KR102322414B1 - 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법 - Google Patents

탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법 Download PDF

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박규순
김다솔
김세진
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재단법인 한국탄소산업진흥원
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Abstract

본 발명인 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법은,
상면이 평평한 베이스 판을 준비하는 제1단계;
상기 베이스 판의 상면에 테프론 시트를 접착하는 제2단계; 및
상기 테프론 시트가 접착된 베이스 판의 상면에 테프론 스페이서를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편 형상과 두께에 대응하는 몰딩공간을 형성하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 테프론 시트 상면에 테프론 스페이서를 붙였다 떼었다하여, 다양한 모양, 크기, 두께를 가진 탄소복합소재 시편을 만들 수 있는 몰딩공간을 만들어낼 수 있다. 이로 인해, 탄소복합소재 시편과 두께 및/또는 형상이 다른 탄소복합소재 시편을 간이몰드에서 몰딩공간만 바꾸어 만들어낼 수 있어, 몰드 제작시간 및 비용이 대폭 단축되고 절감된다.

Description

탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법{METHOD FOR MANUFACTURING THE SIMPLE MOLD USING IN MAKING CARBON COMPOSITE MATERIAL}
본 발명은 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법에 관한 것이다.
복합소재는 강화재와 모재로 이루어지며, 강화재는 섬유상과 입자상으로 구성되고, 모재는 금속재료, 무기재료, 유기재료 등으로 구성된다. 복합소재 중 탄소복합소재는 강화재 및/또는 모재에 탄소 성분이 포함된 소재다.
탄소복합소재의 물리적 특성, 화학적 특성, 기계적 물성을 측정하기 위해, 여러 가지 테스트가 필요하다. 테스트를 위해 탄소복합소재는 다양한 모양과 두께를 가진 시편(이하, “탄소복합소재 시편“이라 칭함)으로 만들어진다.
탄소복합소재 시편은 몰드 안에 탄소복합소재를 넣고 경화시켜 만들어진다. 몰드에서 탄소복합소재 시편을 떼어내기 쉽게, 몰드는 테프론 소재로 만들어진다. (이하, “테프론 몰드”라 칭함)
테프론 몰드는 테프론 덩어리를 통으로 깎여 만들어진다. 이때, 테프론 몰드의 바닥면을 평평하게 만들고, 몰드 내부의 사각 모서리를 직각으로 깎는데 많은 시간이 소요되고 그 과정에서 자칫 불량이 발생할 수 있다. 또한, 탄소복합소재 시편의 모양과 두께에 따라, 테프론 몰드를 따로 만들어야 하는 문제가 있다.
한국등록특허(10-0966354)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법은,
상면이 평평한 베이스 판을 준비하는 제1단계;
상기 베이스 판의 상면에 테프론 시트를 접착하는 제2단계; 및
상기 테프론 시트가 접착된 베이스 판의 상면에 테프론 스페이서를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편 형상과 두께에 대응하는 몰딩공간을 형성하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법은,
상면이 평평한 베이스 판을 준비하는 제1단계;
상기 베이스 판의 상면에 테프론 시트를 접착하는 제2단계;
상기 테프론 시트가 접착된 베이스 판의 상면에, 2개의 전극을 일정간격 떨어져 배치하는 제3단계; 및
상기 테프론 시트가 접착되고 상기 2개의 전극이 배치된 베이스 판의 상면에 테프론 스페이서를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편 형상과 두께에 대응하는 몰딩공간을 형성하고, 상기 몰딩공간 안에 상기 2개의 전극을 위치 및 고정시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 테프론 스페이서를 사용하여 베이스 판 상면에 몰딩공간을 형성한다. 이렇게 형성된 몰딩공간에 탄소복합소재를 넣고 경화시켜 탄소복합소재 시편을 만들어낸다. 테프론 스페이서는 저렴하고 시중에서 쉽게 구매 가능한 테프론 테이프 또는 테프론 접착막대며, 베이스 판 상면에 테프론 스페이서를 부착하기만 하면 몰딩공간을 형성할 수 있다. 이로 인해, 다양한 모양, 크기, 두께를 가진 탄소복합소재 시편을 신속하게 제작할 수 있다.
본 발명은 종래처럼 테프론 덩어리를 통으로 깎아 테프론 몰드를 만들 필요가 없어, 종래 테프론 몰드의 바닥면을 평평하게 만들고, 몰드 내부의 사각 모서리를 직각으로 깎는데 많은 시간이 소요되고 그 과정에서 자칫 불량이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 테프론 시트 상면에 테프론 스페이서를 붙였다 떼었다하여, 다양한 모양, 크기, 두께를 가진 탄소복합소재 시편을 만들 수 있는 몰딩공간을 만들어낼 수 있다. 이로 인해, 탄소복합소재 시편과 두께 및/또는 형상이 다른 탄소복합소재 시편을 간이몰드에서 몰딩공간만 바꾸어 간단하고 손쉽게 만들 수 있어, 몰드 제작시간 및 비용이 대폭 단축되고 절감되어 경제성이 있다.
본 발명은 테프론 시트가 접착된 베이스 판의 상면에, 테프론을 부착하기 전에 금속소재(구리, 은 등) 전극을 배치하여, 전극과 접촉된 탄소복합소재 시편을 만들어 낼 수 있다. 기존에는 탄소복합소재 시편에 전극을 테이프 또는 에폭시로 접착하므로, 탄소복합소재 시편에 전극을 붙이기 어려울 뿐만 아니라, 구부러지기 쉬운 탄소복합재 시편의 경우 전극이 쉽게 떨어져나가거나 접착부분이 벌어져 접촉불량이 쉽게 발생하였다. 그러나, 본 발명은 간이 몰드를 사용하여 탄소복합소재와 전극을 함께 배치하여 두 이종소재간을 접착함으로써, 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명을 사용하면, 탄소복합소재 시편을 몰드로부터 떼어내지 않고, 전극에 전류를 흘려보내, 탄소복합소재 시편의 각종 전기적 특성을 테스트해 볼 수 있어, 간이몰드를 탄소복합소재 시편 테스트 장치의 일부 구성처럼 사용할 수 있다. 이로 인해, 탄소복합소재 시편의 전기적 특성 테스트가 간단해진다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법에서 사용되는 베이스 판을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법으로 만들어진 간이몰드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법에 사용되는 다양한 종류의 테프론 스페이서를 나타낸 도면으로, 도 4(a)는 테프론 스페이서가 t=0.1 mm 인 테프론 테이프 1개로 만들어진 상태를 나타낸 도면이고, 도 4(b) 테프론 스페이서가 t=0.1 mm 인 테프론 테이프 두 장이 적층되어 만들어진 상태를 나타낸 도면이고, 도 4(c) 테프론 스페이서가 t=10 mm 인 테프론 접착막대로 만들어진 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법에서 제작된 간이몰드의 몰딩공간에, 탄소복합소재를 넣고 밀대로 미는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 간이몰드의 몰딩공간 안에 탄소복합소재 시편이 만들어진 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법으로 만들어진, 전극이 포함된 간이몰드를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 간이몰드의 몰딩공간 안에 탄소복합소재 시편이 만들어진 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법은,
상면이 평평한 베이스 판을 준비하는 제1단계(S11);
상기 베이스 판의 상면에 테프론 시트를 접착하는 제2단계(S12);
상기 테프론 시트가 접착된 베이스 판의 상면에 테프론 스페이서를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편 형상과 두께에 대응하는 몰딩공간을 형성하는 제3단계(S13)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상면이 평평한 베이스 판(10)을 준비한다.
베이스 판(10)은 유리판 또는 금속판으로 만들어진다. 여기서, 베이스 판(10)은 한 장의 유리판 또는 한 장의 금속판으로 만들어지거나, 여러 장의 작은 유리판들 또는 여러 장의 금속판들이 나란히 배치되어 만들어질 수 있다. 여러 장의 작은 유리판들의 상면 또는 여러 장의 작은 금속판들의 상면에 테프론 시트(20)가 붙여짐으로써 유리판들 또는 금속판들이 흩어지지 않게 서로 연결된다. 서로 연결된 여러 장의 작은 유리판들 또는 여러 장의 금속판들 사이에 빈틈이 없도록, 유리판의 사각 모서리 또는 금속판의 사각 모서리는 라운딩지지 않고 직각 형태를 가진다.
베이스 판(10)의 상면은 평균 거칠기가 1.3~1.8μm으로 매우 잘 다듬어져 있다. 그 이유는, 베이스 판(10)의 상면에 테프론 시트(20)를 울퉁불퉁 거리지 않게 접착하기 위함이다. 테프론 시트(20)가 고르게 접착되면, 테프론 시트(20) 위에서 만들어지는 탄소복합소재 시편의 하면 평평도가 좋아진다. 탄소복합소재 시편 하면 평평도가 좋아야, 탄소복합소재 시편 테스트(인장강도, 전기적 특성 등) 결과를 신뢰할 수 있다.
이하, 제2단계(S112)를 설명한다.
베이스 판(10)의 상면에 테프론 시트(20)를 접착시킨다. 베이스 판(10)의 상면에 테프론 시트(20)가 접착됨으로써, 테프론 시트(20)의 상면에 테프론 스페이서(30)를 쉽게 떼고 붙일 수 있다. 또한, 테프론 시트(20)의 상면에 형성되는 탄소복합소재(Tc) 시편도 쉽게 떼어낼 수 있다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 테프론 시트(20)가 접착된 베이스 판(10)의 상면에 테프론 스페이서(30)를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편(Ts, 도 6 참조)에 대응하는 형상을 가진 몰딩공간(S)을 형성한다. 몰딩공간(S)은 테프론 시트(20)의 바닥면과 테프론 시트(20)의 상면에 접착되는 테프론 스페이서(30)에 의해 형성한다.
본 실시예에서 몰딩공간(S)은, 2개의 짧은 테프론 스페이서(30a), 2개의 긴 테프론 스페이서(30b), 테프론 시트(20)의 상면에 의해 형성된다.
물론, 만들고자 몰딩공간(S)의 형상에 따라, 스페이서는 다양한 모양과 크기와 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 원형의 몰딩공간(S)을 형성하기 위해서는, 도넛 형상의 스페이서가 사용될 수 있다. 다른 예로, 인장강도 측정용 도그본(ASTM D412) 형상의 몰딩공간(S)을 형성하기 위해, 내부에 도그본 모양이 형성된 스페이서가 사용될 수 있다. 이 밖에도, 몰딩공간(S)의 모양과 크기와 깊이는 다양할 수 있으며, 이러한 몰딩공간(S)을 만들기 위한, 스페이서의 모양과 크기와 두께 역시 다양할 수 있다. 즉, 본 발명을 사용하면, 스페이서를 사용하여 몰딩공간(S)을 얼마든지 다양하게 만들 수 있는 것이다.
테프론 스페이서(30)로 테프론 테이프(31)가 사용된다. 테프론 스페이서(30)는 테프론 테이프(31) 한 개 또는 테프론 테이프(31)가 여러 개 적층되어 만들어진다. 테프론 테이프(31)의 두께는 0.08 ~ 0.40 mm로 다양하다. 두께가 얇은 테프론 테이프(31)를 사용할 경우, 0.08 mm의 얇은 두께를 가진 탄소복합소재 시편도 쉽게 만들 수 있다. 또한, 테프론 스페이서(30)의 두께(t)는 테프론 테이프(31)를 적층 개수에 의해 조절될 수 있다.
예컨대, 테프론 스페이서(30)의 두께(t)가 0.1 mm인 경우, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 0.1 mm 두께의 테프론 테이프(31)를 한 개 사용하여 테프론 스페이서(30)를 만든다.
테프론 스페이서(30)의 두께(t)가 0.2 mm인 경우, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 0.1 mm 두께의 테프론 테이프(31) 2개 적층하여 테프론 스페이서(30)를 만든다.
한편, 테프론 스페이서(30)의 두께(t)가 두꺼운 경우, 예컨대 10 mm인 경우, 두께가 얇은 테프론 테이프(31)를 여러 개 적층하는 것이 불편하므로, 이 경우, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 10 mm 두께의 테프론 접착막대(32) 한 개로 테프론 스페이서(30)를 만든다. 이러한 테프론 접착막대(32)를 사용하면, 두께가 두꺼운 테프론 스페이서(30)도 쉽게 만들어낼 수 있다. 물론, 테프론 접착막대(32)의 두께는 다양할 수 있다.
상술한 제1단계(S11) 내지 제3단계(S13)를 거쳐 간이몰드(1)가 만들어진다.
이하, 제1단계(S11) 내지 제3단계(S13)를 거쳐 만들어진 간이몰드(1)를 사용하여 탄소복합소재 시편을 만드는 방법을 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 간이몰드(1)에 탄소복합소재(Tc)를 넣는다.
여기서, 탄소복합소재(Tc)는 짧은 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀, 인조흑연 중 어느 하나와 열경화성 수지가 혼합된 형태를 가진다. 물론, 다른 구성성분을 가진 탄소복합소재(Tc)도 가능하다. 열경화성 수지는 B-스테이지 상태를 가진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 탄소복합소재(Tc)를 간이몰드(1)의 몰딩공간(S)에 조금 넘치는 양으로 넣는다. 몰딩공간(S)에 넣은 탄소복합소재(Tc)를 밀대(50)로 밀어, 몰딩공간(S)의 구석구석까지 탄소복합소재(Tc)로 채운다. 또한, 탄소복합소재(Tc)의 상면을 평평하게 만든다. 탄소복합소재(Tc)의 상면이 평평하면 탄소복합소재 시편의 상면 평평도가 좋아진다. 탄소복합소재 시편 상면 평평도가 좋아야, 탄소복합소재 시편 테스트(인장강도, 전기적 특성 등) 결과를 신뢰할 수 있다.
탄소복합소재(Tc)가 채워진 간이몰드(1)를 오븐(미도시)에 넣고, 탄소복합소재(Tc)를 가열하여 경화시킨다. 도 6에 도시된 바와 같은, 탄소복합소재 시편(Ts)이 만들어진다.
간이몰드(1)를 오븐(미도시)에서 꺼낸다.
몰딩공간(S)으로부터 탄소복합소재 시편(Ts)을 떼어낸다. 몰딩공간(S)이 테프론 시트(20)와 테프론 스페이서(30)로 마찰력이 적은 재질로 만들어지므로, 탄소복합소재 시편(Ts)을 쉽게 떼어낼 수 있다.
한편, 기존 탄소복합소재 시편(Ts)과 두께 및 형상이 다른 탄소복합소재 시편(Ts)을 만들려면, 간이몰드(1)에서 테프론 스페이서(30)를 떼어낸다. 새 테프론 스페이서(30)를 기존 테프론 시트(20)의 상면에 붙여, 기존 탄소복합소재 시편(Ts)과 두께 및 형상이 다른 탄소복합소재 시편(Ts)을 만들 수 있는 몰딩공간(S)을 형성한다.
한편, 기존 탄소복합소재 시편(Ts)과 형상은 동일하고 두께만 다른 탄소복합소재 시편(Ts)을 만들려면, 기존 테프론 스페이서(30)를 조금 떼어내어 두께를 줄이거나, 기존 테프론 스페이서(30) 위에 새 테프론 스페이서(30)를 더 붙여 두께를 두껍게 하면 된다.
이와 같은 방식으로, 탄소복합소재 시편(Ts)과 두께 및/또는 형상이 다른 탄소복합소재 시편(Ts)을 간이몰드(1)에서 몰딩공간(S)만 바꾸어 만들어낼 수 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법을 자세히 설명한다. 제1실시예의 구성과 동일한 작용효과를 나타내는 구성에는 동일한 도면부호를 부여한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법은,
상면이 평평한 베이스 판을 준비하는 제1단계(S21);
상기 베이스 판의 상면에 테프론 시트를 접착하는 제2단계(S22);
상기 테프론 시트가 접착된 베이스 판의 상면에, 2개의 전극을 일정간격 떨어져 배치하는 제3단계(S23);
상기 테프론 시트가 접착되고 상기 2개의 전극이 배치된 베이스 판의 상면에 테프론 스페이서를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편 형상과 두께에 대응하는 몰딩공간을 형성하고, 상기 몰딩공간 안에 상기 2개의 전극을 위치 및 고정시키는 제4단계(S24)로 구성된다.
제1단계(21) 및 제2단계(S22)는 제1실시예의 제1단계(11) 및 제2단계(S12)와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
이하, 제3단계(S23)를 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 테프론 시트(20)가 접착된 베이스 판(10)의 상면에, 2개의 전극(40)을 일정간격 떨어져 배치한다. 전극(40)의 두께는 0.1~1mm 이다.
이하, 제4단계(S24)를 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 테프론 시트(20)가 접착되고. 2개의 전극(40)이 배치된 베이스 판(10)의 상면에 테프론 스페이서(30)를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편 형상과 두께에 대응하는 몰딩공간(S)을 형성하고, 몰딩공간(S) 안에 2개의 전극(40)을 위치 및 고정시킨다. 전극(40)의 두께가 0.1~1mm로 얇으므로, 전극(40)의 두께로 인해 테프론 스페이서(30)와 전극(40) 사이에 생기는 단차는 무시할 정도다. 이점을 고려하여, 도 8에서는 단차를 도시하지 않았다.
테프론 스페이서(30)로 몰딩공간(S)을 형성하는 방법 및 이를 위한 테프론 스페이서(30)의 종류는 전술한 바와 같으므로 그 설명을 생략한다.
상술한 제1단계(S21) 내지 제4단계(S24)를 거쳐 간이몰드(2)가 만들어진다.
간이몰드(2)를 사용하여 만들어진 탄소복합소재 시편(Ts, 도 9 참조)은, 제1실시예의 간이몰드(1)를 사용하여 만들어진 탄소복합소재 시편(Ts)과, 탄소복합소재 시편(Ts)의 하면이 2개의 전극(40)과 접촉하고 있는 것을 제외하고는 동일하다.
제2실시예에 의해 만들어진 간이몰드(2)를 사용하면, 간이몰드(2)로부터 탄소복합소재 시편(Ts)을 떼어지지 않은 상태로, 전극(40)에 전류를 흘려보내, 탄소복합소재 시편(Ts)의 각종 전기적 특성(탄소복합소재 시편의 전기저항 값, 탄소복합소재 시편의 발열온도, 소비전력, 탄소복합소재 시편의 평균온도와, 탄소복합소재 시편이 최고온도에 도달하는 시간 등)을 테스트 해 볼 수 있다. 즉, 간이몰드(2) 자체를 탄소복합소재 시편(Ts) 테스트 장치의 일부 구성처럼 사용할 수 있다.
한편, 기존 탄소복합소재 시편(Ts)과 두께 및/또는 형상이 다른 탄소복합소재 시편(Ts)을 몰딩공간(S)만을 바꾸어 만드는 방법은, 제1실시예와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
1,2: 간이몰드 10: 베이스 판
20: 테프론 시트 30: 테프론 스페이서
31: 테프론 테이프 32: 테프론 접착막대
40: 전극 50: 밀대
Tc: 탄소복합소재 Ts: 탄소복합소재 시편
S: 몰딩공간

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 상면이 평평한 베이스 판을 준비하는 제1단계;
    상기 베이스 판의 상면에 테프론 시트를 접착하는 제2단계;
    상기 테프론 시트가 접착된 베이스 판의 상면에, 2개의 전극을 일정간격 떨어져 배치하는 제3단계; 및
    상기 테프론 시트가 접착되고 상기 2개의 전극이 배치된 베이스 판의 상면에 테프론 스페이서를 부착하여, 만들고자 하는 탄소복합소재 시편 형상과 두께에 대응하는 몰딩공간을 형성하고, 상기 몰딩공간 안에 상기 2개의 전극을 위치 및 고정시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 판은 평균 거칠기가 1.3~1.8μm의 상 다듬질 표면을 가진 유리판 또는 금속판으로 만들어진 것을 특징으로 하는 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 테프론 스페이서는,
    테프론 테이프 한 개 또는 테프론 테이프 여러 개가 적층되어 만들어 진 것을 특징으로 하는 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 테프론 스페이서는,
    한 개의 테프론 접착막대로 만들어진 것을 특징으로 하는 탄소복합소재 제조용 간이 몰드 제작 방법.
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