KR102407607B1 - 복합소재 성형 장치 - Google Patents

Abstract

복합소재 성형장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 복합소재 성형장치는, 프리폼 성형 공정에서 분할 성형된 각각의 제1 및 제2 분할 성형 소재를 수지이송몰딩 성형공정에서 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체로 성형하는 것으로서, ⅰ)상부 면에 성형 면을 형성하고, 성형 면으로 액상수지를 공급하기 위한 제1 수지 공급통로를 형성하고 있는 하부 다이와, ⅱ)하부 면에 성형 면을 형성하고, 성형 면으로 액상수지를 공급하기 위한 제2 수지 공급통로를 형성하며, 하부 다이의 상측에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이와, ⅲ)하부 다이의 성형 면 상으로 로딩된 제1 및 제2 분할 성형 소재 사이에 배치되고, 에어의 공급압에 의해 팽창되며, 하부 다이 및 상부 다이의 성형 면을 따라 제1 및 제2 분할 성형 소재를 블로우 성형하는 내열 탄성 튜브를 포함할 수 있다.

Description

복합소재 성형 장치 {COMPLEX MATERIALS FORMING DEVICE}

본 발명의 실시 예는 복합소재 성형 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형공정에서 복합소재 성형체를 설정된 형상으로 성형하는 복합소재 성형 장치에 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) 또는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 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 섬유 원단으로부터 재단된 섬유소재에 바인더를 도포하고, 히팅 플레이트를 통해 바인더를 용융하며, 그 바인더가 함침된 섬유소재를 프레스 금형에 적층하고, 프레스 금형을 통해 섬유소재를 압착하여 프리폼 성형체를 성형한다. 수지이송몰딩 공정에서는 몰딩 금형 내에 여러 장의 프리폼 성형체를 안착시키고 그 몰딩 금형에 수지를 주입하여 경화시키며 원하는 형상의 복합소재 성형체를 성형한다.

한편, 내부에 폐구간을 갖는 복합소재 성형체 또는 폐구간을 형성하며 이형 단면을 갖는 복합소재 성형체를 성형하는 경우, 상기한 바와 같은 수지이송몰딩 공정에서는 프리폼 성형공정에서 분할 성형된 성형 소재를 몰딩 금형을 통해 분할 성형체로 성형하고, 그 분할 성형체들을 접착제로 접착하여 결합하는 공정을 거치며 최종적인 복합소재 성형체를 제조한다.

그러나, 종래 기술에서는 수지이송몰딩 공정에서 서로 다른 몰딩 금형을 통해 분할 성형체를 각각 성형하고, 그 분할 성형체들을 접착제로 접착함에 따라, 전체적인 공정이 복잡하고, 제조 단가의 상승을 유발하며, 생산성이 저하될 수 있고, 복합소재 성형체의 대량 생산에 불리하다.

또한, 종래 기술에서는 각각의 몰딩 금형을 통해 성형된 분할 성형체를 접착 공정에서 접착제를 통해 접착함에 따라, 복합소재 성형체의 강성 저하 및 결함을 야기할 수 있다.

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 프리폼 성형공정에서 각각 분할 성형된 프리폼 성형체로서의 제1 및 제2 분할 성형 소재를 수지이송몰딩 공정에서 단일의 금형 설비를 통하여 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체로 성형할 수 있도록 한 복합소재 성형 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 방법은, 수지이송몰딩 성형공정에서 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체를 성형하기 위해, ⅰ)프리폼 성형 공정에서 분할 성형된 각각의 제1 및 제2 분할 성형 소재를 제공하는 단계와, ⅱ)상기 제1 분할 성형 소재를 하부 다이의 성형 면 상에 배치하는 단계와, ⅲ)상기 제1 분할 성형 소재 상에 내열 탄성 튜브를 배치하는 단계와, ⅳ)상기 내열 탄성 튜브 상에 상기 제2 분할 성형 소재를 배치하고, 성형 면을 갖는 상부 다이를 상기 하부 다이와 합형하는 단계와, ⅴ)상기 내열 탄성 튜브에 에어를 공급하며, 상기 에어의 압력으로서 상기 내열 탄성 튜브를 팽창시키며, 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재를 상기 하부 다이 및 상부 다이의 성형 면을 따라서 성형하는 단계와, ⅵ)상기 에어의 공급압을 유지하면서 액상수지를 상기 하부 다이 및 상부 다이의 성형 면으로 주입하는 단계와, ⅶ)상기 하부 다이와 상부 다이를 가열하여 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재에 함침된 액상수지를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 방법은, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 내부에 구성되는 히팅부재를 통해서 상기 하부 다이 및 상부 다이를 가열하며, 상기 액상수지를 경화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 방법은, 양단에 플랜지 단을 각각 형성하고 있는 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 방법은, 상기 내열 탄성 튜브의 팽창력 및 상기 액상수지의 경화에 의해 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재의 플랜지 단을 접합할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 방법은, 에어의 유출입이 가능하고, 에어 공급압에 의해 팽창되며, 원래의 형태로 탄성 복원 가능한 밀폐형 튜브로서의 상기 내열 탄성 튜브를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재는 카본섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber), 아라미드섬유(aramid fiber), 폴리에틸렌섬유(polyethylene fiber) 및 금속섬유(metal fiber) 중 하나를 선택적으로 적층하여 바인더로 접착할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 방법에 있어서, 상기 액상수지는 열 경화성 수지를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 장치는, 프리폼 성형 공정에서 분할 성형된 각각의 제1 및 제2 분할 성형 소재를 수지이송몰딩 성형공정에서 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체로 성형하는 것으로서, ⅰ)상부 면에 성형 면을 형성하고, 상기 성형 면으로 액상수지를 공급하기 위한 제1 수지 공급통로를 형성하고 있는 하부 다이와, ⅱ)하부 면에 성형 면을 형성하고, 상기 성형 면으로 액상수지를 공급하기 위한 제2 수지 공급통로를 형성하며, 상기 하부 다이의 상측에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이와, ⅲ)상기 하부 다이의 성형 면 상으로 로딩된 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재 사이에 배치되고, 에어의 공급압에 의해 팽창되며, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 성형 면을 따라 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재를 블로우 성형하는 내열 탄성 튜브를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 장치에 있어서, 상기 하부 다이에는 상기 제1 분할 성형 소재의 양측 플랜지 단을 지지하는 제1 지지 홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 장치에 있어서, 상기 상부 다이에는 상기 제2 분할 성형 소재의 양측 플랜지 단을 지지하는 제2 지지 홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 장치에 있어서, 상기 내열 탄성 튜브는 에어의 유출입이 가능하고, 에어 공급압에 의해 팽창되며, 원래의 형태로 탄성 복원 가능한 밀폐형 튜브로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 장치에 있어서, 상기 내열 탄성 튜브의 외 표면에는 길이 방향을 따라 가압 돌기들이 연속적으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형 장치는, 상기 제1 및 제2 수지 공급 통로로 액상수지를 공급하는 수지 공급부와, 상기 내열 탄성 튜브로 에어를 공급하는 에어 공급부와, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 성형 면을 따라서 상기 하부 다이 및 상부 다이의 내부에 설치되는 복수 개의 히팅부재들을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 프리폼 성형공정에서 각각 분할 성형된 제1 및 제2 분할 성형 소재를 수지이송몰딩 공정에서 단일의 금형 설비를 통해 내열 탄성 튜브로서 블로우 성형하며, 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체를 제조할 수 있으므로, 종래 기술에서와 같은 분할 성형체들의 접착 공정을 삭제할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 성형체의 전체적인 성형공정 및 성형 설비를 단순화시킬 수 있고, 설비 투자비 및 복합소재 성형체의 제조 단가를 절감할 수 있으며, 복합소재 성형체의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

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 성형 장치를 도시한 개략적인 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 적용되는 복합소재 성형체의 일 예를 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 장치에 적용되는 내열 탄성 튜브의 변형 예를 도시한 단면 구성도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 장치를 이용한 복합소재 성형 방법을 도시한 개략적인 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 성형장치를 도시한 개략적인 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)는 프리폼(preform) 성형공정 및 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형공정을 통해 복합소재 성형체를 성형하는 복합소재 성형 시스템에 적용될 수 있다.

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

더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체에 조립되는 차체 부품으로서의 복합소재 성형체를 성형하는 것으로 한정하여 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 적용되는 판재 부품으로서의 복합소재 성형체를 성형하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기와 같은 복합소재 성형체는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있고, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있으며, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수도 있다.

이러한 복합소재 성형체는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성이 있다.

한편, 상기에서 프리폼 성형공정은 복합소재 성형체의 예비 성형체를 성형하는 공정으로서, 플라스틱 수지류와 같은 바인더가 함침된 섬유소재들을 적층하고, 그 적층된 섬유소재를 상온에서 설정된 형상으로 프레스 성형하며, 프리폼 성형체로서의 성형 소재를 성형한다.

여기서, 상기 프리폼 성형체는 카본섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber), 아라미드섬유(aramid fiber), 폴리에틸렌섬유(polyethylene fiber) 및 금속섬유(metal fiber) 중 하나를 선택적으로 적층하여 바인더로 접착한 것으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기에서 수지이송몰딩 성형공정은 프리폼 성형공정에서 성형된 프리폼 성형체에 수지를 주입하며, 그 프리폼 성형체를 소정의 형상으로 몰딩 성형하고, 수지를 경화시키며 최종 제품인 복합소재 성형체를 제조한다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치(100)는 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체를 성형하기 위한 것이다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 적용되는 상기 복합소재 성형체(5)는 도 2에 도시된 바와 같이, 이형 단면을 갖는 제1 및 제2 부분(P1, P2)이 일체로 접합되며, 내부에 양단이 개방된 폐구간을 형성하고 있다. 상기 제1 및 제2 부분(P1, P2)은 길이 방향을 따라 양측에 구비된 플랜지부(F)를 통해 일체로 접합된다.

이러한 복합소재 성형장치(100)는 프리폼 성형공정에서 각각 분할 성형된 프리폼 성형체로서의 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 수지이송몰딩 공정에서 단일의 금형 설비를 통하여 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체(5)로 성형할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치(100)는 기본적으로, 하부 다이(10), 상부 다이(30) 및 내열 탄성 튜브(50)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 하부 다이(10)는 복합소재 성형체로서의 성형 제품 하부 형상에 대응하는 성형 면(11)을 상부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면(11)은 성형 제품의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 하형 스틸의 상부 면에 형성된다.

상기 하부 다이(10)의 성형 면(11)에는 최종 복합소재 성형체로 성형될 성형 소재로서의 제1 분할 성형 소재(1) 및 제2 분할 성형 소재(2)가 안착된다. 그리고 상기 성형 면(11)은 복합소재 성형체의 설정된 하부 형상 즉, 위에서 언급한 바 있는 복합소재 성형체(5)의 제1 부분(P1)에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.

여기서, 상기 제1 분할 성형 소재(1) 및 제2 분할 성형 소재(2)는 길이 방향을 따라 양측에 플랜지 단(3)을 각각 형성하고 있다. 상기 플랜지 단(3)은 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 상호 접합하는 접합 단으로 구비된다.

더 나아가, 상기 하부 다이(10)에는 제1 분할 성형 소재(1)의 양측 플랜지 단(3)을 지지하는 제1 지지 홈(15)이 형성된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 상부 다이(30)는 하부 다이(10)의 상측에서 구동부(33)를 통해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다. 예를 들면, 상기 구동부(33)는 공압 또는 유압에 의해 상하 방향으로 전진 및 후진 작동하는 작동 로드를 가진 복수의 구동 실린더를 포함할 수 있다.

상기 상부 다이(30)는 복합소재 성형체로서의 성형 제품 상부 형상에 대응하는 성형 면(31)을 하부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면(31)은 성형 제품의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 상형 스틸의 하부 면에 형성된다. 상기 성형 면(31)은 복합소재 성형체의 설정된 상부 형상 즉, 위에서 언급한 바 있는 복합소재 성형체(5)의 제2 부분(P2)에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.

더 나아가, 상기 상부 다이(30)에는 제2 분할 성형 소재(2)의 양측 플랜지 단(3)을 지지하는 제2 지지 홈(35)이 형성된다.

한편, 상기에서와 같은 하부 다이(10)의 내부에는 성형 면(11)으로 열경화성 수지로서의 액상수지를 공급하기 위한 제1 수지 공급통로(17)를 형성하고 있다. 그리고, 상기에서와 같은 상부 다이(30)의 내부에는 성형 면(31)으로 액상수지를 공급하기 위한 제2 수지 공급통로(37)를 형성하고 있다.

상기 제1 수지 공급통로(17) 및 제2 수지 공급통로(37)는 수지 공급부(60)를 통해 공급되는 액상수지를 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 성형 면(11, 31) 각각으로 주입할 수 있다.

다른 한편, 상기 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 내부에는 각각의 성형 면(11, 31)을 가열하기 위한 히팅부재(70)들이 설치되는데, 상기 히팅부재(70)들은 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 각 성형 면(11, 31)을 따라서 그 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 내부에 설치된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 내열 탄성 튜브(50)는 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 성형 면(11, 31)을 따라 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 블로우 성형하기 위한 것이다.

상기 내열 탄성 튜브(50)는 하부 다이(10)의 성형 면(11) 상으로 로딩된 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2) 사이에 배치되고, 에어의 공급압에 의해 팽창되면서 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 성형 면(11, 31)을 따라 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 블로우 성형할 수 있다.

이러한 내열 탄성 튜브(50)는 히팅부재(70)에 의해 가열된 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 열에 의해 변형되지 않는 통상적인 내열 고무 소재로 이루어진다. 상기 내열 탄성 튜브(50)는 에어의 유출입이 가능하고, 에어 공급압에 의해 팽창되며, 원래의 형태로 탄성 복원 가능한 밀폐형 튜브로 구비된다.

상기 내열 탄성 튜브(50)는 외 표면이 평평한 형태로 구비될 수 있고, 변형 예로서 도 3에 도시된 바와 같이 외 표면에 길이 방향을 따라 가압 돌기(51)들이 연속적으로 형성된 형태로 구비될 수도 있다.

여기서, 상기 가압 돌기(51)들은 내열 탄성 튜브(50)가 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2) 사이에서 에어의 공급압에 의해 팽창되며, 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 블로우 성형할 때, 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 성형 면(11, 31)을 따라 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 가압하는 기능을 하게 된다.

상기에서와 같은 내열 탄성 튜브(50)는 에어 공급부(80)를 통해 에어를 공급받아 팽창하게 되는데, 예를 들면 에어 공급부(80)는 공지 기술의 에어 블로워 또는 공기 압축기를 포함할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)를 이용한 복합소재 성형 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 장치를 이용한 복합소재 성형 방법을 도시한 개략적인 단면 구성도이다.

도 4를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 프리폼 성형 공정에서 분할 성형된 이형 단면의 제1 분할 성형 소재(1) 및 제2 분할 성형 소재(2: 도 5 참조)를 각각 제공한다.

상기 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)는 프리폼 성형 공정에서 성형된 프리폼 성형체로서, 카본섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber), 아라미드섬유(aramid fiber), 폴리에틸렌섬유(polyethylene fiber) 및 금속섬유(metal fiber) 중 하나를 선택적으로 적층하여 바인더로 접착한 것이다. 여기서, 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)의 양단에는 플랜지 단(3)을 형성하고 있다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 상부 다이(30)를 구동부(33)를 통해 하부 다이(10)로부터 상측 방향으로 이동시켜 그 하부 다이(10)와 상부 다이(30)를 이형시킨 상태에서, 제1 분할 성형 소재(1)를 하부 다이(10)의 성형 면(11) 상에 로딩한다. 이 때, 상기 제1 분할 성형 소재(1)의 양측 플랜지 단(3)은 하부 다이(10)의 제1 지지 홈(15)에 지지된다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 분할 성형 소재(1) 상에 수축 변형된 상태의 내열 탄성 튜브(50)를 로딩하고, 그 내열 탄성 튜브(50) 상에 제2 분할 성형 소재(2)를 로딩한다. 이 때, 상기 제2 분할 성형 소재(2)의 양측 플랜지 단(3)은 제1 분할 성형 소재(1)의 양측 플랜지 단(3)에 지지된다.

여기서, 상기 내열 탄성 튜브(50)는 통상적인 내열 고무 소재로 이루어지며, 에어의 유출입이 가능하고, 에어 공급압에 의해 팽창되며, 원래의 형태로 탄성 복원 가능한 밀폐형 튜브로 제공될 수 있다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 구동부(33)를 통해 상부 다이(30)를 하부 다이(10) 측으로 하강시키며, 그 하부 다이(10)와 상부 다이(30)를 합형시킨다. 이 때, 상기 상부 다이(30)의 제2 지지 홈(35)은 제2 분할 성형 소재(2)의 양측 플랜지 단(3)을 지지한다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 에어 공급부(80)를 통해 내열 탄성 튜브(50)의 내부로 에어를 공급하며, 그 에어의 압력으로서 내열 탄성 튜브(50)를 팽창시킨다.

이에, 상기 내열 탄성 튜브(50)는 에어의 공급압에 의해 팽창되면서 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 성형 면(11, 31)을 따라서 블로우 성형하는데, 가압 돌기(51)들을 통해 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 가압하며 블로우 성형한다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 내열 탄성 튜브(50)에 작용하는 에어의 공급압을 유지하면서, 수지 공급부(60)에 의해 열경화성 수지로서의 액상수지를 제1 및 제2 수지 공급통로(17, 37)를 통하여 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 성형 면(11, 31)으로 주입한다.

이에, 본 발명의 실시 예에서는 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 상부 다이(30)의 성형 면(31) 사이의 캐비티에서 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 액상수지에 함침시킬 수 있게 된다.

이어서, 본 발명의 실시 예에서는 하부 다이(10)와 상부 다이(30)를 가열하여 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)에 함침된 액상수지를 경화시키는데, 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 내부에 구성되는 히팅부재(70)들을 통해서 그 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)를 가열하며, 액상수지를 경화시킬 수 있다.

상기한 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 내열 탄성 튜브(50)의 팽창력 및 액상수지의 경화에 의해서 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)의 플랜지 단(3)을 일체로 접합할 수 있다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 구동부(33)를 통해 상부 다이(30)를 하부 다이(10)로부터 상측 방향으로 이동시키며 그 하부 다이(10)와 상부 다이(30)를 이형시킨 상태에서, 내열 탄성 튜브(50)로 공급된 에어를 배출시킨다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서는 상기 내열 탄성 튜브(50)를 원래의 형태로 수축 변형시키게 되면서, 도 2에서와 같은 복합소재 성형체(5)를 성형할 수 있게 된다.

이러한 복합소재 성형체(5)는 이형 단면을 갖는 제1 및 제2 부분(P1, P2)이 일체로 접합되며, 내부에 양단이 개방된 폐구간을 가진 형상 부품으로서, 제1 및 제2 부분(P1, P2)이 플랜지부(F)를 통해 일체로 접합된 구조로 이루어진다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 장치(100) 및 방법에 의하면, 프리폼 성형공정에서 각각 분할 성형된 제1 및 제2 분할 성형 소재(1, 2)를 수지이송몰딩 공정에서 단일의 금형 설비를 통해 내열 탄성 튜브(50)로서 블로우 성형하며, 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체(5)를 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 수지이송몰딩 공정에서 단일의 금형 설비를 통해 내열 탄성 튜브(50)로서 블로우 성형하며, 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체(5)를 제조할 수 있으므로, 종래 기술에서와 같은 분할 성형체들의 접착 공정을 삭제할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 성형체의 전체적인 성형 공정 및 성형 설비를 단순화시킬 수 있고, 설비 투자비 및 복합소재 성형체의 제조 단가를 절감할 수 있으며, 복합소재 성형체의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 내열 탄성 튜브에 의한 블로우 성형 방식으로 복합소재 성형체 성형하므로, 복합소재 성형체의 강성을 증대시킬 수 있으며, 복합소재 성형체의 접합 결함을 최소화할 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: 제1 분할 성형 소재 2: 제2 분할 성형 소재
3: 플랜지 단 5: 복합소재 성형체
10: 하부 다이 11, 31: 성형 면
15: 제1 지지 홈 17: 제1 수지 공급통로
30: 상부 다이 33: 구동부
35: 제2 지지 홈 37: 제2 수지 공급통로
50: 내열 탄성 튜브 51: 가압 돌기
60: 수지 공급부 70: 히팅부재
80: 에어 공급부 F: 플랜지부
P1: 제1 부분 P2: 제2 부분

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 프리폼 성형 공정에서 분할 성형된 각각의 제1 및 제2 분할 성형 소재를 수지이송몰딩 성형공정에서 폐구간을 갖는 이형 단면의 복합소재 성형체로 성형하는 복합소재 성형 장치로서,
   상부 면에 성형 면을 형성하고, 상기 성형 면으로 액상수지를 공급하기 위한 제1 수지 공급통로를 형성하고 있는 하부 다이;
   하부 면에 성형 면을 형성하고, 상기 성형 면으로 액상수지를 공급하기 위한 제2 수지 공급통로를 형성하며, 상기 하부 다이의 상측에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이; 및
   상기 하부 다이의 성형 면 상으로 로딩된 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재 사이에 배치되고, 에어의 공급압에 의해 팽창되며, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 성형 면을 따라 상기 제1 및 제2 분할 성형 소재를 블로우 성형하는 내열 탄성 튜브;를 포함하고,
   상기 내열 탄성 튜브는 에어의 유출입이 가능하며, 에어 공급압에 의해 팽창되고, 원래의 형태로 탄성 복원 가능한 밀폐형 튜브로 구비되되, 상기 내열 탄성 튜브의 외 표면에는 길이 방향을 따라 가압 돌기들이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 하부 다이에는 상기 제1 분할 성형 소재의 양측 플랜지 단을 지지하는 제1 지지 홈이 형성되고,
   상기 상부 다이에는 상기 제2 분할 성형 소재의 양측 플랜지 단을 지지하는 제2 지지 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 수지 공급 통로로 액상수지를 공급하는 수지 공급부와,
    상기 내열 탄성 튜브로 에어를 공급하는 에어 공급부와,
    상기 하부 다이 및 상부 다이의 성형 면을 따라서 상기 하부 다이 및 상부 다이의 내부에 설치되는 복수 개의 히팅부재들
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형 장치.

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