KR102337118B1 - 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 - Google Patents

내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102337118B1
KR102337118B1 KR1020210099644A KR20210099644A KR102337118B1 KR 102337118 B1 KR102337118 B1 KR 102337118B1 KR 1020210099644 A KR1020210099644 A KR 1020210099644A KR 20210099644 A KR20210099644 A KR 20210099644A KR 102337118 B1 KR102337118 B1 KR 102337118B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon
preform
wearing
wear ring
carbon fiber
Prior art date
Application number
KR1020210099644A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102337118B9 (ko
Inventor
최용원
양태성
조채욱
Original Assignee
(유)한성산기
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (유)한성산기 filed Critical (유)한성산기
Priority to KR1020210099644A priority Critical patent/KR102337118B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102337118B1 publication Critical patent/KR102337118B1/ko
Publication of KR102337118B9 publication Critical patent/KR102337118B9/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/06—Making preforms by moulding the material
    • B29B11/12—Compression moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/105—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcement of definite length with a matrix in solid form, e.g. powder, fibre or sheet form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 설정된 두께만큼 적층하여 탄소웨어링을 제조한다. 본 발명을 사용하면, 탄소-탄소 복합재 웨어링에 버금가는 우수한 물성(우수한 내마모성, 낮은 마찰계수 및 열팽창계수 등)을 가지면서, 상대적으로 저렴한 탄소웨어링을 제조할 수 있다.

Description

내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법{Method for manufacturing carbon wear ring having improved wear resistance}
본 발명은 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법에 관한 것이다.
양. 배수장에는 배수나 급수를 위한 펌프가 설치된다.
양. 배수장에 설치되는 펌프 중 하나인 수중 축류 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이, 케이스(2), 모터(3), 축(4), 임펠러(5), 웨어링(8)으로 구성된다.
밀폐된 케이스 내부에 모터(3)와 임펠러(5)가 동축선상에서 축(4)으로 연결되고, 모터(3)가 축(4)을 회전시켜 임펠러(5)를 회전시킨다.
웨어링(8)은 축(4)을 지지한다. 웨어링(8)은 임펠러 웨어링(6)과 케이스 웨어링(7)으로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 임펠러 웨어링(6)은 임펠러(5)의 외주면에 설치되고, 케이스 웨어링(7)은 케이스(2)의 내주면에 설치된다. 케이스 웨어링(7)이 정지된 상태에서, 임펠러 웨어링(6)이 임펠러(5)와 함께 회전한다.
종래에는 웨어링(8)을 청동으로 만들었다. 이로 인해, 주기적으로 마모된 웨어링(8)을 갈아야 했고, 이를 위해, 펌프 가동을 일시적으로 중단해야 했다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 한국등록특허(10-1572913)에 개시된 바와 같은, 우수한 내마모성, 낮은 마찰계수 및 열팽창계수의 특성을 지닌 탄소-탄소 복합재 웨어링을 개발하였다.
그러나, 탄소-탄소 복합재 웨어링은 고가라는 단점을 가지고 있어, 탄소-탄소 복합재 웨어링에 버금가는 우수한 물성(우수한 내마모성, 낮은 마찰계수 및 열팽창계수 등)을 가지면서, 상대적으로 저렴한 새로운 타입의 탄소웨어링 개발이 필요하게 되었다.
한국등록특허(10-1572913)
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법은,
탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만드는 제1단계;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 압축성형하는 제2단계;
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계; 및
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만드는 제1단계;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 압축성형하는 제2단계;
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계;
상기 탄소웨어링 프리폼을 첨가제가 혼합된 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계; 및
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은,
탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만들되, 상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 상기 탄소섬유 프리프레그의 표면에 첨가제를 분사하는 제1단계;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 성형하는 제2단계;
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계; 및
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명은 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 설정된 두께만큼 적층하여 탄소웨어링을 제조한다. 이로 인해, 기존 청동으로 만든 제품과 달리 탄소복합재의 우수한 내마모성, 낮은 마찰계수 및 열팽창계수 특성으로 펌프를 장시간 사용해도 내구성, 소음 및 진동, 소비전력 등을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 탄소섬유 프리프레그를 와인딩하는 횟수에 따라 두께 조절이 가능하므로 다양한 두께의 탄소웨어링을 제조할 수 있다. 따라서, 제조비용이 절감되고 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명은 탄소섬유 프리프레그로부터 탄소웨어링 프리폼을 만든 후 열경화성 수지에 함침시켜 탄소웨어링의 밀도를 향상시킨다. 이때, 열경화성 수지에 다양한 기능의 첨가제를 혼합하여 탄소웨어링의 경도, 강도, 자기 윤활성 등을 향상시켜 내마모성을 향상시킴으로써, 탄소웨어링의 수명을 연장시킨다.
본 발명은 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 각 층마다 다른 종류의 첨가제를 분사하여 탄소웨어링을 제조한다. 예를 들어, 임펠러웨어링과 케이스웨어링을 만드는 경우, 회전 마찰면에는 강도, 경도가 좋을 뿐만 아니라 자기 윤활성이 있어 마찰에 강한 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 분사하고, 나머지 층들은 전달되는 회전력과 충격력을 완충할 수 있도록 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 첨가제로 분사한다. 이로 인해, 내마모성이 극대화된 탄소웨어링을 제조할 수 있다.
본 발명을 사용하면, 탄소-탄소 복합재 웨어링에 버금가는 우수한 물성(우수한 내마모성, 낮은 마찰계수 및 열팽창계수 등)을 가지면서, 상대적으로 저렴한 탄소웨어링을 제조할 수 있다.
도 1은 수중 축류 펌프를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 임펠러웨어링과 케이스웨어링의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 제2단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6(a)는 오토클레이브 성형법으로 제2단계를 실시하는 것을 나타낸 도면이고, 도 6(a)는 진공백 성형법으로 제2단계를 실시하는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 제4단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 도 8에 도시된 제4단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 제4단계를 통해 첨가제가 혼합된 열경화성 수지가 함침된 탄소웨어링 프리폼을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 12는 도 11에 도시된 제1단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 11에 도시된 제1단계를 통해 첨가제가 분사된 탄소웨어링 프리폼을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 제조방법을 자세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법은,
탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만드는 제1단계(S11);
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 압축성형하는 제2단계(S12);
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계(S13);
상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계(S14); 및
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계(S15)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
탄소섬유 프리프레그(carbon fiber prepreg)(CP1)를 준비한다. 탄소섬유 프리프레그(CP1)는 탄소섬유직물에 열경화성 수지가 미리 함침된 중간재이다. 탄소섬유직물은 탄소섬유들이 일방향으로 배열되거나 교차되어 만들어진다. 열경화성 수지로는 페놀 수지가 사용된다. 탄소섬유 프리프레그(CP1)는 탄소섬유 다발을 열경화성 수지에 함침시킨 후 경화시켜 만들어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공급부에 공급되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 일정한 장력으로 당겨 원통형 맨드렐(121)에 연속적으로 와인딩한다. 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 여러 겹으로 적층시켜 설정된 두께로 만든다. 설정된 두께만큼 적층되면, 지지부(150)로 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 누른 상태에서 커팅부(140)로 절단하여 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 만든다.
탄소섬유 프리프레그(CP1)를 원통형 맨드렐(121)에 와인딩할 때, 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면을 가열한다. 가열은 가열부(130)가 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면에 열풍을 가하는 방식으로 이루어진다. 열풍을 가하면, 탄소섬유 프리프레그(CP1)에 함침된 열경화성 수지에 열이 전달되어 점성이 커져 적층되는 탄소섬유 프리프레그(CP1) 간의 접착력을 높일 수 있다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 여러 겹 적층되어 형성된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열과 압력을 가해 압축성형한다. 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 장력에 의해 와인딩하더라도 압축되는 힘이 약하기 때문에 탄소섬유 프리프레그(CP1)으로부터 형성된 탄소웨어링 프리폼(CP2)에 대해 추가적으로 압축성형을 수행한다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 압축성형하기 위해서 오토클레이브(autoclave) 성형법이 사용될 수 있다. 즉, 원통형 맨드렐(121)에 감긴 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 오토클레이브 장치(200A) 내 받침대(210) 위에 올려놓고 가열 및 진공 가압하여 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 압축한다. 오토클레이브 성형법을 이용하여 적층된 탄소섬유 프리프레그(CP1)들 사이의 내부 진공을 유지하면, 내부에 있는 열경화성 수지로부터 발생되는 휘발성분이 제거되고, 여러 겹의 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 서로 접합될 때 기포가 제거되어, 치밀하게 접합된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 얻을 수 있다.
또는, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 압축성형하기 위해서 진공백(vacuum bag) 성형법이 사용될 수도 있다. 즉, 진공백(F)과 진공펌프(P)로 구성된 진공백 장치(200B)를 이용하여 압축하는데, 원통형 맨드렐(121)에 감긴 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 진공백에 넣고 진공펌프로 내부 공기를 빼내어 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 압축한다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
압축성형을 마친 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 원통형 맨드렐(121)로부터 분리한 후, 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 형상을 가공한다.
탄소웨어링 프리폼(CP2)을 설정된 폭으로 절단하고, 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 내주면과 외주면을 매끄럽게 연마한다. 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 내주면과 외주면은 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 시작부분과 끝부분이 돌출되어 있다. 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 내주면과 외주면에 형성된 이 돌출부분을 제거하여 내주면과 외주면을 매끄럽게 가공한다.
이하, 제4단계(S14)를 설명한다.
설정된 형상으로 가공된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열경화성 수지(R)에 함침시킨 후 경화시킨다.
도 7에 도시된 바와 같이, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열경화성 수지(R)에 함침시키기 위해서, 열경화성 수지(R)가 채워진 함침 챔버(411)에 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 넣고 가열하며, 진공가압부(412)로 진공 가압한다. 함침은, 불활성분위기, 대기압 이하의 압력, 700∼1000℃ 에서 이루어진다. 그러면, 탄소섬유직물 사이에 열경화성 수지(R)가 채워지지 않아 발생하는 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 미세 공극으로 열경화성 수지(R)가 채워져 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 밀도가 더 높아질 수 있다.
함침 전 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 밀도는 1.3 ~ 1.5 g/cm3 정도이다. 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열경화성 수지(R)에 함침시키게 되면, 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 밀도를 1.4 ~ 1.7 g/cm3로 더 높일 수 있다. 함침과 경화 과정은 반복적으로 실시됨으로써, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 치밀하게 밀도화시킬 수 있다.
한편, 간단하게 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 표면에만 열경화성 수지를 도포한 후, 열수축필름 혹은 열수축밴드를 감은 후, 오븐에 넣고 함침시킬 수 있다. 이 경우, 함침공정은 진공 또는 상압 분위기, 경화온도 150~200℃에서 진행된다. 이로 인해, 함침 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.
이하, 제5단계(S15)를 설명한다.
밀도화된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 표면처리한다. 즉, 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 표면을 다이아몬드 연마기 등으로 연마하여 매끄럽게 표면처리한다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 제조방법을 자세히 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 제조방법은,
탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만들되, 상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 상기 탄소섬유 프리프레그의 표면에 첨가제를 분사하는 제1단계(S21);
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 성형하는 제2단계;
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계(S23);
상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계(S24); 및
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계(S25)로 구성된다. 본 실시예는 제1실시예와 비교하여, 제4단계에만 차이가 있다. 동일한 단계에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
이하, 제4단계(S24)를 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 설정된 형상으로 가공된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 첨가제(A)가 혼합된 열경화성 수지(R)에 함침시킨 후 경화시킨다. 본 단계는 제1실시예의 제4단계와 비교하여 기능에 따른 첨가제(A)가 부가된다는 점에 차이가 있다. 이하, 동일한 점에 대한 자세한 설명은 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 첨가제(A)가 혼합된 열경화성 수지(R)에 함침시키면, 탄소섬유직물 사이에 첨가제(A)가 열경화성 수지(R)와 함께 채워진다. 첨가제(A)의 종류에 따라 완성되는 탄소웨어링의 성능이 향상될 수 있다.
첨가제(A)로는 금속분말, SiC 분말, 흑연분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 추가될 수 있다.
금속분말로는, 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 무른 금속에 속하는 구리, 은, 금속실리콘을 사용하면, 웨어링에 전달되는 회전력과 충격력을 완충할 수 있다. 금(Au)이나 백금(Pt)도 사용할 수도 있지만, 가격이 비싸다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 구리, 은, 금속실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 금속분말로, 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 콜롬븀(Cb), 코발트(Co), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 세륨(Ce), 철(Fe) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 금속분말을 사용하면, 웨어링의 경도, 내마모성이 향상된다.
SiC 분말, 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 또한, 강도와 경도가 좋아 웨어링의 경도 및 내마모성을 향상시킨다. 특히, 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브는 강도, 경도가 좋을 뿐만 아니라 자기 윤활성이 있어 마찰에 강하다. 따라서, 웨어링의 내마모성이 더 향상된다. 함침과 경화 과정은 반복적으로 실시됨으로써, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 치밀하게 밀도화시킬 수 있다.
한편, 간단하게 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 표면에만 첨가제(A)가 혼합된 열경화성 수지를 도포한 후, 열수축필름 혹은 열수축밴드를 감은 후, 오븐에 넣고 함침시킬 수 있다. 이 경우, 함침공정은 진공 또는 상압 분위기, 경화온도 150~200℃에서 진행된다. 이로 인해, 함침 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 제조방법을 자세히 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 제조방법은,
탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만들되, 상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 상기 탄소섬유 프리프레그의 표면에 첨가제를 분사하는 제1단계(S31);
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 성형하는 제2단계(S32);
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계(S33);
상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계(S34); 및
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계(S35)로 구성된다. 본 실시예는 제1실시예와 비교하여, 제1단계에만 차이가 있다. 동일한 단계에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
이하, 제1단계(S31)를 설명한다.
본 단계는 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 원통형 맨드렐(121)에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 만드는 점에서 제1실시예의 제1단계와 동일하다. 그러나, 제1실시예의 제1단계와 달리, 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 와인딩할 때, 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면에 첨가제(A)를 분사한다. 이하, 동일한 점에 대한 자세한 설명은 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 와인딩할 때, 첨가제 분사부(160)에 의해 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면에 첨가제(A)가 분사되면, 겹쳐지는 탄소섬유 프리프레그(CP1) 사이사이로 첨가제(A)가 들러붙게 된다. 첨가제(A)의 종류에 따라 완성되는 탄소웨어링의 성능이 향상될 수 있다.
탄소섬유 프리프레그(CP1)를 와인딩할 때, 와인딩되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 층에 따라 다른 종류의 첨가제(A)를 분사한다. 이렇게 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 층 마다 다른 종류의 첨가제(A)를 넣을 수 있는 이유는, 웨어링을 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 와인딩해서 제조하기 때문이다.
실시예1
임펠러웨어링(6)으로 사용되는 탄소웨어링을 만드는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 회전 마찰면, 즉 케이스웨어링(7)과 마주하는 최외주면에는 강도, 경도가 좋을 뿐만 아니라 자기 윤활성이 있어 마찰에 강한 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 첨가제(A1)로 분사되고, 나머지 층들은 임펠러웨어링(6)에 전달되는 회전력과 충격력을 완충할 수 있도록 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 금속 분말이 첨가제(A2)로 분사된다.
실시예2
케이스웨어링(7)으로 사용되는 탄소웨어링을 만드는 경우에는, 임펠러웨어링(6)의 경우와 반대로, 회전 마찰면, 즉 임펠러웨어링(6)과 마주하는 최내주면에 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 첨가제(A1)로 분사되고, 나머지 층들은 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 금속 분말이 첨가제(A2)로 분사된다.
이와 같이, 제조되는 웨어링의 종류에 따라 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 와인딩할 때, 와인딩되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 층에 따라 분사되는 첨가제(A)를 달리하는 경우, 완성된 탄소웨어링의 내마모성을 극대화할 수 있다.
1: 수중 축류 펌프 2: 케이스
3: 모터 4: 축
5: 임펠러 6: 임펠러웨어링
7: 케이스웨어링 8: 웨어링
110: 공급부 121: 원통형 맨드렐
130: 가열부 140: 커팅부
150: 지지부 160: 첨가제 분사부
200A: 오토클레이브 장치 210: 받침대
200B: 진공백 장치 A, A1, A2: 첨가제
CP1: 탄소섬유 프리프레그 CP2: 탄소웨어링 프리폼
F: 진공백 P: 진공펌프

Claims (5)

  1. 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만드는 제1단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 압축성형하는 제2단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계; 및
    상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법.
  2. 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만드는 제1단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 압축성형하는 제2단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼을 첨가제가 혼합된 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계; 및
    상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법.
  3. 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만들되, 상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 상기 탄소섬유 프리프레그의 표면에 첨가제를 분사하는 제1단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 성형하는 제2단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 제3단계;
    상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 제4단계; 및
    상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1단계는,
    상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 상기 탄소섬유 프리프레그의 표면을 가열하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2단계는,
    상기 탄소웨어링 프리폼을 오토클레이브 성형법 또는 진공백 성형법으로 압축성형하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법.
KR1020210099644A 2021-07-29 2021-07-29 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법 KR102337118B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210099644A KR102337118B1 (ko) 2021-07-29 2021-07-29 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210099644A KR102337118B1 (ko) 2021-07-29 2021-07-29 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR102337118B1 true KR102337118B1 (ko) 2021-12-09
KR102337118B9 KR102337118B9 (ko) 2023-05-11

Family

ID=78866181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210099644A KR102337118B1 (ko) 2021-07-29 2021-07-29 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102337118B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000052468A (ja) * 1998-08-05 2000-02-22 Tenryu Ind Co Ltd カーボン繊維を含む芯材、これを使用した可撓性長尺シート材用のガイドローラ及びその製造方法
JP2000130428A (ja) * 1998-10-22 2000-05-12 Mitsubishi Rayon Co Ltd 複合ロール及びその製造方法
JP3121861B2 (ja) * 1991-06-13 2001-01-09 富士重工業株式会社 複合材の成形方法
KR101572913B1 (ko) 2015-07-24 2015-11-30 (유)한성산기 탄소-탄소 복합재 라이너 링이 장착된 펌프
KR20180029350A (ko) * 2016-09-12 2018-03-21 주식회사 더불룸 연속 탄소섬유 강화 복합재료의 제조방법과 복합성형체의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3121861B2 (ja) * 1991-06-13 2001-01-09 富士重工業株式会社 複合材の成形方法
JP2000052468A (ja) * 1998-08-05 2000-02-22 Tenryu Ind Co Ltd カーボン繊維を含む芯材、これを使用した可撓性長尺シート材用のガイドローラ及びその製造方法
JP2000130428A (ja) * 1998-10-22 2000-05-12 Mitsubishi Rayon Co Ltd 複合ロール及びその製造方法
KR101572913B1 (ko) 2015-07-24 2015-11-30 (유)한성산기 탄소-탄소 복합재 라이너 링이 장착된 펌프
KR20180029350A (ko) * 2016-09-12 2018-03-21 주식회사 더불룸 연속 탄소섬유 강화 복합재료의 제조방법과 복합성형체의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102337118B9 (ko) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3873168A (en) Laminated composite article with improved bearing portion
US3966523A (en) Method of making filament reinforced composite rings from plural flat filamentary spiral layers
US5803210A (en) Disk brakes
JPH10693A (ja) 繊維強化樹脂複合材製円筒部品およびその製造方法
JPS5936133B2 (ja) ポリウレタン・ゴム・ロ−ル及びその製造方法
US8273203B2 (en) Method and apparatus for manufacturing prepreg sheet and prepreg sheet
KR102337118B1 (ko) 내마모성이 향상된 탄소웨어링 제조방법
JPH08166011A (ja) 磁気記録媒体のカレンダー用樹脂ロールおよびその製造法
JPS61194197A (ja) ローラー及びその製造方法
KR102502735B1 (ko) 탄소웨어링 성형체 제조장치
CN108367414A (zh) 具有减小的重量的研磨体
AU2002344058B2 (en) Process for producing resin roll
US3713934A (en) Method of producing friction facings
JPH01260092A (ja) 硬質ロールの製造法
KR100938098B1 (ko) 웨어링 제조방법
CA2010991C (en) Abrasive material
CN114436670A (zh) 一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法
JP4252864B2 (ja) 水中用摺動部材ならびにその製造方法
JP4008785B2 (ja) 水中用摺動部材ならびにその製造方法
CN114430218B (zh) 转子、电机及转子的制造方法
JPH068354A (ja) 繊維強化樹脂製ロールおよびその製造方法
JP2004338270A (ja) 繊維強化樹脂複合材料の製造方法および繊維強化樹脂複合材料
JP2004322629A (ja) 繊維強化樹脂成形体及びその製造法
CN112564351B (zh) 一种高速电机用复合材料套筒及其制备方法
JPH08150665A (ja) 複合構造材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]