KR101595069B1 - 탄소복합재 프레임 수리장치 및 그 수리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소복합재 프레임 수리장치 및 그 수리방법에 관한 것으로, 본 발명은 탄소복합재 프레임의 파손된 부분에 보수홈을 형성하는 단계; 상기 탄소복합재 프레임의 보수홈에 탄소복합재와 열경화성 수지를 채우는 단계; 및 상기 보수홈에 채워진 탄소복합재 및 열경화성 수지에 압력과 열을 가하여 경화시키는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 탄소복합재 프레임에 균열 및 파손이 발생될 경우 파손된 부분을 탄소복합재 프레임의 다른 부분과 균일한 강도를 갖도록 탄소복합재 프레임의 파손된 부분을 수리하고, 또한 파손된 부분이 다른 부분과 상응하는 표면 상태를 유지하도록 탄소복합재 프레임의 파손된 부분을 수리하게 된다.

Description

탄소복합재 프레임 수리장치 및 그 수리방법{APPARATUS FOR REPAIRING CARBON COMPOSITE METERIAL FRAME AND METHOD FOR REPAIRING THE SAME}
본 발명은 탄소복합재 프레임 수리장치 및 그 수리방법에 관한 것이다.
자전거 프레임, 낚시대 등의 구조물 재료는 무게가 가볍고 기계적 강도가 큰 알루미늄 합금, 티타늄, 탄소 복합재 등이 사용되고 있다. 특히, 탄소 복합재는 탄소 섬유(carbon fiber)를 열경화성 수지에 섞어 강도를 높인 복합재료로서, 열경화성 수지의 뛰어난 성형성과 탄소 섬유의 높은 강도의 장점을 조합한 것이다.
자전거 프레임, 낚시대 등의 탄소복합재 구조물은 다양한 방법으로 제작된다. 그 일예로, 탄소복합재 구조물은 탄소 섬유로 직조된 직조물을 수지로 함침하여 구조물 형상으로 성형한 다음 금형(몰드)에 삽입하고 금형에 삽입된 직조물을 가열 및 가압하여 제작한다. 한편, 자전거 프레임을 탄소복합재로 제작하는 방법 중의 다른 일예로, 탄소 튜브들을 열경화성 수지로 연결한 다음 탄소 섬유로 서로 연결된 탄소 튜브를 와인딩한 후 금형에 삽입하여 가열 및 가압하여 제작하게 된다.
그러나, 탄소복합재 프레임은 균열 및 파손이 발생되었을 경우 재질의 특성상 강철 재질의 프레임이나 알루미늄합금 재질의 프레임처럼 용접으로 간단히 수리할 수는 없는 단점이 있다.
탄소복합재 프레임에 균열 및 파손이 발생될 경우 종래 파손된 탄소복합재 프레임을 보수하는 방법은 탄소 섬유로 직조된 직조물을 열경화성 수지에 함침한 후 그 수지가 함침된 직조물로 탄소복합재 프레임의 파손(또는 균열) 부분을 감싼 다음 직조물을 가열하여 경화시킨다. 그러나 종래의 수리방법은 수지가 함침된 직조물을 탄소복합재 프레임에 감싼 후 경화시키게 되므로 탄소복합재 프레임과 완전 일체로 결합되지 못하여 탄소복합재 프레임의 다른 부분보다 강도가 약하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 탄소복합재 프레임에 균열 및 파손이 발생될 경우 파손된 부분을 탄소복합재 프레임의 다른 부분과 균일한 강도를 갖도록 탄소복합재 프레임의 파손된 부분을 수리하는 탄소복합재 프레임 수리장치 및 그 수리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄소복합재 프레임에 균열 및 파손이 발생될 경우 파손된 부분이 다른 부분과 상응하는 표면 상태를 유지하도록 탄소복합재 프레임의 파손된 부분을 수리하는 탄소복합재 프레임 수리장치 및 그 수리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 탄소복합재 프레임의 파손된 부분에 보수홈을 형성하는 단계; 상기 탄소복합재 프레임의 보수홈에 탄소복합재와 열경화성 수지를 채우는 단계; 상기 보수홈에 채워진 탄소복합재 및 열경화성 수지에 압력과 열을 가하여 경화시키는 단계;를 포함하는 탄소복합재 프레임 수리방법이 제공된다.
상기 보수홈에 채워지는 탄소복합재는 상기 탄소복합재 프레임의 재질과 같은 것이 바람직하다.
상기 보수홈에 채워지는 탄소복합재는 탄소 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보수홈에 채워진 탄소복합재 및 열경화성 수지는 진공상태가 유지됨에 의해 압력이 가해지는 것이 바람직하다.
상기 보수홈에 채워진 탄소복합재 및 열경화성 수지는 70 ~ 100도의 온도에서 30 ~ 60분 동안 경화시키는 것이 바람직하다.
또한, 탄소복합재 프레임의 파손 부분을 감싸는 유연성 재질의 커버; 상기 탄소복합재 프레임의 파손 부분이 밀폐되도록 상기 커버와 탄소복합재 프레임을 부착시키는 접착부재; 상기 커버에 연결되는 커플러유닛; 및 상기 커플러유닛을 통해 상기 커버 내부를 진공상태로 만드는 진공발생유닛;을 포함하는 탄소복합재 프레임 보수장치가 제공된다.
상기 커버는 비닐재질인 것이 바람직하다.
본 발명은 탄소복합재 프레임의 파손된 부분에 보수홈을 형성하고 그 보수홈에 탄소복합재와 열경화성 수지(탄소복합재에 함침된 상태)를 채운 다음 탄소복합재와 열경화성 수지를 가압한 상태로 가열하여 보수홈에 채워진 탄소복합재와 열경화성 수지를 경화시키게 되므로 보수홈에 채워진 탄소복합재와 열경화성 수지가 탄소복합재 프레임을 제작하는 상태와 같은 상태로 경화되어 보수 부분이 다른 부분과 같은 강도를 유지하게 될 뿐만 아니라 다른 부분과 일체로 접합된다.
또한, 본 발명은 탄소복합재 프레임의 파손된 부분에 보수홈을 형성하고 그 보수홈에 탄소복합재와 열경화성 수지(탄소복합재에 함침된 상태)를 채운 다음 탄소복합재와 열경화성 수지를 가압한 상태로 가열하여 보수홈에 채워진 탄소복합재와 열경화성 수지를 경화시키게 되므로 보수홈에 채워진 탄소복합재와 열경화성 수지의 경화된 표면 조직 및 수리된 내부 조직도 치밀하게 되고 보수 표면이 매끄럽게 되어 표면 상태가 우수하게 된다.
또한, 본 발명은 탄소복합재 프레임의 보수된 일부분만 가압할 수 있게 되므로 장치의 구성이 간단하여 사용이 간편하고 아울러 보수 단가가 저렴하게 된다. 이로 인하여, 전반적인 보수 비용이 낮아지게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예를 도시한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예에서 탄소복합재 프레임의 파손 상태를 나타낸 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예에서 탄소복합재 프레임에 보수홈을 형성한 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예에서 탄소복합재 프레임의 보수홈에 탄소복합재와 열경화성 수지를 채운 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예에서 탄소복합재 프레임의 보수홈에 탄소복합재와 열경화성 수지를 채우고 압력을 가하기 전 상태를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예에서 탄소복합재 프레임의 보수홈에 탄소복합재와 열경화성 수지를 채우고 압력을 가한 상태를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리장치의 일실시예를 도시한 정면도.
이하, 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법 및 수리장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법의 일실시예는, 먼저, 탄소복합재 프레임의 파손된 부분에 보수홈을 형성하는 단계(S1)가 진행된다. 탄소복합재 프레임은 자전거 프레임, 낚시대 등 탄소복합재로 구성된 모든 제품이 될 수 있다. 이하에서는, 탄소복합재 프레임이 자전거 프레임인 경우에 대하여 설명한다. 특히, 자전거 프레임이 파이프 형태인 경우에 대하여 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 탄소복합재 프레임(10)에 파손이 발생되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 파손된 부분(11)과 파손된 부분(11)의 주변 영역에 걸쳐 보수홈(12)을 형성한다. 보수홈(12)은 탄소복합재 프레임(10)에 환형 형상으로 형성됨이 바람직하고, 또한 보수홈(12)은 연마가공에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 연마가공은 사포나 그라인더 등을 이용하여 수행된다.
탄소복합재 프레임(10)에 보수홈(12)을 형성한 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 채우는 단계(S2)가 진행된다. 보수홈(12)에 채워지는 탄소복합재(20)는 탄소복합재 프레임(10)의 재질과 같은 것이 바람직하다.
보수홈(12)에 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 채우는 방법의 제1 실시예는 열경화성 수지(30)가 함침된 탄소 섬유를 보수홈(12)에 채우는 것이다. 이때, 열경화성 수지(30)가 함침된 탄소 섬유를 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)의 바닥에 감아서 보수홈(12)에 채우는 것이 바람직하다.
보수홈(12)에 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 채우는 방법의 제2 실시예는 탄소 섬유를 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)의 바닥에 감아서 보수홈(12)에 채운 후 보수홈(12) 내부에 감겨진 탄소 섬유에 열경화성 수지(30)를 함침시킨다.
보수홈(12)에 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 채우는 방법의 제3 실시예는 탄소 섬유로 이루어진 직조물에 열경화성 수지(30)를 함침시킨 후 열경화성 수지(30)가 함침된 직조물을 보수홈(12)에 채우는 것이다.
탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 채운 후 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)에 압력과 열을 가하여 경화시키는 단계(S3)가 진행된다. 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)에 진공압을 가함에 의해 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)에 압력을 가하는 것이 바람직하다. 또한, 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)는 70 ~ 100도의 온도 조건에서 30 ~ 60분 노출시켜 경화시키는 것이 바람직하다.
탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)에 압력과 열을 가하는 방법 중의 일예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)을 커버(40)로 감싸고 커버(40)와 탄소복합재 프레임(10) 사이가 밀폐되도록 접착부재(50)를 부착한다. 그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 커버(40)에 연결된 커플러유닛(60)을 통해 커버(40)의 내부에 진공압을 발생시킴에 의해 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 가압한다. 이때, 진공발생유닛(미도시)을 커플러유닛(60)에 연결하여 진공발생유닛을 작동시킴에 의해 커버(40) 내부를 진공시킨다. 커플러유닛(60)을 이용하여 진공발생유닛과 분리시킨 후 커버(40) 내부의 진공압에 의해 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)에 압력이 가해진 탄소복합재 프레임(10)을 내부 온도가 70 ~ 100도 유지되는 오븐에 넣고 30 ~ 60분 동안 경화시킨다. 이로 인하여, 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)가 압력이 가해진 상태에서 열을 받아 경화된다. 오븐의 내부 온도는 80도가 바람직하고, 오븐에서 30분이상 충분히 경화시키는 것이 바람직하다. 설정된 시간이 경과한 후 오븐 내부에서 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)가 경화된 탄소복합재 프레임(10)을 오븐 밖으로 꺼내어 상온에서 냉각시킨다.
도 7는 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리장치의 일실시예를 도시한 정면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리장치의 일실시예는, 커버(40), 접착부재(50), 커플러유닛(60), 진공발생유닛(70)을 포함한다.
커버(40)는 탄소복합재 프레임(10)의 파손 부분을 감싼다. 커버(40)는 유연성 있는 재질이다. 커버(40)의 일예로, 커버(40)는 비닐 재질인 것이 바람직하다.
접착부재(50)는 탄소복합재 프레임(10)의 파손 부분이 밀폐되도록 커버(40)와 탄소복합재 프레임(10)을 부착시킨다. 접착부재(50)는 양면 테이프인 것이 바람직하다. 접착부재(50)의 한쪽 면은 커버(40)의 테두리를 따라 부착되고 다른 한쪽 면은 탄소복합재 프레임(10)에 부착된다.
커플러유닛(60)은 커버(40)에 연결된다. 커플러유닛(60)은 퀵커플링인 것이 바람직하다. 퀵커플링의 한쪽이 커버(40)에 연결된다.
진공발생유닛(70)은 진공을 발생시켜 커플러유닛(60)을 통해 커버(40) 내부를 진공상태로 만든다. 진공발생유닛(70)은 진공펌프(71)와, 커플링유닛(60)과 진공펌프(71)를 연결하는 연결관(72)을 포함한다. 커플러유닛(60)이 퀵커플링인 경우 연결관(72)의 한쪽이 퀵커플링의 다른 한쪽에 연결된다. 연결관(72)에 밸브(73)가 장착됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리장치의 일실시예의 작동을 설명하면 다음과 같다.
탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 채운 다음 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)을 커버(40)로 감싸고 커버(40)의 테두리에 부착된 접착부재(50)를 탄소복합재 프레임(10)에 부착시켜 커버(40)로 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12) 부분을 밀폐시킨다. 커버(40)에 연결된 커플러유닛(60)의 한쪽과 진공발생유닛(70)에 연결된 커플러유닛(60)의 다른 한쪽을 연결시킨다. 진공발생유닛(70)을 작동시켜 커버(40)의 내부에 진공(버큠)압을 발생시켜 커버(40) 내부를 진공시킨다. 커버(40) 내부를 진공시킴에 의해 커버(40)가 탄소복합재 프레임(10)의 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)에 흡착되면서 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 가압하게 된다. 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 설정된 상태로 가압되면 커플러유닛(60)을 분리시킨다.
이하, 본 발명에 따른 탄소복합재 프레임 수리방법 및 수리장치의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명은 탄소복합재 프레임(10)의 파손된 부분에 보수홈(12)을 형성하고 그 보수홈(12)에 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(탄소복합재에 함침된 상태)(30)를 채운 다음 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 가압한 상태로 가열하여 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 경화시키게 되므로 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)가 탄소복합재 프레임(10)을 제작하는 상태와 같은 상태로 경화되어 보수 부분이 다른 부분과 같은 강도를 유지하게 될 뿐만 아니라 다른 부분과 일체로 접합된다.
또한, 본 발명은 탄소복합재 프레임(10)의 파손된 부분에 보수홈(12)을 형성하고 그 보수홈(12)에 탄소복합재와 열경화성 수지(탄소복합재에 함침된 상태)(30)를 채운 다음 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 가압한 상태로 가열하여 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)를 경화시키게 되므로 보수홈(12)에 채워진 탄소복합재(20)와 열경화성 수지(30)의 경화된 표면 조직 및 수리된 내부 조직도 치밀하게 되고 보수 표면이 매끄럽게 되어 표면 상태가 우수하게 된다.
또한, 본 발명은 탄소복합재 프레임(10)의 보수된 일부분만 가압할 수 있게 되므로 장치의 구성이 간단하여 사용이 간편하고 아울러 보수 단가가 저렴하게 된다. 이로 인하여, 전반적인 보수 비용이 낮아지게 된다.
10; 탄소복합재 프레임 12; 보수홈
20; 탄소복합재 30; 열경화성 수지
40; 커버 50; 접착부재
60; 커플러유닛 70; 진공발생유닛

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 탄소복합재 프레임의 파손 부분을 감싸는 유연성 재질의 커버;
    상기 탄소복합재 프레임의 파손 부분이 밀폐되도록 상기 커버와 탄소복합재 프레임을 부착시키는 접착부재;
    상기 커버에 연결되는 커플러유닛; 및
    상기 커플러유닛을 통해 상기 커버 내부를 진공상태로 만드는 진공발생유닛;을 포함하는 탄소복합재 프레임 보수장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 커버는 비닐 재질인 것을 특징으로 하는 탄소복합재 프레임 보수장치.
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