KR102087384B1 - 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 함몰 및 단차없는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법에 관한 것으로서, 섬유가 몰드를 통해 와인딩되어 형성된 복수의 리브부를 갖는 언아이소그리드 복합재 구조물 체결부의 제조 방법에 있어서, 상기 섬유가 와인딩 되어 상기 복수의 리브부를 형성하는 리브부 와인딩 단계; 상기 복수의 리브부에 의해 형성되는 개구부의 형상에 대응되도록 프리프레그를 재단하는 단계; 상기 재단된 프리프레그를 상기 개구부에 삽입하는 단계; 상기 체결부에 이형필름을 덮는 단계; 상기 이형필름에 감아서 상기 체결부에 압력을 가하는 압축필름을 감는 단계; 를 포함하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함하여, 결합부의 강성이 확보됨으로써 축력 방향으로의 부하에도 강력한 지지력이 발휘되는 강점이 있다.

Description

언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법{A method for making joint of anisogrid composite structures}
본 발명은 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 함몰 및 단차없는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법에 관한 것이다.
언아이소그리드(anisogrid) 복합재 구조물은 동일한 구조하중을 견디도록 설계된 금속 구조물에 비해 약 20~50%의 무게 절감이 가능한 구조물이다.
이와 같은 장점 때문에 항공기, 발사체 및 미사일 등의 대형 구조물에 널리 활용되고 있다.
한편, 언아이소그리드 복합재 구조물의 형상은 섬유가 와인딩 되는 몰드의 형상에 의해 정해질 수 있다.
몰드는 언아이소그리드 복합재 구조물을 위한 섬유사가 감겨지는 패턴이 음각처리되어 마련된다.
언아이소그리드 복합재 구조물은 위와 같은 음각 형상에 감겨진 섬유사에 의해서 헬리컬 리브부(helical rib part)와 링 리브부(ring rig part)로 이루어진다.
헬리컬 리브부는 몰드의 회전 중심축을 중심으로 소정의 각도를 갖으면서 몰드 원주를 따라 형성된다.
링 리브부는 몰드의 회전 중심축에 대하여 90도 경사를 갖으면서 몰드 원주 방향으로 형성된다.
섬유사는 몰드의 음각형상을 따라서 반복 적층과정에 의해 헬리컬 리브부와 링 리브부를 만들어간다.
따라서, 이와 같은 언아이소그리드 복합재 구조물은 한번에 대형으로 제작하기에는 한계가 있다.
항공기, 발사체 및 미사일 등과 같은 대형 구조물을 제작할 때에는 언아이소그리드 복합재 구조물들 간의 체결이 필수적으로 요구된다.
언아이소그리드 복합재 구조물들 간의 체결에 필요한 패스너 체결부는 부가 하중을 전달하는 경로로서 구조물을 지지하는 중추적인 역할을 수행한다.
따라서, 이와 같은 패스너 체결부를 어떻게 제작하고 설계할 수 있는가에 따라 구조 안전성이 결정된다.
특히, 복합재료 구조물에서의 체결부는 가장 취약한 부분이므로 신뢰성 있는 제작 기법이 요구된다.
복합재 체결부 제작에 있어 가장 중요한 것은 강도를 지지하는 섬유(fiber)가 방향성을 가지도록 적층 각을 변경하고 선택이 가능한 공법이어야 한다.
즉, 복합재 구조물의 체결부는 구멍(hole)의 베어링 강도를 만족시키기 위해 적층되는 층(lamina)의 적층 각을 다양하게 적층 가능해야 한다.
또한, 하중 전달의 효율을 위해 적층 각의 비율(laminate percentages for efficient load transfer)을 융통성 있게 조정이 가능한 공법이어야 한다.
이 때, 체결부 조인트에 인가되는 하중 종류(인장, 압축, 굽힘 등)에 따라 최적 적층 설계안은 달라질 수 있다.
그러나 종래의 습식 필라멘트 와인딩 (wet filament winding)으로 제작되는 anisogrid 복합재 구조물의 체결부는 공정의 특징으로 인해 적층되는 섬유의 방향이 정해져 있으며, 적층 각 변경이 제한된다.
한편, 종래의 기술은 체결부의 이음매 부위에 단차가 발생되는 구조를 갖는 문제가 있었다.
이와 같은 단차는 결국 구조물의 안정성을 저해하는 요소로 작용한다.
따라서, 간단한 공정으로도 체결부에 단차가 없이 원하는 섬유의 방향과 적층 비율을 만족하도록 적층하는 제작 공법 개발이 필요하다.
KR 1872737 B1 JP 2004-503452 A US 5200251 A
위와 같은 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 습식 필라멘트 와인딩을 이용하여 복합재 구조물의 체결부를 제작할 때 다양한 적층각의 변화뿐만 아니라 비율 조정이 가능하면서도 단차없는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
섬유가 몰드를 통해 와인딩되어 형성된 복수의 리브부를 갖는 언아이소그리드 복합재 구조물 체결부의 제조 방법에 있어서, 상기 섬유가 와인딩 되어 상기 복수의 리브부를 형성하는 리브부 와인딩 단계; 상기 복수의 리브부에 의해 형성되는 개구부의 형상에 대응되도록 프리프레그를 재단하는 단계; 상기 재단된 프리프레그를 상기 개구부에 삽입하는 단계; 상기 체결부에 이형필름을 덮는 단계; 상기 이형필름에 감아서 상기 체결부에 압력을 가하는 압축필름을 감는 단계; 를 포함하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 재단된 프리프레그 필름을 이루는 섬유는 방향성을 갖고, 상기 개구부에는 복수 개의 재단된 프리프레그가 적층되어 삽입되되, 상기 적층된 복수 개의 프리프레그들 중 적어도 한 쌍은 섬유 방향이 서로 균형(balancing)을 갖는 것을 특징으로 하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 상기 압축필름 및 상기 이형필름을 제거하는 필름 제거단계 및 상기 리브부 형성 섬유를 와인딩하기 전에 상기 체결부의 폭에 대응되는 너비를 갖는 프리프레그필름을 상기 체결부에 와인딩하는 프리프레그 필름 와인딩 단계; 를 더 포함하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 상기 프리프레그 필름 와인딩 단계에 있어서, 섬유의 방향이 멘드레일에 수직한 90도 방향을 갖도록 와인딩 시키고자 하는 경우에는 상기 리브부를 와인딩했던 필라멘트 와인딩 장비를 그대로 이용해서 상기 섬유가 끊어지지 않고 연속적으로 와인딩되는 것을 특징으로 하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 상기 재단된 프리프레그의 패턴은 삼각형, 사각형, 사다리꼴, 오각형, 육각형 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 상기 압축필름은 상기 체결부의 폭 보다 작게 형성되어 오버랩핑(overlapping)되는 것을 특징으로 하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 상기 체결부에는 패스너 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 상기 패스너 홀 주변의 상기 체결부 내외면에는 멘드레일 중심축 기준으로 ±45도 패브릭(fabric)소재가 적층된 것을 특징으로 하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 상기 패스너 홀에는 부쉬(bush)가 적용된 것을 특징으로 하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
또한, 열수축 필름 감은 뒤 언아이소그리드 복합재를 오븐에서 경화시키는 최종단계;를 더 포함하는 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 결합부에 적층되는 섬유의 적층 방향과 비율 달리할 수 있기 때문에 설계자의 의도대로 원하는 강성 확보가 용이하며, 이로써 축력 외 다양한 방향으로의 부하에도 강력한 지지력이 발휘되는 강점이 있다.
둘째, 제작 과정이 간단하기 때문에 생산 효율이 증대되는 이점이 있다.
셋째, 복합재 패턴을 재단하여 적층하기 때문에 결합부의 단차가 해소되므로 강성이 확보되는 이점이 있다.
넷째, 프리프레그를 적층함에 있어서 섬유 방향이 서로 대칭성(symmetric)과 균형(balancing)을 갖도록 적층가능하기 때문에 경화후 원통의 진원에 대한 변형을 최소화 할 수 있게 된다.
다섯 째, 모든 적층 완료 후 최종적으로 열수축 필름을 감아서 경화시키기 때문에 오븐에서 경화도중 열에 의해 수축이 일어나게 할 수 있으며, 이로써 잉여레진이 빠져 나갈 수 있게 되고, 기공(void)을 제거하여 결함을 최소화시켜주는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 언아이소그리드 복합재의 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 체결부(300)에 제1 프리프레그 조각(203) 및 제2 프리프레그 조각(204)이 삽입된 모습도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 사다리꼴 형상의 프리프레그들의 예시이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 삼각형 형상의 프리프레그들의 예시이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 육각형 형상의 프리프레그(315)의 예시이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이형필름(502) 및 압착필름(501)의 와인딩 모습이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리프레그필름(400)의 와인딩 모습이다.
도 9는 종래 기술에 따른 체결부의 함몰 상태를 나타낸다.
도 10은 종래 기술에 따른 체결부의 단차(700)를 타나낸 확대 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 언아이소그리드(Anisogrid) 복합재 체결부의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 언아이소그리드 복합재의 확대 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 언아이소그리드 복합재는 건식 필라멘트 와인딩(dry filament sinding) 또는 습식 필라멘트 와인딩(wet filament winding)으로 제작되는 것이 바람직할 수 있다.
후술할 체결부(300) 역시 건식 필라멘트 와인딩 또는 습식 필라멘트 와인딩(wet filament winding)으로 제작되는 것이 바람직할 수 있다.
전체 공정을 간략히 설명한 뒤 상세한 설명은 후술한다.
체결부(300)란 언아이소그리드 구조물이 타 구조물과 물리적으로 결합시킬 때 체결이 이루어지는 부분을 가리키며, 요구강도에 따라서 폭이 결정될 수 있음을 일러둔다.
먼저 멘드레일(미도시)을 이용하여 헬리컬 리브부(110) 및 링 리브부(120)를 형성하는 리브 와인딩 단계(S1)를 거친다.
다음으로 헬리컬 리브부(110) 및 링 리브부(120) 등으로부터 형성되는 개구부 중에서 체결부 위치의 개구부 형상에 대응되도록 재단된 프리프레그를 삽입한다.(S2)
다음으로 이형필름을 체결부에 덧댄다.(S3)
다음으로 압축필름을 이형필름 위로 감는다.(S4)
다음으로 압축필름과 이형필름을 제거한다.(S5)
S1에서 S5 까지의 공정을 1사이클이라 할 때 수차례의 사이클을 반복적으로 수행한다.
이 때 반복할 때에는 프리프레그 필름 와인딩 단계(S6)와 개구부 삽입단계(S2)에서의 섬유 방향이 서로 대칭성(Symmentry) 및 밸런싱(균형, balanching)을 갖도록 적층하는 것이 중요하다.
한편, S1에서 S5 까지의 공정을 반복적으로 수행하여 원하는 만큼의 적층이 이루어진 다음에는 경화단계(미도시)를 더 거치게 된다.
경화단계에서는 열수축 필름을 감아준다.
경화단계는 적층된 레진 및 프리프레그를 경화시키는 단계로서, 멘드레일을 회전시킨 상태에서 오븐에 넣고 소정 시간 동안 경화를 시키게 된다.
경화단계는 열수축 필름을 감아서 경화하기 때문에 오븐에서 경화도중 열에 의해 수축이 일어나게 할 수 있으며, 이로써 잉여레진이 빠져 나갈 수 있게 되고, 기공(void)을 제거하여 결함을 최소화하게 되는 것이다.
보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
리브부는 섬유가 몰드를 통해 와인딩되어 헬리컬 리브부(110) 및 링 리브부(120)로 구성된다.
헬리컬 리브부(110)는 링 리브부(120)에 연결되어 있다.
링 리브부(120)는 단일의 언아이소그리드 복합재 구조물(100)의 단부에 형성될 수 있다.
링 리브부(120)는 소정의 폭과 두께를 갖는 링 구조물로 형성되고 있다.
체결부(300)에 삽입된 프리프레그에는 기계적 체결을 위한 구멍인 패스너 홀(600)이 형성된 것이 바람직할 수 있다.
패스너 홀(600)은 링 리브부(120)에 형성되며, 이 때 링 리브부(120)와 헬리컬 리브부(110)가 만나지 않는 영역에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
보다 상세하게는 패스너 홀(600)은 링 리브부(120)의 원주를 따라서 등간격으로 형성될 수 있다.
패스너 홀(600)은 언아이소그리드 복합재 구조물이 타 구조물과 연결될 때 체결력을 향상하기 위하여 마련된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 체결부(300)의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 체결부(300)에 제1 프리프레그 조각(203) 및 제2 프리프레그 조각(204)이 삽입된 모습도이다.
리브부는 섬유가 몰드를 통해 와인딩되어 형성된다.
보다 상세하게는, 제1 헬리컬 리브부(111), 제2 헬리컬 리브부(112), 제3 헬리컬 리브부(113),제4 헬리컬 리브부(114)는 몰드(M) 외주면에 형성된 음각부를 따라 섬유사(resin)가 적층되어 형성된 것이다.
제1 헬리컬 리브부(111)와 제3 헬리컬 리브부(113)는 서로 나란할 수 있으며, 제2 헬리컬 리브부(112)와 제4 헬리컬 리브부(114)가 서로 나란할 수 있다.
제1 헬리컬 리브부(111), 제2 헬리컬 리브부(112), 제3 헬리컬 리브부(113), 제4 헬리컬 리브부(114)가 둘러싸는 개구부의 형상은 마름모일 수 있다.
다만, 몰드(M)가 제1 헬리컬 리브부(111)와 제2 헬리컬 리브부(112) 사이에 형성되고 있기 때문에 몰드(M) 및 제1 헬리컬 리브부(111), 제2 헬리컬 리브부(112), 제3 헬리컬 리브부(113), 제4 헬리컬 리브부(114)가 둘러싸는 영역은 오각형 형상의 개구부로 형성된다.
프리프레그를 재단하는 단계(S1)는 체결부(300)에서 몰드와 리브부에 의해 형성되는 개구부의 형상에 대응되도록 재단된다.
재단된 프리프레그(203,204)는 개구부에 삽입하는 단계(S2)를 거친다.
보다 상세하게는 오각형 형상의 제1 프리프레그 조각(203)은 체결부(300)에 형성되는 개구부에 맞게 재단되어 삽입될 수 있다.
한편, 삼각형 형상의 제2 프리프레그 조각(204)은 제5 헬리컬 리브부(119)와 제2 헬리컬 리브부(112) 사이에 끼워질 수 있다.
다시 말해서, 프리프레그는 체결부(300)에서 몰드(M)와 복수개의 리브(rib)에 의해 둘러싸이는 개구부 형상에 맞춰서 재단될 수 있고, 재단된 프리프레그 조각은 대응되는 개구부에 삽입되는 것이다.
보다 상세하게는, 체결부(300)는 제1 라인(L1)으로부터 소정 거리 이격된 지점까지의 폭을 갖는다.
이하에서 설명되는 제1 라인(L1), 제2 라인(L2) 및 제3 라인(L3)는 각각 몰드의 중심축 방향에 대하여 90도 경사를 갖는 가상의 선을 가리키며, 제1 라인(L1)은 몰드(M)의 우측 단부 라인이다.
체결부는 연결되는 구조물의 특성 등을 고려하여 폭 조절이 가능하도록 형성시킬 수가 있는데, 방법은 제2 라인(L2) 또는 제3 라인(L3)과 같이 제1 라인(L1)으로부터 소정 거리 이격시켜 절단함으로써 얻어진다.
이 때 절단하는 공정은 실제 원하는 절단선(예를 들어, 제2 라인(L2)) 보다 소정의 길이 만큼 더 제3 라인(L3) 방향으로 치우쳐 형성되는 절단라인(미도시)에서 절단하는 것이 바람직할 수 있다.
왜냐하면, 절단 공정 후 단부의 마무리 작업 등을 통해 원하는 절단선의 가공 정확도를 높이기 위함이다.
따라서, 개구부의 형상 역시 절단라인(미도시)에 의해 정해질 수 있으며, 개구부에 삽입되는 프리프레그의 형상 역시 그에 따라 수정될 수 있음을 이해하여야 한다.
한편, 절단공정은 앞서 설명된 바와 같이 경화단계 이후에 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
체결부가 제1 라인(L1)으로부터 제2 라인(L2)까지의 너비만큼 사용되는 경우는, 프리프레그의 형상은 도 4와 같이 사다리꼴 프리프레그(310)로 형성될 수 있다.
이 때, 삼각형 프리프레그(320)의 형상은 도 5와 같이 삼각형 모양이 사용될 수 있다.
사다리꼴 프리프레그(310)의 섬유 방향에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
사다리꼴 프리프레그(310)는 제1 프리프레그(311), 제2 프리프레그(312), 제3 프리프레그(313), 제4 프리프레그(314)를 포함할 수 있다.
제1 프리프레그(311)는 섬유 방향이 몰드 중심축 기준으로 +45도를 향한다.
제2 프리프레그(312)는 섬유 방향이 몰드 중심축 기준으로 -45도를 향한다.
제3 프리프레그(313)는 섬유 방향이 몰드 중심축 기준으로 90도를 향한다.
제4 프리프레그(314)는 섬유 방향이 몰드 중심축 기준으로 0도로서 나란하다.
제1 프리프레그(311)와 제2 프리프레그(312)가 서로 적층되면 섬유 방향이 균형(balancing)대을 이루기 때문에 강성 확보에 유리하다.
즉, 재단된 프리프레그 조각들은 섬유방향이 서로 대칭성을 갖도록 적층하는 것이 바람직할 수 있고, 이는 체결부의 요구 강도에 따라서 적층되는 프리프레그의 조각 수 및 섬유 방향의 조절은 얼마든지 가능함을 일러둔다.
예를 들어서, 프리프레그 조각에 있어서 섬유의 방향이 [±45도/0도/90도/0도/±45도]로 각각 순차적으로 적층 가능한 것이며, 이것이 한 세트로써 수차례 반복적으로 적층되는 것, 즉 [±45도/0도/90도/0도/±45도]s 또한 얼마든지 가능하다.
이와 같은 섬유의 방향은 바람직한 예시로 든 것이며 이에 국한되지 않고 ±15도, ±20도, ±30도, ±35도 등으로 다양하게 형성될 수 있음을 일러둔다.
이로써, 체결부는 적층각 조절과 적층순서를 조절할 수 있는 공정으로부터 대칭성(symmentry)와 밸런싱(balancing)을 갖게 될 수 있는 것이다. 마찬가지로, 삼각형 프리프레그 조각(320)의 형상 역시 도 5에서처럼 서로 대칭성(symmentry) 및 밸런싱을 갖도록 섬유 방향을 다양하게 갖도록 재단하여 적층 가능한 것이다.
한편, 체결부가 제1 라인(L1)으로부터 제3 라인(L3)까지의 너비만큼 사용되는 경우는, 프리프레그의 형상은 도 6과 같이 육각형 프리프레그(315)일 수도 있는 것이다.
제1 교차부(115), 제2 교차부(116), 제3 교차부(117), 제4 교차부(118)는 서로 다른 리브 한 쌍이 중첩되어 각각 적층된 부분이다.
즉, 제1 교차부(115)는 제1 헬리컬 리브부(111)와 제4 헬리컬 리브부(114)가 적층된 부분이고, 제2 교차부(116)는 제1 헬리컬 리브부(111)와 제2 헬리컬 리브부(112)가 적층된 부분이다.
제3 교차부(117)는 제2 헬리컬 리브부(112)와 제3 헬리컬 리브부(113)가 적층된 부분이고, 제4 교차부(118)는 제3 헬리컬 리브부(113)와 제4 헬리컬 리브부(114)가 적층된 부분이다.
이와 같이 서로 다른 리브 한 쌍이 중첩되어 적층된 부분은 그렇지 않은 부분 보다 높이가 높게 형성되어 높이차를 갖게 된다.
이는 압축필름을 통해 가압함으로써 일정부분 해소될 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법은 제1 헬리컬 리브부(111), 제2 헬리컬 리브부(112), 제3 헬리컬 리브부(113), 제4 헬리컬 리브부(114)로 둘러싸이는 개구부의 형상에 대응되도록 프리프레그를 재단하여 삽입함으로써 위와 같은 높이차가 해소시킬 수 있다.
다시 말해서 프리프레그는 삼각형, 사각형, 사다리꼴, 오각형, 육각형 중 어느 하나로 재단될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 제1 헬리컬 리브부(111), 제2 헬리컬 리브부(112), 제3 헬리컬 리브부(113), 제4 헬리컬 리브부(114) 각각이 몰드의 회전 중심축을 기준으로 할 때 와인딩 되는 각도가 다양할 수 있다.
그에 따라서 제1 헬리컬 리브부(111), 제2 헬리컬 리브부(112), 제3 헬리컬 리브부(113), 제4 헬리컬 리브부(114)로 둘러싸이는 개구부의 형상은 다양할 수 있는 것이다.
또한, 도시하지는 않았으나, 제1 헬리컬 리브부(111), 제2 헬리컬 리브부(112), 제3 헬리컬 리브부(113), 제4 헬리컬 리브부(114) 이외의 추가적인 리브가 와인딩될 수 있다.
이 때에도 개구부의 형상은 삼각형, 사각형, 사다리꼴, 오각형, 육각형 중 어느 하나일 수도 있다.
따라서, 프리프레그는 삼각형, 사각형, 사다리꼴, 오각형, 육각형 중 어느 하나로 재단될 수 있고, 재단된 프리프레그가 개구부에 삽입될 수 있는 것이다.
다음으로 와인딩하는 이형필름을 덮는 단계(S3)는 체결부에 이형필름을 감싸는 단계이다.
보다 상세하게는, 재단된 제1 프리프레그 조각(203)과 제2 프리프레그 조각(204)이 각각 체결부(300)에 형성되는 개구부에 삽입한 다음 그 위로 이형필름을 감는다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이형필름(502) 및 압착필름(501)의 와인딩 모습이다.
압축필름을 감는 단계(S4)에서는 이형필름(502)에 압착필름(501)을 와인딩하여 체결부에 압력을 가하는 단계이다.
압착필름(501)은 재단되어 개구부에 삽입된 프리프레그에 압력을 인가하여 줌으로써 프리프레그가 넓고 고르게 펼쳐서 자리를 잡을 수 있게 한다.
멘드레일(미도시)이 회전되면서 몰드(M)가 회전할 때 압착필름(501)에 인장력을 가해준 상태로 체결부(300) 외주면을 감게 된다.
이렇게 함으로써 체결부(300)는 전체적으로 기포(void)가 줄어들게 되고, 잉여 수지(resin)가 제거된다.
이 때, 압착필름(501)은 체결부(300)의 폭 보다 작게 형성되어 오버랩핑(overlapping)되는 것이 바람직할 수 있다.
이는 멘드레일(미도시)이 회전하면서 압착필름이 옆으로 조금씩 움직여서 서로 겹쳐지도록 감기게 하는 방식이다.
다음으로 필름 제거단계(S5)에서는 압착필름(501) 및 이형필름(502)이 제거된다.
이형필름(502)은 체결부(300)의 손상이 없이 압착필름(501)을 몰드(M)로부터 분리할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리프레그필름(400)의 와인딩 모습이다.
프리프레그 필름 와인딩 단계(S6)필름 제거단계(S5) 이후 리브부 형성 섬유를 와인딩하기 전에 체결부(300)의 폭에 대응되는 너비를 갖는 프리프레그필름(400)을 체결부(300)에 와인딩하는 단계이다.
이때, 프리프레그 필름 와인딩 단계(S6) 프리프레그필름(400)의 섬유방향이 몰드의 축방향에 대하여 소정의 각도를 가지고 와인딩되는 것이 바람직할 수 있다.
보다 상세하게는 프리프레그필름(400)은 원하는 섬유의 방향으로 몰드의 회전축에 대하여 경사를 갖도록 적층될 수 있게 된다.
이하에서 설명되는 "경사"란 재단된 프리프레그의 섬유 방향이 몰드 외주면상에 투영된 몰드의 회전 중심축 방향과 이루는 각도를 가리킨다.
또한, 경사의 "+" 와 "-"는 몰드 외주면상으로 투영된 회전 중심축을 기준으로 일측으로 경사를 갖는 경우와 타측으로 경사를 갖는 경우를 구분하는 것이며, 일측과 타측은 좌우의 개념일 수 있다.
한편, 여기서 말하고 있는 균형, 즉 밸런싱(balancing)이라 함은 바로 "+" 와 "-" 개념일 수 있으며, 예를 들어 소정의 기준방향에 대하여 섬유사 방향이 +45도인 프리프레그를 적층하고, 그 위에 앞선 동일한 소정의 기준방향에 대하여 섬유사 방향이 -45도인 프리프레그를 적층한 경우가 바로 바람직한 밸런싱에 해당되는 것이다.
예를 들면, 프리프레그필름(400)의 섬유 방향은 몰드의 회전축에 대하여 90도 경사(이하 90도 경사라 함)를 갖도록 링 리브부(120)와 나란한 방향으로 감길 수 있다.
이 경우에는 리브부를 와인딩 하던 필라멘트 와인딩 장비를 계속적으로 이용함으로써 섬유의 끊김이 없이 연속하여 와인딩 작업이 가능하게 된다.
즉, 프리프레그필름(400)의 섬유 방향이 멘드레일의 중심축 방향에 대하여 90도 경사를 가지도록 와인딩할 때에는 기존의 헬리컬 리브부를 와인딩하던 장비를 교체하지 않고 리브부 폭과 동일하게 섬유사를 연속적으로 와인딩 시키는 것이 가능하게 되는 것이다.
이렇게 되면 체결부(300)에 압력을 주어 압착시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.
다른 예로서, 프리프레그필름(400)은 설계자가 원하는 섬유 방향을 갖도록 ±45도,±30도, ±90도 ±60 등의 다양한 각도의 섬유 방향을 갖도록 와인딩 하여 적층시킬 수 있다.
이렇게 프리프레그필름(400)의 섬유 방향이 멘드레일(미도시) 중심축에 대해 재단가능하기 때문에 ±45도,±30도, ±90도 등의 다양하게 형성될 수 있고, 는 것이다.
한편, 공정 중에서 전체가 회전을 하면서도 재단된 프리프레그 패턴이 자기 위치를 유지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 패스너 홀(600) 주변의 체결부(300) 내면과 외면에는 패브릭(fabric)소재가 적층된 것이 바람직할 수 있다.
즉, 최종적으로 형성된 체결부(300)의 최하단과 최상단에는 각각 패브릭(fabric)소재가 마련되는 것이며, 이로써 패스너 홀(600)의 갈라짐이 방지된다.
다시 말해서, 체결부(300)의 내주면과 외주면에는 패브릭소재가 추가적으로 적층될 수 있다.
이는 패스너 홀(600) 가공시 갈라짐을 예방하기 위함이다.
또한, 패스너 홀(600)은 체결부(300)와 리브가 만나는 지점 이외의 지점에 형성된 것이 바람직할 수 있다.
왜냐하면, 패스너 홀(600)은 구조물간 설계된 베어링 강도를 견딜 수 있도록 하기 위하여 최적의 적층각 비율을 가지도록 적층된 프리프레그 부분에 형성되는 것이 보다 바람직하기 때문이다.
즉, 체결부(300)와 리브가 만나는 지점에는 대칭성(symmentry) 및 밸런싱(balancing)이 좋지 못하기 때문이다.
한편, 패스너 홀(600)에는 체결부(300)의 베어링 강도를 증가시키기 위한 부쉬(bush)가 적용된 것이 바람직할 수 있다.
100 : 단일의 언아이소그리드 복합재 구조물
110 : 헬리컬 리브부
111 : 제1 헬리컬 리브부
112 : 제2 헬리컬 리브부
113 : 제3 헬리컬 리브부
114 : 제4 헬리컬 리브부
115 : 제1 교차부
116 : 제2 교차부
117 : 제3 교차부
118 : 제4 교차부
119 : 제5 헬리컬 리브부
120 : 링 리브부
203 : 제1 프리프레그 조각
204 : 제2 프리프레그 조각
300 : 체결부
400 : 프리프래그필름
501 : 압착필름
502 : 이형필름
600 : 패스너 홀
M : 몰드

Claims (10)

  1. 섬유가 몰드를 통해 와인딩되어 형성된 복수의 리브부를 갖는 언아이소그리드 복합재 구조물 체결부의 제조 방법에 있어서,
    상기 섬유가 와인딩 되어 상기 복수의 리브부를 형성하는 리브부 와인딩 단계;
    상기 복수의 리브부에 의해 형성되는 개구부의 형상에 대응되도록 프리프레그를 재단하는 단계;
    상기 재단된 프리프레그를 상기 개구부에 삽입하는 단계;
    상기 체결부에 이형필름을 덮는 단계;
    상기 이형필름에 감아서 상기 체결부에 압력을 가하는 압축필름을 감는 단계; 를 포함하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재단된 프리프레그를 이루는 섬유는 방향성을 갖고,
    상기 개구부에는 복수 개의 재단된 프리프레그가 적층되어 삽입되되,
    상기 적층된 복수 개의 프리프레그들 중 적어도 한 쌍은 섬유 방향이 서로 균형(balancing)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압축필름 및 상기 이형필름을 제거하는 필름 제거단계 및
    상기 리브부 형성 섬유를 와인딩하기 전에 상기 체결부의 폭에 대응되는 너비를 갖는 프리프레그필름을 상기 체결부에 와인딩하는 프리프레그 필름 와인딩 단계; 를 더 포함하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 프리프레그 필름 와인딩 단계에 있어서,
    섬유의 방향이 멘드레일에 수직한 90도 방향을 갖도록 와인딩 시키고자 하는 경우에는 상기 리브부를 와인딩했던 필라멘트 와인딩 장비를 그대로 이용해서 상기 섬유가 끊어지지 않고 연속적으로 와인딩되는 것을 특징으로 하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재단된 프리프레그의 패턴은 삼각형, 사각형, 사다리꼴, 오각형, 육각형 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축필름은 상기 체결부의 폭 보다 작게 형성되어 오버랩핑(overlapping)되는 것을 특징으로 하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 체결부에는 패스너 홀이 형성된 것을 특징으로 하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패스너 홀 주변의 상기 체결부 내외면에는 멘드레일 중심축 기준으로 ±45도 패브릭(fabric)소재가 적층된 것을 특징으로 하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 패스너 홀에는 부쉬(bush)가 적용된 것을 특징으로 하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
  10. 제3항에 있어서,
    열수축 필름 감은 뒤 언아이소그리드 복합재를 오븐에서 경화시키는 최종단계;를 더 포함하는,
    언아이소그리드 복합재 체결부의 제조 방법.
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