KR101819130B1 - 양방향 z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법 - Google Patents
양방향 z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
한정된 폭을 갖는 섬유강화수지패널을 광폭으로 형성하되 생산성 및 강도가 향상되도록, 본 발명은 성형대상 광폭패널에 대응되는 표면 프로파일을 갖는 성형몰드가 준비되는 제1단계; 상기 성형몰드의 표면 일측부를 따라 강화섬유직물의 적층으로 형성된 제1프리폼이 안착되는 제2단계; 복수의 Z핀이 얇은 판상의 베이스보강판에 상하방향으로 돌출되도록 인서트 몰드되어 형성된 양방향 Z-피닝 패치가 상기 안착된 제1프리폼의 표면 타측부에 중첩 배치되어 상기 각 Z핀의 하단부가 상기 제1프리폼 내부에 삽입되는 제3단계; 및 제2프리폼이 상기 성형몰드의 표면에 안착되되 상기 제2프리폼의 하면 일측부가 상기 양방향 Z-피닝 패치의 상면부에 중첩 배치되어 상기 각 Z핀의 상단부가 상기 제2프리폼 내부에 삽입되는 제4단계를 포함하는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한정된 폭을 갖는 섬유강화수지패널을 광폭으로 형성하되 생산성 및 강도가 향상되는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 섬유강화수지패널은 강화섬유직물에 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료인 프리프레그를 적층하여 가열/가압함에 따라 제조된다.
이때, 상기 프리프레그는 강화섬유직물의 직조 형태에 따라 일방향 프리프레그, 크로스 프리프레그 등으로 구별될 수 있으며, 매트릭스 수지로는 주로 에폭시 수지 등의 열경화성 수지계열이 주로 사용되었으나 최근에는 폴리에테르케톤 등의 열가소성 수지계열도 사용되고 있다.
여기서, 상기 프리프레그는 강화재료로 사용되는 섬유직물의 재단폭 제약으로 제조 가능한 폭이 제한된다. 즉, 섬유제조사에서 제조되는 섬유직물은 생산설비 상의 한계로 인해 1000mm 내외의 재단폭을 가지며, 상기 프리프레그의 폭 역시 1000mm 내외로 제한된다.
이로 인해, 프리프레그의 적층을 통해 성형되는 섬유강화수지패널의 폭 역시 동일한 수준으로 제한되었다.
도 1은 종래의 섬유강화수지패널을 이용한 해양 플랜트용 풍벽 구조물을 나타낸 예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 상기 풍벽 구조물(1)은 해양 플랜트의 설치 지역을 감싸도록 설치되기 위해 넓은 폭(w)과 일정 이상의 높이(L)를 갖는다.
이때, 상기 섬유강화수지패널(2)은 프리프레그의 폭 제약으로 인해 1000mm 내외의 폭으로 제조되며, 상기 섬유강화수지패널(2)이 풍벽 구조물(1)에 적합한 요철 형상으로 성형되는 경우에는 실질적인 커버 범위가 더욱 감소된다.
이에 따라, 상기 섬유강화수지패널(2)로 풍벽 구조물(1)을 시공하기 위해서는 둘 이상의 패널을 접착제나 리벳 등 별도의 체결수단을 이용하여 이어 사용해야 하므로 시공 과정이 복잡화될 뿐만 아니라, 패널과 패널이 연결된 부분의 강도가 저하되는 문제점이 있었다.
이로 인해, 풍벽 구조물(1)의 구조 안정성을 위해 별도의 프레임(3)이 추가로 요구되며, 프레임(3)의 각 부분을 따라 섬유강화수지패널(2)을 설치함에 따라 구조물의 하중이 증가되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 한정된 폭을 갖는 섬유강화수지패널을 광폭으로 형성하되 생산성 및 강도가 향상되는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 성형대상 광폭패널에 대응되는 표면 프로파일을 갖는 성형몰드가 준비되는 제1단계; 상기 성형몰드의 표면 일측부를 따라 강화섬유직물의 적층으로 형성된 제1프리폼이 안착되는 제2단계; 복수의 Z핀이 얇은 판상의 베이스보강판에 상하방향으로 돌출되도록 인서트 몰드되어 형성된 양방향 Z-피닝 패치가 상기 안착된 제1프리폼의 표면 타측부에 중첩 배치되되 상기 안착된 제1프리폼이 상기 베이스보강판을 통해 상기 성형몰드의 표면에 고정되도록 상기 각 Z핀의 하단부가 상기 제1프리폼 내부에 삽입되는 제3단계; 및 제2프리폼이 상기 성형몰드의 표면에 안착되되 상기 제2프리폼의 하면 일측부가 상기 양방향 Z-피닝 패치의 상면부에 중첩 배치되되 상기 제2프리폼이 상기 베이스보강판을 따라 정렬되어 고정되도록 상기 각 Z핀의 상단부가 상기 제2프리폼 내부에 삽입되는 제4단계를 포함하고, 상기 제4단계는, 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼의 표면이 베깅필름에 의해 커버되어 밀폐되는 단계와, 상호 중첩 연결된 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼이 일체로 함침되도록 상기 성형몰드 및 상기 베깅필름 사이의 밀폐공간에 진공을 형성하며 매트릭스 수지가 주입되되, 상기 주입된 매트릭스 수지가 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼의 내부 공간으로 진공 확산되어 함침되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제3단계에서, 상기 Z핀의 표면에는 상기 각 프리폼의 강화섬유직물 적층 방향에 대응되도록 링형 요철부가 다단 형성됨이 바람직하다.
삭제
그리고, 상기 제1단계는, 상기 성형몰드의 표면적에 따라 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼의 중첩면적 및 중첩영역이 산출되는 단계와, 상기 중첩면적에 따라 상기 베이스보강판의 면적이 설정되되, 상기 중첩영역에 대응되는 상기 성형몰드의 표면 프로파일에 대응되도록 상기 양방향 Z-피닝 패치가 제조되는 단계를 포함함이 바람직하다.
한편, 상기 제3단계에서, 상기 베이스보강판은 상기 각 프리폼에 함침될 매트릭스 수지의 경화시작 온도 미만에서 가소화되는 재질의 베이스수지로 구비됨이 바람직하다.
상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 고정된 형상을 갖는 베이스보강판의 하부측 Z핀에 의해 성형몰드에 기안착된 제1프리폼이 1차 고정되되 이후 중첩 배치되는 제2프리폼이 상부측 Z핀을 따라 고정되며 정렬되므로 가볍고 유연한 소재인 각 프리폼이 접힘 내지 구겨짐 등의 흐트러짐 없이 손쉽게 연결되어 배치될 수 있으며 이를 일체로 합침하여 강화섬유직물의 재단폭으로 인한 제한 없이 넓은 폭을 갖는 패널이 제조될 수 있다.
둘째, 베이스보강판의 양면에 돌출된 Z핀이 상하로 접촉된 각 프리폼에 내삽되며 수직방향의 강도를 보강하는 물리적인 가교(bridge)를 형성함과 더불어, 복수의 Z핀이 베이스보강판에 의해 수평방향으로 연결되어 분리된 프리폼 사이에서 강화섬유직물을 대체하는 보강구조를 제공하므로 부분적인 강도 저하 없이 일체화된 광폭패널이 제조될 수 있다.
셋째, 상기 양방향 Z-피닝 패치가 프리폼 간의 중첩영역에 대응되는 성형몰드의 프로파일로 형성되므로 프리폼 간의 연결부분에 대한 성형정밀도가 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 섬유강화수지패널을 이용한 해양 플랜트용 풍벽 구조물을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 성형몰드에 제1프리폼이 안착되는 과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 제1프리폼에 양방향 Z-피닝 패치가 안착되는 과정을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 성형몰드에 제2프리폼이 안착되는 과정을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 제1프리폼 및 제2프리폼에 매트릭스 수지가 주입되는 과정을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 성형몰드에 제1프리폼이 안착되는 과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 제1프리폼에 양방향 Z-피닝 패치가 안착되는 과정을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 성형몰드에 제2프리폼이 안착되는 과정을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 제1프리폼 및 제2프리폼에 매트릭스 수지가 주입되는 과정을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 3a 및 도 3b은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 성형몰드에 제1프리폼이 안착되는 과정을 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 제1프리폼에 양방향 Z-피닝 패치가 안착되는 과정을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 성형몰드에 제2프리폼이 안착되는 과정을 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법에서 제1프리폼 및 제2프리폼에 매트릭스 수지가 주입되는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 2 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널의 제조방법은 다음과 같은 과정으로 이루어진다.
먼저, 성형대상 광폭패널에 대응되는 표면 프로파일을 갖는 성형몰드(10)가 준비된다(s10).
여기서, 상기 성형대상 광폭패널은 일반적인 평판형 패널, 표면에 요철부가 형성된 주름형(corrugation) 패널, 곡면형 패널 등 다양한 구조물에 적용되는 패널을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하며, 이하에서는 주름형 패널을 예로써 설명한다.
이때, 상기 성형몰드(10)는 상기 성형대상 광폭패널의 상하면 중 어느 일면에 대응되는 표면 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 성형몰드(10)의 표면에는 상기 성형대상 광폭패널의 주름부분에 대응되도록 기설정된 간격의 요철돌기가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 성형몰드(10)는 소정의 강도를 갖되 상기 성형대상 광폭패널의 성형시 사용되는 매트릭스 수지의 가소화 온도 및 경화 온도에서 변형이 없는 재질로 구비됨이 바람직하다.
이때, 상기 성형몰드(10)의 표면에는 경화된 매트릭스 수지의 탈형이 용이하도록 이형제(release agent)가 도포될 수 있으며, 이형 성능이 뛰어난 소재의 이형필름이 적층되는 것도 가능하다.
여기서, 도 3a를 참조하면, 광폭이라는 말은 강화섬유직물의 재단폭으로 인해 제한되는 일반적인 수지패널의 성형폭(c)을 초과하는 폭이라는 의미로, 상기 성형폭(c)은 강화섬유직물의 적층으로 형성된 하나의 프리폼이 성형몰드(10)의 표면 프로파일에 대응되도록 성형된 상태에서 폭으로 이해함이 바람직하다.
즉, 상기 성형대상 광폭패널에 대응되는 표면 프로파일로 형성된 성형몰드(10)는 프리폼(20) 하나의 표면적보다 큰 표면적을 갖는다.
이하에서는, 도 3b와 같이 성형몰드(10)의 표면적이 한쌍의 프리폼에 커버되는 경우를 예로써 설명하지만, 후술되는 공정 중 일부를 반복하여 셋 이상의 프리폼이 폭방향으로 연결되는 것도 가능하며, 성형몰드(10)의 상하방향 길이(a)가 각 프리폼보다 긴 경우에는 넷 이상의 프리폼이 폭방향 및 길이방향으로 연결되는 것도 가능하다.
한편, 상기 성형몰드(10)가 준비되면(s10), 상기 성형몰드(10)의 표면 일측부를 따라 강화섬유직물의 적층으로 형성된 제1프리폼(20)이 안착된다(s20).
여기서, 상기 강화섬유직물은 유리섬유(glass fiber) 내지 탄소섬유(canbon fiber)가 능직, 평직 등의 형태로 직조된 것을 의미하며, 프리폼(pre-form)은 성형대상 광폭패널의 두께에 대응되도록 복수의 강화섬유직물이 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 프리폼은 복수의 강화섬유직물 간의 결합을 위해 소정의 접착수지를 포함하여 구비될 수 있으며, 상기 접착수지는 광폭패널의 성형을 위해 최종 함침될 매트릭스 수지와 동일한 것으로 구비됨이 바람직하다.
여기서, 상기 제1프리폼(20)은 그의 일측 테두리가 상기 성형몰드(10)의 일측 테두리와 정렬되도록 배치되며, 탄성적인 재질의 실리콘 패드 등을 통해 가압되어 상기 성형몰드(10)의 표면에 밀착된다.
이때, 상기 제1프리폼(20)는 강화섬유직물의 재단폭으로 인해 1000mm 내외의 폭으로 구비되며, 상기 성형몰드(10)의 전체 표면적 중 일부분을 차지하며 안착될 수 있다. 여기서, 상기 제1프리폼(20)이 성형몰드(10)의 표면 프로파일을 따라 밀착되면 주름진 표면 형상으로 인해 500~600mm 내외의 실질적인 성형폭(c)을 갖는다.
그리고, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1프리폼(20)이 성형몰드(10)에 안착되면(s20), 양방향 Z-피닝 패치(30)가 상기 안착된 제1프리폼(20)의 표면 타측부에 중첩 배치된다(s30).
이때, 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)는 그의 타측 테두리가 상기 성형몰드(10)에 안착된 제1프리폼(20)의 타측 테두리에 정렬되도록 배치됨이 바람직하다.
상세히, 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)는 얇은 판상의 베이스보강판(31)과 상기 베이스보강판(31)에 인서트 몰드된 복수의 Z핀(32)을 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 각 Z핀(32)은 탄소섬유 내지는 스테인리스 스틸 등의 고강도 소재로 구비되며, 하나의 Z핀(32)은 베이스보강판(31)을 관통하도록 인서트 몰드됨에 따라 그의 상부 및 하부가 상기 베이스보강판(31)의 상면부 및 하면부로 돌출되도록 구비될 수 있다.
이때, 상기 각 Z핀(32)에서 베이스보강판(31)의 상면부 내지 하면부로 돌출된 부분의 길이는 상기 성형대상 광폭패널의 두께 미만으로 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 베이스보강판(31)은 유리섬유 내지는 탄소섬유, 유리섬유/탄소섬유가 직조된 직물 등의 보강재에 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리페닐렌 설파이드(PPS, polyphenylene sulfide), 폴리아미드 이미드(PAI, polyamide-imide), 폴리에테르 설폰(PES, polyether sulfone), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK, polyetherether ketone) 등의 베이스수지가 합침되어 형성될 수 있다.
한편, 상기 양방향 Z-피닝 패치의 제조 과정을 간단히 살펴보면, 먼저 기설정된 제1두께의 제1실리콘 패드가 배치되고, 제1실리콘 패드의 상부를 따라 상기 보강재가 일정한 두께로 적층된다.
여기서, 상기 제1두께는 상기 베이스보강판(31)의 하면부로 돌출될 Z핀(32)의 하부측 길이를 초과하도록 구비됨이 바람직하며, Z핀(32)의 하부측 길이로부터 50% 이상의 여유두께를 갖도록 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 보강재는 상기 성형대상 광폭패널의 두께를 기준으로 20% 이하의 두께로 구비됨이 바람직하며, 베이스수지의 함침 및 경화 후 Z핀(32)이 고정될 수 있는 범위 내에서 최소한의 두께로 구비됨이 더욱 바람직하다.
이때, 상기 보강재가 배치되면, 보강재의 상부에 복수의 안내홀이 형성된 지그가 배치된다. 여기서, 상기 안내홀은 보강재의 적층방향인 수직방향으로 관통 형성됨이 바람직하며, Z핀 하나가 통과될 수 있는 단면적으로 개구되어 형성된다.
그리고, 상기 각 안내홀을 관통하여 상기 각 Z핀이 상기 제1실리콘 패드의 내부로 삽입된다. 여기서, 상기 Z핀은 하부가 제1실리콘 패드의 내부로 삽입된 상태에서 상부가 보강재의 상부로 노출될 수 있는 길이로 구비됨이 바람직하다.
마지막으로, 지그가 제거되되 보강재의 상부로 노출된 Z핀의 상부를 덮도록 제2실리콘 패드가 적층되고, 제1실리콘 패드 및 제2실리콘 패드 사이로 베이스수지가 주입 및 경화되면 양방향 Z-피닝 패치(30)가 제조될 수 있다.
이때, 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)는 성형몰드(10)가 준비되는 단계(s10)에서 제1성형몰드(10), 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)의 표면적을 고려하여 기제조됨이 바람직하다.
상세히, 도 3b를 참조하면, 상기 성형몰드(10)가 준비되면(s10), 상기 성형몰드(10)의 표면적과 상기 프리폼(20,40) 하나의 표면적을 비교하여, 성형몰드(10) 표면 전체를 커버하기 위한 프리폼의 갯수가 산출될 수 있다.
여기서, 상기 성형몰드(10)의 표면적은 상기 프리폼(20,40)이 안착될 상면부의 표면적을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하며, 상기 프리폼(20,40)의 표면적은 상기 성형몰드(10)의 안착되는 하면부의 표면적을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.
이때, 상기 프리폼의 갯수는 프리폼 전체의 표면적 합계가 성형몰드(10)의 표면적을 초과하도록 산출됨이 바람직하며, 초과하는 표면적에 대응되는 중첩영역(e)이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 성형몰드(10)의 표면적에 따라 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)의 중첩면적(d) 및 중첩영역(e)이 산출된다.
예를 들어, 각 프리폼(20,40)의 상하방향 길이가 상기 성형몰드(10)의 상하방향 길이(a)와 동일한 경우에, 제1프리폼(20)이 상기 성형몰드(10)의 일측 테두리를 따라 배치되고, 제2프리폼(40)이 상기 성형몰드(10)의 타측 테두리를 따라 배치되는 상태에서 제1프리폼(20) 및 제2프리폼(40) 간의 중첩면적(d) 및 중첩영역(e)이 산출될 수 있다.
이때, 상기 중첩면적(d)에 따라 상기 베이스보강판(31)의 면적이 설정되고, 상기 중첩영역(e)에 대응되는 상기 성형몰드(10)의 표면 프로파일에 대응되도록 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)가 제조된다.
즉, 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)의 제조 과정에서, 상기 제1실리콘 패드, 제2실리콘 패드, 보강재의 배치면적 등을 상기 중첩면적(d)에 대응되도록 설정할 수 있으며, 상기 Z핀은 상기 중첩면적(d)에 따라 설치 갯수가 설정됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제1실리콘 패드 및 제2실리콘 패드가 적층된 상태에서 상기 중첩영역(e)에 대응되는 상기 성형몰드(10)의 표면으로 이동 후 밀착시킨 상태에서 베이스수지를 주입/경화하여 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)가 상기 중첩영역(e)의 프로파일에 대응되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 중첩영역(e)은 성형몰드(10) 및 각 프리폼(20,40)의 표면적에 따라 상기 성형몰드(10)에서 평탄한 부분뿐만 아니라, 절곡부에 형성될 수 있다.
이처럼, 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)가 프리폼(20,40) 간의 중첩영역(e)에 대응되는 성형몰드(10)의 프로파일로 형성되므로 프리폼(20,40) 간의 연결부분이 성형몰드(10)의 표면 프로파일과 일치되도록 정확하게 성형될 수 있어 제품의 성형정밀도가 향상될 수 있다.
물론, 본 실시예에서는 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)가 각 프리폼(20,40) 및 성형몰드(10)의 중첩영역(e) 및 중첩면적(d)에 따라 제조되는 것을 예로써 설명하지만, 양방향 Z-피닝 패치(30)는 자주 사용되는 프리폼의 규격에 따라 대량 생산된 것을 사용하는 것도 가능하며, 베이스보강판(31) 내지는 Z핀(32)를 용도에 맞게 절단하여 사용할 수 있다.
여기서, 상기 각 Z핀(32)의 표면에는 상기 각 프리폼(20,40)의 강화섬유직물 적층 방향에 대응되도록 링형 요철부(32a)가 다단으로 형성됨이 바람직하다.
즉, 상기 각 Z핀(32)은 표면이 원주방향을 따라 함몰되어 링형 요철부(32a)가 형성되되, 상기 링형 요철부(32a)는 상기 각 프리폼(20,40)의 강화섬유직물 적층방향에 대응되는 상하 방향으로 다단 형성된다.
이때, 상기 요철부(32a)를 통해 상기 각 프리폼(20,40)에 함침되는 매트릭스 수지 및 상기 Z핀(32) 사이의 접촉면적이 증가될 수 있으므로 각 프리폼(20,40) 내부에서 강화섬유직물 간의 박리 현상을 방지할 수 있으며, 프리폼(20,40) 간의 연결부분에 대한 결합력을 개선하는 효과를 제공할 수 있다.
한편, 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)가 상기 제1프리폼(20)의 표면 타측부에 중첩 배치되면, 상기 각 Z핀(32)의 하단부가 상기 제1프리폼(20)의 내부로 삽입되도록 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)가 상기 성형몰드(10)측으로 가압된다(s30).
여기서, 상기 제1프리폼(20)이 미경화(WET)된 경우에는 양방향 Z-피닝 패치(30)의 상단부를 탄성적인 실리콘 패드 등을 이용하여 가압할 수 있으며, 상기 제1프리폼(20)이 경화(DRY)된 경우에는 Z핀(32)의 하단부가 압입되도록 양방향 Z-피닝 패치(30)의 상단부를 해머 등을 이용하여 타격하는 것도 가능하다.
이처럼, 고정된 형상을 갖는 베이스보강판(31)과 Z핀(32)을 통해 기안착된 제1프리폼(20)이 성형몰드(10) 표면에서 유동되지 않도록 1차 고정될 수 있다.
즉, 가볍고 유연한 강화섬유직물의 적층체인 프리폼(20)이 성형몰드(10)에 안착된 상태에서 유동되어 접히거나 구겨지는 등 흐트러짐 없이 초기 배치된 상태로 안정적으로 유지될 수 있으므로 후속 공정의 난이도가 감소되고 불량 발생율이 절감될 수 있다.
그리고, 도 5를 참조하면, 상기 베이스보강판(31)의 하면부가 상기 제1프리폼(20)의 표면에 접하도록 상기 Z핀(32)이 삽입되면, 제2프리폼(40)이 상기 성형몰드(10)의 표면에 안착된다(s40).
여기서, 상기 제2프리폼(40) 및 상기 제1프리폼(20)은 동일한 소재의 강화섬유직물 및 접착수지를 통해 구비됨이 바람직하다.
이때, 상기 제2프리폼(40)은 하면 일측부가 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)의 상면부에 중첩 배치되며, 상기 각 Z핀(32)의 상단부가 상기 제2프리폼(40) 내부에 삽입되도록 가압된다(s40).
여기서, 상기 제2프리폼(40)의 일측 테두리가 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)의 일측 테두리와 정렬되도록 중첩 배치되며, 상기 제2프리폼(40)의 하면 일측부가 상기 베이스보강판(31)의 상면부에 밀착되도록 가압된다.
이때, 상기 제2프리폼(40)의 하면 타측부는 상기 성형몰드(10)의 표면 타측부를 커버하도록 안착된다.
이처럼, 고정된 형상을 갖는 베이스보강판(31)과 Z핀(32)을 통해 기안착된 제1프리폼(20)이 1차 고정된 상태에서 제2프리폼(40)이 양방향 Z-피닝 패치(30)를 기준으로 정확한 위치에 정렬 배치될 수 있다.
또한, 성형몰드(10)에 기안착된 제1프리폼(20)이 고정된 형상을 갖는 베이스보강판(31)의 하부로 돌출된 Z핀(32)을 통해 고정되고, 이에 중첩 배치되는 제2프리폼(40)이 베이스보강판(31)의 상부로 돌출된 Z핀(32)을 통해 고정되며 정렬되므로 가볍고 유연한 소재인 각 프리폼(20,40)이 접힘 내지 구겨짐 등의 흐트러짐 없이 손쉽게 성형몰드(10)를 따라 중첩 연결되도록 배치될 수 있다.
즉, 두 프리폼(20,40)을 중간부재 없이 직접 연결하는 경우에, 기안착된 프리폼(20)이 후속 프리폼(40)의 중첩 배치하는 공정뿐만 아니라, 함침을 위해 베깅필름(50)을 씌우는 후속 공정 등에서 각 프리폼(20,40)이 유동되어 중첩영역(e)에서 이탈되거나 중첩된 부분이 접히고 구져지는 등으로 불량이 발생될 수 있다.
이때, 양방향 Z-피닝 패치(30)를 통해 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)가 손쉽게 정렬되어 중첩 배치될 수 있으면서도 정렬되어 연결된 상태가 안정적으로 유지될 수 있으므로 중첩 연결 공정 및 후속 함침 공정 등의 난이도가 현저히 감소될 수 있다.
여기서, 도시된 바와 같이, 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)만으로 성형몰드(10)의 표면적이 모두 커버되는 경우에는 프리폼(20,40) 연결체에 매트릭스 수지를 함침하는 후속 공정이 진행된다.
물론, 한쌍의 프리폼(20,40)으로 성형몰드(10)의 표면적이 모두 커버되지 않는 경우에는 성형몰드(10)에 기안착된 프리폼의 테두리 부분에 추가로 양방향 Z-피닝 패치를 배치한 후 추가 배치된 패치의 상부를 따라 추가 프리폼을 중첩 배치하는 공정이 반복될 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 상기 제2프리폼(40)이 상기 성형몰드(10)에 안착되면(s40), 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)의 표면이 베깅필름(50)에 의해 커버되어 밀폐된다.
여기서, 상기 베깅필름(50)은 유연하면서도 진공 형성시 찢어지지 않도록 높은 강도를 갖고, 매트릭스 수지의 경화시 열변형이 없는 재질로 구비됨이 바람직하며, 폴리올레핀(polyolefin) 등의 합성수지 소재로 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)의 표면에는 다공성 수지흡수시트가 더 구비됨이 바람직하다. 즉, 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)의 표면을 따라 다공성 수지흡수시트가 구비되고, 그의 상부 표면이 베깅필름(50)에 의해 커버될 수 있다.
여기서, 상기 다공성 수지홉수시트는 내부에 다수의 포집홀이 형성된 매쉬 형 필름으로 구비될 수 있으며, 폴리에틸렌(PE) 등의 합성수지 소재로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 베깅필름(50)은 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)의 표면을 커버하되, 테두리부분(51a,51b)이 상기 성형몰드(10)의 외곽부에 실란트 테이프(sealant tape) 등을 통해 밀착 결합된다.
이에 따라, 상기 베깅필름(50) 및 상기 성형몰드(10) 사이에 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)이 배치되는 밀폐공간이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 베깅필름(50)을 통해 상기 각 프리폼(20,40)의 표면이 커버 및 밀폐되면, 상기 밀폐공간에 진공을 형성하며 매트릭스 수지가 주입된다.
여기서, 상기 매트릭스 수지는 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리페닐렌 설파이드(PPS, polyphenylene sulfide), 폴리아미드 이미드(PAI, polyamide-imide), 폴리에테르 설폰(PES, polyether sulfone), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK, polyetherether ketone), 에폭시 수지(epoxy) 등 광폭패널의 용도에 따라 다양한 재질로 구비될 수 있다.
상세히, 상기 베깅필름(50)의 일측에는 밀폐공간과 연통되는 진공밸브가 구비되며, 상기 진공밸브에는 밀폐공간 내부의 유체를 흡입하기 위한 흡입펌프가 연결될 수 있다.
그리고, 상기 베깅필름(50)의 타측에는 밀폐공간과 연통되는 수지주입구가 구비되며, 상기 수지주입구에는 상기 밀폐공간 내부로 매트릭스 수지를 공급하기 위한 수지공급장치가 연결될 수 있다.
이때, 상기 흡입펌프가 구비되어 밀폐공간 내부의 유체(공기 등)가 외부로 배출되면 밀폐공간 내부에 기설정된 공정압력 미만의 진공이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 공정합력은 고진공의 기준인 0.000075torr로 설정됨이 가장 바람직하나, 공정의 생산성 향상을 위해 중진공의 기준이 25torr로 설정되는 것도 가능하다.
그리고, 상기 밀폐공간 내부에 진공이 형성되면, 상기 베깅필름(50)이 상기 성형몰드(10)의 표면 프로파일에 대응되도록 상기 제1프리폼(20) 및 상기 제2프리폼(40)의 표면에 밀착된다.
이때, 상기 수지주입구를 통해 가소화된 매트릭스 수지가 공급된다. 여기서, 상기 매트릭스 수지는 진공 분위기로 인한 확산 속도 증가에 따라 상기 각 프리폼(20,40) 내부 공간으로 함침될 수 있다.
즉, 강화섬유 사이의 틈 내지는 강화섬유가 교차되어 직물을 형성함에 따라 형성된 공간에 상기 매트릭스 수지가 진공 확산되어 충진될 수 있다. 이때, 상기 다공성 수지흡착시트는 포집홀을 통해 매트릭스 수지의 확산 속도를 더욱 증가시킬 수 있으며, 과주입된 매트릭스 수지를 흡수할 수 있다.
마지막으로, 상기 매트릭스 수지가 경화되고 상기 성형몰드(10)로부터 탈형되면 광폭패널의 성형이 완료된다.
이처럼, 복수개의 프리폼(20,40)이 일부분이 상호 중첩되어 연결된 상태에서 일체로 함침됨에 따라 강화섬유직물의 재단폭으로 인한 제한 없이 넓은 폭의 패널이 제조될 수 있다.
이에 따라, 상기 광폭패널이 광범위한 시공현장에 설치되는 해양플랜트용 방풍구조물 등에 적용되면, 리벳 연결 내지는 접착제를 통한 체결 공정 내지는 별도의 프레임 구조물의 요구치가 최소화될 수 있으며, 한층 컴팩트하면서도 시공 편의성이 개선되는 방풍구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 베이스보강판(31)에 상하로 돌출된 Z핀(32)이 상하로 접촉된 각 프리폼(20,40)에 삽입되어 수직방향의 강도를 보강하는 물리적인 가교(bridge)를 형성함과 더불어, 복수의 Z핀(32)이 베이스보강판(31)에 의해 수평방향으로 연결되어 분리된 프리폼(20,40) 사이에서 강화섬유직물을 대체하는 보강구조를 제공함에 따라 부분적인 강도 저하 없이 일체화된 광폭패널이 제조될 수 있다.
즉, 하나의 프리폼(20)과 다른 하나의 프리폼(40) 사이의 중첩 연결 부분에서 강화섬유직물의 부재로 인한 횡방향 강도 저하 및 층간 박리 현상을 방지하여 한층 일체감 있는 광폭패널이 제조될 수 있다.
한편, 상기 양방향 Z-피닝 패치(30)의 베이스보강판(31)은 상기 각 프리폼(20,40)에 함침될 매트릭스 수지의 경화시작 온도 미만에서 가소화되는 재질의 베이스수지로 구비됨이 바람직하다.
예를 들어, 매트릭스 수지가 아민계 경화제를 함유한 에폭시 수지의 경우에 경화온도는 대체적 170℃에서 경화가 시작되고 210℃ 내외에서 경화가 완료되며, 상기 베이스수지는 경화시작 온도인 170℃ 미만에서 가소화되는 재질로 구비됨이 바람직하다.
이때, 상기 베이스수지는 각 프리폼(20,40)의 중첩 연결 공정이 진행되는 공정 온도에서는 경화 상태를 유지하되, 공정 온도를 초과하는 온도에서는 가소화되로록 구비됨이 더욱 바람직하다. 즉, 공정 온도가 20~30℃인 경우에 공정시 온도 편차를 고려하여 40℃~160℃ 사이에 가소화되는 재질로 구비되는 것이 좋다.
상세히, 상기 각 프리폼(20,40)은 베깅필름(50)을 통한 진공 분위기에서 매트릭스 수지의 주입으로 함침되며 경화된다.
이때, 상기 매트릭스 수지의 경화를 위한 경화열이 공급되면, 상기 베이스보강판(31)의 베이스수지가 가소화되며 진공 분위기를 통해 확산되고 다공성 수지흡착시트에 포집될 수 있다. 이를 위해, 상기 베이스수지는 매트릭스 수지보다 저밀도로 구비됨이 더욱 바람직하다.
여기서, 상기 Z핀(32)은 상하 방향으로 접촉된 프리폼(20,40)에 내삽되어 매트릭스 수지의 경화를 통해 고정되며, 베이스보강판(31)의 잔존 보강재는 베이스수지를 대신하여 매트릭스 수지가 함침된 상태로 각 프리폼(20,40) 사이에서 일체로 경화될 수 있다. 이에 따라, 상기 광폭패널의 구조 강도 및 일체성이 더욱 개선될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
10: 성형몰드 20: 제1프리폼
30: 양방향 Z-피닝 패치 40: 제2프리폼
50: 베깅필름
30: 양방향 Z-피닝 패치 40: 제2프리폼
50: 베깅필름
Claims (5)
- 성형대상 광폭패널에 대응되는 표면 프로파일을 갖는 성형몰드가 준비되는 제1단계;
상기 성형몰드의 표면 일측부를 따라 강화섬유직물의 적층으로 형성된 제1프리폼이 안착되는 제2단계;
복수의 Z핀이 얇은 판상의 베이스보강판에 상하방향으로 돌출되도록 인서트 몰드되어 형성된 양방향 Z-피닝 패치가 상기 안착된 제1프리폼의 표면 타측부에 중첩 배치되되 상기 안착된 제1프리폼이 상기 베이스보강판을 통해 상기 성형몰드의 표면에 고정되도록 상기 각 Z핀의 하단부가 상기 제1프리폼 내부에 삽입되는 제3단계; 및
제2프리폼이 상기 성형몰드의 표면에 안착되되 상기 제2프리폼의 하면 일측부가 상기 양방향 Z-피닝 패치의 상면부에 중첩 배치되되 상기 제2프리폼이 상기 베이스보강판을 따라 정렬되어 고정되도록 상기 각 Z핀의 상단부가 상기 제2프리폼 내부에 삽입되는 제4단계를 포함하고,
상기 제4단계는, 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼의 표면이 베깅필름에 의해 커버되어 밀폐되는 단계와,
상호 중첩 연결된 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼이 일체로 함침되도록 상기 성형몰드 및 상기 베깅필름 사이의 밀폐공간에 진공을 형성하며 매트릭스 수지가 주입되되, 상기 주입된 매트릭스 수지가 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼의 내부 공간으로 진공 확산되어 함침되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제3단계에서,
상기 Z핀의 표면에는 상기 각 프리폼의 강화섬유직물 적층 방향에 대응되도록 링형 요철부가 다단 형성됨을 특징으로 하는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 성형몰드의 표면적에 따라 상기 제1프리폼 및 상기 제2프리폼의 중첩면적 및 중첩영역이 산출되는 단계와,
상기 중첩면적에 따라 상기 베이스보강판의 면적이 설정되되, 상기 중첩영역에 대응되는 상기 성형몰드의 표면 프로파일에 대응되도록 상기 양방향 Z-피닝 패치가 제조되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제3단계에서,
상기 베이스보강판은 상기 각 프리폼에 함침될 매트릭스 수지의 경화시작 온도 미만에서 가소화되는 재질의 베이스수지로 구비됨을 특징으로 하는 양방향 Z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법.
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| KR1020160052509A KR101819130B1 (ko) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | 양방향 z-피닝 패치를 이용한 광폭 섬유강화수지패널 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=60385445
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20210050733A (ko) | 2019-10-29 | 2021-05-10 | 주식회사 에스컴텍 | 복합소재 구조강화용 z-피닝 수동 삽입기 |
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2016
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Patent Citations (2)
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