KR102320344B1

KR102320344B1 - 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102320344B1
Application number: KR1020200105424A
Authority: KR
Inventors: 조인목; 김황용
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2021-11-02

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러는 내부에 위치하며 액상 발포 수지를 발포하여 형성된 폼코어, 폼코어의 표면에 위치한 제1 프리프레그층, 제1 프리프레그층 표면에 적층된 제2 프리프레그층 및 제1 프리프레그층 내부에 삽입된 필름층을 포함한다. 본 발명은 상기 구조를 통해 구조재로서 프로펠러의 강도, 강성을 보강하기 위한 구조를 제공할 수 있다.

Description

폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러 및 이의 제조방법{FIBER REINFORCED PLASTIC PROPELLERS FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE USING FOAM MATERIAL AND MENUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 무인항공기용 프로펠러 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 경량이면서 최적의 강도/강성 및 성능을 갖도록 설계된 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)는 상황, 목적, 국가별로 다양한 용어로 불리고 있지만 일반적으로 드론(drone)이라고 불리는 것으로 사전 입력된 프로그램에 따라 조종사가 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행이나 조종이 가능한 비행기 혹은 헬리콥터 모양의 무인기를 총칭하는 것이다. 초창기 무인항공기는 군사용으로 공군 미사일 폭격 연습 대상으로 연구가 시작되어, 1차 세계대전이 한창이던 1910년대 'Bug'라는 이름의 무인항공기가 미국에서 처음 개발된 것이 그 시초이다. 최근에는 물류 운송, 농업, 정보통신, 재해관측, 항공촬영 등 상업적 활용이 늘어나면서 다양한 분야로의 활용 가치가 증대되고 있다.

무인항공기의 주요 성능은 프로펠러 성능 및 효율, 모터 효율, 배터리에 의해 결정되며, 특히, 프로펠러는 엔진 혹은 모터의 구동에 의해 회전을 하며 다량의 공기에 운동량 변화를 주어 추력을 발생시키는 추진 장치로서 드론의 성능을 결정짓는 핵심부품 중 하나이다. 이와 같이 무인항공기의 성능에 큰 영향을 주는 프로펠러를 개선하기 위한 방법으로 프로펠러를 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastic, FRP)으로 제조하는 방법이 연구 및 개발되고 있다.

섬유강화플라스틱은 경량이면서도 높은 기계적 성질 및 진동 흡수 특성을 가지는 복합 소재로서 금속재 프로펠러에 비해 비행 조종 능력을 향상시킬 수 있다. 또한 낮은 열팽창계수로 인해 온도변화에 따른 기하학적 변형이 적어 공기역학적 성능을 향상시킬 수 있다.

이러한 섬유강화플라스틱을 실제로 프로펠러에 적용하기 위해 구조적 측면에서는 섬유의 적절한 배향, 적층 및 부위별 보강이, 성능 측면에서는 프로펠러 형상의 최적화가, 제조적 측면에서는 비용이 저렴하고 균일한 품질의 프로펠러를 제조하는 방법이 필요하다. 그러나 종래의 기술은 이러한 부분에 대한 기술적 해결 방법이 부족한 실정이다. 예컨대, 대한민국 공개특허 10-2019-0008202호는 탄소섬유로 제조된 프로펠러를 개시하고 있으나, 프로펠러 소재를 단순히 탄소섬유로 구성한 것을 개시하고 있을 뿐, 탄소섬유가 프로펠러에 효과적으로 적용되기 위한 구조 및 구성 등에 대해서는 전혀 개시하고 있지 못하고 있다. 이에 본 발명에서는 이러한 해결방법을 제안하고자 하는 것이다.

대한민국 공개특허 10-2019-0008202호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 무인항공기의 프로펠러에 섬유강화플라스틱을 적용함에 있어, 구조재로서 프로펠러의 강도, 강성을 보강하기 위한 구조를 제공할 수 있고, 우수한 외관 특성과 에너지 효율을 갖는 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.

상기 목적은, 내부에 위치하며 액상 발포 수지를 발포하여 형성된 폼코어, 폼코어의 표면에 위치한 제1 프리프레그층, 제1 프리프레그층 표면에 적층된 제2 프리프레그층 및 제1 프리프레그층 내부에 삽입된 필름층을 포함하는 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러에 의해 달성된다.

바람직하게는, 필름층은 둘 이상의 프리프레그가 적층된 제1 프리프레그층 내부에서 폼코어에 직접 접촉하는 제1 프리프레그층의 최하층 상에 삽입되는 것일 수 있다.

바람직하게는, 필름층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 필름층은 에틸렌글라이콜, 프로필렌글라이콜 및 펜틸글라이콜의 공중합체일 수 있다.

바람직하게는, 필름층의 표면에 코팅된 프라이머층을 더 포함하는 것일 수 있다.

바람직하게는, 프라이머층은 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 폴리아크릴계 수지 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.

바람직하게는, 필름층의 두께는 0.05 내지 0.2mm일 수 있다

바람직하게는, 필름층과 제1 프리프레그층의 접착력은 77gf/25mm 이상일 수 있다.

바람직하게는, 제1 프리프레그층은 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 길이방향으로 배치되고, 제2 프리프레그층은 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 길이방향에 대하여 ±45도 각도로 배치되는 것일 수 있다.

바람직하게는, 제1 프리프레그층의 두께는 0.4mm 이상이고, 제2 프리프레그층의 두께는 0.1mm 이상일 수 있다.

바람직하게는, 제1 프리프레그층 및 제2 프리프레그층은 탄소섬유 및 에폭시수지를 포함하는 것일 수 있다.

바람직하게는, 제1 프리프레그층 및 제2 프리프레그층은 열가소성 입자를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 액상 발포 수지는 우레탄 수지 100 중량부에 대하여 발포/경화제를 90 내지 110 중량부를 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 목적은, 상부 및 하부 프로펠러 금형 내부에 이형처리를 하는 단계, 제1 프리프레그층, 제2 프리프레그층 및 필름층을 재단하는 단계, 재단된 제2 프리프레그층, 제1 프리프레그층 및 필름층을 상하 프로펠러 금형에 적층하는 단계, 하부 금형에 적층된 제1 프리프레그 상에 액상으로 혼합된 발포 수지를 도포하는 단계, 상하 프로펠러 금형을 치합하는 단계, 치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계 및 성형이 완료된 프로펠러를 탈형 및 트리밍을 하는 단계를 포함하는 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법에 의해 달성된다.

바람직하게는, 치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계는 프리프레그 성형과 동시에 발포 수지를 발포시켜 폼코어를 형성할 수 있다.

바람직하게는, 치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계 이전에 수행되며, 치합된 금형을 50 내지 100℃의 온도에서 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 적층하는 단계는 프로펠러 금형 표면에 제2 프리프레그층 및 제1 프리프레그층을 적층하고, 제1 프리프레그층 내에 필름층을 삽입하여 적층하는 것일 수 있다.

바람직하게는, 가열 및 가압하는 단계는 100 내지 150℃ 온도 및 0.1 내지 10MPa의 압력 범위에서 수행하는 것일 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러 및 이의 제조방법은 내부의 폼코어, 외부의 프리프레그 및 프리프레그 사이에 적층된 필름층 구조를 통해 높은 비강도, 비강성을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러 및 이의 제조방법은 일방향 및 직물 프리프레그 이중구조를 통해 프로펠러의 굽힘 및 비틀림 강성의 향상이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러 및 이의 제조방법은 필름층 도입 및 액상 우레탄 폼의 프로펠러 성형과 동시 발포를 통해서 핀홀과 같은 외관결점에서 자유로우며 이런 미려한 외관으로 인해 프로펠러의 공기역학적 성능 및 효율의 향상이 가능하다.

더욱이, 프로펠러 성형과 동시 발포를 통해서 우레탄 폼 발포 공정의 제거가 가능하므로 공정의 단순화가 가능하여 제조 효율이 크게 향상된 프로펠러를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 제1 프리프레그층과 제2 프리프레그층 사이에 필름층을 삽입함으로써, 내부의 폼재가 발포되면서 생기는 팽착력을 이용하여 제1 프리프레그층과 제2 프리프레그층을 압착하여 프로펠러의 강도를 높일 수 있다.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 폭 방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 길이 방향 단면도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 폭 방향 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러(100)는 폼코어(110), 제1 프리프레그층(120), 제 2 프리프레그층(130) 및 필름층(140)을 포함한다. 프로펠러(100)의 내부에는 폼재로 형성된 폼코어(110)가 위치하며, 폼코어(110)의 표면에는 제1 프리프레그층(120)이 적층되고, 제1 프리프레그층(120)의 내부에는 필름층(140)이 삽입되며, 제1 프리프레그층(120)의 표면에는 제2 프리프레그층(130)이 적층되어, 내부의 폼코어(110)와 폼코어(110) 표면의 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)이 위치하고, 제1 프리프레그층(120) 내부에는 필름층(140)이 삽입된 구조를 가진다.

폼코어(110)는 폼재로 형성되며, 별도로 폼코어를 제조하여 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)을 적층하는 것이 아니라, 프로펠러 금형 내에서 폼재를 발포시켜 형성한다. 본 발명의 폼코어(110)는 액상의 발포 수지로부터 제조되며, 프로펠러(100) 성형시 적층된 제1 프리프레그층(120) 상에 경화제/발포제와 혼합된 액상의 발포 수지를 도포하여 프로펠러(100) 성형과 동시에 발포하여 제조한다. 이때, 발포 수지가 발포되어 폼코어(110)를 형성하는 과정에서 발포 시 압력에 의해 적층된 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)을 압착하여 수지 함침성을 높이고 그로부터 강도, 강성 및 외관이 우수한 프로펠러(100)를 제조할 수 있게 한다.

폼코어(110)의 재질은 우레탄, 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드 및 에틸렌비닐아세테이트 중에서 선택되는 어느 하나의 구성물질을 포함할 수 있으나 프로펠러(100) 성형 중 발포가 가능한 것이라면 어느 것이든 사용할 수 있다.

발포 수지는 우레탄 수지 100 중량부에 대하여 발포/경화제를 90 내지 110 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때 발포/경화제는 발포제 및 경화제가 혼합된 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 발포/경화제의 함량이 우레탄수지 100중량부에 대하여 90중량부 미만일 경우 경화제의 함량이 부족하여 경화밀도가 낮아져 폼코어(110)의 경도가 낮아지게 되고, 110중량부를 초과할 경우 너무 높은 경화밀도로 인해 폼코어(110)의 경도는 높아지나 쉽게 부러지는 문제가 있다.

발포/경화제의 일례로 BASF사 Lupranate M20S가 사용될 수 있다. 그리고 발포/경화제 중 경화제는 이소시아네이트계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 발포성 수지로 우레탄 수지가 아닌 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드 및 에틸렌비닐아세테이트 등을 사용할 경우 경화제를 혼합하지 않고 발포제만을 혼합하여 사용할 수 있다.

필름층(140)은 프로펠러(100) 성형시 제1 프리프레그층(120)상에 도포된 액상의 우레탄 수지가 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130) 외부로 누출되는 것을 방지하기 위한 목적으로 도입된다. 필름층(140)은 제1 프리프레그층(120) 내부에 삽입되어, 프로펠러 금형 내에서 폼재를 발포시켜 폼코어(110)를 형성하는 과정에서 발포 압력에 의해 폼재가 프로펠러 외부로 누출되는 것을 방지한다. 본 발명에서는 폼재를 이용하여 폼코어(110)를 형성할 때 먼저 별도로 폼코어(110)를 형성하는 것이 아니라 프로펠러 금형 내에서 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)와 함께 액상의 발포수지를 발포시켜 프로펠러를 제조한다. 이때, 액상의 발포수지가 발포될 때 압력으로 발포수지가 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130) 외부로 누출되는 문제가 발생한다. 따라서, 본원발명에서는 필름층(140)을 제1 프리프레그층(120) 내부에 삽입하여 발포수지의 누출을 방지한다.

보다 구체적으로, 발포수지는 발포시 부피가 급격이 증가하며 높은 팽창력을 가진다. 또한, 제1 및 제2 프리프레그층(120, 130)의 매트릭스 수지는 성형 온도에 의해서 점도가 하강하여 유동이 원활한 상태가 된다. 따라서, 제1 프리프레그층(120) 내부에 필름층(140)이 삽입되지 않으면, 발포 중인 발포수지가 제1/제2 프리프레그(120, 130)의 수지층을 뚫고 외부, 즉 프로펠러 금형 표면으로 누출되는 현상이 발생한다. 이로 인해서 외관이 나빠지며, 제1 및 제2 프리프레그층(120, 130)을 효과적으로 압착하지 못하여 강도 및 강성이 저하되는 문제가 발생한다. 본원발명에서는 필름층(140)을 통해 이를 방지하여 외관 문제가 발생하지 않을 뿐 아니라, 발포 압력으로 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)이 충분히 압착되어 높은 강도 및 강성을 얻을 수 있다.

제1 프리프레그층(120) 내부에 삽입되는 필름층(140)은 바람직하게는 폼코어(110)와 계면에서 접촉하고 있는 제1 프리프레그층(120)의 상부와 제2 프리프레그층(130) 하부, 즉 제1 프리프레그층(120)의 최하층(120-1) 상에 삽입되어 적층될 수 있다.

필름층(140)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 것이 바람직하다. 프로펠러 금형 내에서 프로펠러를 성형하는 온도는 130℃가량으로 비교적 고온이므로 내열성이 높은 PET 필름이 필름층(140) 재질로 바람직하다.

필름층(140)은 PET 중에서 에틸렌글라이콜과 프로필렌글라이콜 및 펜틸글라이콜을 포함하는 공중합체인 것이 바람직하다. 프로펠러(100)의 형상은 유선형으로 프로펠러 금형에 제1 및 제2 프리프레그층(120, 130)과 제1 프리프레그층(120) 사이에 적층된 필름층(140)을 적층하기 위해서는 필름층(140)의 신축성이 필수적이다. 그러나 일반적인 PET 필름은 결정성 고분자이므로 상온에서 신축성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 상기와 같은 단량체를 공중합하여 결정화도를 낮추어 보다 유연한 신축성을 부여할 수 있다.

또한, 필름층(140)의 표면에 추가적으로 프라이머층을 적층할 수 있다. 프라이머층은 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 폴리아크릴계 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 프라이머층은 제1 프리프레그층(120)의 수지와 필름층(140) 사이의 접착력을 향상시킨다.

이 때, 폴리우레탄계 수지는 폴리올과 이소시아네이트계 화합물일 수 있고, 폴리올은 2관능 이상의 폴리올로서 에스테르 또는 카보네이트계 화합물을, 이소시아네이트는 지방족 이소시아네이트를 포함할 수 있으며, 사슬 연장제로서 디올이나 디아민계를 더 포함할 수 있다. 또한, 폴리에스테르계 수지는 디카르복실산과 분지된 글리콜의 화합물을 포함할 수 있으며, 폴리아크릴계 수지는 메틸테트라아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 아크릴산 등의 혼합물을 포함할 수 있다.

프라이머층에 포함된 수지 화합물은 유리전이온도(Tg)가 20 내지 100℃인 것이 바람직하다. 이러한 유리전이온도를 가지는 수지 화합물을 프라이머층에 적용할 때 제1 프리프레그층(120)과 필름층(140) 간의 접착력이 가장 우수하다.

필름층(140)의 두께는 0.05 내지 0.2mm인 것이 바람직하다. 일반적으로 섬유강화플라스틱을 포함한 대부분의 재료는 두께가 증가할수록 굴곡 강도 및 탄성율이 증가한다. 따라서 제1 프리프레그층(120) 사이에 필름층(140)을 삽입하게 되면 그만큼 두께가 증가하므로 프로펠러(100) 전체의 굴곡 물성이 향상될 수 있다. 그러한 이유로 필름층(140)의 두께가 두꺼울수록 프로펠러(100)의 굴곡 특성은 좋아진다. 그러나 필름층(140)의 두께가 너무 두꺼우면, 즉 0.2mm를 초과하면 금형에의 적층 과정에서 필름층(140)의 신축성이 낮아져 유선형의 프로펠러(100) 형상을 구현할 수 없다. 또한 필름의 무게 증가로 인해 경량화에 불리하여 비강도, 비탄성율 측면에서 손실을 볼 수 있다. 반면에, 필름층(140)의 두께가 0.05mm 미만일 경우 두께가 얇아 필름층(140)의 신축성이 높아지므로 프로펠러(100) 형상 구현에는 유리하지만, 공정 취급성이 떨어져 프리프레그층 사이에 적층하는 과정에서 주름 및 기포의 유입이 잦아질 수 있으며, 굴곡 특성 향상이 미미하다는 단점이 있다.

필름층(140)과 제1 프리프레그층(120) 사이의 접착력은 77gf/25mm 이상인 것이 바람직하다. 필름층(140)은 제1 프리프레그층(120) 내부에 적층되는 것으로 제1 프리프레그층(120)과의 접착력이 프로펠러(100)의 강도 및 탄성율에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 필름층(140)과 제1 프리프레그층(120) 사이에는 최대의 접착력을 확보하는 것이 중요하다. 최대한의 접착력은 필름층(140)의 박리시 필름층(140)과 제1 프리프레그층(120) 계면에서 박리가 일어나는 것이 아니라 필름층(140)의 응집 파괴, 즉 필름이 찢어지는 경우에서 얻을 수 있다. 이러한 필름층(140)의 응집파괴가 일어나는 조건이 상기와 같은 77gf/25mm으로 필름층(140)과 제1 프리프레그층(120) 사이의 접착력은 77gf/25mm 이상인 것이 바람직하다.

제1 프리프레그층(120)은 섬유 배열 방향이 프로펠러의 길이방향으로 배치되어 프로펠러(100)가 길이방향으로 휘어지는 것을 방지한다. 제1 프리프레그층(120)은 일방향 프리프레그 혹은 직물 프리프레그 어느 것을 사용하여도 무방하나 동일한 단위 면적당 무게에서 보다 높은 강성을 발현할 수 있는 일방향 프리프레그를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 제1 프리프레그층(120)은 둘 이상의 프리프레그를 적층하여 형성하는 것이 바람직하다.

제2 프리프레그층(130)은 섬유 배열 방향이 프로펠러(100)의 길이방향에 대하여 ±45도 각도로 배치되어 프로펠러(100)가 회전 시 발생하는 추력에 의해서 비틀어지는 것을 방지한다. 즉, 제2 프리프레그층(130)은 섬유 배열 방향이 제1 프리프레그층(120)과 동일한 방향이 아니라 ±45도 각도를 가지도록 하여, 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)의 섬유 방향이 서로 엇갈려, 프로펠러(100)에 가해지는 외력에 대해 변형되는 것을 방지하는 기능을 한다. 이때, 제2 프리프레그층(130)은 하나의 프리프레그를 사용하거나 둘 이상의 프리프레그를 적층하여 사용할 수 있으며, 하나의 프리프레그를 통해 제2 프리프레그층(130)을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 제2 프리프레그층(130)은 일방향 프리프레그 혹은 직물 프리프레그 어느 것을 사용하여도 무방하나 일방향 프리프레그의 경우 +45도, -45도 교차 적층을 하여야 하고 이 경우 적층의 대칭성을 고려하여야 하므로 적층수가 필연적으로 증가하게 되어 프로펠러(100) 전체 무게 증가 및 작업성 저하를 야기할 수 있다. 따라서, 무게 및 작업성을 고려하여 제2 프리프레그층(130)은 직물 프리프레그를 사용하는 것이 바람직하다.

제1 프리프레그층(120)의 두께는 0.4mm 이상이고, 제2 프리프레그층(130)의 두께는 0.1mm 이상인 것이 바람직하다. 프로펠러의 크기가 커지면 요구되는 추력이 커지므로 프리프레그 적층 수는 증가하게 된다. 일반적으로 섬유강화플라스틱을 적용한 프로펠러(100)의 경우 그 크기가 10인치 이상인 것으로, 10인치 이상 크기의 프로펠러(100)에 요구되는 추력을 만족하기 위해서는 제1 프리프레그층(120)인 일방향 프리프레그는 0.4mm 이상, 제2 프리프레그층(130)인 직물 프리프레그는 0.1mm 이상이 적용되어야 한다. 상기와 같은 두께를 달성하지 못하는 경우 요구되는 추력을 달성하기 위한 충분한 굴곡 및 비틀림 특성이 발현되지 않는다. 특히, 프로펠러(100)가 가지는 길쭉한 형상의 특성상 비틀림보다 굴곡에 의한 변형이 심하게 일어나므로, 프로펠러(100)의 길이방향의 보강이 보다 중요하다. 따라서, 제1 프리프레그층(120)을 제2 프리프레그층(130) 보다 두껍게 보강하는 것이 바람직하다.

제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)은 탄소섬유 및 매트릭스 수지를 포함할 수 있다. 매트릭스 수지는 열경화성 수지로 에폭시, 비닐에스터, 불포화폴리에스터를, 열가소성 수지로 폴라아미드, 폴리프로필렌, 우레탄 중에서 선택되는 어느 하나의 구성물질을 포함할 수 있으며 바람직하게는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 프로펠러의 중량은 프로펠러(100)의 성능에서 매우 중요한 영향 인자이므로 이를 저감하기 위하여 높은 비강도와 비강성을 가진 탄소섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 수지는 물성이 높은 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다.

제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)은 충격흡수를 위한 인성강화의 방안으로 기능성 물질을 더 포함할 수 있다.

기능성 물질은 인성이 높은 열가소성수지 입자로 매트릭스 수지에 첨가되어 사용될 수 있다. 열가소성 수지 입자는 폴리아크릴(polyacryl), 폴리에스터(polyester), 폴리비닐(polyvinyl), 폴리우레탄(polyurethan), 폴리에테르(polyether), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르 아미드(polyether amide), 폴리케톤(polyketone), 폴리에테르케톤(polyether ketone), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르에테르술폰(polyetherethersulfone), 폴리페닐술폰(polyphenylsulfone) 및 폴리페닐렌옥사이드(polyphenylene oixde) 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법을 설명하는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 도 3은 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그(130)가 적층된 프로펠러(100) 상하면 접합 원리에 관한 개념을 나타낸다.

먼저, 하부 금형(10) 및 상부 금형(20) 내에 제2 프리프레그층(130)을 형성하는 프리프레그를 적층한다. 그리고 제2 프리프레그층(130)을 형성하는 프리프레그 상에 제1 프리프레그층(120)을 형성하는 길이방향 프리프레그를 둘 이상의 기 설정된 수량으로 적층한다. 이때, 길이방향 프리프레그 사이에 필름층(140)을 삽입하여 적층한다.

다음으로, 하부 금형(10)에 적층된 제1 프리프레그층(120)의 표면에 혼합된 액상 발포 수지(110-1)를 도포하고, 상부 금형(20)을 하부 금형(10) 위에 올려 상호 결합을 하고 프레스에서 성형한다.

이때, 상부 금형(20) 및 하부 금형(10)에 각각 적층된 제1 프리프레그층(120)의 최하층(120-1)이 금형 내의 양 끝 단에서 서로 맞닿고, 프레스의 열과 압력에 의해서 상호 접합이 되며 내부에서는 발포수지가 발포되면서 폼코어(110)층이 형성된다.

이러한 무인항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러(100) 상하면의 접합 원리에 의하면, 상기와 같이 필름층(140)은 제1 프리프레그층(120)의 최하층(120-1) 상에 적층되어, 제1 프리프레그층(120) 내에 삽입된다. 만일, 필름층(140)이 제1 프리프레그층(120)의 최하면, 즉 제1 프리프레그층(120)과 폼코어(110)의 계면에 존재하게 되면, 상부 금형(20)과 하부 금형(10)에 각각 적층된 제1 프리프레그층(120)의 상호 접촉을 막아 프로펠러(100) 상하면의 접합을 방해하게 된다. 또한, 필름층(140)이 제2 프리프레그층(130) 최상면, 즉 제2 프리프레그층(130)과 프로펠러 금형(10, 20)의 계면에 존재하게 되면, 금형에 프리프레그를 적층하는 것이 불가능하게 된다. 즉, 프리프레그는 반경화된 에폭시 수지를 포함하고 있어 적절한 택(tack)성을 가지고 있으므로 금형의 표면과 잘 접착이 일어나는 반면에, 필름층(140)은 택(tack)성이 없기 때문에 금형 표면과 접착이 불가능하므로, 필름층(140)이 금형표면과 프리프레그 사이에 위치하게 되면 금형 표면에 필름을 접착할 수 없으므로 결과적으로 프리프레그 적층이 불가하게 된다.

바람직하게는, 필름층(140)은 제1 프리프레그층(120)의 최하층(120-1) 상부에 적층된다. 필름층(140)이 제1 프리프레그층(120)의 최하층(120-1) 상부에 적층될 경우, 성형시 프로펠러(100) 내부의 발포수지가 발포하면서 발생하는 발포압력이 필름층(140)을 통해서 제1 및 제2 프리프레그층(120, 130)을 가장 강하게 압착하게 되므로 가능한 필름층(140)은 폼코어(110)층과 인접하게 최하층(120-1) 상부에 적층이 되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법의 흐름도이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법은 프로펠러를 성형하기 위한 상부 및 하부 프로펠러 금형 내부에 이형처리를 하는 단계(S401), 제1 프리프레그층, 제2 프리프레그층 및 필름층을 재단하는 단계(S402), 재단된 제2 프리프레그층, 제1 프리프레그층 및 필름층을 상하 프로펠러 금형에 순차적으로 적층하는 단계(S403), 하부 금형에 적층된 제1 프리프레그 상에 액상으로 혼합된 발포 수지를 도포하는 단계(S404), 상하 프로펠러 금형을 치합하는 단계(S405), 치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계(S406) 및 성형이 완료된 프로펠러를 탈형 및 트리밍을 하는 단계(S407)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법은 가열 및 가압하는 단계(S406) 이전에 치합된 금형을 50 내지 100℃의 온도에서 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

먼저, 상부 및 하부 프로펠러 금형 내부에 이형처리를 하는 단계(S401)는 프로펠러 금형의 내부 표면을 이형제로 도포한다. 이때, 프로펠러 금형 표면을 균일하고 매끈하게 만들 수 있도록, 고상이 아닌 액상의 이형제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이형제가 도포된 표면을 융과 같은 직조물로 닦아 내어 마감하는 것이 바람직하다. 이형제가 표면에 균일하고 매끈하게 도포되지 않으면 금형 표면에 이형제의 얼룩이 남고 이는 성형 후 성형품의 표면 얼룩으로 전사될 수 있으며, 금형 표면에 과도하게 남아 있는 이형제에 의해서 프리프레그 적층시 금형 표면과의 접착력이 떨어질 수 있다.

다음으로, 제1 프리프레그층, 제2 프리프레그층 및 필름층을 재단하는 단계(S402)는 제1 프리프레그층을 형성하는 프리프레그를 섬유의 배열 방향으로 재단하는 단계, 제2 프리프레그층을 형성하는 프리프레그를 섬유 배열 방향에 대해서 ±45도 각도로 재단하는 단계 및 필름층을 재단하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 제 1프리프레그층은 그 두께 및 프로펠러의 요구 성능에 따라서 둘 이상의 프리프레그가 적층될 수 있다. 이러한 경우에 프리프레그를 재단 후 적층하는 방법과 프리프레그 적층 후 재단하는 방법이 있으나, 어느 방법을 사용하여도 무방하나, 후자쪽이 보다 바람직하다.

다음으로, 재단된 제2 프리프레그층, 제1 프리프레그층 및 필름층을 상하 프로펠러 금형에 순차적으로 적층하는 단계(S403)는 이형처리된 프로펠러 금형 표면에 제2 프리프레그층 및 제1 프리프레그층을 순차적으로 적층하고, 제1 프리프레그층 내에 필름층을 삽입하여 적층한다. 이때, 적층된 프리프레그 간, 프리프레그-필름 간 및 프리프레그-금형표면 간의 계면에는 기포가 남지 않도록 적층하는 것이 바람직하다. 특히, 프리프레그와 금형 표면간 계면에 남은 기포는 외관 불량의 원인이 될 수 있으므로 기포 제거가 더욱 중요하다.

다음으로, 하부 금형에 적층된 제1 프리프레그 상에 액상으로 혼합된 발포 수지를 도포하는 단계(S404)는 S403 단계를 통해서 적층된 제1 프리프레그층 표면에 액상의 발포수지를 도포하는 단계이다. 이때, 프리프레그가 적층된 상부 금형과 하부 금형이 존재하는데, 둘 중 어느쪽에 적층하여도 무방하나, 하부 금형상에 적층하는 것이 공정을 보다 원활하게 진행할 수 있으므로 바람직하다.

상하 프로펠러 금형을 치합하는 단계(S405)는 상부 프로펠러 금형과 하부 프로펠러 금형을 치합한다. 이때, 상부 금형을 하부 금형에 덮을 때, 금형 내부에 적층된 프리프레그가 밀리거나, 금형 표면에서 떨어지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 프로펠러 금형 자체에 상하 금형 위치 지정을 위한 가이드핀 혹은 가이드 플레이트 등을 적용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 후술하는 S406 단계를 수행하기 이전에, 치합된 금형을 50 내지 100℃의 온도에서 예열하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이는 프리프레그에 함침되어 있는 매트릭스 수지의 점도를 낮추어 흐름성을 좋게 하기 위한 것으로 이러한 예열 공정을 통해 프로펠러의 외관을 우수하게 하여 성능 향상을 도모할 수 있다. 이때, 예열 온도가 50℃ 미만에서는 매트릭스 수지 점도 하강 효과가 낮아 수지 흐름성이 향상되지 않으며, 100℃ 이상에서는 매트릭스 수지의 흐름성은 극대화되지만 경화가 진행되어 외관 문제를 야기할 수 있다.

다음으로, 치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계(S406)는 프로펠러 금형 내부에 안치된 제1 프리프레그층 및 제2 프리프레그층에 프레스를 통해 소정의 온도, 압력을 가하고 액상 발포수지는 열에 의해 발포가 일어나도록 하여 프로펠러(100)를 제조한다.

이때 성형 금형에 가해지는 온도(프레스의 온도)는 100 내지 150℃ 온도에서 수행되는 것이 바람직하며, 가압 시간은 0.5 내지 5시간인 것이 바람직하다. 가압 온도가 100℃ 미만인 경우 프로펠러 금형 내부의 폼코어, 제1 프리프레그층 및 제2 프리프레그층에 미경화로 인한 성형 불량 및 물성 저하의 문제가 발생하며, 가압 온도가 150℃를 초과하는 경우 프로펠러 금형 내부의 폼코어, 제1 프리프레그층 및 제2 프리프레그층에 과도한 온도로 인한 수지 열화의 문제가 발생한다.

또한, 성형 금형에 가해지는 가압 압력(프레스의 가압 압력)은 0.1 내지 10MPa인 것이 바람직하다. 압력이 0.1MPa 미만인 경우 낮은 압력으로 인해 금형 내부에 안치된 프리프레그가 충분히 가압되지 못하여 표면 미함침 혹은 제1 프리프레그층과 제2 프리프레그층 사이의 층간 접착력이 저하되는 문제가 있으며, 압력이 10MPa를 초과하는 경우 과도한 압력으로 인해 금형이 변형되거나 그로 인한 프로펠러 단면 형상이 변하는 문제가 발생한다.

다음으로, 성형이 완료된 프로펠러를 탈형 및 트리밍을 하는 단계(S407)는 금형이 매트릭스 수지의 유리전이온도 이하로 냉각된 후에 탈형하는 것이 바람직하다. 유리전이온도 이상에서 탈형시 폼코어의 압축반발력으로 인해 프로펠러 단면이 부풀어 올라 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 트리밍 단계는 프로펠러 형상 외부로 삐져나온 수지 혹은 탄소섬유의 버(burr)를 제거하고 모터에의 장착을 위한 홀을 타공하는 공정으로 기계 가공을 통해서 진행하는 것이 바람직하다. 또한 홀의 타공 위치는 좌우앞뒤로 치우치지 않도록 정확한 위치에 하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 길이 방향 단면도이다. 도 5에서는 설명의 편의를 위하여 제1 프리프레그층(120) 내부에 삽입된 필름층(140)을 생략하였다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 프로펠러(100)를 회전시키는 회전축과 프로펠러(100)를 연결하는 연결부(160)는 허브로서 경질의 플라스틱 또는 경질의 금속으로 형성될 수 있다. 회전축과 프로펠러(100)는 일반적으로 볼트 및/또는 너트 체결을 통해 연결되므로, 체결 토크에 의해서 프로펠러가 두께방향으로 찌부러질 가능성이 있다. 따라서 허브부분의 내부는 프로펠러의 두께방향 변형에 대한 저항성이 강한 경질의 플라스틱 또는 금속재를 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 프로펠러의 중량저감을 위하여 밀도가 낮은 경질의 플라스틱을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 프로펠러의 길이방향 휘어짐을 방지하기 위하여 섬유강화플라스틱을 사용할 수 있다. 이때, 연결부(160)를 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)과 동일한 섬유강화플라스틱으로 하는 것이 바람직할 수 있다. 다만, 연결부(160)는 섬유강화플라스틱으로만 한정되는 것은 아니며, 설계에 따라 유리섬유 프리프레그의 사용이 가능하다.

또한, 연결부(160)는 폼코어(110)의 회전축 방향 단부에 위치하며, 연결부(160)의 표면에는 폼코어(110)와 동일하게 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)이 순차적으로 적층되며, 제1 프리프레그층(120) 내부에는 필름층(140)이 삽입된다.

또한, 프로펠러(100)는 회전축과 연결되지 않는 반대측 단부가 회전축 방향으로 구부러진 윙렛(150)을 더 포함할 수 있다. 윙렛(150)은 프로펠러(100)의 끝단이 회전축의 방향으로 일정한 각도로 꺾어진 형태의 구조물로서, 프로펠러가 회전 시 프로펠러 상하면의 압력차에 의해서 프로펠러 끝단에서 발생하는 와류를 저감시킨다. 프로펠러(100)의 윙렛(150)에 의해 프로펠러 끝단 와류가 저감되어 추력을 상승시키고 항력을 저감시킨다. 또한 와류의 저감으로 인해 소음이 감소하는 효과도 있다.

윙렛(150)은 프로펠러의 상부방향 혹은 하부방향 어느 방향으로도 형성할 수 있으나 전후좌우에 비해서 상하로의 방향 전환이 많은 무인항공기의 움직임을 고려하면 하부방향 즉, 지상 방향으로 구부러지는 것이 바람직하다.

다른 부분에서 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)의 배열 방향이 서로 상이한 것과는 달리, 윙렛(150)에서 제1 및 제2 프리프레그층(120, 130)은 모두 섬유 배열 방향이 프로펠러의 길이 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 윙렛(150)은 그 형성 방향의 특성 상 프로펠러의 몸체에 비해서 비틀림 모멘트를 거의 받지 않으므로 제1 및 제2 프리프레그층(120, 130)의 섬유 배열 방향을 프로펠러 길이방향으로 배치하여 길이방향 구부러짐에 대한 저항성을 높이는 것이 바람직하다. 즉, 제1 프리프레그층(120)은 섬유의 방향이 프로펠러(100)의 전체에 걸쳐 프로펠러(100)의 길이 방향으로 배치된다. 그리고 제2 프리프레그층(130)은 윙렛(150)이 아닌 프로펠러(100)에서는 섬유의 방향이 프로펠러(100)의 길이 방향에 ±45도 배치되며, 제2 프리프레그층(130)은 윙렛(150)에서는 제1 프리프레그층(120)과 동일하게 섬유의 방향이 프로펠러(100)의 길이 방향으로 배치될 수 있다.

윙렛(150)은 윙렛(150)의 외면(상부)이 프로펠러(100)의 길이방향의 축(Z축)에 대하여 이루는 각도 θ가 60도 내지 89도의 구부러짐 각도로 형성될 수 있다. 또한, 윙렛(150)이 89도보다 큰 각도에서는 프로펠러 형상에 언더컷이 생기므로 상하 금형을 치합할 수 없는 상태가 된다. 특히, 90도에서는 상하금형을 치합한 후 압력을 가할 시 윙렛(150)의 외면과 내면에는 압력이 가해지지 않아 우수한 표면의 제품을 얻을 수 없다. 그리고 윙렛(150)의 각도가 60도보다 작은 경우, 윙렛 적용에 의한 효과가 희석되는 문제가 있다. 프로펠러(100) 끝단에서 발생하는 와류는 프로펠러(100)의 끝부분의 아랫면에서부터 윗면으로 소용돌이 치며 이동하면서 프로펠러(100)의 윗면을 눌러주게 되는데, 60도보다 작은 각도에서는 이러한 와류에 의한 프로펠러 끝단 누름 효과가 커지게 되어 추력을 약화시키게 된다.

윙렛(150) 끝단의 단면은 일직선으로 윙렛 상하면의 제1 프리프레그층(120) 및 제2 프리프레그층(130)이 서로 평행하게 맞닿은 형태를 가질 수 있다. 윙렛(150)의 끝단 단부는 와류의 발생을 최소화하기 위하여 가능한 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 윙렛(150)의 상면과 하면의 윙렛 끝단 방향으로의 연장선이 서로 맞닿아 단부에 평면이 생기지 않는 형태가 바람직하다. 그리고 윙렛(150)은 회전축 방향에서 타측 단부 방향으로 두께가 점차 얇아져 윙렛(150)의 끝단 단부는 예리하게 뽀족한 형태를 취하도록 형성될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 하부 금형 20: 상부 금형
100: 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러
110: 폼코어 110-1: 액상 발포수지
120: 제1 프리프레그층 120-1: 제1 프리프레그층의 최하층
130: 제2 프리프레그층 140: 필름층
150: 윙렛 160: 연결부

Claims

내부에 위치하며, 액상 발포 수지를 발포하여 형성된 폼코어;
상기 폼코어의 표면에 위치한 제1 프리프레그층;
상기 제1 프리프레그층 표면에 적층된 제2 프리프레그층; 및
상기 제1 프리프레그층 내부에 삽입된 필름층;
을 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 필름층은 둘 이상의 프리프레그가 적층된 제1 프리프레그층 내부에서 상기 폼코어에 직접 접촉하는 제1 프리프레그층의 최하층 상에 삽입되는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 필름층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제3항에 있어서,
상기 필름층은 에틸렌글라이콜, 프로필렌글라이콜 및 펜틸글라이콜의 공중합체인, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 필름층의 표면에 코팅된 프라이머층을 더 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제5항에 있어서,
상기 프라이머층은 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 폴리아크릴계 수지 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 필름층의 두께는 0.05 내지 0.2mm인, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 필름층과 상기 제1 프리프레그층의 접착력은 77gf/25mm 이상인, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 제1 프리프레그층은 상기 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 길이방향으로 배치되고, 상기 제2 프리프레그층은 상기 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 길이방향에 대하여 ±45도 각도로 배치되는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 제1 프리프레그층의 두께는 0.4mm 이상이고, 상기 제2 프리프레그층의 두께는 0.1mm 이상인, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 제1 프리프레그층 및 상기 제2 프리프레그층은 탄소섬유 및 에폭시수지를 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제11항에 있어서,
상기 제1 프리프레그층 및 상기 제2 프리프레그층은 열가소성 입자를 더 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
제1항에 있어서,
상기 액상 발포 수지는 우레탄 수지 100 중량부에 대하여 발포/경화제를 90 내지 110 중량부를 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러.
상부 및 하부 프로펠러 금형 내부에 이형처리를 하는 단계;
제1 프리프레그층, 제2 프리프레그층 및 필름층을 재단하는 단계;
재단된 제2 프리프레그층, 제1 프리프레그층 및 필름층을 상하 프로펠러 금형에 적층하는 단계;
하부 금형에 적층된 제1 프리프레그 상에 액상 발포 수지를 도포하는 단계;
상하 프로펠러 금형을 치합하는 단계;
치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계; 및
성형이 완료된 프로펠러를 탈형 및 트리밍을 하는 단계;
를 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계는 프리프레그 성형과 동시에 발포 수지를 발포시켜 폼코어를 형성하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 치합된 프로펠러 금형을 프레스에 장착 후 가열 및 가압하는 단계 이전에 수행되며 치합된 금형을 50 내지 100℃의 온도에서 예열하는 단계;
를 더 포함하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 적층하는 단계는 프로펠러 금형 표면에 제2 프리프레그층 및 제1 프리프레그층을 적층하고, 제1 프리프레그층 내에 필름층을 삽입하여 적층하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 가열 및 가압하는 단계는 100 내지 150℃ 온도 및 0.1 내지 10MPa의 압력 범위에서 수행하는, 폼재를 이용한 무인 항공기용 섬유강화플라스틱 프로펠러의 제조방법.