KR102584110B1 - Cfrp 폼코어 샌드위치 구조체 및 그의 제조방법 - Google Patents

Cfrp 폼코어 샌드위치 구조체 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체는 폼코어의 상부면 및 하부면에 제1 프리프레그, 메쉬층 및 제2 프리프레그가 순서대로 적층되고, 메쉬층의 면적은 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 면적 이하인 구조를 가진다. 이와 같은 구조를 통해 본 발명에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체는 핀홀 및 표면 불균일 문제를 해결하여 외관 향상, 결함 제거 효과를 나타낼 수 있다.

Description

CFRP 폼코어 샌드위치 구조체 및 그의 제조방법{CFRP FOAM-CORE SANDWICH STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 건축용, 산업용, 자동차용 소재 등으로 사용되는 샌드위치 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로 폼재와 프리프레그를 사용하여 제조하는 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 많은 산업 분야에 샌드위치 구조체가 이용되고 있으며, 분야만큼이나 다양하게 샌드위치 구조체의 강도와 무게가 설계되고 있고, 샌드위치 구조체의 경량화를 위해 내부에 폼재가 삽입되는 구조가 널리 사용되고 있다.
이러한 폼재나 코어재를 사용하는 경우, 폼재나 코어재를 감싸는 외피재로 보강성능을 갖는 복합재를 사용하여 경량화와 고강도를 동시에 달성하는 방식이 사용되고 있다.
한편, 복합재료에서는 중량은 늘리지 않고 적층판의 두께를 두껍게 하여 강성을 획기적으로 높이기 위해 저밀도 폼 재료를 사용한다. 그러나 폼코어 샌드위치 구조체의 성형 시, 코어 재료인 폼재 표면에 존재하는 기공과 성형 공정 중 발생하는 구멍에 수지가 추가적으로 소모되는 근본적인 문제가 있다. 또한, 이와 같은 코어 재료인 폼재 표면에 존재하는 기공과 성형 과정에서 발생하는 구멍에 의해 CFRP 제조 과정에서 제품에 핀홀/홀이 발생하게 된다. 이러한 핀홀은 일반적으로 표면 또는 제품의 구조적 층 사이에 나타나며, 이는 제품의 외관에 영향을 미칠 뿐만 아니라 물성에도 일정한 영향을 미칠 수 있는 결함으로 작용한다.
또한, 복합재료의 외관 개선뿐만 아니라 제품에 습기의 침투를 방지하고 잠재적인 물성 저하를 막기 위해서는 핀홀과 공극을 채워야 한다. 복합재료는 성형 시 진공 처리를 하거나 성형 후 홀 필러와 코팅제를 이용하여 핀홀과 같은 작은 표면 결함을 채울 수 있다. 그러나 진공, 전처리 및 샌딩처리 등 추가 공정이 필요하며 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 더욱이, 복합재 표면에 발생하는 직경 1 mm 미만의 핀홀은 스프레이 방식으로는 메울 수 없는데, 이는 스프레이된 코팅이 핀홀을 연결하고 핀홀에서 가스를 배출하거나 코팅이 건조될 때 뒤로 수축하거나 샌딩을 통해 브리지를 뚫을 수 있기 때문이다. 따라서 적층 설계 단계에서 성형성과 공정기술을 고려하여 수지 소모를 최소로 줄이는 설계가 요구되고 있는 실정이다.
한국공개특허공보 제10-2011-0076269호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 프리프레그 사이에 메쉬층을 삽입한 다층 어셈블리 구조를 사용하여 직물에 기공이 갇히는 것을 방지하고 폼재에 수지가 소모되는 것을 방지함으로써, 표면에 핀홀이 발생되는 것을 억제하고, 표면 불균형을 해소할 수 있는 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체 및 그의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 폼코어 및 폼코어의 상부면 및 하부면에 제1 프리프레그, 메쉬층 및 제2 프리프레그가 순서대로 적층되며, 메쉬층의 면적은 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 면적 이하인 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체에 의해 달성된다.
바람직하게는, 메쉬층의 단위 면적당 중량은 20 내지 40 g/m2인 것일 수 있다.
바람직하게는, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 외표면에 직경 1 mm 미만의 핀홀이 1 m2 단위면적당 20개 이하로 존재하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 메쉬층은 PET, 유리섬유 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 메쉬층은 메쉬 또는 매트 형태인 것일 수 있다.
바람직하게는, 제1 프리프레그는 직물 프리프레그이고, 제2 프리프레그는 일방향(UD) 프리프레그인 것일 수 있다.
바람직하게는, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 굴곡강도는 200 MPa 이상인 것일 수 있다.
바람직하게는, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 표면거칠기(Ra)가 2.0 ㎛ 이하인 것일 수 있다.
바람직하게는, 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그는 에폭시 수지, 폴리에스테르수지, 비닐에스터 수지 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 수지를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 목적은, 하부 금형 내부에 제2 프리프레그, 메쉬층 및 제1 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제1 단계, 제1 프리프레그 상에 폼코어를 적층하는 제2 단계, 폼코어 상에 제1 프리프레그, 메쉬층 및 제2 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제3 단계, 상부 금형을 치합한 후 프레스 성형하는 제4 단계 및 탈형 및 가공하는 제5 단계를 포함하는 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체 및 그의 제조방법에 따르면 폼코어 샌드위치 적층으로 인해 발생하는 핀홀 및 표면 불균일 문제를 해결하기 위한 수단으로 메쉬 보강재를 삽입하여 이러한 문제를 해결하고 샌드위치 구조체의 외관 향상, 결함 제거 효과를 나타낼 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체는 폼코어(110), 제1 프리프레그(120), 메쉬층(130) 및 제2 프리프레그(140)를 포함한다. 이때, 폼코어(110)는 샌드위치 구조체 내부의 중간에 위치하고, 제1 프리프레그(120), 메쉬층(130) 및 제2 프리프레그(140)는 폼코어(110)의 상부면 및 하부면에 순차적으로 적층된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체는 폼코어(110)의 상하에 제1 프리프레그(120), 메쉬층(130) 및 제2 프리프레그(140)가 순차적으로 적층되는 다층 어셈블리 구조의 보강층을 형성하여 이루어진다. 이하, 각 구성에 대해 상술한다.
먼저, 폼코어(110)는 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 코어층으로, 샌드위치 구조체의 경량화를 달성하기 위해 폼(foam) 소재를 소정의 두께로 압축하여 형성된 경질의 판형 발포체이다. 본 명세서에서 코어층을 형성하는 폼소재를 '폼재'라고 지칭한다.
폼코어(110)를 형성하는 폼재는 PVC(PolyVinlyChloride), PET(PolyEthyleneTerephthalete), PS(PolyStyrene), PU(Polyurethane) 및 PMI(PolyMethacryImide) 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 경질의 폼재를 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 폼코어(110)의 소재는 상술한 소재로 한정되는 것은 아니며, 성형 공정을 통해 발포가 가능한 소재라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 일례로서, 폼코어(110)를 형성하는 폼재는 발포 수지에 대하여 발포/경화제를 혼합하고 소정의 온도에서 성형하여 형성되는 것일 수 있다.
또한, 폼코어(110)를 형성하는 폼재는 성형 공정에서의 변형 및 물성저하를 방지하기 위하여 150℃ 이상의 내열특성을 가지는 것이 바람직하다.
다음으로, 제1 프리프레그(120), 메쉬층(130) 및 제2 프리프레그(140)가 순차적으로 적층된 보강층은 샌드위치 구조체에서 요구되는 강성을 확보하기 위해 강화섬유가 수지가 함침된 복합소재를 메쉬층과 함께 소정의 두께로 성형하여 형성한다.
이때 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140)를 구성하는 섬유보강재인 탄소섬유는 직조물 형태 및 일방향의 형태인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 폼코어(110) 상에 직접 접촉하는 제1 프리프레그(120)는 직물 프리프레그를 포함하는 것이 바람직하고, 제2 프리프레그(140)는 일방향(UD) 프리프레그를 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로 일방향 프리프레그가 동일한 단위 면적당 무게에서 보다 높은 강성을 발현할 수 있으므로, 외부에 위치하는 제2 프리프레그(140)는 보다 높은 강성을 가지도록 하기 위하여 일방향 프리프레그를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 프리프레그(120)로 직물 프리프레그를 사용하고 제2 프리프레그(140)로 일방향 프리프레그를 사용함으로써 서로 다른 두 프리프레그의 섬유 배열 방향이 서로 엇갈리도록 하여 다양한 방향에서 가해지는 외력에 대한 강성 및 저항력을 확보할 수 있다.
또한, 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140)는 섬유보강재 및 매트릭스 수지를 포함한다.
이때, 섬유보강재는 탄소섬유, 유리섬유, 케블러 섬유 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 섬유를 포함하는 것이 바람직하며, 탄소섬유를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140)는 설계 목적 및 용도와 요구되는 기계적 강성에 따라 하나 이상의 섬유보강재를 적층하여 형성될 수 있다.
또한, 섬유보강재에 함침되는 매트릭스 수지는 샌드위치 패널의 크기 및 형상에 따라 다양한 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 매트릭스 수지는 일반적인 복합소재에 사용되는 열경화성 수지인 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐에스터 수지가 중에서 선택된 어느 하나 이상의 수지가 사용될 수 있다.
또한, 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140)는 충격흡수를 위한 인성강화의 방안으로 기능성 물질을 더 포함할 수 있다. 기능성 물질은 인성이 높은 열가소성수지 입자로 매트릭스 수지에 첨가되어 사용될 수 있다. 열가소성 수지 입자는 폴리아크릴(polyacryl), 폴리에스터(polyester), 폴리비닐(polyvinyl), 폴리우레탄(polyurethan), 폴리에테르(polyether), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르 아미드(polyether amide), 폴리케톤(polyketone), 폴리에테르케톤(polyether ketone), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리술폰(polysulfone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르에테르술폰(polyetherethersulfone), 폴리페닐술폰(polyphenylsulfone) 및 폴리페닐렌옥사이드(polyphenylene oxide) 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 메쉬층(130)은 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140) 사이에 위치하여 핀홀 및 표면 불균일 문제를 해결한다. 보다 구체적으로 메쉬층(130)은 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140) 사이에 기공이 갇히는 것을 방지하고 폼코어(110)의 폼재에 수지가 소모되는 것을 방지하여, 핀홀 발생을 억제하고 표면을 균일하게 형성한다.
이러한 메쉬층(130)은 PET, 유리섬유 및 탄소섬유 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 메쉬층(130)의 면적은 메쉬층(130)의 상부와 하부에 위치한 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140) 면적 이하, 즉 보강층인 탄소섬유 프리프레그보다 작거나 동일한 면적을 가지는 것이 바람직하다. 메쉬층(130)의 면적이 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140)의 면적보다 클 경우 성형 공정에서 프리프레그 가장자리 부분에 매트릭스 수지의 함침 저하가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 메쉬층(130)의 면적이 제1 프리프레그(120) 및 제2 프리프레그(140) 면적 이하로 함으로써 가장자리 프리프레그의 함침 저하를 방지할 수 있다.
또한, 메쉬층(130)의 단위 면적당 중량은 20 내지 40 g/m2인 것이 바람직하다. 이때, 메쉬층(130)의 단위 면적당 중량이 20 g/m2 미만인 경우 메쉬층의 효과가 나타나지 않으며, 40 g/m2 초과인 경우 표면 불량 및 굴곡강도 저하 등의 문제를 가진다.
또한, 메쉬층(130)은 메쉬 또는 매트 형태인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체는 외표면에 직경 1 mm 미만의 핀홀이 1 m2 단위면적당 20개 이하로 존재하는 것이 바람직하다. 이때, 핀홀 개수가 20개 초과인 경우 구조체의 외표면에 불균일이 발생하고 기계적 물성이 저하된다.
또한, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 굴곡강도는 200 MPa 이상인 것이 바람직하다. 이때, 굴곡강도가 200 MPa 미만인 경우 강화섬유의 보강 효과가 적어지는 문제를 가진다.
또한, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 외표면 표면거칠기(Ra)는 2.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이때, 표면거칠기(Ra)가 2.0 ㎛ 초과인 경우, 기계적 물성이 저하된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 제조방법은 하부 금형 내부에 제2 프리프레그, 메쉬층 및 제1 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제1 단계(S201); 제1 프리프레그 상에 폼코어를 적층하는 제2 단계(S202); 폼코어 상에 제1 프리프레그, 메쉬층 및 제2 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제3 단계(S203), 상부 금형을 치합한 후 프레스 성형하는 제4 단계(S204) 및 탈형 및 가공하는 제5 단계(S205)를 포함한다.
제1 단계(S201)를 수행하기 이전에 프리프레그가 금형 내부에서 쉽게 이탈될 수 있도록 금형 내부에 이형처리를 하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. 금형 내부에 제1 프리프레그를 적층하기 이전에 금형 내부 표면을 이형제로 도포한다. 이때, 금형 표면을 균일하고 매끈하게 만들 수 있도록, 고상이 아닌 액상의 이형제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이형제가 도포된 표면을 융과 같은 직조물로 닦아 내어 마감하는 것이 바람직하다. 이형제가 표면에 균일하고 매끈하게 도포되지 않으면 금형 표면에 이형제의 얼룩이 남고 이는 성형 후 성형품의 표면 얼룩으로 전사될 수 있으며, 금형 표면에 과도하게 남아 있는 이형제에 의해서 프리프레그 적층시 금형 표면과의 접착력이 떨어질 수 있다.
먼저, 하부 금형 내부에 제2 프리프레그, 메쉬층 및 제1 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제1 단계(S201)에서는 하부 금형의 내부 캐비티에 제2 프리프레그를 먼저 적층한 후 제2 프리프레그 상에 메쉬층을 적층하고 다음으로 제1 프리프레그를 적층하여 하부 다층 어셈블리를 형성한다. 이때, 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그는 필요로 하는 두께 및 강도를 형성하기 위하여 하나 이상 적층할 수 있다.
이때, 적층된 제1 프리프레그와 메쉬층 및 제2 프리프레그와 메쉬층 그리고 제2 프리프레그와 금형 표면 간의 계면에는 기포가 남지 않도록 적층하는 것이 바람직하다. 특히, 제2 프리프레그와 금형 표면간 계면에 남은 기포는 외관 불량의 원인이 될 수 있으므로 기포 제거가 더욱 중요하다.
다음으로, 제1 프리프레그 상에 폼코어를 적층하는 제2 단계(S202)에서는 제1 단계(S201)에서 형성된 다층 어셈블리의 제1 프리프레그 상에 폼코어를 적층한다. 이때, 폼코어는 사전에 필요한 두께로 성형되어 금형 내부에 적층될 수 있으며, 프레스 성형과정에서 폼코어가 압축되는 것을 고려한 두께로 성형되어 적층될 수 있다.
다음으로, 폼코어 상에 제1 프리프레그, 메쉬층 및 제2 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제3 단계(S203)에서는 폼코어 상부에 제1 프리프레그를 적층하고, 제1 프리프레그 상에 메쉬층을 적층한 후, 제2 프리프레그를 적층하여 상부 다층 어셈블리를 형성한다.
다음으로, 후술하는 S204 단계를 수행하기 이전에, 치합된 금형을 50 내지 100℃의 온도에서 예열하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이는 프리프레그에 함침되어 있는 매트릭스 수지의 점도를 낮추어 흐름성을 좋게 하기 위한 것으로 이러한 예열 공정을 통해 샌드위치 구조체의 외관을 우수하게 하여 성능 향상을 도모할 수 있다. 이때, 예열 온도가 50℃ 미만에서는 매트릭스 수지 점도 하강 효과가 낮아 수지 흐름성이 향상되지 않으며, 100℃ 이상에서는 매트릭스 수지의 흐름성은 극대화되지만 경화가 진행되어 외관 문제를 야기할 수 있다.
다음으로, 상부 금형을 치합한 후 프레스 성형하는 제4 단계(S204)에서는 상부 금형을 하부 금형과 치합한 후 기 설정된 온도 및 압력으로 프레스 성형을 수행한다. 이때, 가해지는 열과 압력에 의해 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그의 매트릭스 수지가 융해되면서 설계된 형태와 두께로 압축되어 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체를 형성한다.
이때 성형 금형에 가해지는 온도(프레스의 온도)는 100 내지 180℃ 온도에서 수행되는 것이 바람직하며, 가압 시간은 30 분 내지 2 시간 인 것이 바람직하다. 가압 온도가 100℃ 미만인 경우 금형 내부에 위치한 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그층의 미경화로 인해 성형 불량 및 물성 저하의 문제가 발생하며, 가압 온도가 180℃를 초과하는 경우 프로펠러 금형 내부의 폼코어, 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그에 과도한 온도로 인한 수지 열화의 문제가 발생한다.
또한, 성형 금형에 가해지는 가압 압력(프레스의 가압 압력)은 0.5 내지 5 MPa인 것이 바람직하다. 이때, 가압 압력이 0.5 MPa 미만인 경우 낮은 압력으로 인해 금형 내부에 안치된 프리프레그가 충분히 가압되지 못하여 표면 미함침 혹은 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그와 메쉬층 사이의 층간 접착력이 저하되는 문제가 있으며, 가압 압력이 5 MPa를 초과하는 경우 과도한 압력으로 인해 금형이 변형되거나 그로 인한 샌드위치 구조체의 단면 형상이 변형되는는 문제가 발생한다.
다음으로, 탈형 및 가공하는 제5 단계(S205)에서는 금형이 매트릭스 수지의 유리전이온도 이하로 냉각된 후에 탈형하는 것이 바람직하다. 유리전이온도 이상에서 탈형시 폼코어의 압축반발력으로 인해 샌드위치 구조체의 단면이 부풀어 올라 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 제5 단계(S205)에서는 트리밍 단계를 수행하여, 샌드위치 구조체 형상 외부로 삐져나온 수지 혹은 탄소섬유의 버(burr)를 제거하는 등의 가공을 통해 마무리 작업을 수행한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 설명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
하부 금형 내부에 두께 0.15 mm 인 에폭시 수지가 함침된 일방향 프리프레그(UD), 두께 0.1 mm 인 탄소섬유 메쉬 및 두께 0.3 mm 인 에폭시 수지가 함침된 직물 프리프레그를 순서대로 적층하였다. 다음으로 직물 프리프레그 상에 두께 5.5 mm인 폴리우레탄 폼재를 적층한 다음, 폼재 상에 상술한 직물 프리프레그, 탄소섬유 메쉬 및 일방향 프리프레그(UD)를 순서대로 적층하였다. 이때, 메쉬층의 단위 면적당 중량은 20 g/m2인 것을 사용하였으며, 프리프레그와 동일한 면적을 사용하였다.
다음으로, 상부 금형을 치합한 후 120℃ 온도에서 2 MPa의 압력으로 2 시간 동안 가압하여 프레스 성형한 후, 금형을 25℃로 냉각한 후 샌드위치 구조체를 금형에서 탈형한 후 트리밍 작업을 통한 후가공을 진행하여 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체를 제조하였다.
[실시예 2]
메쉬층을 단위 면적당 중량이 40 g/m2인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체를 제조하였다.
[비교예]
[비교예 1]
메쉬층을 단위 면적당 중량이 10 g/m2인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체를 제조하였다.
[비교예 2]
메쉬층을 단위 면적당 중량이 50 g/m2인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체를 제조하였다.
실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체에 대하여, 하기 실험예를 통해 물성을 평가하여, 그 결과를 표 1에 나타냈다.
[실험예]
(1) 표면거칠기(Ra) 측정
3차원 표면 형상 측정기(KOSAKA, SE-600K)를 이용하여 샌드위치 구조체 표면의 조도(Ra) 값을 측정하였다.
(2) 굴곡강도 측정
ASTM_D790에 의거하여 굴곡강도를 측정하였다.
(3) 핀홀 개수 측정
바닥이 흑색인 평가판 위에 올려 놓고 형광등 하에서 샌드위치 구조체 표면에 직경 1 mm 미만의 핀홀 개수를 겉보기(육안 관찰)로 확인하고, 1m2 단위 면적 당 개수를 기록하였다.
표면거칠기
(㎛)		 굴곡강도
(MPa)		 핀홀 개수
실시예 1 0.21 245 2
실시예 2 0.30 230 3
비교예 1 2.2 205 30
비교예 2 1.8 192 25
표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명의 구성에 따른 실시예 1 및 2는 표면거칠기, 굴곡강도 및 핀홀 개수가 모두 본 발명의 구성을 만족하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체는 상기 물성을 모두 만족함으로써 핀홀과 표면 불균일 문제를 해결하여 구조체의 외관을 개선하고 결함을 제거할 수 있다.
반면에, 비교예 1은 표면거칠기 및 핀홀 개수가 본원발명에서 요구되는 물성을 만족하지 못하는 것으로, 표면불균일이 심하고 핀홀 발생이 많은 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 2는 굴곡강도 및 핀홀 개수가 본원발명에서 요구되는 물성을 만족하지 못하는 것으로, 낮은 굴곡강도와 많은 핀홀 발생으로 인해 기계적 강도 저하가 발생하는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 폼코어
120: 제1 프리프레그
130: 메쉬층
140: 제2 프리프레그

Claims (10)

  1. 폼코어; 및
    상기 폼코어의 상부면 및 하부면에 제1 프리프레그, 메쉬층 및 제2 프리프레그가 순서대로 적층되며,
    상기 메쉬층의 면적은 상기 제1 프리프레그 및 상기 제2 프리프레그 면적 이하이고,
    상기 메쉬층은 메쉬 형태인, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬층의 단위 면적당 중량은 20 내지 40 g/m2인, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 외표면에 직경 1 mm 미만의 핀홀이 1m2 단위면적당 20개 이하로 존재하는, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬층은 PET, 유리섬유 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프리프레그는 직물 프리프레그이고,
    상기 제2 프리프레그는 일방향(UD) 프리프레그인, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 굴곡강도는 200 MPa 이상인, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 표면거칠기(Ra)가 2.0 ㎛ 이하인, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프리프레그 및 상기 제2 프리프레그는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐에스터 수지 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 수지를 포함하는, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체.
  10. 하부 금형 내부에 제2 프리프레그, 메쉬층 및 제1 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제1 단계;
    제1 프리프레그 상에 폼코어를 적층하는 제2 단계;
    상기 폼코어 상에 제1 프리프레그, 메쉬층 및 제2 프리프레그를 순차적으로 적층하는 제3 단계;
    상부 금형을 치합한 후 프레스 성형하는 제4 단계; 및
    탈형 및 가공하는 제5 단계;
    를 포함하며,
    상기 메쉬층은 메쉬 형태인, CFRP 폼코어 샌드위치 구조체의 제조방법.
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