KR102557543B1 - 미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법 - Google Patents

미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 압력 용기의 끝단 돔부는 프리-폼(pre-form) 형태로 제작하되, 완전 가류되지 않은 상태의 미가류 고무 프리폼을 채택함으로써 압력용기 제조의 전체 공정을 효율적으로 수행함과 동시에, 복합소재와의 결합력을 극대화하고, 안정성과 내구성을 개선할 수 있는 미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법에 관한 것이다.

Description

미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법{Unvulcanized rubber preform and method for manufacturing a pressure vessel using the same and having an airtight layer made of rubber}
본 발명은 미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 압력 용기의 끝단 돔부는 프리-폼(pre-form) 형태로 제작하되, 완전 가류되지 않은 상태의 미가류 고무 프리폼을 채택함으로써 압력용기 제조의 전체 공정을 효율적으로 수행함과 동시에, 복합소재와의 결합력을 극대화하고, 안정성과 내구성을 개선할 수 있는 미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압력용기는 차량용 친환경 연료로 잘 알려져 있는 액화석유가스(LPG), 액화천연가스(CNG)와 같은 기체 연료를 저장하기 위해 주로 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속 재질 라이너에 보호 코팅이 입혀져 있는 Type 1 형태의 용기와, 경량화를 위해 금속 라이너 실린더 중앙부 또는 전면에 섬유로 감은 Type 2, 3 형태의 용기와, 고밀도 플라스틱 재질의 라이너에 섬유가 전면에 감겨 있어 Type 1나 2의 용기에 비해 약 60% 중량 절감을 보이는 복합재를 사용한 Type 4 형태의 용기와, Type 3, 4와 달리 라이너를 생략하고 맨드릴의 표면에 직접 복합재를 사용한 Type 5가 있다.
Type 2 내지 5의 경우 복합소재 와인딩 기술을 이용하여 제조하게 되는데, 이는 금형인 맨드릴의 외주면을 따라 가열경화 성능을 가지고 있는 섬유소재 등을 와인딩 후, 가열을 실시하여 내부에 수용공간이 형성되는 성형품을 제조하는 방식이다.
이 중에서 Type 5의 압력용기는 라이너가 없이 맨드릴 표면에 고무 스트립을 감은 다음, 그 위에 탄소섬유를 감은 다음, 경화시켜 성형하는 방식이기 때문에 초경량 특성을 가지고 있다.
한편, 복합소재 와인딩 공정에서 섬유가 감기는 패턴은 크게는 후프(Hoop), 헬리컬(Helical) 그리고 측지선(Polar) 방식으로 구분할 수 있으며, Type 2 용기에서는 후프 형태의 패턴을 사용하며 Type 3 내지 5에서는 용기 중앙부와 돔 형태의 실린더 끝단을 포함한 전면을 감기 때문에 후프 및 헬리컬 패턴을 혼합하여 사용한다.
다만, 돔 형태의 실린더 끝단의 경우 와인딩 각도가 작거나, 구조가 복잡한 경우에는 와인딩 공정이 어려운 문제가 있다.
따라서 Type 5의 압력용기의 제조상 편의를 위해 본 출원인은 압력 용기의 끝단 돔부는 프리-폼(pre-form) 형태의 가류 고무 프리폼을 제작한 다음 이를 맨드릴에 장착하고 나머지 실린더부는 고무 스트립으로 감는 방식을 시도한 바 있다.
다만, 프리-폼(pre-form) 형태의 돔부를 제작할 때 금형에 고무 스트립을 감은 다음 완전 경화시키는 방식을 채택하였기 때문에 고무 스트립이 겹치는 부분에 단차가 발생하게 되고, 그 위에 탄소섬유 복합재를 와인딩한 후 경화시킬 때 가류 고무 프리폼과 탄소섬유 복합재와의 결합력이 약화되는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-2226423호 대한민국 등록특허 제10-0629959호 대한민국 등록특허 제10-2318066호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 압력 용기의 끝단 돔부는 프리-폼(pre-form) 형태로 제작하되, 완전 가류되지 않은 미가류 고무 프리폼을 채택함으로써 압력용기 제조의 전체 공정을 효율적으로 수행함과 동시에, 복합소재와의 결합력을 극대화하고, 안정성과 내구성을 개선할 수 있는 미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼을 활용한 압력용기의 제조방법은 실린더부와, 실린더부의 좌우에 배치되는 한 쌍의 돔부로 이루어지는 맨드릴 표면에 고무 스트립과 복합소재를 와인딩하여 압력용기를 제조하는 것으로서, 돔 형상의 미가류 고무 프리폼을 마련하는 제1공정과; 상기 미가류 고무 프리폼을 상기 맨드릴의 돔부 표면에 안착시키는 제2공정과; 상기 맨드릴의 실린더부에 고무 스트립을 와인딩하는 제3공정과; 상기 미가류 고무 프리폼과 고무 스트립 표면에 복합소재를 와인딩하는 제4공정과; 가온 및 가압 조건 하에서 상기 미가류 고무 프리폼 및 고무 스트립을 가류시킴과 동시에, 상기 복합소재를 경화시켜 결합하는 제5공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼을 활용한 압력용기의 제조방법에 있어서, 미가류 고무 프리폼은 돔 형상의 볼록한 면을 가진 하부 금형 상에 고무 시트를 안착시킨 다음, 상기 고무 시트를 돔 형상의 오목한 면을 가진 상부 금형으로 미가류 온도 조건에서 프레스로 가압하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼을 활용한 압력용기의 제조방법에 있어서, 돔 형상의 볼록한 면을 가진 하부 금형 상에 고무 시트를 안착시킨 다음, 상기 고무 시트를 돔 형상의 오목한 면을 가진 상부 금형을 적용하고 미가류 온도 조건에서 오토클레이브로 가압 및 가열하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼을 활용한 압력용기의 제조방법에 있어서, 제2공정은 상기 미가류 고무 프리폼을 돔 형상의 지그 내에 장착하고 진공 흡착시키는 제2-1공정과; 상기 미가류 고무 프리폼이 장착된 지그를 상기 맨드릴의 돔부에 끼움 결합하여 상기 맨드릴의 돔부 표면에 상기 미가류 고무 프리폼을 안착시키는 제2-2공정과; 상기 미가류 고무 프리폼에 진공을 해제한 다음 지그 내에 압력을 가하여 지그를 탈거하는 제2-3공정;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼 및 이를 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법은 압력 용기의 끝단 돔부는 프리-폼(pre-form) 형태로 제작하되, 완전 가류되지 않은 미가류 고무 프리폼을 채택함으로써 압력용기 제조의 전체 공정을 효율적으로 수행함과 동시에, 복합소재와의 결합력을 극대화하고, 안정성과 내구성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼을 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법의 각 공정을 나타내는 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 제1공정에서 프레스 또는 오토클레이브에서 가압 및 가열하여 제조된 돔 형상의 미가류 고무 프리폼을 나타내는 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 제1공정에서 프레스 공정 또는 오토클레이브에서 가압 및 가열 공정이 이루어지는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 2c는 본 발명의 제1공정에서 프레스 공정 또는 오토클레이브 가압 및 가열 공정이 완료된 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2공정이 이루어지는 과정을 순차로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3공정에서 고무 스트립을 와인딩하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4공정에서 복합소재를 와인한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 고무 스트립으로 돔부를 와인딩하는 모습을 나타내는 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에서 사용하는 용어 중 복합소재는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 등 유기/무기 섬유와 섬유에 수지를 함침시켜 제조한 프리프레그를 포함한다.
본 발명에서 사용하는 용어 중 '고무'는 천연고무는 물론 SBR, NBR, EPDM 등과 같은 내열고무를 말하며 내열 및 단열 성능 증진을 위하여 탄소섬유, 아라미드 섬유, 실리카 섬유가 필러로 첨가되거나 가류처리 된 고무를 포함한다. 고무는 미가류 상태의 고무를 말하며 프리폼 작업으로 인하여 일부 표면만 가류된 것을 포함한다.
본 발명에서 사용하는 용어 중 '고무로 이루어지는 기밀층'은 압력용기 제조시 미가류 고무 프리폼과 고무 스트립이 복합소재의 내주면에 층을 형성한 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼을 활용한 압력용기의 제조방법의 각 공정을 나타내는 블록도이고, 도 2a는 본 발명의 제1공정에서 프레스 또는 오토클레이브에서 가압 및 가열하여 제조된 돔 형상의 미가류 고무 프리폼을 나타내는 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 제1공정에서 프레스 공정 또는 오토클레이브 가압 및 가열 공정이 이루어지는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 2c는 본 발명의 제1공정에서 프레스 공정 또는 오토클레이브 가압 및 가열 공정이 완료된 상태를 나타내는 분해 사시도이며, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2공정이 이루어지는 과정을 순차로 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제3공정에서 고무 스트립을 와인딩하는 모습을 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 제4공정에서 복합소재를 와인한 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 미가류 고무 프리폼을 활용한 압력용기의 제조방법은 실린더부(31)와, 실린더부(31)의 좌우에 배치되는 한 쌍의 돔부(33)로 이루어지는 맨드릴(30) 표면에 고무와 복합소재를 와인딩하여 압력용기를 제조하는 것으로서, 돔 형상의 미가류 고무 프리폼(100)을 마련하는 제1공정과, 상기 미가류 고무 프리폼(100)을 상기 맨드릴(30)의 돔부(33) 표면에 안착시키는 제2공정과, 상기 맨드릴(30)의 실린더부(31)에 고무 스트립(110)을 와인딩하는 제3공정과, 상기 미가류 고무 프리폼(100)과 고무 스트립(110) 표면에 복합소재(130)를 와인딩하는 제4공정과, 가온 및 가압 조건 하에서 상기 미가류 고무 프리폼(100)과 고무 스트립(110)은 가류시킴과 동시에, 복합소재(130)는 경화시켜 이들을 일체로 결합하는 제5공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1공정은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 돔 형상의 볼록한 면을 가진 하부 금형(10) 상에 고무 시트(100a)를 안착시킨 다음, 상기 고무 시트(100a)를 돔 형상의 오목한 면을 가진 상부 금형(11)으로 가압하고, 미가류 온도 조건에서 가열하는 프레스 방식으로 제조되는 것을 예시할 수 있다.
여기서, 상기 고무 시트(100a)는 중앙에 개구부(101)가 마련된 원반 형상인 것을 예시할 수 있다.
상기 하부 금형(10)은 받침부(10a)와, 상기 받침부(10a)의 상부에 배치되는 하부 금형부(10b)로 구성되며, 상기 상부 금형(11)은 상부 금형부(11a)와, 상기 상부 금형부(11a)의 상단에 배치되는 커버부(11b)로 구성되는 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고무 시트(100a)를 하부 금형부(10b) 상에 안착한 상태에서 상부 금형부(11a)로 압착한 다음, 가열하는 방식으로 미가류 고무 프리폼(100)을 프레스 제조하게 된다.
이때 미가류 고무 프리폼은 일부만 가류 내지 가교 결합이 이루어진 상태를 의미한다.
즉, 미가류 고무 프리폼의 일부 고무성분은 가류 내지 가교 결합이 되고, 나머지 고무성분은 가류 내지 가교 결합이 이루어지지 않게 된다. 여기서 가류 내지 가교 결합이 완료된 일부 고무성분은 프레스 제조 후 미가류 고무 프리폼이 돔 형상을 유지할 수 있도록 해주고, 나머지 가류 내지 가교 결합되지 않은 고무는 제5공정에서 가류 내지 가교 결합을 통해 경화된다.
본 발명의 미가류 고무 프리폼(pre-form)(100)은 앞서 설명한 바와 같이 경화되어 딱딱하게 굳어진 상태가 아닌 것을 의미하는 것으로서, 미가류 고무 프리폼을 제조하기 위한 온도 조건은 60~80℃인 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 반해, 가류 고무가 되는 온도 조건은 140~160℃인 것을 예시할 수 있다.
이러한 본 발명의 미가류 고무 프리폼(pre-form)의 장점은 미가류 고무 프리폼(pre-form)은 반원형이나, 다양한 곡률을 가지는 타원형 또는 복잡한 구조를 가진 돔부를 정밀하게 구현할 수 있으며, 별도의 후가공이 필요하지 않다는 장점이 있다.
그에 반해, 미가류 고무 프리폼(pre-form)을 채택하지 않고 맨드릴 전체에 고무 스트립을 와인딩하는 경우 곡률이 큰 돔부에서는 고무 스트립의 밀림 현상 등이 발생하여 제품 불량의 원인이 될 수 있고, 특히 압력 용기에서는 폭발 등의 치명적인 결함이 된다. 또한, 맨드릴 전체에 고무 스트립을 와인딩하는 경우에는 고무 스트립이 겹쳐지는 영역에 단차가 발생하기 때문에 균일한 두께를 가질 수 없고, 고무 스트립 간 미접착시 제품 결함의 원인이 된다.
또한, 본 발명의 미가류 고무 프리폼(pre-form)는 완전 경화되지 않은 미가류 상태이지만, 그 형태를 유지하면서도 어느 정도의 탄성 내지 연성을 가지기 때문에 후가공이 필요한 경우에도 손쉽게 할 수 있는데, 예를 들어, 미가류 고무 프리폼(pre-form)에 추가적인 홀이나 테두리 등을 손쉽게 가공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 미가류 고무 프리폼(pre-form)는 복합소재와의 결합력을 증가시키는 장점이 있다. 이는 미가류 고무 프리폼과, 토우 프리프레그(tow prepreg)인 복합소재와의 결합력이 가류 고무 프리폼과, 토우 프리프레그와의 결합력 보다 상대적으로 강하다는 의미이다.
또한, 본 발명의 제1공정은 돔 형상의 볼록한 면을 가진 상하부 금형 사이에고무 시트를 안착시킨 다음, 오토클레이브에서 미가류 온도 조건 및 고압을 적용하여 제조할 수도 있다. 이때 고무 시트에는 진공백을 설치한 상태에서 상기 고무 시트를 가압하게 된다.
본 발명의 제2공정은 상기 미가류 고무 프리폼(100)을 돔 형상의 지그(20) 내에 장착하고 진공 흡착시키는 제2-1공정과, 상기 미가류 고무 프리폼(100)이 장착된 지그(20)를 상기 맨드릴(30)의 돔부(33)에 끼움 결합하여 상기 맨드릴(30)의 돔부(33) 표면에 상기 미가류 고무 프리폼(100)을 안착시키는 제2-2공정과, 상기 미가류 고무 프리폼(100)에 진공을 해제한 다음 지그(20)를 탈거하는 제2-3공정으로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.
이와 같이 본 공정에서 미가류 고무 프리폼을 맨드릴의 돔부 표면에 장착하는 과정은 지그 및 진공 흡입 장치 등을 통해 자동화할 수 있기 때문에 공정 효율을 개선할 수 있다.
여기서, 맨드릴(30)의 좌우 양단에는 샤프트(35)가 설치되며, 지그(20)는 지그 본체(21)와 상기 샤프트(35)에 삽입될 수 있는 통공(23)으로 이루어진다.
이와 같이 본 발명은 맨드릴의 돔부에는 미가류 고무 프리폼을 장착하고, 맨드릴의 실린더부에는 고무 스트립을 와인딩하는 복합 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3공정은 맨드릴(30)의 실린더부(31)에 고무 스트립을 와인딩하는 것으로서, 고무 스트립(110)을 공급하는 고무 공급롤(미도시) 및 고무 공급롤을 탑재하고 대차레일(41) 상에서 이동하는 고무 와인딩 장치(40)에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 제4공정은 미가류 고무 프리폼(100)과 고무 스트립(110) 표면에 복합소재(130)를 와인딩하는 것으로서, 예를 들어 탄소 섬유 복합소재를 공급하는 복합소재 공급롤 및 복합소재 공급롤을 탑재하고 대차레일 상에서 이동하는 복합소재 와인딩 장치에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 제5공정은 가온 및/또는 가압 조건 하에서 상기 미가류 고무 프리폼(100)와 고무 스트립(110) 및 복합소재(130)에 함침된 수지를 함께 경화시켜 결합시키는 것으로서, 앞서 설명한 바와 같이 140~160℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
이러한 제5공정은 외부 압력이 존재하는 오토클레이브(autoclave)에서 이루어질 수 있다. 또한, 제5공정은 외부 압력이 존재하지 않는 오븐(oven)에서도 이루어질 수 있는데 그 이유는 미가류 고무 프리폼의 형태가 유지되기 때문이다.
이와 같은 공정을 통해 제작되는 압력 용기는 민간 산업에서 사용하는 압력 용기는 물론, 미사일, 항공기 등의 연소관, 연료 탱크와 같은 군수 산업에서 사용되는 압력 용기 등에도 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 경화 공정에서 미가류 고무 프리폼과 고무 스트립 및 복합소재와의 강력한 결합력을 통해 보다 안정적이고 내구성이 우수한 압력 용기를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 하부 금형 10a : 받침부
10b : 하부 금형부 11 : 상부 금형
11a : 상부 금형부 11b : 커버부
20 : 지그 21 : 지그 본체
23 : 통공 30 : 맨드릴
31 : 실린더부 33 : 돔부
35 : 샤프트 40 : 고무 와인딩 장치
41 : 대차레일 100 : 미가류 고무 프리폼
100a : 고무 시트 110 : 고무 스트립
130 : 복합소재

Claims (4)

  1. 실린더부와, 실린더부의 좌우에 배치되는 한 쌍의 돔부로 이루어지는 맨드릴 표면에 고무 스트립과 복합소재를 와인딩하여 압력용기를 제조하는 방법에 있어서,
    돔 형상의 미가류 고무 프리폼을 마련하는 제1공정과;
    상기 미가류 고무 프리폼을 상기 맨드릴의 돔부 표면에 안착시키는 제2공정과;
    상기 맨드릴의 실린더부에 고무 스트립을 와인딩하는 제3공정과;
    상기 미가류 고무 프리폼과 고무 스트립 표면에 복합소재를 와인딩하는 제4공정과;
    상기 미가류 고무 프리폼 및 고무 스트립을 가류시킴과 동시에, 상기 복합소재를 경화시켜 결합하는 제5공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 미가류 고무 프리폼을 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미가류 고무 프리폼은,
    돔 형상의 볼록한 면을 가진 하부 금형 상에 고무 시트를 안착시킨 다음, 상기 고무 시트를 돔 형상의 오목한 면을 가진 상부 금형으로 미가류 온도 조건에서 프레스로 가압하여 제조되는 것을 특징으로 하는 미가류 고무 프리폼을 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미가류 고무 프리폼은,
    돔 형상의 볼록한 면을 가진 하부 금형 상에 고무 시트를 안착시킨 다음, 상기 고무 시트를 돔 형상의 오목한 면을 가진 상부 금형을 적용하고 미가류 온도 조건에서 오토클레이브로 가압 및 가열하여 제조하는 것을 특징으로 하는 미가류 고무 프리폼을 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2공정은,
    상기 미가류 고무 프리폼을 돔 형상의 지그 내에 장착하고 진공 흡착시키는 제2-1공정과;
    상기 미가류 고무 프리폼이 장착된 지그를 상기 맨드릴의 돔부에 끼움 결합하여 상기 맨드릴의 돔부 표면에 상기 미가류 고무 프리폼을 안착시키는 제2-2공정과;
    상기 미가류 고무 프리폼에 진공을 해제한 다음 지그 내에 압력을 가하여 지그를 탈거하는 제2-3공정;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미가류 고무 프리폼을 활용하고 고무로 이루어지는 기밀층을 갖는 압력용기의 제조방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100222276B1 (ko) 1995-08-31 1999-10-01 최동환 복합재 압력용기용 인슈레이션 및 그 제조방법
KR100629959B1 (ko) 2005-06-01 2006-09-28 오재옥 필라멘트 와인딩 성형장치 및 이 장치를 이용한 필라멘트와인딩 성형방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120111132A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 박찬희 습식 필라멘트 와인딩 공법으로 제작된 압력용기의 진공 또는 가압 경화 공정
KR102226423B1 (ko) 2019-04-12 2021-03-11 케이피항공산업(주) 예열 효율이 높은 금형
KR102318066B1 (ko) 2020-10-29 2021-10-28 일진하이솔루스 주식회사 압력용기의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100222276B1 (ko) 1995-08-31 1999-10-01 최동환 복합재 압력용기용 인슈레이션 및 그 제조방법
KR100629959B1 (ko) 2005-06-01 2006-09-28 오재옥 필라멘트 와인딩 성형장치 및 이 장치를 이용한 필라멘트와인딩 성형방법

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