KR102506569B1 - 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합력을 향상시킴으로써, 사용도중에 UV차단 클리어가 박리되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합공정을 대폭 감소시키면서도 그 결합력을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제시함으로써, 고품질의 표면 코팅방법을 제공함과 동시에, CFRP 제품의 상품성과 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 두 개의 탄소섬유 복합재를 접합하지 않고, 가압방식으로 성형함으로써, 구조적 안정성은 충분히 확보하면서도 얇은 두께의 패널도 쉽게 제작할 수 있다.
따라서 CFRP 분야, 특히 CFRP 제조 분야 및 CFRP 제품 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스{CFRP manufacturing method of in-mold type and hard case made using the same}

본 발명은 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합력을 향상시킴으로써, 사용도중에 UV차단 클리어가 박리되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

특히, 본 발명은 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합공정을 대폭 감소시키면서도 그 결합력을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제시함으로써, 고품질의 표면 코팅방법을 제공함과 동시에, CFRP 제품의 상품성과 생산성을 향상시킬 수 있는 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스에 관한 것이다.

탄소 섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)은 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 확대되어, 다양한 기기나 설비, 산업용 구조물 등의 외판 등으로 널리 사용되고 있다.

한편, 탄소섬유를 사용하는 직조형의 복합재는, 그 직물의 구조가 네트(망)구조이기 때문에, 탄성률이 높고 외부 충격으로 인한 손상이나 파손에 강하다는 장점이 있으나, 성형시 충진재(레진)의 함침과정에서 불완전한 함침이 발생하여 보이드(Void)나 핀홀(Pinhole) 및 박리현상 등이 빈번하게 발생하였다.

특히, 보이드나 핀홀은 가압(멸균)처리기(Autoclave)를 이용한 성형에서도 마찬가지로 발생할 수 있으며, 이는 제작된 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱)의 구조적 강도 등을 저하시키는 요인이 될 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 탄소섬유 복합재에 사용되는 합성수지(탄소섬유를 함침하고 경화하여 탄소섬유 복합재를 구성함)의 경우, 사용 초기의 물성은 좋으나, 사용도중에 수분, 자외선, 오존, 대기중의 질소산화물, 황산화물 등에 의해 영향을 받게 된다.

특히, 자외선 등의 에너지를 흡수하게 되면 분자사슬이 절단되거나, 분자의 일부가 활성화된 라디칼(홀전자 오비탈을 가진 불안정한 상태)을 형성할 수 있으며, 이로 인해 산소와 쉽게 결합하게 되는 산화반응을 일으킬 수 있다.

따라서, 제품의 품질저하, 손상 및 산화 등을 방지하기 위하여, 제품의 외부 노출을 막기 위한 별도의 코팅이 필요하며, 특히 자외선 등을 차단하는 것이 무엇보다 중요하다.

다만, 자외선 차단용 표면 코팅제를 사용할 경우, 도료 분사의 한계와 도료의 자체 표면장력으로 인해, 앞서 설명한 보이드나 핀홀 부분에서 도료가 내부에 침투하지 못하고 기공 형태로 구멍이 뚫리는 불량이 다수 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 표면 코팅제를 사용하는 기존의 방식에서는 몰드를 이용하여 열가압으로 제조된 탄소섬유복합재의 표면을 사상 및 탈지하여 표면상의 이형제를 제거하고, 점도가 낮은 실러를 도포하여 보이드나 핀홀을 메우게 된다.

이후, 경화작업과 실러면 사상, 자외선을 차단하기 위한 클리어 도포, 경화 및 광택 등의 공정을 거치게 된다.

이와 같이 표면 코팅제를 사용하는 일반적인 제조 방법은, 10단계 이상의 공정을 거치기 때문에, 제품의 생산성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 기존의 방식으로 도포된 코팅제의 경우, 열가압 방식으로 성형된 탄소섬유복합재의 표면에 클리어를 도포하므로, 탄소섬유복합재와 클리어가 충분히 결합되지 못하게 되며, 이로 인해 외부의 충격 등이 발생하게 되면 섬유와의 경계면에서 박리가 발생할 수 있고, 이후 사용과정에서 열팽창이나 수분 등의 침투로 인해 박리부분이 점점 더 커지는 현상이 발생할 수 있다.

다시 말해, 탄소섬유소재와 에폭시로 구성된 기존의 탄소섬유복합재는, 자외선에 취약하여 표면황변이나 탄성력 저하 등의 물성저하가 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해서는 UV차단용 클리어를 표면에 도포해야 하는데, 이 과정에서 다수의 공정이 추가됨으로써, 제품의 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 탄소섬유복합재와 클리어 층 사이의 결합력이 부족하여 표면크랙이나 박리현상 등이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1481143호 '탄소섬유강화플라스틱의 도금방법 및 그 도금 롤러'

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 탄소섬유 복합재의 표면에 UV차단 클리어를 도포하는 과정에서, 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합력을 향상시킴으로써, 사용도중에 UV차단 클리어가 박리되는 것을 방지할 수 있는 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스를 제공하는데 목적이 있다.

특히, 본 발명은 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합공정을 대폭 감소시키면서도 그 결합력을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제시함으로써, 고품질의 표면 코팅방법을 제공함과 동시에, CFRP 제품의 상품성과 생산성을 향상시킬 수 있는 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 기존의 접착방식에 비하여 월등히 향상된 부착강도와 얇은 두께의 제품화가 가능하도록 함으로써, 사용자가 휴대하는 가방의 케이스나 착용하는 보호장비는 물론, 다양한 기기나 설비, 산업용 구조물 등에 폭넓게 적용할 수 있는 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법은, 몰드의 내측면에 UV차단 클리어를 도포하여 경화하는 인몰드 클리어 도포 단계; 및 탄소섬유를 포함하는 복합재를 레이업(Layup)하고 열가압하여 성형하며, 성형된 가공물의 마감을 수행하는 성형 및 트리밍(Trimming) 단계;를 포함한다.

또한, 상기 인몰드 클리어 도포 단계는, 몰드의 내측면을 폴리에스테르 UV차단 클리어로 도포하여 1차 클리어층을 형성하는 1차 도포과정; 상기 1차 클리어층을 겔(Gel)화하는 1차 클리어층 겔화과정; 겔화된 1차 클리어층에 추가로 폴리에스테르 UV차단 클리어의 2차 클리어층을 도포하여 전체 클리어층의 두께를 설정도장두께로 형성하는 2차 도포과정; 상기 1차 클리어층과 2차 클리어층이 완전결합되도록 상온에서 대기하는 상온숙성과정; 및 상기 상온숙성으로 2차 클리어층의 겔화가 진행되면 일정한 열을 가하여 경화하는 열경화과정;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 1차 도포과정에서는, 상기 1차 클리어층에 돌기형 입자가 형성되도록 하고, 상기 2차 도포과정에서는, 상기 폴리에스테르 UV차단 클리어가 1차 클리어층의 돌기형 입자 사이로 충진되도록 하여 2차 클리어층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 1차 도포과정은, 상기 폴리에스테르 UV차단 클리어의 온도조건을 5℃ 내지 15℃로 하여, 점도를 900cps 내지 1000cps로 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 1차 도포과정은, 상기 폴리에스테르 UV차단 클리어의 돌기형 입자 크기가 150㎛ 내지 250㎛로 형성되도록, 1차 클리어층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 1차 클리어층 겔화과정은, 상기 1차 클리어층의 경화제 비율을 1% 내지 3%로 하고, 30℃ 내지 50℃의 온도에서 30분 내지 90분 동안 수행할 수 있다.

또한, 상기 2차 도포과정은, 폴리에스테르 UV차단 클리어가 1차 클리어층의 돌기형 입자 사이를 충전한 후, 클리어층의 전체 두께가 설정도장두께인 350㎛ 내지 450㎛로 형성되도록 반복하여 도포할 수 있다.

또한, 상기 2차 도포과정은, 상기 2차 클리어층을 형성하기 위한 폴리에스테르 UV차단 클리어의 분사압력은 1차 클리어층을 형성하기 위한 분사압력의 10% 내지 30%를 유지하고, 상기 2차 클리어층을 형성하기 위한 분사량은 1차 클리어층을 형성하기 위한 분사량의 120% 내지 140%를 유지하며, 스폿분사모드로 15㎝ 내지 30㎝의 거리에서 근접분사하여 1차 클리어층의 돌기형 입자 사이를 충진한 후, 와이드분사모드로 변경하여 설정도장두께가 형성되도록 반복하여 도포할 수 있다.

또한, 상기 상온숙성과정은, 숙성온도 21℃ 내지 25℃를 유지한 상태에서 20분 내지 40분 동안 대기할 수 있다.

또한, 상기 열경화과정은, 상기 상온숙성단계에서 2차 클리어층의 겔화가 진행되면, 35℃ 내지 40℃의 온도에서, 2차 클리어층의 끈적거림이 없어질 때까지 경화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법을 이용하여 제작된 하드케이스는, 인몰드 방식으로 형성된 폴리에스테르 UV차단 클리어층; 및 상기 폴리에스테르 UV차단 클리어층에 열가압하여 성형된 탄소섬유 복합재층;을 포함하며, 상기 열가압 성형시, 융해된 폴리에스테르 UV차단 클리어층의 일부가 탄소섬유 복합재층의 섬유 사이로 충진되어 경화될 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 UV차단 클리어층과 탄소섬유 복합재층의 부착강도는 2.5㎫ 내지 3.0㎫일 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 UV차단 클리어층의 두께는 80㎛ 내지 150㎛로 형성될 수 있다.

상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 탄소섬유 복합재의 표면에 UV차단 클리어를 도포하는 과정에서, 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합력을 향상시킴으로써, 사용도중에 UV차단 클리어가 박리되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이를 통해 본 발명은, 탄소섬유 복합재에 대한 지속적이고 안정적인 UV차단 및 보호기능을 제공함으로써, 외부 부식요소의 저항성을 크게 향상시키고 내구연한을 증가시켜 반영구적으로 사용이 가능하도록 하는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 탄소섬유 복합재와 UV차단 클리어의 결합공정을 대폭 감소시키면서도 그 결합력을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제시함으로써, 고품질의 표면 코팅방법을 제공함과 동시에, CFRP 제품의 상품성과 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 몰드를 이용한 사출성형의 표면광택을 고품질로 유지할 수 있기 때문에, 별도의 연마작업을 하지 않더라도 제품의 외형적인 심미감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 접착방식에 비하여 월등히 향상된 부착강도와 얇은 두께의 제품화가 가능하도록 함으로써, 사용자가 휴대하는 가방의 케이스나 착용하는 보호장비는 물론, 다양한 기기나 설비, 산업용 구조물 등에 폭넓게 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 두 개의 탄소섬유 복합재를 접합하지 않고, 가압방식으로 성형함으로써, 구조적 안정성은 충분히 확보하면서도 얇은 두께의 패널도 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다.

따라서 CFRP 분야, 특히 CFRP 제조 분야 및 CFRP 제품 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 단계 'S100'의 구체적인 과정에 대한 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2를 설명하기 위한 구체적인 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 단계 'S200'의 구체적인 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 의해 제조된 CFRP 시편의 테스트 결과를 나타내는 자료이다.
도 8은 종래의 방법에 의해 제조된 시편의 테스트 결과를 나타내는 자료이다.

본 발명에 따른 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법은 인몰드 클리어 도포 단계(S100)와, 성형 및 트리밍(Trimming) 단계(S200)를 포함한다.

먼저, 인몰드 클리어 도포 단계(S100)에서는 몰드의 내측면에 UV차단 클리어를 도포하여 경화하는 과정을 거치게 된다. 여기서, UV차단 클리어는 폴리에스테르를 포함할 수 있다.

이와 같이 인몰드 방식으로 UV차단 클리어를 몰드의 내측면에 도포하게 되면, 추후 제작된 CFRP에 대하여 항상 일정한 품질의 표면상태를 얻을 수 있으므로, 제품의 공정관리 및 품질관리에 큰 효과를 얻을 수 있게 된다.

이후, 성형 및 트리밍 단계(S200)에서, 탄소섬유를 포함하는 복합재를 몰드 내부에 레이업(Layup)하고 열가압하여 성형하며, 필요시 성형된 가공물의 마감을 수행하게 된다.

결과적으로, 앞서 살펴본 종래의 방식에 비하여, 실러 공정과 사상 및 탈지공정 등이 불필요하게 되므로, 전체적인 공정이 대폭 단축될 수 있으며, 이를 통해 제품의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 앞서 살펴본 종래의 접착형태는 탄소섬유 복합재를 만든 후에 폴리에스테르의 UV차단 클리어층을 형성하게 되고, 본 발명에서는 폴리에스테르의 UV차단 클리어층을 형성한 후 탄소섬유 복합재를 만들게 된다.

이때, 탄소섬유 복합재는 에폭시와 탄소섬유 소재를 포함하여 구성되는데, 결과적으로 종래의 기술은 에폭시층에 폴리에스테르층을 결합하는 것이고, 본 발명은 폴리에스테르층에 에폭시층을 결합하는 것이다.

그리고, 에폭시와 폴리에스테르의 각 결합구조를 비교하면, 에폭시의 분자사슬이 폴리에스테르보다 치밀하게 결합된다.

이를 종합하면, 종래와 같이 에폭시층에 폴리에스테르층을 결합하는 경우에는 강한결합구조의 층에 약한결합구조의 층을 도포하는 방식이므로 융착범위가 적은 반면, 본 발명과 같이 폴리에스테르층에 에폭시층을 결합하는 경우에는 약한결합구조의 층에 강한결합구조의 층을 도포하는 방식이므로, 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이 그 결합력이 종래기술에 비하여 3배 내지 4배정도 강해지는 결과를 얻을 수 있다.

이하에서 각 단계들을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 2는 도 1의 단계 'S100'의 구체적인 과정에 대한 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 인몰드 클리어 도포 단계(S100)는 1차 도포과정(S110), 1차 클리어층 겔화과정(S120), 2차 도포과정(S130), 상온숙성과정(S140) 및 열경화과정(S150)을 포함할 수 있다.

먼저, 1차 도포과정(S110)에서는 도 3에 나타난 바와 같이, 분사노즐(20)을 이용하여 몰드(10)의 내측면에 폴리에스테르 UV차단 클리어를 도포하여 1차 클리어층(100)을 형성할 수 있다.

일반적으로 폴리에스테르재질의 UV차단 클리어는, 기본 점도가 600cps 내지 800cps로 낮은 상태이며, 이 경우 클리어의 표면장력으로 인해 몰드(10)의 내측면에 도포된 이형제에 부착되지 않고 비딩(Beading)과 같은 형태를 형성하게 된다.

이와 같이 클리어가 비딩과 같은 형태로 뭉쳐지는 것을 방지하기 위하여, 폴리에스테르 UV차단 클리어의 온도조건을 5℃ 내지 15℃로 하여, 점도를 900cps 내지 1000cps로 증가시키게 되면, 도 3의 확대부분에 나타난 바와 같이 도포되는 클리어의 표면장력효과가 줄어들게 되면서, 비딩(Beading) 형태의 구가 화살표방향으로 퍼지면서 반구형이 되어 몰드(10)의 내측면에 효과적으로 접착할 수 있다.

한편, 앞서와 같은 조절을 통해 클리어의 초기접착이 가능해진다 하더라도, 도 3의 확대부분에 나타난 바와 같이 1차 클리어층(100)이 도트(Dot) 형태로 분포되므로, 몰드(10)의 내측면 전체를 일정하게 도포하기에 부족함이 발생할 수 있다.

이에, 1차 도포과정(S110)에서는, 우선적으로 폴리에스테르 UV차단 클리어의 돌기형 입자(110)는 그 크기(D1)가 150㎛ 내지 250㎛가 되도록 하여 1차 클리어층(100)을 형성할 수 있다.

그리고, 1차 클리어층 겔화과정(S120)을 통해 형성된 1차 클리어층을 겔(Gel)화하게 된다.

예를 들어, 1차 클리어층(100)이 도포된 상태를 유지할 경우, 이후 적층되는 2차 클리어층(200)과의 결합력이 약화될 수 있으며, 1차 클리어층(100)을 완전경화할 경우에는, 이후 적층되는 2차 클리어층(200)이 박리될 가능성이 있다.

이에, 1차 클리어층 겔화과정(S120)에서는, 1차 클리어층(100)의 경화제 비율을 1% 내지 3%로 하고, 30℃ 내지 50℃의 온도에서 30분 내지 90분 동안 수행하는 것이 바람직하다.

이후, 반경화된 1차 클리어층(100)에 2차 클리어층(200)을 적층하는 2차 도포과정(S130)을 수행하게 된다.

2차 도포과정(S130)에서는, 겔화된 1차 클리어층(100)에 추가로 폴리에스테르 UV차단 클리어의 2차 클리어층(200)을 도포하게 되며, 이러한 과정을 통해 전체 클리어층의 두께를 설정도장두께로 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 4에 나타난 바와 같이 분사노즐(20)을 통해 분사되는 폴리에스테르 UV차단 클리어가 1차 클리어층(100)의 돌기형 입자(110) 사이를 충전하게 되며, 클리어층의 전체 두께(D2)가 설정도장두께인 350㎛ 내지 450㎛로 형성되도록 반복하여 도포할 수 있다.

이때, 2차 도포과정(130)에서, 2차 클리어층(200)을 형성하기 위한 폴리에스테르 UV차단 클리어의 분사압력은, 1차 클리어층(100)을 형성하기 위한 분사압력의 10% 내지 30%를 유지할 수 있다.

그리고, 2차 클리어층(200)을 형성하기 위한 폴리에스테르 UV차단 클리어의 분사량은, 1차 클리어층을 형성하기 위한 분사량의 120% 내지 140%를 유지할 수 있다.

또한, 분사모듈(20)은 스폿분사모드로 동작되며, 대상면을 기준으로 15㎝ 내지 30㎝의 거리에서 근접분사하도록 동작될 수 있다.

이때, 분사모듈(20)은 스폿분사모드로 1차 클리어층(100)의 돌기형 입자(110) 사이를 충진한 후, 돌기형 입자(110) 사이가 충분히 충진되면 와이드분사모드로 변경되어 원하는 도장두께가 형성되도록 대상면 전체를 일정하게 도포할 수 있다.

상온숙성과정(S140)에서는, 앞서 형성된 1차 클리어층(100)과 2차 클리어층(200)이 완전결합되도록 상온에서 대기하는 과정으로, 이를 통해 클리어 입자 사이의 융착과 클리어 자체의 퍼짐성으로 인한 오렌지필과 기포 등을 최소화할 수 있다

예를 들어 상온숙성과정(S140)은, 숙성온도 21℃ 내지 25℃를 유지한 상태에서 20분 내지 40분 동안 대기하는 과정을 거칠 수 있다.

이와 같은 상온숙성으로 2차 클리어층(200)의 겔화가 진행되면 일정한 열을 가하여 1차 클리어층(100)과 2차 클ㄹ리어층(200)을 경화하는 열경화과정(S150)을 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 열경화과정(S150)은 상온숙성단계(S140)에서 2차 클리어층의 겔화가 진행되면, 35℃ 내지 40℃의 온도에서, 2차 클리어층의 끈적거림이 없어질 때까지 경화할 수 있으며, 이러한 과정은 보통 2시간 이상을 수행하게 된다.

이와 같은 열경화과정(S150)을 거치게 되면, 표면의 끈적거림인 텍기(Sticky; 점착성)가 제거될 수 있으며, 이로 인해 후경화처리 없이 바로 탄소섬유의 레이업(Layup)이 가능하게 된다.

다시 말해, 본 발명은 1차 도포과정에서(S110) 1차 클리어층(100)에 돌기형 입자(110)가 형성되도록 할 수 있고, 이후 2차 도포과정에서(S130) 폴리에스테르 UV차단 클리어가 1차 클리어층(100)의 돌기형 입자(110) 사이로 충진되도록 하여 2차 클리어층(200)을 형성함으로써, 몰드에 도포된 이형제로 인한 품질저하를 방지함과 동시에 탄소섬유 복합재와의 결합력을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 인몰드 클리어 도포 단계(S100)가 완료되면, 도 5에 나타난 바와 같이 성형 및 트리밍 단계(S200)를 수해하게 된다.

구체적으로, 인몰드 클리어 도포 단계(S100)에서 경화가 완료된 1차 및 2차 클리어층(100, 200)의 상부에, 도 5의 상부와 같이 탄소섬유 복합재(300)를 레이업(Layup)한다.

이후, 도 5의 하부와 같이 프레스(30)를 이용하여 열가압 방식으로 성형을 하게 된다.

예를 들어, 탄소섬유 복합재(300)는 탄소섬유 및 유리섬유 등 다양한 섬유재로 적층되어 구성될 수 있으며, 제1 섬유 내지 제3 섬유(310 내지 330)는 각각 제1 날실(311) 내지 제3 날실(331)과, 제1 씨실(312) 내지 제3 씨실(332)로 직조된 직물형태로 형성될 수 있다.

이러한 탄소섬유 복합재(300)가 1차 및 2차 클리어층(100, 200)의 상부에 레이업된 후 열가압방식에 의해 일정한 열을 공급하면서 가압하게 되면, 도 6의 하부에 나타난 바와 같이 1차 및 2차 클리어층(100, 200)의 일부가 탄소섬유 복합재(300)의 씨실과 날실 사이의 공간으로 충진되면서, 본 발명에 의한 하드케이스가 제작될 수 있다.

이와 같이 제작된 하드케이스는, 이후 필요시 성형된 가공물의 마감을 수행하게 된다. 예를 들어, 마감공정은 글라인딩 공정 및 광택 공정 등을 포함할 수 있다.

이러한 하드케이스에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의해 제작된 하드케이스는, 인몰드 방식으로 형성된 폴리에스테르 UV차단 클리어층과, 폴리에스테르 UV차단 클리어층에 열가압하여 성형된 탄소섬유 복합재층을 포함할 수 있다.

특히 열가압 성형시, 융해된 폴리에스테르 UV차단 클리어층의 일부가 탄소섬유 복합재층의 섬유 사이로 충진되어 경화될 수 있다.

이와 같이 제작된 본 발명의 하드케이스는, 폴리에스테르 UV차단 클리어층과 탄소섬유 복합재층의 부착강도가 2.5㎫ 내지 3.0㎫로 유지될 수 있고, 폴리에스테르 UV차단 클리어층의 두께(D3)는 80㎛ 내지 150㎛로 형성될 수 있다.

도 7은 본 발명에 의해 제작된 CFRP의 테스트 결과 보고서이고, 도 8은 기존의 접착방식으로 제작된 CFRP의 테스트 결과 보고서이다.

두 보고서를 비교하면, 본 발명의 CFRP는 도막두께가 92㎛이고 부착강도는 2.7㎫로서, 도막두께가 396㎛이고 부착강도는 0.8㎫인 부착방식에 비하여, 도막두께는 4.3배 얇아지고 부착강도는 3.375배 강해짐을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 의한 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용하여 제작된 하드케이스에 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.

10 : 몰드 20 : 분사노즐
30 : 프레스
100 : 1차 클리어층 110 : 돌기형 입자
200 : 2차 클리어층
300 : 탄소섬유 복합재
310 : 제1 섬유 311 : 제1 날실
312 : 제1 씨실
320 : 제2 섬유 321 : 제2 날실
322 : 제2 씨실
330 : 제3 섬유 331 : 제3 날실
332 : 제3 씨실

Claims (13)

1. 몰드의 내측면에 UV차단 클리어를 도포하여 경화하는 인몰드 클리어 도포 단계; 및 탄소섬유를 포함하는 복합재를 레이업(Layup)하고 열가압하여 성형하며, 성형된 가공물의 마감을 수행하는 성형 및 트리밍(Trimming) 단계;를 포함하며,
   상기 인몰드 클리어 도포 단계는,
   몰드의 내측면을 폴리에스테르 UV차단 클리어로 도포하여 1차 클리어층을 형성하는 1차 도포과정; 상기 1차 클리어층의 경화제 비율을 1% 내지 3%로 하고, 30℃ 내지 50℃의 온도에서 30분 내지 90분 동안 수행하여 상기 1차 클리어층을 겔(Gel)화하는 1차 클리어층 겔화과정; 겔화된 1차 클리어층에 추가로 폴리에스테르 UV차단 클리어의 2차 클리어층을 도포하여 전체 클리어층의 두께를 설정도장두께로 형성하는 2차 도포과정; 상기 1차 클리어층과 2차 클리어층이 완전결합되도록 상온에서 대기하는 상온숙성과정; 및 상기 상온숙성으로 2차 클리어층의 겔화가 진행되면 일정한 열을 가하여 경화하는 열경화과정;을 포함하고,
   상기 1차 도포과정에서는,
   상기 1차 클리어층에 150㎛ 내지 250㎛ 크기의 돌기형 입자가 형성되도록 하고, 상기 폴리에스테르 UV차단 클리어의 온도조건을 5℃ 내지 15℃로 하여, 점도를 900cps 내지 1000cps로 증가시키고,
   상기 2차 도포과정은,
   폴리에스테르 UV차단 클리어가 1차 클리어층의 돌기형 입자 사이를 충진한 후, 클리어층의 전체 두께가 설정도장두께인 350㎛ 내지 450㎛로 형성되도록 반복하여 도포하며,
   상기 2차 클리어층을 형성하기 위한 폴리에스테르 UV차단 클리어의 분사압력은 1차 클리어층을 형성하기 위한 분사압력의 10% 내지 30%를 유지하고,
   상기 2차 클리어층을 형성하기 위한 분사량은 1차 클리어층을 형성하기 위한 분사량의 120% 내지 140%를 유지하며,
   스폿분사모드로 15㎝ 내지 30㎝의 거리에서 근접분사하여 1차 클리어층의 돌기형 입자 사이를 충진한 후, 와이드분사모드로 변경하여 설정도장두께가 형성되도록 반복하여 도포하는 것을 특징으로 하는 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
   
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9. 제 1항에 있어서,
   상기 상온숙성과정은,
   숙성온도 21℃ 내지 25℃를 유지한 상태에서 20분 내지 40분 동안 대기하는 것을 특징으로 하는 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 열경화과정은,
    상기 상온숙성과정에서 2차 클리어층의 겔화가 진행되면, 35℃ 내지 40℃의 온도에서, 2차 클리어층의 끈적거림이 없어질 때까지 경화하는 것을 특징으로 하는 인몰드 방식의 탄소섬유 강화 플라스틱 제조 방법.
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