KR102369007B1 - 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 허니컴 내부에 발포비드를 채운 구조로 이루어져 내구성, 제작성 등을 향상시키는, 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

Description

전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법 {Electro-magnetic wave absorbing structure having honeycomb sandwich composite material using foamed bead for absorbing electro-magnetic wave and making method the same}
본 발명은 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충분한 전파흡수 기능성을 가지면서도 내구성, 제작성 등이 향상된 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 다양한 분야에서 전자기기들이 널리 사용되고 있다. 이러한 전자기기들은 각자 자신에게 필요한 유무선 형태의 전기신호를 사용하는데, 이러한 과정에서 다른 전자기기에서 발생되는 외부 전자파로 인하여 신호가 불량해지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히 정밀한 동작을 요하는 전자기기의 경우 이러한 외부 전자파의 영향은 무시할 수 없는 문제인 바, 전자파 간섭(EMI) 및 전자파 적합성(EMC)에 관한 연구가 다양하고 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. 전자파 간섭(EMI, Electro Magnetic Interference)은 회로 기능을 약화시키고 동작을 불량하게 하여 전자기기의 고장을 일으키게 할 수 있는 불필요한 신호로서, 장치가 동작되는 동안은 불가분하게 발생된다. 전자파 적합성(EMC, Electro Magnetic Compatibility)이란 전자파 환경의 양립성/적합성을 의미하는 것으로, 협의적 의미는 "전자파 환경의 양립성"이 되고, 광의적 의미는 노이즈를 다루는 학문의 총칭으로, 양립성이란 기기와 부품이 노이즈를 내지도 않고 노이즈의 영향을 받지도 않는 양립성을 말한다.
이러한 연구의 일환으로, 불필요한 전파를 흡수함으로써 결과적으로 이를 차폐하는 기능을 실현하는 복합재에 대한 연구가 있다. 한국특허등록 제1961302호("항공기 용 하이브리드 전파흡수구조체", 2019.03.18., 이하 '선행문헌')에는, 일정 두께를 갖는 복합재로 이루어진 스킨, 스킨 외면에 구비되는 저항체 및 스킨 내면에 구비되는 전파흡수재를 포함하는 전파흡수구조체가 개시된다. 선행문헌에 개시된 전파흡수구조체는, 입사파의 위상과 반대되는 위상의 반사파를 흡수하여 열로 변환시킴으로써 결과적으로 반사파를 발생시키기 않도록 하는 효과를 가지며, 이에 따라 상대의 레이더망에 탐지 가능성을 낮추어 은폐 기능을 수행하도록 항공기에 적용될 수 있는 우수한 성능을 가진다.
선행문헌과 같은 전파흡수구조체는 항공기에서의 레이더 탐지 방지와 같은 특수한 목적을 가지고 고성능으로 제작되는 것으로서, 다소 재료비용이 높거나 제작공정이 복잡하고 난해하다 하여도, 그 특수한 목적의 실현을 위하여 해당 산업분야에 기꺼이 적용될 수 있다. 그러나 일반적인 전자기기에서의 전자파 차폐 등과 같은 목적으로 사용되기에는 지나치게 고성능 및 고비용이기 때문에, 보다 재료비용이 낮고 제작공정이 쉬운 전파흡수구조체 재질의 개발이 필요하다.
도 1은 종래의 허니컴 샌드위치 복합재 구조로 된 전파흡수구조체의 한 실시예를 도시한 것이다. 종래에도 위와 같은 목적으로 적당한 성능에 저비용으로 제작할 수 있는 전파흡수구조체가 사용되어 왔으며, 도 1은 바로 그러한 종래의 전파흡수구조체의 실시예이다. 도시된 바와 같이, 종래의 전파흡수구조체는, 허니컴 구조로 된 중심판재의 상하면에 한 쌍의 외면판재가 접착 결합되되, 중심판재의 빈 공간부에 발포체가 채워진, 허니컴 샌드위치 복합재 형태로 제작된다. 실제 제작공정을 살펴보면, 중심판재의 한쪽 면에 하나의 외면판재를 접착하여 막고, 중심판재의 개방부에서 발포체 재료를 발포하여 허니컴 공간에 발포체를 채운 후, 나머지 하나의 외면판재를 접착하여 덮어주는 방식으로 제작공정이 이루어진다.
이와 같은 방식으로 제작된 종래의 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체는, 상술한 바와 같이 적당한 전파흡수성능을 가지면서도 저비용으로 생산이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 발포공정 후 허니컴에 발포체가 채워진 상태에서 건조공정이 이루어지는 중에 중력의 영향으로 형상이 변형되는 문제, 평면 형태가 아닌 곡면 형태의 판재에 발포공정을 수행하기가 매우 난해한 문제, 균일하게 발포하기가 어려운 문제 등 여러 문제점들이 꾸준히 지적되어 왔다.
1. 한국특허등록 제1961302호("항공기 용 하이브리드 전파흡수구조체", 2019.03.18.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 허니컴 내부에 발포비드를 채운 구조로 이루어져 내구성, 제작성 등을 향상시키는, 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체(100)는, 허니컴 구조로 형성되는 중심판재(110);상기 중심판재(110)의 상하면에 결합되는 한 쌍의 외면판재(120); 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 수용되며 전파흡수성능을 가지는 복수 개의 발포비드(130); 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 발포비드(130)는, 전파흡수용 물질이 혼합된 원재료가 사출되어 형성된 복수 개의 시드(seed, 135)가 발포되어 제조될 수 있다.
또한 상기 발포비드(130)는, 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간 부피의 70~90% 범위 내의 부피로 형성될 수 있다.
또한 상기 발포비드(130)는, 일방향으로 연장되어 단면직경보다 연장길이가 긴 형태로 형성되되, 1~2mm 범위 내의 단면직경 및 3~5mm 범위 내의 연장길이로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체의 제조방법은, 상술한 바와 같은 전파흡수구조체(100)를 제조하는 전파흡수구조체의 제조방법에 있어서, 상기 발포비드(130)가 제조되는 발포비드제조단계; 상기 중심판재(110)의 하면에 하나의 상기 외면판재(120)가 접착되어 하면을 막는 하측외면판재접착단계; 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 상기 발포비드(130)가 채워지는 발포비드수용단계; 상기 중심판재(110)의 상면에 나머지 하나의 상기 외면판재(120)가 접착되어 상면을 덮는 상측외면판재접착단계; 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 발포비드제조단계는, 발포체 제조용 원재료에 전파흡수용 물질이 혼합되어 혼합재료가 제조되는 단계, 상기 혼합재료가 사출되어 시드(135)가 제조되는 단계, 상기 시드(135)가 발포되어 상기 발포비드(130)가 제조되는 단계를 포함할 수 있다.
종래의 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체의 경우 허니컴 내부에 발포체를 직접 채워넣는 발포공정 후 건조공정 중에 형상 변형이 발생하거나, 곡면 판재의 경우 발포공정 자체가 매우 난해해지거나, 발포가 균일하게 이루어지지 못하는 등의 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면, 미리 발포시켜 만들어진 발포비드를 허니컴 내부에 채운 구조로 이루어지기 때문에, 상술한 바와 같은 발포공정 중의 문제들이 원천적으로 해소되는 효과가 있다. 즉 복합재 제작 중에서의 건조공정이 삭제되므로 제작 중 형상 변형이 효과적으로 방지되며, 판재의 형상이 복잡하더라도 발포비드를 채워넣고 외면판재를 덮어주기만 하면 되어 제작성이 크게 향상되고, 또한 발포비드를 채움으로써 균일도를 크게 향상하는 효과가 있는 것이다.
또한 제작이 완료된 전파흡수구조체에 있어서, 종래에는 내면에 발포체가 결합된 형태로 이루어져 있어서 만들어진 후에 형상을 변경하거나 하는 것이 매우 어려웠다. 반면, 본 발명의 경우 내부에 작은 알갱이 형태의 발포비드가 채워져 있기 때문에 만들어진 후에도 원하는 대로 형상을 적절히 변경할 수 있는 효과가 있으며, 더불어 발포비드에 의하여 외부 충격 등도 어느 정도 흡수함으로써 내충격성 또한 부가적으로 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 예를 들어 전파흡수구조체 일부가 손상된다 하더라도, 발포비드를 채워넣고 외면판재 일부만 보수하면 되기 때문에, 유지보수가 매우 유리해지는 효과가 있다. 물론 이에 따라, 종래에는 전파흡수구조체가 손상될 경우 교체비용이 상당히 소요되었던 반면, 본 발명에 의하면 보수비용만으로 해결이 가능하기 때문에 결과적으로 유지비용을 크게 절약하는 경제적 효과가 있다.
도 1은 종래의 허니컴 샌드위치 복합재 구조로 된 전파흡수구조체.
도 2는 본 발명의 허니컴 샌드위치 복합재 구조로 된 전파흡수구조체.
도 3은 본 발명의 발포비드 제조과정.
도 4는 본 발명의 전파흡수구조체의 제조과정.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 허니컴 샌드위치 복합재 구조로 된 전파흡수구조체를 도시한다. 도 2의 상측에는 상면도가, 도 2의 하측에는 단면도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전파흡수구조체(100)는, 중심판재(110), 외면판재(120), 발포비드(130)를 포함한다.
상기 중심판재(110)는 도 2 상측에 도시된 바와 같이 허니컴 구조로 형성된다. 허니컴이란 벌집 모양의 성형체로서, 내부에 공간을 형성하면서도 매우 높은 구조적 안정성을 가지므로 일반적으로 단열재료, 경량 구조재료, 모놀리스 촉매 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있어, 규격화된 제품으로도 많이 사용된다. 본 발명의 상기 중심판재(110)에 사용되는 허니컴은 육각형 하나의 직경이 1/16"(약 1.59mm), 1/8"(약 3.175mm), 3/16"(약 4.76mm)인 규격을 가질 수 있다.
한 쌍의 상기 외면판재(120)는 도 2 하측에 도시된 바와 같이 상기 중심판재(110)의 상하면에 결합된다. 상기 중심판재(110) 및 상기 외면판재(120) 간의 결합은 간단하게는 접착제를 이용할 수 있다.
상기 발포비드(130)는 전파흡수성능을 가지는 기능성 물질로 만들어지며, 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 수용된다. 종래에는 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 직접 발포공정을 수행하여 발포체를 채워넣는 방식으로 제조가 이루어졌는데, 이 과정에서 발포공정 후 건조공정 중에 형상 변형이 발생하거나, 곡면 판재의 경우 발포공정 자체가 매우 난해해지거나, 발포가 균일하게 이루어지지 못하는 등의 문제가 있었다. 그러나 본 발명에서는, 상기 발포비드(130)를 미리 제조해 놓은 후에(이 단계에서 건조공정까지 완료된다), 제조가 완료된 상기 발포비드(130)를 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 수용시킨다. 이에 따라 복합재 제작 중에서의 건조공정이 삭제되므로 제작 중 형상 변형이 효과적으로 방지되며, 판재의 형상이 복잡하더라도 상기 발포비드(130)를 채워넣고 상기 외면판재(120)를 덮어주기만 하면 되어 제작성이 크게 향상되고, 또한 상기 발포비드(130)를 채움으로써 균일도를 크게 향상할 수 있다.
종래에는 제작이 완료된 전파흡수구조체에 있어서, 내면에 발포체가 결합된 형태로 이루어져 있어서 만들어진 후에 형상을 변경하거나 하는 것이 매우 어려웠다. 반면, 본 발명의 경우 도시된 바와 같이 내부에 작은 알갱이 형태의 상기 발포비드(130)가 채워져 있기 때문에 만들어진 후에도 원하는 대로 형상을 적절히 변경할 수 있는 효과가 있으며, 더불어 상기 발포비드(130)에 의하여 외부 충격 등도 어느 정도 흡수함으로써 내충격성 또한 부가적으로 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 예를 들어 상기 전파흡수구조체(100) 일부가 손상된다 하더라도, 상기 발포비드(130)를 채워넣고 상기 외면판재(120) 일부만 보수하면 되기 때문에, 유지보수가 매우 유리해진다. 물론 이에 따라, 종래에는 전파흡수구조체가 손상될 경우 교체비용이 상당히 소요되었던 반면, 본 발명에 의하면 보수비용만으로 해결이 가능하기 때문에 결과적으로 유지비용을 크게 절약할 수 있다.
상기 발포비드(130)에 대하여 보다 상세히 설명한다. 상술한 바와 같이 상기 발포비드(130)는 전파흡수성능을 가지는 물질로 만들어지는데, 보다 구체적으로는, 상기 발포비드(130)는 전파흡수용 물질이 혼합된 원재료가 사출되어 형성된 복수 개의 시드(seed, 135)가 발포되어 제조된다.
도 3은 본 발명의 발포비드 제조과정을 단계적으로 도시하고 있다. 처음에는 도 3의 상측에 도시된 바와 같이, 발포체 제조용 원재료에 전파흡수용 물질이 혼합되어 혼합재료가 제조된다. 상기 발포체 제조용 원재료 및 상기 전파흡수용 물질은, 기존에 사용되어 온 물질들을 그대로 이용하여도 무방한 바, 따라서 본 발명에서 그 물질들이 특별히 한정되지 않는다. 다음으로 도 3의 중간에 도시된 바와 같이, 상기 혼합재료가 사출되어 시드(135)가 제조된다. 상기 시드(135)는 좁쌀처럼 매우 작고 단단한 알갱이 형태로 이루어진다. 마지막으로 도 3의 하측에 도시된 바와 같이, 상기 시드(135)가 발포됨으로써 비로소 상기 발포비드(130)가 제조되게 된다. 이 때 발포공정은 일반적인 발포체 제조 시에 사용되는 공정을 그대로 이용하여도 무방하며, 따라서 본 발명에서 그 공정조건 등이 특별히 한정되지는 않는다.
이와 같이 제조된 상기 발포비드(130)는, 상기 중심판재(110)의 허니컴 하나에 하나씩 수용되게 할 수 있다. 이를 위해 상기 발포비드(130)는, 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간 부피의 70~90% 범위 내의 부피로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 중심판재(110)의 허니컴 하나에 상기 발포비드(130) 하나가 수용되게 함으로써 상기 전파흡수구조체(100) 전체적인 균일도가 크게 향상됨이 자명하다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 중심판재(110)가 규격화된 허니컴 제품을 사용하는 경우, 즉 육각형 하나의 직경이 1/16"(약 1.59mm), 1/8"(약 3.175mm), 3/16"(약 4.76mm)인 규격인 허니컴을 사용하는 경우, 상기 발포비드(130)는 허니컴 내부공간에 원활히 수용될 수 있도록 1~2mm 범위 내의 단면직경 및 3~5mm 범위 내의 연장길이로 형성되게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 전파흡수구조체의 제조과정을 간략히 도시하고 있다. 본 발명의 전파흡수구조체의 제조방법은, 발포비드제조단계, 하측외면판재접착단계, 발포비드수용단계, 상측외면판재접착단계를 포함한다.
상기 발포비드제조단계에서는 상기 발포비드(130)가 제조되며, 도 3을 통해 이미 설명하였으므로 도 4에서는 도시를 생략하였다.
상기 하측외면판재접착단계에서는, 상기 중심판재(110)의 하면에 하나의 상기 외면판재(120)가 접착되어 하면을 막아주게 된다. 이처럼 상기 중심판재(110)의 하면이 막히되 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간의 상측은 개방된 상태가 되어 다음 단계를 준비할 수 있게 된다.
상기 발포비드수용단계에서는, 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 상기 발포비드(130)가 채워진다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 발포비드(130)는 허니컴 하나의 내부공간 부피의 70~90% 정도의 부피를 가지는 바, 허니컴 하나에 2개 이상의 상기 발포비드(130)가 채워지는 것이 효과적으로 방지된다. 즉 허니컴 내부공간 부피 및 상기 발포비드(130) 부피 비율에 의하여, 허니컴 하나하나마다 균일하게 하나씩의 상기 발포비드(130)가 채워질 수 있게 된다.
상기 상측외면판재접착단계에서는, 상기 중심판재(110)의 상면에 나머지 하나의 상기 외면판재(120)가 접착되어 상면을 덮어주게 된다. 이로써 상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 채워진 상기 발포비드(130)가 이탈하지 않고 안전하게 보호될 수 있게 된다.
부연하자면, 도 4에서는 상기 전파흡수구조체(100)가 평면 형태인 예시를 도시하고 그에 따라 설명하였다. 그러나 상기 전파흡수구조체(100)가 곡면 형상을 가질 수도 있는데, 이러한 경우에는 상기 발포비드(130)가 제조과정 중에 굴러떨어져 허니컴 내부공간을 이탈하지 않도록 곡면을 적절하게 회전시켜 가면서 부분적으로 상술한 단계들이 수행되게 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 전파흡수구조체
110 : 중심판재 120 : 외면판재
130 : 발포비드 135 : 시드

Claims (6)

  1. 허니컴 구조로 형성되는 중심판재(110);
    상기 중심판재(110)의 상하면에 결합되는 한 쌍의 외면판재(120);
    상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 수용되며 전파흡수성능을 가지는 복수 개의 발포비드(130);
    를 포함하며,
    상기 발포비드(130)는, 일방향으로 연장되어 단면직경보다 연장길이가 긴 형태로 형성되되, 1~2mm 범위 내의 단면직경 및 3~5mm 범위 내의 연장길이로 형성되어,
    허니컴 하나하나마다 균일하게 하나씩의 상기 발포비드(130)가 채워지는 것을 특징으로 하는 전파흡수구조체(100).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 발포비드(130)는,
    전파흡수용 물질이 혼합된 원재료가 사출되어 형성된 복수 개의 시드(seed, 135)가 발포되어 제조되는 것을 특징으로 하는 전파흡수구조체(100).
  3. 제 1항에 있어서, 상기 발포비드(130)는,
    상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간 부피의 70~90% 범위 내의 부피로 형성되는 것을 특징으로 하는 전파흡수구조체(100).
  4. 삭제
  5. 제 1항에 의한 전파흡수구조체(100)를 제조하는 전파흡수구조체의 제조방법에 있어서,
    상기 발포비드(130)가 제조되는 발포비드제조단계;
    상기 중심판재(110)의 하면에 하나의 상기 외면판재(120)가 접착되어 하면을 막는 하측외면판재접착단계;
    상기 중심판재(110)의 허니컴 내부공간에 허니컴 하나하나마다 균일하게 하나씩의 상기 발포비드(130)가 채워지는 발포비드수용단계;
    상기 중심판재(110)의 상면에 나머지 하나의 상기 외면판재(120)가 접착되어 상면을 덮는 상측외면판재접착단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파흡수구조체의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 발포비드제조단계는,
    발포체 제조용 원재료에 전파흡수용 물질이 혼합되어 혼합재료가 제조되는 단계,
    상기 혼합재료가 사출되어 시드(135)가 제조되는 단계,
    상기 시드(135)가 발포되어 상기 발포비드(130)가 제조되는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파흡수구조체의 제조방법.
KR1020200051492A 2020-04-28 2020-04-28 전파흡수용 발포비드를 이용한 허니컴 샌드위치 복합재 구조의 전파흡수구조체 및 그 제조방법 KR102369007B1 (ko)

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