KR101932635B1 - 복합소재 성형품 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합소재 성형품 제작 방법에 관한 것으로, 구체적으로 제품의 최종 형상에 유사한 곡면 형상의 적층판을 제작한 후에 포밍 성형을 수행하여 성형성을 향상시킬 수 있는 복합소재 성형품 제작 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법은 복합소재의 성형품을 제작하는 방법에 있어서, 양 단면 또는 단면에 결합제가 도포된 복수의 프리프레그를 마련하는 단계; 상기 복수의 프리프레그를 적층한 후, 히팅 유닛을 통하여 예열하는 단계; 예열된 상기 프리프레그를 제1 금형에서 가압 성형해서 최종 제품이 갖는 곡면을 그대로 성형하여 적층판을 제작하는 단계; 및 상기 적층판을 제2 금형에서 가압 성형하는 상기 최종 제품이 갖는 일정 형상의 포밍부가 상기 곡면 상에 성형된 성형품을 제작하는 단계를 포함한다.

Description

복합소재 성형품 제작 방법{COMPOSITE MATERIAL ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 복합소재 성형품 제작 방법에 관한 것으로, 구체적으로 제품의 최종 형상에 유사한 곡면 형상의 적층판을 제작한 후에 포밍 성형을 수행하여 성형성을 향상시킬 수 있는 복합소재 성형품 제작 방법에 관한 것이다.
차량 경량화는 완성차 업계의 오랜 시간 동안 지속되는 화두이다. 차량 경량화가 중요해지는 외부적인 요인으로는 각국의 연비규제 강화를 들 수 있다. 차량 경량화를 실현하는 방법 중 가장 효과가 큰 방법은 기존 소재 보다 가벼운 소재로 변경하는 것이다.
최근에는 탄소섬유 강화 플라스틱(CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS: CFRP)과 같은 복합소재가 차량 업계에서 차세대 경량 소재로 각광을 받고 있다.
탄소섬유를 이용한 CFRP는 강도, 탄성률, 경량성 및 안정성이 우수하기 때문에, 높은 성능이 요구되는 항공이나 자동차 분야에서 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 경제적인 조건만 해결되면 향후 사용이 더욱 확대되고, CFRP의 제조량이 비약적으로 증가될 것으로 기대된다.
CFRP와 같은 복합소재의 제품은 다음과 같이 제조될 수 있다.
먼저, 복합소재의 프리프레그(Preimpregnated Materials: Prepreg)를 마련한다. 이러한 프리프레그를 성형한 후 경화하여 성형품을 만든다.
여기서, 프리프레그는 결합제를 강화 섬유(Reinforced Fiber)에 미리 함침시킨 시트(sheet) 형상의 제품으로 복합 재료 제품의 중간 재료이다. 프리프레그는 고강도와 강한 탄성이 요구되는 항공기, 자동차 부품, 스포츠, 레저 기구 및 보트 등의 기타 여러 산업에서 널리 이용되고 있다.
그러나, 종래의 경우에는 프리프레그를 평판 형상의 적층판으로 제작되어 원하는 형상으로 성형하기 어려워 성형성이 떨어지는 문제가 발생하였다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 프리프레그를 적층판으로 제작할 때 금형의 최종 형상과 유사한 형상으로 적층판을 제작하고 최종 형상으로 포밍 성형하는 복합소재 성형품 제작 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예는 곡면 형상의 적층판을 제작한 후에 포밍 성형을 수행하는 복합소재 성형품 제작 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 복합소재의 성형품을 제작하는 방법에 있어서, 양 단면 또는 단면에 결합제가 도포된 복수의 프리프레그를 마련하는 단계; 상기 복수의 프리프레그를 적층한 후, 히팅 유닛을 통하여 예열하는 단계; 예열된 상기 프리프레그를 제1 금형에서 가압 성형해서 최종 제품이 갖는 곡면을 그대로 성형하여 적층판을 제작하는 단계; 및 상기 적층판을 제2 금형에서 가압 성형하는 상기 최종 제품이 갖는 일정 형상의 포밍부가 상기 곡면 상에 성형된 성형품을 제작하는 단계를 포함하는 복합소재 성형품 제작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 포밍부는 상기 곡면 상의 곡면 외측 방향으로 돌출되는 형상일 수 있다.
또한, 상기 프리프레그는 열가소성 프리프레그일 수 있다.
또한, 상기 히팅 유닛은 고주파 유도 가열기로 구성될 수 있다.
또한, 상기 결합제는 폴리에테르수지, 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 성형품은 온간 성형을 통해 제작될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 제품의 최종 형상에 유사한 곡면 형상의 적층판을 제작한 후에 포밍 성형을 수행하여 성형성을 향상시킬 수 있다.
또한, 곡면 형상의 적층판을 제작한 후에 포밍 성형하므로 제품의 완성도를 높일 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법 중 예열을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법 중 적층판 제작을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법 중 성형품 제작을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명에 따른 복합소재 성형품 제작 방법의 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법 중 예열을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법 중 적층판 제작을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재 성형품 제작 방법 중 성형품 제작을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 단계 S110에서는 프리프레그(210)를 마련한다.
구체적으로, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 복수의 프리프레그(210)를 마련한다. 여기서, 프리프레그(210)는 복합소재의 중간 기재를 나타낼 수 있다. 복합소재는 섬유(탄소섬유)를 강화재로 하는 고강도고탄성의 경량 구조체로 주목을 받고 있는 첨단 복합 재료이며, 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 가진다.
복합소재는 스틸 소재에 대하여 강도 및 탄성율이 우수하고, 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수하다.
복합 소재는 탄소섬유 소재에 에폭시 수지 등과 같은 수지가 함침된 복수 매의 프리프레그(210)가 적층되며, 그 수지가 경화된 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 복합 소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic: CFRP) 및 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastic: FRP) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
프리프레그(210)는 열가소성 프리프레그(210)일 수 있다. 그리고 프리프레그(210)는 테이프(tape) 및 시트(sheet) 등의 형태를 포함할 수 있다.
그리고 단계 S120에서는 복수의 프리프레그(210)를 적층한 후에 예열한다.
다시 말하면, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 프리프레그(210)를 적층한다.
이때, 프리프레그(210)는 단면 또는 양 단면에 결합제(미도시)가 도포된다. 이러한, 결합제는 폴리에테르수지, 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 프리프레그(210)를 적층한 후, 적층한 복수의 프리프레그(210)를 히팅 유닛(220)에서 예열한다. 즉, 히팅 유닛(220)의 제1 히터(223) 및 제2 히터(225) 사이에 적층한 복수의 프리프레그(210)를 위치시키고, 제1 히터(223) 및 제2 히터(225)를 통하여 적층된 복수의 프리프레그(210)를 예열한다.
히팅 유닛(220)은 고주파 유도 가열기일 수 있다. 즉, 고주파를 통하여 적층된 복수의 프리프레그(210)를 예열할 수 있다.
이후, 단계 S130에서는 프리프레그(210)를 제1 금형(320)에서 가압 성형하여 적층판(330)을 제작한다.
구체적으로, 단계 S120에서 예열된 프리프레그(210)를 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 금형(320)의 제1 상형(323) 및 제1 하형(325) 사이에 위치시킨다.
그리고 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 상형(323) 및 제1 하형(325)을 통해 예열된 프리프레그(210)를 가압 성형한 후, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 적층판(330)에서 제1 상형(323)과 제1 하형(325)을 분리시킨 후, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이 적층판(330)을 제작한다. 이때, 적층판(330)은 최종 제품이 갖는 곡면 형상으로 이루어진다.
그리고 단계 S140에서는 적층판(330)을 제2 금형(420)에서 가압 성형하여 성형품(430)을 제작한다.
다시 말하면, 단계 S130에서 제작한 적층판(330)을 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 제2 금형(420)의 제2 상형(423) 및 제2 하형(425) 사이에 위치시킨다.
그리고 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 제2 상형(423) 및 제2 하형(425)을 통해 적층판(330)을 가압 성형하여 복합소재의 성형품(430)을 제작한다. 이러한 성형품(430)은 최종 제품이 갖는 일정 형상의 포밍부(435)가 성형된다. 포밍부(435)는 곡면 상의 곡면 외측 방향으로 돌출되는 형상일 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 복합소재 성형품(430) 제작 방법은 복수의 프리프레그(210)를 제품의 최종 형상에 유사한 곡면 형상의 적층판(330)을 제작하고, 적층판(330)을 포밍 성형하여 복합소재의 성형품을 제작할 수 있으므로, 성형성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210: 프리프레그
220: 히팅 유닛
320: 제1 금형
330: 적층판
420: 제2 금형
430: 성형품
435: 포밍부

Claims (6)

  1. 복합소재의 성형품을 제작하는 방법에 있어서,
    양 단면 또는 단면에 폴리에테르수지, 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함하는 결합제가 도포된 복수의 프리프레그를 마련하는 단계;
    상기 복수의 프리프레그를 적층한 후, 고주파 유도 가열기로 구성된 히팅 유닛의 제1 히터 및 제2 히터 사이에 상기 복수의 프리프레그를 위치시키고 고주파를 통하여 예열하는 단계;
    예열된 상기 프리프레그를 제1 금형에서 가압 성형해서 최종 제품이 갖는 곡면을 그대로 성형하여 적층판을 제작하는 단계; 및
    상기 적층판을 제2 금형에서 가압 성형하는 상기 최종 제품이 갖는 일정 형상의 포밍부가 상기 곡면 상에 성형된 성형품을 제작하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 금형의 제1 상형 및 제1 하형은 상기 제2 금형의 제2 상형 및 제2 하형과 동일한 곡면으로 형성되어 상기 최종 제품이 갖는 곡면 형상의 적층판을 제작하고,
    상기 포밍부는 상기 곡면 상의 곡면 외측 방향으로 돌출된 적어도 하나의 형상으로 성형되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형품 제작 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프리프레그는
    열가소성 프리프레그인 것을 특징으로 하는 복합소재의 성형품 제작 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성형품은 온간 성형을 통해 제작되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형품 제작 방법.
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