KR102169306B1 - 복합 성형품의 성형장치 - Google Patents

Abstract

복합 성형품의 성형장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치는 상면 중앙부에 하부 성형면이 형성되고, 상기 하부 성형면의 둘레를 따라 내,외측으로 일정 간격 이격되어 제1 실링고무와 제2 실링고무가 장착되는 하형, 상기 하형의 상부에 배치되며, 상기 하부 성형면과 함께 캐비티를 형성하도록 하면 중앙부에 상부 성형면이 형성되는 상형, 상기 상형의 내부에 설치되어 상기 캐비티 내부에 수지를 주입하는 믹싱 헤드, 및 상기 제1 실링고무에 대응하여 상기 상형의 상부 성형면의 둘레를 따라 구성되며, 상기 캐비티 내부의 내압에 따라 압축패드의 탄성에 의해 상기 제1 실링고무에 대한 가압력이 조절되도록 하여 상기 캐비티 내부의 내압을 일정하게 유지하는 내압조절유닛을 포함한다.

Description

복합 성형품의 성형장치{COMPOSITE MOLDED ARTICLE FORMING APPARATUS}

본 발명은 복합 성형품의 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복합 성형품의 품질성능을 향상시킬 수 있는 복합 성형품의 성형장치에 관한 것이다.

최근에는 차체의 고강도 경량화 추세에 따라 차체 소재로서, 초고장력강 등과 같은 강판, 알루미늄 또는 마그네슘 등과 같은 비철 금속판재, 이 뿐만 아니라 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS) 또는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 등과 같은 플라스틱 복합소재의 판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다.

여기서, 상기 플라스틱 복합소재는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 항공 분야나 자동차 분야에서 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 당 업계에서는 상기 플라스틱 복합소재의 향후 사용이 더욱 확대되고, 제조량 또한 비약적으로 증가될 것으로 기대하고 있다.

이러한 플라스틱 복합소재는 플라스틱 수지류에 섬유소재를 함침하여 경화시킨 것으로, 예를 들면, 탄소섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 직조한 후, 탄소섬유를 플라스틱 수지류에 함침하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다.

즉, 상기 플라스틱 수지류는 경도가 우수한 반면 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 탄소섬유는 인장강도가 높지만 굽힘 반발력이 없기 때문에, 플라스틱 복합소재는 이들 플라스틱 수지류와 탄소섬유를 결합하여 제조될 수 있다.

상기한 복합소재는 프리폼(preform) 성형공정 및 수지 이송 성형공정(RTM: Resin Transfer Molding) 공정을 통하여 제조될 수 있다.

상기 프리폼 성형공정에서는 섬유 원단으로부터 재단된 섬유소재에 바인더를 도포하고, 히팅 플레이를 통해 바인더를 용융하며, 그 바인더가 함침된 섬유소재를 프레스 금형에 적층한 후, 프레스 금형을 통해 섬유소재를 압착하여 프리폼 성형체를 성형한다.

상기 수지 이송 성형공정에서는 수지 금형 내에 여러 장의 프리폼 성형체를 안착시키고, 상기 수지 금형에 수지를 주입하여 경화시키며 원하는 형상의 복합 성형품을 성형한다.

이때, 상기 수지 금형에는 수지 주입 시, 수지가 외부로 유출되는 것을 방지하고, 내부에 진공을 유지하기 위하여 실링을 적용한다.

그러나 종래 기술에 따른 수지 이송 성형공정은 상기 수지 금형의 내압이 증가하기 시작하여 상기 실링 측으로 수지가 도달하게 되면, 높은 내압으로 인해 수지가 역류하거나 주입공정이 멈추기도 하는 문제점이 있다.

또한, 상기 수지 이송 성형방법은 상기 수지 금형의 내압이 과도하게 증가함에 따라, 상기 복합 성형품에 수지의 미함침 구간이 발생하여 상품성이 저하되는 문제점도 있다.

더불어, 종래 기술에 따른 복합 성형품은 별도의 각 장치를 통해 프리폼 성형공정을 거친 후, 수지 이송 성형공정을 진행해야 하는 번거로움이 있다.

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 복합소재에 수지를 함침하는 과정에서, 상기 복합소재가 안착되는 캐비티의 내압을 일정하게 유지할 수 있어 상기 복합소재에 대한 수지의 함침량을 극대화하면서도, 상기 복합소재에 골고루 수지가 함침될 수 있는 복합 성형품의 성형장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상면 중앙부에 하부 성형면이 형성되고, 상기 하부 성형면의 둘레를 따라 내,외측으로 일정 간격 이격되어 제1 실링고무와 제2 실링고무가 장착되는 하형, 상기 하형의 상부에 배치되며, 상기 하부 성형면과 함께 캐비티를 형성하도록 하면 중앙부에 상부 성형면이 형성되는 상형, 상기 상형의 내부에 설치되어 상기 캐비티 내부에 수지를 주입하는 믹싱 헤드, 및 상기 제1 실링고무에 대응하여 상기 상형의 상부 성형면의 둘레를 따라 구성되며, 상기 캐비티 내부의 내압에 따라 압축패드의 탄성에 의해 상기 제1 실링고무에 대한 가압력이 조절되도록 하여 상기 캐비티 내부의 내압을 일정하게 유지하는 내압조절유닛을 포함하는 복합 성형품의 성형장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 실링고무는 선단이 볼록한 곡면으로 형성되어 상기 내압조절유닛에 직접 접촉될 수 있다.

또한, 상기 제2 실링고무는 선단이 볼록한 곡면으로 형성되어 상기 상형의 다이 페이스면에 직접 접촉될 수 있다.

또한, 상기 내압조절유닛은 상기 상형의 상부 성형면 둘레를 따라 형성되는 설치홈의 내부에 상항방향으로 삽입된 상태로, 상기 상형의 둘레를 따라 형성된 플랜지부에 대하여 상하 거동 가능하게 볼트 체결되는 압축블록, 및 상기 설치홈의 내면과 상기 압축블록 사이에 개재되는 압축패드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 압축패드는 상기 설치홈의 내면과 상기 압축블록 사이에서 상기 압축블록으로부터 전달되는 가압력에 의해 압축 및 팽창 가능한 고무패드로 형성될 수 있다.

또한, 상기 압축패드는 내측면과 외측면을 따라 오목한 홈으로 이루어진 수축홈이 형성되고, 상기 압축블록의 볼트 체결부 사이에 대응하는 내부에는 수축공간이 형성될 수 있다.

또한, 상기 믹싱 헤드는 열가소성 수지를 캐비티 내부에 투입되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재에 수지를 함침하는 과정에서, 상기 복합소재가 안착되는 캐비티의 내압을 일정하게 유지할 수 있어 상기 복합소재에 대한 수지의 함침량을 극대화하면서도, 상기 복합소재에 골고루 수지가 함침될 수 있도록 하여 성형품질이 향상될 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 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치에 적용되는 내압조절유닛의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치의 작동도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치에 적용되는 내압조절유닛의 확대도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치의 작동도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치는 프리폼 성형공정 (Preform)과 수지이송 성형공정(RTM: Resin Transfer Molding)을 통하여 복합 성형품을 제조하기 위한 플라스틱 복합소재 제조 시스템에 적용될 수 있다.

여기서 상기 플라스틱 복합소재는 예를 들어, 차체의 경량화를 도모하기 위해 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 사용될 수 있다.

상기 플라스틱 복합소재는 차체용 패널에 적용되는 것에 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물에 적용될 수 있다.

더 나아가 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치에 대한 보호범위가 차체 부품으로 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 적용되는 판재 부품이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기와 같은 플라스틱 복합소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱 (FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있다.

이러한 플라스틱 복합소재는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고, 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도도, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성이 있따.

본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치는 하나의 금형에서 복합소재를 프리폼 성형공자과, 수지이송 성형공정을 함꼐 수행할 수 있다.

여기서 상기 복합소재라 함은 탄소 섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 각 복합소재 사이사이에 바인더를 적용하여 다수매를 적합한 소재를 말한다.

또한, 상기에서 프리폼 성형이라 함은, 상기 복합소재를 상온에서 설정된 형상에서 프레스 성형한 것으로 정의할 수 있다.

또한, 상기 복합 성형품이라 함은, 상기와 같은 복합소재를 프리폼 성형 후, 플라스틱 수지류에 함침하여 경화한 완성된 제품을 말하며, 탄소 섬유 강화 플라스틱을 포함할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱을 포함할 수도 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치는 하형(1), 상형(10), 믹싱 헤드(20), 및 내압조절유닛(30)을 포함한다.

먼저, 상기한 복합 성형품의 성형장치는 전 중량을 받치는 볼스터(3)를 통해 장착된다.

상기 볼스터(3)의 상면에는 하형(1)이 고정 설치된다.

상기 하형(1)은 상면 중앙부에 하부 성형면(5)이 형성된다.

또한, 상기 하형(1)은 상면에 상기 하부 성형면(5)의 둘레를 따라 내측으로 제1 실링고무(7a)가 장착되고, 상기 제1 실링고무(7a)의 외측으로 일정 간격 이격되어 제2 실링고무(7b)가 장착된다.

상기 제1 실링고무(7a)는 선단이 볼록한 곡면으로 형성되며, 상기 내압조절유닛(30)에 직접 접촉된다.

또한, 상기 제2 실링고무(7b)는, 상기 제1 실링고무(7a)와 마찬가지로, 선단이 볼록한 곡면으로 형성되어 상기 상형(10)의 다이 페이스면에 직접적으로 접촉된다.

이러한 제1 실링고무(7a)와 제2 실링고무(7b)는 상기 하형(1)의 상면에 형성된 제1 실링홈(9a)과 제2 실링홈(9b)에 각각 끼워져 장착된다.

이러한 제1 실링고무(7a)와 제2 실링고무(7b)는 상기 하형(1)과 상형(10)의 합형 시, 상기 하형(1)과 상형(10) 사이에 기밀을 유지하기 위함이다.

그리고 상기 상형(10)은 상기 하형(1)의 상부에 배치된다.

상기 상형(10)은 상부의 프레임(11)을 통해 설치되며, 상기 프레임(11)과 볼스터(3) 사이에는 외측 둘레를 따라 구동실린더(13)가 장착된다.

이때, 상기 구동실린더(13)는 마주보는 양측으로 2개가 형성될 수 있다.

이러한 상형(10)은 상기 구동실린더(13)의 작동에 의해 상하방향으로 이동할 수 있다.

또한, 상기 상형(10)은 하면 중앙부에 상기 하부 성형면(5)에 대응하는 상부 성형면(15)이 형성된다.

상기 하부 성형면(5)과 상부 성형면(15)은 상기 하형(1)과 상형(10)의 합형 시, 캐비티를 형성한다.

상기 캐비티에는 성형될 복합소재가 안착된다.

상기와 같은 상형(10)의 내부에는 믹싱 헤드(20)가 내장 설치된다.

상기 믹싱 헤드(20)는 상기 상형(10)의 내부에 상하방향으로 형성된 장착홈(17)을 통해 설치된다.

상기 믹싱 헤드(20)는 토출구(21)의 선단이 상기 상부 성형면(15)으로부터 외측 둘레가 실링된 상태로 노출된다.

상기 믹싱 헤드(20)는 주제와 경화제를 혼합한 후, 상기 복합소재에 함침되도록 상기 복합소재가 안착되는 캐비티에 토출시킨다.

이러한 믹싱 헤드(20)는 주제 탱크(23)와 경화제 탱크(25)로부터 각각 주제와 경화제를 공급받아 내부에서 혼합한 후, 2액형 타입의 열가소성 수지를 제조하여 토출시킨다.

그리고 상기 내압조절유닛(30)은, 도 2를 참조하면, 상기 제1 실링고무(7a)에 대응하여 상기 상형(10)의 상부 성형면(15)의 둘레를 따라 구성되어 상기 캐비티의 내압을 조절하는 역할을 한다.

다시 말해, 상기 내압조절유닛(30)은 상기 제1 실링고무(7a)에 대한 가압력을 조절하여 상기 캐비티 내부의 내압을 일정하게 유지하기 위함이다.

이러한 내압조절유닛(30)은 압축블록(35)과 압축패드(39)를 포함하여 구성된다.

상기 압축블록(35)은 상기 상형(10)의 상부 성형면(15) 둘레를 따라 형성된 설치홈(31)의 내부에 상하방향으로 삽입된다.

또한, 상기 압축블록(35)은 상기 상형(10)의 둘레를 따라 형성된 플랜지부(33)에 대하여 상하 거동 가능하게 볼트(B) 체결된다.

즉, 상기 압축블록(35)은 상면 상에 볼트홈(37)이 형성되며, 상기 볼트홈(37)을 통해 상기 플랜지부로(33)부터 삽입되는 볼트(B)가 체결된다.

상기 압축패드(39)는 상기 설치홈(31)의 내면과 상기 압축블록(35) 사이에 개재된다.

이러한 압축패드(39)는 상기 압축블록(35)으로부터 전달되는 가압력에 의해 압축 및 팽창 가능하도록 구성된다.

예를 들어, 상기 압축패드(39)는 압축성 고무패드를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 압축패드(39)는 압축성 고무패드를 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 압축성을 가진 소재라면 변경하여 적용 가능하다.

또한, 상기 압축패드(39)는 내측면과 외측면을 따라 오목한 홈으로 이루어진 수축홈(40)이 형성된다.

더불어, 상기 압축패드(39)는 상기 압축블록(35)의 볼트 체결부 사이에 대응하는 내부에 수축공간(41)이 형성된다.

이는, 상기 압축패드(39)의 압축 시, 상기 압축패드(39)가 수축홈(40)과 수축공간(41)으로 밀려들어 가도록 하기 위함이다.

도 3을 참조하면, 상기와 같은 내압조절유닛(30)은 상기 캐비티에 수지가 주입될 시, 상기 캐비티 내부의 내압이 상승하게 되고, 상기 캐비티의 내압이 상승함에 따라 캐비티에 안착된 복합소재에 수지 미함침 구간이 발생하게 된다.

이때, 상기 캐비티의 내압이 일정이상으로 상승하면, 상기 압축패드가 압축되면서 상기 압축블록이 상측으로 이동하게 되고, 상기 제1 실링고무(7a)가 초기 상태로 복원되면서 상기 내압조절유닛(30)과 제1 실링고무(7a)와의 사이에 갭이 발생한다.

이에 따라, 수지 주입에 의한 캐비티 내부의 압력이 분산되게 되어 상기 캐비티의 내압이 떨어지게 되면서, 상기 복합소재의 수지 미함침 구간에 수지가 채워지게 된다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치는 복합소재에 수지를 함침하는 과정에서, 상기 복합소재가 안착되는 캐비티의 내압을 일정하게 유지할 수 있어 상기 복합소재에 대한 수지의 함침량을 극대화하면서도, 상기 복합소재에 골고루 수지가 함침될 수 있도록 하여 성형품질이 향상될 수 있다.

더불어, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 성형품의 성형장치는 하나의 장치로 프리폼 성형공정과 수지 이송 성형공정을 수행할 수 있어 전체적인 사이클 타임을 줄이고, 투자 설계비를 절감할 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.

1: 하형
3: 볼스터
5: 하부 성형면
7a: 제1 실링고무
7b: 제2 실링고무
9a: 제1 실링홈
9b: 제2 실링홈
10: 상형
11: 프레임
13: 구동실린더
15: 상부 성형면
17: 장착홈
20: 믹싱 헤드
21: 토출구
23: 주제
25: 경화제
30: 내압조절유닛
31: 설치홈
33: 플랜지부
35: 압축블록
37: 볼트홈
39: 압축패드
40: 수축홈
41: 수축공간

Claims (7)

1. 상면 중앙부에 하부 성형면이 형성되고, 상기 하부 성형면의 둘레를 따라 내,외측으로 일정 간격 이격되어 제1 실링고무와 제2 실링고무가 장착되는 하형;
   상기 하형의 상부에 배치되며, 상기 하부 성형면과 함께 캐비티를 형성하도록 하면 중앙부에 상부 성형면이 형성되는 상형;
   상기 상형의 내부에 설치되어 상기 캐비티 내부에 수지를 주입하는 믹싱 헤드; 및
   상기 제1 실링고무에 대응하여 상기 상형의 상부 성형면 둘레를 따라 형성되는 설치홈의 내부에 상항방향으로 삽입된 상태로, 상기 상형의 둘레를 따라 형성된 플랜지부에 대하여 상하 거동 가능하게 볼트 체결되는 압축블록과, 상기 설치홈의 내면과 상기 압축블록 사이에 개재되는 압축패드로 이루어지고, 상기 캐비티 내부의 내압에 따라 압축패드의 탄성에 의해 상기 제1 실링고무에 대한 가압력이 조절되도록 하여 상기 캐비티 내부의 내압을 일정하게 유지하는 내압조절유닛;
   을 포함하는 복합 성형품의 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 실링고무는
   선단이 볼록한 곡면으로 형성되어 상기 내압조절유닛에 직접 접촉되는 복합 성형품의 성형장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 실링고무는
   선단이 볼록한 곡면으로 형성되어 상기 상형의 다이 페이스면에 직접 접촉되는 복합 성형품의 성형장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 압축패드는
   상기 설치홈의 내면과 상기 압축블록 사이에서 상기 압축블록으로부터 전달되는 가압력에 의해 압축 및 팽창 가능한 고무패드로 형성되는 복합 성형품의 성형장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 압축패드는
   내측면과 외측면을 따라 오목한 홈으로 이루어진 수축홈이 형성되고, 상기 압축블록의 볼트 체결부 사이에 대응하는 내부에는 수축공간이 형성되는 복합 성형품의 성형장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 믹싱 헤드는
   열가소성 수지를 캐비티 내부에 투입되도록 구성되는 복합 성형품의 성형장치.

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