KR101387394B1 - Method for making composite hollow structures and metallic mould the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합재 중공구조물 제조방법 및 그 금형에 관한 것으로서, 그 제조방법은 금형(10) 내에 프리프레그(20)를 배치하고 이 프리프레그(20) 내측에 튜브(30)를 배치한 후 튜브(30) 내에 공기압을 가하는 동시에 프리프레그(20)에 열을 가하면서 프리프레그(20)를 압축 성형하여 소정의 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 복합재 중공구조물 제조방법에 있어서, 상기 프리프레그(20)의 압축 성형시 이들에 함침되어 있다가 가압에 의해 프리프레그(20) 외부로 밀려나오는 수지를 이 프리프레그(20) 외형을 감싸고 있는 금형(10) 외부로 배출시키기 위한 수지배출수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다. 따라서, 프리프레그의 압축 성형시 이들에 함침되어 있는 필요 이상의 수지를 튜브의 가압에 의해 외부로 배출시켜 복합재료의 물성을 좌우하는 섬유체적비를 높일 수 있음은 물론 수지의 경화과정에서 발생하는 기포(void) 및 레진트랩에 수집되어 있는 수지를 별도의 진공수단을 통해 제거하여 더 향상된 물성을 갖도록 함으로써, 기존의 오토클레이브 성형법으로 제작된 제품에 준하는 제품을 공정이 좀 더 간단하고 생산성이 높으며 생산가격이 낮은 에어팽창 몰딩방법으로 구현할 수 있게 됨은 물론 이에 더해 금형 내부에 테프론 코팅을 수행하여 성형 후에도 수지가 잘 떨어지도록 하여 결과적으로 제품의 품질 및 신뢰성이 향상되며 그 제품 경쟁력도 뛰어나게 되는 등의 효과를 얻는다.The present invention relates to a method for manufacturing a composite hollow structure and a mold thereof, wherein the manufacturing method includes arranging a prepreg 20 in a mold 10 and arranging a tube 30 inside the prepreg 20, and then a tube ( 30. In the method of manufacturing a composite hollow structure for compressing the prepreg 20 while applying heat to the prepreg 20 while applying air pressure in the composite hollow structure to produce a predetermined composite hollow structure, the prepreg 20 It is further provided with a resin discharge means for discharging the resin impregnated in these during compression molding and pushed out of the prepreg 20 by pressure to the outside of the mold 10 surrounding the outer shape of the prepreg 20. It features. Accordingly, by compressing the prepreg, more than the resin impregnated in the prepreg can be discharged to the outside by pressurization of the tube to increase the fiber volume ratio which influences the physical properties of the composite material, as well as bubbles generated during the curing process of the resin ( void) and resin trapped in resin traps are removed by separate vacuum means to have more improved physical properties, so that the process comparable to the products manufactured by the existing autoclave molding method is simpler, more productive, and more productive. In addition to the low air expansion molding method, the Teflon coating can be applied to the inside of the mold to reduce the resin after molding, resulting in improved product quality and reliability and superior product competitiveness. Get

Description

복합재 중공구조물 제조방법 및 그 금형{Method for making composite hollow structures and metallic mould the same}Method for making composite hollow structures and metallic mold the same

본 발명은 복합재 중공구조물 제조방법 및 그 금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금형내에 배치(단층 또는 적층)되어 있는 프리프레그의 압축 성형시 이들에 함침되어 있는 필요 이상의 수지를 튜브의 가압에 의해 외부로 적절량 배출시켜 기본적으로 복합재료의 물성을 좌우하는 섬유체적비를 높일 수 있음은 물론 수지의 경화과정에서 발생하는 기포(void) 및 레진트랩에 수집되어 있는 수지를 별도의 진공수단을 통해 제거하여 더 향상된 물성을 갖도록 함으로써, 기존의 오토클레이브 성형법으로 제작된 제품에 준하는 제품을 공정이 좀 더 간단하고 생산성이 높으며 생산가격이 낮은 에어팽창 몰딩방법으로 구현할 수 있게 됨은 물론 이에 더해 금형 내부에 테프론 코팅을 수행하여 성형 후에도 수지가 잘 떨어지도록 하여 결과적으로 제품의 품질 및 신뢰성이 향상되며 그 제품 경쟁력도 뛰어나게 되는 복합재 중공구조물 제조방법 및 그 금형에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a composite hollow structure and a mold thereof, and more particularly, to extrude more than necessary resin impregnated in a prepreg disposed in a mold (single layer or laminated) by pressurization of a tube. By discharging the appropriate amount, it is possible to increase the volume ratio of fiber, which basically determines the physical properties of the composite material, and also removes the resin collected in the voids and resin traps generated during curing of the resin through separate vacuum means. By further improving the physical properties, products similar to those manufactured by the conventional autoclave molding method can be realized by a simpler, more productive, low-cost air expansion molding method, as well as Teflon coating inside the mold. To ensure that the resin drops well after molding, and as a result, The present invention relates to a method of manufacturing a composite hollow structure and a mold, in which quality and reliability are improved and product competitiveness is also excellent.

일반적으로 프리프레그(prepreg)는 결합제를 강화섬유에 미리 함침시킨 시트 형태의 제품으로 복합재료 제품의 중간 재료로서, 강화섬유는 주로 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등이 이용되고 있으며, 결합제로는 에폭시수지, 폴리에스테르수지, 열가소성수지 등이 사용되고 있다.In general, prepreg is a sheet-type product in which a binder is impregnated with a reinforcing fiber in advance, and is an intermediate material of a composite material. Reinforcing fibers are mainly carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, and the like. Epoxy resins, polyester resins and thermoplastic resins are used.

그리고, 프리프레그는 섬유의 종류, 섬유의 배열형태, 사용된 결합제의 종류에 따라 다양한 제품군을 형성하며, 프리프레그를 이용하여 생산된 복합재로는 타 재료에 비해 강도, 강성도, 내식성, 피로수명, 내충격성 등의 다양한 특성을 개선할 수 있게 되므로 최근에는 우주항공산업, 일반산업, 스포츠, 레저용품 등의 생산에 다양하게 이용되고 있다.The prepreg forms various products according to the type of fiber, the arrangement of the fiber, and the type of binder used, and the composite produced using the prepreg has strength, stiffness, corrosion resistance, fatigue life, fatigue life, Since various properties such as impact resistance can be improved, it has recently been widely used in the production of aerospace, general industry, sports, and leisure goods.

이러한 프리프레그를 이용하여 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 종래 기술의 다양한 예들을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the various examples of the prior art for producing a composite hollow structure using such a prepreg as follows.

우선, 오토클레이브(autoclave) 성형법은 프리프레그를 여러 겹 몰드에 적층한 후 진공백으로 제품 표면을 포장하여 외부와 차단시킨 다음, 진공백 외부에서는 기체의 압력이 가해지고 내부에서는 외부 진공 펌프에 의해 진공상태를 유지시켜, 제품의 내부에 함침되어 있는 수지에서 발생되는 휘발성분을 제거하여 프리프레그 각 층간의 틈이 없어지고 접합을 완전하게 할 수 있도록 하는 것이다. First, the autoclave forming method is to laminate the prepreg in several molds, wrap the surface of the product with a vacuum bag, block it from the outside, pressurize the gas outside the vacuum bag, and then use an external vacuum pump inside. By maintaining the vacuum state, the volatiles generated from the resin impregnated inside the product are removed to eliminate the gap between the layers of the prepreg and to complete the bonding.

또한, 필라멘트 와인딩 성형법은 섬유강화재를 수지혼합물에 통과시킨 후 젖은 상태로 회전하는 원통형의 맨드렐에 연속적으로 감음으로써 성형이 진행되는 방법으로, 파이프나 실린더 같이 속이 빈 형태의 제품을 만들 때 사용되며, 6m 직경의 저장탱크로부터 2.5m 직경의 모터 등에 이르기까지 다양한 크기의 제품에 적용이 가능하고, 필라멘트운동 방식과 감기는 각도, 맨드렐의 좌우, 회전운동이 잘 조절되어야 하고, 균일한 두께의 제품과 대량 생산이 가능하며, 섬유를 성형한 다음 오토클레이브나 Hot press를 이용하여 모형을 성형하는 것이다.In addition, the filament winding forming method is a method in which molding is performed by continuously winding a fiber reinforcement material through a resin mixture and then winding it in a cylindrical mandrel rotating in a wet state, and is used to make a hollow product such as a pipe or a cylinder. It can be applied to various sizes of products, ranging from 6m diameter storage tanks to 2.5m diameter motors. Production and mass production are possible, and the fibers are molded and then molded using autoclaves or hot presses.

그리고, 열팽창 몰딩법은 프리프레그를 금형 사이에 배치시키고 수지의 변형 온도 이상에서 실리콘 블록(silicon block)을 팽창시켜 압축 성형되도록 하는 방법으로, 수지를 미리 예열된 일정한 형태의 금형에 투입하고 고온, 고압으로 압축하여 제품을 생산하는 공정으로 짧은 시간에 복잡한 형상의 제품을 만들 수 있는 장점이 있다.In addition, the thermal expansion molding method is a method in which the prepreg is placed between the molds and the silicon block is expanded by compression molding at a temperature higher than the deformation temperature of the resin. The process of producing products by compression at high pressure has the advantage of making complex shaped products in a short time.

그리고, 이와 유사한 에어팽창 몰딩방법은, 도 1에서 나타낸 것과 같이, 시트를 금형(2) 사이에 위치시키고 금형(2)에 히터(Heater) 또는 핫플레이트(hot plate)를 이용하여 열을 가하는 방식으로, 일정 온도가 가해지면 안에 있는 튜브(tube)(4)가 팽창되면서 프리프레그(시트)(6)를 가압하는 방식의 공기압을 이용한 성형방법이다.In a similar air expansion molding method, a sheet is placed between molds 2 and heat is applied to the molds 2 using a heater or a hot plate. As a result, when a predetermined temperature is applied, the tube 4 is expanded and the prepreg 6 is pressurized to pressurize the prepreg 6.

또는, 도 2에서와 같이, 가열에 의한 공기 팽창 이외에도 직접 공기를 튜브에 가압하여 팽창시키도록 할 수도 있는데, 프리프레그(6)를 멘드렐(8)을 이용하여 사각 튜브 모양으로 감아 미리 예열된 금형(2)에 넣은 후, 금형을 닫고 멘드렐(에어튜브)(8)을 팽창시켜 프리프레그(6)를 가압한 다음 완전히 굳어지면 안에 있던 멘드렐(8)을 제거하여 성형을 완성하는 것이다.Alternatively, as shown in FIG. 2, in addition to air expansion by heating, the air may be directly pressurized to expand the tube. The prepreg 6 is wound in a square tube shape using a mandrel 8 to be preheated. After inserting into the mold (2), the mold is closed, the mandrel (air tube) (8) is expanded to press the prepreg (6), and once completely hardened to remove the mandrel (8) inside to complete the molding .

한편, 이러한 공기팽창 몰딩방법에 대한 기존의 출원 사례를 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, looking at the case of the existing application for the air expansion molding method as follows.

우선, 대한민국 출원 제1994-0021050호의 2형 몰드를 사용한 원통 형상의 복합재료 구조물의 제조방법은 2형 몰드를 사용하여 하형에 프리프레그를 적층하고 그 부분을 고정한 후 나일론 블래더를 통한 가압에 의하여 팽창시켜 경화시키는 성형제조법이다.First, the method of manufacturing a cylindrical composite structure using a two-type mold of the Republic of Korea Application No. 194-0021050 by laminating the prepreg to the lower mold using a two-type mold and fixing the portion thereof by pressing through a nylon bladder It is a molding production method which expands and hardens.

또한, 대한민국 출원 제1992-0008038호의 복합재료로 자전거 차체와 그 성형법은 주사형의 공기 주입기를 금형에 설치된 구멍을 통해 삽입하여 복합 재료층, 밀폐된 튜브, 튜브내부의 씰링을 관통시켜 내부에 압축공기를 공급함으로써 외부 금형에 밀착 경화되도록 하는 제작방법이다.In addition, as a composite material of the Republic of Korea Application No. 1992-0008038, the bicycle body and its molding method is inserted into the injection-type air injector through the hole installed in the mold to penetrate the composite material layer, the sealed tube, the sealing inside the tube to compress the inside It is a manufacturing method to be in close contact with the external mold by supplying air.

그리고, 대한민국 공개특허 제2002-0016780호인 중공복합물 제품 및 그 제조방법은 멘드렐(mandrel)에 라미네이트(laminate)를 감아 예열된 몰드 안에 넣어 성형하는 방법으로, 몰드가 조립된 후에 펌프를 이용하여 안에 있는 포켓(pocket)에 압력을 가하여 팽창시켜 복합재 사각 튜브를 성형하는 것이다.In addition, the hollow composite product and the method of manufacturing the same are Korean Republic Patent Publication No. 2002-0016780 and a method of forming a laminate by wrapping a laminate in a mandrel and putting it in a preheated mold. Pressure is applied to an open pocket to expand the composite square tube.

또한, 미국 등록특허 제5,853,651호인 High pressure hollow process for manufacturing composite structures는 Laminate가 굳어지는 동안에 polystyrene 이나 acrylonitrile-butadiene- styrene co-polymer로 만들어진 멘드렐(mandrel)을 팽창시켜 중공 복합재 구조를 만드는 방법으로, 멘드렐은 미리 예열, 팽창된 몰드에 놓고 압력을 가하여 라미네이트가 완전히 굳어지면 안에 있던 멘드렐을 제거하여 성형을 완성하는 것이다. In addition, U.S. Patent No. 5,853,651, a high pressure hollow process for manufacturing composite structures, is a method of making a hollow composite structure by inflating a mandrel made of polystyrene or acrylonitrile-butadiene-styrene co-polymer during laminate hardening. The mandrel is placed in a pre-heated, expanded mold and pressurized to remove the mandrel in the mold when the laminate is completely hardened to complete the molding.

한편, 일반적으로 시판되는 프리프레그는 수지함유율이 높은 것에서부터 낮은 것까지 다양하게 있지만, 수지함유율이 아무리 낮은 것이라도 초과 레진의 존재하기 때문에 이를 제거하여야 한다. On the other hand, commercially available prepregs vary from a high resin content to a low resin content. However, even if the resin content is low, the excess resin must be removed because of the presence of excess resin.

그러나, 이러한 종래 기술의 공기팽창 몰딩방법은 프리프레그에 함침되어 있는 수지를 외부로 적절히 배출시키지 못하기 때문에 복합재료의 물성을 좌우하는 섬유체적비를 높일 수 없게 되며, 또한, 수지의 경화과정에서 발생하는 기포(void) 역시 제거하지 못하고 금형 내부의 수지가 성형 후에도 잘 떨어지지 않게 되어, 결과적으로 제품의 품질 및 신뢰성이 하락하게 되며 그 제품 경쟁력도 떨어지게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.
However, since the air expansion molding method of the prior art does not properly discharge the resin impregnated in the prepreg to the outside, it is impossible to increase the fiber volume ratio that influences the physical properties of the composite material, and also occurs in the curing process of the resin. The void (void) is also not removed and the resin inside the mold does not fall well even after molding, and as a result, the quality and reliability of the product is lowered and the product competitiveness is also lowered.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 금형내에 배치(단층 또는 적층)되어 있는 프리프레그의 압축 성형시 이들에 함침되어 있는 필요 이상의 수지를 튜브의 가압에 의해 외부로 적절량 배출시켜 기본적으로 복합재료의 물성을 좌우하는 섬유체적비를 높일 수 있음은 물론 수지의 경화과정에서 발생하는 기포(void) 및 레진트랩에 수집되어 있는 수지를 별도의 진공수단을 통해 제거하여 더 향상된 물성을 갖도록 함으로써, 기존의 오토클레이브 성형법으로 제작된 제품에 준하는 제품을 공정이 좀 더 간단하고 생산성이 높으며 생산가격이 낮은 에어팽창 몰딩방법으로 구현할 수 있게 됨은 물론 이에 더해 금형 내부에 테프론 코팅을 수행하여 성형 후에도 수지가 잘 떨어지도록 하여 결과적으로 제품의 품질 및 신뢰성이 향상되며 그 제품 경쟁력도 뛰어나게 되는 복합재 중공구조물 제조방법 및 그 금형을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and when the compression molding of the prepreg disposed in the mold (single layer or lamination), by discharging the appropriate amount of resin impregnated therein to the outside by pressurizing the tube. Basically, it is possible to increase the fiber volume ratio which determines the physical properties of the composite material, and to remove the resins collected in the voids and resin traps generated during the curing of the resin through separate vacuum means to have improved physical properties. By doing so, products similar to the products manufactured by the conventional autoclave molding method can be realized by air expansion molding method with simpler process, higher productivity, and lower production price. In addition, Teflon coating is applied to the inside of the mold. The resin will fall well, resulting in improved product quality and reliability. And its purpose is to provide a composite hollow structure manufacturing method and the mold that will be excellent product competitiveness.

이러한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 복합재 중공구조물 제조방법은 금형 내에 프리프레그를 배치하고 이 프리프레그 내측에 튜브를 배치한 후 튜브 내에 공기압을 가하는 동시에 프리프레그에 열을 가하면서 프리프레그를 압축 성형하여 소정의 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 복합재 중공구조물 제조방법에 있어서, 상기 프리프레그의 압축 성형시 이들에 함침되어 있다가 가압에 의해 프리프레그 외부로 밀려나오는 수지를 이 프리프레그 외형을 감싸고 있는 금형 외부로 배출시키기 위한 수지배출수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.The composite hollow structure manufacturing method according to the present invention devised to achieve this object is to place the prepreg in the mold and to place the tube inside the prepreg, while applying the air pressure in the tube while preheating the prepreg In the composite hollow structure manufacturing method for producing a predetermined composite hollow structure by the compression molding of the prepreg, the resin that is impregnated during the compression molding of the prepreg and is pushed out of the prepreg by pressing Resin discharge means for discharging to the outside of the mold to be wrapped is characterized in that it is further provided.

또한, 본 발명에 따른 복합재 중공구조물 제조방법에 있어서, 상기 수지배출수단은 금형의 내측면에 오목하게 패인 소정의 공간을 형성하여 이 공간으로 밀려나온 수지가 배출되도록 하는 레진트랩이 마련된 것이 바람직하다.In addition, in the method of manufacturing a composite hollow structure according to the present invention, it is preferable that the resin discharging means is provided with a resin trap for forming a predetermined recessed recess in the inner surface of the mold to discharge the resin pushed out into the space. .

또한, 본 발명에 따른 복합재 중공구조물 제조방법에 있어서, 상기 레진트랩은 금형의 길이방향 전체에 걸쳐 일정간격 이격되어 연속되는 복수개로 이루어지고, 이들은 서로 연통되며, 이렇게 서로 연통된 레진트랩은 외부의 진공펌프와 연결되어 부압을 가해 기포와 수지가 배출되도록 할 수 있도록 할 수도 있을 것이다.In addition, in the method of manufacturing a composite hollow structure according to the present invention, the resin trap is made up of a plurality of continuous spaced apart at regular intervals throughout the longitudinal direction of the mold, these are in communication with each other, the resin traps communicated with each other It may be connected to a vacuum pump to apply negative pressure to allow air bubbles and resin to be discharged.

그리고, 본 발명의 복합재 중공구조물 제조금형은 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 프리프레그를 배치하고 이 프리프레그 내측에 튜브를 배치한 후 튜브 내에 공기압을 가하는 동시에 프리프레그에 열을 가하면서 프리프레그를 압축 성형하여 소정의 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 복합재 중공구조물 제조금형에 있어서, 상기 금형 상에 프리프레그의 압축 성형시 이들에 함침되어 있다가 가압에 의해 프리프레그 외부로 밀려나오는 수지를 이 프리프레그 외형을 감싸고 있는 금형 외부로 배출시키기 위한 수지배출수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the composite hollow structure manufacturing mold of the present invention arranges the prepreg for manufacturing the composite hollow structure and arranges the tube inside the prepreg, and compresses the prepreg while applying heat to the prepreg while simultaneously applying air pressure in the tube. In the composite hollow structure manufacturing mold for molding a predetermined hollow structure of the composite, a resin which is impregnated with the prepreg on the mold and is pushed out of the prepreg by pressurization. Resin discharging means for discharging to the outside of the mold surrounding it is characterized in that it is further provided.

또한, 본 발명에 따른 복합재 중공구조물 제조금형에 있어서, 상기 수지배출수단은 금형의 내측면에 오목하게 패인 소정의 공간을 형성하여 이 공간으로 밀려나온 수지가 배출되도록 하는 레진트랩이 마련된 것이 바람직하다.In addition, in the composite hollow structure manufacturing mold according to the present invention, it is preferable that the resin discharge means is provided with a resin trap for forming a predetermined recessed recess in the inner surface of the mold to discharge the resin pushed out into the space. .

또한, 본 발명에 따른 복합재 중공구조물 제조금형에 있어서, 상기 레진트랩은 금형의 길이방향 전체에 걸쳐 일정간격 이격되어 연속되는 복수개로 이루어지고, 이들은 서로 연통되며, 이렇게 서로 연통된 레진트랩은 외부의 진공펌프와 연결되어 부압을 가할 수 있도록 하는 부압통로를 더 구비할 수도 있을 것이다.
In addition, in the composite hollow structure manufacturing mold according to the present invention, the resin trap is composed of a plurality of continuous spaced apart at regular intervals throughout the longitudinal direction of the mold, these are in communication with each other, the resin traps communicated with each other It may be further provided with a negative pressure passage connected to the vacuum pump to apply a negative pressure.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 중공구조물 제조방법 및 그 금형은 금형내에 배치(단층 또는 적층)되어 있는 프리프레그의 압축 성형시 이들에 함침되어 있는 필요 이상의 수지를 튜브의 가압에 의해 외부로 적절량 배출시켜 기본적으로 복합재료의 물성을 좌우하는 섬유체적비를 높일 수 있음은 물론 수지의 경화과정에서 발생하는 기포(void) 및 레진트랩에 수집되어 있는 수지를 별도의 진공수단을 통해 제거하여 더 향상된 물성을 갖도록 함으로써, 기존의 오토클레이브 성형법으로 제작된 제품에 준하는 제품을 공정이 좀 더 간단하고 생산성이 높으며 생산가격이 낮은 에어팽창 몰딩방법으로 구현할 수 있게 됨은 물론 이에 더해 금형 내부에 테프론 코팅을 수행하여 성형 후에도 수지가 잘 떨어지도록 하여 결과적으로 제품의 품질 및 신뢰성이 향상되며 그 제품 경쟁력도 뛰어나게 되는 등의 효과를 얻는다.
As described above, the method of manufacturing a composite hollow structure according to an embodiment of the present invention and the mold is pressurized tube of the resin more than necessary impregnated in the compression molding of the prepreg is disposed (single layer or laminated) in the mold By discharging the appropriate amount to the outside, it is possible to increase the fiber volume ratio, which basically determines the physical properties of the composite material, as well as to separate the resin collected in the voids and resin traps generated during the resin curing process. By removing these materials to improve their physical properties, products similar to those manufactured by the conventional autoclave molding method can be realized by air expansion molding method with simpler process, higher productivity, and lower production cost. Teflon coating on the resin ensures that the resin drips well after molding, resulting in the The quality and reliability are improved, and the product competitiveness is also excellent.

도 1은 종래 기술의 에어팽창 몰딩방법을 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 에어팽창 몰딩 과정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 중공구조물 제조방법에 적용된 금형을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 중공구조물 제조방법에 적용된 금형을 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합재 중공구조물 제조방법에 적용된 금형을 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 공기팽창 몰드를 사용하여 성형을 했을 때의 프리프레그의 경화사이클과 점성도를 나타낸 것이다.
1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional air expansion molding method.
2 is a schematic view showing a conventional air expansion molding process.
Figure 3 is a perspective view schematically showing a mold applied to the composite hollow structure manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view schematically showing a mold applied to the composite hollow structure manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a mold applied to the composite hollow structure manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
6 and 7 show the curing cycle and viscosity of the prepreg when forming using the air expansion mold of the present invention.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.The present invention having the above-described structure will be described in more detail with reference to the following drawings.

도 3 내지 도 5에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 중공구조물 제조금형은 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 시트 형상의 프리프레그(20)를 단층 또는 적층 배치하고 이 프리프레그(20) 내측에 다시 공기 주입에 의해 부풀어오르는 튜브(30)를 배치한 후 튜브(30) 내에 공기압을 가하는 동시에 프리프레그(20)에 열을 가하면서 프리프레그(20)를 압축 성형하여 소정의 복합재 중공구조물을 제조할 수 있도록 내부에 중공을 가지며 서로 두 조각으로 분리되는 관체(일례로 본 발명에서는 사각 관체 구조가 제시됨) 구조로 되어 있다.As shown in Figures 3 to 5, the composite hollow structure manufacturing mold according to an embodiment of the present invention is a single layer or laminated arrangement of the sheet-shaped prepreg 20 for manufacturing the composite hollow structure and the prepreg 20 ) After arranging the tube 30 swelling by air injection again inside the tube 30 while applying the air pressure to the prepreg 20 while applying heat to the prepreg 20 by compression molding the prepreg 20 In order to manufacture the structure has a hollow inside and separated from each other in two pieces (for example, in the present invention is a square tube structure is presented) structure.

그리고, 상기 금형(10)의 내부 모서리 일측에는 프리프레그(20)의 압축 성형시 이들에 함침되어 있다가 튜브(30)가 부풀어 오르면서 발생되는 가압에 의해 프리프레그(20) 외부로 밀려나오는 수지를 이 프리프레그(20) 외형을 감싸고 있는 금형(10) 외부로 배출시키기 위한 수지배출수단이 구비되어 있다.One side of the inner edge of the mold 10 is impregnated with the prepreg 20 during compression molding and then pushed out of the prepreg 20 by the pressure generated when the tube 30 swells. The resin discharge means for discharging to the outside of the metal mold | die 10 which wraps the outer shape of this prepreg 20 is provided.

상기, 상기 수지배출수단은 금형(10)의 내측면에 오목하게 패인 소정의 공간을 형성하여 이 공간으로 밀려나온 수지가 유입되도록 하는 이른바 레진트랩(resin trap)(11)이 마련되어 있다.The resin discharging means is provided with a so-called resin trap 11 which forms a predetermined space recessed in the inner surface of the mold 10 to allow the resin to be pushed out into the space.

여기서, 상기 레진트랩(11)은 금형(10)의 길이방향 전체에 걸쳐 일정간격 이격되어 연속되는 복수개로 이루어지고, 이들 복수의 레진트랩(11)은 서로 연통되어 있다.Here, the resin trap 11 is composed of a plurality of continuous spaced apart at regular intervals throughout the longitudinal direction of the mold 10, these plurality of resin traps 11 are in communication with each other.

상기 레진트랩(10)은 금형(10)의 모서리에 등 간격을 갖는 틈새 형상으로 형성할 수도 있고, 또는 전체가 연통된 틈새 형상으로 형성할 수도 있을 것이다.The resin trap 10 may be formed in a gap shape having equal intervals at the corners of the mold 10 or may be formed in a gap shape in which the whole is in communication.

본 발명에서는 금형(10)의 내부 일측 모서리에만 레진트랩(11)이 형성되어 있지만, 이렇게 단일 모서리뿐만 아니라 내부 전체 모서리에 레진트랩(11)을 형성시킬 수도 있고, 또는 모서리 이외의 내측 벽면에 형성시킬 수도 있을 것이다.In the present invention, the resin trap 11 is formed only at one inner corner of the mold 10, but the resin trap 11 may be formed at not only a single corner but also an entire inner corner thereof, or may be formed on an inner wall surface other than the corner. You may be able to.

그리고, 상기 서로 연통된 레진트랩(11)은 외부의 진공펌프(40)와 연결되어 부압을 가할 수 있도록 상기 금형(10) 상에 부압통로(12)가 마련되어 있다.In addition, the negative pressure passages 12 are provided on the mold 10 so that the resin traps 11 communicating with each other may be connected to an external vacuum pump 40 to apply negative pressure.

이렇게 진공펌프(40)를 통해 금형(10) 내에 부압을 가할 경우 금형(10)은 그 외형 전체가 밀폐된 구조를 취하게 되는 것은 자명할 것이다.When negative pressure is applied to the mold 10 through the vacuum pump 40, it will be apparent that the mold 10 has a structure in which the entire appearance thereof is sealed.

미 설명부호 11a는 금형(10)에서 레진트랩(11)으로 연결하는 레진패스를 나타낸 것이다.Reference numeral 11a represents a resin path connecting the mold 10 to the resin trap 11.

여기서, 상기 레진패스(11a)는 수지가 원활하게 빠져나올 수 있도록 얇고 넓게 형성되는 것이 바람직할 것이다.Here, the resin path 11a may be formed thin and wide so that the resin can be smoothly escaped.

이러한 구조를 갖는 금형(10)을 통해 본 발명의 복합재 중공구조물을 제조하는 방법을 살펴보면, 우선, 금형(10) 내에 프리프레그(20)를 단층 또는 적층 배치하는 단계와, 상기 프리프레그(20) 내측에 공기를 주입하면 부풀어 오르게 되어 있는 튜브(30)를 배치하는 단계와, 별도의 조인트(미도시) 등을 통해 금형(10)을 닫는 단계와, 상기 튜브(30) 내에 공기압을 가하는 동시에 프리프레그(20)에 열을 가하면서 프리프레그(20)를 압축 성형하는 단계와, 상기 프리프레그(20)의 압축 성형시 이들에 함침되어 있다가 가압에 의해 프리프레그(20) 외부로 밀려나와 레진트랩(11)으로 유입되어 있는 수지(또는, 프리프레그(20) 사이에 개재되는 접착제 등)와 기포를 진공펌프(40)로 부압을 가해 레진트랩(11)과 연통되어 있는 부압통로(12)를 거쳐 외부로 배출시키는 단계와, 금형(10)을 해체하고 내부의 튜브(30)를 제거하는 단계를 거쳐 본 발명의 복합재 중공구조물 제조가 완료된다.Looking at the manufacturing method of the composite hollow structure of the present invention through the mold 10 having such a structure, first, the step of pre-positioning or laminating the prepreg 20 in the mold 10, and the prepreg 20 Arranging a tube 30 which is swollen by injecting air into the inside; closing the mold 10 through a separate joint (not shown); Compressing the prepreg 20 while applying heat to the leg 20 and impregnating them during compression molding of the prepreg 20 and being pushed out of the prepreg 20 by pressure. The negative pressure passage 12 in which the resin (or adhesive, interposed between the prepregs 20) and bubbles introduced into the trap 11 and the air bubbles are applied with a vacuum pump 40 to communicate with the resin trap 11. To the outside through the 10 is a complete dissolution and a composite hollow structure forming of the present invention after removing the tube 30 inside.

여기서, 상기 금형(10)은 미리 예열시킨 상태로 사용할 수도 있고, 또는 별도의 히터 등을 통해 성형 중에 열을 가할 수도 있을 것이다. Here, the mold 10 may be used in a preheated state, or may be heated during molding through a separate heater or the like.

그리고, 수지 배출 정도는 금형(10)에 대한 가열 온도나 튜브(30)의 공기압 조절을 통해 조절할 수 있을 것이다.And, the degree of resin discharge may be adjusted by adjusting the heating temperature for the mold 10 or the air pressure of the tube 30.

그리고, 성형 완료 후에 상기 튜브(30)는 따로 분리시켜 제거할 수도 있고, 또는 복합재 중공구조물 내에 그대로 남겨둘 수도 있을 것이다.In addition, after the molding is completed, the tube 30 may be separated and removed, or may be left in the composite hollow structure.

한편, 프리프레그(20)의 최적 성형을 위해서는 열과 압력이 가해지는 정도와 지속시간이 적절히 고려되어야 하며, 이렇게 프리프레그(20)의 성형에 필요한 온도와 압력을 시간의 함수로 나타낸 것을 경화사이클이라고 하며 이는 최종 제품의 품질에 결정적인 역할을 한다.On the other hand, in order to optimally shape the prepreg 20, the degree and duration of application of heat and pressure should be properly considered. Thus, the temperature and the pressure required for forming the prepreg 20 are expressed as a function of time. This plays a crucial role in the quality of the final product.

첨부된 도 6 및 도 7은 본 발명의 공기팽창 몰드를 사용하여 성형을 했을 때의 프리프레그의 경화사이클과 점성도를 나타낸 것이다. 6 and 7 show the curing cycle and viscosity of the prepreg when forming using the air expansion mold of the present invention.

이와 같이, 본 발명은 금형내에 배치(단층 또는 적층)되어 있는 프리프레그의 압축 성형시 이들에 함침되어 있는 필요 이상의 수지를 튜브의 가압에 의해 외부로 적절량 배출시켜 기본적으로 복합재료의 물성을 좌우하는 섬유체적비를 높일 수 있음은 물론 수지의 경화과정에서 발생하는 기포(void) 및 레진트랩에 수집되어 있는 수지를 별도의 진공수단을 통해 제거하여 더 향상된 물성을 갖도록 함으로써, 기존의 오토클레이브 성형법으로 제작된 제품에 준하는 제품을 공정이 좀 더 간단하고 생산성이 높으며 생산가격이 낮은 에어팽창 몰딩방법으로 구현할 수 있게 됨은 물론 이에 더해 금형 내부에 테프론 코팅을 수행하여 성형 후에도 수지가 잘 떨어지도록 하여 결과적으로 제품의 품질 및 신뢰성이 향상되며 그 제품 경쟁력도 뛰어나게 되는 것이다.As described above, the present invention, when the compression molding of the prepreg disposed in the mold (single layer or lamination), the appropriate amount of resin impregnated therein is discharged to the outside by pressurization of the tube to externally influence the physical properties of the composite material. In addition to increasing the fiber volume ratio, the resin collected in the voids and resin traps generated during the curing of the resin are removed through separate vacuum means to have more improved physical properties. A product that is similar to the manufactured product can be realized by air expansion molding method with simpler process, higher productivity, and lower production price. In addition, Teflon coating is applied to the inside of the mold so that the resin falls well after molding. The quality and reliability of the product is improved and the competitiveness of the product is .

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예를 기존의 공지기술과 단순히 주합 적용한 실시예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명을 단순 변형하여 이용할 수 있는 정도의 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the technical scope of the present invention is not limited to the technical scope of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
2 : 금형 4 : 튜브
6 : 프리프레그 8 : 멘드렐
10 : 금형 11 : 레진트랩
11a : 레진패스 12 : 부압통로
20 : 프리프레그 30 : 튜브
40 : 진공펌프
DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
2: mold 4: tube
6: prepreg 8: mendrel
10: mold 11: resin trap
11a: Resin Pass 12: Negative Pressure Path
20: prepreg 30: tube
40: vacuum pump

Claims (10)

금형(10) 내에 프리프레그(20)를 배치하고 이 프리프레그(20) 내측에 튜브(30)를 배치한 후 튜브(30) 내에 공기압을 가하는 동시에 프리프레그(20)에 열을 가하면서 프리프레그(20)를 압축 성형하여 소정의 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 복합재 중공구조물 제조방법에 있어서,
상기 프리프레그(20)의 압축 성형시 이들에 함침되어 있다가 가압에 의해 프리프레그(20) 외부로 밀려나오는 수지를 이 프리프레그(20) 외형을 감싸고 있는 금형(10) 외부로 배출시키기 위한 수지배출수단이 더 구비되며,
상기 수지배출수단은 금형(10)의 내측면에 오목하게 패인 소정의 공간을 형성하여 이 공간으로 밀려나온 수지가 배출되도록 하는 레진트랩(11)이 마련되고,
상기 레진트랩(11)은 금형(10)의 길이방향 전체에 걸쳐 일정간격 이격되어 연속되는 복수개로 이루어지며, 상기 복수의 레진트랩(11)은 서로 연통되어,
상기 서로 연통된 레진트랩(11)은 외부의 진공펌프(40)와 연결되어 부압을 가하여 기포와 수지가 배출되도록 된 것을 특징으로 하는 복합재 중공구조물 제조방법.
The prepreg 20 is disposed in the mold 10, and the tube 30 is disposed inside the prepreg 20, and the prepreg is applied while applying heat to the prepreg 20 while applying air pressure to the tube 30. In the composite hollow structure manufacturing method for producing a predetermined composite hollow structure by compression molding (20),
Resin impregnated in the prepreg 20 during compression molding, and then pushed out of the prepreg 20 by pressurization to the outside of the mold 10 surrounding the outer shape of the prepreg 20. Eject means is further provided,
The resin discharging means is provided with a resin trap 11 to form a predetermined recessed recess in the inner surface of the mold 10 so that the resin pushed out into the space is discharged.
The resin trap 11 is composed of a plurality of continuous spaced apart a predetermined interval over the entire longitudinal direction of the mold 10, the plurality of resin traps 11 are in communication with each other,
The resin trap (11) in communication with each other is connected to the external vacuum pump (40) by applying a negative pressure to the composite hollow structure manufacturing method characterized in that the bubble and the resin is discharged.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 프리프레그(20)를 배치하고 이 프리프레그(20) 내측에 튜브(30)를 배치한 후 튜브(30) 내에 공기압을 가하는 동시에 프리프레그(20)에 열을 가하면서 프리프레그(20)를 압축 성형하여 소정의 복합재 중공구조물을 제조하기 위한 복합재 중공구조물 제조금형에 있어서,
상기 금형(10) 상에 프리프레그(20)의 압축 성형시 이들에 함침되어 있다가 가압에 의해 프리프레그(20) 외부로 밀려나오는 수지를 이 프리프레그(20) 외형을 감싸고 있는 금형(10) 외부로 배출시키기 위한 수지배출수단이 더 구비되며,
상기 수지배출수단은 금형(10)의 내측면에 오목하게 패인 소정의 공간을 형성하여 이 공간으로 밀려나온 수지가 배출되도록 하는 레진트랩(11)이 마련되고,
상기 레진트랩(11)은 금형(10)의 길이방향 전체에 걸쳐 일정간격 이격되어 연속되는 복수개로 이루어지며, 상기 복수의 레진트랩(11)은 서로 연통되어,
상기 서로 연통된 레진트랩(11)은 외부의 진공펌프(40)와 연결되어 부압을 가하여 기포와 수지가 배출되도록 하는 부압통로(12)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 복합재 중공구조물 제조금형.

Arrange the prepreg 20 for manufacturing the composite hollow structure and the tube 30 inside the prepreg 20, while applying air pressure in the tube 30, while applying heat to the prepreg 20 In the composite hollow structure manufacturing mold for compression molding the prepreg 20 to produce a predetermined composite hollow structure,
The mold 10, which is impregnated with the prepreg 20 on the mold 10 and pushed out of the prepreg 20 by pressing, wraps around the outer shape of the prepreg 20. It is further provided with a resin discharge means for discharging to the outside,
The resin discharging means is provided with a resin trap 11 to form a predetermined recessed recess in the inner surface of the mold 10 so that the resin pushed out into the space is discharged.
The resin trap 11 is composed of a plurality of continuous spaced apart a predetermined interval over the entire longitudinal direction of the mold 10, the plurality of resin traps 11 are in communication with each other,
The resin trap (11) in communication with each other is a composite hollow structure manufacturing mold, characterized in that the negative pressure passage (12) which is connected to the external vacuum pump 40 to apply a negative pressure to discharge the bubbles and resin.

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