KR101447136B1 - Method for Forming Fiber Reinforced Plastic Composite - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 섬유 강화 복합재 성형 방법은, 적어도 하나 이상의 섬유층으로 이루어지는 하부섬유층 및 상부섬유층의 사이에 수지의 흐름을 확보하는 플로메쉬(Flow Mesh: 흐름망)를 배치하는 적층단계와, 적층된 섬유층과 플로메쉬를 상부 및 하부 예비성형몰드에 안치하고, 가압, 가열하여 성형몰드와 대응되는 형상을 가지도록 성형하는 예비성형단계 및 예비성형된 섬유층과 플로메쉬를 성형몰드에 안치하고 진공 비닐로 밀폐한 후 진공에 의해 수지를 섬유층에 함침시켜 섬유강화 복합재를 성형하는 성형단계를 포함하는 특징으로 한다.The method for forming a fiber-reinforced composite material according to the present invention includes: a laminating step of disposing a flow mesh (flow net) securing a flow of resin between a lower fibrous layer and at least one upper fibrous layer made of at least one fibrous layer; A preforming step of placing the preformed fiber layer and the flow mesh in the upper and lower preforming molds, pressing and heating the preformed fiber layer and the flow mesh to have a shape corresponding to the shaping mold, and placing the preformed fiber layer and the flow mesh in a molding mold, And then molding the fiber-reinforced composite material by impregnating the fiber layer with a resin by vacuum.
Description
본 발명은 섬유 강화 복합재의 성형 방법에 관한 것으로, 일반적으로 적층된 섬유층 위에 배치하던 흐름망(Flow Mesh)을 섬유층과 섬유층의 사이에 배치하여 성형 후 성형물의 조직이 되도록 하고, 예비 성형틀에서 가압 및 가열하여 플로우메쉬를 변형시켜, 성형틀과 섬유층 사이의 굴곡진 부분에 주로 발생하는 들뜸 현상을 미리 차단함으로써 수지 과다 주입으로 인한 기포 형성을 억제하고, 보다 강도가 높고 치수정밀성이 향상된 섬유 강화 복합재의 성형 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of forming a fiber-reinforced composite material. In general, a flow mesh, which is disposed on a laminated fiber layer, is disposed between a fiber layer and a fiber layer to form a molded article after molding, And a fiber-reinforced composite material having improved strength and dimensional precision by inhibiting bubble formation due to over-injection of resin by blocking the floating phenomenon mainly occurring in the bent portion between the mold and the fiber layer by heating and deforming the flow mesh And a method of forming the same.
섬유강화 복합재는 카본 섬유, 유리섬유, 케블라 등 강도 특성이 우수한 섬유와 이를 결합시키는 수지로 구성된 재료이다. 특히 카본 섬유의 경우 섬유의 물리적 특성이 기존 금속재료에 비해 경량, 고강도 특성을 보유하여 최근 항공기, 차량, 레저 산업 등에서 차세대 재료로 급격한 사용 경향을 보이고 있다. 이 복합재의 성형에 있어 중요한 요소는 섬유 조직 안에 수지를 함침하는 것인데 함침의 정도에 따라 최종 생산물의 품질이 좌우되게 된다. 섬유와 수지의 비율에 따라 강도특성의 차이를 보이는데, 일반적으로 섬유의 비율이 높을수록 고강도 특성을 보인다. 또한 수지 함침시 섬유조직안에 기포가 형성될 경우 강도 특성에 치명적 영향을 미치므로 모든 성형 방식의 경우 이들 기포를 어떻게 효율적으로 제거할 것인가가 주안점이 된다. Fiber-reinforced composites are materials composed of carbon fibers, glass fibers, Kevlar, etc., which have excellent strength properties, and resins that combine them. In particular, the carbon fibers have light weight and high strength characteristics compared with the conventional metal materials, and have recently been used in the aircraft, vehicle, and leisure industries as a next-generation material. An important factor in the formation of this composite material is the impregnation of the resin into the fiber structure, which depends on the degree of impregnation and the quality of the final product. The difference in the strength characteristics depending on the ratio of the fibers to the resin is shown. Generally, the higher the ratio of the fibers, the higher the strength is. In addition, when bubbles are formed in the fiber structure during resin impregnation, it has a serious effect on the strength characteristics. Therefore, in all molding methods, how to efficiently remove these bubbles is the main point.
일반적으로, 섬유 강화 복합재는 두가지의 기본적인 재료의 형태로 제작된다. 즉 수지가 함침된 섬유형태의 프리프레그와, 건조 섬유층에 수지를 함침시켜 성형하는 형태가 있다. 그 중 프리프레그 공정은 재료의 저온 보관 분리공정 등 공정 특성 제어가 어렵고 기공없는 균일한 수지 함유량을 얻기 어렵다는 단점이 있다.Generally, fiber-reinforced composites are fabricated in the form of two basic materials. That is, a prepreg in the form of a fiber impregnated with a resin, and a form in which a resin is impregnated into the dried fiber layer. Among them, the prepreg process is disadvantageous in that it is difficult to control process characteristics such as a low temperature storage and separation process of a material, and it is difficult to obtain a uniform resin content without porosity.
수지 함침에 의한 섬유 강화 복합재의 성형 방법은 금형 위 진공백 내에 섬유강화층, 이형필름 또는 이형천 등을 적층하고 진공백을 진공테이프로 밀봉하여 진공라인을 통해 진공을 작용시키고, 수지를 주입함으로써 성형된다. 그런데, 이러한 수지를 함침시켜 제작하는 섬유강화 복합재를 성형하는데 있어서, 섬유층 전체에 걸쳐 균일하게 함침시키지 못하는 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 불균일한 함침으로 인한 결함은 구조물에 치명적인 손상을 입히게 된다. 따라서, 수지를 공동없이 함침시키기 위해서는 성형물 전체 표면에 걸쳐 수지가 자유롭게 유동할 수 있도록 하여야 한다. 즉, 성형품의 모든 방향으로의 유동통로가 확보되어야 한다. 종래에는 진공백 내부에 플로우메쉬(flow mesh) 등을 추가로 적층하여 이러한 문제점을 해결해 왔다. A method of forming a fiber-reinforced composite material by resin impregnation is a method of forming a fiber-reinforced composite material by laminating a fiber-reinforced layer, a release film, a mold release film or the like within a mold cavity, sealing a vacuum cavity with a vacuum tape, applying a vacuum through the vacuum line, do. However, when molding a fiber-reinforced composite material produced by impregnating such a resin, it is difficult to uniformly impregnate the entire fiber layer. As a result, defects due to non-uniform impregnation will result in catastrophic damage to the structure. Therefore, in order to impregnate the resin without the cavity, the resin must be allowed to freely flow over the entire surface of the molding. That is, a flow passage in all directions of the molded article must be secured. Conventionally, such a problem has been solved by further laminating a flow mesh or the like in a vacuum space.
종래의 진공 수지함침 성형 방법(진공 RTM)은 성형대상물인 섬유를 비닐로 덮고 내부를 진공으로 하여 수지를 섬유층 안으로 함침시겨 목적물을 성형하는 방식을 말한다. 이 경우 수지흐름을 보조하는 물질이 없는 경우 진공 압착된 섬유조직안으로 수지 함침이 어려워지므로 수지흐름 보조망(메시)의 사용은 필수적이 된다. 도 5는 일반적인 적층 상태를 보여주고 있다. 최종 목적물인 섬유재와 몰드를 제외하고 나머지 자재들은 성형이 완료된 이후 제거 및 폐기하게 된다. 일반적인 적층 순서는 성형 몰드위에 섬유조직 - 이형천 - 흐름망 - 진공 비닐 순이며 수지 경화 이후 이형천, 흐름망, 진공비닐은 제거된다. 실제 성형의 경우에 있어 애로가 되는 작업은 경화 이후 불필요 물질의 제거 공정이다. 진공 비닐의 경우는 쉽게 제거되나 이형천 및 흐름망은 수지로 결합되어 있어 제거가 쉽지 않다. 또한 제거된 이형천 및 흐름망은 수지를 함유하고 있어 재활용이 불가능하며, 결국 산업폐기물 형태로 처리해야하며 이는 환경적 저해요인이 된다. A conventional vacuum resin impregnation molding method (vacuum RTM) refers to a method of molding an object by impregnating a fiber, which is an object to be molded, with a plastic and making the inside vacuum, thereby impregnating the resin into the fiber layer. In this case, if there is no material to assist the flow of the resin, it becomes difficult to impregnate the resin into the vacuum-squeezed fiber structure, so that the use of the resin flow auxiliary mesh (mesh) is essential. 5 shows a general laminated state. Except for the final target fiber and mold, the remaining materials are removed and discarded after molding is complete. The general lamination sequence is fiber structure on the forming mold - Hyungcheon Stream - Flow net - Vacuum Vinyl order. After the resin hardening, Hyungchun Stream, Flow net and Vacuum Vinyl are removed. In the case of actual molding, the hard work is the removal of unnecessary materials after curing. In case of vacuum vinyl, it is easy to remove. Also, the removed Hyeongcheon Stream and the stream network contain resin and can not be recycled. Therefore, they must be treated in the form of industrial waste, which is an environmental hindrance.
또한, 종래의 섬유 복합재 성형방법을 이용하면 성형몰드가 굴곡진 경우에 도 6에서 보는 바와 같이 섬유재의 탄성에 의해 성형몰드의 굴곡부에 섬유층이 정확히 밀착하지 못하고 들뜨는 공간이 형성되게 된다. 이 공간으로 수지가 주입되므로, 과도한 수지 주입으로 인한 기포가 발생하기 쉽고, 굴곡부에는 섬유층이 없이 수지로만 형성되는 부분이 생기므로 강도특성이 현저히 떨어지고, 제품의 치수정밀도가 낮아지는 문제점을 안고 있었다.
In addition, when a conventional molding method for forming a fiber is used, as shown in FIG. 6, when the forming mold is bent, a space is formed in which the fiber layer can not closely adhere to the bent portion of the molding die due to elasticity of the fiber material. Since the resin is injected into this space, bubbles are likely to be generated due to excessive resin injection, and a portion where only the resin is formed without the fibrous layer is formed in the bent portion, so that the strength characteristics are significantly lowered and the dimensional accuracy of the product is lowered.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래 섬유층, 이형천, 플로메쉬를 차례로 적층하는 종래의 성형방법을 탈피하여 섬유층의 사이에 플로메쉬를 배치하고 수지를 플로메쉬와 섬유층에 함침하여 섬유층과 플로메쉬가 일체로 구조화 되도록 성형하여, 진공 수지 함침 성형 후 이형천과 플로메쉬 등의 부자재를 제거하는 공정을 없애도록 하는 섬유 강화 복합재 성형 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of fabricating a fibrous layer, a fibrous layer and a flow mesh, It is an object of the present invention to provide a method of forming a fiber-reinforced composite material by molding the fibrous layer and the flow mesh integrally so as to eliminate the step of removing auxiliary materials such as a mold and a flow mesh after vacuum resin infiltration molding.
본 발명의 또 다른 목적은 섬유층의 사이에 배치된 플로메쉬를 예비성형몰드 내에서 가압 가열하여 미리 변형시킴으로써, 성형몰드의 굴곡진 부분에 섬유층이 정확하게 밀착되도록 하여 수지가 과다하게 함침되는 것을 방지하고 굴곡부의 강도특성을 향상시키며, 제품의 치수정밀도를 향상시키는 섬유 강화 복합재 성형 방법을 제공함에 있다.
It is still another object of the present invention to prevent the resin from being excessively impregnated by precisely adhering the fibrous layer to the bent portion of the molding die by preliminarily deforming the flow mesh disposed between the fibrous layers by pressurizing and heating in the preliminary molding mold To improve the strength characteristics of the bent portion and to improve the dimensional accuracy of the product.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 섬유 강화 복합재 성형 방법은, 적어도 하나 이상의 섬유층으로 이루어지는 하부섬유층 및 상부섬유층의 사이에 수지의 흐름을 확보하는 플로메쉬(Flow Mesh: 흐름망)를 배치하는 적층단계와, 적층된 섬유층과 플로메쉬를 상부 및 하부 예비성형몰드에 안치하고, 가압, 가열하여 성형몰드와 대응되는 형상을 가지도록 성형하는 예비성형단계 및 예비성형된 섬유층과 플로메쉬를 성형몰드에 안치하고 진공 비닐로 밀폐한 후 진공에 의해 수지를 섬유층에 함침시켜 섬유강화 복합재를 성형하는 성형단계를 포함하는 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a fiber-reinforced composite material, the method comprising: disposing a flow mesh (flow mesh) for securing a flow of resin between a lower fiber layer and an upper fiber layer comprising at least one fiber layer A preliminary molding step of placing the laminated fiber layer and the flow mesh in the upper and lower preforming molds and pressing and heating the same to have a shape corresponding to that of the forming mold, And a forming step of forming a fiber-reinforced composite material by impregnating a fiber layer with a resin by vacuum after sealing with a vacuum plastic.
이 경우, 섬유층의 사이에 배치되는 상기 플로메쉬는 예비성형단계에서 가압, 가열 시 예비성형몰드의 형상에 따라 변형된 후 냉각 시 변형된 형태를 유지하도록 열가소성수지재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
In this case, the flow mesh disposed between the fibrous layers may be formed of a thermoplastic resin material so as to be deformed according to the shape of the preformed mold at the time of pressing and heating in the preforming step, and then to maintain the deformed shape upon cooling .
또한, 상기 예비성형단계는, 하부 예비성형몰드에 섬유층과 플로메쉬를 안치하고, 상부 예비성형몰드로 섬유층과 플로메쉬에 압력을 가하는 가압단계와, 플로메쉬에 열을 가해 예비성형몰드의 형상으로 변형되도록 하는 가열단계 및 변형되어 예비성형된 섬유층 및 플로메쉬의 형상이 변형된 형태로 유지되도록 냉각하여 분리하는 냉각 및 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
The preforming step may include a pressing step of placing a fibrous layer and a flow mesh in a lower preforming mold and applying pressure to the fibrous layer and the flow mesh with an upper preliminary forming mold and applying a heat to the flow mesh to form a preliminary forming mold And a cooling and separating step of cooling and separating the preformed fiber layer and the flow mesh so that the shape of the preformed fiber layer and the flow mesh is maintained in a deformed shape.
또한, 상기 성형단계는, 성형몰드 위에 예비성형물을 안치하고 진공 비닐로 예비성형물을 외부로부터 밀폐하는 성형준비단계와, 밀폐된 진공 비닐 내부로 진공에 의해 수지를 주입하여 섬유층에 수지를 함침하는 진공성형단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
The molding step may include a molding preparation step of placing a preform on a molding mold and sealing the preform with the use of vacuum plastic, a step of injecting resin into the sealed vacuum plastic by vacuum, And a forming step.
본 발명에 따르면, 종래 섬유층의 상부에 배치되어 섬유층에 수지를 공급하는 유로를 제공하던 플로메쉬를 섬유층의 사이에 배치하고 성형 후 성형물의 조직이 되도록 함으로써, 성형 후 플로메쉬와 이형필름 또는 이형천을 제거해야 되는 공정을 줄여 공정을 단순화하고 성형 후처리 시간을 단축하며, 환경저해요인인 폐기물의 생성을 줄이고 부자재비를 감소시키는 효과가 있다.According to the present invention, since the flow mesh which is disposed on the upper portion of the conventional fibrous layer and provided the flow path for supplying the resin to the fibrous layer is disposed between the fibrous layers and becomes the structure of the molded product after molding, It is possible to simplify the process by reducing the process to be removed, shorten the post-molding process time, reduce the generation of waste, which is an environmental inhibiting factor, and reduce the cost of subsidiary materials.
또한, 본 발명에 따르면 섬유층의 내부에 배치된 플로메쉬를 섬유층과 함께 가압 가열하여 예비성형함으로써, 예비성형없이 바로 성형몰드에서 진공함침성형 시 발생하는 기포의 발생과 굴곡부에 과도한 수지 함침으로 인한 치수 정밀도 저하 등으로 인한 불량의 발생을 현저히 줄일 수 있는 효과도 있다.
According to the present invention, since the flow mesh disposed inside the fibrous layer is preliminarily heated and heated together with the fibrous layer, the generation of bubbles generated during the vacuum infiltration molding in the forming mold immediately after the preforming and the size due to the excessive resin impregnation There is also an effect of significantly reducing the occurrence of defects due to degraded accuracy and the like.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 복합재 성형방법의 절차도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 복합재 성형방법의 절차도.
도 3은 본 발명에 따른 섬유 강화 복합재 성형 방법에 의해 성형되는 경우의 적층 순서를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 섬유 강화 복합재 성형 방법의 예비성형단계에서 예비성형을 설명하는 단면도.
도 5는 종래의 진공수지함침 성형방법에 의하는 경우의 적층 순서를 설명하는 단면도.
도 6은 종래의 성형방법에 의하는 경우에 굴곡부에서 섬유 강화 복합재와 성형몰드 간에 들뜨는 공간이 형성되는 것을 설명하는 단면도.
도 7은 일반적인 진공 수지함침 성형 방법을 사용하는 경우의 장치도.1 is a flow chart of a method of forming a fiber-reinforced composite material in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a method of forming a fiber-reinforced composite material in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a stacking sequence in the case of molding by the method of forming a fiber-reinforced composite material according to the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating preforming in the preforming step of the fiber-reinforced composite material forming method according to the present invention;
5 is a cross-sectional view for explaining a stacking procedure in the case of a conventional vacuum resin infiltration molding method.
Fig. 6 is a cross-sectional view illustrating how a space is formed between a fiber-reinforced composite material and a molding die at a bent portion according to a conventional molding method; Fig.
Fig. 7 is a device diagram when a general vacuum resin infiltration molding method is used. Fig.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 말하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
이하, 도 1 내지 도 7를 참조하여 본 발명에 따른 섬유 강화 복합재의 성형 방법에 관한 바람직한 실시예를 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of a method of forming a fiber-reinforced composite material according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 복합재 성형방법의 절차도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 섬유 강화 복합재 성형 방법은, 적층단계(S10), 예비성형단계(S20) 및 성형단계(S30)를 포함하여 구성된다.FIGS. 1 and 2 are flowcharts of a method of forming a fiber-reinforced composite material according to an embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the method for forming a fiber-reinforced composite material according to the present invention includes a laminating step (S10), a preforming step (S20), and a forming step (S30).
또한, 예비성형단계(S20)는 구체적으로 가압단계(S21), 가열단계(S22), 냉각 및 분리단계(S23)로 이루어질 수 있으며, 성형단계(S30)는 구체적으로 성형준비단계(S21)와 진공성형단계(S22)를 포함하여 구성될 수 있다.
The preforming step S20 may be performed by a pressing step S21, a heating step S22 and a cooling and separating step S23. The molding step S30 may be specifically performed in the molding preparation step S21 And a vacuum forming step S22.
본 발명에 따른 섬유 강화 복합재 성형 방법은, 적어도 하나 이상의 섬유층으로 이루어지는 하부섬유층 및 상부섬유층의 사이에 수지의 흐름을 확보하는 플로메쉬(Flow Mesh: 흐름망)를 배치하는 적층단계(S10)와, 적층된 섬유층(10)과 플로메쉬(20)를 상부 및 하부 예비성형몰드(110,120)에 안치하고, 가압, 가열하여 성형몰드(30)와 대응되는 형상을 가지도록 성형하는 예비성형단계(S20) 및 예비성형된 섬유층(10)과 플로메쉬(20)를 성형몰드(30)에 안치하고 진공 비닐(40)로 밀폐한 후 진공에 의해 수지를 섬유층(10)에 함침시켜 섬유강화 복합재를 성형하는 성형단계(S30)를 포함한다.
The method for forming a fiber-reinforced composite material according to the present invention includes a lamination step (S10) of arranging a flow mesh (flow mesh) for securing a flow of resin between a lower fiber layer and an upper fiber layer composed of at least one fiber layer, A preforming step S20 of placing the laminated
이 때, 섬유층(10)의 사이에 배치되는 상기 플로메쉬(20)는 예비성형단계(S20)에서 가압, 가열 시 예비성형몰드(110,120)의 형상에 따라 변형된 후 냉각 시 변형된 형태를 유지하도록 열가소성수지재로 이루어지는 것이 바람직하다.
At this time, the
또한, 상기 예비성형단계(S20)는, 하부 예비성형몰드(120)에 섬유층(10)과 플로메쉬(20)를 안치하고, 상부 예비성형몰드(110)로 섬유층과 플로메쉬에 압력을 가하는 가압단계(S21)와, 플로메쉬에 열을 가해 예비성형몰드의 형상으로 변형되도록 하는 가열단계(S22) 및 변형되어 예비성형된 섬유층 및 플로메쉬의 형상이 변형된 형태로 유지되도록 냉각하여 분리하는 냉각 및 분리단계(S23)를 포함하고, 상기 성형단계(S30)는, 성형몰드(30) 위에 예비성형물(섬유층+플로메쉬)을 안치하고 진공 비닐로 예비성형물을 외부로부터 밀폐하는 성형준비단계(S31)와, 밀폐된 진공 비닐 내부로 진공에 의해 수지를 주입하여 섬유층에 수지를 함침하는 진공성형단계(S32)를 포함하는 것이 바람직하다.
The preforming step S20 includes placing the
이하 각 단계를 상세하게 설명한다.
Each step will be described in detail below.
1. 적층단계(S10)1. In the laminating step (S10)
수지를 섬유층에 함침하여 섬유 강화 복합재를 성형하기 위하여 섬유층(10)과, 섬유층에 수지의 유동 경로를 확보해 주는 플로메쉬(20)를 적층한다. 종래의 성형 방법에 의하는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 성형몰드 위에 섬유층(10a)을 적층하고 그 위에 이형천(50)을, 그 위에 플로메쉬(20a)를 적층한 후 진공비닐(40)을 덮는다. 그러나 종래의 성형 방법에 의하는 경우에는 진공에 의해 수지를 주입하여 섬유층에 수지를 함침시켜 성형을 마친 다음 이형천과 플로메쉬를 제거하는 공정이 필요하여 공정이 복잡할 뿐만 아니라 이형천과 플로메쉬가 수지에 의해 섬유층과 밀착하여 이를 분리해 내기가 쉽지 않다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 수지의 유동경로를 확보해 주는 플로메쉬(20)를 섬유층(10)과 섬유층(10)의 사이에 적층한다. 수지는 플로메쉬(20)를 따라 주입되어 상부와 하부에 적층된 섬유층(10)에 수지가 함침되고, 플로메쉬(10)는 성형물과 일체화된다. 이렇게 하면 이형천을 사용할 필요가 없어지게 되고, 플로메쉬를 제거하는 공정이 없어지게 되므로 공정의 단순화에 의한 생산 효율을 증대시킬 수 있다.
In order to impregnate the resin into the fiber layer to form the fiber reinforced composite material, a
2. 예비성형단계(S20)2. Preforming step (S20)
예비 성형단계는 섬유층에 수지를 함침시켜 섬유 강화 복합재를 성형하기 전에 성형몰드의 형태에 대응되는 형태를 미리 갖추도록 성형하는 단계이다. 구체적인 단계는 아래와 같다.
The preliminary molding step is a step of molding the fiber layer so as to have a shape corresponding to the shape of the molding die before the fiber-reinforced composite material is impregnated with the resin. The concrete steps are as follows.
2a) 가압단계(S21)2a) Pressurization step (S21)
섬유층(10)-플로메쉬(20)-섬유층(10)의 순서로 적층된 적층물(섬유층+플로메쉬)을 예비성형몰드(110,120)에 안치한다. 예비성형몰드는 도 4에 도시된 바와 같이 상부 예비성형몰드(110)와 하부 예비성형몰드(120)로 구성될 수 있다. 하부 예비성형몰드(120)는 성형몰드와 동일한 성형면을 가지도록 제작된다. 하부 예비성형몰드(120)에 적층물을 안치한 다음 상부 예비성형몰드(110)를 하강시켜 적층물이 예비성형몰드의 형상에 따라 변형되도록 가압한다.
The laminate (fibrous layer + flow mesh) laminated in the order of the
2b) 가열단계(S22)2b) heating step S22
가압되어 예비성형몰드의 형상에 따라 변형된 적층물에 가압을 해지하면 섬유층(10)과 플로메쉬(20)가 가진 탄성에 의해 일정 정도 모양이 복원되므로, 가열을 통해 플로메쉬에 영구적인 변형을 유도한다. 가열에 의한 변형을 유도하기 위하여 플로메쉬는 열가소성수지로 제작되는 것이 바람직하다. 열가소성수지의 특성 상 열 변형이 쉽고, 가열 변형 후 냉각하면 변형된 모양을 유지하기 때문이다. If the laminated material is pressurized and deformed according to the shape of the preformed mold, the shape of the
열경화성 수지는 가열 시 경화현상이 발생하여 파손되기 쉬우므로 본 발명에 따른 성형방법에는 적합하지 않다. The thermosetting resin is not suitable for the molding method according to the present invention because the thermosetting resin tends to be broken due to occurrence of a hardening phenomenon upon heating.
플로메쉬(20)는 열 변형 후에 섬유층의 모양을 변형된 형태로 유지시키는 역할을 하므로, 소정의 두께를 가져야 한다. 제품의 특성이나 사용되는 플로메쉬의 재질에 따라 달라지겠지만 통상 0.5 mm 내외인 것이 바람직하다. 플로메쉬의 재질로는 일정 이상의 강도를 가지는 재질을 채택하는데. 예컨대 폴리프로필렌계열 또는 폴리에틸렌 계열의 재질을 채택할 수 있다. 섬유 강화 복합재의 두께를 얇게 성형하여야 하는 경우에는 강도가 보다 높은 재질의 열가소성수지를 채택하는 것이 바람직하다. 플로메쉬를 섬유층과 함께 가압 및 가열하므로 플로메쉬와 섬유층 사이에 일정정도의 점착이 이루어져 섬유층이 플로메쉬에 밀착된 형태로 함께 변형 상태를 유지할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 예비성형몰드 내에서 플로메쉬를 가열하기 위하여 상부 예비성형몰드(110)와 하부 예비성형몰드(120) 중 적어도 어느 하나에 발열부(121)가 구비될 수 있다. 발열부는 통상적으로 전기에 의해 열을 발생시키는 열선을 채택할 수 있으며, 열가소성 수지를 변형시키는 온도를 가열할 수 있는 다른 수단도 채택될 수 있다.
The
2c) 냉각 및 분리단계(S23)2c) Cooling and Separation Step (S23)
가열하여 변형된 예비성형물을 가열된 상태로 분리하게 되면 복원되려는 섬유층의 탄성력을 플로메쉬가 저항하지 못하므로, 플로메쉬가 일정 이상의 강도를 가질때까지 일정 시간 냉각한 다음 예비성형몰드에서 예비성형물(섬유층과 플로메쉬)을 분리해 낸다.
Since the flow mesh can not resist the elastic force of the fiber layer to be restored when the heated preform is heated and separated, the preform is cooled for a predetermined time until the flow mesh has a strength of more than a predetermined level, And flow mesh).
3. 성형단계(S30)3. Molding step (S30)
성형단계는 예비성형된 섬유층과 플로메쉬를 성형몰드에 안치하고 수지를 함침시켜 섬유 강화 복합재를 성형하는 단계이다. 구체적인 과정은 아래와 같다.
The forming step is a step of placing the preformed fiber layer and the flow mesh in a molding mold and impregnating the resin to mold the fiber reinforced composite material. The concrete procedure is as follows.
3a) 성형준비단계(S31)3a) Forming preparation step (S31)
예비성형에 의해 성형몰드와 대응하는 형태로 열 변형된 예비성형물을 성형몰드에 안치한 다음, 진공 성형이 가능하도록 진공 비닐을 덮어 성형물을 밀폐시킨다. 예비성형물이 성형몰드에 밀착되도록 예비성형단계를 거쳤으므로 종래의 성형 방법에 의하는 경우처럼 섬유층을 성형몰드의 굴곡부에 밀착되도록 가압하는 과정이 필요없게 된다.
After the preform is thermoformed in a shape corresponding to the forming mold by preforming, the preform is placed in a molding mold, and then the vacuum molding is closed so that the vacuum molding can be performed. Since the preforming step is performed so that the preform is closely attached to the forming mold, there is no need to pressurize the fiber layer so as to be in close contact with the bending portion of the forming mold as in the case of the conventional forming method.
3b) 진공성형단계(S32)3b) Vacuum Forming Step (S32)
진공성형을 위한 준비가 끝나면 진공펌프에 의해 수지를 진공백 내부로 주입시키며 주입된 수지는 플로메쉬를 통해 이동하여 섬유층에 함침된다. 진공성형단계와 진공성형을 위한 진공펌프, 수지 수용기 등의 성형을 위한 장치 구성은 종래의 진공 수지 함침 성형 방법과 동일하므로 자세한 내용을 생략한다. 수지가 섬유층 내부로 충분히 함침되어 성형이 완성되면 일정 시간 냉각시킨 다음 성형틀에서 성형물을 분리한다. 본 발명에 따른 성형 방법에 의할 경우 진공비닐을 성형물로부터 분리하는 과정은 필요하나, 종래와 같이 이형천과 플로메쉬를 성형물로부터 분리 제거하는 과정은 불필요하다.
After preparation for vacuum forming, the resin is injected into the vacuum space by a vacuum pump, and the injected resin moves through the flow mesh to impregnate the fiber layer. The apparatus for forming the vacuum pump, the resin receptacle, and the like for the vacuum molding step and the vacuum molding are the same as those of the conventional vacuum resin impregnating and molding method, and therefore, detailed description thereof will be omitted. After the resin is sufficiently impregnated into the fiber layer to complete the molding, it is cooled for a predetermined time and then the molding is separated from the molding die. According to the molding method according to the present invention, it is necessary to separate the vacuum plastic from the molding, but the process of separating and removing the mold and the flow mesh from the molding is not necessary.
4. 열처리단계(S40)4. Heat treatment step (S40)
섬유 강화 복합재의 기본적인 성형이 끝나면 필요에 따라 열처리 단계를 거친다. 통상적으로는 성형된 복합재를 성형틀로부터 탈형하여 오븐에 넣어 일정온도로 일정시간 동안 가열하여 경화되도록 열처리 한다. 사용되는 수지의 종류, 제품 특성에 따른 수지의 경화 정도에 따라 적절한 시간과 온도로 열처리하고, 냉각하면 성형이 완성된다.
After the basic molding of the fiber-reinforced composite material is completed, it is subjected to a heat treatment step as required. Typically, the molded composite material is demolded from the mold, placed in an oven, heated at a predetermined temperature for a certain period of time, and heat-treated so as to be cured. Heat treatment is carried out at a suitable time and temperature in accordance with the type of resin used and the degree of curing of the resin according to the product characteristics, and the molding is completed by cooling.
10, 10a : 섬유층
20, 20a : 플로메쉬(Flow Mesh : 흐름망)
30 : 성형몰드
40 : 진공비닐
50 : 이형천
110 : 상부예비성형몰드
120 : 하부예비성형몰드
121 : 발열부10, 10a: fibrous layer
20, 20a: Flow Mesh (Flow Mesh)
30: Molding mold
40: Vacuum Vinyl
50: Lee Hyungcheon
110: upper preforming mold
120: Lower preforming mold
121:
Claims (4)
적어도 하나 이상의 섬유층으로 이루어지는 하부섬유층 및 상부섬유층의 사이에 수지의 흐름을 확보하는 열가소성 수지 재질의 플로메쉬(Flow Mesh: 흐름망)를 배치하는 적층단계;
적층된 섬유층과 플로메쉬를 하부 예비성형몰드에 안치하고, 상부 예비성형몰드로 섬유층과 플로메쉬에 압력을 가하는 가압단계와,
적층된 섬유층과 플로메쉬에 열을 가해 예비성형몰드의 형상으로 변형하고, 적층된 섬유층과 플로메쉬를 상호 열점착시켜 일체화하는 가열단계와,
일체화되어 예비성형된 섬유층 및 플로메쉬의 형상이 변형된 형태로 유지되도록 냉각한 후 분리하는 냉각 및 분리단계를 포함하는 예비성형단계;
성형몰드 위에 적층되어 일체화된 섬유층과 플로메쉬를 안치하고 진공 비닐로 덮어 외부로부터 밀폐하는 성형준비단계와,
밀폐된 진공 비닐 내부로 진공에 의해 수지를 주입하여 적층되어 일체화된 섬유층과 플로메쉬에 수지를 함침하여 섬유 강화 복합재를 성형하는 진공성형단계를 포함하는 성형단계; 및
성형몰드 및 진공 비닐로부터 섬유 강화 복합재를 분리한 후 오븐 내에서 일정 온도로 가열하여 경화시키는 열처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재 성형 방법.A method of forming a fiber-reinforced composite material according to a vacuum RTM method,
A stacking step of disposing a flow mesh (flow mesh) made of a thermoplastic resin material for securing a flow of resin between the lower fiber layer and the upper fiber layer made of at least one fiber layer;
A pressing step of placing the laminated fiber layer and the flow mesh in a lower preforming mold and applying pressure to the fiber layer and the flow mesh with the upper preforming mold,
A heating step of applying heat to the laminated fibrous layer and the flow mesh to deform the laminated fibrous layer and the flow mesh into a shape of a preliminary molding mold,
A preforming step of cooling and separating the preliminarily formed fibrous layer and the flow mesh so that the shape of the preformed fiber mesh is maintained in a deformed shape;
A molding preparation step of stacking the integrated fiber layer and the flow mesh on the molding die and covering the same with vacuum plastic to seal the flow mesh from the outside,
A molding step including injecting a resin into a sealed vacuum plastic by vacuum to form a fiber-reinforced composite material by impregnating a laminated and integrated fiber layer and a flow mesh with a resin; And
And a heat treatment step of separating the fiber-reinforced composite material from the molding mold and the vacuum vinyl, and heating and curing the fiber-reinforced composite material at a predetermined temperature in an oven.
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