KR102044906B1 - Fiber reinforced plastic and repairing method thereof use by plasma treatment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리에 의한 섬유 강화 플라스틱 수리에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리에 의한 섬유 강화 플라스틱은 기지재; 및 상기 기지재에 분산 배치되는 복수의 섬유 기재를 포함한다. 그리고, 상기 기지재는 열경화성 수지에 비해 큰 탄성을 갖는 경질 폴리머 재질을 갖고, 접합부위에 서로 역 단차가공을 특징으로 하며, 상기 섬유 강화 플라스틱의 수리부위에 핫-프레스; 및 플라즈마를 조사시켜 그 강도를 향상시킬 수 있으며, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 수리 방법이다.The present invention relates to fiber reinforced plastics repair by plasma treatment. Fiber reinforced plastic by plasma treatment according to an embodiment of the present invention is a base material; And a plurality of fibrous substrates dispersed in the matrix. And, the base material has a hard polymer material having a greater elasticity than the thermosetting resin, characterized in that the reverse step processing each other at the joint portion, hot-press on the repair portion of the fiber-reinforced plastics; And it is possible to improve the strength by irradiating the plasma, and the method of repairing fiber-reinforced plastics, characterized in that the structural stability can be improved.

Description

플라즈마 처리에 의한 섬유 강화 플라스틱 및 그 수리 방법 {FIBER REINFORCED PLASTIC AND REPAIRING METHOD THEREOF USE BY PLASMA TREATMENT}Fiber-reinforced plastics by plasma treatment and repair method thereof {FIBER REINFORCED PLASTIC AND REPAIRING METHOD THEREOF USE BY PLASMA TREATMENT}

본 발명은 플라즈마 처리에 의한 섬유 강화 플라스틱 및 그 수리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존 섬유 강화 플라스틱의 취성 특성을 개선할 수 있는 섬유 강화 플라스틱 및 그 수리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber-reinforced plastics by plasma treatment and a repair method thereof, and more particularly, to a fiber-reinforced plastics and a repair method thereof that can improve brittleness of existing fiber-reinforced plastics.

섬유 강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics)은 합성수지와 섬유 강화재를 혼합한 복합 재료로서, 뛰어난 기계적 특성 및 내식성을 갖는 재료이다. 섬유 강화 플라스틱의 구성은 크게 강화재(Reinforcement)인 보강 섬유와, 이에 혼입되는 기지재(Matrix)로 나눌 수 있다. Fiber Reinforced Plastics (FRP, Fiber Reinforced Plastics) is a composite material blended with synthetic resin and fiber reinforcement material, has excellent mechanical properties and corrosion resistance. The composition of the fiber-reinforced plastics can be largely divided into reinforcement fibers (Reinforcement) and matrix (Matrix) mixed therein.

보강 섬유는 하중을 지탱하는 기능을 하며, 기지재는 보강 섬유를 제자리에 고정시켜 구조적인 모양을 이루게 하는 기능을 한다. 일반적으로 보강 섬유로서 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유가 사용되며, 기지재로서 폴리에스테르 또는 비닐 에스테르 등의 경화성 수지가 사용되고 있다.The reinforcing fiber functions to support the load, and the base material holds the reinforcing fiber in place to form a structural shape. Generally, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber is used as the reinforcing fiber, and curable resin such as polyester or vinyl ester is used as the base material.

이와 같이 기지재로서 경화성 수지가 사용되는 경우, 경화성 수지가 보강 섬유의 내부까지 침투하여 경화되므로, 섬유는 축으로써 구분되어 강도가 높아지지만, 높은 취성을 갖는 특성을 가져 외부에서 가해지는 충격에 취약한 문제가 있다.Thus, when curable resin is used as a base material, since curable resin penetrates into the inside of a reinforcing fiber and hardens | cures, fiber is divided by an axis and high strength, but it has the property of having high brittleness and is vulnerable to the impact from outside. there is a problem.

따라서 기존의 섬유 강화 플라스틱은 이러한 취성 특성에 의해 금속 재료와 같은 탄성 곡선을 이루지 않고, 한계 응력에서 바로 파손이 발생하게 된다. 기존의 섬유 강화 플라스틱에 따르면, 보강 섬유가 경화성 수지에 의해 강제 고정되어 강체가 되므로, 정적 환경에서는 높은 강도를 보이게 되나, 동적 환경, 특히 충격에 있어 보강 섬유의 적층 구조의 전단, 층 분리, 크랙 발생으로 인한 강도 저하의 문제가 지적되어 왔다. 현재까지는 이러한 문제들을 해결하기 위해 수지 또는 섬유의 개발을 통해 강도를 개선하는 것에 기술 개발이 집중되어 왔고, 기존 강도를 유지하면서 수리나 보수를 하는 데는 한계가 있는 실정이다.Therefore, conventional fiber-reinforced plastics do not form elastic curves like metal materials due to such brittleness, and breakage occurs immediately at the critical stress. According to conventional fiber-reinforced plastics, the reinforcing fibers are forcibly fixed and cured by the curable resin, so that they show high strength in static environments, but shear, layer separation, and cracking of laminated structures of reinforcing fibers in dynamic environments, particularly impact. The problem of reduced strength due to occurrence has been pointed out. Until now, technology development has focused on improving the strength through the development of resins or fibers to solve these problems, and there is a limit to repair or repair while maintaining the existing strength.

또한, 진공환경 뿐만 아니라 대기압에서의 플라즈마(Plasma) 처리를 통한 섬유 강화 플라스틱의 조직변화에 따른 취성 특성 조절이 가능하다.In addition, it is possible to control the brittleness characteristics of the fiber-reinforced plastics through the plasma treatment at atmospheric pressure as well as the vacuum environment.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기지재로서 경화성 수지를 사용한 기존 섬유 강화 플라스틱이 갖는 취성 특성을 개선할 수 있는 플라즈마 처리를 통한 섬유 강화 플라스틱 및 그 수리 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems, to provide a fiber-reinforced plastics and a repair method through a plasma treatment that can improve the brittle characteristics of the existing fiber-reinforced plastics using a curable resin as a base material.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지재; 및 상기 기지재에 분산 배치되는 복수의 섬유 기재를 포함하고, 상기 기지재는 경화성 수지에 비해 큰 탄성을 갖는 경질 폴리머 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a base member; And a plurality of fibrous substrates dispersed in the base material, wherein the base material has a hard polymer material having greater elasticity than that of the curable resin.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 섬유 강화 플라스틱 본체가 외부충격에 의해 파손 되었을시; 파손 부위를 볼트, 리벳 등으로 수리를 하는 것이 일반적인 방법으로 알려져 있다. 이에 대한 문제점은 치수 정밀도가 낮고, 볼트 홀에서의 추가 파손이 발생하여, 균일한 내구성을 갖기 힘들다. 따라서 복합재료용 구조 접착제를 사용하여 수리하는 방법과 플라즈마 처리를 이용한 수리부위의 취성 특성을 개선하는 방법을 제공하고자 한다.According to one embodiment of the invention, when the fiber-reinforced plastic body is broken by an external impact; Repairing damaged parts with bolts, rivets, etc. is known as a general method. The problem with this is that the dimensional accuracy is low, and additional breakage occurs in the bolt hole, making it difficult to have uniform durability. Therefore, a method of repairing using a structural adhesive for a composite material and a method of improving brittleness of a repair site using a plasma treatment are provided.

또한, 경질 폴리머 재질의 섬유 강화 플라스틱이 아닌 겔(Gel)타입의 폴리머 수지를 이용하여 경화후에도 탄성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱이 제공될 수 있다.In addition, the fiber-reinforced plastics may be provided with elasticity even after curing using a gel-type polymer resin instead of the fiber-reinforced plastics made of a hard polymer.

또한, 상기 섬유 기재는, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 및 바살트 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the fiber substrate may include at least one of glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, and basalt fiber.

또한, 상기 기지재는, 경질 폴리우레탄폼, 경질 폴리스티렌, 경질 폴리에스테르, 경질 나일론수지, 경질 폴리비닐클로라이드, 경질 폴리프로필렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the base material may include at least one of hard polyurethane foam, hard polystyrene, hard polyester, hard nylon resin, hard polyvinyl chloride, and hard polypropylene.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 섬유 기재를 배열면 상에 배열하는 단계와; 상기 섬유 강화 플라스틱 본체와 교체된 파트와의 접합부위 가공단계; 및 구조 접착제를 섬유 기재에 혼입시키는 단계를 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 수리 방법이 제공될 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the method comprising: arranging a plurality of fiber substrates on an arrangement surface; Processing the joint part of the fiber reinforced plastic body and the replaced part; And incorporating the structural adhesive into the fibrous substrate, a method of repairing fiber reinforced plastics can be provided.

또한, 진공환경에서의 플라즈마처리를 통한 섬유 강화 플라스틱의 조직변화에 따른 취성 특성 조절이 가능하다.In addition, it is possible to control the brittleness of the fiber-reinforced plastic according to the tissue change through plasma treatment in a vacuum environment.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 섬유 강화 플라스틱의 기지재로서 탄성 재질을 갖는 겔 타입의 경질 폴리머를 사용하여, 외부 충격 발생시 탄성 변형을 통해 충격을 완화시킬 수 있으며, 이에 따라 수리시 기존의 섬유 강화 플라스틱이 갖는 취성 특성을 개선시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, using a hard polymer of the gel type having an elastic material as the base material of the fiber-reinforced plastic, it is possible to mitigate the impact through the elastic deformation when an external impact occurs, thus repairing existing fibers It is possible to improve the brittleness of the reinforced plastics.

또한, 충격후 파손환경에서 균일한 내구성을 유지하고, 치수 정밀도를 유지할 수 있다.In addition, uniform durability can be maintained in the damage environment after impact, and dimensional accuracy can be maintained.

나아가, 이와 같은 충격 완화 성능 및 내구성을 기반으로, 드론의 추락에 의한 파손과 이로 인한 수리후의 내구성을 파손전과 비슷한 수준으로 유지할 수 있다. 복합재료용 구조 접착제는 인장응력이 1GPa정도를 버틸 수 잇는 내구성을 가지고 있다.Furthermore, based on such shock-absorbing performance and durability, it is possible to maintain the damage caused by the fall of the drone and the durability after repair thereof at a level similar to that before the damage. Structural adhesives for composites have a durability of up to 1 GPa tensile stress.

또한, 본체와 교체된 파트를 기존 두께보다 0.5 ~ 1.0 mm 이상으로 오버사이징을 하여 접착시킨 후 치수정밀도를 유지할 수 있다.In addition, the main body and the replaced parts can be oversized by 0.5 to 1.0 mm or more than the existing thickness, and then dimensional accuracy can be maintained.

또한, 섬유 강화 플라스틱의 수리에 있어 플라즈마에 조사시켜 그 강도를 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 섬유 강화 플라스틱의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, the repair of the fiber-reinforced plastic can be irradiated with plasma to improve its strength, and consequently, the structural stability of the fiber-reinforced plastic can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도.
도 3은 도2에 도시된 섬유 강화 플라스틱의 단면도.
1 is a cross-sectional view of a fiber reinforced plastic according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a fiber reinforced plastic according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the fiber reinforced plastic shown in FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명에서 플라즈마 처리에 의한 섬유 강화 플라스틱 및 그 수리 방법의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of a fiber-reinforced plastic and a repair method thereof by plasma treatment in the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are the same drawings The numbering and duplicate description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 섬유 강화 플라스틱의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a fiber reinforced plastic according to one embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱은 기지재(110)와, 기지재(110)에 배치되는 복수의 섬유 기재(120)를 포함한다.The fiber reinforced plastic according to the present embodiment includes a base member 110 and a plurality of fiber substrates 120 disposed on the base member 110.

복수의 섬유 기재(120)는 하중을 지탱하는 기능을 하며, 복수의 섬유사가 결집되어 형성될 수 있다. 섬유 기재(120)로서 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 바살트 섬유 등이 사용될 수 있다.The plurality of fiber substrates 120 may support a load, and the plurality of fiber substrates may be formed by gathering a plurality of fiber yarns. As the fiber substrate 120, glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, basalt fibers, or the like may be used.

본 발명에 의하면, 기지재(110)는 열경화성 수지에 비해 큰 탄성을 갖는 경질 폴리머 재질을 갖는다. 이러한 경질 폴리머는 열 경화성 수지와 같이 열 경화 후 강체와 같은 성질을 갖는 것이 아니라 일정 이상의 탄성을 갖는 재료(예를 들어, 겔 타입 재료)이며, 이러한 경질 폴리머로서 경질 폴리우레탄폼, 경질 폴리스티렌, 경질 폴리에스테르, 경질 나일론수지, 경질 폴리비닐클로라이드, 경질 폴리프로필렌 경질 등의 재료를 사용할 수 있다.According to the present invention, the base member 110 has a hard polymer material having a greater elasticity than the thermosetting resin. The hard polymer is a material having a certain elasticity (for example, a gel type material) rather than a rigid body after thermal curing, such as a thermosetting resin, and as such a hard polymer, hard polyurethane foam, hard polystyrene, hard Materials such as polyester, hard nylon resin, hard polyvinyl chloride, hard polypropylene hard, and the like can be used.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 수리시의 사시도이고, 도3은 도2에 도시된 섬유 강화 플라스틱의 단면도이다.FIG. 2 is a perspective view of a fiber reinforced plastic when repairing according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the fiber reinforced plastic shown in FIG.

본 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 수리시 본체(130)와 교체된 파트(140)의 구조적인 모양을 이루게 하고, 접합부위(150)는 서로 역 단차로 가공하여서 맞붙게 한다.When repairing the fiber-reinforced plastic according to the present embodiment to form a structural shape of the main body 130 and the replaced part 140, the joining portion 150 is processed by reverse step to each other to be joined.

또한, 본체(130)와 교체된 파트(140)를 기존 두께보다 0.5 ~ 1.0 mm 이상으로 오버사이징을 하여 접착시킨 후 치수정밀도를 유지할 수 있다. 복합재료용 구조 접착제를 단차면에 바른 후에 핫-프레스를 이용하여 눌러주어서 서로 맞붙게 하고, 섬유 강화 플라스틱의 수리부위에 플라즈마를 조사시켜 그 강도를 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 섬유 강화 플라스틱의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 플라즈마를 조사하는 시간과 강도에 따라서, 섬유 강화 플라스틱의 수리부위의 강도는 달라질 수 있다.In addition, the main body 130 and the replaced part 140 may be oversized by 0.5 to 1.0 mm or more than the existing thickness and adhered to each other to maintain dimensional accuracy. After applying the structural adhesive for the composite to the stepped surface, press it together by pressing it with hot press, and improve the strength by irradiating plasma to the repair part of the fiber reinforced plastic, and consequently, the structural stability of the fiber reinforced plastic Can improve. Depending on the time and intensity of the plasma irradiation, the strength of the repaired portion of the fiber reinforced plastics may vary.

이와 같은 수리 방법은 특히, 항공드론용 본체의 수리시에 인장강도 1GPa이상을 유지할 수 있으며, 기존 본체의 인장강도 역시 1GPa정도의 비슷한 수준의 강도를 유지하는 것이 가능하다.This repair method, in particular, can maintain a tensile strength of 1GPa or more during the repair of the body for the air drone, it is possible to maintain a similar level of strength of about 1GPa as well.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 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.Although the foregoing has been described with reference to specific embodiments of the present invention, those skilled in the art may vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that modifications and changes can be made.

110: 기지재 120: 섬유 기재
130: 본체 140: 교체된 파트
150: 접합부위
110: base 120: fiber substrate
130: main body 140: replaced parts
150: junction

Claims (5)

열경화성 수지에 비해 큰 탄성을 갖는 경질 폴리머 재질을 갖는 기지재와, 상기 기지재에 분산 배치되는 복수의 섬유 기재를 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 수리 방법으로서,
상기 섬유 강화 플라스틱의 본체와 교체된 파트의 접합 부위를 서로 역 단차로 가공하는 단계;
복합재료용 구조 접착제가 상기 섬유 기재에 혼입되도록 상기 접합 부위를 접착시키되, 기존 두께보다 오버사이징하여 접착시키는 단계;
핫-프레스를 이용하여 상기 본체 및 상기 교체된 파트를 압착시키는 단계; 및
진공 환경에서 상기 본체와 상기 교체된 파트의 접합 부위에 플라즈마를 조사시키는 단계;를 포함하는, 섬유 강화 플라스틱의 수리 방법.
As a repair method of a fiber-reinforced plastic comprising a base material having a hard polymer material having a greater elasticity than a thermosetting resin, and a plurality of fiber base materials dispersedly disposed on the base material
Machining the joining sites of the body of the fiber reinforced plastic and the replaced part in reverse step with each other;
Adhering the joint site so that a structural adhesive for a composite material is incorporated into the fibrous substrate, but oversizing and bonding the existing thickness;
Pressing the body and the replaced part using a hot-press; And
Irradiating a plasma to a junction of the body and the replaced part in a vacuum environment.
제1항에 있어서, 상기 섬유 기재는,
유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 및 바살트 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 수리 방법.
The method of claim 1, wherein the fiber substrate,
A method for repairing fiber reinforced plastics comprising at least one of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, and basalt fibers.
제1항에 있어서, 상기 기지재는,
경질 폴리우레탄폼, 경질 폴리스티렌, 경질 폴리에스테르, 경질 나일론수지, 경질 폴리비닐클로라이드, 경질 폴리프로필렌 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 수리 방법.


The method of claim 1, wherein the base material,
A method for repairing fiber reinforced plastics comprising at least one of rigid polyurethane foam, rigid polystyrene, rigid polyester, rigid nylon resin, rigid polyvinyl chloride, and rigid polypropylene.


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JP2008254306A (en) 2007-04-04 2008-10-23 Toyo Tire & Rubber Co Ltd Method and apparatus for manufacturing fiberglass-reinforced rigid polyurethane foam
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