KR101570056B1 - Ｖａｒｔｍ 공정을 이용한 복합재료의 성형방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (ⅰ) 아래쪽에는 진공 흡입구(70)가 형성되어 있으며 상부면에는 이형제가 도포된 하부 금형(10)의 상부면에 섬유 직조물(20)을 깔아주는 단계; (ⅱ) 하부 금형(10)의 상부면에 깔려있는 섬유직조물(20) 위에 진공밀착보조부재(40)를 깔아주는 단계; (ⅲ) 클램프를 사용하여 수지 주입구(60) 및 고온 공기 주입구(80)가 형성된 상부 금형(50)을 상기 하부 금형(10)에 결합시켜 금형 내부와 외부 공기를 차단하는 단계; (ⅳ) 금형 내에 진공을 걸어 상기 섬유 직조물(20)을 금형에 밀착시켜주는 단계; (ⅴ) 상부 금형(50)에 형성된 수지 주입구(60)를 통해 금형 내부로 액상 에폭시 수지를 주입하고, 계속해서 하부 금형(10)에 형성된 진공 흡입구(70)로 액상 에폭시 수지를 흡입하여 상기 섬유 직조물(20)에 에폭시 수지를 함침 및 적층시키는 단계; 및 (ⅵ) 상기 상부 금형(50)에 형성된 고온 공기 주입구(80)를 통해 금형 내부로 고온 공기(Hot air)를 주입하여 에폭시 수지를 완전 경화시키는 단계;를 포함한다.
본 발명은 고온 공기를 금형 내부에 공급하므로서 수지 경화 시간을 단축시킬 수 있고, 직물내 수지 함침공정 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 종래 VARTM 성형공정에서 사용해온 진공 백 필름 등의 사용도 생략할 수 있어서 준비공정 시간이 단축되고 제조비용도 절감된다.
본 발명은 고온 공기를 금형 내부에 공급하므로서 수지 경화 시간을 단축시킬 수 있고, 직물내 수지 함침공정 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 종래 VARTM 성형공정에서 사용해온 진공 백 필름 등의 사용도 생략할 수 있어서 준비공정 시간이 단축되고 제조비용도 절감된다.
Description
본 발명은 VARTM(Vaccum assisted resin transfer molding) 공정을 이용하여 복합재료를 성형하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에서 복합재료는 직물과 상기 직물 상에 함침, 코팅된 고분자 수지로 이루어진 재료로 정의되며, 상기 복합재료는 자동차용 부품소재 등으로 이용된다.
VARTM 공정을 이용한 종래의 복합재료 성형방법은 도 1에 도시된 바와 같이 이형제가 도포된 금형(1) 위에 섬유 직조물(2)들을 적층시킨 다음, 실링테이프(4 : Sealing tape), 진공 백 필름(5 : Vaccum bag film) 및 진공공급라인(9 : Vaccum distribution line)등을 사용하여 진공을 걸어 수지 공급라인(8)으로부터 공급되는 액상 수지를 적층된 섬유 직조물(2)의 표면을 따라 수평방향으로 이송하면서 이송된 액상 수지를 직물에 함침시키는 성형방법이 주로 사용되어 왔다.
도 1은 종래 성형방법을 모식적으로 나타내는 단면개략도이다.
그러나, 상기 종래의 복합재료 성형방법은 액상수지를 적층된 섬유 직조물(2)의 표면을 따라 수평방향으로 이송하면서 섬유 직조물의 상하방향으로 직물내에 액상수지가 함침되는 과정이 필요하기 때문에 성형공정 시간이 길고, 잉여수지의 배출이 많고, 특히 액상수지의 이송거리가 길어질수록 액상수지의 이송속도 저하로 인해 성형제품(복합재료)내 수지 함침 균일도가 떨어져 품질이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 상기의 종래 성형방법은 탄소섬유와 같이 투습성(Permeability)이 낮은 직물을 사용할 경우에는 수지공급라인(8)에서 진공공급라인(9)까지 액상수지의 이송시간이 길어지고 직물내 액상수지의 함침시간이 급증하게 된다. 그로 인해 상기의 종래 성형방법은 탄소섬유와 같이 투습성이 낮은 직물을 사용해서 복합재료를 성형하는 경우에는 특히 적합하지 않았다.
또한, 상기의 종래 성형방법에서는 도 1에 도시된 바와 같이 성형품과 금형사이의 탈형을 돕기 위해 필 플라이(6 : Peel ply)를 사용하고, 직물(2)과 진공백필름(5)사이에 수지 공급을 원활하게 해 주기 위해서 수지분배매체(3 : Resin distribution media)를 사용하고, 잉여수지를 흡수하기 위해서 단섬유 부직포 형태인 잉여수지 흡수재(7 : Breather)도 사용하고, 밀폐, 진공을 위해 실링 테이프(4) 및 진공 백 필름(5)도 사용한다.
이와 같이 도 1에 도시된 종래의 성형방법은 부수적으로 사용되는 부자재들이 많아서 성형준비공정 시간이 길어지고 제조비용도 상승하는 문제가 있었다.
이와 같은 종래의 문제점들을 해결할 수 있도록 본 발명에서는 VARTM 공정을 이용하여 복합재료를 성형할 때, 성형공정 시간, 특히 수지 경화 시간을 크게 단축시키고, 진공 백 필름 등과 같은 부자재의 사용을 최소화하여 성형준비시간을 단축함과 동시에 제조원가도 절감할 수 있는 복합재료의 성형방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 진공을 위해 실링 테이프 및 진공 백 필름을 사용하는 대신에 아래쪽에는 진공 흡입구(70)가 형성되어 있으며 상부면에는 이형제가 도포된 하부 금형(10)에 수지 주입구(60) 및 고온 공기 주입구(80)가 형성된 상부 금형(50)을 클램프(CLAMP)로 결합시켜 준다.
또한, 본 발명에서는 상기 하부 금형(10)의 상부면에 섬유 직조물(20)과 진공밀착보조부재(40)를 차례로 깔고 진공을 걸어 섬유 직조물(20)이 금형에 밀착되게 한 다음 상부 금형의 수지 주입구(60)를 통해 에폭시 수지를 주입함과 동시에 하부 금형(10)에 형성된 진공 흡입구(70)로 에폭시 수지를 흡입하여 상기 섬유 직조물(20)에 에폭시 수지를 함침 및 적층 시키면서 상기 고온 공기 주입구(80)로 고온 공기를 금형 내로 주입하여 에폭시 수지를 경화시켜 준다.
본 발명은 직물내 수지 함침공정 시간 및 수지 경화 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 VARTM 성형공정에서 성형품과 금형 사이의 탈형을 위해 사용해온 필 플라이(Peel ply)나 잉여수지 흡수재(Breather)를 생략할 수 있고, 밀폐를 위한 실링 테이프 및 진공 백 필름 사용도 생략할 수 있어서 준비공정 시간이 단축되고 제조비용도 절감된다.
도 1은 VARTM 공정을 이용한 종래의 복합재료 성형방법을 모식적으로 나타낸 단면 개략도.
도 2는 VARTM 공정을 이용한 본 발명의 복합재료 성형방법을 모식적으로 나타낸 단면개략도.
도 2는 VARTM 공정을 이용한 본 발명의 복합재료 성형방법을 모식적으로 나타낸 단면개략도.
이하, 첨부한 도면등을 통해 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법은, (ⅰ) 아래쪽에는 진공 흡입구(70)가 형성되어 있으며 상부면에는 이형제가 도포된 하부 금형(10)의 상부면에 섬유 직조물(20)을 깔아주는 단계; (ⅱ) 하부 금형(10)의 상부면에 깔려있는 섬유직조물(20) 위에 진공밀착보조부재(40)를 깔아주는 단계; (ⅲ) 클램프를 사용하여 상부 금형(50)의 하방으로 연장되어 상기 진공밀착보조부재(40)를 관통하는 수지 주입구(60) 및 고온 공기 주입구(80)가 형성된 상부 금형(50)을 상기 하부 금형(10)에 결합시켜 금형 내부와 외부 공기를 차단하는 단계; (ⅳ) 금형 내에 진공을 걸어 상기 섬유 직조물(20)을 금형에 밀착시켜주는 단계; (ⅴ) 상부 금형(50)에 형성된 수지 주입구(60)를 통해 금형 내부로 액상 에폭시 수지를 주입하고, 계속해서 하부 금형(10)에 형성된 진공 흡입구(70)로 액상 에폭시 수지를 흡입하여 상기 섬유 직조물(20)에 에폭시 수지를 함침 및 적층시키는 단계; 및 (ⅵ) 상기 상부 금형(50)에 형성된 고온 공기 주입구(80)를 통해 금형 내부로 고온 공기(Hot air)를 주입하여 에폭시 수지를 완전 경화시키는 단계;를 포함한다.
구체적으로, 본 발명은 종래 진공을 위해 실링 테이프(4) 및 진공 백 필름(5)을 사용하는 대신에 진공밀착보조부재(40) 및 클램프를 사용하여 상기 상부 금형(50)을 하부 금형(10)에 결착시키는 것과, 종래 액상 수지를 진공하에서 섬유 직조물 표면을 따라 수평방향으로 이송하면서 이송된 액상수지를 중력만으로 섬유 직조물 내로 함침시키는 대신에 액상 수지를 하부 금형(10)의 아래쪽에 형성된 진공 흡입구(70)로 흡입하는 힘에 의해 섬유 직조물의 수직방향으로 함침시키는 것과, 고온 공기 주입구(80)로 고온 공기를 금형 내로 주입하여 에폭시 수지를 경화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 수지 주입구(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 상부 금형(50)을 관통함과 동시에 상부 금형(50)의 하방으로 연장되어 상기 진공밀착보조부재(40)를 관통하게 형성되어 상기 수지 주입구(60)를 통해 금형(50) 내부로 주입되는 액상 에폭시 수지를 상기 진공 흡입구(70)로 흡입하는 힘에 의해 섬유 직조물(20)에 수직 방향으로 함침될 수 있게 한다.
상기 수지 주입구(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 상부 금형(50)을 관통함과 동시에 상부 금형(50)의 하방으로 연장되어 상기 진공밀착보조부재(40)를 관통하게 형성되어 상기 수지 주입구(60)를 통해 금형(50) 내부로 주입되는 액상 에폭시 수지를 상기 진공 흡입구(70)로 흡입하는 힘에 의해 섬유 직조물(20)에 수직 방향으로 함침될 수 있게 한다.
먼저, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 아래쪽에는 진공 흡입구(70)가 형성되어 있으며 상부면에는 이형제가 도포된 하부 금형(10)의 상부면에 섬유 직조물(20)을 깔아 준다.
도 2는 본 발명에 따른 복합재료 성형방법을 모식적으로 나타낸 단면 개략도이다.
상기 섬유 직조물(20)은 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 또는 올레핀 섬유 등으로 구성되며, 경사와 위사가 서로 교차하는 직물 형태일 수도 있고, 상기 섬유(원사)들이 일방향 만으로 배열된 직조물 형태일 수도 있다.
다시말해, 상기 섬유 직조물(20)은 이를 구성하는 섬유(원사)들이 섬유 직조물(20)의 길이방향으로 0°, 45° 또는 90°로 적층된 형태 등이다.
상기 진공 흡입구(70)는 하부 금형(10)의 아래쪽에 1~5개가 균일 간격으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 하부 금형(10)의 상부면에 깔려 있는 섬유 직조물(20) 위에 진공밀착보조부재(40)를 깔아준다.
이때, 진공밀착보조부재(40)의 양쪽 끝단을 금형 밖으로 빼내주는 것이 진공 형성에 바람직하다.
상기 진공밀착보조부재(40)는 실리콘 고무 시트 등이 바람직하다.
다음으로, 클램프를 사용하여 수지 주입구(60) 및 고온 공기 주입구(80)가 형성된 상부 금형(50)을 상기 하부 금형(10)에 결합시켜 금형 내부와 외부 공기를 차단해 준다.
다음으로, 금형 내에 진공을 걸어 상기 섬유 직조물(20)을 금형에 밀착시켜 준다.
다음으로, 상부 금형(50)에 형성된 수지 주입구(60)를 통해 금형 내부로 액상 에폭시 수지를 주입하고, 계속해서 하부 금형(10)에 형성된 진공 흡입구(70)로 액상 에폭시 수지를 흡입하여 상기 섬유 직조물(20)에 에폭시 수지를 함침 및 적층 한다.
다음으로, 상기 상부 금형(50)에 형성된 고온 공기 주입구(80)를 통해 금형 내부로 고온의 공기(Hot air)를 주입하여 에폭시 수지를 경화시켜 복합재료의 성형을 완료한다.
한편, 본 발명에서는 하부 금형(10)의 상부면에 섬유 직조물(20)을 깔아준 다음 상기 섬유직조물(20) 위에 진공밀착보조부재(40)를 깔아주기 이전에 상기 섬유 직조물(20) 위에 다공성 시트(30)를 깔아주는 단계를 더 포함 할 수도 있다.
상기 다공성 시트(30)는 유리섬유, 폴리에스테르 섬유 또는 나일론 섬유 등으로 구성된다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 살펴본다.
그러나 본 발명은 하기 실시예만으로 보호범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
아래쪽에는 진공 흡입구(70)가 형성되어 있으며 상부면에는 이형제가 도포된 하부 금형(10)의 상부면 위에 탄소섬유 직물 5매와 진공밀착보조부재(40)인 실리콘 고무 시트를 차례로 깔아 준 다음, 클램프를 사용하여 수지 주입구(60) 및 고온 공기 주입구(80)가 형성된 상부 금형(50)을 상기 하부 금형(10)에 결합시켜 금형 내부와 외부 공기를 차단하였다.
다음으로, 상부 금형(50)에 형성된 수지 주입구(60)를 통해 금형 내부로 액상 에폭시 수지를 주입하고, 계속해서 하부 금형(10)에 형성된 진공 흡입구(70)로 액상 에폭시 수지를 흡입하여 상기 탄소섬유 직물(20)에 에폭시 수지를 함침 및 적층시킨 후, 상부 금형(50)에 형성된 고온 공기 주입구(80)를 통해 80℃의 공기를 주입하여 에폭시 수지를 경화시켜 복합 재료를 성형하였다.
실시예
2
하부 금형(10)의 상부면에 탄소섬유 직물(20) 5매를 깔아준 다음 상기 섬유직조물(20) 위에 진공밀착보조부재(40)인 실리콘 고무 시트를 깔아주기 이전에 폴리에스테르 섬유로 구성된 다공성 시트(30)를 상기 탄소섬유 직물(20) 위에 추가로 더 깔아준 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재료를 성형하였다.
비교실시예
1
이형제가 도포된 금형(1)위에 도 1과 같이 섬유 직조물(2), 필 플라이(6 : Peel ply), 수지 분배 매체(3 : Resin distribution media) 및 잉여수지 흡수재(7 : Breath)를 차례로 적층하였다.
다음으로, 실링 테이프(4)와 진공 백 필름(5)을 사용하여 외부의 공기를 차단하고, 수지 공급라인(8)에서 공급되는 액상 에폭시 수지를 진공공급라인(9)을 이용해서 섬유 직조물(2)의 수평방향을 따라 상기 직물(2)과 잉여수지 흡수재(7 : Breath) 사이로 이송하였다.
다음으로, 이송된 액상 에폭시 수지를 섬유 직조물(2) 내로 함침시킨 후 가열, 경화시켜 복합재료를 제조하였다.
복합재료의 성형에 소요되는 시간은 실시예 1 및 실시예 2가 비교실시예 1에 비해 현저하게 단축되었고, 복합재료의 직물내 수지 함침 균일도 역시 실시예 1 및 실시예 2로 비교실시예 1 보다 상대적으로 우수하였다.
또한, 실시예 1 및 실시예 2에서는 비교실시예 1에서 사용하는 필 플라이(6)와 잉여수지 흡수재(7 : Breather)등을 사용할 필요가 없어서 성형준비시간이 단축되고 복합재료의 제조비용도 절감되었다.
1 : 이형제가 도포된 금형 2 : 섬유 직조물
3 : 수지 분배 매체 4 : 실링 테이프
5 : 진공 백 필름 6 : 필 플라이(Peel ply)
7 : 잉여수지 흡수재(Breather) 8 : 수지 공급라인
9 : 진공 공급라인 10 : 이형제가 도포된 하부 금형
20 : 섬유 직조물 30 : 다공성 시트
40 : 진공밀착보조부재 50 : 상부 금형
60 : 수지 주입구 70 : 진공 흡입구
80 : 고온 공기 주입구
3 : 수지 분배 매체 4 : 실링 테이프
5 : 진공 백 필름 6 : 필 플라이(Peel ply)
7 : 잉여수지 흡수재(Breather) 8 : 수지 공급라인
9 : 진공 공급라인 10 : 이형제가 도포된 하부 금형
20 : 섬유 직조물 30 : 다공성 시트
40 : 진공밀착보조부재 50 : 상부 금형
60 : 수지 주입구 70 : 진공 흡입구
80 : 고온 공기 주입구
Claims (7)
- (ⅰ) 아래쪽에는 진공 흡입구(70)가 형성되어 있으며 상부면에는 이형제가 도포된 하부 금형(10)의 상부면에 섬유 직조물(20)을 깔아주는 단계;
(ⅱ) 하부 금형(10)의 상부면에 깔려있는 섬유직조물(20) 위에 진공밀착보조부재(40)를 깔아주는 단계;
(ⅲ) 클램프를 사용하여 상부 금형(50)의 하방으로 연장되어 상기 진공밀착보조부재(40)를 관통하는 수지 주입구(60) 및 고온 공기 주입구(80)가 형성된 상부 금형(50)을 상기 하부 금형(10)에 결합시켜 금형 내부와 외부 공기를 차단하는 단계;
(ⅳ) 금형 내에 진공을 걸어 상기 섬유 직조물(20)을 금형에 밀착시켜주는 단계;
(ⅴ) 상부 금형(50)에 형성된 수지 주입구(60)를 통해 금형 내부로 액상 에폭시 수지를 주입하고, 계속해서 하부 금형(10)에 형성된 진공 흡입구(70)로 액상 에폭시 수지를 흡입하여 상기 섬유 직조물(20)에 에폭시 수지를 함침 및 적층시키는 단계; 및
(ⅵ) 상기 상부 금형(50)에 형성된 고온 공기 주입구(80)를 통해 금형 내부로 고온 공기(Hot air)를 주입하여 에폭시 수지를 완전 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법. - 제1항에 있어서, 하부 금형(10)의 상부면에 섬유 직조물(20)을 깔아준 다음 상기 섬유직조물(20) 위에 진공밀착보조부재(40)를 깔아주기 이전에 상기 섬유 직조물(20) 위에 다공성 시트(30)를 깔아주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
- 제1항에 있어서, 섬유 직조물(20)은 경사와 위사가 서로 교차되는 직물 및 원사가 일방향 만으로 배열된 직조물 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
- 제1항에 있어서, 섬유 직조물(20)은 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유 및 올레핀계 섬유 중에서 선택된 1종의 섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
- 제2항에 있어서, 다공성 시트(30)는 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 나일론 섬유 중에서 선택된 1종의 섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
- 제1항에 있어서, 상기 진공밀착보조부재(40)의 양쪽 끝단이 금형 밖으로 빠져나오게 해주는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
- 제1항에 있어서, 상기 진공밀착보조부재(40)가 실리콘 고무 시트인 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
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| KR1020120140836A KR101570056B1 (ko) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Ｖａｒｔｍ 공정을 이용한 복합재료의 성형방법 |
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| KR20140073104A KR20140073104A (ko) | 2014-06-16 |
| KR101570056B1 true KR101570056B1 (ko) | 2015-11-19 |
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ID=51126740
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| KR1020120140836A KR101570056B1 (ko) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Ｖａｒｔｍ 공정을 이용한 복합재료의 성형방법 |
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| JP2002316332A (ja) | 2001-04-20 | 2002-10-29 | Kasai Kogyo Co Ltd | 車両用吸音材の成形方法及び成形用金型 |
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| JP2008155383A (ja) | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Toyota Industries Corp | 繊維強化プラスチックの製造方法 |
-
2012
- 2012-12-06 KR KR1020120140836A patent/KR101570056B1/ko active IP Right Grant
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