KR102188158B1 - 외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (ⅰ) 맨드렐(1) 상에 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 롤링하는 공정; (ⅱ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정; 및 (ⅲ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부 몰드(B)를 설치한 다음, 가열 및 가압하여 상기 일방향성 프리프레그내 수지를 경화시켜 주는 성형공정;들을 차례로 거쳐 외경이 일정한 골프 샤프트를 제조한다.
본 발명의 골프 샤프트의 외면 치수를 일정하게 유지할 수 있어서 종래 실시해온 골프 샤프트의 외면 연마공정을 생략할 수 있다. 그로 인해 본 발명은 골프 샤프트내 강화섬유의 절단으로 인한 강도저하나 원심도를 유지하지 못하는 종래의 문제점들을 효과적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 성형가공시 일방향성 프리프레그내 강화섬유의 유동을 최소화하여 설계 중량 및 물성과 실제품의 중량 및 물성 편차를 최소화할 수 있다.
본 발명으로 제조된 골프 샤프트는 동일한 스윙 속도에서의 골프공의 캐리(Carry) 거리 및 볼의 회전량 편차가 작고, 골프 샤프트내 강화섬유의 부피 분율 범위가 좁고, 골프 샤프트내 공극(Void) 함량이 2% 이하로 낮아 우수한 기능을 구현할 수 있다.

Description

외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법{Method of manufacturing golf shaft with definited external diameter}
본 발명은 외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 외면 연마공정 없이도 골프 샤프트의 외면 치수를 일정하게 유지할 수 있어서 골프 샤프트내 보강 섬유의 절단으로 인한 강도 저하를 방지할 수 있으며, 성형 공정 중에 일방향성 프리프레그내 강화섬유의 유동을 최소화하여 동일한 스윙속도에서의 골프공의 캐리(Carry) 거리 편차 및 볼 회전량 편차를 작게하고, 골프 샤프트내 강화섬유의 부피분율 범위가 좁고 공극(Void) 함량이 2% 이하로 낮은 골프 샤프트내 제조방법에 관한 것이다.
골프 샤프트는 경량화를 위해서 강화섬유와 상기 강화섬유 내에 함침된 경화된 수지로 이루어진 복합재료로 제조되고 있다.
골프 샤프트를 제조하는 종래방법으로는 (ⅰ) 도 1에 도시된 바와 같이 맨드렐(1) 상에 일방향으로 배향된 강화용 섬유와 상기 강화용 섬유에 함침되어 완전 경화되지 않은 상태인 수지로 이루어진 일방향성 프리프레그 2매 ~ 10매가 적층된 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 감아주는 롤링(Rolling) 공정을 거친 다음, (ⅱ) 맨드럴(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외면 상에 폴리프로필렌 테이프(Tape)를 감아 열을 가하여 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내 수지를 경화시켜 주는 성형공정을 거친 다음, (ⅲ) 성형공정을 거친 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외면을 연마시켜 주는 연마공정을 거쳐 골프 샤프트를 제조하는 방법이 널리 사용되어 왔다.
그러나, 상기의 종래방법은 성형공정 중에 폴리프로필렌 테이프(Tape)의 수축성을 이용하여 일방향성 프리프레그 적층체(2)에 압력을 가해주기 때문에 0.5bar 이상의 높은 압력을 가해주기 어렵고, 그로 인해 성형공정 중에 골프 샤프트내 수지의 유동 최소화가 어려워 강화섬유의 배열상태가 흔들리며, 강화섬유 부피볼륨이 달라지기에 설계 물성과 성형제품의 물성이 서로 상이하게 되는 문제가 있었다.
또한, 상기 종래방법은 폴리프로필렌 테이프(Tape) 사용으로 성형된 외경이 균일하지 못하기 때문에 성형공정 후에 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외면을 연마해 주어야 하며, 그로 인해 골프 샤프트의 원심도를 유지하기 어렵게 되고, 강화섬유가 절단되어 강도가 저하되는 등의 여러 문제점이 발생하였다.
본 발명의 과제는 성형공정 후 골프 샤프트의 외경이 일정하기 때문에 성형공정 후 골프 샤프트의 외면을 연마해 주는 공정을 생략할 수 있어서 골프 샤프트의 원심도 유지가 용이하며 골프 샤프트내 강화섬유의 절단으로 인한 강도 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 골프 샤프트의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 성형공정 중 일방향성 프리프레그내 강화섬유의 유동을 최소화시켜 설계 중량 및 물성과 실제품의 중량 및 물성 간의 편차를 최소화할 수 있는 골프 샤프트의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 동일한 스윙속도에서 골프공의 캐리(Carry) 거리 및 볼 회전량의 편차가 적고, 골프 샤프트내 강화섬유의 부피분율 범위가 좁고, 골프 샤프트내 공극(Void) 함량이 2% 이하로 낮은 골프 샤프트의 제조방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 (ⅰ) 맨드렐(1) 상에 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 롤링하는 공정; (ⅱ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정; 및 (ⅲ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부 몰드(B)를 설치한 다음, 가열 및 가압하여 상기 일방향성 프리프레그내 수지를 경화시켜 주는 성형공정;들을 차례로 거쳐 외경이 일정한 골프 샤프트를 제조한다.
본 발명의 골프 샤프트의 외면 치수를 일정하게 유지할 수 있어서 종래 실시해온 골프 샤프트의 외면 연마공정을 생략할 수 있다. 그로 인해 본 발명은 골프 샤프트내 강화섬유의 절단으로 인한 강도저하나 원심도를 유지하지 못하는 종래의 문제점들을 효과적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 성형가공시 일방향성 프리프레그내 강화섬유의 유동을 최소화하여 설계 중량 및 물성과 실제품의 중량 및 물성 편차를 최소화할 수 있다.
본 발명으로 제조된 골프 샤프트는 동일한 스윙 속도에서의 골프공의 캐리(Carry) 거리 및 볼의 회전량 편차가 작고, 골프 샤프트내 강화섬유의 부피 분율 범위가 좁고, 골프 샤프트내 공극(Void) 함량이 2% 이하로 낮아 우수한 기능을 구현한다.
도 1은 멘드렐(1) 상에 일방향성 적층체(2)를 감싸주는 롤링공정 모식도.
도 2는 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정의 모식도.
도 3은 일방향성 프리프레그 적층체(2) 외표면 상에 외부 몰드(B)를 설치하는 상태를 보여주는 모식도.
도 4는 진공가압 성형공정의 모식도.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법은 (ⅰ) 맨드렐(1) 상에 일방향으로 배향된 강화용 섬유와 상기 강화용 섬유에 함침되어 완전 경화되지 않은 상태인 수지로 이루어진 일방향성 프리프레그 2매 ~ 10매가 적층된 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 감아주는 롤링(Rolling) 공정; (ⅱ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정; 및 (ⅲ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부 몰드(B)를 설치한 다음, 가열 및 가압하여 상기 일방향성 프리프레그내 수지를 경화시켜 주는 성형공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에서는 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 맨드렐(1) 상에 일방향으로 배향된 강화용 섬유와 상기 강화용 섬유에 함침되어 완전 경화되지 않은 상태인 수지로 이루어진 일방향성 프리프레그 2매 ~ 10매가 적층된 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 감아주는 롤링(Rolling) 공정을 실시한다.
상기 강화용 섬유로는 아라미드 섬유 및 탄소섬유 등을 사용하고, 상기 수지로는 에폭시 수지 및 페놀수지 등을 사용한다.
다음으로는, 도 2에 도시된 바와 같이 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정을 실시한다.
다음으로는, 도 3에 도시된 바와 같이 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부 몰드(B)를 설치한 다음, 가열 및 가압하여 상기 일방향성 프리프레그내 수지를 경화시켜 주는 성형공정을 실시한다.
본 발명은 상기 성형공정 이전에 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)로부터 원뿔상 맨드렐(1)을 분리시켜 주는 공정을 추가로 포함할 수도 있다.
상기 성형공정으로는 프레스 성형방법, 진공가압 성형방법 및 오토 크레이브(Auto clave) 성형방법 중에서 선택된 1종의 성형방법으로 실시될 수 있다.
진공가압성형을 할때에는 도 4에 도시된 바와 같이 외표면에 외부몰드(B)가 설치된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 내부 중공부에 설치된 내부 진공필름(4)과 상기 외부몰드(B) 외부에 설치된 외부진공필름(3)으로 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 밀폐시킨 후 진공을 걸어주고, 진공도를 -0.3bar~-0.5bar로 조절해 주는 것이 바람직하다.
프레스 성형을 할 때 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 내부 중공부에 튜브를 설치한 후 상기 튜브 내로 2~8bar의 공기압을 갖는 공기를 주입해 주는 것이 성형공정 중에 압력을 보다 높혀 성형공정 중 강화섬유의 유동을 방지하는데 바람직하다.
상기 성형공정을 1~7kgf/㎠의 압력하에서 120~130℃의 온도로 80~180분 동안 실시하는 것이 골프 샤프트의 물성을 개선하는데 바람직하다.
본 발명의 골프 샤프트의 외면 치수를 일정하게 유지할 수 있어서 종래 실시해온 골프 샤프트의 외면 연마공정을 생략할 수 있다. 그로 인해 본 발명은 골프 샤프트내 강화섬유의 절단으로 인한 강도저하나 원심도를 유지하지 못하는 종래의 문제점들을 효과적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 성형가공시 일방향성 프리프레그내 강화섬유의 유동을 최소화하여 설계 중량 및 물성과 실제품의 중량 및 물성 편차를 최소화할 수 있다.
본 발명으로 제조된 골프 샤프트는 동일한 스윙 속도에서의 골프공의 캐리(Carry) 거리 및 볼의 회전량 편차가 작고, 골프 샤프트내 강화섬유의 부피 분율 범위가 좁고, 골프 샤프트내 공극(Void) 함량이 2% 이하로 낮아 우수한 기능을 구현한다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
그러나, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예만으로 한정되게 해석되어서는 안된다.
실시예 1
탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향을 따라 일방향으로 배열되어 있으며 탄소섬유 67중량%와 에폭시 수지 33중량%로 구성되어 단위면적당 중량이 125g/㎡인 일방향성 프리프레그 3매를 적층하여 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 제조한 후, 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 상기 맨드렐(1)에 감아주는 롤링공정을 실시하였다.
이때, 맨드렐의 선단부50㎝ 구간에는 탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향과 45°의 경사각으로 배열된 일방향성 프리프레그를 감아주었다.
다음으로는, 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정을 실시하였다.
다음으로는, 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부몰드(B)를 설치한 다음, 상기 맨드렐(1)을 분리시켜 상기 일방향성 프리프레그 적층체의 내부를 중공상태로 만든 후 여기에 튜브를 삽입하였다.
다음으는, 프레스(press) 기계를 사용하여 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 가열 및 가압함과 동시에 상기 튜브 내로 3bar의 공기압을 갖는 공기를 주입하면서 성형공정을 실시하여 골프 샤프트를 제조하였다.
제조된 골프 샤프트의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
실시예 2
탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향을 따라 일방향으로 배열되어 있으며 탄소섬유 67중량%와 에폭시 수지 33중량%로 구성되어 단위면적당 중량이 125g/㎡인 일방향성 프리프레그 3매를 적층하여 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 제조한 후, 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 상기 맨드렐(1)에 감아주는 롤링공정을 실시하였다.
이때, 맨드렐의 선단부50㎝ 구간에는 탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향과 45°의 경사각으로 배열된 일방향성 프리프레그를 감아주었다.
다음으로는, 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정을 실시하였다.
다음으로는, 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부몰드(B)를 설치한 다음, 상기 맨드렐(1)을 분리시킨 후 그 자리에 내부 진공필름(4)을 설치하고, 상기 외부 몰드(B) 외부에는 외부 진공필름(3)을 설치하여 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 밀폐시킨 후 -0.4bar의 진공을 걸어주면서 120℃에서 90분간 가열 및 가압하여 성형공정을 실시하였다.
제조된 골프 샤프트의 각종 물성을 평가한 결과는 표1과 같았다.
실시예 3
탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향을 따라 일방향으로 배열되어 있으며 탄소섬유 67중량%와 에폭시 수지 33중량%로 구성되어 단위면적당 중량이 125g/㎡인 일방향성 프리프레그 3매를 적층하여 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 제조한 후, 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 상기 맨드렐(1)에 감아주는 롤링공정을 실시하였다.
이때, 맨드렐의 선단부 50㎝ 구간에는 탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향과 45°의 경사각으로 배열된 일방향성 프리프레그를 감아주었다.
다음으로는, 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정을 실시하였다.
다음으로는, 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부몰드(B)를 설치한 다음, 이를 오토 플레이브(Auto claver)에 넣어 5kg/㎠의 압력하에서 125℃의 온도로 90분 동안 가열 및 가압하여 성형공정을 실시하였다.
제조된 골프 샤프트의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
비교실시예 1
탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향을 따라 일방향으로 배열되어 있으며 탄소섬유 67중량%와 에폭시 수지 33중량%로 구성되어 단위면적당 중량이 125g/㎡인 일방향성 프리프레그 3매를 적층하여 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 제조한 후, 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 상기 맨드렐(1)에 감아주는 롤링공정을 실시하였다.
이때, 맨드렐의 선단부50㎝ 구간에는 탄소섬유들이 맨드렐(1)의 축방향과 45°의 경사각으로 배열된 일방향성 프리프레그를 감아주었다.
다음으로는, 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2) 외면 상에 프로필렌 테이프(Tape)를 감은 후 가열하여 성형공정을 실시하였다.
다음으로, 성형공정을 거친 골프 샤프트의 외면을 연마하여 최종제품인 골프 샤프트를 제조하였다.
제조된 골프 샤프트의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교실시예 1
90 mph의 스윙속도에서의 볼 캐리(Carry) 거리 편차 0.80 0.81 0.79 1.06
90 mph의 스윙속도에서의 볼 회전량 편차 95 98 96 187
골프 샤프트내 공극(Void) 함량 1.8% 1.9% 2.0% 4.2%
골프 샤프트내 섬유 부피분율 범위 55%~57% 55%~57% 55%~57% 52%~58%
골프샤프트내 공극(Void) 함량은 아래와 같이 측정하였다.
Figure 112017087248955-pat00001
Figure 112017087248955-pat00002
Figure 112017087248955-pat00003
여기에서, Vf는 섬유의 체적(%)이고, Vm은 메트릭스의 체적(%)이고, Vv는 기공의 체적(%)이고, Mf는 수지 제거 후 무게(g)이고, Mi는 초기 시편의 무게(g)이고, ρc는 시편의 밀도(g/cc)이고, ρf은 섬유의 밀도(g/cc)이다.
1 : 맨드렐
2 : 일방향성 프리프레그 적층체
3 : 외부 진공필름
4 : 내부 진공필름
B : 외부 몰드(Mold)

Claims (7)

  1. (ⅰ) 맨드렐(1) 상에 일방향으로 배향된 강화용 섬유와 상기 강화용 섬유에 함침되어 완전 경화되지 않은 상태인 수지로 이루어진 일방향성 프리프레그 2매 ~ 10매가 적층된 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 감아주는 롤링(Rolling) 공정;
    (ⅱ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 외부 진공필름(3)으로 밀폐시킨 후 밀폐된 외부 진공필름(3)의 내부에 진공을 걸어 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2) 내에 있는 공기층을 제거해 주는 진공가압 공정; 및
    (ⅲ) 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 외표면 상에 길이방향을 따라 요홈이 형성된 외부 몰드(B)를 설치한 다음, 가열 및 가압하여 상기 일방향성 프리프레그내 수지를 경화시켜 주는 성형공정;을 포함하되,
    상기 성형공정은 외표면 상에 외부몰드(B)가 설치된 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 진공가압 성형방법으로 가열 및 가압하여 성형하고,
    진공가압성형을 할 때 외표면에 외부몰드(B)가 설치된 일방향성 프리프레그 적층체(2)의 내부 중공부에 설치된 내부 진공필름(4)과 상기 외부몰드(B) 외부에 설치된 외부진공필름(3)으로 상기 일방향성 프리프레그 적층체(2)를 밀폐시킨 후 진공을 걸어주는 것을 특징으로 하는 외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 성형공정 이전에 맨드렐(1) 상에 감겨진 상태로 진공가압 처리된 일방향성 프리프레그 적층체(2)로부터 원뿔상 맨드렐(1)을 분리시켜 주는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형공정을 1~7kgf/㎠의 압력하에서 120~130℃의 온도로 80~180분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 진공가압 성형은 -0.3~-0.5bar의 진공도로 실시되는 것을 특징으로 하는 외경이 일정한 골프 샤프트의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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