KR101281185B1 - 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법 - Google Patents

불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101281185B1
KR101281185B1 KR1020100048950A KR20100048950A KR101281185B1 KR 101281185 B1 KR101281185 B1 KR 101281185B1 KR 1020100048950 A KR1020100048950 A KR 1020100048950A KR 20100048950 A KR20100048950 A KR 20100048950A KR 101281185 B1 KR101281185 B1 KR 101281185B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
preform
dimensional
reinforcing material
guide plate
guide
Prior art date
Application number
KR1020100048950A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110129538A (ko
Inventor
변준형
곽명락
장정훈
이상복
이원오
엄문광
이상관
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020100048950A priority Critical patent/KR101281185B1/ko
Publication of KR20110129538A publication Critical patent/KR20110129538A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101281185B1 publication Critical patent/KR101281185B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/04—Punching, slitting or perforating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/14—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by a layer differing constitutionally or physically in different parts, e.g. denser near its faces
    • B32B5/147—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by a layer differing constitutionally or physically in different parts, e.g. denser near its faces by treatment of the layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/04—Punching, slitting or perforating
    • B32B2038/047—Perforating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/02—Cellular or porous
    • B32B2305/026—Porous

Abstract

본 발명에 의한 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼은, 다수 층으로 적층된 2차원 프리폼과, 상기 2차원 프리폼 내부 일측에 적층 방향으로 삽입된 다수의 강화재를 포함하여 구성되며, 상기 다수 강화재는 불연속적으로 이격 배치된다. 또한, 본 발명에 의한 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법은, 2차원 프리폼 및 강화재를 준비하는 재료준비단계와, 상기 2차원 프리폼을 다수 층으로 적층하는 프리폼적재단계와, 상기 적재된 2차원 프리폼의 두께 방향으로 다수 바늘을 이용하여 다수 구멍을 천공하는 피닝단계와, 상기 다수 구멍에 강화재를 삽입하는 강화재삽입단계로 이루어지며, 상기 프리폼적재단계, 피닝단계 및 강화재삽입단계는 순차적으로 다수회 실시됨을 특징으로 한다.

Description

불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법 {A method for manufacturing preform for composites having discontinuous reinforcements}
본 발명은 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직조된 2차원 프리폼을 적층하고, 교차하는 방향으로 로드(rod) 형태의 강화재를 삽입하는 과정을 다수회 교번 실시하여 복합재료용 프리폼 내부에 일정 길이를 가지는 강화재가 불연속적으로 평행하게 구비되도록 함으로써 두께 방향의 강도 및 강성이 향상되도록 한 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
복합재료(Composite material)란 두 가지 이상 구성물질의 혼합체로써 서로 화학적으로 구분되는 구성물질들이 각각의 특성을 유지한 채로 결합되어 있으면서 각 구성물질의 독특한 기계적, 물리적, 화학적 특성이 서로 상호 보완적으로 작용하여 개개의 구성물질이 분리 되어 있을 때 보다 좋은 특성을 얻고자 인위적으로 구성된 물질을 일컫는 것이다.
일반적으로 구조 재료용 복합재료의 구성물질은 기지와 강화재의 두 가지로 나눌 수 있다. 기지는 강화재를 서로 결합시키고 강화재를 외부로부터 보호하며 복합재료의 형태를 유지하게 하는 기능을 가지며, 또한 복합재료 내에서 연속적인 구조를 가지고 있다.
강화재는 외부응력을 지탱하여 복합재료가 기지에 비해 좋은 기계적 성질을 나타내게 하며 기지 내에 분산되어 있는 입자, 휘스커 또는 섬유 형태의 구성물질이다.
복합재료 중에서 탄소/탄소 복합재료는 열안정성과 열전도도 및 열충격에 대한 저항성이 우수하고, 초고온에서도 높은 강도 및 강성을 지니고 있어서 고온용 구조재로서 각광을 있다.
예컨대 항공기의 브레이크, 로케트 노즐, 재진입 비행체의 열차폐재 등 우주항공 산업분야에 널리 이용되고 있으며, 제조기술의 발전에 따라 생체 친화성이나 화학적 불활성 등의 특성을 이용하여 의료용 및 기타 일반 산업용으로도 점차 응용 분야가 확대되어 가고 있다.
이에 대한민국 특허 제0143614호에는 "핏치를 함침대로 한 다방향 탄소섬유 프리폼의 고밀도화 방법"이 개시되어 있다.
즉, 상기 특허에는 탄소섬유 프리폼을 탄소 기지물질로 고밀도화하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허에는 다방향 탄소섬유 프리폼을 핏치에 의한 액체함침법으로 고밀도화시켜 주되, 다방향 탄소섬유 프리폼에 수지를 함침, 경화 및 탄화한 후 핏치를 함침시켜 탄화하는 공정을 반복함으로써 탄소섬유 프리폼의 고밀도화를 이룰 수 있도록 하였다.
따라서, 프리폼 자체의 밀도를 높이기 보다는 프리폼에 함침 공정을 개선하여 복합재료의 밀도가 높아지도록 하는 기술이므로, 복합재료의 두께 방향 기계적 물성을 근본적으로 향상시키는데에는 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 직조된 2차원 프리폼을 적층하고, 2차원 프리폼의 적층 방향으로 강화재(rod)를 구비하여 강도 및 강성이 향상되도록 한 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 직조된 2차원 프리폼을 적층하고, 2차원 프리폼의 적층 방향에 대하여 교차하는 방향으로 강화재(rod)를 삽입하는 과정을 다수회 교번 실시하여 복합재료용 프리폼 내부에 일정 길이를 가지는 강화재가 불연속적으로 평행하게 구비되도록 함으로써 강도 및 강성이 향상되도록 한 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼은, 다수 층으로 적층된 2차원 프리폼과, 상기 2차원 프리폼 내부 일측에 적층 방향으로 삽입된 다수의 강화재를 포함하여 구성되며, 상기 다수 강화재는 불연속적으로 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수 강화재는 등간격으로 이격 배치됨을 특징으로 한다.
상기 2차원 프리폼은 카본직물이 적용되며, 상기 강화재는 카본 및 에폭시를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 다수 강화재는 길이 방향 연장선이 서로 평행한 것을 특징으로 한다.
상기 다수 강화재 각각은 복합재료용 프리폼의 높이보다 짧은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법은, 2차원 프리폼 및 강화재를 준비하는 재료준비단계와, 상기 2차원 프리폼을 다수 층으로 적층하는 프리폼적재단계와, 상기 적재된 2차원 프리폼의 두께 방향으로 다수 바늘을 이용하여 다수 구멍을 천공하는 피닝단계와, 상기 다수 구멍에 강화재를 삽입하는 강화재삽입단계로 이루어지며, 상기 프리폼적재단계, 피닝단계 및 강화재삽입단계는 순차적으로 다수회 실시됨을 특징으로 한다.
상기 프리폼적재단계 이전에는, 적재될 2차원 프리폼의 하측에 쿠션을 설치하는 쿠션설치단계가 실시됨을 특징으로 한다.
상기 프리폼적재단계는, 상기 2차원 프리폼을 적재하는 적재과정과, 적재된 2차원 프리폼의 상면에 다수 바늘의 삽입 위치를 안내하는 안내판을 안착하는 안내판안착과정과, 상기 2차원 프리폼 및 안내판을 가압하는 가압과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 안내판안착과정은, 상기 안내판에 형성되어 상기 바늘의 삽입 위치를 안내하는 안내구멍이 2차원 프리폼의 상측에 위치하도록 하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 안내판안착과정에서, 상기 안내판안착과정은, 서로 다른 위치에 안내구멍이 형성된 다수의 안내판 중 어느 하나를 안착하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 피닝단계는, 상기 프리폼적재단계, 피닝단계 및 강화재삽입단계를 순차적으로 다수회 실시할 때 전/후의 피닝단계에서 형성된 구멍에 대하여 다른 위치에 구멍을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.
삭제
상기 재료준비단계는, 카본직물인 2차원 프리폼과, 카본 및 에폭시를 포함하여 구성되는 강화재를 준비하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 피닝단계는, 상기 안내판에 형성된 안내구멍에 다수 바늘을 삽입하여 2차원 프리폼에 구멍을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 강화재삽입단계는, 상기 안내구멍에 강화재를 안착하는 강화재안착과정과, 상기 안내구멍에 안착된 강화재를 가압치구로 가압하여 2차원 프리폼 내부에 삽입하는 강화재삽입과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼은, 직조된 2차원 프리폼을 적층하고, 2차원 프리폼의 내부에는 적층 방향으로 다수의 강화재(rod)가 삽입되도록 구성된다.
따라서, 두께 방향 강도 및 강성이 향상된 복합재료용 프리폼의 제조가 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서는, 2차원 프리폼을 적층한 후 강화재가 삽입되어질 위치에 바늘을 삽입하여 구멍을 형성하고, 안내판 및 가압치구를 이용하여 적재된 2차원 프리폼 내부에 강화재의 삽입이 용이하도록 구성된다.
따라서, 강화재 삽입시에 부러짐 등의 파손이 미연에 방지되므로 높은 강도 및 강성을 갖는 복합재료용 프리폼의 제조가 가능한 이점이 있다.
뿐만 아니라, 불량율이 현저히 낮아지므로 생산성이 향상되며, 제조 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 복합재료용 프리폼의 외관 구성을 보인 사시도.
도 2 는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 내부 구성을 보인 종단면도.
도 3 은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4 는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 일단계인 프리폼적재단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도.
도 5 는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 일단계인 강화재삽입단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도.
도 6 은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 적재과정을 보인 종단면도.
도 7 은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 안내판안착과정을 보인 종단면도.
도 8 은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 안내판안착과정에 사용되는 안착판의 다양한 실시예의 구성을 보인 종단면도.
도 9 는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 피닝단계를 보인 종단면도.
도 10 은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 피닝단계에 사용되는 바늘조립체의 구성을 보인 종단면도.
도 11 은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 강화재안착과정을 보인 종단면도.
도 12 는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 강화재삽입단계에 사용되는 가압치구의 사용 상태를 보인 종단면도.
도 13 은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 강화재삽입과정을 보인 종단면도.
도 14 는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 강화재삽입과정 이후 가압치구가 제거된 상태를 보인 종단면도.
도 15 는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 강화재삽입과정 이후 적재과정을 재차 실시한 모습을 보인 종단면도.
도 16 은 도 15 이후 안내판안착과정이 실시된 모습을 보인 종단면도.
도 17 은 도 16 이후 피닝과정을 재차 실시한 모습을 보인 종단면도.
이하에서는 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 구성을 설명한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 복합재료용 프리폼의 외관 구성을 보인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 내부 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.
이들 도면과 같이, 상기 프리폼(10)은 직조된 다수의 2차원 프리폼(12)이 적층된 상태를 유지하며, 적층된 다수의 2차원 프리폼(12)의 적층방향으로는 강화재(14)가 삽입되어 있다.
상기 2차원 프리폼(12)은 카본직물이 적용되어 소정의 두께를 가지는 평면을 이룬다. 그리고, 상기 강화재(14)는 본 발명의 실시예에서 카본 및 에폭시를 포함하여 구성되어 상기 2차원 프리폼(12) 내부에 다수 개가 불연속적으로 삽입된 상태로 존재하게 된다.
상기 강화재(14)는 2차원 프리폼(12)의 적층 두께보다 짧게 구비되며, 서로 평행하게 다수로 구비된다. 그리고 상기 강화재(14)는 2차원 프리폼(12)의 면 방향으로 등간격 이격된 상태로 삽입된다.
따라서, 상기 강화재(14)는 평면 방향으로 기계적 강도를 가질 수 있는 2차원 프리폼(12)에 적층 방향의 강도를 부가하여 복합재료용 프리폼(10)의 기계적 강도 및 강성을 향상시킬 수 있게 된다.
보다 구체적으로는, 상기 2차원 프리폼(12)은 하측에서 상방향으로 다수층이 적층되며, 이때 완성하고자 하는 복합재료용 프리폼(10)의 최종 높이만큼 쌓는 것이 아니라, 일부 높이만큼만 적재하게 된다.
그리고, 이렇게 일정 높이만큼만 적재된 2차원 프리폼(12)을 관통하여 강화재(14)가 삽입된다.
그리고, 상기 강화재(14)가 삽입된 소정 높이의 2차원 프리폼(12) 상측에는 강화재(14)가 삽입되지 않은 2차원 프리폼(12)을 소정 높이만큼 다시 쌓고, 강화재(14)를 삽입하는 과정을 순차적으로 반복함으로써 상기 복합재료용 프리폼(10)의 제조가 완료된다.
이때, 상기 강화재(14)는 하측에 위치한 강화재(14)와 상측에 위치한 강화재(14)가 불연속적으로 이격 배치되며, 각각의 강화재(14) 연장선은 서로 평행하도록 구성된다.
따라서, 상기 강화재(14)는 복합재료용 프리폼(10)의 내부에 짧은 길이로 다수개 박혀 있는 상태를 유지하게 된다.
이하 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 복합재료용 프리폼(10)의 제조방법을 설명한다.
도 3에는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 일단계인 프리폼적재단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있으며, 도 5에는 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 일단계인 강화재삽입단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.
먼저 도 3과 같이, 상기 복합재료용 프리폼(10)을 제조하기 위한 과정을 개략적으로 설명하면, 2차원 프리폼(12) 및 강화재(14)를 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 2차원 프리폼(12)을 다수 층으로 적층하는 프리폼적재단계(S200)와, 상기 적재된 2차원 프리폼(12)의 두께 방향으로 다수 바늘(164)을 이용하여 다수 구멍을 천공하는 피닝단계(S300)와, 상기 다수 구멍에 강화재(14)를 삽입하는 강화재삽입단계(S400)로 이루어지며, 전술한 바와 같이 상기 프리폼적재단계(S200), 피닝단계(S300), 강화재삽입단계(S400)는 순차적으로 다수회 실시된다.
상기 각각의 단계를 세부적으로 살펴보면, 상기 재료준비단계(S100)는 전술한 2차원 프리폼(12)과 강화재(14)를 다수 구비하는 과정으로, 상기 강화재(14)는 프리폼적재단계(S200) 실시시에 적층될 소정의 높이의 2차원 프리폼(10)의 높이보다 길게 구비되며, 상기 2차원 프리폼(12)은 일정 크기를 갖도록 구비된다.
본 발명의 실시예에서는 가로 100㎜ × 세로 100㎜ 의 크기를 가지는 카본직물을 사용하였다.
상기 재료준비단계(S100) 이후에는 프리폼적재단계(S200)가 실시된다. 상기 프리폼적재단계(S200)부터는 적재되는 2차원 프리폼(12)의 안정적인 적재, 피닝, 및 강화재(14) 삽입을 위해 공구가 사용되었다.
상기 프리폼적재단계(S200)는 2차원 프리폼(12)을 다수 층으로 적층하여 소정의 두께를 갖는 3차원 형상을 만드는 과정으로, 상기 프리폼적재단계(S200)에서 제일 먼저 적재된 최하측의 2차원 프리폼(12)은 복합재료용 프리폼(10)의 하부 외형을 이루게 된다.
따라서, 상기 프리폼적재단계(S200)는 다수의 과정을 통해 완성된다. 즉, 상기 프리폼적재단계(S200)는 도 4와 같이, 상기 2차원 프리폼(12)을 적재하는 적재과정(S220)과, 적재된 2차원 프리폼(12)의 상면에 다수의 바늘(164) 및 강화재(14)의 삽입 위치를 안내하는 안내판(도 7의 도면부호 140)을 안착하는 안내판안착과정(S240)과, 상기 2차원 프리폼(12) 및 안내판(140)을 가압하는 가압과정(S260)으로 이루어진다.
이하 상기 프리폼적재단계(S200)의 세부 과정을 상기 공구의 구성 및 작용과 더불어 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 적재과정을 보인 종단면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 복합재료용 프리폼의 제조방법에서 안내판안착과정을 보인 종단면도이다.
먼저, 상기 프리폼적재과정(S220)은 공구의 하부에 구비된 베이스블럭(110) 상측에 2차원 프리폼(12)을 적재하는 과정으로, 상기 베이스블럭(110) 상면에는 쿠션(120)이 안착된다.
상기 쿠션(120)은 피닝단계(S300)와 강화재삽입단계(S400)를 실시하는 중에 바늘(164) 및 강화재(14)의 파손을 방지하기 위한 구성이다.
따라서, 상기 쿠션(120)은 소정의 탄성복원력을 가지는 재질로 구성될 수도 있으며, 필요에 따라서는 첨부된 도 6과 같이 상기 바늘(164) 및 강화재(14)와 접촉시에 단부의 파손이 방지될 수 있도록 도피홈(122)을 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 쿠션(120)은 베이스블럭(110)의 상면에서 움직임이 제한될 수 있도록 안착된다. 이를 위해 상기 베이스블럭(110)의 테두리부에는 가이드포스트(130)가 구비된다. 상기 가이드포스트(130)는 쿠션(120)의 테두리부를 관통하도록 상방향으로 직립되게 구비된 것으로, 상기 가이드포스트(130)의 하부는 베이스블럭(110)에 삽입 및 고정된다.
따라서, 상기 가이드포스트(130)에 의해 관통되어진 쿠션(120)은 베이스블럭(110)에 안착된 후에는 움직임이 제한된다.
상기 베이스블럭(110)에 쿠션(120)이 안착된 이후 도 6과 같이 상기 프리폼적재과정(S220)을 실시하게 된다. 이때, 상기 2차원 프리폼(12)은 쿠션(120)의 상면에서 상방향으로 적층된다.
상기와 같이 상기 쿠션(120)은 프리폼적재과정(S220) 이전에 선택적으로 설치되므로, 상기 프리폼적재단계(S200) 이전에는 쿠션설치단계(S150)가 실시될 수 있다.
상기 프리폼적재과정(S220) 이후에는 안내판안착과정(S240)이 실시된다. 상기 안내판안착과정(S240)은 도 7과 같이 소정의 두께를 갖도록 구성되어 하방향으로 눌러짐으로써 상기 적층된 2차원 프리폼(12)의 형태가 흐트러지지 않도록 하는 안내판(140)을 2차원 프리폼(12)의 상면에 안착하는 과정이다.
상기 안내판(140)의 구성을 살펴보면, 상기 안내판(140)은 소정의 두께를 가지는 판 형상을 가지며, 테두리부에는 상기 가이드포스트(130)가 관통할 수 있도록 천공된다.
그리고, 상기 안내판(140)의 내측에는 상/하 방향으로 안내구멍(142)이 다수 천공된다.
상기 안내구멍(142)은 바늘(164) 및 강화재(14)가 삽입되는 곳으로, 상기 도피홈(122)과 대응되는 위치에서 대응되는 개수만큼 천공 형성되며, 등간격으로 이격 형성된다.
따라서, 상기 안내구멍(142)을 통해 바늘(164) 및 강화재(14)가 삽입됨으로써 상기 강화재(14)는 2차원 프리폼(12)의 적층 방향으로 삽입 가능하게 된다.
한편, 상기 안내판(140)은 도 8과 같이 다수로 구비된다. 즉, 도 8의 평면도와 같이 상기 안내판(140)은 바늘(164)의 삽입 위치를 안내하기 위한 구성으로서, 상기 안내구멍(142)는 다수의 안내판(140)을 겹쳐 놓았을 때 동일한 직선상에 놓이지 않도록 평행하게 천공 형성된다.
따라서, 상기 복합재료용 프리폼(10) 내부에는 층별로 등간격 이격된 강화재(14)가 서로 엇갈리게 삽입될 수 있도록 안내하게 된다.
이러한 강화재(14)의 엇갈린 배치를 위해 상기 안내판(140)은 다수로 구비된다.
상기 다수 안내판(140)은 외형 크기 및 형상은 동일하나 바늘(164)의 삽입 위치를 안내하는 안내구멍(142)의 위치는 서로 상이함이 바람직하다.
따라서, 상기 프리폼적재단계(S200), 피닝단계(S300) 및 강화재삽입단계(S400)를 순차적으로 다수회 실시할 때 다수의 안내판(140)은 서로 교번하여 사용됨으로써 강화재(14)의 배치를 서로 다르게 실시할 수 있게 된다.
상기 안내판안착과정(S240) 이후에는 상기 안내판(140) 및 2차원 프리폼(12)의 움직임이 제한되도록 하는 가압과정(S260)이 실시된다.
상기 가압과정(S260)은 안내판(140)을 하방향으로 눌러 2차원 프리폼(12)을 가압함으로써 상기 피닝단계(S300) 및 강화재삽입단계(S400) 중 2차원 프리폼(12)이 안정된 상태로 고정되도록 하는 과정이다.
이를 위해 상기 안내판(140) 상측에는 펀치(도시되지 않음)를 구비하여 선택적인 가압이 이루어질 수 있도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 가압과정(S260)이 완료되어 안내판(140)에 가해진 압력이 해지될 때 상기 2차원 프리폼(12)이 원래 부피(가압되지 않은 상태의 부피)로 회복되지 않도록 고정부재(도 7의 도면부호 150)를 사용할 수 있다.
상기 고정부재(150)는 안내판(140)의 상방향 복원을 방지하기 위한 구성으로 다양하게 변경 실시가 가능하며, 예컨대 상기 가이드포스트(130)의 외면과 나사 체결하기 위한 너트 등이 적용될 수도 있다.
상기와 같은 다수 과정에 의해 프리폼적재단계(S200)가 완료되면, 이후 피닝단계(S300)가 실시된다.
상기 피닝단계(S300)는 도 10에 도시된 바늘조립체(160)를 이용하여 상기 2차원 프리폼(12)의 두께 방향으로 구멍을 천공하는 과정이다.
상기 바늘조립체(160)는 소정의 두께를 가지는 판형상의 바늘홀더(162)와, 상기 바늘홀더(162)에 끼움 결합된 다수의 바늘(164)을 포함하여 구성되며, 상기 바늘홀더(162)의 테두리부에는 상기 가이드포스트(130)가 삽입될 수 있도록 한 위치결정홀(166)이 천공 형성되어 있다.
따라서, 상기 바늘(164)은 안내구멍(142)에 맞추어져 하방향으로 삽입시에 도 9와 같이 도피홈(122)의 내측에 바늘(164)의 하단부가 위치할 수 있다.
한편, 상기 바늘조립체(160)는 안내판(140)과 같이 다수로 구비된다. 즉, 상기 안내판(140)은 서로 다른 위치에 안내구멍(142)이 형성된 다수로 구비되며, 이에 대응하여 상기 바늘조립체(160)는 도 10과 같이 서로 다른 위치에 바늘(162)이 등간격으로 구비되도록 한 다수로 구성된다.
따라서, 상기 안내판(140)과 바늘조립체(160)은 한 쌍씩 짝지워져 사용된다.
상기와 같이 다수 2차원 프리폼(12) 내측에 다수 바늘(164)을 삽입하여 구멍을 형성한 후에는 바늘조립체(160)를 상방향으로 들어올려 2차원 프리폼(12)으로부터 분리하게 된다.
이때 상기 안내판(140)은 바늘(164)이 들어올려질 때 2차원 프리폼(12)에 대하여 발생하는 마찰력을 견딤으로써 상기 2차원 프리폼(12)의 흐트러짐을 방지하는 역할도 동시에 수행하게 된다.
상기와 같은 과정에 따라 피닝단계(S300)는 완료되며, 이후 강화재삽입단계(S400)가 실시된다. 상기 강화재삽입단계(S400)는 피닝단계(S300)에서 2차원 프리폼(12)의 내부에 형성된 구멍 내부에 강화재(14)를 삽입하는 과정으로, 다수 과정으로 이루어진다.
즉, 상기 강화재삽입단계(S400)는 상기 안내구멍(142)에 강화재(14)를 안착하는 강화재안착과정(S420)과, 상기 안내구멍(142)에 안착된 강화재(14)를 가압치구(170)로 가압하여 2차원 프리폼(12) 내부에 삽입하는 강화재삽입과정(S440)으로 이루어진다.
상기 강화재안착과정(S420)에서 강화재(14)는 첨부된 도 11과 같이 안내구멍(142)을 통해 2차원 프리폼(12) 내부에 일부가 삽입된 상태가 되며, 이때 상기 강화재(14)의 하부는 2차원 프리폼(12)과의 마찰력에 의해 하방향으로 삽입이 용이하지 않다.
따라서, 상기 강화재안착과정(S420) 이후에는 가압치구(170)를 이용한 강화재삽입과정(S440)이 요구된다.
상기 가압치구(170)는 첨부된 도 12와 같이 가이드포스트(130)를 따라 안내되어 상/하 방향으로 이동 가능한 몸체(172)와, 상기 몸체(172)의 두께 방향으로 삽입 고정되고, 하방향으로 돌출된 가압부(174)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 가압치구(170)는 전술한 바늘조립체(160) 및 안내판(140)과 같이 서로 다른 위치에 가압부(174)가 구비된 다수로 구성된다.
따라서, 상기 바늘조립체(160)와 안내판(140) 및 가압치구(170)는 한 세트씩 묶어 순차적으로 사용된다.
상기와 같이 구성되는 가압치구(170)는 첨부된 도 12와 같은 상태에서 하방향으로 이동하게 되면, 안내구멍(142)을 따라 흔들리지 않은 상태로 지지되어 하방향으로 삽입되며, 상기 가압부(174)는 하방향으로 이동하여 도 13과 같이 강화재(14)에 하방향 힘을 제공하게 되며, 이때 상기 강화재(174)의 하단부는 강화재(14)의 상단부와 접촉한 상태로 하방향으로 밀어내리게 된다.(도 13 참조)
상기 강화재삽입과정(S440)이 완료되면, 상기 가압치구(170)는 도 14와 같이 가이드포스트(130)로부터 제거되어 도 14와 같은 상태가 되며, 상기 강화재(14)는 2차원 프리폼(12) 내부에 삽입된 상태를 유지하게 된다.
이후 상기 프리폼적재단계(S200)와 피닝단계(S300) 및 강화재삽입단계(S400)를 순차적으로 실시하게 된다.
즉, 상기 강화재삽입단계(S400)가 완료되어 소정의 높이만큼 적재되고 내부에 강화재(14)가 삽입된 2차원 프리폼(12)은 상측에 2차원 프리폼(12)이 추가적으로 적재되고, 추가적으로 적재된 2차원 프리폼(12)에는 또 다른 강화재(14)가 삽입되는 과정을 순차적으로 반복하게 된다.
따라서, 상기 프리폼적재단계(S200)와 피닝단계(S300) 및 강화재삽입단계(S400)를 순차적으로 재실시하기 전에는, 도 14와 같은 상태에서 안내판(140)을 제거한 후에 도 15와 같이 2차원 프리폼(12)을 적재하게 된다(적재과정:S220).
상기 적재과정(S220) 이후에는 안내판안착과정(S240)이 실시되는데, 이번에 실시되는 안내판안착과정(S240)에서는 앞서 사용된 안내판(140)과는 서로 다른 위치에 안내구멍(142)이 형성된 안내판(140)을 사용하게 된다.
이것은, 새롭게 적층된 2차원 프리폼(12)과 앞서 강화재(14)가 삽입되어 있는 하측의 2차원 프리폼(12)에 있어서 서로 다른 위치에 강화재(14)가 삽입될 수 있도록 하기 위함이다.
그리고, 전술한 바와 같이, 상기 안내판(140)이 교번하여 사용됨에 따라, 상기 바늘조립체(160) 및 가압치구(170) 역시 앞서 사용되지 않은 것으로 사용되어야 함이 바람직하다.
상기와 같은 과정에 따라 제조된 복합재료용 프리폼(10)은 첨부된 도 2와 같은 내부 구조를 가지게 된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어 본 발명의 실시예에서, 강화재는 에폭시와 카본을 포함하여 구성되도록 하였으나, 2차원 프리폼의 적층 방향으로 강도를 개선할 수 있는 범위 내에서 에폭시가 함침된 유리섬유를 적용해도 무방하며, 다양한 변경 실시가 가능함은 자명이다.
10. 복합재료용 프리폼 12. 2차원 프리폼
14. 강화재 110. 베이스블럭
120. 쿠션 122. 도피홈
130. 가이드포스트 140. 안내판
142. 안내구멍 150. 고정부재
160. 바늘조립체 162. 바늘홀더
164. 바늘 166. 위치결정홀
170. 가입치구 172. 몸체
174. 가압부 S100. 재료준비단계
S150. 쿠션설치단계 S200. 프리폼적재단계
S220. 적재과정 S240. 안내판안착과정
S260. 가압과정 S300. 피닝단계
S400. 강화재삽입단계 S420. 강화재안착과정
S440. 강화재삽입과정

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 카본직물로 이루어진 다수의 2차원 프리폼과, 카본 및 에폭시를 포함하여 구성되고 일정한 길이를 갖는 다수의 강화재를 준비하는 재료준비단계와; 적재될 2차원 프리폼의 하측에 쿠션을 설치하는 쿠션설치단계와; 상기 2차원 프리폼을 적재하는 적재과정과, 2차원 프리폼의 상면에 다수 바늘의 삽입 위치를 안내하기 위한 안내구멍이 서로 상이한 위치에 형성된 다수의 안내판 중 어느 하나의 안내판을 안착하는 안내판안착과정과, 상기 2차원 프리폼 및 안내판을 가압하는 가압과정으로 이루어져 다수 2차원 프리폼을 적층하는 프리폼적재단계와; 상기 안내판에 형성된 안내구멍에 다수 바늘을 삽입하여 2차원 프리폼의 두께 방향에 대하여 평행한 다수의 일직선상에 다수 구멍을 천공하는 피닝단계와; 상기 다수 구멍에 강화재를 삽입하는 강화재삽입단계로 이루어지고,
    상기 프리폼적재단계, 피닝단계 및 강화재삽입단계는 다수회 순차 실시되며,
    상기 피닝단계는,
    앞서 실시된 피닝단계에서 형성된 구멍과 상이한 위치에 상기 프리폼적재단계에서 적재된 2차원 프리폼의 두께보다 깊은 구멍을 적재 방향에 평행하게 형성하는 과정임을 특징으로 하는 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 안내판안착과정은,
    상기 안내판에 형성되어 상기 바늘의 삽입 위치를 안내하는 안내구멍이 2차원 프리폼의 상측에 위치하도록 하는 과정임을 특징으로 하는 복합재료용 프리폼의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 강화재삽입단계는,
    상기 안내구멍에 강화재를 안착하는 강화재안착과정과,
    상기 안내구멍에 안착된 강화재를 가압치구로 가압하여 2차원 프리폼 내부에 삽입하는 강화재삽입과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법.
KR1020100048950A 2010-05-26 2010-05-26 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법 KR101281185B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100048950A KR101281185B1 (ko) 2010-05-26 2010-05-26 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100048950A KR101281185B1 (ko) 2010-05-26 2010-05-26 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110129538A KR20110129538A (ko) 2011-12-02
KR101281185B1 true KR101281185B1 (ko) 2013-07-02

Family

ID=45498636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100048950A KR101281185B1 (ko) 2010-05-26 2010-05-26 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101281185B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180114805A (ko) 2017-04-11 2018-10-19 (주)넥스컴스 레진 함침을 동시에 수행하는 프리폼 직조장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101394955B1 (ko) * 2012-09-07 2014-05-14 경상대학교산학협력단 Ｚ-피닝 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002180356A (ja) 2000-12-11 2002-06-26 Toyota Industries Corp 三次元繊維構造体
JP2004009601A (ja) 2002-06-07 2004-01-15 Toyota Motor Corp 繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法
JP2005205902A (ja) 2003-12-22 2005-08-04 General Electric Co <Ge> 向上した層強度を有するセラミックマトリックス複合材及びそのための方法
JP2006142819A (ja) 2004-10-22 2006-06-08 Toray Ind Inc 強化繊維積層体、プリフォーム、ｆｒｐ、強化繊維積層体の製造方法およびその製造装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002180356A (ja) 2000-12-11 2002-06-26 Toyota Industries Corp 三次元繊維構造体
JP2004009601A (ja) 2002-06-07 2004-01-15 Toyota Motor Corp 繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法
JP2005205902A (ja) 2003-12-22 2005-08-04 General Electric Co <Ge> 向上した層強度を有するセラミックマトリックス複合材及びそのための方法
JP2006142819A (ja) 2004-10-22 2006-06-08 Toray Ind Inc 強化繊維積層体、プリフォーム、ｆｒｐ、強化繊維積層体の製造方法およびその製造装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180114805A (ko) 2017-04-11 2018-10-19 (주)넥스컴스 레진 함침을 동시에 수행하는 프리폼 직조장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110129538A (ko) 2011-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8771445B2 (en) Method for producing single-or multi-layered fiber preforms by the TFP process
RU2499672C2 (ru) Композитная панель с перфорированным внутренним слоем, а также устройство и способ изготовления такой панели
US20100104819A1 (en) Interwoven sandwich panel structures and related method thereof
US9212437B2 (en) One-piece fiber reinforcement for a reinforced polymer combining aligned and random fiber layers
US7891096B2 (en) Method for reinforcing a foam material as well as a sandwich component
US11072432B2 (en) Method for manufacturing a part made of a composite material comprising at least one portion forming a force-insertion portion or local thickened portion
EP3147108A1 (en) Carbon fiber composite material
Hassanzadeh et al. Mechanical characterization of innovative 3D multi-cell thermoset composites produced with weft-knitted spacer fabrics
KR101281185B1 (ko) 불연속 강화재가 구비된 복합재료용 프리폼의 제조방법
EP3225872A1 (en) Impact-absorbing material and method for producing impact-absorbing material
US20190106159A1 (en) Fiber-Reinforced Plastic Component and Method for Producing Same
KR101931030B1 (ko) 두께 방향의 섬유가 보강된 탄소섬유 복합재료 및 그 제조 방법
CA2537651A1 (en) Force-introduction point in core composites and method for producing said point using reinforcement elements that traverse the thickness of the core composite
JPH0568876A (ja) 質量移動及び熱交換プロセス用耐食耐熱性規則的充填物
US10023141B2 (en) Energy-absorbing member
JP2019098743A (ja) 複合材部品を製造する方法
KR101229626B1 (ko) 초음파 피닝 장치 및 방법
JP2007152672A (ja) ３次元繊維強化樹脂複合材及び３次元織物
KR101836584B1 (ko) 관통홀이 형성된 복합재 및 제조방법
US7520037B2 (en) Method of producing a fibrous preform
TW202229680A (zh) 三維纖維預型體編織方法
KR102079564B1 (ko) 적층형 격자패널 및 이의 제조방법
JP4795579B2 (ja) 高密度繊維構造体の製造方法
JP4656564B2 (ja) 三次元繊維構造体の製造方法
RU2712607C1 (ru) Способ формирования 3D каркаса многомерно армированного углеродного композиционного материала и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160324

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170324

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190311

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 8