KR102492082B1 - 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법 - Google Patents

복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법 Download PDF

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Abstract

복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형은 복합소재로 이루어진 섬유의 인발성형 시, 상기 섬유에 수지를 함침하기 위한 수지함침금형에 있어서, 내부에 수지가 저장되고, 유입되는 수지에 로빙 섬유가 함침되며, 일정량의 상기 로빙 섬유가 뭉쳐져 섬유 다발이 배출되는 함침조, 상기 로빙 섬유가 유입되는 상기 함침조의 전방 측에 장착되고, 상기 로빙 섬유가 상기 함침조로 한가닥씩 떨어져서 유입될 수 있도록 복수개의 가이드홀을 가지는 가이더, 및 상기 가이더의 상부에 장착되어 자중에 의해 수지가 흘러내리면서 공급되도록 구성되는 노즐을 포함한다.

Description

복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법{RESIN IMPREGNATED MOLD FOR PULTRUSION MOLDING OF COMPOSITE MATERIAL AND PULTRUSION MOLDING METHOD OF COMPOSITE METERIAL USING THE SAME}
본 발명은 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복합소재의 인발성형 시, 공정을 최소화하고 생산품질을 향상시킬 수 있는 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법에 관한 것이다.
일반적으로 복합소재는 하나 이상의 소재를 혼합하여 사용하는 소재이다.
상기 복합소재는 수지와 섬유를 혼합하여 함침한 복합소재가 대표적이다.
이러한 복합소재는, 혼합되는 수지 및 섬유의 종류나, 섬유의 길이, 혼합 방법에 따라 강도 및 경도의 특성이 달라질 수 있다.
상기 복합소재는 금속과 비교할 때 유사한 강도를 형성하면서도, 무게가 가벼운 특징을 가진다.
종래 기술의 복합소재는 인발성형 공정을 통해 제품으로 제조된다.
종래 기술에서는 대략 900개에서 1000개의 로빙 섬유가 가이드금형을 통과하면서 꼬이지 않도록 정렬되고, 수지가 저장된 함침금형에 로빙 섬유를 침지하여 통과시키면서 상기 로빙 섬유에 수지를 적시고, 이를 다시, 성형금형에 통과시키며 일정 형태로 성형한다.
상기 성형금형을 통과하는 섬유 다발은 중공형 파이프 형태 등의 제품으로 제조되어 경화된다.
상기와 같은 과정을 거쳐서 제조된 제품은 원하는 길이에 맞게 절단된다.
여기서, 종래 기술에서는 로빙 섬유에 수지를 한번에 함침시키기 위하여 큰 압력이 필요하며, 이에 따라, 제조단가가 높아지는 요인이 되고 있다.
또한, 종래 기술에서는 함침금형의 내부로 유입되는 로빙 섬유에 수지를 한번에 함침시키기 때문에, 미함침구간이 발생하기 마련이며, 이로 인해, 상품성이 떨어지는 문제점도 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 함침조에 가이더를 적용하여 수지에 섬유를 두번에 걸쳐 함침시킴으로써, 수지가 미함침되는 것을 방지할 수 있는 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 복합소재로 이루어진 섬유의 인발성형 시, 상기 섬유에 수지를 함침하기 위한 수지함침금형에 있어서, 내부에 수지가 저장되고, 유입되는 수지에 로빙 섬유가 함침되며, 일정량의 상기 로빙 섬유가 뭉쳐져 섬유 다발이 배출되는 함침조, 상기 로빙 섬유가 유입되는 상기 함침조의 전방 측에 장착되고, 상기 로빙 섬유가 상기 함침조로 한가닥씩 떨어져서 유입될 수 있도록 복수개의 가이드홀을 가지는 가이더, 및 상기 가이더의 상부에 장착되어 자중에 의해 수지가 흘러내리면서 공급되도록 구성되는 노즐을 포함하는 복합소재의 인발성형용 수지함침금형을 제공할 수 있다.
또한, 상기 함침조는 내부가 중공인 박스형상으로 이루어지고, 바닥면이 상기 가이더의 반대 측으로 하향 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 함침조는 상기 노즐로부터 유입되는 수지가 경사진 상기 바닥면에 의해 그 내부로 채워지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 가이더는 상기 함침조의 바닥변에 대응하여 그 하면이 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 함침조는 전면이 상기 가이더가 장착되도록 개방되고, 후면에 상기 섬유의 사양에 대응하는 관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이더에는 상기 섬유 다발의 사양에 따라 필요한 상기 로빙 섬유의 개수만큼 상기 가이드홀이 형성될 수 있다.
그리고 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상기 제1항 내지 제6항 중, 어느 하나의 수지함침금형을 이용하여 복합소재로 이루어진 섬유의 인발성형 방법에 있어서, 로빙 섬유의 개수를 설정하는 제1단계, 상기 수지함침금형의 가이더와 함침조를 셋팅하고, 노즐을 통해 상기 함침조로 수지를 공급하면서, 상기 가이더의 가이드홀에 상기 로빙 섬유를 공급하는 제2단계, 상기 함침조의 후면에 형성된 관통홀로 상기 섬유 다발이 배출되어 경화금형에 공급되는 제3단계, 및 상기 경화금형에 의해 경화된 상기 섬유 다발을 설정 형상으로 성형하는 제4단계를 포함하는 복합소재의 인발성형방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1단계는 상기 로빙 섬유가 권선된 크릴부를 대기시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 제2단계에서는 상기 가이드홀을 통과하여 상기 함침조로 공급되는 로빙 섬유 각각이 수지에 1차 함침될 수 있다.
또한, 상기 제2단계에서는 상기 함침조의 관통홀을 통과하기 위해 뭉쳐지는 복수개의 로빙 섬유가 수지에 2차 함침될 수 있다.
또한, 상기 제3단계는 상기 수지함침금형과 연결된 경화금형에 상기 섬유 다발이 공급되고, 열에 의해 상기 수지를 경화시킬 수 있다.
또한, 상기 제4단계는 인발기를 이용하여 상기 섬유 다발을 설정형상으로 인발 성형하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 제4단계 이후에, 절단기를 이용하여 설정크기로 상기 섬유 다발을 절단하여 완성품을 배출하는 제5단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법은 함침조에 가이더를 적용하여 수지에 상기 로빙 섬유를 각각 분리된 상태로 1차 함침시키고, 상기 함침조에서 수지에 상기 로빙 섬유들이 뭉쳐져 섬유다발인 상태로 2차 함침시킴으로써, 미함침되는 구간이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법은 크릴부에 권선된 로빙 섬유를 바로 상기 가이더를 통해 함침조로 투입하는 구조로 이루어져 종래의 가이드금형을 삭제하고, 공정을 간단히 함으로써, 사이클 타임을 줄이고, 생산성을 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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형을 이 용한 복합소재의 인발성형방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형에 의해 섬유에 수지가 함침되는 과정을 나타낸 개략도이다.
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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법은 복합소재를 인발성형하기 위해 적용될 수 있다.
인발성형된 복합소재는 차체 패널과 같은 차체조립용 부품으로 구성될 수 있다.
이러한 인발성형된 복합소재는 상기한 바와 같이 차체용 패널에 적용되는 것으로 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 차체 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물에 적용될 수도 있다.
더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체 조립용 부품의 인발성형된 복합소재에 반드시 한정되는 것으로 이해되어서는 아니 되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 채용되는 인발성형된 복합소재라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
여기서, 상기 복합소재는 비철소재로 이루어진 판재는 알루미늄 합금소재, 마그네슘 합금소재, 및 플라스틱 복합소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
더 나아가, 상기 플라스틱 복합소재는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재, 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic) 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형의 단면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형(1)은 함침조(10), 가이더(20), 및 노즐(30)을 포함한다.
상기 함침조(10)는 내부가 중공인 박스형상으로 이루어져 그 내부에 수지(80)가 저장된다.
이러한 함침조(10)에서는 내부로 유입되는 로빙 섬유(100)에 상기 수지(80)가 함침된다.
상기 함침조(10)는 일정량의 상기 로빙 섬유(100)가 뭉쳐져 섬유 다발(110)이 배출되도록 구성된다.
이를 위해, 상기 함침조(10)는 전면이 상기 가이더(20)가 장착되도록 개방되고, 후면에 상기 섬유의 사양에 대응하는 관통홀(11)이 형성된다.
즉, 상기 함침조(10)는 상기 로빙 섬유(100)가 이동하는 방향을 기준으로, 전면에 가이더(20)가 장착되고, 후면로 섬유 다발(110)이 배출된다.
또한, 상기 함침조(10)는 바닥면(13)이 상기 가이더(20)의 반대 측으로 하향 경사지게 형성된다.
즉, 상기 함침조(10)는 상기 로빙 섬유(100)가 이동하는 방향을 기준으로, 바닥면(13)이 전방에서 후방으로 하향 경사지게 형성되는 것이다.
이때, 상기 함침조(10)는 상기 노즐(30)로부터 유입되는 수지(80)가 경사진 상기 바닥면(13)에 의해 그 내부로 채워지도록 구성된다.
다시 말해, 상기 함침조(10)의 경사진 바닥면(13)에 의해 수지(80)가 상기 함침조(10)의 내부로 용이하게 채워질 수 있다.
그리고 상기 가이더(20)는 상기 로빙 섬유(100)가 유입되는 상기 함침조(10)의 전방 측에 장착된다.
상기 가이더(20)는 상기 로빙 섬유(100)가 상기 함침조(10)로 한가닥씩 떨어져서 유입될 수 있도록 복수개의 가이드홀(21)을 가진다.
이때, 상기 가이드홀(21)은 상기 섬유 다발(110)의 사양에 따라 필요한 상기 로빙 섬유(100)의 개수만큼 형성될 수 있다.
이러한 가이더(20)도 상기 함침조(10)의 바닥변에 대응하여 그 하면(23)이 경사지게 형성된다.
상기 가이더(20)의 상면에는 노즐(30)이 장착된다.
상기 노즐(30)은 자중에 의해 수지(80)가 흘러내리면서 공급되도록 구성될 수 있다.
이에, 상기 노즐(30)로부터 공급되는 수지(80)는 가이더(20)를 지나 함침조(10)에 채워지게 된다.
상기 노즐(30)에는 별도의 펌프(31)가 연결되어 공급되는 수지(80)의 양과 속도가 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형을 이 용한 복합소재의 인발성형방법을 순차적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형에 의해 섬유에 수지가 함침되는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 3을 참조하면, 로빙 섬유(100)의 개수를 설정한다.
이때, 상기 로빙 섬유(100)가 권선된 크릴부(40)를 개수만큼 대기시켜 상기 로빙 섬유(100)가 설정된 양만큼 공급될 수 있도록 한다.
상기 크릴부(40)는 상기 로빙 섬유(100)가 권선된 것으로, 섬유 다발(110)을 제조하기 위해 상기 크릴부(40)는 주기적으로 소모된다.
한편, 크릴부(40)는 복수로 구성되는데, 구체적인 수는 기설정된 섬유 다발(110)의 직경에 대응한다.
다음으로, 상기 수지함침금형(1)의 가이더(20)와 함침조(10)를 셋팅한다.
노즐(30)을 통해 상기 함침조(10)로 수지(80)를 공급한다.
도 4를 참조하면(23), 상기 가이더(20)의 가이드홀(21)에 상기 로빙 섬유(100)를 공급한다.
이때, 상기 가이드홀(21)을 통과하여 상기 함침조(10)로 공급되는 로빙 섬유(100) 각각이 수지(80)에 1차 함침된다.
이어서 상기 함침조(10)의 관통홀(11)을 통과하기 위해 뭉쳐지는 복수개의 로빙 섬유(100)가 수지(80)에 2차 함침된다.
이때, 대략 900개에서 1000개의 로빙 섬유(100)가 뭉쳐져 섬유 다발(110)을 이룰 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 상기와 같이 수지(80)가 함침된 섬유 다발(110)은 상기 함침조(10)의 후면에 형성된 관통홀(11)로 배출되어 경화금형(50)에 공급된다.
상기 수지함침금형(1)과 연결된 경화금형(50)에 상기 섬유 다발(110)이 공급되고, 열에 의해 상기 수지(80)를 경화시킬 수 있다.
다음으로, 상기 경화금형(50)에 의해 경화된 상기 섬유 다발(110)을 설정 형상으로 성형한다.
이때, 인발기(60)를 이용하여 상기 섬유 다발(110)을 설정형상으로 인발성형할 수 있다.
마지막으로, 절단기(70)를 이용하여 설정크기로 상기 섬유 다발(110)을 절단하여 완성품(120)을 배출한다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법은 수지(80)에 섬유를 골고루 함침할 수 있다.
즉, 상기 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법은 함침조(10)에 가이더(20)를 적용하여 수지(80)에 상기 로빙 섬유(100)를 각각 분리된 상태로 1차 함침시키고, 상기 함침조(10)에서 수지(80)에 상기 로빙 섬유(100)들이 뭉쳐져 섬유 다발(110)인 상태로 2차 함침시킴으로써, 미함침되는 구간이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
결과적으로, 상기 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법은 상품성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재의 인발성형용 수지함침금형 및 이를 이용한 복합소재의 인발성형방법은 크릴부(40)에 권선된 로빙 섬유(100)를 바로 상기 가이더(20)를 통해 함침조(10)로 투입하는 구조로 이루어져 종래의 가이드금형을 삭제하고, 공정을 간단히 함으로써, 사이클 타임을 줄이고, 생산성을 향상시킬 수 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: 수지함침금형
10: 함침조
11: 관통홀
13: 바닥면
20: 가이더
21: 가이드홀
23: 하면
30: 노즐
31: 펌프
40: 크릴부
50: 경화금형
60: 인발기
70: 절단기
80: 수지
100: 로빙 섬유
110: 섬유다발
120: 완성품

Claims (13)

  1. 복합소재로 이루어진 섬유의 인발성형 시, 상기 섬유에 수지를 함침하기 위한 수지함침금형에 있어서,
    전면이 개방되고, 후면에 상기 섬유의 사양에 대응하는 관통홀이 형성되며, 내부가 중공인 박스형상으로 이루어지고, 바닥면은 유입되는 수지가 채워지도록 하향 경사지게 형성되고, 유입된 수지에 로빙 섬유가 함침되어 일정량의 상기 로빙 섬유가 뭉쳐져 섬유 다발로 배출되는 함침조;
    상기 함침조의 바닥면에 대응하여 그 하면이 경사지게 형성되어 상기 로빙 섬유가 유입되는 상기 함침조의 개방된 전방 측에 장착되고, 상기 로빙 섬유가 상기 함침조로 한가닥씩 떨어져서 유입될 수 있도록 복수개의 가이드홀을 가지는 가이더; 및
    상기 가이더의 상부에 장착되어 자중에 의해 수지가 흘러내리면서 공급되도록 구성되는 노즐;
    을 포함하는 복합소재의 인발성형용 수지함침금형.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항의 수지함침금형을 이용하는 복합소재의 인발성형방법에 있어서,
    로빙 섬유의 개수를 설정하고, 그 개수만큼 상기 로빙 섬유가 권선된 크릴부를 대기시키는 제1단계;
    상기 수지함침금형의 가이더와 함침조를 셋팅하고, 노즐을 통해 상기 함침조에 수지를 공급하면서 상기 가이더의 가이드홀을 통해 공급되는 상기 로빙 섬유 각각이 수지에 1차 함침되도록 한 후, 상기 함침조의 관통홀을 통과하기 위해 뭉쳐지는 복수개의 로빙 섬유가 수지에 2차 함침되는 제2단계;
    상기 함침조의 관통홀을 통해 상기 섬유 다발이 배출되어 상기 수지함침금형과 연결된 경화금형에 공급되며, 열에 의해 수지를 경화시키는 제3단계; 및
    인발기를 이용하여 상기 경화금형에 의해 경화된 상기 섬유 다발을 설정형상으로 인발 성형하는 제4단계;
    상기 제4단계 이후에, 절단기를 이용하여 설정크기로 상기 섬유 다발을 절단하여 완성품을 배출하는 제5단계;
    를 포함하는 복합소재의 인발성형방법.
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