KR101995310B1 - 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 섬유강화플라스틱으로 제조된 강도 및 강성 특성이 우수한 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 3차원 샌드위치 코어를 제조할 때 섬유강화플라스틱을 이용하기 때문에 강도 특성이 우수하고, 제조 과정에서 3차원 샌드위치 코어의 형상을 조절될 수 있으며, 상기 형상에 따라 3차원 샌드위치 코어의 강성이 조절될 수 있어, 강성이 향상된 3차원 샌드위치 코어를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 3차원 샌드위치 코어 제조방법을 이용하면 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 과정이 간단하여 공정 과정이 효율적이다.

Description

3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법{3D sandwich core and manufacturing method thereof}
본 발명은 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 섬유강화플라스틱으로 제조된 강도 및 강성 특성이 우수한 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
샌드위치 패널은 서로 다른 재료를 샌드위치 형태로 겹쳐 붙인 특수 합판으로서, 건축 산업, 항공 산업, 자동차 산업 및 스포츠 및 레저 산업과 같은 여러 분야에서 사용된다. 건축 산업에서는 베란다, 테라스, 루핑, 발코니, 갤러리, 벽(클래딩) 등의 지붕을 제조하는데 사용되고, 항공 산업에서는 페어링(동체, 날개, 수평 꼬리 날개) 등에 사용된다. 또한, 자동차 산업에서는 플로어 및 뒷좌석 구획 선반 등과 같은 지지체에 사용되며, 스포츠 및 레저 산업에서는 스키와 같은 스포츠 용품의 제조나, 특수 바닥, 칸막이, 차체, 광고판 등과 같은 다양한 표면의 제조에 사용된다.
이러한 샌드위치 패널의 일반적인 구조는 코어(core)를 중심으로 상면 및 하면에 판재를 겹쳐 붙인 형태로 판재는 플라스틱판, 알루미늄판, 스테인리스판 등 강도가 큰 재료를 쓰고, 코어는 종이나 목재, 발포 플라스틱재 등을 써서 무게, 보온, 방음 및 강도 등을 고려하여 형성한다. 통상적으로는 판재는 금속판, 심재는 고분자 충진재를 발포하여 형성하고 있다.
샌드위치 패널의 구성요소 중 샌드위치 코어 구조체는 요구되는 용도에 따라 강도, 강성, 무게 및 용이한 재생 이용의 양호한 성질을 갖도록 개발되는 것이 필요하다. 특히 통상적인 샌드위치 코어 구조체의 강성은 충분히 확보되지 못해 보강해야 할 필요가 있었다. 이를 위해 기존의 샌드위치 패널 표면에 별도의 보강패널을 덧대어 우수한 강성 특성을 가지는 샌드위치 패널을 제조하였지만, 기존의 샌드위치 패널을 보수하고 보강하는 구조에 초점이 맞추어져 있었기 때문에 규격화된 샌드위치 패널을 얻기 어려운 단점이 있었다.
또한, 종래의 샌드위치 패널의 샌드위치 코어는 판재를 뚫어서 원하고자 하는 모양의 2차원 그물망 구조체로 가공하여 사용하였기 때문에 제조공정이 복잡하고 공정 중 재료손실이 큰 단점으로 인해 제조 비용이 증대됨에 따라 다양한 산업에서의 적용이 활발하게 이루어지지 못하고 있다.
따라서, 강성 특성이 우수한 샌드위치 코어 구조체와 상기 샌드위치 코어 구조체를 제조할 때 단순하면서 효율적인 제조방법이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1439274호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 샌드위치 코어에 있어서, 종래의 강성 한계를 극복할 수 있는 3차원 샌드위치 코어를 제공하고, 종래의 3차원 샌드위치 코어 제조방법의 한계를 극복할 수 있는 간단하고 효율적인 3차원 샌드위치 코어 제조방법을 제공하는 것을 일목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 x축 방향으로 연장 형성된 복수의 파형 구조체를 포함하고, 상기 복수의 파형 구조체는 y축 방향으로 일정한 간격을 갖고 배열되고, y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부는 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부와 서로 얽혀서 결합되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부는 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부와 서로 얽혀서 결합되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부로 형성되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부로 형성되어 3차원 구조체를 이루고, 상기 3차원 구조체 내부에 충진재가 충진되는 것을 특징으로 하고, 상기 파형 구조체는 성형된 섬유강화플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 파형 구조체의 제1산부 사이의 피치(pitch)가 10 mm 내지 250 mm인 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 샌드위치 코어의 제3산부 사이의 피치(pitch)에 따라 상기 코어 구조체의 강성이 조절될 수 있는 3차원 샌드위치 코어일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 샌드위치 코어는, x축 방향과 평행한 방향으로 상기 제3산부의 최상단점 또는 상기 제3골부의 최하단점에 결합되어 위치되는 복수의 보강 로드(rod)가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 샌드위치 코어는, y축 방향과 평행한 방향으로 상기 제3산부의 최상단점 또는 상기 제3골부의 최하단점에 결합되어 위치되는 복수의 보강 로드(rod)가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 충진재는 폴리우레탄 폼, 페놀수지 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼 및 폴리에틸렌 폼으로 이루어진 발포성 폼(foam) 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 샌드위치 코어의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일실시예는 x축 방향으로 연장 형성된 복수 개의 파형 구조체를 y축 방향으로 일정한 간격으로 배열시키는 준비 단계, 상기 배열된 복수 개의 파형 구조체에서 y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부와 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부를 서로 얽혀서 결합시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부와 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부를 서로 얽혀서 결합시켜서 2차원 구조체를 형성하는 결합 단계, 상기 2차원 구조체를 성형하여 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부를 형성시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부를 형성시켜 3차원 구조체를 형성하는 단계 및 상기 3차원 구조체 내부에 충진재가 충진되어 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 샌드위치 코어의 제3산부 사이의 피치(pitch)에 따라 상기 코어 구조체의 강성이 조절될 수 있는 3차원 샌드위치 코어 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 구조체를 형성하는 단계 이후에, x축 방향과 평행한 방향으로 상기 제3산부의 최상단점 또는 상기 제3골부의 최하단점에 복수의 보강 로드(rod)를 위치시키고 결합시키는 보강 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 구조체를 형성하는 단계 이후에, y축 방향과 평행한 방향으로 상기 제3산부의 최상단점 또는 상기 제3골부의 최하단점에 복수의 보강 로드(rod)를 위치시키고 결합시키는 보강 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 충진재는 폴리우레탄 폼, 페놀수지 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼 및 폴리에틸렌 폼으로 이루어진 발포성 폼(foam) 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 단계 이후에, 상기 3차원 샌드위치 코어의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법일 수 있다.
본 발명의 일 효과로서, 성형된 섬유강화플라스틱을 이용하여 3차원 구조의 샌드위치 코어를 제조할 수 있다.
또한, 상기 3차원 샌드위치 코어를 제조할 때 3차원 샌드위치 코어 구조체의 형상에 따라 3차원 샌드위치 코어의 강성이 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 효과로서, 3차원 샌드위치 코어 제조방법을 이용하여 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 과정이 간단하여 공정 과정이 효과적일 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 샌드위치 코어를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 x축과 평행한 방향으로 보강 로드(rod)가 결합된 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 y축과 평행한 방향으로 보강 로드(rod)가 결합된 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 슬릿(slit)이 포함된 3차원 샌드위치 코어를 나타낸 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 샌드위치 코어 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 과정을 간단하게 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1의 샌드위치 구조(a), 샌드위치 코어(b) 및 3차원 구조체(c)의 모식도들이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실험예 1에 대한 실험 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1의 하부 스킨에서의 최대 처짐량의 실험 결과이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1의 하부 스킨에서의 최대 처짐량의 실험 결과이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하, 3차원 샌드위치 코어에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 샌드위치 코어(10)를 나타낸 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 3차원 샌드위치 코어(10)는 x축 방향으로 연장 형성된 복수의 파형 구조체를 포함하고, 상기 복수의 파형 구조체는 y축 방향으로 일정한 간격을 갖고 배열되고, y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부는 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부와 서로 얽혀서 결합되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부는 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부와 서로 얽혀서 결합되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부로 형성되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부로 형성되어 3차원 구조체(20)를 이루고, 상기 3차원 구조체(20) 내부에 충진재(30)가 충진되는 것을 특징으로 하고, 상기 파형 구조체는 성형된 섬유강화플라스틱을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 3차원 샌드위치 코어(10)를 보다 부분적으로 살펴보기 위해 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2의 경우, 3차원 샌드위치 코어(10) 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)를 나타낸 평면도로서, 구체적으로 도 1의 z축 일 방향에서 바라본 3차원 구조체(20)의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)는 x축 방향으로 연장 형성되어 있고, y축 방향으로 산부(41) 및 골부(42)가 반복적으로 형성되어 있는 파형 구조체(40)가 기본 뼈대가 될 수 있다. 상기 파형 구조체(40)의 x축 방향으로의 길이는 제조하고자 하는 샌드위치 코어의 크기에 따라 조절될 수 있으며, 그 수치는 제한되지 않는다. 또한, 상기 파형 구조체(40)의 산부(41) 및 골부(42)의 폭이 동일하며, 산부 사이의 피치(pitch)(43) 및 골부 사이의 피치(pitch)(44)가 동일한 구조를 나타내며, 상기 산부 사이의 피치(pitch)(43)는 10 mm 내지 250 mm일 수 있다. 상기 산부 사이의 피치(pitch)(43)가 10 mm 미만일 경우에는 샌드위치 코어의 밀도가 과대해지는 문제가 있어 바람직하지 않고, 상기 산부 사이의 피치(pitch)(43)가 250 mm 초과일 경우에는 샌드위치 코어의 강성 증가 효과가 미비하여 파형의 구조를 형성하기에 적절하지 않아 바람직하지 않다.
구체적인 예시로 샌드위치 구조를 제조하기 위해서는 본 발명의 파형 구조체의 길이는 1000 mm 내지 2400 mm일 수 있고, 상기 파형 구조체의 산부 사이의 피치(pitch)는 34 mm일 수 있다.
상기 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)를 구성하기 위해서는 파형 구조체(40)가 복수 개로 구성되며 y축 방향으로 일정한 간격을 갖고 배열되어 있을 수 있다. 또한, y축을 기준으로 홀수번째 배열된 파형 구조체 및 짝수번째 배열된 파형 구조체는 x축을 기준으로 대칭형태로 배열될 수 있다. 상기 형태는 상기 홀수번째 배열된 파형 구조체 및 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체를 결합시키기 위한 형태이다. 상기 결합의 형태는 상기 y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부는 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부와 서로 얽혀서 결합되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부는 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부와 서로 얽혀서 결합된 모양일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)를 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)는 y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부로 형성되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부로 형성될 수 있으며, 상기 제3산부 및 제3골부는 반복적으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)의 제3산부 및 제3골부의 폭은 동일하며, 제3산부 사이의 피치(pitch)(21) 및 제3골부 사이의 피치(pitch)가 동일한 구조를 나타낸다. 또한, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)(21)에 따라 상기 3차원 샌드위치 코어의 강성이 조절될 수 있는데, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)(21)에 따라 샌드위치 코어의 강화섬유부피분율(fiber volume fraction)이 변화하기 때문에 상기 3차원 샌드위치 코어의 강성이 조절될 수 있다.
구체적으로, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)(21)를 길게 하면 상기 3차원 샌드위치 코어의 강성의 증가폭이 작고, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)(21)를 짧게 하면 상기 3차원 샌드위치 코어의 강성의 증가폭이 클 수 있다. 하지만, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)(21)를 짧게 할수록 3차원 샌드위치 코어의 무게가 무거워지기 때문에 3차원 샌드위치 코어의 용도에 따라 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)(21)를 조절하고, 이에 따라 강성 및 무게를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)는 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부로 형성되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부로 형성될 수 있으며, 이의 대한 모식도는 도 4에 도시하였다.
본 발명의 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)의 기본 뼈대가 되는 파형 구조체는 성형된 섬유강화플라스틱을 포함할 수 있다. 섬유강화플라스틱은 플라스틱을 매트릭스로 하여 유리 섬유, 탄소 섬유, 알라미드 섬유 등으로 강화한 복합재료로서, 무게가 가볍고, 가공이 쉽고, 인장 및 압축이 가능하고, 탄성이 있으며, 강도가 강한 특성이 있다. 상기 섬유강화플라스틱을 사용하여 3차원 샌드위치 코어를 제조하면, 제조가 용이하고 강도가 강한 샌드위치 코어를 제조할 수 있다.
그 구체적인 예시로서, 본 발명의 파형 구조체에 포함되는 섬유강화플라스틱은 유리섬유강화플라스틱 또는 탄소섬유강화플라스틱일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
도 5 내지 도 6은 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)에 복수의 보강 로드(rod)(50)가 더 결합된 형태의 3차원 구조체의 사시도들이다. 도 5 내지 도 6을 참조하면 본 발명의 3차원 샌드위치 코어 내부에 위치하는 3차원 구조체(20)는 3차원 구조체(20)에 x축 방향 또는 y축 방향과 평행한 방향으로 제3산부의 최상단점 또는 제3골부의 최하단점에 결합되어 위치되는 복수의 보강 로드(rod)(50)가 더 결합된 구조를 포함할 수 있다.
보강 로드(rod)는 3차원 샌드위치 코어 구조체의 어느 일 방향으로 강도를 더 보강해주기 위해 결합되는 지지체의 일종이다. 보강 로드(rod)(50)는 도 5에 도시된 사시도처럼 x축 방향과 평행한 방향으로 강도를 보강해주기 위해서 x축 방향과 평행한 방향으로 결합될 수 있으며, 그 위치는 3차원 구조체(20)의 제3산부의 최상단점 또는 제3골부의 최하단점일 수 있다. 또한, 보강 로드(rod)(50)는 y축 방향과 평행한 방향으로 강도를 보강해주기 위해서 도 6에 도시된 사시도처럼 y축 방향과 평행한 방향으로 결합될 수 있으며, 그 위치는 3차원 구조체(20)의 제3산부의 최상단점 또는 제3골부의 최하단점일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 3차원 샌드위치 코어(10)은 3차원 구조체(20) 내부에 충진재(30)가 충진되어 있을 수 있다.
상기 충진재(30)는 3차원 샌드위치 코어의 용도 및 목적에 따라 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 충진재(30)의 종류에 대해 제한을 두지 않는다. 하지만, 일반적으로 3차원 샌드위치 코어에 폴리우레탄 폼, 페놀수지 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼 또는 폴리에틸렌 폼을 포함하여 이루어진 발포성 폼(foam) 군이 충진재로 주로 사용되고 있어, 본 발명의 충진재(30)도 상기 발포성 폼 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 3차원 샌드위치 코어(10)는 상기 3차원 샌드위치 코어(10)의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)(70)이 더 형성되어 있을 수 있으며, 이에 대한 모식도를 도7에 도시하였다.
도 7을 참조하면, 3차원 샌드위치 코어(10)가 사용될 때 곡면의 형태가 필요할 경우, 상기 3차원 샌드위치 코어(10)의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)(70)을 더 형성하여 상기 슬릿(slit)(70)으로 인해 3차원 샌드위치 코어(10)를 곡면의 형태로 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도 8 내지 도 9를 참고하여 3차원 샌드위치 코어 구조체 제조방법에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 3차원 샌드위치 코어 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도로서, x축 방향으로 연장 형성된 복수 개의 파형 구조체를 y축 방향으로 일정한 간격으로 배열시키는 준비 단계(S100), 상기 배열된 복수 개의 파형 구조체에서 y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부와 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부를 서로 얽혀서 결합시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부와 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부를 서로 얽혀서 결합시켜서 2차원 구조체를 형성하는 결합 단계(S200), 상기 2차원 구조체를 성형하여 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부를 형성시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부를 형성시켜 3차원 구조체를 형성하는 단계(S300) 및 상기 3차원 구조체에 충진재가 충진되어 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법에 대해 나타낸다. 이하, 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.
보다 도식적으로 각 단계를 살펴보자면, 도 9는 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 과정을 간단하게 나타낸 모식도로, x축 방향으로 연장 형성된 복수 개의 파형 구조체(40)를 y축 방향으로 일정한 간격으로 배열시키고(도 9(a)), 상기 복수 개의 파형 구조체를 서로 얽혀서 결합시켜서 2차원 구조체(60)를 형성하고(도 9(b)), 상기 2차원 구조체(60)를 성형하여 3차원 구조체(20)를 형성하고(도 9(c)), 상기 3차원 구조체(20)에 충진재(30)가 충진되어 3차원 샌드위치 코어(10)를 제조하는 과정(도 9(d))을 나타낸다.
먼저 복수 개의 파형 구조체를 배열시키는 준비 단계(S100)에 있어서, 상기 파형 구조체는 x축 방향으로 연장 형성되어 있을 수 있고, y축 방향으로 일정한 간격으로 배열될 수 있으며, 상기 파형 구조체는 성형된 섬유강화플라스틱을 포함할 수 있다. 본 발명의 파형 구조체로 섬유강화플라스틱을 사용하여 3차원 샌드위치 코어 구조체를 제조하면, 제조가 용이하고 강도가 강한 코어 구조체를 제조할 수 있으며, 그 구체적인 예시로서, 본 발명의 파형 구조체에 포함되는 섬유강화플라스틱은 유리섬유강화플라스틱 또는 탄소섬유강화플라스틱일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
또한, 섬유강화플라스틱을 파형 구조체의 형태로 성형하는 방법은 마이크로웨이브(microwave) 또는 핫프레스(hot press) 연속공정을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
상기 섬유강화플라스틱의 x축 방향으로의 길이는 제조하고자 하는 샌드위치 코어의 크기에 따라 조절될 수 있으며, 그 수치는 제한되지 않는다. 상기 파형 구조체의 산부 및 골부의 폭이 동일하며, 산부 사이의 피치(pitch) 및 골부 사이의 피치(pitch)가 동일한 구조를 나타내며, 상기 산부 사이의 피치(pitch)는 10 mm 내지 250 mm일 수 있다. 상기 산부 사이의 피치(pitch)가 10 mm 미만일 경우에는 샌드위치 코어의 밀도가 과대해지는 문제가 있어 바람직하지 않고, 상기 산부 사이의 피치(pitch)가 250 mm 초과일 경우에는 샌드위치 코어의 강성 증가 효과가 미비하여 파형의 구조를 형성하기에 적절하지 않아 바람직하지 않다.
구체적인 예시로 샌드위치 패널을 제조하기 위해서는 본 발명의 파형 구조체의 길이는 1000 mm 내지 2400 mm일 수 있고, 상기 파형 구조체의 산부 사이의 피치(pitch)는 34 mm일 수 있다.
그 다음으로는, 배열된 복수 개의 파형 구조체를 서로 얽혀서 결합시켜 2차원 구조체를 형성할 수 있다(S200). 상기 배열된 복수 개의 파형 구조체에서 y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부와 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부를 서로 얽혀서 결합시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부와 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부를 서로 얽혀서 결합시킬 수 있다.
복수 개의 파형 구조체를 결합시키는 방법은 섬유매듭을 통한 결합 또는 접착제에 의한 결합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
그 다음으로는 2차원 구조체를 성형하여 3차원 구조체를 형성할 수 있다(S300). 상기 3차원 구조체는 이전 단계(S200)에서 결합된 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부를 형성시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부를 형성시켜 형성될 수 있다.
상기 2차원 구조체에 상기 제3산부 및 제3골부를 형성하는 방법으로는 섬유강화플라스틱에 온도 또는 전자파 등의 섬유강화플라스틱을 변형시킬 수 있는 에너지를 가하는 일반적인 방법을 사용할 수 있으며, 본 발명은 상기 방법에 대해 제한을 두지 않는다.
예를 들어, 2차원 구조체는 몰드에 삽입한 후 가압하는 방법을 이용하여 3차원 구조체로 성형될 수 있는데, 2차원 구조체는 상부 몰드 및 하부 몰드 사이에 삽입된 후 가압되어 3차원 구조체로 성형될 수 있다.
상기 3차원 구조체의 제3산부 사이의 피치를 조절하면, 이후 제조되는 3차원 샌드위치 코어의 강성이 조절될 수 있는데, 구체적으로, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)를 길게 하면 상기 3차원 샌드위치 코어의 강성의 증가폭이 작고, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)를 짧게 하면 상기 3차원 샌드위치 코어의 강성의 증가폭이 클 수 있다. 하지만, 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)를 짧게 할수록 3차원 샌드위치 코어의 무게가 무거워지기 때문에 3차원 샌드위치 코어의 용도에 따라 상기 제3산부 사이의 피치(pitch)를 조절하고, 이에 따라 강성 및 무게를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 3차원 구조체는 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부로 형성되고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부로 형성시켜 형성될 수 있다. 상기 3차원 구조체가 형성되는 방법은 이전에 제시한 2차원 구조체를 성형하는 방법과 동일한 방법일 수 있다.
3차원 샌드위치 코어 구조체의 강도를 보강하기 위해서 3차원 구조체를 형성하는 단계(S300) 이후에 상기 3차원 구조체의 제3산부의 최상단점 또는 상기 제3골부의 최하단점에 복수의 보강 로드(rod)를 위치시키고 결합시키는 보강 단계를 더 추가할 수 있다.
보강 로드(rod)는 3차원 샌드위치 코어 구조체의 어느 일 방향으로 강도를 더 보강해주기 위해 결합되는 지지체의 일종으로, 보강시키고자 하는 방향과 평행한 방향으로 보강 로드(rod)를 결합시켜 강도를 보강시킬 수 있다. 3차원 구조체 및 보강 로드(rod)를 결합하는 방법으로는 섬유매듭을 통한 결합 또는 접착제에 의해 결합을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
예를 들어, x축 방향으로 강도를 보강시키기 위해서는, x축 방향과 평행한 방향으로 보강 로드(rod)를 결합시키며 그 위치는 3차원 구조체의 제3산부의 최상단점 또는 제3골부의 최하단점일 수 있다. 또한, y축 방향과 평행한 방향으로 강도를 보강해주기 위해서는 y축 방향과 평행한 방향으로 보강 로드(rod)를 결합시킬 수 있으며, 그 위치는 3차원 구조체의 제3산부의 최상단점 또는 제3골부의 최하단점일 수 있다.
본 발명의 3차원 구조체는 세부적인 소재 또는 공정에 따라 이전 단계(S200)에서 이미 경화되어 구조화될 수 있고, 3차원 구조체를 형성하는 본 단계(S300)에서 별도의 경화 공정을 거쳐 구조화될 수 있기 때문에, 경화 단계에 대한 순서 및 방법에 대하여 한정 짓지 않는다.
마지막으로, 3차원 구조체에 충진재가 충진되어 3차원 샌드위치 코어를 제조한다(S400).
상기 충진재는 3차원 샌드위치 패널의 용도 및 목적에 따라 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 충진재의 종류에 대해 제한을 두지 않는다. 하지만, 일반적으로 3차원 샌드위치 패널에 폴리우레탄 폼, 페놀수지 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼 또는 폴리에틸렌 폼을 포함하여 이루어진 발포성 폼(foam) 군이 충진재로 주로 사용되고 있어, 본 발명의 충진재도 상기 발포성 폼 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다. 본 발명의 3차원 샌드위치 코어 구조체에 충진재를 충진시키는 방법은 상기 3차원 샌드위치 코어 구조체에 충진재를 발포하는 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 단계 이후에, 상기 3차원 샌드위치 코어의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
3차원 샌드위치 코어가 사용될 때 곡면의 형태가 필요할 경우, 상기 3차원 샌드위치 코어의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)을 더 형성하여 슬릿(slit)으로 인해 3차원 샌드위치 코어를 곡면의 형태로 제조할 수 있다. 3차원 샌드위치 코어 시트의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)을 형성하는 방법은 연속배치된 휠커터(wheel cutter)에 의한 부분절단 방법을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
이하, 본 발명의 제조예 및 실험예를 기재한다. 그러나, 이들 제조예 및 실험예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
[제조예 1]
3차원 샌드위치 구조 제조
직경 2 mm의 탄소섬유강화플라스틱을 파형 구조체로 제조하고, 파형 구조체를 제조하는 과정을 여러 번 진행하여 복수 개의 파형 구조체를 준비한다. 상기 복수 개의 파형 구조체를 서로 얽혀서 결합시키고, 상기 결합된 복수 개의 파형 구조체를 핫프레스(hot press) 방법으로 성형하여 3차원 구조체를 형성하고, 상기 3차원 구조체에 PVC(Polyvinyl chloride) 폼을 발포하여 두께 24 mm의 3차원 샌드위치 코어를 제조하였다
상기 샌드위치 코어를 유리섬유강화플라스틱으로 제작된 두께 1 mm의 샌드위치 스킨 플레이트(plate)와 접합하여 샌드위치 구조를 제작하였고, 상기 구조에 대한 모식도는 도 10에 도시하였다.
[비교예 1]
상기 제조예 1에서 3차원 구조체를 형성하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 수행하여 샌드위치 구조를 제작하였다.
[실험예 1]
3차원 샌드위치 구조 강성 비교
샌드위치 구조의 강성을 비교하기 위해 샌드위치 구조의 중앙 부분에 균일한 분포로 하중을 인가하여 이때의 비굽힘강성(specific flexural stiffness, 단위무게당 굽힘강성) 및 하부 스킨에서의 최대처짐량을 측정하는 실험을 진행하였다. 상기 실험에 대한 모식도는 도 11에 도시하였다.
하기의 표 1은 제조예 1 및 비교예 1의 비굽힘강성을 비교하여 나타낸 비굽힘강성 비율이고, 하기의 표 2는 제조예 1 및 비교예 1의 하부 스킨에서의 최대처짐량을 비교하여 나타낸 하부 스킨에서의 최대처짐량 비율이다. 상기 제조예 1의 하부 스킨에서의 최대처짐량의 실험 결과는 도 12에 도시하였고, 상기 비교예 1의 하부 스킨에서의 최대처짐량의 실험 결과는 도 13에 도시하였다.
실시예 비굽힘강성의 비율
제조예 1 1
비교예 1 3.692
실시예 하부 스킨에서의 최대처짐량의 비율
제조예 1 0.216
제조예 2 1
표 1을 참조하면, 3차원 구조체가 포함된 샌드위치 구조인 제조예 1의 비굽힘강성은 3차원 구조체가 포함되지 않은 비교예 1의 샌드위치 구조의 비굽힘강성보다 3.7 배 가량 높은 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 표 2를 참조하면 3차원 구조체가 포함되지 않은 샌드위치 구조인 비교예 1의 하부 스킨에서의 최대처짐량이 3차원 구조체로 제조된 샌드위치 구조인 제조예 1의 하부 스킨에서의 최대처짐량보다 5 배 가량 높은 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 3차원 샌드위치 코어를 이용하여 샌드위치 구조를 제조하면 섬유강화플라스틱으로 제조된 3차원 구조체가 상기 샌드위치 구조를 보강하는 효과로 인해 강성이 우수한 샌드위치 구조를 제조할 수 있는 것으로 판단할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 3차원 샌드위치 코어
20 : 3차원 구조체
21: 제3산부 사이의 피치(pitch)
30 : 충진재
40 : 파형 구조체
41 : 산부
42 : 골부
43 : 산부 사이의 피치(pitch)
44 : 골부 사이의 피치(pitch)
50 : 보강 로드(rod)
60 : 2차원 구조체
70 : 슬릿(slit)

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. x축 방향으로 연장 형성된 복수 개의 파형 구조체를 y축 방향으로 일정한 간격으로 배열시키는 준비 단계;
    상기 배열된 복수 개의 파형 구조체에서 y축을 기준으로 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부와 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부를 서로 얽혀서 결합시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부와 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부를 서로 얽혀서 결합시켜서 2차원 구조체를 형성하는 결합 단계;
    상기 2차원 구조체를 성형하여 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제1산부 및 상기 y축의 일 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제1골부가 z축 방향의 최상단점이 되는 제3산부를 형성시키고, 상기 짝수번째 배열된 파형 구조체의 제2골부 및 상기 y축의 일 방향의 반대 방향으로 인접하는 홀수번째 배열된 파형 구조체의 제2산부가 z축 방향의 최하단점이 되는 제3골부를 형성시켜 3차원 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 3차원 구조체 내부에 충진재가 충진되어 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 3차원 구조체를 형성하는 단계 이후에, x축 방향과 평행한 방향으로 상기 제3산부의 최상단점 또는 상기 제3골부의 최하단점에 복수의 보강 로드(rod)를 위치시키고 결합시키는 보강 단계를 더 포함하거나 y축 방향과 평행한 방향으로 상기 제3산부의 최상단점 또는 상기 제3골부의 최하단점에 복수의 보강 로드(rod)를 위치시키고 결합시키는 보강 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 파형 구조체는 성형된 섬유강화플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 파형 구조체의 제1산부 사이의 피치가 10 mm 내지 250 mm인 것을 특징으로 하고,
    상기 3차원 구조체를 형성하는 단계에서, 상기 제3산부 사이의 피치를 조절하여 상기 3차원 샌드위치 코어의 강성을 조절하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 충진재는 폴리우레탄 폼, 페놀수지 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼 및 폴리에틸렌 폼으로 이루어진 발포성 폼(foam) 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 3차원 샌드위치 코어를 제조하는 단계 이후에,
    상기 3차원 샌드위치 코어의 상면 또는 하면에 복수의 슬릿(slit)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 샌드위치 코어 제조방법.
KR1020160184018A 2016-12-30 2016-12-30 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법 KR101995310B1 (ko)

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