KR102498111B1 - 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널에 관한 것으로, CFRP나 FRP 패널 성형 시, 흡음패널을 함께 성형함으로써, 고품질의 표면상태를 유지하면서도 높은 흡음성능을 얻을 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 CFRP 패널을 제조과정에서 흡음재를 추가하여 일체형으로 제작함에 있어, 메쉬구조를 이용하여 인퓨전(Infusion) 방식으로 투입되는 흡음재의 함침성을 향상시키고 탄소섬유의 이중구조를 적용함으로써, CFRP 패널의 강도와 흡음성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 탄소섬유의 이중구조를 적용함으로써, CFRP 패널의 강도를 크게 향상시킬 수 있으며, 두 개의 탄소섬유 복합재를 가압방식으로 성형함으로써, 20mm 이하의 얇은 두께의 패널도 쉽게 제작할 수 있다.
따라서, CFRP 패널 분야 및 CFRP 패널 제조 분야는 물론, 흡음용 패널 분야 등의 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널{CFRP manufacturing method with improved functionality and functional carbon fiber composite panel manufactured using the same}
본 발명은 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics; 탄소 섬유 강화 플라스틱)나 FRP(Fiber Reinforced Plastics; 섬유 강화 플라스틱) 패널 성형 시, 흡음패널을 함께 성형함으로써, 고품질의 표면상태를 유지하면서도 높은 흡음성능을 얻을 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 CFRP 패널을 제조과정에서 흡음재를 추가하여 일체형으로 제작함에 있어, 메쉬구조를 이용하여 인퓨전 방식으로 투입되는 흡음재의 함침성을 향상시킴으로써, CFRP 패널의 흡음성과 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널에 관한 것이다.
탄소 섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)는 카본 필라멘트를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제작한 후, 수지를 함침하여 경화시킨 것으로, 고강도 및 고탄성의 경량 구조재로 주목을 받고 있는 복합재료이다.
이러한 탄소섬유 복합재는 우주항공분야를 비롯한 국가주도산업분야에서 주로 사용되는 고급 소재였으나, 최근에는 규모경제 활성화 및 경량화 요구로 인해 자동차, 드론 등과 같이 우리의 일상에서 사용하는 운송기기까지 그 사용범위가 확대되고 있다.
다만, CFRP나 FRP를 제작하는 과정에 강한 압력으로 성형되기 때문에, 높은 물성을 갖게 되는 소재이지만, 그만큼 외부의 충격이나 진동 등에 의한 공진소음에는 취약한 특성을 가지고 있다.
다시 말해, CFRP나 FRP는 외부로부터 충격을 받거나 진동으로 인한 공진이 발생할 경우, 높은 금속성의 소음이 발생할 수 있으며, 이는 물성이 높은 성형방식일수록 심하게 나타나는 경향이 있기 때문에, 별도의 흡음재 사용이 요구되고 있다.
흡음재를 사용하는 방법은 크게 두 가지가 알려져 있다.
첫째, 섬유복합재 패널을 제조하고, 그 후면 접착제를 이용하여 흡음재를 접착하는 방식이다.
이 경우, 섬유복합재 패널의 후면에 접착제를 이용하여 단순히 흡음재를 압착하는 방식으로 제작되므로, 사용하는 과정에서 외부 요인에 의해 흡음재가 박리되는 현상이 발생될 수 있으며, 흡읍재가 패널 한쪽부위만을 커버하므로, 전체적으로 소음을 차단하는 효과가 부족하다는 단점이 있다.
또한, 흡음재가 구조재로서의 역할을 하지 못하므로 경량화 측면에서도 불리하다는 문제가 있었다.
한편, 하기의 선행기술문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0077793호 '금속판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법'(이하 '선행기술'이라 한다)은, 금속판재의 표면에 스크래치를 형성한 후 CFRP 복합판재의 표면을 용융시켜 스크래치 부분에 유입되도록 하여 접합하는 기술로서, 선행기술을 적용할 경우 흡음재의 박리문제는 어느 정도 해결할 수는 있으나, 패널자체의 구조적인 문제나 소음을 차단하는 기능적인 문제는 해결하지는 못하였다.
둘째, 두 개의 섬유복합재 패널을 접합한 후, 그 내부 공간에 흡음재를 주입하는 방식이다.
이 경우, 섬유복합재의 이중구조로 인해 구조적 강성이 향상되고 내부에 발포 충진재가 주입되는 만큼 흡음 성능은 상대적으로 좋지만, 섬유복합재를 두 번 성형하여 접착하는 과정을 거치게 되므로, 패널의 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 두 개의 섬유복합재 사이에 흡음재를 주입하기 위한 공간을 형성해야 하므로, 패널의 전체적인 두께가 증가하게 된다는 단점이 있다.
따라서, CFRP나 FRP 패널을 제작함에 있어, 얇은 두께와 구조적 강도를 충분히 보장하면서도 공진소음 등을 최소화할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0077793호 '금속판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법'
상기와 같은 요구를 해결하기 위해서, 본 발명은 CFRP나 FRP 패널 성형 시, 흡음패널을 함께 성형함으로써, 고품질의 표면상태를 유지하면서도 높은 흡음성능을 얻을 수 있는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 CFRP 패널을 제조과정에서 흡음재를 추가하여 일체형으로 제작함에 있어, 메쉬구조를 이용하여 인퓨전 방식으로 투입되는 흡음재의 함침성을 향상시킴으로써, CFRP 패널의 흡음성과 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 탄소섬유의 이중구조를 적용함으로써, CFRP 패널의 강도를 크게 향상시킬 수 있는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법은, 몰드의 상부에 베이스용 탄소섬유를 레이업(Layup)하는 1차 탄소섬유 레이업단계; 상기 베이스용 탄소섬유의 상부에 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬를 레이업하는 플로우 보강메쉬 레이업단계; 상기 플로우 보강메쉬에 흡음용 합성수지를 레이업하는 흡음재 레이업단계; 상기 흡음재의 상부에 보강용 탄소섬유를 레이업하는 2차 탄소섬유 레이업단계; 및 레이업된 상부를 가압하여 성형하고 성형된 가공물의 다듬질을 하는 성형 및 트리밍(Trimming) 단계;를 포함한다.
또한, 상기 성형 및 트리밍 단계에서, 상기 보강용 탄소섬유를 가압하면, 상기 흡음용 합성수지가 플로우 보강메쉬의 씨실과 날실 사이의 공간부로 유입되며, 이후 흡음용 합성수지가 경화되면 플로우 보강메쉬와 흡음용 합성수지가 일체화될 수 있다.
또한, 상기 1차 탄소섬유 레이업단계 이전에, 상기 몰드의 성형부 형상에 대응하도록 가장자리를 절곡하여 베이스용 탄소섬유를 제작하는 베이스용 탄소섬유 제작과정;을 포함하고, 상기 1차 탄소섬유 레이업단계는, 상기 성형부의 가장자리 단턱부에 베이스용 탄소섬유의 절곡부가 밀착되도록, 상기 몰드의 성형부에 베이스용 탄소섬유를 안착시키는 베이스용 탄소섬유 레이업과정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 탄소섬유 레이업단계 이전에, 상기 몰드의 성형부보다 큰 형상으로 베이스용 탄소섬유를 제작하는 베이스용 탄소섬유 제작과정;을 포함하고, 상기 1차 탄소섬유 레이업단계는, 상기 베이스용 탄소섬유를 가압하여 베이스용 탄소섬유의 적어도 일부가 상기 성형부의 내측으로 밀착되도록 하는 베이스용 탄소섬유 가압과정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 몰드는, 상기 성형부가 몰드의 일측면으로부터 일정 깊이로 형성되고, 상기 베이스용 탄소섬유는, 상기 성형부의 저면에 밀착되는 가공부; 상기 성형부의 측면에 밀착되는 지지부; 및 상기 성형부의 가장자리에 해당하는 몰드의 상부면에 밀착되는 연장부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 플로우 보강메쉬 레이업단계 이전에, 상기 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬를 상기 베이스용 탄소섬유의 가공부에 대응하도록 형성하는 보강메쉬 제작과정;을 포함하고, 상기 플로우 보강메쉬 레이업단계는, 상기 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬를 상기 베이스용 탄소섬유의 가공부에 안착시키는 보강메쉬 레이업과정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡음재 레이업단계는, 상기 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬의 상부에 흡음용 합성수지를 투입하여 도포하는 합성수지 인퓨전(Infusion)과정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 탄소섬유 레이업단계 이전에, 상기 보강용 탄소섬유를 상기 베이스용 탄소섬유의 가공부에 대응하도록 형성하는 보강용 탄소섬유 제작과정;을 포함하고, 상기 2차 탄소섬유 레이업단계는, 인퓨전된 흡음용 합성수지의 상부에 상기 보강용 탄소섬유를 안착시키는 보강용 탄소섬유 레이업과정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 성형 및 트리밍 단계는, 상기 보강용 탄소섬유가 베이스용 탄소섬유의 연장부보다 하부에 위치하도록 상기 보강용 탄소섬유의 상부를 가압하는 가압성형과정; 및 상기 베이스용 탄소섬유의 지지부의 적어도 일부와 연장부를 제거하여 탄소섬유복합패널을 제조하는 트리밍과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 성형과정은, 상기 흡음용 합성수지가 플로우 보강메쉬의 씨실과 날실 사이의 공간부로 유입되도록 가압할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기능성 탄소섬유복합패널은, 패널의 일측을 구성하는 베이스용 탄소섬유; 패널의 다른 일측을 구성하는 보강용 탄소섬유; 및 상기 베이스용 탄소섬유와 보강용 탄소섬유의 사이에 구성되는 흡음재;를 포함한다.
또한, 상기 흡음재는, 상기 플로우 보강메쉬의 씨실과 날실 사이의 공간부에 흡음용 합성수지가 유입된 후 경화되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 흡음재는, 상기 흡음용 합성수지가 경화되는 과정에서, 상기 흡음용 합성수지와 플로우 보강메쉬가 일체화됨과 동시에, 상기 베이스용 탄소섬유 및 보강용 탄소섬유와 접착되어 일체화되어, 양측에 구성된 탄소섬유의 이중구조에 의해 지지될 수 있다.
또한, 상기 베이스용 탄소섬유, 흡음재 및 보강용 탄소섬유로 구성된 패널의 두께는 10㎜ 내지 30㎜이고, 패널의 굴곡탄성률은 300N/㎟ 내지 750N/㎟일 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 CFRP나 FRP 패널 성형 시, 흡음패널을 함께 성형함으로써, 고품질의 표면상태를 유지하면서도 높은 흡음성능을 얻을 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명은 탄소섬유 복합재의 외부 충격 소음 및 풍절음, 진동 등의 요소로 인한 공진소음 등을 흡수 또는 차단함으로서, 소음의 발생을 최소화할 수 있다.
특히, 본 발명은 CFRP 패널을 제조과정에서 흡음재를 추가하여 일체형으로 제작함에 있어, 메쉬구조를 이용하여 인퓨전 방식으로 투입되는 흡음재의 함침성을 향상시킴으로써, CFRP 패널의 흡음성과 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이를 통해, 본 발명은 탄소섬유 복합재와 흡음재의 일체화 성형을 통해, 외부 충격이나 부식 등으로 인한 흡음재 박리를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 탄소섬유의 이중구조를 적용함으로써, CFRP 패널의 강도를 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이를 통해 본 발명은 높은 생산성을 가진 운송 수단 및 옥외용 고품질 판재로서, 다양한 분야에 활용이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 두 개의 탄소섬유 복합재를 접합하지 않고, 가압방식으로 성형함으로써, 20mm 이하의 얇은 두께의 패널도 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 한번의 가압성형을 통해 이중구조의 패널을 제작할 수 있으므로, 구조적 강도 또한 크게 향상시킬 수 있으며, 패널의 생산성 또한 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
따라서, CFRP 패널 분야 및 CFRP 패널 제조 분야는 물론, 흡음용 패널 분야 등의 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 구체적인 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 단계 'S500'을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 기존의 방법에 의해 제작된 CFRP패널의 테스트 자료이다.
도 7은 도 1에 의해 제작된 CFRP패널의 테스트 자료이다.
도 8은 도 6과 도 7을 비교한 표이다.
본 발명에 따른 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1의 구체적인 일 실시예를 나타내는 도면이며, 도 5는 도 1의 단계 'S500'을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법은, 1차 탄소섬유 레이업단계(S100), 플로우 보강메쉬 레이업단계(S200), 흡음재 레이업단계(S300), 2차 탄소섬유 레이업단계(S400), 성형 및 트리밍(Trimming) 단계(S500)를 포함한다.
1차 탄소섬유 레이업단계(S100)는, 몰드의 상부에 베이스용 탄소섬유를 레이업(Layup)하는 과정이다.
예를 들어, 1차 탄소섬유 레이업단계(S100) 이전에, 도 2의 상부에 나타난 바와 같이, 몰드(200)의 성형부 형상에 대응하도록 가장자리를 절곡하여 베이스용 탄소섬유(110)를 제작하는 베이스용 탄소섬유 제작과정을 수행할 수 있다.
이후, 1차 탄소섬유 레이업단계(S100)에서, 몰드(200)의 성형부 가장자리의 단턱부에 베이스용 탄소섬유(110)의 절곡부가 밀착되도록 하여, 몰드(200)의 성형부에 베이스용 탄소섬유(110)를 안착시키는 베이스용 탄소섬유 레이업(Layup)과정을 수행할 수 있다.
이때, 도 2의 상부에 나타난 바와 같이, 몰드(200)의 성형부(201)는 몰드(200)의 일측면(도 2에서 상부면)으로부터 일정 깊이로 형성될 수 있다.
그리고, 베이스용 탄소섬유(110)는 성형부(201)의 저면에 밀착되는 가공부(111), 성형부(201)의 측면에 밀착되는 지지부(112), 성형부(201)의 가장자리에 해당하는 몰드(200)의 상부면에 밀착되는 연장부(113)가 이어져 형성될 수 있다.
결과적으로, 베이스용 탄소섬유(110)는 그 가장자리가, 몰드(200)의 성형부(201) 가장자리에서 몰드(200)의 상부면으로 이어지는 부분에 밀착되도록 안착될 수 있다.
다른 예로, 1차 탄소섬유 레이업단계(S100)에 몰드(200)의 성형부(201)보다 큰 형상으로 평면 형태의 베이스용 탄소섬유(110)를 제작하는 베이스용 탄소섬유 제작과정을 수행할 수 있다.
이후, 1차 탄소섬유 레이업단계(S100)에서, 베이스용 탄소섬유(110)의 상부를 가압하여 베이스용 탄소섬유(110)의 적어도 일부가 성형부(201)의 내측으로 밀착되도록 하는 베이스용 탄소섬유 가압과정을 수행할 수 있다.
다시 말해, 베이스용 탄소섬유(110)의 형상은, 1차 탄소섬유 레이업단계(S100) 이전에 미리 가공될 수 있으며, 당업자의 요구에 따라 1차 탄소섬유 레이업단계(S100)에서 프레스 성형되면서 가공될 수 있다.
플로우 보강메쉬 레이업단계(S200)에서는 베이스용 탄소섬유(110)의 상부에 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬(120)를 레이업할 수 있다.
예를 들어, 플로우 보강메쉬 레이업단계(S200) 이전에, 도 2의 중앙에 나타난 바와 같은 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬(120)를, 베이스용 탄소섬유(110)의 가공부(1110)에 대응하도록 형성하는 보강메쉬 제작과정을 수행할 수 있다. 여기서, 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬(120)는 탄소섬유, 유리섬유, 나이론 섬유 등으로 형성될 수 있다.
이후, 플로우 보강메쉬 레이업단계(S200)에서, 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬(120)를 베이스용 탄소섬유(110)의 가공부(111) 상부에 안착시키는 보강메쉬 레이업과정을 수행할 수 있다.
흡음재 레이업단계(S300)에서 플로우 보강메쉬(120)에 흡음용 합성수지(130)를 레이업할 수 있다.
예를 들어, 흡음재 레이업단계(S300)는 도 2의 하부에 나타난 바와 같이 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬(120)의 상부에 흡음용 합성수지(130)를 투입하여 도포하는 합성수지 인퓨전(Infusion)과정을 수행할 수 있다.
일반적으로, 흡음용 합성수지(130)는 10~100cps의 인퓨전 전용수지를 사용하게 되는데, 플로우 보강메쉬(120)가 없는 상태에서 함침시 12K(12,000가닥) 600g 탄소섬유(Carbon fiber) 3ply의 레이업을 기준으로 10㎠의 면적을 함침하기 위해서는 20분 이상 소요된다.
이 경우 흡음용 합성수지(130)가 함침되는 과정에서 겔(Gel)화가 진행되어 인퓨전이 원활하게 이루어지지 않으며, 성형이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
이에 반해, 본 발명에 나타난 바와 같이 플로우 보강메쉬(120)의 상부에 흡음용 합성수지(130)를 투입하게 되면, 이후 프레스성형을 통해 10㎠의 면적을 함침하는데 약 1분 정도가 소요되므로, 신속한 함침과정이 진행될 수 있다.
도 2에서, 미설명 부호 '20'은 흡음용 합성수지(130)를 공급하는 노즐이다.
2차 탄소섬유 레이업단계(S400)에서 인퓨전된 흡음재(흡음용 합성수지)의 상부에 보강용 탄소섬유(140)를 레이업한다.
예를 들어, 2차 탄소섬유 레이업단계(S400) 이전에, 보강용 탄소섬유(140)를 베이스용 탄소섬유(110)의 가공부(111)에 대응하도록 형성하는 보강용 탄소섬유 제작과정을 수행할 수 있다.
이후, 2차 탄소섬유 레이업단계(S400)에서, 도 3의 상부에 나타난 바와 같이 인퓨전된 흡음용 합성수지(130)의 상부에 보강용 탄소섬유(140)를 안착시키는 보강용 탄소섬유 레이업과정을 수행할 수 있다.
성형 및 트리밍(Trimming) 단계(S500)에서 도 3의 중앙에 나타난 바와 같이 레이업된 상부를 프레스(300)로 가압하여 성형하고 도 4의 하부에 나타난 바와 같이 성형된 가공물의 다듬질을 수행할 수 있다.
예를 들어, 성형 및 트리밍(Trimming) 단계(S500)는 도 3에 나타난 바와 같이 보강용 탄소섬유(140)가 베이스용 탄소섬유(110)의 연장부(113)보다 하부에 위치하도록, 프레스(300)를 이용하여 보강용 탄소섬유(140)의 상부를 가압하는 가압성형과정을 수행할 수 있다.
이후, 도 4에 나타난 바와 같이 흡음용 합성수지(130)의 경화과정을 거쳐, 몰드(200)로부터 중간가공물을 분리한 후, 베이스용 탄소섬유(110)의 지지부(112)의 적어도 일부와 연장부(113)를 제거하여, 탄소섬유복합패널(탄소섬유 강화 플라스틱 패널, 100)을 제조하는 트리밍과정을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 흡음용 합성수지(130)가 프레스(300)에 의해 가압되면, 도 5에 나타난 바와 같이 플로우 보강메쉬(120)의 씨실(121)과 날실(122) 사이의 공간부(1230)로 흡음용 합성수지(130)가 유입될 수 있으며, 이후 흡음용 합성수지(130)가 경화되면 베이스용 탄소섬유(110) 및 보강용 탄소섬유(140)와 접착될 수 있다.
이상에서, 플로우 보강메쉬(120)와 일체화되는 합성수지를 흡음용 합성수지(120)로 설명하였으나 이에 한정하는 것은 아니며, 당업자의 요구에 따라 다양한 기능을 얻을 수 있는 재료나 혼합물로 변경할 수 있다.
도 6은 기존의 방법에 의해 제작된 CFRP패널의 테스트 자료로서, 기존 방식 중 접착에 의해 제작된 경우이고, 도 7은 도 1에 의해 제작된 CFRP패널의 테스트 자료이며, 도 8은 도 6과 도 7을 비교한 표이다.
도 6 및 도 7의 결과를 얻기 위한 테스트 조건은 다음과 같다.
첫째, 시험방법으로 ASTM D790에 준하는 방법을 적용한다. - Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials.
둘째, 시험기기로 'Universal Testing Machine'를 사용한다.
셋째, 로드셀은 3000N으로 가압된다.
넷째, 스팬 간 거리는 70mm이다.
다섯째, 시험속도는 1.87mm/min이다.
여섯째, 탄성구간은 (0.09~0.49)%이다.
일곱째, 시험환경은 (23±2)℃, (50±5)%R.H.이다.
이러한 조건에 의해 테스트한 결과를 살펴보면, 기존의 접합방식으로 제작된 CFRP패널의 굴곡탄성률은 평균 62.43N/㎟이고, 본 발명에 의해 제작된 CFRP패널의 굴곡탄성률은 평균 456.3N/㎟으로, 약 735.5%가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 탄소섬유복합패널(100)은 흡음용 합성수지(130)가 플로우 보강메쉬(120)와 구조적으로 얽혀져 결합되므로, 사용 중에 흡음용 합성수지(130)가 박리되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄소섬유복합패널(100)은 흡음용 합성수지(130)와 플로우 보강메쉬(120)가 결합된 흡음재(125)의 양측으로 각각 베이스용 탄소섬유(110) 및 보강용 탄소섬유(140)의 이중구조로 지지되므로, 구조적인 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 탄소섬유복합패널(100)은 한번의 프레스 성형과정을 통해 제작되므로, 제품의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법에 의해 제조된 패널(기능성 탄소섬유복합패널)을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 기능성 탄소섬유복합패널(100)은 도 4의 하부에 나타난 바와 같이 패널의 일측을 구성하는 베이스용 탄소섬유(110)와, 패널의 다른 일측을 구성하는 보강용 탄소섬유(140), 그리고 베이스용 탄소섬유(110)와 보강용 탄소섬유(140)의 사이에 구성되는 흡음재(125)를 포함한다.
이때, 흡음재(125)는 앞서 도 5에서 살펴본 바와 같이, 플로우 보강메쉬(120)의 씨실(121)과 날실(122) 사이의 공간부(123)에 흡음용 합성수지(130)가 유입된 후 경화되어 형성될 수 있다.
특히, 흡음용 합성수지(130)는 일측의 탄소섬유로 가압되는 압력에 의해 플로우 보강메쉬(120)의 공간부(123)로 빠르고 충분하게 유입될 수 있다.
또한, 흡음용 합성수지(130)가 경화되는 과정에서, 흡음용 합성수지(130)와 플로우 보강메쉬(120)가 일체화됨과 동시에, 베이스용 탄소섬유(110) 및 보강용 탄소섬유(140)와 접착되어 일체화됨으로써, 양측에 구성된 탄소섬유의 이중구조에 의해 지지될 수 있다.
이러한 기능성 탄소섬유복합패널(100)은 앞서 살펴본 바와 같이, 그 두께를 10㎜ 내지 30㎜의 얇은 두께로 구성하면서도, 굴곡탄성률은 300N/㎟ 내지 750N/㎟로 향상될 수 있으며, 흡음성능 또한 충분한 효과를 발휘할 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 기능성 탄소섬유복합패널에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.
100 : 탄소섬유복합패널
110 : 베이스용 탄소섬유 111 : 가공부
112 : 지지부 113 : 연장부
120 : 플로우 보강메쉬
121 : 씨실 122 : 날실
123 : 공간부 125 : 흡음재
130 : 흡음용 합성수지
140 : 보강용 탄소섬유
200 : 몰드 201 : 성형부
300 : 프레스

Claims (15)

  1. 몰드의 상부에 베이스용 탄소섬유를 레이업(Layup)하는 1차 탄소섬유 레이업단계;
    상기 베이스용 탄소섬유의 상부에 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬를 레이업하는 플로우 보강메쉬 레이업단계;
    상기 플로우 보강메쉬에 흡음용 합성수지를 레이업하는 흡음재 레이업단계;
    상기 흡음재의 상부에 보강용 탄소섬유를 레이업하는 2차 탄소섬유 레이업단계; 및
    레이업된 상부를 가압하여 성형하고 성형된 가공물의 다듬질을 하는 성형 및 트리밍(Trimming) 단계;를 포함하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 성형 및 트리밍 단계에서,
    상기 보강용 탄소섬유를 가압하면, 상기 흡음용 합성수지가 플로우 보강메쉬의 씨실과 날실 사이의 공간부로 유입되며, 이후 흡음용 합성수지가 경화되면 플로우 보강메쉬와 흡음용 합성수지가 일체화되는 것을 특징으로 하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 탄소섬유 레이업단계 이전에,
    상기 몰드의 성형부 형상에 대응하도록 가장자리를 절곡하여 베이스용 탄소섬유를 제작하는 베이스용 탄소섬유 제작과정;을 포함하고,
    상기 1차 탄소섬유 레이업단계는,
    상기 성형부의 가장자리 단턱부에 베이스용 탄소섬유의 절곡부가 밀착되도록, 상기 몰드의 성형부에 베이스용 탄소섬유를 안착시키는 베이스용 탄소섬유 레이업과정;을 포함하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 탄소섬유 레이업단계 이전에,
    상기 몰드의 성형부보다 큰 형상으로 베이스용 탄소섬유를 제작하는 베이스용 탄소섬유 제작과정;을 포함하고,
    상기 1차 탄소섬유 레이업단계는,
    상기 베이스용 탄소섬유를 가압하여 베이스용 탄소섬유의 적어도 일부가 상기 성형부의 내측으로 밀착되도록 하는 베이스용 탄소섬유 가압과정;을 포함하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  5. 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰드는,
    상기 성형부가 몰드의 일측면으로부터 일정 깊이로 형성되고,
    상기 베이스용 탄소섬유는,
    상기 성형부의 저면에 밀착되는 가공부;
    상기 성형부의 측면에 밀착되는 지지부; 및
    상기 성형부의 가장자리에 해당하는 몰드의 상부면에 밀착되는 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 플로우 보강메쉬 레이업단계 이전에,
    상기 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬를 상기 베이스용 탄소섬유의 가공부에 대응하도록 형성하는 보강메쉬 제작과정;을 포함하고,
    상기 플로우 보강메쉬 레이업단계는,
    상기 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬를 상기 베이스용 탄소섬유의 가공부에 안착시키는 보강메쉬 레이업과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 흡음재 레이업단계는,
    상기 흡음재 함침용 플로우 보강메쉬의 상부에 흡음용 합성수지를 투입하여 도포하는 합성수지 인퓨전(Infusion)과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 2차 탄소섬유 레이업단계 이전에,
    상기 보강용 탄소섬유를 상기 베이스용 탄소섬유의 가공부에 대응하도록 형성하는 보강용 탄소섬유 제작과정;을 포함하고,
    상기 2차 탄소섬유 레이업단계는,
    인퓨전된 흡음용 합성수지의 상부에 상기 보강용 탄소섬유를 안착시키는 보강용 탄소섬유 레이업과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 성형 및 트리밍 단계는,
    상기 보강용 탄소섬유가 베이스용 탄소섬유의 연장부보다 하부에 위치하도록 상기 보강용 탄소섬유의 상부를 가압하는 가압성형과정; 및
    상기 베이스용 탄소섬유의 지지부의 적어도 일부와 연장부를 제거하여 탄소섬유복합패널을 제조하는 트리밍과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 가압성형과정은,
    상기 흡음용 합성수지가 플로우 보강메쉬의 씨실과 날실 사이의 공간부로 유입되도록 가압하는 것을 특징으로 하는 기능성을 향상시킨 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
  11. 제 1항의 제조 방법에 의해 제조된 탄소섬유 강화 플라스틱을 이용한 기능성 탄소섬유복합패널.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 탄소섬유복합패널은,
    패널의 일측을 구성하는 베이스용 탄소섬유;
    패널의 다른 일측을 구성하는 보강용 탄소섬유; 및
    상기 베이스용 탄소섬유와 보강용 탄소섬유의 사이에 구성되는 흡음재;를 포함하는 기능성 탄소섬유복합패널.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 흡음재는,
    플로우 보강메쉬의 씨실과 날실 사이의 공간부에 흡음용 합성수지가 유입된 후 경화되어 형성된 것을 특징으로 하는 기능성 탄소섬유복합패널.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 흡음재는,
    상기 흡음용 합성수지가 경화되는 과정에서,
    상기 흡음용 합성수지와 플로우 보강메쉬가 일체화됨과 동시에, 상기 베이스용 탄소섬유 및 보강용 탄소섬유와 접착되어 일체화되어, 양측에 구성된 탄소섬유의 이중구조에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 기능성 탄소섬유복합패널.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 베이스용 탄소섬유, 흡음재 및 보강용 탄소섬유로 구성된 패널의 두께는 10㎜ 내지 30㎜이고,
    패널의 굴곡탄성률은 300N/㎟ 내지 750N/㎟인 것을 특징으로 하는 기능성 탄소섬유복합패널.
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