KR102131095B1 - 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법 - Google Patents

페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유직물과 페놀수지 필름을 적용하여 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품을 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는, 준비 단계, (b) 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형에 적층하여 적층물을 제조하는, 적층 단계, (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는, 진공 흡착 단계, (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 성형하여 성형품을 만드는, 성형 단계, (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품을 금형에서 탈거하고, 가공하는, 탈형 및 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법에 관한 것이다.
따라서 본 발명에 따른 제조방법은 섬유직물과 페놀수지 필름을 적층하고 RFI 공법 및 오토클레이브 성형 공법을 이용함으로서, 제조 공정이 간단하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품의 제조가 가능하다.

Description

페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법{Manufacture method of composite nozzle and projectile insulation parts with phenolic film}
본 발명은 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 섬유직물과 페놀수지 필름을 적층하고 RFI 공법 및 오토클레이브 성형 공법을 이용함으로서, 제조 공정이 간단하고 다양한 형태의 제조가 가능한 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법에 관한 것이다.
노즐은 내부 온도가 500℃ 이상의 고온이 발생하고, 가스 분출 시 축 방향으로 2톤 이상의 하중이 발생하는 특수한 환경을 가지고 있다. 이와 같은 환경에 견디기 위해서 노즐은 내열성, 내변형성 및 내구력이 좋은 금속재로 제작되어 왔다.
오늘날 노즐 및 발사체 부품은 경량화의 일환으로 복합재의 사용이 늘어나고 있는 추세이다. 종래의 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법은 섬유직물(Dry fabric)에 수지가 함침한 프리프레그(Prepreg)를 적층하여 노즐 및 발사체 단열 부품을 만들었다. 상기 섬유직물 프리프레그를 적층할 경우에 적층물이 함유하고 있는 가스 또는 수분을 제거하기 위하여 고압성형 공정을 필요로 한다. 상기 고압성형은 하이드로클레이브(Hydro-clave) 성형으로 60 ~ 70 bar의 압력을 필요로 함으로서, 성형 난이도가 높고, 시간 및 고비용의 문제점을 가지고 있다.
본 출원인은 상술한 종래의 제조방법의 문제점을 해소하기 위하여 섬유직물과 페놀수지 필름을 번갈아 적층하여 적층물 내의 가스 및 수분이 섬유직물을 통하여 용이하게 배출하고, 수지필름 인퓨전(Resin Film Infusion, RFI) 공정 및 오토클레이브(Autoclave) 성형 공정을 이용함으로서, 저압에서 용이하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품을 제조할 수 있는 방법을 연구하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-0440720호(2004. 07. 21.) 대한민국 등록특허공보 제10-0852423호(2008. 08. 14.)
따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 섬유직물과 페놀수지 필름을 적용하여 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, (a) 상기 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 준비 단계, (b) 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형에 적층하여 적층물을 제조하는 적층 단계, (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는 진공 흡착 단계, (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 성형하여 성형품을 만드는 성형 단계, (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품을 금형에서 탈거하고, 가공하는 탈형 및 가공 단계를 포함하여 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 (a) 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 단계에서, 상기 섬유직물은 탄소직물 및/또는 실리카직물로 구성되며, 페놀수지는 필름형태로 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 (a) 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 단계는, 상기 섬유직물에 페놀수지 필름을 부착한 후, 정해진 형상으로 재단하여 복합재 편을 만드는 단계와, 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 정해진 형상으로 각각 재단하여 직물 편과 필름 편을 만들고, 이를 부착하여 복합재 편을 만드는 단계를 더 포함하여 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 (b) 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형에 적층하여 적층물을 제조하는 적층 단계는, 상기 (a) 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 단계에서 만들어진 복합재 편을 작업자가 적층하여 적층물을 만드는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는, 진공 흡착 단계는, 배큠 배깅 공정 수행 장치를 통하여 적층물을 프레임 위에 올려놓고, 상기 적층물의 표면을 이형 필름으로 감싸고, 부직포 등의 브리더로 상기 전체 적층물을 덮고, 커버 씌워 상기 프레임과 밀착하도록 실란트 테이프로 밀봉한 뒤, 진공펌프를 이용하여 진공 흡착하도록 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 성형하여 성형품을 만드는, 성형 단계는, RFI 공법과 오토클레이브(Autoclave) 성형 공법으로 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 RFI 공법은 직물섬유에 수지필름을 미리 접착하여 복합재 편을 형성하여 적층물을 만드는 구성이며, 상기 오토클레이브(Autoclave) 성형 공정은 6 ~ 7 bar의 압력을 이용하여 간단하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품의 제조하도록 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품 금형에서 탈거하고, 가공하는, 탈형 및 가공 단계는, 성형품이 금형으로부터 용이하게 탈거되도록 설치한 이형 필름 혹은 금형의 이형처리로 인해 쉽게 탈거되며, 노즐목, 확대부 및 축소부의 표면을 소정의 형상 및 치수로 가공하도록 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 (e) 탈형 및 가공 단계는, 상기 성형품을 소정의 절차에 따라 치수 및 성능검사를 실시하는 단계를 더 포함하여 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법으로 제조되는 상기 복합재 노즐은, 페놀수지 필름과 상기 탄소직물 및 실리카직물이 결합되는 탄소직물/페놀수지 복합재 및 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법으로 제조되는 상기 복합재 발사체 단열 부품은, 페놀수지 필름과 실리카직물이 결합되는 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성되는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 특징은, (a) 상기 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 준비 단계, (b) 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형에 적층하여 적층물을 제조하는 적층 단계, (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는 진공 흡착 단계, (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 성형하여 성형품을 만드는 성형 단계, (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품을 금형에서 탈거하고, 가공하는 탈형 및 가공 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 다른 특징은, 상기 (a) 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 단계에서, 상기 섬유직물은 탄소직물 및/또는 실리카직물로 구성되며, 페놀수지는 필름형태로 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 (a) 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 단계는, 상기 섬유직물에 페놀수지 필름을 부착한 후, 정해진 형상으로 재단하여 복합재 편을 만드는 단계와, 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 정해진 형상으로 각각 재단하여 직물 편과 필름 편을 만들고, 이를 부착하여 복합재 편을 만드는 단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 (b) 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형에 적층하여 적층물을 제조하는 적층 단계는, 상기 (a) 섬유직물 및 페놀수지 필름을 준비하는 단계에서 만들어진 복합재 편을 작업자가 적층하여 적층물을 만든다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는, 진공 흡착 단계는, 배큠 배깅 공정 수행 장치를 통하여 적층물을 프레임 위에 올려놓고, 상기 적층물의 표면을 이형 필름으로 감싸고, 부직포 등의 브리더로 상기 전체 적층물을 덮고, 커버 씌워 상기 프레임과 밀착하도록 실란트 테이프로 밀봉한 뒤, 진공펌프를 이용하여 진공 흡착하도록 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물을 성형하여 성형품을 만드는, 성형 단계는, RFI 공법과 오토클레이브(Autoclave) 성형 공법으로 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 RFI 공법은 직물섬유에 수지필름을 미리 접착하여 복합재 편을 형성하여 적층물을 만드는 구성이며, 상기 오토클레이브(Autoclave) 성형 공정은 6 ~ 7 bar의 압력을 이용하여 간단하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품의 제조하도록 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품 금형에서 탈거하고, 가공하는, 탈형 및 가공 단계는, 성형품이 금형으로부터 용이하게 탈거되도록 설치한 이형 필름 혹은 금형의 이형처리로 인해 쉽게 탈거되며, 노즐목, 확대부 및 축소부의 표면을 소정의 형상 및 치수로 가공하도록 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 (e) 탈형 및 가공 단계는, 상기 성형품을 소정의 절차에 따라 치수 및 성능검사를 실시하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법으로 제조되는 상기 복합재 노즐은, 페놀수지 필름과 상기 탄소직물 및 실리카직물이 결합되는 탄소직물/페놀수지 복합재 및 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성된다.
본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 또 다른 특징은, 상기 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법으로 제조되는 상기 복합재 발사체 단열 부품은, 페놀수지 필름과 실리카직물이 결합되는 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성된다.
이상에서와 같은 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법은 섬유직물과 페놀수지 필름을 적층하여 복합재를 만들고, 복합재 편을 이용하여 제조되는 공정으로 구성된다. 따라서 제조 공정이 간단하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품의 제조가 가능하여 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법으로 만들어지는 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품은 RFI 공법 및 오토클레이브 성형 공법을 이용하여 만들어진다. 따라서 페놀 성형 시 화학반응으로 발생되는 가스 배출이 용이하여 복합재 내 기공을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에서 섬유직물과 페놀수지 필름을 번갈아 적층하도록 구성된다. 따라서 상기 섬유직물(Dry fabric)이 브리더(Breather) 역할을 하여 수지 흐름성을 향상시켜주고 가스 배출을 더 효과적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 단계별 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품에 적용되는 직물 및 페놀수지 필름의 재단 및 적층 방법을 나타내는 설명도이며, (a)는 직물에 페놀수지 필름을 선 부착 후 재단하는 방법이며, (b)는 선 재단 후 부착하는 방법을 나타낸다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 복합재편을 노즐 금형에 적층되는 형상을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 본 발명에 따른 발사체 단열 부품 금형에 적층되는 형상을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4(a)는 본 발명에 따른 복합재 노즐 적층물이 화염이 영향을 받는 면을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4(b)는 본 발명에 따른 복합재 발사체 단열 부품 적층물이 외기의 영향을 받는 형상을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 진공흡착단계에서 사용되는 진공장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 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.
본 발명에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의 할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
종래의 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법을 개략적으로 설명하면, 섬유직물(Dry fabric)에 수지가 함침 되는 프리프레그(Prepreg)를 적층하여 노즐 및 발사체 단열 부품을 만들도록 구성되었다. 상기 섬유직물 프리프레그를 적층할 경우에 적층물이 함유하고 있는 가스 또는 수분을 제거하기 위하여 고압성형 공정을 필요로 하는데, 이러한 고압성형 공정은 하이드로 클레이브(Hydro-clave) 공법에 의해 수행된다.
상기 하이드로클레이브(Hydro-clave) 성형은 60 ~ 70 bar의 고압을 필요로 함으로서, 성형 난이도가 높고, 시간 및 고비용의 문제점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법은 상술한 종래의 제조방법의 문제점을 해소하기 위하여 섬유직물과 페놀수지 필름을 번갈아 적층함으로서, 적층물 내의 가스 및 수분이 섬유직물을 통하여 용이하게 배출하고, 섬유직물에 수지필름을 미리 접착하여 복합재 편을 형성하여 적층물을 만드는 수지필름 인퓨전(Resin Film Infusion, RFI) 공정 및 낮은 압력에서 가스와 수분을 제거하는 오토클레이브(Autoclave) 성형 공정을 이용함으로서, 제조 공정이 간단하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 복합재 노즐은, 열분해 시 탄소 수율이 높은 페놀수지 필름을 기지재료(Matrix)로 사용하고, 탄소(C) 섬유, 실리카 섬유(SiO2) 등의 섬유직물을 기지재료가 지지하는 강화재로 구성한다.
이러한 본 발명에 따른 복합재 노즐(1)은 화염이 분출되는 곳으로서, 삭마재료(Ablative materials)를 사용하여, 화학적·물리적 상태가 변화되며 열을 흡수하여 열 차폐 기능이 있는 소재가 사용된다. 화염이 분출되는 상기 노즐 부위에는 밀도가 낮고, 연소가스로부터 발생되는 열류(Heat flux)에 의한 삭마율이 높은 섬유강화 복합재가 열 차폐 재료로 사용된다.
이러한 본 발명에 따른 상기 복합재 노즐은, 노즐 목(A), 확대부(B) 및 축소부(C)로 나누어지는데, 상기 노즐 목(A)에는 탄소/탄소복합재 또는 그라파이트가 사용되고, 확대부(B) 및 축소부(C)에는 탄소/페놀 또는 실리카/페놀 복합재가 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 상기 발사체 단열부품은, 실리카/페놀 복합재를 사용하여 구성된다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 단계별 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품에 적용되는 직물 및 페놀수지 필름의 재단 및 적층 방법을 나타내는 설명도이며, (a)는 직물에 페놀수지 필름을 선 부착 후 재단하는 방법이며, (b)는 선 재단 후 부착하는 방법을 나타내며, 도 3(a)는 본 발명에 따른 복합재편을 노즐 금형에 적층되는 형상을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 본 발명에 따른 발사체 단열 부품 금형에 적층되는 형상을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4(a)는 본 발명에 따른 복합재 노즐 적층물이 화염이 영향을 받는 면을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 본 발명에 따른 복합재 발사체 단열 부품 적층물이 외기의 영향을 받는 형상을 나타내는 사진이고, 도 5는 본 발명에 따른 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 진공흡착단계에서 사용되는 진공장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 섬유직물과 페놀수지 필름을 적용하여 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품을 제조하는 방법으로서, (a) 상기 섬유직물(11) 및 페놀수지 필름(12)을 준비하는 준비 단계(S100); (b) 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형(20)에 적층하여 적층물(1.1, 2.1)을 제조하는 적층 단계(S200); (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물(1.1, 2.1)을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는 진공 흡착 단계(S300); (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물(1.1, 2.1)을 성형하여 성형품(1.2, 2.2)을 만드는 성형 단계(S400); (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품(1.2, 2.2)을 금형에서 탈거하고, 가공하는 탈형 및 가공 단계(S500);를 포함하여 구성된다.
도 2를 참조하면, 이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 상기 (a) 섬유직물(11) 및 페놀수지 필름(12)을 준비하는 단계(S100)에서, 상기 섬유직물은 탄소직물 및/또는 실리카직물로 구성되며, 페놀수지는 필름형태로 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 (a) 섬유직물(11) 및 페놀수지 필름(12)을 준비하는 단계(S100)는, 상기 섬유직물(11)에 페놀수지 필름(12)을 부착한 후, 정해진 형상으로 재단하여 복합재 편(10.1)을 만드는 단계(S110)와, 상기 섬유직물(11)과 페놀수지 필름(12)을 정해진 형상으로 각각 재단하여 직물 편(11.1)과 필름 편(12.1)을 만들고, 이를 부착하여 복합재 편(10.1)을 만드는 단계(S120)를 더 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 상기 ‘S120 단계’에서는, 페놀수지 필름(12)의 하단에 부직포 또는 글라스 스크림 등의 필름 캐리어(12.2)를 부착하여 페놀수지 필름(12)을 지지하도록 구성된다.
도 3 및 도 4를 이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 상기 (b) 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형(20)에 적층하여 적층물(1.1, 2.1)을 제조하는 적층 단계(S200)는, 상기 (a) 섬유직물(11) 및 페놀수지 필름(12)을 준비하는 단계(S100)에서 만들어진 복합재 편(10.1)을 작업자가 적층하여 적층물(1.1, 2.1)을 만든다.
이때, 본 발명의 제조방법에 따른 복합재 노즐(1) 및 발사체 단열 부품(2)의 적층방법은, 상기 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품(2)은 내측을 관통하여 분출되는 화염 및 표면을 마찰하며 흐르는 외기 방향을 거스르지 않도록, 마치 기와지붕의 기와 이음새와 같이 일정부분 포개어 적층하여 구성된다. 이러한 구성은 화염 및 외기의 마찰저항을 최소화하며, 상기 적층물(1.1, 2.1)을 이루고 있는 복합재 편(10.1)의 접착부에 화염에 의한 크랙 형성을 방지하도록 하는 구성이다.
도 5를 참조하면, 이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 상기 (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물(1.1, 2.1)을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는, 진공 흡착 단계(S300)는, 배큠 배깅 공정 수행 장치(30)를 통하여 적층물(1.1, 2.1)을 프레임(31) 위에 올려놓고, 상기 적층물의 표면을 이형 필름(33)으로 감싸고, 부직포 등의 브리더(34)로 상기 전체 적층물을 덮고, 커버(32) 씌워 상기 프레임과 밀착하도록 실란트 테이프(35)로 밀봉한 뒤, 진공펌프(36)를 이용하여 진공 흡착하도록 구성된다.
이때, 배큠 배깅 공정 수행 장치(30)의 진공압은 -1 bar 정도로 형성되며, 상기 적층물(1.1, 2.1)의 내부에 포함되어 있는 가스 및 수분을 제거한다.
이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 상기 (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물(1.1, 2.1)을 성형하여 성형품(1.2, 2.2)을 만드는, 성형 단계(S400)는, RFI 공법과 오토클레이브(Auto clave) 성형 공법으로 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 상기 RFI 공법은 섬유직물에 수지필름을 미리 접착하여 복합재 편(10.1)을 형성하여 적층물을 만드는 구성이며, 상기 오토클레이브(Autoclave) 성형 공정은 6 ~ 7 bar의 압력을 이용하여 간단하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품의 제조하도록 구성된다.
이 때, 상기 적층물의 섬유직물(Dry fabric)이 브리더(Breather) 역할을 하여 페놀수지의 흐름성을 향상시켜주고 가스 배출을 더 효과적으로 해줌으로서 상기 오토클레이브(Autoclave) 성형 공정의 낮은 압력에서 성형이 가능하다.
이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법의 상기 (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품(1.2, 2.2)을 금형에서 탈거하고, 가공하는, 탈형 및 가공 단계(S500)는, 성형품이 금형으로부터 용이하게 탈거되도록 설치한 이형 필름(33)에 의해 쉽게 탈거되며, 노즐목, 확대부 및 축소부의 표면을 소정의 형상 및 치수로 가공하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 제조방법의 상기 (e) 탈형 및 가공 단계(S500)는, 상기 성형품(1.2, 2.2)을 소정의 절차에 따라 치수 및 성능검사를 실시하는 단계(S510)를 더 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법으로 제조되는 상기 복합재 노즐(1)은, 페놀수지 필름과 상기 탄소직물 및 실리카직물이 결합되는 탄소직물/페놀수지 복합재 및 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성된다.
이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법으로 제조되는 상기 복합재 발사체 단열 부품(2)은, 페놀수지 필름과 실리카직물이 결합되는 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성된다.
이러한 본 발명의 페놀수지 필름을 적용하여 제조되는 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품의 제조순서는 다음과 같다.
1. 금형 준비
- 노즐 및 발사체 단열 부품과 동일한 형상으로 노즐 성형품 및 발사체 단열 부품 제작용 금형을 만든다.
- 이 때, 상기 금형의 내측으로 배큠 배깅 공정을 수행하는 가스 및 수분 배출 라인을 형성.
2. 복합재 편 준비
- 섬유직물(11)에 페놀수지 필름(12)을 부착한 후, 정해진 형상으로 재단하여 복합재 편(10.1)을 만든다.
- 또는, 섬유직물(11)과 페놀수지 필름(12)을 정해진 형상으로 각각 재단하여 직물 편(11.1)과 필름 편(12.1)을 만들고, 이를 부착하여 복합재 편(10.1)을 만든다.
- 이 때, 상기 섬유직물은, 탄소직물 및/또는 실리카직물로 구성되며, 페놀수지는 필름형태로 구성된다.
3. 적층 작업
- 복합재 편(10.1)을 금형(20)에 적층하여 적층물을 만든다.
- 상기 적층물은 노즐의 경우, 내측을 관통하여 분출되는 화염 방향을 거스르지 않도록, 일정부분 포개어 적층한다.(그림 4a 참조)
- 발사체 단열 부품(2)의 경우에는 표면을 마찰하며 흐르는 외기 방향을 거스르지 않도록, 일정부분 포개어 적층한다.(그림 4b 참조)
4. 진공 흡착
- 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물(1.1, 2.1)을 배큠 배깅 공정 수행 장치(30)로 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거한다.
- 이 때, 배큠 배깅 공정 수행 장치(30)는, 적층물(1.1, 2.1)을 올려놓는 프레임(31), 상기 적층물의 표면을 감싸서 탈형을 용이하게 하는 이형 필름(33), 부직포로 적층물 전체를 감싸는 브리더(34), 전체 적층물을 덮어 진공 백 형태인 커버(32) 및 상기 커버를 프레임과 밀봉하는 실란트 테이프(35) 및 상기 커버의 배출 노즐에 연결되어 진공흡착하는 진공펌프(36)로 구성된다.
5. 성형 공정
- RFI 공법과 오토클레이브(Auto clave) 성형 공법을 이용하도록 구성된다.
- 이 때, 성형 압력은 6 ~ 7 bar로 진행한다.
6. 탈형, 형상가공 및 검사
- 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품(1.2, 2.2)을 금형에서 탈거한다.
- 이 때, 이형 필름(33) 혹은 금형에의 이형처리로 인해 성형품이 금형으로부터 쉽게 탈거된다.
- 노즐 목, 확대부 및 축소부의 표면을 소정의 형상으로 가공한다.
- 상기 성형품(1.2, 2.2)을 소정의 절차에 따라 치수 및 성능검사를 실시한다.
이러한 방법으로 제조되는 본 발명에 따른 복합재 노즐(1) 및 발사체 단열 부품(2)은 복합재(10) → 복합재 편(10.1) → 적층물(1.1, 2.1) → 성형품(1.2, 2.2) → 완제품(미도시)의 공정을 거쳐서 제조된다.
이와 같은 본 발명의 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법은 다음과 같은 특징이 있다.
먼저, 본 발명의 제조방법으로 만들어지는 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품은 섬유직물과 페놀수지 필름을 적층하여 복합재를 만들고, 복합재 편을 이용하여 제조되는 공정으로 구성된다.
따라서 제조 공정이 간단하고 다양한 형태의 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품의 제조가 가능하여 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법으로 만들어지는 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품은 RFI 공법 및 오토클레이브 성형 공법을 이용하여 만들어진다.
따라서 페놀 성형 시 화학반응으로 발생되는 가스 배출이 용이하여 복합재 내 기공을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에서 섬유직물과 페놀수지 필름을 번갈아 적층하도록 구성된다.
따라서 상기 섬유직물(Dry fabric)이 브리더(Breather) 역할을 하여 수지 흐름성을 향상시켜주고 가스 배출을 더 효과적으로 한다.
1 : 복합재 노즐
1.1 : 노즐 적층물
1.2 : 노즐 성형품
2 : 복합재 발사체 단열 부품
2.1 : 발사체 단열 부품 적층물
2.2 : 발사체 단열 부품 성형품
10 : 복합재
10.1 : 복합재 편
11 : 섬유직물
11.1 : 직물 편
12 : 페놀수지 필름
12.1 : 페놀수지 필름 편
12.2 : 페놀수지 필름 캐리어
20 : 금형
21 : 노즐 금형
22 : 발사체 단열 부품 금형
30 : 배큠 배깅 공정 수행 장치
31 : 프레임
32 : 커버
33 : 이형 필름(離型, Release film)
34 : 브리더(Breather)
35 : 실란트 테이프(Sealant tape)
36 : 진공펌프

Claims (9)

  1. 화염이 분출되는 노즐 부위의 열을 차폐하도록 섬유강화 복합재를 구성하기 위하여 섬유직물과 페놀수지 필름을 이용하여 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 섬유직물(11) 및 페놀수지 필름(12)을 준비하는, 준비 단계(S100);
    (b) 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 금형(20)에 적층하여 적층물(1.1, 2.1)을 제조하는, 적층 단계(S200);
    (c) 상기 적층이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물(1.1, 2.1)을 진공 흡착하여 가스와 수분을 제거하는, 진공 흡착 단계(S300);
    (d) 상기 진공흡착이 완료된 노즐 또는 발사체 단열 부품의 적층물(1.1, 2.1)을 성형하여 성형품(1.2, 2.2)을 만드는, 성형 단계(S400);
    (e) 상기 노즐 또는 발사체 단열 부품 성형품(1.2, 2.2)을 금형에서 탈거하고, 가공하는, 탈형 및 가공 단계(S500);를 포함하며,
    상기 (a) 준비 단계(S100)에서 섬유직물은, 탄소직물 또는 실리카직물로 구성되며,
    상기 (a) 준비 단계(S100)는, 상기 섬유직물을 페놀수지 필름에 부착한 후 정해진 형상으로 재단하여 복합재 편(10.1)을 만드는 단계(S110)와, 상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 정해진 형상으로 각각 재단한 후 부착하여 복합재 편(10.1)을 만드는 단계(S120)를 더 포함하여 구성되며,
    상기 섬유직물과 페놀수지 필름을 정해진 형상으로 각각 재단한 후 부착하여 복합재 편(10.1)을 만드는 단계(S120)에서는, 페놀수지 필름(12)의 하단에 필름 캐리어(12.2)가 더 구성되며,
    상기 (b) 적층 단계(S200)는, 상기 복합재 노즐(1)의 내측을 관통하여 분출되는 화염 및 상기 발사체 단열 부품(2)의 표면을 마찰하는 외기의 방향을 거스르지 않도록 일정부분 포개서 적층하여 구성하며,
    상기 (c) 진공 흡착 단계(S300)는, 상기 적층물(1.1, 2.1)을 프레임(31) 위에 올려놓고, 상기 적층물의 전체 표면을 이형 필름(33)으로 감싸고, 브리더(34)로 상기 적층물의 전체를 덮고, 커버(32) 씌워 상기 프레임과 밀착하도록 실란트 테이프(35)로 밀봉한 뒤, 진공펌프(36)를 이용하여 진공 흡착하도록 구성되며,
    상기 (e) 탈형 및 가공 단계(S500)는, 상기 성형품(1.2, 2.2)을 검사하는 단계(S510)를 더 포함하며,
    상기 복합재 노즐(1)의 노즐 목(A) 부분은, 탄소/탄소복합재 또는 그라파이트 복합재로 구성되며, 확대부(B) 및 축소부(C) 부분은, 탄소/페놀 또는 실리카/페놀 복합재로 구성되는 것을 특징으로 하는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 및 발사체 단열 부품 제조방법.
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  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합재 노즐(1)은, 페놀수지 필름과 상기 탄소직물 및 실리카직물이 결합되는 탄소직물/페놀수지 복합재 및 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성되는 것을 특징으로 하는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합재 발사체 단열 부품(2)은, 페놀수지 필름과 실리카직물이 결합되는 실리카직물/페놀수지 복합재로 구성되는 것을 특징으로 하는 페놀수지 필름을 적용한 복합재 노즐 또는 발사체 단열 부품 제조방법.

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