KR101621817B1

KR101621817B1 - Ｖａｒｔｍ 공정을 이용한 복합재료의 성형방법

Info

Publication number: KR101621817B1
Application number: KR1020110100548A
Authority: KR
Inventors: 조은정; 노재현; 안태환; 김성수; 이현철
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2016-05-17
Also published as: KR20130036459A

Abstract

본 발명은 (ⅰ) 이형제가 도포된 금형(10) 위에 잉여수지 배출용 매체(30)를 깔아 주는 단계; (ⅱ) 상기 잉여수지 배출용 매체(30) 위에 직물(20)과 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 적층하는 단계; (ⅲ) 실링 테이프(40)와 진공 백 필름(50)을 사용하여 외부의 공기를 차단하고, 상기 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)가 액상으로 상변화된 후 완전 경화되는 온도까지 가열해 주는 단계; 및 (ⅳ) 적층된 상기 직물(20)의 아래쪽에 위치하는 진공 흡입구(70)로 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 흡입해 주는 단계;를 포함한다.
본 발명은 직물내 수지 함침공정 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 투습성이 낮은 직물내에도 수지를 고르게 함침시켜 성형품의 물성 저하는 방지한다.
또한, 본 발명은 종래 VARTM 성형공정에서 성형품과 금형 사이의 탈형을 위해 사용해온 필 플라이(Peel ply)나 잉여수지 흡수재(Breather) 생략할 수 있어서 준비공정 시간이 단축되고 제조비용도 절감된다.

Description

ＶＡＲＴＭ 공정을 이용한 복합재료의 성형방법{Method of molding composite material by VARTM process}

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 직물(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 직물(2)의 표면을 따라 수평방향으로 이송한 후 이송된 액상 수지를 직물에 함침시키는 성형방법이 주로 사용되어 왔다.

도 1은 종래 성형방법을 모식적으로 나타내는 단면개략도이다.

그러나, 상기 종래의 복합재료 성형방법은 액상수지를 적층된 직물(2)의 표면을 따라 수평방향으로 이송한 후에도 다시 직물의 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 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, (ⅰ) 성형공정 시간을 크게 단축시키고, (ⅱ) 투습성이 낮은 직물내에도 수지를 고르게 함침시켜, 다시 말해 함침수지 균일도를 높혀 복합재료의 물성 저하를 예방할 수 있고, (ⅲ) 부자재의 사용을 최소화하여 성형준비시간을 단축함과 동시에 제조원가도 절감할 수 있는 복합재료의 성형방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 종래 액상수지를 직물 표면을 따라 이송시키는 공정을 생략하는 대신에, 이형제가 도포된 금형(10) 위에 깔려진 잉여수지 배출용 매체(30) 위에 직물(20)과 함께 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 적층하는 공정을 거친 다음, 진공상태에서 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)가 액상으로 상변화된 후 완전경화되는 온도까지 가열해 주면서 직물(20)의 아래쪽에 위치하는 진공 흡입구(70)로 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 흡입시켜 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 직물내에 함침시켜 준다.

본 발명은 직물내 수지 함침공정 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 투습성이 낮은 직물내에도 수지를 고르게 함침시켜 성형품의 물성 저하는 방지한다.

또한, 본 발명은 종래 VARTM 성형공정에서 성형품과 금형 사이의 탈형을 위해 사용해온 필 플라이(Peel ply)나 잉여수지 흡수재(Breather) 생략할 수 있어서 준비공정 시간이 단축되고 제조비용도 절감된다.

도 1은 VARTM 공정을 이용한 종래의 복합재료 성형방법을 모식적으로 나타낸 단면 개략도.
도 2 내지 도 3은 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) 이형제가 도포된 금형(10) 위에 잉여수지 배출용 매체(30)를 깔아 주는 단계;

(ⅱ) 상기 잉여수지 배출용 매체(30) 위에 직물(20)과 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 적층하는 단계;

(ⅲ) 실링테이프(40)와 진공 백 필름(50)을 사용하여 외부의 공기를 차단한 후 적층된 상기 상온에서 졸-겔 상태인 에폭시 수지(60)를 액상으로 변화시켜주는 단계; 및

(ⅳ) 적층된 상기 직물(20)의 아래쪽에 위치하는 진공 흡입구(70)로 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 흡입해 주면서 상기 에폭시 수지가 경화되는 온도까지 가열해 주는 단계;를 포함한다.

구체적으로, 본 발명은 종래 액상 수지 대신에 상온에서 졸-겔(Sol-gel) 상태인 시트상 에폭시 수지(60)를 사용하는 것과, 종래 액상 수지를 진공하에서 직물 표면을 따라 수평방향으로 이송하는 대신에 상기 시트상 에폭시 수지(60)를 직물과 함께 적층하는 것과, 종래 이송된 액상수지를 중력만으로 직물내로 함침시키는 대신에 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 직물 하단에 위치하는 진공 흡입구(70)로 흡입하는 힘에 의해 직물내에 함침시키는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에서는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 이형제가 도포된 금형(10) 위에 잉여수지 배출용 매체(30)를 깔아준다.

도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 복합재료 성형방법을 모식적으로 나타낸 단면 개략도이다.

다음으로, 상기 잉여수지 배출용 매체(30)위에 직물(20)과 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)를 적층한다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이 잉여수지 배출용 매체(30)위에 직물(20)과 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)를 교호로 적층해 줄 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 잉여수지 배출용 매체(30)위에 직물(20) 1매 또는 2매 이상을 적층한 다음 적층된 직물(20)위에 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 적층할 수도 있다.

상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)는 에폭시 수지에 상온 및 고온에서 반응하는 경화제를 일정비율 혼합한 후 이형 필름상에 코팅후 이형필름을 박리하는 방법등으로 제조될 수 있다.

상온반응 경화제에 의해서 에폭시 수지는 상온에서는 졸-겔 상태를 유지하게 되며, 경화제의 비율에 따라 졸-겔 상태를 컨트롤할 수 있다.

상기 직물(20)로는 탄소섬유 직물, 아라미드 직물 등이 사용될 수 있다.

다음으로, 실링 테이프(40)와 진공 백 필름(50)을 사용하여 외부의 공기를 차단하고, 오토크레브(Auto clave)나 금형(10)내에 삽입된 가열 파이프 등을 이용하여 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)가 액상으로 상변화된 후 완전 경화되는 온도까지, 바람직하기로는 약 80℃까지, 가열해 준다.

다음으로, 적층된 상기 직물(20)의 아래쪽에 위치하는 진공 흡입구(70)로 가열에 의해 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 흡입해 주므로써, 직물(20) 내에 상기 에폭시 수지를 함침시켜 준다.

상기 진공 흡입구(70)는 도 2와 같이 적층된 직물(20)의 하단 중앙부에 1개만 설치, 사용될 수도 있고, 도 3과 같이 적층된 직물(20)의 하단에 일정간격으로 2개이상 설치, 사용될 수도 있다.

도 2와 같이 직물(20)과 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)가 교호로 적층되면 진공 흡입구(70)를 상기 직물(20)의 하단 중앙부에 1개만 설치, 사용하여도 직물내 수지 함침 균일성이 양호하게 된다.

그러나, 도 3과 같이 적층된 여러개의 직물(20)위에 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 적층한 경우에는 진공 흡입구(70)를 직물(20)의 하단에 일정간격으로 2개 이상 설치, 사용하는 것이 직물내 수지 함침 균일성을 향상시키는데 바람직하다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 살펴본다.

그러나 본 발명은 하기 실시예만으로 보호범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

이형제가 도포된 금형(10)위에 잉여수지 배출용 매체(30)인 부직포를 깔아준 다음, 상기 잉여수지 배출용 매체(30)위에 탄소섬유 직물(20) 5매와 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60) 5매를 도 2와 같이 교호로 적층하였다.

다음으로, 실링 테이프(40)와 진공 백 필름(50)을 사용하여 외부의 공기를 차단하고, 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)가 액상으로 상변화된 후 완전경화 되도록 금형(10) 내에 설치된 가열 파이프로 80℃까지 가열해 주면서, 상기 직물(20)의 하단 중앙부에 위치하는 1개의 진공 흡입구(70)로 가열에 의해 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 흡입해서 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 직물(20)에 함침시켜 복합재료를 성형하였다.

실시예 2

이형제가 도포된 금형(10)위에 잉여수지 배출용 매체(30)인 부직포를 깔아준 다음, 상기 잉여수지 배출용 매체(30)위에 도 3과 같이 탄소섬유 직물(20) 5매를 차례로 적층한 후 그 위에 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)를 적층하였다.

다음으로, 실링 테이프(40)와 진공 백 필름(50)을 사용하여 외부의 공기를 차단하고, 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지(60)가 액상으로 상변화된 후 완전경화 되도록 금형(10) 내에 설치된 가열 파이프로 80℃까지 가열해 주면서, 상기 직물(20)의 하단에 일정간격으로 위치하는 4개의 진공 흡입구(70)로 가열에 의해 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 흡입해서 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 직물(20)에 함침시켜 복합재료를 성형하였다.

비교실시예 1

이형제가 도포된 금형(1)위에 도 1과 같이 직물(2), 필 플라이(6 : Peel ply), 수지 분배 매체(3 : Resin distribution media) 및 잉여수지 흡수재(7 : Breath)를 차례로 적층하였다.

다음으로, 실링 테이프(40)와 진공 백 필름(50)을 사용하여 외부의 공기를 차단하고, 수지 공급라인(8)에서 공급되는 액상 에폭시 수지를 진공공급라인(9)을 이용해서 직물(2)의 수평방향을 따라 상기 직물(2)과 잉여수지 흡수재(7 : Breath) 사이로 이송하였다.

다음으로, 이송된 액상 에폭시 수지를 직물(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, 10 : 이형제가 도포된 금형 2, 20 : 직물
3 : 수지 분배 매체 4, 40 : 실링 테이프
5, 50 : 진공 백 필름 6 : 필 플라이(Peel ply)
7 : 잉여수지 흡수재(Breather) 8 : 수지 공급라인
9 : 진공 공급라인
30 : 잉여수지 배출용 매체
60 : 상온에서 졸-겔 상태인 시트상 에폭시 수지
70 : 진공 흡입구

Claims

(ⅰ) 이형제가 도포된 금형(10) 위에 잉여수지 배출용 매체(30)를 깔아 주는 단계;
(ⅱ) 상기 잉여수지 배출용 매체(30) 위에 직물(20)과 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 적층하는 단계;
(ⅲ) 실링테이프(40)와 진공 백 필름(50)을 사용하여 외부의 공기를 차단한 후 적층된 상기 상온에서 졸-겔 상태인 에폭시 수지(60)를 액상으로 변화시켜주는 단계; 및
(ⅳ) 적층된 상기 직물(20)의 아래쪽에 위치하는 진공 흡입구(70)로 액상으로 상변화된 에폭시 수지를 흡입해 주면서 상기 에폭시 수지가 경화되는 온도까지 가열해 주는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
제1항에 있어서, 잉여수지 배출용 매체(30)위에 직물(20)과 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 교호로 적층하는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
제1항에 있어서, 잉여수지 배출용 매체(30)위에 직물(20)을 먼저 적층한 다음, 적층된 직물(20) 위에 상온에서 졸-겔 상태인 시트상의 에폭시 수지(60)를 적층하는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
제1항에 있어서, 진공 흡입구(70)는 적층된 직물(20)의 하단 중앙부에 1개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.
제1항에 있어서, 진공 흡입구(70)는 적층된 직물(20)의 하단에 일정 간격으로 2개 이상 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 VARTM 공정을 이용한 복합재료의 성형방법.