KR102452576B1 - 복합판재의 성형방법 - Google Patents

Abstract

복합판재의 성형방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법은 상부 금형과 하부 금형으로 이루어져 순차적으로 배치된 복수개의 금형 세트 사이로 프리프레그를 연속적으로 공급하도록 상기 금형 세트의 전방에 상기 프리프레그를 로딩하는 소재로딩 단계, 복수개의 금형 세트 중, 첫번째 금형 세트를 통해 상기 프리프레그를 가열하는 가열 단계, 및 상기 프리프레그의 진행방향을 따라서 복수개 배치된 상기 금형 세트를 순차적으로 지나면서 상기 상부 금형과 하부 금형의 각 마주보는 면에 형성된 성형부에 의해 상기 프리프레그의 단면을 순차적으로 변화시키면서 성형하는 성형 단계를 포함한다.

Description

복합판재의 성형방법{FORMING METHOD AND COMPOSITE SHEET}

본 발명은 복합판재의 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열 및 냉각 공정과 성형 공정을 동시에 진행할 수 있는 복합판재의 성형방법에 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, 상기 플라스틱 복합소재는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성 등이 우수하기 때문에, 항공 분야나 자동차 분야에서 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 당 업계에서는 상기 플라스틱 복합소재의 향후 사용이 더욱 확대되고, 제조량 또한 비약적으로 증가될 것으로 기대하고 있다.

또한, 상기 복합소재는 수지류에 섬유소재를 함침하여 경화시킨 것으로, 예를 들어, 상기 탄소 섬유 강화 플라스틱은 탄소섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 직조한 후, 플라스틱 수지류에 함침하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다.

상기 플라스틱 수지류는 경도가 우수한 반면 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 상기 탄소섬유는 인장강도가 높지만 굽힘 반발력이 없기 때문에, 상기 탄소 섬유 강화 플라스틱은 이들 플라스틱 수지류와 탄소섬유를 결합하여 제조될 수 있다.

상기와 같은 수지류가 함침된 섬유소재를 복수매 겹친 후, 경화시킨 소재가 프리프레그이며, 상기 프리프레그는 가열하여 성형성을 향상시킨 후, 프리폼 성형을 통해서 복합판재를 제조할 수 있다.

그러나 종래 기술에 따른 프리프레그는 가열 공정과 프리폼 성형 공정을 따로 진행하여 성형해야함으로써, 공정 수가 늘어나고, 공정 시간이 길어지는 단점이 있다.

또한, 상기 프리프레그의 가열 공정 후, 냉각 공정이 반드시 추가되어야 하기 때문에, 이는 전체적인 사이클 타임을 증가시키는 원인이 되기도 한다.

이 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 예는 조건이 각각 다른 복수개의 금형 세트를 순차적으로 배치하여 프리프레그를 통과시킴으로써, 상기 프리프레그에 대하여 가열 공정, 성형 공정, 및 냉각 공정을 연속해서 수행할 수 있어 전체적인 사이클 타임을 줄일 수 있는 복판합재의 성형방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 복합판재를 성형하는 방법에 있어서, 상부 금형과 하부 금형으로 이루어져 순차적으로 배치된 복수개의 금형 세트 사이로 프리프레그를 연속적으로 공급하도록 상기 금형 세트의 전방에 상기 프리프레그를 로딩하는 소재로딩 단계, 복수개의 금형 세트 중, 첫번째 금형 세트를 통해 상기 프리프레그를 가열하는 가열 단계, 및 상기 프리프레그의 진행방향을 따라서 복수개 배치된 상기 금형 세트를 순차적으로 지나면서 상기 상부 금형과 하부 금형의 각 마주보는 면에 형성된 성형부에 의해 상기 프리프레그의 단면을 순차적으로 변화시키면서 성형하는 성형 단계를 포함하는 복합판재의 성형방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 가열 단계는 상기 첫번째 금형 세트가 상기 프리프레그를 100?~120? 사이의 온도에서 가열하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 성형 단계는 상기 프리프레그의 진행방향을 따라 순차적으로 온도가 낮아지는 금형 세트를 지나면서 성형되는 단계일 수 있다.

또한, 상기 성형 단계는 상기 프리프레그의 경화 온도와 동일한 온도로 이루어지는 마지막 금형 세트에 의해 냉각이 이루어지도록 구성되는 단계일 수 있다.

또한, 상기 성형 단계는 상기 프리프레그의 진행방향에 따라 폭 또는 단면적의 넓이가 점차 넓어지도록 형성되는 상기 성형부에 의해 성형되는 단계일 수 있다.

또한, 상기 성형 단계 이후에, 상기 금형 세트의 후방에 배치된 컷팅 장치에 의해 상기 프리프레그가 설정 간격만큼 컷팅되면서, 완성품인 복합판재로 성형될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 조건이 각기 다른 복수개의 금형 세트를 순차적으로 배치하여 프리프레그를 연속해서 공급함으로써, 상기 프리프레그에 대하여 가열 및 냉각 공정과 성형 공정을 동시에 수행할 수 있어 전체적인 사이클 타임을 줄일 수 있는 이점이 있다.

즉, 본 발명의 실시 예는 가열 및 냉각 공정과 성형 공정에 따른 장비를 각기 따로 구비하지 않아도 되기 때문에, 공정 투자비를 줄이면서도, 공정 시간을 크게 단축 시킬 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법에 적용되는 성형장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법을 통해 변화되는 프리프레그의 상태를 나타낸 도면이다.

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 도면부호를 적용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법에 적용되는 성형장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법을 나타낸 플로우 차트이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법을 개략적으로 나타낸 공정도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법을 통해 변화되는 프리프레그의 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법에 의해 제조된 복합판재는 예를 들어, 차체의 경량화를 도모하기 위해 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 사용될 수 있다.

상기 복합판재는 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 부품으로 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 적용되는 판재 부품이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기와 같은 복합판재는 복합소재로 이루어질 수 있으며, 상기 복합소재라 함은 복합섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 그 사이사이에 바인더를 적용하여 다수매를 접합한 소재를 말한다.

또한, 본 발명에서 프리프레그라 함은 다수매 겹친 상기 복합소재를 수지류에 함침시킨 소재를 말하며, 플라스틱 복합소재를 포함할 수 있다.

이때, 상기 플라스틱 복합소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수도 있다.

이러한 플라스틱 복합소재는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고, 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도서, 내식성, 및 진동 감소 성능이 우수한 특성이 있다.

또한, 상기 복합판재라 함은 상기와 같은 프리프레그를 성형 후, 경화시켜 제품으로 완성된 완성품을 말한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법에 적용되는 성형장치는 상부 금형(11)과 하부 금형(13)으로 이루어진 한쌍의 금형 세트(10)가 프리프레그(1)의 진행방향으로 순차적으로 복수개 배치된다.

이때, 상기 프리프레그(1)는 양측 단부를 지지하는 이송 장치(20)에 의해 지지되어 이동될 수 있다.

즉, 상기 이송 장치(20)는 상기 프리프레그(1)를 양측에서 지지하며, 상기 프리프레그(1)가 이동할 수 있도록 복수개의 롤러가 구비된다.

상기 복수개의 금형 세트(10) 중, 첫번째 금형 세트(10-1)를 제외한 나머지 금형 세트(10-2 ~ 10-n)에는 각 상기 상부 금형(11)과 하부 금형(13)의 마주보는 면에 성형부(15)가 각각 형성된다.

이때, 상기 성형부(15)는 상기 프리프레그(1)의 진행방향에 따라 폭 또는 단면적의 넓이가 점차 넓어지도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 성형부(15)는 상부 금형(11)과 하부 금형(13) 각각에 형성되며, 상기 상부 금형(11)에는 음각 성형부(15a)가 형성되고, 상기 하부 금형(13)에는 양각 성형부(15b)가 형성된다.

또한, 상기 금형 세트(10)는 상기 상부 금형(11)에 양각 성형부(15b)가 형성되고, 상기 하부 금형(13)에 음각 성형부(15a)가 형성되도 무방하다.

상기 음각 성형부(15a)와 양각 성형부(15b)는 매칭되어 상기 프리프레그(1)의 양면을 압착하게 된다.

더불어, 상기 프리프레그(1)의 진행방향으로 순차적으로 배치된 복수개의 금형 세트(10)는 점차적으로 셋팅 온도가 낮아지도록 각기 다른 온도로 셋팅된다.

좀더 상세하게는 상기 금형 세트(10) 중, 첫번째 금형 세트(10-1)의 셋팅 온도는 100℃ 이상 120℃이하의 온도에서 설정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 투입되는 상기 프리프레그(1)의 용융 온도에 따라 상기 셋팅 온도는 가변될 수 있다.

또한, 상기 금형 세트(10) 중, 마지막 금형 세트(10-n)의 셋팅 온도는 상기 프리프레그(1)의 경화 온도와 동일한 온도로 설정될 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법은 크게 소재로딩 단계(S1), 가열 단계(S2), 및 성형 단계(S3)를 포함한다.

상기 소재로딩 단계는 상기 상부 금형(11)과 하부 금형(13)으로 이루어져 순차적으로 배치된 복수개의 금형 세트(10) 사이로 프리프레그(1)를 연속적으로 공급하도록 상기 금형 세트(10)의 전방에 상기 프리프레그(1)를 전방에 로딩하는 단계이다(S1).

다음으로 상기 가열 단계는 상기 복수개의 금형 세트(10) 중, 첫번째 금형 세트(10-1)를 통해 상기 프리프레그(1)를 가열하는 단계이다(S2).

이때, 상기 첫번째 금형 세트(10-1)의 셋팅 온도는 상기 프리프레그(1)가 용융 가능한 온도인 100℃ 이상 120℃ 이하로 설정될 수 있다.

이어서 상기 성형 단계는 상기 프리프레그(1)가 순차적으로 배치된 복수개의 상기 금형 세트(10-2 ~ 10-n)를 지나면서 성형되는 단계이다(S3).

이때, 상기 성형 단계는 상부 금형(11)과 하부 금형(13)의 각 마주보는 면에 형성된 성형부(15)에 의해 상기 프리프레그(1)의 단면의 형상을 순차적으로 변화시킨다.

상기 성형부(15)는 상기 프리프레그(10)의 진행방향을 따라 폭 또는 단면적의 넓이가 점차 커지도록 형성된다.

여기서 상기 프리프레그(1)는 마지막 금형 세트(10-n)를 지나면서 경화된다.

마지막으로 상기 프리프레그(1)는 마지막 금형 세트(10-n)의 후방에 배치된 컷팅 장치(미도시)에 의해 설정간격으로 컷팅되는 컷팅 단계를 거친다(S4).

이에 따라, 완성품인 복합판재(5)를 얻을 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기와 같은 복합판재의 성형방법으로 성형된 프리프레그(1)의 전체적인 두께는 순차적으로 금형 세트(10-1 ~10-n)를 지나갈 때 마다 줄어들어 든다.

즉, 상기 프리프레그(1)는 첫번째 금형 세트(10-1)에 진입할 때의 두께가 가장 두껍고, 마지막 금형 세트(10-n)를 거쳐 복합판재(5)로 완성되었을 때의 두께가 가장 얇게 형성된다.

이는 복수개의 금형 세트(10-1 ~10-n)를 지나갈 때 마다 압착되어 두께가 얇아지는 것이다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법은 조건이 각기 다른 복수개의 금형 세트(10-1 ~10-n)를 순차적으로 배치하여 프리프레그(1)를 연속해서 공급함으로써, 가열 공정, 성형 공정, 및 냉각 공정을 동시에 수행할 수 있어 전체적인 사이클 타임을 줄일 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 성형방법은 가열 공정, 성형 공정, 및 냉각 고정에 따른 장비를 각기 따로 구비하지 않아도 되기 때문에, 공정 투자비를 줄이면서도, 공정 시간을 크게 단축 시킬 수 있는 이점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 프리프레그
5: 복합판재
10: 금형 세트
11: 상부 금형
13: 하부 금형
15: 성형부
20: 이송 장치

Claims (6)

1. 복합판재를 성형하는 방법에 있어서,
   상부 금형과 하부 금형으로 이루어져 순차적으로 배치된 복수개의 금형 세트 사이로 프리프레그를 연속적으로 공급하도록 상기 금형 세트의 전방에 상기 프리프레그를 로딩하는 소재로딩 단계;
   복수개의 금형 세트 중, 첫번째 금형 세트를 통해 상기 프리프레그를 100℃ 이상 120℃ 이하의 온도에서 가열하는 가열 단계; 및
   상기 프리프레그의 진행방향을 따라서 복수개 배치되어 순차적으로 온도가 낮아지는 금형 세트를 순차적으로 지나면서 상기 상부 금형과 하부 금형의 각 마주보는 면에 형성된 성형부에 의해 상기 프리프레그의 단면을 순차적으로 변화시키면서 상기 프리프레그의 경화 온도와 동일한 온도로 이루어지는 마지막 금형 세트에 의해 냉각이 이루어지도록 성형하는 성형 단계를 포함하며,
   상기 성형 단계는 상기 프리프레그의 진행방향에 따라 폭 또는 단면적의 넓이가 점차 넓어지도록 형성되는 상기 성형부에 의해 성형되고,
   상기 성형 단계 이후에, 상기 금형 세트의 후방에 배치된 컷팅 장치에 의해 상기 프리프레그가 설정 간격으로 컷팅되면서, 완성품인 복합판재로 성형되는 복합판재의 성형방법.
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