KR19980047869A - 섬유강화 복합재 성형장치 - Google Patents

Abstract

개시한 내용은 수지의 종방향 및 횡방향으로의 유동을 원활히 할 수 있도록 러너 플레이트를 도입하여 강화섬유층 전체에 걸쳐 수지가 함침될 수 있도록 공급하고 유연성이 있는 고무 계통의 것을 사용하므로써, 곡률을 가지는 복잡한 형상의 복합재도 성형이 가능한 섬유강화 복합재 성형장치에 관한 것이다.

본 발명은 수지주입구가 형성된 성형 본체, 일면에 다수의 돌기를 구비하고 돌기를 이루는 경계면에 수지의 공급경로인 제1 채널을 형성한 수지배분매체, 수지배분매체상에 적층되는 섬유강화층, 섬유강화층 상하부에 장착되고 수지배분매체로부터 공급되는 수지를 함침시키도록 홀이 다수 형성된 이형필름 및 성형 본체의 상부를 밀봉되게 덮으며, 내부를 진공시키기 위한 진공라인이 구비된 진공백을 포함한다. 따라서, 수지배분매체를 재활용할 수 있도록 하며, 고강도의 섬유강화 복합재를 빠른 시간내에 성형할 수 있는 장점이 있다.

Description

섬유강화 복합재 성형장치

본 발명은 섬유강화 복합재의 진공백을 이용한 수지함침 공정에 있어서, 수지배분매체를 이용하여 수지를 강화 섬유층에 균일하게 함침시키기 위한 섬유강화 복합재 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로, 섬유강화 복합재는 두가지의 기본적인 재료의 형태로 제작된다. 즉, 수지가 함침된 섬유형태의 프리프레그와, 건조 섬유층에 수지를 함침시켜 성형하는 형태가 있다. 그중, 프리프레그 공정은 재료의 저온 보관, 분리공정, 작업자의 수지접촉, 최종경화시 공정 특성 제어의 어려움, 기공없는 균일한 수지 함유량을 얻기 어렵다는 단점이 있다.

수지 함침공정은 금형 위 진공백내에 섬유강화층, 이형필름 등을 적층하고 진공백으로 밀봉하여 진공라인을 통해 진공을 작용시키고, 수지를 주입하므로써 성형된다. 그런데, 이러한 수지를 함침시켜 제작하는 섬유강화 복합재를 성형하는데 있어서, 섬유층 전체에 걸쳐 균일하게 함침시키지 못하는 어려운 문제점이 있다. 이에따라, 불균일한 함침으로 인한 결함은 구조물에 치명적인 손상을 입히게 된다. 따라서, 수지를 섬유층에 공동(空洞)없이 함침시키기 위해서는 성형물 전체 표면에 걸쳐 수지가 자유롭게 유동할 수 있도록 하여야 한다. 즉, 성형품의 모든 방향으로의 유동통로가 필요하게 되며, 또한 진공압력으로 인해 진공백이 압착을 지지할 수 있는 부재가 마련되어야 수지 통로를 확보하면서 균일하게 함침된 고강도의 제품을 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한, 종래에는 수지의 배분, 확산 유동을 위한 기구로 교차된 모노필라멘트(monofilament)의 격자점에 일련의 필러(piller)를 부착한 형태의 것이나, 철사로 이루어진 체 형태의 것 등을 이용하고 있다.

그런데, 이러한 수지 배분매체는 동일 제품을 반복성형할 때, 전자의 경우는 경화된 수지가 격자 사이사이에 붙어 잘 떨어지지않기 때문에 재활용이 용이하지 않으며, 이에따라 매 성형시마다 새것으로 교체해야 하며, 전체 성형품의 가격이 높아지게 된다. 또한, 후자의 체의 형태의 것은 진공 작용으로 인한 진공백이 몰드면에 밀착될 때 수지의 자유로운 유동을 위한 공간확보의 문제가 있다. 또한 평판의 경우와 곡률을 가진 경우에 있어서 몰드 형상의 곡률에 따라 제작해야 하는 번거로운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 평판 및 곡률을 가지는 다양한 형상의 섬유강화 복합재를 성형함에 있어서, 높은 섬유 체적비를 구현하여 고강도의 제품을 성형하고자 하는 섬유강화 복합재 성형장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 수지의 종방향 및 횡방향으로의 유동을 원활히 할 수 있도록 러너 플레이트를 도입하여 섬유강화층 전체에 걸쳐 수지가 함침될 수 있도록 공급하고 유연성이 있는 고무 계통의 것을 사용하므로써 곡률을 가지는 복잡한 형상의 복합재도 성형이 가능한 섬유강화 복합재 성형장치를 제공함에 있다.

도1은 본 발명에 의한 섬유강화 복합재 성형장치의 제1 실시예 구성을 나타낸 단면도,

도2는 본 발명의 평판 형상의 적층상태를 나타낸 사시도,

도3은 본 발명에 의한 수지배분매체를 도시한 도면으로, 도3a는 사시도이고 도3b는 도3a의 A-A'단면도,

도4는 본 발명에 의한 수지배분매체의 변형 예시도,

도5는 본 발명에 의한 섬유강화 복합재 성형장치의 제2 실시예 구성을 나타낸 단면도,

도6은 본 발명에 의한 섬유강화 복합재 성형장치의 제3 실시예 구성을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 성형 본체 2, 14, 15 : 수지배분매체

3 : 섬유강화층 4 : 진공백

5 : 수지주입구 6 : 진공라인

7, 8 : 상,하 이형필름 9 : 밀봉재

10, 17 : 돌기 11a : 횡방향 채널

11b, 16 : 종방향 채널 12 : 공급채널

13 : 러너

위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 일면 소정위치에 수지주입구가 형성된 성형 본체, 성형 본체의 상부에 장착되며, 그 일면에 다수의 돌기가 구비되고, 돌기를 이루는 경계면에 수지의 공급경로인 제1 채널을 형성한 수지배분매체, 수지배분매체상에 적층되는 섬유강화층, 상기 섬유강화층 상하부에 장착되며, 수지배분매체로부터 공급되는 수지를 함침시키도록 홀이 다수 형성된 이형필름, 및 상기 성형 본체의 상부를 밀봉되게 덮으며, 내부를 진공시키기 위한 진공라인이 구비된 진공백을 포함하는 섬유강화 복합재 성형장치에 있다.

이하에서 본 발명의 구성 및 작용을 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 섬유강화 복합재 성형장치의 제1 실시예 구성을 나타낸 단면도; 도2는 본 발명의 평판 형상의 적층상태를 나타낸 사시도; 도3은 본 발명에 의한 수지배분매체를 도시한 도면; 도4는 본 발명에 의한 수지배분매체의 변형 예시도; 도5는 본 발명에 의한 섬유강화 복합재 성형장치의 제2 실시예 구성을 나타낸 단면도; 도6은 본 발명에 의한 섬유강화 복합재 성형장치의 제3 실시예 구성을 나타낸 단면도이다.

본 발명에 의한 섬유강화 복합재 성형장치는 수지배분매체를 재활용할 수 있도록 하고 진공압력에 대한 지지력의 확보로 수지 유동공간을 유지하여 수지를 섬유 강화층에 균일하게 함침시킬 수 있도록 구현한 것으로, 도1에 도시한 바와 같이 본 실시예에서는 일면 소정위치에 수지주입구(5)가 형성된 성형 본체(1)와, 상기 성형 본체(1)의 상부에 적층되며, 수지의 종/횡방향 유동경로를 형성하기 위한 돌기(10)가 다수 구비된 수지배분매체(2)를 구비한다. 이때, 돌기(10) 사이사이에는 수지의 공급경로를 이루는 공급채널(12)을 형성한다.

여기서, 수지배분매체(2)의 돌기(10)는 경화후 수지 제거를 용이하게 하도록 소정 각도만큼 테이퍼진 형상을 가진다.

수지배분매체(2)의 돌기(10)반대쪽 표면에는 후술할 섬유 강화층의 표면 전체에 걸쳐 수지가 자유롭게 유동할 수 있도록 유동경로를 이루는 횡방향 채널(11a)과 종방향 채널(11b)이 형성되며, 도3에 도시한 바와 같이 그들은 중앙에서 교차되도록 하므로써 좀 더 수지유동을 효율적으로 할 수 있도록 한 구조로 되어 있다.

또한, 횡방향 채널(11a) 및 종방향 채널(11b)과 공급채널(12) 사이에는 공급채널(12)에 수지주입을 위한 러너(13)가 소정간격으로 다수 형성된다. 러너(13) 역시 경화후 수지의 제거를 용이하게 하기 위하여 테이퍼진 형상을 가진다.

본 실시예에서의 수지배분매체(2)는 성형 본체(1)가 평판이나 곡면형상에 따라 밀착되도록 유연성을 가지는 고무재질로 형성되는데, 이때 수지배분매체(2)가 상온 경화시에 사용될 때에는 주재료와 경화제의 발열 반응으로 인해 140℃까지 상승하므로 폴리우레탄(polyurethane) 고무로 형성되며, 고온 경화시에 사용될 때에는 온도가 300℃정도인 실리콘 고무로 형성하는 것이 바람직하다.

전술한 십자형으로 교차하는 일정한 간격의 격자선의 교점에 돌기(10)를 설치하는 실시예 이외에 도4에 도시한 바와 같이 수지배분매체(15)는 횡방향으로 일렬의 긴 돌기(17)를 돌출되게 형성하고 일측단부에 종방향의 채널(16)을 형성하고, 채널(16)에 일정한 간격으로 러너(13)를 형성하므로써 동일한 효과를 구현할 수 있다.

수지배분매체(2)상에는 그로부터 공급되는 수지가 함침되는 직조된 섬유강화층(3)이 적층되며, 섬유강화층(3) 상하부에는 성형 본체(1)로부터 제품의 분리를 쉽게하도록 다수의 홀이 형성된 상,하이형필름(7, 8)이 장착된다.

성형 본체(1) 상에는 그에 적층된 수지배분매체(2)와 섬유강화층(3) 및 상,하이형필름(7, 8)을 덮을 수 있도록 한 진공백(4)이 장착되며, 진공백(4)의 상부에는 그의 내부를 진공상태가 되도록 진공력을 제공하는 진공라인(6)이 구비된다. 또한, 성형 본체(1)와 진공백(4)의 접촉부위에는 밀봉재(9)가 장착되어 진공상태로 밀봉될 수 있도록 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에서 전체의 성형과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 수지 주입전에 진공백(4) 상부에 설치된 진공라인(6)을 통하여 진공백(4)의 공기를 흡출시켜 내부를 진공상태로 형성한다. 그리고, 성형 본체(1)에 형성된 수지주입구(5)에 수지를 수지배분매체(2)에 주입한다. 수지배분매체(2)에 주입된 수지는 횡방향 채널(11a)과 종방향 채널(11b)에 의해 분산되어 러너(13)를 통해 돌기(10) 사이에 형성된 공급채널(12)측으로 공급된다. 공급채널(12)을 통해 공급된 수지는 상,하이형필름(7, 8)을 통해 섬유강화층(3)에 함침된 후 경화한다. 그리고, 경화후 수지배분매체(2) 및 상,하이형필름(7, 8)을 제거하여 원하는 복합재 성형품을 제조한다.

이때, 진공의 작용에 따른 외부 대기압에 의해 진공백(4)이 성형품을 압축하게 되어 결국 섬유체적비가 높은 복합재가 제작되는 것이다.

본 발명의 제2 실시예를 도5의 도면을 참조하여 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 상,하이형필름(7, 8)과 진공백(4) 사이에 수지배분매체(2, 14)를 각각 설치하므로써 섬유 강화층(3) 전체에 걸쳐 동시에 수지를 함침시킬 수 있는 구조를 제시하고 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예를 도6에 도시하였으며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에 도시한 바와 같이, 성형 본체(1)의 저부에 진공라인(6)을 설치하고, 섬유강화층(3)의 상부 즉, 진공백(4)에 수지주입구(5)를 설치한 구조를 제시하므로써, 원하는 몰드형상의 깨끗한 표면을 얻을 수 있도록 한 것이며, 공정은 전술한 제1 실시예와 동일하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유연성있고 수지의 유동경로를 확보한 테이퍼진 돌기를 가지는 고무재질의 수지배분매체를 이용하므로써 수지의 유동을 원활히하여 균일하게 함침시켜 고강도의 섬유강화 복합재를 빠른 시간내에 성형할 수 있으며, 반복성형시 수지배분매체를 교체없이 재활용을 하므로써 성형단가를 절감할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (6)

1. 섬유강화 복합재 성형장치에 있어서,

   일면 소정위치에 수지주입구가 형성된 성형 본체;

   상기 성형 본체의 상부에 장착되며, 그 일면에 다수의 돌기가 매트릭스 형태로 구비되고, 상기 돌기들 사이의 경계면에 수지의 공급경로인 제1 채널을 형성한 수지배분매체;

   상기 수지배분매체상에 적층되는 섬유강화층;

   상기 섬유강화층 상,하부에 장착되며, 수지배분매체로부터 공급되는 수지를 섬유강화층쪽으로 통과시키기 위한 홀이 다수 형성된 이형필름; 및

   상기 성형 본체의 상부를 밀봉되게 덮으며, 내부를 진공시키기 위한 진공라인이 구비된 진공백을 포함하는 섬유강화 복합재 성형장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수지배분매체의 돌기는

   경화후 수지의 제거를 용이하게 하도록 테이퍼진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합재 성형장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 수지배분매체는 유연성을 가지는 고무재질로 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합재 성형장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 수지배분매체의 돌기 형성면 반대측 면에 수지가 자유롭게 유동할 수 있도록 서로 종/횡방향으로 교차하는 제2 채널이 형성되며, 제1 채널과 제2 채널사이에 수지공급을 위한 러너가 소정간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합재 성형장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 상부 이형필름과 진공백사이에 장착된 제2 수지배분매체를 더 포함하는 섬유강화 복합재 성형장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 수지배분매체의 상기 돌기들은 진공라인을 향해 횡방향으로 연속된 형태로 다수개 소정 간격을 두고 나란히 형성되어 있으며, 상기 돌기가 형성된 반대쪽면에는 상기 진공라인 반대쪽 단부 부근에 1개의 기다란 채널이 형성되어 있고 상기 돌기들 사이의 간격부와 상기 채널사이를 관통하는 러너가 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합재 성형장치.