전된 FRP바(B)의 타단에 플랜지(C2)를 갖는 커넥터(C)의 아암(C1)을 삽착하므로 충전재와 커넥터(C)의 결착력을 보강시킬 수 있을 뿐만 아니라 플랜지(C2)를 통해 FRP바(B)의 타단을 차폐할 수 있다.

게다가, 아암(C1)에 형성되는 홈형태의 결착수단(C3)에 충전재가 삽입되어 경화되므로 아암과 충전재의 결착력을 보강할 수 있을 뿐만 아니라 FRP바(B)에 아암(C1)을 견고하게 고정시킬 수 있다.

아울러, 보강재(10)가 설채될 경우 보강재(10)가 FRP(B)바의 강성을 보강하므로, FRP바(B)의 길이를 연장이나 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라 FRP바(B)에 적재되는 적재품의 하중을 증가시킬 수 있다.

아울러, 로드(11)로 이루어진 보강재(10)가 FRP바(B)에 내장된 상태로 너트(13)에 의해 장력이 조절되므로 FRP바(B)의 강성을 원하는 크기로 조절할 수 있으며, 보강재(10)가 FRP바(B)에 내장되므로 보강재(10)의 노출을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 FRP바(B)의 내부공간을 활용할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 FRP바(B)는 전술한 제조방법에 의해 제조되므로 동일한 규격으로 대량생산이 가능하다.

전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 동일 사상의 범주내에서 적절한 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있으므로, 이러한 형상 및 구조의 변형은 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1 : 롤 2 : 직조물
3 : 보호지 5 : 원장
5' : 상부성형물 5" : 하부성형물
8 : 고정금형 9 : 이동금형
B : FRP바

Claims (9)

1. 카본파이버나 글래스파이버 중 적어도 어느 하나의 강화섬유를 갖는 직조물로 이루어지고, 면상체의 형태로 에폭시레진에 함침되어 저온냉동됨에 따라 평면적 형상을 유지하면서 유연성을 갖는 원장을 준비하는 원장준비단계;
   상기 원장을 구조강도의 특성에 적합하게 적층하여 설정된 크기로 재단하는 원장재단단계;
   상기 재단된 원장을 금형에 투입하여 날개를 양측에 갖는 찬넬형태의 상부성형물 및 상기 상부성형물과 대응되는 하부성형물을 성형하는 성형물 성형단계;
   상기 상부성형물 및 하부성형물을 상기 금형에서 취출하는 성형물취출단계; 및
   상기 상부성형물 및 하부성형물을 형합하여 중공을 갖는 막대형태의 FRP바를 제조하는 바제조단계;를 포함하고,
   상기 FRP바의 일단을 마감재로 마감하는 마감단계;
   상기 FRP바의 타단측 중공으로 액상의 경화성 충전재를 충전하는 충전단계; 및
   상기 충전재가 충전된 상기 FRP바의 타단에 상기 커넥터를 삽입하여 경화되는 상기 충전재를 통해 커넥터를 FRP바의 타단에 결착시키는 커넥터결착단계;를 더 포함하는 FRP바 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 성형물성형단계는,
   상기 원장을 고정금형의 캐비티에 안착시키는 원장안착단계;
   상기 고정금형에 이동금형을 결합하여 상기 고정금형에 안착된 상기 원장을 가압하는 원장가압단계; 및
   상기 원장의 에폭시레진을 경화시키는 원장 경화단계;를 포함하는 FRP바 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 성형물성형단계는,
   상기 원장에 열기와 압력을 설정된 시간동안 제공하여 에폭시레진의 경화를 촉진시키는 경화촉진단계;를 더 포함하며,
   상기 이동금형의 가열온도는 100~150도이고, 상기 고정금형의 가열온도는 100~150도이며, 상기 이동금형의 압력은 20~50kgf/㎠이고, 상기 이동금형의 프레스시간은 5~45분인 것을 특징으로 하는 FRP바 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 바제조단계는,
   상기 상부성형물 및 하부성형물 중 적어도 어느 하나의 날개에 액상의 경화성 바인더를 도포하는 바인더제공단계;
   상기 상부성형물 및 하부성형물을 마주한 상태로 교합하여 상기 날개들을 서로 접합하는 접합단계; 및
   상기 바인더를 경화시켜서 상기 상부성형물 및 하부성형물을 일체화시키는 경화단계;를 포함하는 FRP바 제조방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥터는,
   상기 FRP바의 중공에 삽입되어 상기 충전재와 결착되는 아암; 및
   상기 아암의 단부에 일체로 형성되어 상기 FRP바의 타단을 차폐하는 플랜지;를 포함하며,
   상기 아암은,
   상기 충전재가 삽입된 상태로 경화되어 걸림상태로 충전재와 결착되는 홈형태의 결착수단;을 더 포함하는 FRP바 제조방법.
7. 카본파이버나 글래스파이버 중 적어도 어느 하나의 강화섬유를 갖는 직조물로 이루어지고, 면상체의 형태로 에폭시레진에 함침되어 저온냉동됨에 따라 평면적 형상을 유지하면서 유연성을 갖는 원장을 준비하는 원장준비단계;
   상기 원장을 구조강도의 특성에 적합하게 적층하여 설정된 크기로 재단하는 원장재단단계;
   상기 재단된 원장을 금형에 투입하여 날개를 양측에 갖는 찬넬형태의 상부성형물 및 상기 상부성형물과 대응되는 하부성형물을 성형하는 성형물 성형단계;
   상기 상부성형물 및 하부성형물을 상기 금형에서 취출하는 성형물취출단계; 및
   상기 상부성형물 및 하부성형물을 형합하여 중공을 갖는 막대형태의 FRP바를 제조하는 바제조단계;를 포함하고,
   상기 FRP바에 보강재를 설치하여 FRP바의 강성을 보강하는 강성보강단계;를 더 포함하는 FRP바 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 강성보강단계는,
   상기 FRP바의 강성을 보강하는 로드를 FRP바의 내부에 삽입하는 로드 삽입단계;
   상기 로드의 일단을 상기 FRP바의 일단부에 고정하는 일단 고정단계;
   상기 로드의 타단을 상기 FRP바의 타단부에 너트로 고정하는 타단고정단계; 및
   상기 너트를 조절하여 상기 로드의 장력을 조절하는 장력 조절단계;를 포함하는 FRP바 제조방법.
9. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 의한 FRP바 제조방법에 의해 제조되는 FRP바.

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