KR101901333B1

KR101901333B1 - Cfrp 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법

Info

Publication number: KR101901333B1
Application number: KR1020160154850A
Authority: KR
Inventors: 최진경
Original assignee: 주식회사 라컴텍
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-11-05
Also published as: KR20180056913A

Abstract

본 발명은, 탄소섬유가 랜덤하게 배열된 준등방성 CFRP 프리프레그를 이용하여 제품을 성형함으로써, 준등방성의 물성을 가지기 때문에 방향성에 제약을 받지 않고 다양한 형상의 제품을 성형할 수 있는 이점이 있다.
또한, 준등방성 CFRP 프리프레그는, 방향성 CFRP 프리프레그를 절단한 조각들을 혼합, 가압 및 가열하여 만들기 때문에, 탄소섬유를 절단하여 프리프레그를 형성하는 경우에 비해 탄소섬유가 고르게 분산될 수 있으므로, 제조가 용이하며 품질이 우수한 이점이 있다.

Description

CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법{Manufacturing method of product using carbon fiber reinforced plastic prepreg}

본 발명은 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방향성에 제약을 받지 않고 복잡한 형상으로도 성형이 가능한 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 제공하는 데 있다.

탄소섬유강화복합재(CFRP)는, 탄소섬유와 수지를 복합하여 성형한 것이며, 금속을 대체하는 경량화 소재로써, 항공 우주, 스포츠/레저, 풍력발전 블레이드, 자동차, 전자제품 등 다양한 부품이나 건축토목 구조물의 보강재 등의 용도로 사용되고 있다. 상기 탄소섬유복합재는, 연속섬유를 이용한 레이업(Lay-up) 성형이나 오토클레이브(Autoclave) 성형 방식을 주로 사용하여 성형된다.

그러나, 연속섬유로 제작된 CFRP 프리프레그(Prepreg)로 제품을 성형할 경우, 연속섬유의 방향성을 고려해야하므로 성형에 제약이 따르며 시트 형상으로 이루어지기 때문에 복잡하고 다양한 형상을 갖는 부품의 성형이 불가능하며, 성형시간이 길어 생산성이 매우 낮은 단점이 있다.

또한, 탄소섬유를 특정 길이의 단섬유로 절단하여 프리프레그를 형성할 경우, 수지의 유동성으로 인해 수지 내에서 단섬유들이 고르게 분사되는 것이 매우 까다롭기 때문에 등방적인 역학 특성을 얻기 어려운 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1307627

본 발명의 목적은, 방향성에 제약을 받지 않고 복잡한 형상의 제품을 성형할 수 있는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법은, 탄소섬유가 일방향으로 배열되어 있는 방향성 CFRP 프리프레그를 형성하는 단계와; 상기 방향성 CFRP 프리프레그를 절단하는 초핑(Chopping)단계와; 상기 초핑단계에서 절단된 CRPP 프리프레그 조각들을 혼합하는 단계와; 상기 CFRP 프리프레그 조각들을 가압 및 가열하여, 상기 CFRP 프리프레그 조각들에 포함된 탄소섬유가 랜덤하게 배열된 준등방성(Quasi-isotropic) CFRP 프리프레그를 형성하는 단계와; 상기 준등방성 CFRP 프리프레그를 이용하여 준등방성(Quasi-isotropic)의 물성을 갖는 CFRP제품을 성형하는 단계를 포함한다.

본 발명은, 탄소섬유가 랜덤하게 배열된 준등방성 CFRP 프리프레그를 이용하여 제품을 성형함으로써, 준등방성의 물성을 가지기 때문에 방향성에 제약을 받지 않고 다양한 형상의 제품을 성형할 수 있는 이점이 있다.

또한, 준등방성 CFRP 프리프레그는, 방향성 CFRP 프리프레그를 절단한 조각들을 혼합, 가압 및 가열하여 만들기 때문에, 탄소섬유를 절단하여 프리프레그를 형성하는 경우에 비해 탄소섬유가 고르게 분산될 수 있으므로, 제조가 용이하며 품질이 우수한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제8실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제9실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 보강재를 삽입하여 적층한 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제10실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 보강시트를 삽입하여 적층한 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 프리프레그(Prepreg)를 이용한 성형품의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1a를 참조하면, 탄소섬유를 적어도 일방향으로 배열하고 수지에 예비함침하여 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 형성한다.(S1)

상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)는, 상기 탄소섬유의 배열 방향에 따라 방향성이 결정된다. 상기 탄소섬유의 배열 방향은 1개 이상으로 설정될 수 있으며, 본 실시예에서는 일방향으로 방향성을 갖도록 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.

도 1b를 참조하면, 상기 방향성 CFRP 프레프레그(10)를 절단하는 초핑(Chopping) 단계를 수행한다. (S2)

상기 초핑단계에서는, 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 절단기(2) 등의 기구를 이용하여, 원하는 길이로 절단한다. 상기 절단 방향이나 절단 길이는 실험 등에 의해 미리 설정된다.

상기 초핑단계에서 절단된 방향성 CFRP 프리프레그 조각(12)(이하, 'CFRP 프리프레그 조각'이라 칭함)들을 무작위로 혼합한다. (S3) 상기 CFRP 프리프레그 조각들(12)을 무작위로 혼합되면, 더 이상 방향성을 갖지 않는다.

도 1c를 참조하면, 상기 CFRP 프리프레그 조각들(12)을 가압 및 가열하여, 준등방성(Quasi-isotropic) CFRP 프리프레그(20)를 형성한다.(S4)

상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)는 시트 형상으로 형성된다. 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)는, 복수의 CFRP 프리프레그 조각들(12)로 형성되며, 상기 복수의 CFRP 프리프레그 조각들(12)에 포함된 탄소섬유들은 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20) 내에서 특정한 방향으로 배열되지 않고 랜덤한 방향으로 분산되어 배열될 수 있다. 따라서, 상기 CFRP 프리프레그 조각들(12)을 가압, 가열하여 형성함으로써, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)는 준등방성의 물성을 갖게 된다. 탄소섬유를 절단한 후 프리프레그를 형성할 경우 절단된 탄소섬유를 수지에 고르게 분산시키는 것이 어려우나, 본 발명에서는 상기 CFRP 프리프레그 조각들(12)을 가열 가압하기 때문에 탄소섬유가 고르게 분산되어 배열될 수 있다.

한편, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 형성하기 위해 가압 및 가열할 때, 예비함침된 수지가 완전히 녹지 않도록 압력과 온도를 적절하게 조절한다.

도 1d 및 도 1e를 참조하면, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 이용하여 준등방성의 물성을 갖는 CFRP 제품(30)을 성형한다.(S5)

상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)는, 금형(40)을 이용하여 원하는 형상으로 제조할 수 있다. 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)는 일방향이 아닌 복수의 방향으로 강한 소재이나, 특정 방향으로 강도를 보다 보강하고자 할 경우 상기 강도 보강 방향으로 리브를 형성할 수 있다. 상기 금형(40)은, 상기 강도 보강 방향으로 리브홈(41a)을 형성된 상부 금형(41)과, 하부 금형(42)을 포함한다.

도 1d를 참조하면, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 복수개 적층한 후, 상기 상부 금형(41)과 상기 하부 금형(42) 사이에 배치한 후, 가압 및 가열한다.

본 실시예에서는, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 3장 적층하는 것으로 예를 들어 설명하나, 적층 개수는 성형하고자 하는 제품의 형상이나 강도에 따라 미리 설정될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 상부 금형(41)에 상기 리브홈(41a)이 일방향으로 길게 형성된 형상이고, 3개의 리브홈(41a)이 서로 소정간격 이격되게 형성된 것으로 예를 들어 설명하나, 상기 리브홈(41a)의 개수나 모양은 성형하고자 하는 제품의 형상이나 강도 보강 방향에 따라 미리 설정된다. 본 실시예에서는, 상기 리브(32)가 직선 형상으로 길게 형성된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 곡선 형상이나 중공의 원형 또는 중공의 다각형 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

도 1e를 참조하면, 상기 금형(40)에서 탈거하면, 상기 리브(32)가 형성된 CFRP 제품(30)을 성형할 수 있다. 상기 리브(32)가 형성됨으로써, 상기 리브(32)가 상기 CFRP 제품(30)에 작용하는 힘을 받게 되므로, 상기 리브(32)가 형성된 방향으로 강도가 보완될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 방법으로 제조된 상기 CFRP 제품(30)은, 상기 리브(32)가 특정 방향으로 힘을 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 리브(32)를 제외한 나머지 부분은 준등방성의 물성을 가지기 때문에 여러 방향으로 강성이 확보될 수 있다. 즉, 일방향으로 배열되어 일방향으로만 강한 CFRP 제품보다 강성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 탄소섬유(1)가 랜덤하게 배열된 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 이용하여 제품을 성형함으로써, 준등방성의 물성을 가지기 때문에 방향성에 제약을 받지 않고 다양한 형상의 제품을 성형할 수 있는 이점이 있다. 즉, 기존에는 특정한 일 방향으로 방향성을 갖기 때문에, 제품에서 충분한 강성이 요구되는 방향으로 탄소섬유의 방향이 배열되도록 방향성을 고려하여 제품을 성형해야 하므로 복잡한 형상의 구현이 어려웠으나, 본 발명은 여러 방향으로 강성이 확보될 수 있으므로 방향성에 제약을 받지 않고 금형을 이용하여 다양한 형상의 제조가 가능하다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법은, 탄소섬유(1)를 적어도 일방향으로 배열하고 수지에 예비함침하여 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 형성하는 단계와, 상기 방향성 CFRP 프레프레그(10)를 절단하는 초핑(Chopping) 단계와, 상기 CFRP 프리프레그 조각들(12)을 가압 및 가열하여, 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이에 복수의 탄소섬유들(1)을 삽입하여 적층한 후, 가열 가압하여 CFRP 제품을 성형하는 것이 상기 제1실시예와 상이하며 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상이한 구성에 대해서 상세히 설명한다.

상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 이용하여 준등방성의 물성을 갖는 CFRP 제품(30)을 성형하는 단계에서, 상기 복수의 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 복수개 적층하되, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이에 보강섬유들을 삽입할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 보강섬유는 복수의 탄소섬유들(1)인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이에 복수의 아라미드 섬유들을 삽입하거나, 복수의 유리섬유들을 삽입하거나, 상기 탄소섬유, 상기 아라미드 섬유 및 유리섬유 중 적어도 하나 이상을 혼합하여 삽입하는 것도 물론 가능하다.

상기 탄소섬유(1)는, 미리 설정된 방향으로 방향성을 갖도록 배열한다. 즉, 상기 탄소섬유들(1)은 모두 동일한 방향으로 배열되어 하나의 층을 이루되, 강도를 보강하고 싶은 방향으로 배열한다.

한편, 상기 탄소섬유들(1)이 일정한 방향으로 배열되어 하나의 층을 이룰 때, 서로 다른 층의 탄소섬유들(1)끼리는 서로 다른 방향으로 배열되는 것도 물론 가능하다. 예를 들어, 제1층에 배열된 탄소섬유들은 제1방향으로 배열되고, 상기 제1층 위에 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)가 적층되고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)위에 적층된 제2층에 배열된 탄소섬유들은 제1방향에 수직 또는 소정각도로 경사진 방향으로 배열되는 것도 물론 가능하다.

본 실시예에서는, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이마다 상기 탄소섬유들(1)을 삽입하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 2장 이상씩 적층한 후, 그 사이에 탄소섬유들(1)을 삽입하는 것도 물론 가능하다.

상기와 같이, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)과 상기 탄소섬유가 이루는 층을 적층한 후, 상기 금형(40)을 이용하여 CFRP 제품을 성형한다.

한편, 상기 금형(40)을 이용하여 원하는 형상으로 제조할 때, 특정 방향으로 강도를 보다 보강하고자 할 경우 상기 강도 보강 방향으로 리브를 형성할 수 있다. 상기 금형(40)은, 상기 강도 보강 방향으로 리브홈(41a)을 형성된 상부 금형(41)과, 하부 금형(42)을 포함한다. 상기 금형(40)을 이용하여 가열, 가압한 후 상기 금형(40)으로부터 탈거하면, 리브가 형성된 CFRP 제품을 성형할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법으로 제조된 CFRP 제품은, 중간에 삽입되어 적층된 탄소섬유(1)로 인해 특정 방향으로의 강성이 보완될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 탄소섬유(1)이외의 나머지 부분은 준등방성의 물성을 갖기 때문에 여러 방향으로 강성도 확보될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법은, 탄소섬유(1)를 적어도 일방향으로 배열하고 수지에 예비함침하여 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 형성하는 단계와, 상기 방향성 CFRP 프레프레그(10)를 절단하는 초핑(Chopping) 단계와, 상기 CFRP 프리프레그 조각들(12)을 가압 및 가열하여, 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이에 보강시트를 삽입하여 적층한 후 가열 및 가압하여 CFRP 제품(30)을 성형하는 것이 상기 제1실시예와 상이하며 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상이한 구성에 대해서 상세히 설명한다.

상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 이용하여 준등방성의 물성을 갖는 CFRP 제품(30)를 성형하는 단계에서, 상기 복수의 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 복수개 적층하되, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이에 상기 방향성 CFRP 프리프레그들(10)을 삽입한다.

상기 보강시트는, 보강섬유가 설정된 방향으로 방향성을 갖도록 탄소섬유들이 배열된 후 수지에 예비함침된 방향성 CFRP 프리프레그(10)이다. 여기서, 상기 보강섬유는, 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 유리섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 본 실시예에서는 탄소섬유인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 방향성 CFRP 프리프레그들(10)은, 미리 설정된 방향으로 방향성을 갖도록 탄소섬유들이 배열된 후 수지에 예비함침된 상태이다. 이 때, 상기 탄소섬유의 배열방향은, 상기 CFRP 제품(30)에서 강도를 보강하고 싶은 방향으로 배열한다.

본 실시예에서는, 1장의 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)위에 1장의 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 적층한 후, 다시 2장의 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 연이어 적층하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 방향성 CFRP 프리프레그들(10)은, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이마다 삽입되는 것도 가능하고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 2장 이상씩 적층한 후, 그 사이에 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 삽입하는 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)사이에 2장 이상의 방향성 CFRP 프리프레그들(10)을 적층하는 것도 물론 가능하다. 또한, 서로 다른 층을 이루는 복수의 방향성 CFRP 프리프레그들(10)은, 상기 탄소섬유의 배열방향이 서로 다르게 배열될 수 도 있다.

상기와 같이, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)과 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)가 이루는 층을 적층한 후, 상기 금형(40)을 이용하여 CFRP 제품을 성형한다.

상기와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법으로 제조된 CFRP 제품은, 중간에 삽입되어 적층된 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)로 인해 특정 방향으로의 강성이 보완될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10) 이외의 나머지 부분은 준등방성의 물성을 갖기 때문에 여러 방향으로 강성도 확보될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법은, 탄소섬유(1)를 적어도 일방향으로 배열하고 수지에 예비함침하여 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 형성하는 단계와, 상기 방향성 CFRP 프레프레그(10)를 절단하는 초핑(Chopping) 단계와, 상기 CFRP 프리프레그 조각들(12)을 가압 및 가열하여, 준등방성 CFRP 프리프레그(20)를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)과 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)들이 동일 평면상에서 서로 이웃하도록 모자이크 배열한 후, 가열 및 가압하여 CFRP 제품(30)을 성형하는 것이 상기 제1실시예와 상이하며 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상이한 구성에 대해서 상세히 설명한다.

상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)을 이용하여 준등방성의 물성을 갖는 CFRP 제품(30)을 성형하는 단계에서, 상기 복수의 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)과 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)가 서로 이웃하도록 모자이크 배열하여 하나의 모자이크 시트(50)를 형성한다.

상기 모자이크 시트(50)에 포함되는 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20)과 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)의 개수는, 상기 CFRP 제품(30)의 형상이나 강도 등에 따라 미리 설정된다.

본 실시예에서는, 상기 한 장의 모자이크 시트(50)에 포함되는 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)는 2개이고, 2개의 상기 방향성 CFRP 프리프레그들(10)은 서로 동일한 방향성을 갖는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 한 장의 모자이크 시트(50)에 포함되는 복수의 방향성 CFRP 프리프레그(10)는 서로 다른 방향성을 갖도록 제작되는 것도 물론 가능하다.

상기 모자이크 시트(50)는, 상기 금형(40)을 이용하여 CFRP 제품으로 성형할 수 있다.

한편, 상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 모자이크 시트(50)를 복수개 적층한 후, 상기 금형(40)을 이용하여 상기 CFRP 제품을 성형하는 것도 가능하다.

상기와 같이 본 발명의 제4실시예에 따른 제조방법으로 제조된 CFRP 제품은, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)와 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10)가 모자이크 방식으로 배열됨으로써, 특정 방향으로의 강성이 보완될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 방향성 CFRP 프리프레그(10) 이외의 나머지 부분은 준등방성의 물성을 갖기 때문에 여러 방향으로 강성도 확보될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 CFRP 제품의 제조방법은, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20)와 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 모자이크 배열하여 상기 모자이크 시트(50)를 형성하는 단계까지는 상기 제4실시예와 유사하고, 복수의 상기 모자이크 시트들(50)을 복수의 층으로 상하방향으로 적층하되, 각 층에 포함된 상기 방향성 CFRP 프리프레그(11)(12)의 방향성이 서로 다르게 배열된 것이 상기 제4실시예와 상이하므로, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.

본 발명의 제5실시예에서는, 2개의 제1,2모자이크 시트들(51)(52)을 적층하되, 상기 제1모자이크 시트(51)에 포함된 제1방향성 CFRP 프리프레그(11)와 상기 제2모자이크 시트(52)에 포함된 제2방향성 CFRP 프리프레그(12)의 탄소섬유 배열 방향이 서로 다르게 배열된다.

따라서, 보다 많은 방향으로의 강성이 보완될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 CFRP 제품의 제조방법은, 준등방성 CFRP 프리프레그(20)와 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 모자이크 배열하여 상기 모자이크 시트(50)를 형성하는 단계까지는 상기 제4실시예와 유사하고, 복수의 상기 모자이크 시트들(50)을 복수의 층으로 적층하되, 상기 복수의 모자이크 시트들(50) 사이에 별도로 형성된 방향성 CFRP 프리프레그(60)가 상하방향으로 적층되어 형성된 것이 상기 제4실시예와 상이하므로, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.

이 때, 상기 모자이크 시트(50)에 포함된 방향성 CFRP 프리프레그(10)의 탄소섬유 방향과, 상기 모자이크 시트(50)사이에 적층된 상기 방향성 CFRP프리프레그(60)의 탄소섬유 방향이 서로 다르게 배열되는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 동일한 방향으로 배열되는 것도 물론 가능하다.

본 실시예에서는, 상기 2장의 모자이크 시트들(50)사이에 1장의 방향서 CFRP 프리프레그(60)가 적층되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 상기 방향성 CFRP 프리프레그(60)의 적층 개수는 만들고자 하는 CFRP 제품의 형상이나 강도에 따라 미리 설정될 수 있다.

상기와 같이 적층한 후, 상기 금형(40)을 이용해 가열,가압하여 원하는 CFRP 제품을 성형할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 CFRP 제품의 제조방법은, 준등방성 CFRP 프리프레그(20)와 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 모자이크 배열하여 상기 모자이크 시트(50)를 형성하는 단계까지는 상기 제4실시예와 유사하고, 복수의 상기 모자이크 시트들(50)을 복수의 층으로 적층하되, 상기 복수의 모자이크 시트들(50) 사이에 탄소섬유(1)가 일방향으로 배열되어 적층된 것이 상기 제4실시예와 상이하므로, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.

이 때, 상기 모자이크 시트(50)에 포함된 방향성 CFRP 프리프레그(10)의 탄소섬유 방향과, 상기 모자이크 시트(50)사이에 적층된 상기 탄소섬유(1)의 방향이 서로 다르게 배열되는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 동일한 방향으로 배열되는 것도 물론 가능하다.

본 실시예에서는, 상기 모자이크 시트들(50)사이에 탄소섬유(1)를 삽입하여 적층하는 것으로 예를 들어 설명하였다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 모자이크 시트들(50)사이에 복수의 아라미드 섬유들을 삽입하거나, 상기 탄소섬유와 상기 아라미드 섬유를 혼합하여 삽입하는 것도 물론 가능하다.

도 9는 본 발명의 제8실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 모자이크 시트의 적층 방법을 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 제8실시예에 따른 CFRP 제품의 제조방법은, 준등방성 CFRP 프리프레그(20)와 방향성 CFRP 프리프레그(10)를 모자이크 배열하여 상기 모자이크 시트(50)를 형성하는 단계까지는 상기 제4실시예와 유사하고, 복수의 상기 모자이크 시트들(50)을 복수의 층으로 적층하되, 상기 모자이크 시트들(50) 사이에 별도로 형성된 준등방성 CFRP 프리프레그(70)가 상하방향으로 적층된 것이 상기 제4실시예와 상이하므로, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.

본 실시예에서는, 상기 2장의 모자이크 시트들(50)사이에 1장의 준등방성 CFRP 프리프레그(70)가 적층되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(70)의 적층 개수는 만들고자 하는 CFRP 제품의 형상이나 강도에 따라 미리 설정될 수 있다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 복수의 준등방성 CFRP 프리프레그들(70)사이에 상기 모자이크 시트들(50)이 적층되는 것도 물론 가능하다.

도 10은 본 발명의 제9실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 보강재를 삽입하여 적층한 상태를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제9실시예에 따른 CFRP 제품의 제조방법에서는, 복수의 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이에 보강재(101)를 삽입하여 적층하는 것이 상기 제1실시예와 상이하며, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해서만 상세히 설명한다.

상기 보강재(101)는, 볼, 파우더 및 플레이크(flake) 형상의 금속 소재들을 포함한다. 상기 보강재(101)를 삽입하는 경우, 방향성은 없지만 전기 전도성과 방열성이 확보될 수 있다.

상기 보강재(101)를 삽입하여 적층한 후, 상기 리브홈(41a)이 형성된 상기 금형(40)을 이용하여 상기 CFRP 제품을 성형할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20) 사이에 상기 보강재(101)를 삽입한 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 대신 상기 제4실시예에 개시된 상기 모자이크 시트들(50)사이에 상기 보강재(101)를 삽입하는 것도 물론 가능하다.

도 11은 본 발명의 제10실시예에 따른 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법에서 보강시트를 삽입하여 적층한 상태를 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제10실시예에 따른 CFRP 제품의 제조방법에서는, 복수의 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 사이에 보강시트(102)를 삽입하여 적층하는 것이 상기 제1실시예와 상이하며, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해서만 상세히 설명한다.

상기 보강시트(102)는, 볼, 파우더 및 플레이크(flake) 형상의 금속 소재들을 포함하는 보강재가 수지에 함침되어 형성된 프리프레그이다. 상기 보강시트(102)를 삽입하는 경우, 방향성은 없지만 전기 전도성과 방열성이 확보될 수 있다.

상기 보강시트(102)를 삽입하여 적층한 후, 상기 리브홈(41a)이 형성된 상기 금형(40)을 이용하여 상기 CFRP 제품을 성형할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그(20) 사이에 상기 보강시트(102)를 삽입한 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 준등방성 CFRP 프리프레그들(20) 대신 상기 제4실시예에 개시된 상기 모자이크 시트들(50)사이에 상기 보강시트(102)를 삽입하는 것도 물론 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 방향성 CFRP 프리프레그 20: 준등방성 CFRP 프리프레그
30: CFRP 제품

Claims

탄소섬유가 일방향으로 배열되어 있는 방향성 CFRP 프리프레그를 형성하는 단계와;
상기 방향성 CFRP 프리프레그를 절단하는 초핑(Chopping)단계와;
상기 초핑단계에서 절단된 방향성 CFRP 프리프레그 조각들을 혼합하는 단계와;
상기 방향성 CFRP 프리프레그 조각들을 가압 및 가열하여, 상기 방향성 CFRP 프리프레그 조각들에 포함된 탄소섬유가 랜덤하게 배열된 준등방성(Quasi-isotropic) CFRP 프리프레그를 형성하는 단계와;
상기 준등방성 CFRP 프리프레그를 이용하여 CFRP제품을 성형하는 단계를 포함하고,
상기 CFRP제품을 성형하는 단계는,
상기 탄소섬유들이 설정된 방향으로 배열되어 형성된 방향성 CFRP 프리프레그들과, 상기 복수의 준등방성 CFRP프리프레그들이 동일 평면상에서 서로 이웃하도록 모자이크 배열하여 한 장의 모자이크 시트를 형성하는 과정과,
상기 모자이크 시트를 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정을 포함하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정은.
상기 모자이크 시트를 리브홈이 형성된 금형을 이용하여 가압 및 가열 성형하여, 리브가 형성된 CFRP 제품을 성형하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정은.
상기 모자이크 시트를 상하방향으로 복수의 층으로 적층한 후 성형하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정은.
상기 복수의 모자이크 시트들 사이에 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 유리섬유 중 적어도 하나의 섬유를 설정된 방향으로 방향성을 갖도록 복수개 배열하여 삽입하고 적층한 후 성형하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정은.
상기 복수의 모자이크 시트들 사이에 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 유리섬유 중 적어도 하나의 섬유들이 설정 방향으로 배열되고 수지에 예비 함침되어 형성된 방향성 CFRP 프리프레그를 삽입하여 적층한 후 성형하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정은.
상기 복수의 모자이크 시트들 사이에 상기 준등방성 CFRP 프리프레그를 삽입하여 적층한 후 성형하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정은.
상기 복수의 모자이크 시트들 사이에 보강재를 삽입하여 적층한 후 성형하고,
상기 보강재는, 볼, 파우더 및 플레이크(flake) 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 금속 소재들을 포함하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 금형을 이용하여 상기 CFRP 제품으로 성형하는 과정은.
상기 복수의 모자이크 시트들 사이에 보강시트를 삽입하여 적층한 후 성형하고,
상기 보강 시트는, 볼, 파우더 및 플레이크(flake) 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 금속 소재들이 수지에 함침되어 형성된 프리프레그를 포함하는 CFRP 프리프레그를 이용한 성형품의 제조방법.