KR102386440B1 - 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치 - Google Patents

Abstract

복합소재 성형용 프리프레그 예열장치가 개시된다. 개시된 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치는 ⅰ)프레임과, ⅱ)프레임에 설치되며, 프리프레그(prepreg)를 설정된 이송경로를 따라 이송시키는 이송 컨베이어와, ⅲ)이송 컨베이어의 상측에서 이송경로를 따라 프레임에 설치되며, 이송 컨베이어를 통해 프리프레그의 투입 및 배출이 가능하게 구비되는 예열로를 포함하며, 예열로는 프리프레그의 이송방향에 따른 양쪽 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분에 대응하여 고온 분위기를 조성하는 고온부와, 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분에 대응하여 고온부의 고온 분위기 보다 낮은 온도의 저온 분위기를 조성하는 저온부를 구획 형성할 수 있다.

Description

복합소재 성형용 프리프레그 예열장치 {PREPREG PREHEATING APPARATUS FOR FORMING COMPLEX MATERIALS}

본 발명의 실시 예는 복합소재 성형 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프리폼(preform) 성형공정에서 프리프레그(prepreg)를 예열하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 관한 것이다.

최근에는 차체의 고강도 경량화 추세에 따라 차체 소재로서, 초고장력강 등과 같은 강판, 알루미늄 또는 마그네슘 등과 같은 비철 금속판재, 이 뿐만 아니라 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS) 등과 같은 플라스틱 복합소재의 판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다.

여기서, 플라스틱 복합소재는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 항공 분야나 자동차 분야에서 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 당 업계에서는 플라스틱 복합소재의 향후 사용이 더욱 확대되고, 제조량 또한 비약적으로 증가될 것으로 기대하고 있다.

플라스틱 복합소재는 플라스틱 수지류에 섬유소재를 함침하여 경화시킨 것으로, 예를 들면 탄소섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 탄소섬유를 플라스틱 수지류에 함침하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다.

즉, 플라스틱 수지류는 경도가 우수한 반면 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 탄소섬유는 인장강도가 높지만 굽힘 반발력이 없기 때문에, 플라스틱 복합소재는 이들 플라스틱 수지류와 탄소섬유를 결합하여 제조될 수 있다.

플라스틱 복합소재는 프리폼(preform) 성형공정 및 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 공정을 통하여 제조될 수 있다. 프리폼 성형공정에서는 프리프레그(prepreg)를 예열하여 연화시킨 후 적층하고, 그 적층된 프리프레그를 성형 금형으로 압착하며 프리폼 성형체를 성형한다. 그리고, 수지이송몰딩 공정에서는 몰딩 금형 내에 여러 장의 프리폼 성형체를 안착시키고 그 몰딩 금형에 수지를 주입하여 경화시키며 원하는 형상의 복합소재 성형체를 성형한다.

여기서, 상기 프리프레그라 함은 섬유 강화 복합재료용의 중간 기재로, 섬유소재(강화섬유)에 열경화성 수지 또는 열가소성 수지의 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료를 의미한다.

한편, 상기 프리프레그를 예열하는 공정에서는 일 예로, 이송 컨베이어를 따라 프리프레그를 예열로(당 업계에서는 통상 "건조로"라고도 한다) 내부로 이송시키며, 그 예열로 내부의 히터로부터 방사되는 열풍 또는 적외선(원적외선)으로서 프리프레그를 예열할 수 있다.

그런데, 예열로를 통과하며 히터를 통해 예열된 프리프레그는 열에 의해 연화되는 성질이 있기 때문에, 종래 기술에서는 예열로를 통과한 프리프레그의 적층 시, 적층 편차가 발생함으로써 최종 프리폼 성형체의 성형 불량을 야기할 수 있다.

더 나아가, 종래 기술에서는 예열이 완료된 프리프레그를 그리퍼를 통해 프리폼 성형 금형으로 이동시키는 때, 그리퍼를 통해 프리프레그를 클램핑 또는 진공 흡착하는데 어려움이 따르며, 이는 예열 후속 공정의 이송 자동화를 구현하는데 불리한 요소로 작용한다.

상기와 같은 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 프리프레그의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분만을 연화시키며, 예열이 완료된 프리프레그의 적층 편차를 최소화시킬 수 있도록 한 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 예열이 완료된 프리프레그를 그리퍼와 같은 이송장치를 통해 예열 후속 공정으로 이송하는 이송 자동화를 구현할 수 있도록 한 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치는, ⅰ)프레임과, ⅱ)상기 프레임에 설치되며, 프리프레그(prepreg)를 설정된 이송경로를 따라 이송시키는 이송 컨베이어와, ⅲ)상기 이송 컨베이어의 상측에서 상기 이송경로를 따라 상기 프레임에 설치되며, 상기 이송 컨베이어를 통해 프리프레그의 투입 및 배출이 가능하게 구비되는 예열로를 포함하며, 상기 예열로는 상기 프리프레그의 이송방향에 따른 양쪽 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분에 대응하여 고온 분위기를 조성하는 고온부와, 상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분에 대응하여 상기 고온부의 고온 분위기 보다 낮은 온도의 저온 분위기를 조성하는 저온부를 구획 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분을 제1 부분이라 하고, 상기 제1 부분을 제외한 나머지 부분을 제2 부분이라고 할 때, 상기 고온부는 상기 제2 부분으로 열을 방출하는 히팅유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 저온부는 상기 히팅유닛으로부터 상기 제1 부분으로 방출되는 열을 차단하며, 상기 제1 부분을 냉각하는 쿨링유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 히팅유닛은 상기 예열로의 내측 상부에 상기 이송경로를 따라 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 쿨링유닛은 상기 제1 부분과 일정 갭을 두고 상기 이송경로를 따라 상기 예열로의 내측 양 사이드부에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 히팅유닛은 150~200℃의 열을 방출할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치는, ⅰ)프레임과, ⅱ)상기 프레임에 설치되며, 프리프레그(prepreg)를 설정된 이송경로를 따라 이송시키는 이송 컨베이어와, ⅲ)상기 프리프레그의 투입 및 배출이 가능한 예열 공간을 형성하며, 상기 이송 컨베이어의 상측에서 상기 이송경로를 따라 상기 프레임에 설치되는 예열로 본체와, ⅳ)상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분에 대응하며, 상기 예열로 본체의 내부 상면에 상기 이송경로를 따라 설치되는 히팅유닛과, ⅴ)상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분에 대응하며, 상기 이송경로를 따라 상기 예열로 본체의 내부 양측 면에 설치되는 쿨링유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 예열로 본체는 상기 히팅유닛에 의해 고온 분위기를 조성하는 고온부와, 상기 쿨링유닛에 의해 저온 분위기를 조성하는 저온부를 상기 예열 공간에 구획 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 히팅유닛은 열풍을 분사하는 열풍 분사기 및 원적외선을 조사하는 원적외선 조사기 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 쿨링유닛은 상기 히팅유닛으로부터 상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분으로 방출되는 열을 차단하는 블로킹 하우징과, 상기 블로킹 하우징 내부에 구비되며 냉각수를 유동시키는 냉각수 통로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 블로킹 하우징은 상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분과 일정 갭을 두고 상기 예열로 본체의 내부 양측 면에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 블로킹 하우징의 내부에는 상기 냉각수 통로를 상기 이송경로를 따라 상하 측으로 연결하는 격벽이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 격벽은 상기 블로킹 하우징의 내측을 상기 이송경로의 전후 방향을 따라 상하부로 구획할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 격벽의 일단은 상기 블로킹 하우징의 전면에 연결되고, 상기 격벽의 타단은 상기 블로킹 하우징의 후면과 이격되게 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 냉각수 통로는 상기 격벽의 하측에 위치하며 상기 냉각수를 유입하는 제1 통로와, 상기 제1 통로와 연결되며 상기 격벽의 상측에 위치하고 상기 냉각수를 배출하는 제2 통로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 통로는 상기 격벽의 타단과 상기 블로킹 하우징 후면 사이의 이격 구간을 통해 상호 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 있어서, 상기 제1 통로에는 냉각수 유입관이 연결되고, 상기 제2 통로에는 냉각수 배출관이 연결될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 히팅유닛과 쿨링유닛을 통하여 프리프레그의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분만을 예열하며 연화시킴에 따라, 소재 적층유닛에 대한 프리프레그의 적층 편차를 최소화함으로써 최종 프리폼 성형체의 성형 불량을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 예열이 완료된 프리프레그의 가장자리 부분을 그리퍼와 같은 자동 이송장치를 통해 용이하게 클램핑 또는 진공 흡착할 수 있으므로, 예열 후속 공정의 이송 자동화를 구현할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치를 도시한 측면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치를 도시한 정면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치에 적용되는 쿨링유닛을 도시한 단면 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 개략적인 측면 구성도이고, 도 3은 도 1의 개략적인 정면 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치(100)는 프리폼(preform) 성형공정 및 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 공정을 통하여 플라스틱 복합소재를 제조하기 위한 플라스틱 복합소재 제조 시스템에 적용될 수 있다.

여기서, 상기 플라스틱 복합소재는 예를 들어, 차체의 경량화를 도모하기 위해 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 사용될 수 있다. 그러나 상기 플라스틱 복합소재는 차체용 패널에 적용되는 것에 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물에 적용될 수도 있다.

더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체 조립용 부품의 플라스틱 복합소재를 제조하는 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 플라스틱 복합소재라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기와 같은 상기 플라스틱 복합소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있으며, 더 나아가서는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수도 있다.

예를 들면, 상기 플라스틱 복합소재는 플라스틱 수지류에 섬유소재(예를 들면, 탄소섬유)를 함침한 다수 매의 소재 레이어들을 적층하고 그 플라스틱 수지류를 경화하여 제작된 판재로 구비될 수 있다.

이러한 플라스틱 복합소재는 섬유소재를 강화재로 하며, 고강도고탄성의 경량 구조재서 주목받고 있는 첨단 복합 재료이고, 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있다.

그리고, 상기 플라스틱 복합소재는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치(100)는 플라스틱 복합소재 제조 시스템에서 수지이송몰딩 공정의 이전 공정인 프리폼 성형 공정에 적용될 수 있다.

프리폼 성형공정은 플라스틱 복합소재의 예비 성형체인 프리폼 성형체를 성형하는 공정이다. 프리폼 성형공정에서는 섬유소재에 열경화성 수지 또는 열가소성 수지의 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료인 프리프레그(prepreg)를 예열하여 연화시킨 후 다수 매로 적층하고, 그 적층된 프리프레그를 성형 금형으로 압착하며 프리폼 성형체를 성형한다.

그리고, 상기 프리폼 성형공정에서는 수지이송몰딩 공정에서 최종적으로 성형될 복합소재 성형체의 면적보다 큰 면적을 지닌 프리폼 성형체의 가장자리를 트리밍 하는 트리밍 공정을 수행한다.

한편, 수지이송몰딩 성형공정에서는 프리폼 성형공정에서 성형된 다수 매의 프리폼 성형체를 몰딩 금형 내에 적층하고, 그 몰딩 금형으로 수지를 주입하여 경화시키며 원하는 형상의 복합소재 성형체를 성형한다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치(100)는 프리폼 성형 공정에서 성형 금형에 의한 프리프레그(1)의 성형성을 향상시키기 위해, 프리프레그(1)에 열 에너지를 인가하여 섬유소재에 예비 함침한 매트릭스 수지를 연화시키는 기능을 하게 된다.

이러한 프리프레그 예열장치(100)는 본 발명의 실시 예에서, 프리프레그(1)의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분만을 연화시키며, 예열이 완료된 프리프레그(1)의 적층 편차를 최소화시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시 예는 예열이 완료된 프리프레그(1)를 그리퍼와 같은 이송장치를 통해 예열 후속 공정으로 이송하는 이송 자동화를 구현할 수 있는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치(100)를 제공한다.

상기에서와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치(100)는 기본적으로, 이송 컨베이어(20), 예열로(30), 히팅유닛(50) 그리고 쿨링유닛(70)을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

상기와 같은 각종 구성 요소는 프레임(10)에 설치되는데, 그 프레임(10)은 각종 구성 요소를 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상의 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.

상기 프레임(10)에는 각종 구성 요소를 지지하기 위한 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록, 격벽, 리브, 레일, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 각종 구성 요소들을 프레임(10)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(10)으로 통칭한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 이송 컨베이어(20)는 프리프레그(1)를 설정된 이송경로를 따라 이송시키는 것으로, 프레임(10)에 길이 방향을 따라 설치된다. 예를 들면, 상기 이송 컨베이어(20)는 다수 개의 컨베이어 롤러(21)들을 통해 무한궤도 상으로 주행하는 컨베이어 벨트(23)를 포함할 수 있다. 상기 이송 컨베이어(20)는 프레임(10)의 길이 방향(전후 방향)을 따라 주행하는 이송라인을 형성한다.

이러한 이송 컨베이어(20)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 컨베이어 장치로서 이루어지므로 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 예열로(30)는 이송 컨베이어(20)를 따라 이송되는 프리프레그(1)를 예열하기 위한 것으로, 이송 컨베이어(20)를 통해 프리프레그(1)의 투입 및 배출이 가능하게 구비된다.

이러한 예열로(30)는 이송 컨베이어(20)의 상측에서 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 프레임(10)에 설치되는 예열로 본체(31)를 포함한다. 상기 예열로 본체(31)는 이송 컨베이어(20) 상에서 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 길게 배치된다. 그리고 상기 예열로 본체(31)는 프리프레그(1)의 투입 및 배출이 가능한 예열 공간을 형성하고 있다.

여기서, 상기 예열로 본체(31)는 이송 컨베이어(20)의 일측 단에서 프리프레그(1)를 예열 공간으로 투입하기 위한 투입구(33)와, 이송 컨베이어(20)를 통해 예열 공간을 통과한 프리프레그(1)를 이송 컨베이어(20)의 다른 일측 단으로 배출하기 위한 배출구(35)를 형성하고 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 예열 전의 프리프레그(1)를 이송 컨베이어(20)의 일측 단으로 공급하기 위한 소재 공급유닛(2)과, 예열이 완료된 프리프레그(1)를 이송 컨베이어(20)의 다른 일측 단으로부터 적층하기 위한 소재 적층유닛(3)을 포함하고 있다.

상기 소재 공급유닛(2)은 프리프레그(1)의 이송경로와 연장되게 이송 컨베이어(20)의 일측 단 측에 설치되며, 모터(5)를 통해 회전 가능하게 구비된다. 상기 소재 공급유닛(2)은 프리프레그(1)를 설정된 위치로 정 위치시키며, 이송 컨베이어(20)의 일측 단으로 공급할 수 있다.

그리고, 상기 소재 적층유닛(3)은 프리프레그(1)의 이송경로와 연장되게 이송 컨베이어(20)의 다른 일측 단 측에 설치되며, 작동 실린더(7)를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 구비된다. 상기 소재 적층유닛(3)은 예열이 완료된 프리프레그(1)를 설정된 위치로 정 위치시키며 다수 매로 적층할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 예열로 본체(31)는 예열 공간에 고온부(41)와 저온부(43)를 구획 형성하고 있다. 여기서, 상기 고온부(41)와 저온부(43)는 소정의 온도차를 갖는 상대적인 의미로서, 본 발명의 실시 예에서는 그 온도차를 어느 특정한 값으로 한정하지 않는다.

상기 고온부(41)는 예열로 본체(31)의 프리프레그(1)의 이송방향에 따른 양쪽 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분에 대응하여 고온 분위기(예를 들면, 150~200℃)를 조성한다.

그리고 상기 저온부(43)는 프리프레그(1)의 양쪽 가장자리 부분에 대응하여 고온부(41)의 고온 분위기 보다 낮은 온도의 저온 분위기를 조성한다. 이하에서는 프리프레그(1)의 양쪽 가장자리 부분을 편의 상 제1 부분(1a)이라 하고, 제1 부분(1a)을 제외한 나머지 부분을 편의 상 제2 부분(1b)이라 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 히팅유닛(50)은 예열로 본체(31)의 고온부(41)에 구성되는 것으로서, 예열로 본체(31)의 예열 공간에서 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)에 대응하여 고온 분위기를 조성하기 위한 것이다. 상기 히팅유닛(50)은 예열로 본체(31)의 예열 공간에서 열 에너지를 방출하며 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)을 예열(연화)하는 기능을 하게 된다.

상기 히팅유닛(50)은 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)에 대응하며 예열로 본체(31)의 내측 상면에 그 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 설치된다. 상기 히팅유닛(50)은 예열로 본체(31)의 내측 상면에 복수 개로 배치되는 바, 예를 들면 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)으로 열풍을 분사하는 열풍 분사기 또는 제2 부분(1b)으로 원적외선을 조사하는 원적외선 조사기를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 히팅유닛(50)은 예열로 본체(31)의 예열 공간에서 이송 컨베이어(20)를 통해 이송경로를 따라 이송되는 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)으로 150~200℃의 열을 방출할 수 있다.

이러한 히팅유닛(50)의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 히터 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 쿨링유닛(70)은 예열로 본체(31)의 저온부(43)에 구성되는 것으로서, 예열로 본체(31)의 예열 공간에서 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)에 대응하여 저온 분위기를 조성하기 위한 것이다.

상기 쿨링유닛(70)은 히팅유닛(50)으로부터 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)으로 방출되는 열을 차단하며, 제1 부분(1a)을 냉각하는 기능을 하게 된다. 상기 쿨링유닛(70)은 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)과 일정 갭(G)을 두고 그 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 예열로 본체(31)의 내측 양 사이드부(내부 양 측면)에 설치된다.

상기한 쿨링유닛(70)은 본 발명의 실시 예에서 블로킹 하우징(71)과 냉각수 통로(73)를 포함하고 있다. 상기 블로킹 하우징(71)은 히팅유닛(50)으로부터 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)으로 방출되는 열을 차단하는 기능을 하게 된다.

상기 블로킹 하우징(71)은 사방이 밀폐된 하우징으로, 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)과 일정 갭(G)을 두고 예열로 본체(31)의 내부 양측 면에 고정되게 설치된다.

이러한 블로킹 하우징(71)은 뒤에서 더욱 설명될 냉각수 통로(73)를 내부 공간에 형성하기 위한 격벽(75)을 형성하고 있다. 상기 격벽(75)은 냉각수 통로(73)를 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 상하 측으로 연결하는 기능을 하게 된다.

즉, 상기 격벽(75)은 블로킹 하우징(71)의 내부 공간을 프리프레그(1)의 이송경로 전후 방향을 따라 상하부로 구획한다. 여기서 상기 격벽(75)의 일단은 블로킹 하우징(71)의 전면에 연결되고, 격벽(75)의 타단은 블로킹 하우징(71)의 후면과 이격되게 구비된다.

이에 한정되지 않고 상기 격벽(75)의 일단은 블로킹 하우징(71)의 후면에 연결되고, 격벽(75)의 타단은 블로킹 하우징(71)의 전면과 이격되게 구비될 수도 있다. 그러나, 이하에서는 전자의 경우를 예로 들어 설명한다.

상기 냉각수 통로(73)는 비교적 저온의 냉각수를 유동시키며, 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)을 냉각하기 위한 것으로서, 블로킹 하우징(71)의 내부에 형성된다. 이러한 냉각수 통로(73)는 격벽(75)을 통하여 냉각수를 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 상측 및 하측으로 유동시키는 냉각수 스트림을 형성한다.

더 나아가, 상기 냉각수 통로(73)는 도 4에서와 같이, 격벽(75)을 통하여 블로킹 하우징(71)의 내부에서 상호 연결되는 제1 및 제2 통로(77, 79)를 형성한다. 상기 제1 통로(77)는 블로킹 하우징(71)의 내부에서 격벽(75)의 하측에 위치하며, 냉각수를 유입한다.

상기 제1 통로(77)는 블로킹 하우징(71)의 전면 또는 후면에서 냉각수를 유입하고, 그 냉각수를 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 유동시키며, 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)에 대응하는 블로킹 하우징(71)의 하면을 통해 제1 부분(1a)을 냉각할 수 있다. 여기서, 상기 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)에 대응하는 블로킹 하우징(71)의 하면은 열 전도성이 우수한 소재(예를 들면, 구리)로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제2 통로(79)는 격벽(75)의 타단과 블로킹 하우징(71) 후면 사이의 이격 구간을 통해 제1 통로(77)와 연결된다. 상기 제2 통로(79)는 격벽(75)의 상측에 위치하고, 냉각수를 블로킹 하우징(71)의 외부로 배출한다.

상기에서 제1 통로(77)에는 냉각수를 유입시키기 위한 냉각수 유입관(81)이 연결되고, 제2 통로(79)에는 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출관(83)이 연결된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 예에 따른 프리폼 성형공정에서는 섬유소재에 열경화성 수지 또는 열가소성 수지의 매트릭스 수지를 예비 함침한 프리프레그(1)를 소재 공급유닛(2) 상에 로딩한다. 그러면, 상기 소재 공급유닛(2)은 모터(5)에 의해 회전하며 프리프레그(1)를 설정된 위치로 정 위치시키며, 이송 컨베이어(20)의 일측 단으로 공급한다.

이에, 본 발명의 실시 예에서는 이송 컨베이어(20)를 통해 프리프레그(1)를 설정된 이송경로를 따라 이송시키며, 예열로 본체(31)의 투입구(33)를 통해 예열 공간으로 투입한다.

상기 프리프레그(1)는 예열로 본체(31)의 예열 공간에서 이송 컨베이어(20)에 의해 이송경로를 따라 이동하는데, 이러는 과정에 본 발명의 실시 예에서는 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)에 대응하는 예열 공간의 고온부(41)에서 히팅유닛(50)을 통해 설정된 온도의 열(예를 들면, 150~200℃의 열풍 또는 원적외선)을 방출하며, 그 고온부(41)에 고온 분위기를 조성한다. 즉, 상기 히팅유닛(50)은 예열 공간의 고온부(41)에서 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)으로 열 에너지를 방출한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 예열로 본체(31)의 예열 공간에서 이송 컨베이어(20)를 통해 이송되는 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)을 히팅유닛(50)으로부터 방출되는 열로서 연화시키며 예열할 수 있다.

이러는 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시 예에서는 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)에 대응하는 예열 공간의 저온부(43)에 쿨링유닛(70)을 통하여 고온부(41)의 고온 분위기 보다 낮은 온도의 저온 분위기를 조성한다.

상기 쿨링유닛(70)의 작용을 더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명의 실시 예에서는 히팅유닛(50)으로부터 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)으로 방출되는 열을 쿨링유닛(70)의 블로킹 하우징(71)을 통해 차단한다.

즉, 상기 블로킹 하우징(71)은 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)과 일정 갭(G)을 유지하며, 히팅유닛(50)으로부터 제1 부분(1a)으로 방출되는 열을 1차적으로 차단한다.

이와 동시에, 본 발명의 실시 예에서는 저온의 냉각수를 블로킹 하우징(71) 내부의 냉각수 통로(73)로 유동시키는데, 냉각수 유입관(81)을 통해 냉각수 통로(73)의 제1 통로(77)로 냉각수를 유입한다.

그러면, 본 발명의 실시 예에서는 블로킹 하우징(71) 내부의 격벽(75) 하측에서 제1 통로(77)를 통해 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 냉각수를 유동시키며, 그 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)을 냉각한다. 이 때 냉각수는 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)에 대응하는 블로킹 하우징(71)의 하면을 통해 저온 분위기를 조성하며 제1 부분(1a)을 냉각할 수 있다.

이렇게 제1 통로(77)를 따라 유동하는 냉각수는 격벽(75)의 이격 구간을 통해 그 격벽(75) 상측의 제2 통로(77)로 유입되고, 제2 통로(77)를 통해 프리프레그(1)의 이송경로를 따라 유동하며, 냉각수 배출관(83)을 통해 외부로 배출된다.

한편, 상기한 바와 같은 과정을 거치며 이송 컨베이어(20)를 통해 이송경로를 따라 이송되는 프리프레그(1)는 예열이 완료된 상태로 예열로 본체(31)의 배출구(35)를 통해 이송 컨베이어(20)의 다른 일측 단으로 배출된다.

그리고, 상기 프리프레그(1)는 이송 컨베이어(20)의 다른 일측 단 측에서 소재 적층유닛(3)에 다수 매로 적층되는데, 그 소재 적층유닛(3)은 작동 실린더(7)를 통해 상하 방향으로 이동함으로써 프리프레그(1)를 설정된 위치로 정 위치시키며 다수 매로 적층한다.

이 후, 상기 소재 적층유닛(3)에 적층된 프리프레그(1)는 그리퍼와 같은 자동 이송장치를 통해 클램핑 또는 진공 흡착되면서 성형 금형으로 이송된다.

여기서, 프리프레그(1)의 제2 부분(1b)은 히팅유닛(50)에 의해 예열되어 연화된 상태를 유지하며, 제1 부분(1a)은 쿨링유닛(70)에 의해 냉각되어 제2 부분(1b)에 비해 상대적으로 경화된 상태를 유지하게 된다. 이 경우, 상기 자동 이송장치는 프리프레그(1)의 제1 부분(1a)을 클램핑 또는 진공 흡착할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치(100)에 의하면, 프리프레그(1)의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분만을 예열하며 연화시킴에 따라, 소재 적층유닛(3)에 대한 프리프레그(1)의 적층 편차를 최소화함으로써 최종 프리폼 성형체의 성형 불량을 방지할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 예열이 완료된 프리프레그(1)의 가장자리 부분을 그리퍼와 같은 자동 이송장치를 통해 용이하게 클램핑 또는 진공 흡착할 수 있으므로, 예열 후속 공정의 이송 자동화를 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 프리프레그 1a... 제1 부분
1b... 제2 부분 2... 소재 공급유닛
3... 소재 적층유닛 5... 모터
7... 작동 실린더 10... 프레임
20... 이송 컨베이어 21... 컨베이어 롤러
23... 컨베이어 벨트 30... 예열로
31... 예열로 본체 33... 투입구
35... 배출구 41... 고온부
43... 저온부 50... 히팅유닛
70... 쿨링유닛 71... 블로킹 하우징
73... 냉각수 통로 75... 격벽
77... 제1 통로 79... 제2 통로
81... 냉각수 유입관 83... 냉각수 배출관
G... 갭

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 프레임;
   상기 프레임에 설치되며, 프리프레그(prepreg)를 설정된 이송경로를 따라 이송시키는 이송 컨베이어; 및
   상기 프리프레그의 투입 및 배출이 가능한 예열 공간을 형성하며, 상기 이송 컨베이어의 상측에서 상기 이송경로를 따라 상기 프레임에 설치되는 예열로 본체;
   상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분에 대응하며, 상기 예열로 본체의 내부 상면에 상기 이송경로를 따라 설치되는 히팅유닛; 및
   상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분에 대응하며, 상기 이송경로를 따라 상기 예열로 본체의 내부 양측 면에 설치되는 쿨링유닛;을 포함하고,
   상기 쿨링유닛은, 상기 히팅유닛으로부터 상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분으로 방출되는 열을 차단하는 블로킹 하우징과, 상기 블로킹 하우징 내부에 구비되어 냉각수를 유동시키는 냉각수 통로를 포함하며,
   상기 블로킹 하우징의 내부에는 상기 냉각수 통로를 상기 이송경로를 따라 상하 측으로 연결하는 격벽이 구비되는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 예열로 본체는,
   상기 히팅유닛에 의해 고온 분위기를 조성하는 고온부와, 상기 쿨링유닛에 의해 저온 분위기를 조성하는 저온부를 상기 예열 공간에 구획 형성하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 히팅유닛은,
   열풍을 분사하는 열풍 분사기 및 원적외선을 조사하는 원적외선 조사기 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
8. 삭제
9. 제5 항에 있어서,
   상기 블로킹 하우징은,
   상기 프리프레그의 양쪽 가장자리 부분과 일정 갭을 두고 상기 예열로 본체의 내부 양측 면에 설치되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
10. 삭제
11. 제5 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 블로킹 하우징의 내측을 상기 이송경로의 전후 방향을 따라 상하부로 구획하되,
    상기 격벽의 일단은 상기 블로킹 하우징의 전면에 연결되고, 상기 격벽의 타단은 상기 블로킹 하우징의 후면과 이격되게 구비되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 냉각수 통로는,
    상기 격벽의 하측에 위치하며, 상기 냉각수를 유입하는 제1 통로와,
    상기 제1 통로와 연결되며 상기 격벽의 상측에 위치하고, 상기 냉각수를 배출하는 제2 통로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 통로는,
    상기 격벽의 타단과 상기 블로킹 하우징 후면 사이의 이격 구간을 통해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
14. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 통로에는 냉각수 유입관이 연결되고,
    상기 제2 통로에는 냉각수 배출관이 연결되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형용 프리프레그 예열장치.
    

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