KR101518139B1

KR101518139B1 - 예열장치를 이용한 ｚ-피닝장치

Info

Publication number: KR101518139B1
Application number: KR1020130154561A
Authority: KR
Inventors: 정성균; 정종설
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-05-07

Abstract

본 발명은 프리프레그 적층판에 Z-핀을 삽입하기 위한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치에 관한 것으로서, 특히 상면에 상기 프리프레그 적층판이 안착되고, 그 재질이 철판으로 이루어진 하부몰드와; 상기 하부몰드의 하면에 설치되어 열을 전달하는 히터와; 상기 하부몰드의 저면에 설치된 온도센서와; 상기 프리프레그 적층판의 상면에 안착되고, 그 재질이 알루미늄으로 이루어지며, 상기 Z-핀이 끼움되는 다수의 핀홀이 형성된 상부몰드와; 상기 상부몰드의 핀홀에 끼움된 Z-핀의 상단에 올려지고, 그 재질이 철로 이루어진 푸쉬핀과; 상기 푸쉬핀을 상기 핀홀 내부로 밀어 넣어 상기 Z-핀이 상기 프리프레그 적층판에 삽입되도록 하는 누름쇠;로 구성되어, 프리프레그 적층판의 층간물성을 강화하기 위하여 Z-핀을 삽입하는 공정이 매우 간단하고 용이한 효과가 있다.

Description

예열장치를 이용한 Ｚ-피닝장치{Z-Pinning Apparatus using Preheating Apparatus}

본 발명은 Z-피닝장치에 관한 것으로서, 특히 프리프레그 적층판에 Z-핀을 용이하게 삽입할 수 있는 예열장치를 이용한 Z-피닝장치에 관한 것이다.

복합재료가 기존의 금속 재료에 비해 갖는 우수한 기계적, 화학적 특성으로 인해 복합재료는 항공우주분야를 비롯하여 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄소 섬유 강화 복합재(CFRP)는 무게 대비 높은 면내 강성(항공기, 우주선, 자동차, 잠수함), 강도(F1 경주용 자동차, 돛대), 에너지 흡수 능력(차량 충돌 구조), 화학적 저항성(화학 산업, 의료), 낮은 열팽창계수(우주선, 브레이크, 베어링), 치수의 안정성(항공기, 우주선), 우수한 피로 특성(회전 축) 등 때문에 항공기, 우주선, 자동차, 잠수함 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.

이러한 복합 적층 구조물은 두께 방향으로 층간 물성의 취약함을 보이기 때문에 이러한 것을 보완하기 위한 여러 가지 연구가 오래전부터 수행되어 왔는데, 그 중의 하나가 프리프레그를 적층하여 성형하는 복합적층 구조물에 두께 방향(Z축)으로 Z-핀을 삽입(피닝, Pinning) 하는 것이다.

그러나, 종래에 Z-핀을 삽입하기 위하여 제시된 방법들은 준비과정이 너무 복잡하거나 공정에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

출원번호 : 10-2007-0093965 (등록번호 : 10-0932302, 발명 명칭 : 핀을 박아 성능을 보강한 복합재 적층 구조물, 상기 복합재적층 구조물 제조 방법, 장치 및 상기 장치 제작 방법)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 프리프레그 적층판을 히터로 예열한 후 Z-핀을 예열된 프리프레그 적층판에 간단하고 용이하게 삽입할 수 있는 예열장치를 이용한 Z-피닝장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치는 프리프레그 적층판에 Z-핀을 삽입하기 위한 것으로서; 상면에 상기 프리프레그 적층판이 안착되고, 그 재질이 철판으로 이루어진 하부몰드와; 상기 하부몰드의 하면에 설치되어 열을 전달하는 히터와; 상기 하부몰드의 저면에 설치된 온도센서와; 상기 프리프레그 적층판의 상면에 안착되고, 그 재질이 알루미늄으로 이루어지며, 상기 Z-핀이 끼움되는 다수의 핀홀이 형성된 상부몰드와; 상기 상부몰드의 핀홀에 끼움된 Z-핀의 상단에 올려지고, 그 재질이 철로 이루어진 푸쉬핀과; 상기 푸쉬핀을 상기 핀홀 내부로 밀어 넣어 상기 Z-핀이 상기 프리프레그 적층판에 삽입되도록 하는 누름쇠;로 구성된다.

여기서, 상기 상부몰드에 형성된 핀홀의 상하방향 길이는 상기 Z-핀의 상하방향 길이보다 길게 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 예열장치를 이용한 Z-피닝장치는 히터에 의해 열이 가해져서 프리프레그 적층판의 점도가 낮아진 상태에서 Z-핀을 인력(人力) 또는 별도의 누름쇠 등으로 푸쉬핀을 누르면 프리프레그 적층판에 용이하게 Z-핀이 삽입되는 이점이 있다.

또한, 온도를 정확하게 조절할 수 있어서 프리프레그 적층판이 과열되지 않는 이점이 있다.

또한, 상부몰드에 형성된 핀홀의 상하방향 길이가 Z-핀의 길이보다 길기 때문에 핀홀에 Z-핀과 푸쉬핀을 한꺼번에 삽입할 수 있어서 푸쉬핀이 핀홀에서 빠지지 않도록 별도로 푸쉬핀을 잡아주기 위한 과정이 필요없는 이점이 있다.

또한, 본 발명을 구성하는 하부몰드, 히터, 상부몰드, 푸쉬핀 및 누름쇠 등은 영구적으로 반복하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치를 사용하는 모습을 간단히 보인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치의 상부몰드 일 실시예를 보인 도.

이하, 본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치를 사용하는 모습을 간단히 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치의 상부몰드 일 실시예를 보인 도이다.

본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치는 프리프레그 적층판(P)에 Z-핀(Z)을 삽입하기 위한 것이다. 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastics)의 주 구성 재료로 많이 사용되는 프리프레그(Prepreg) 적층판은 층간물성이 취약하여 적층된 프리프레그가 박리되는 문제가 있는데, 본 발명은 이러한 문제를 해결하고 프리프레그 적층판의 층간물성을 보강하여 적층된 프리프레그가 박리되지 않도록 하기 위한 것이다. 이러한 본 발명은 하부몰드(10)와, 상기 하부몰드(10)의 하면에 설치되는 히터(20)와, 상기 하부몰드(10)의 저면에 설치되는 온도센서(30)와, 상기 하부몰드(10)의 상측에 배치되는 상부몰드(40)와, 상기 상부몰드(40)에 삽입되는 푸쉬핀(50)과, 상기 푸쉬핀(50)을 밀어 넣는 누름쇠(60)로 구성된다.

상기 하부몰드(10)는 상기 프리프레그 적층판(P)의 하측에 배치되는 것으로서, 그 재질이 철판으로 이루어진다. 다시 말하면, 상기 하부몰드(10)는 상면에 상기 프리프레그 적층판(P)이 안착된다. 이러한 하부몰드(10)는 일정한 두께를 갖고, 구멍이나 홈이 형성되지 않은 평평한 패널 형태로 제작된다.

상기 히터(20)는 상기 하부몰드(10)의 하측에 설치되어 열을 전달하는 것으로서, 히터 프레임(21)에 의하여 하부몰드(10) 하측에 견고하게 설치된다. 이러한 히터(20)는 하부몰드(10)에 열을 공급하여 하부몰드(10)가 가열되도록 하고, 가열된 하부몰드(10)에 의하여 프리프레그 적층판(P)이 가열되도록 한다. 이렇게 프리프레그 적층판(P)이 35~40℃로 가열되면 점도가 낮아져서 말랑말랑한 상태가 된다. 바로 이 상태가 Z-핀(Z)을 상기 프리프레그 적층판(P)에 삽입하기에 적절한 시기이다.

상기 온도센서(30)는 상기 하부몰드(10)의 저면과 상기 히터(20)의 상면 사이에 설치되는 것으로서, 하부몰드(10)의 온도를 측정한다. 하부몰드(10)의 온도가 측정되면 상기 하부몰드(10)의 상면에 접촉되어 있는 프리프레그 적층판(P)의 온도를 추정할 수 있는데, 상기 프리프레그 적층판(P)의 온도가 35~40℃ 정도가 되었을 때 Z-핀(Z)을 프리프레그 적층판(P)에 삽입한다.

상기 상부몰드(40)는 상기 하부몰드(10)의 상면에 배치된 프리프레그 적층판(P)의 상면에 안착되는 것으로서, 그 재질이 알루미늄으로 이루어진다. 이러한 상부몰드(40)에는 다수의 핀홀(41)이 형성된다.

상기 핀홀(41)은 상기 Z-핀(Z)이 끼움되는 구멍으로서, 이 핀홀(41)에 끼움된 Z-핀(Z)이 상기 프리프레그 적층판(P)에 삽입된다. 그리고, 상기 핀홀(41)의 상하방향 길이는 상기 Z-핀(Z)의 상하방향 길이보다 길게 형성된다.

따라서, 상기 Z-핀(Z)을 상기 핀홀(41)에 삽입하면 Z-핀(Z)의 하단은 상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 접촉되고, Z-핀(Z)의 상단은 상기 핀홀(41)의 안쪽에 위치되어 핀홀(41) 내부의 상측부에는 일정한 여유공간이 형성된다. 이 핀홀(41) 내부 상측부의 여유공간에 상기 푸쉬핀(50)의 하측부가 끼움된다.

상기 푸쉬핀(50)은 상기 상부몰드(40)의 핀홀(41)에 끼움된 Z-핀(Z)의 상단에 올려진다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 푸쉬핀(50)은 상기 핀홀(41)의 상측부에 형성된 여유공간에 하측부가 끼움되기 때문에 푸쉬핀(50)의 하단은 상기 Z-핀(Z)의 상단에 접촉된다. 즉 상부몰드(40)에 형성된 핀홀(41) 내부에 Z-핀(Z)과 푸쉬핀(50)이 끼움되는데, 하측에는 Z-핀(Z)이 위치되고 상측에는 푸쉬핀(50)이 위치되는 것이다. 이러한 푸쉬핀(50)은 그 재질이 철로 제작되어 자석에 부착된다.

상기 누름쇠(60)는 상기 푸쉬핀(50)을 상기 핀홀(41) 내부로 하나씩 밀어 넣어 상기 Z-핀(Z)이 상기 프리프레그 적층판(P)에 삽입되도록 한다. 핀홀(41)에 Z-핀(Z)이 끼워짐과 아울러 푸쉬핀(50)이 끼워지는데 푸쉬핀(50)의 하단은 Z-핀(Z)의 상단에 접촉된다고 하였으므로, 누름쇠(60)에 의하여 하나의 푸쉬핀(50)을 하측으로 가압되면 이와 한 쌍을 이루는 Z-핀(Z)이 푸쉬핀(50)에 밀려서 상기 프리프레그 적층판(P)을 뚫고 들어가게 된다. 누름쇠(60)는 단순히 상기 푸쉬핀(50)을 가압하기 위한 도구로서, 누름쇠(60)를 사용하지 않고 사람이 직접 푸쉬핀(50)을 가압하는 것도 가능하다.

한편, 상기 Z-핀(Z)은 프리프레그 적층판(P) 내부에 삽입되었을 때 프리프레그 적층판(P)과의 결합력을 강화하기 위하여 표면에 요철을 형성시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 예열장치를 이용한 Z-피닝장치로 Z-피닝하는 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하부몰드(10) 상면에 프리프레그 적층판(P)을 안착시킨 후, 상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 상부몰드(40)를 안착시킨다.

그런 다음, 상기 상부몰드(40)에 형성된 핀홀(41)에 Z-핀(Z)을 삽입한다. 이렇게 Z-핀(Z)이 삽입되면 Z-핀(Z)의 하단이 상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 접촉된다.

Z-핀(Z)이 핀홀(41)에 삽입되면 푸쉬핀(50)을 상기 핀홀(41)에 하나씩 끼워 넣는다. 이때, 핀홀(41)에는 푸쉬핀(50)의 하측부가 삽입되므로 핀홀(41)의 바깥쪽으로 푸쉬핀(50)의 상측부가 노출된다.

이 상태에서 히터(20)에 전원을 인가하여 열이 하부몰드(10)에 열이 공급되도록 함으로써 프리프레그 적층판(P)을 가열한다.

프리프레그 적층판(P)이 적정온도가 되었을 때 핀홀(41)의 바깥쪽으로 노출된 푸쉬핀(50)의 상측부를 누름쇠(60)로 하나씩 가압하여 푸쉬핀(50)을 누른다. 푸쉬핀(50)이 하측으로 가압되면 푸쉬핀(50)에 의하여 각 Z-핀(Z)이 하측으로 가압되어 프리프레그 적층판(P)에 삽입된다. 이 상태에서 누름쇠(60)로 계속 Z-핀(Z)을 누른다 하더라도 Z-핀(Z)은 철판으로 제작된 하부몰드(10)에 막혀서 더 이상 하측으로 움직이지 않게 된다. 이러한 작업을 통하여 상기 프리프레그 적층판(P)에 Z-핀(Z)을 삽입하는 작업이 완료된다.

이렇게 Z-핀(Z) 삽입 작업이 완료되면 상부몰드(40)를 들어올린다. 상부몰드(40)를 들어 올린 후 핀홀(41)에 끼워져 있거나 프리프레그 적층판(P) 주변에 산재되어 있는 푸쉬핀(50)을 자석으로 부착/수거하여 재사용한다.

한편, 상기 Z-핀(Z)의 길이를 상기 프리프레그 적층판(P)의 두께와 동일하게 형성시키면, Z-핀(Z)을 프리프레그 적층판(P)에 삽입시킨 후 표면을 매끄럽게 하기 위하여 프리프레그 적층판(P)의 표면에 돌출된 Z-핀(Z)을 절단할 필요가 없어서 편리하다.

10: 하부몰드 20: 히터
21: 히터프레임 30: 온도센서
40: 상부몰드 41: 핀홀
50: 푸쉬핀 60: 누름쇠
P: 프리프레그 적층판 Z: Z-핀

Claims

프리프레그 적층판(P)에 Z-핀(Z)을 삽입하기 위한 것으로서,
상면에 상기 프리프레그 적층판(P)이 안착되는 하부몰드(10)와;
상기 하부몰드(10)의 하면에 설치되어 열을 전달하는 히터(20)와;
상기 프리프레그 적층판(P)의 상면에 안착되고, 상기 Z-핀(Z)이 끼움되는 다수의 핀홀(41)이 형성된 상부몰드(40)와;
상기 상부몰드(40)의 다수의 핀홀(41)에 끼움된 Z-핀(Z)의 상단에 하나씩 개별적으로 올려지는 다수의 푸쉬핀(50)과;
상기 각 푸쉬핀(50)을 상기 핀홀(41) 내부로 개별적으로 밀어 넣어 상기 Z-핀(Z)이 상기 프리프레그 적층판(P)에 하나씩 삽입되도록 하는 누름쇠(60);로 구성된 것을 특징으로 하는 예열장치를 이용한 Z-피닝장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하부몰드(10)의 저면에는 온도센서(30)가 설치되는 것을 특징으로 하는 예열장치를 이용한 Z-피닝장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하부몰드(10)는 그 재질이 철판으로 이루어지고, 상기 상부몰드(40)는 그 재질이 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 예열장치를 이용한 Z-피닝장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상부몰드(40)에 형성된 핀홀(41)의 상하방향 길이는 상기 Z-핀(Z)의 상하방향 길이보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 예열장치를 이용한 Z-피닝장치.
청구항 1에 있어서,
상기 푸쉬핀(50)은 그 재질이 철로 제작되어 자석에 부착되는 것을 특징으로 하는 예열장치를 이용한 Z-피닝장치.