KR19980051721A - Manufacturing method of fiber reinforced composite and carbon-carbon composite lattice structure - Google Patents

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Abstract

초경량 구조물 또는 초고온 내열성 구조물을 격자형태로 제조하는 섬유 보강복합재 및 탄소-탄소복합재 격자구조물의 제조방법을 제공하는 것으로, 섬유 보강재 다발을 열경화성 수지에 함침시키는 단계; 상기 열경화성 수지가 함침된 섬유 보강재 다발을 치구에 설치된 가이드 핀을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시키는 단계; 상기 가이드 핀을 통해 치구에 감겨진 섬유 보강재 다발을 열수축 테이프로 감싸주는 단계; 상기 치구에 설치된 가이드 핀을 치구에서 분리시켜 치구를 통해 성형된 격자구조물을 치구로부터 탈거시키는 단계를 포함하는 섬유 보강복합재의 제공방법과; 다른 변형 예는, 탄소섬유 다발을 탄화율이 높은 고분자 수지에 함침시키는 단계; 상기 고분자수지가 함침된 탄소섬유 다발을 치구에 설치된 가이드 핀을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시키는 단계; 상기 가이드 핀을 통해 치구에 감겨진 탄소섬유 다발을 열수축 테이프로 감싸주는 단계; 상기와 같이 프리폼으로 성형된 격자구조물을 치구에 감겨진 상태로 탄화열처리 오븐에서 1000℃ 이상의 무산소 분위기에서 열처리하는 단계; 상기 치구에 설치된 가이드 핀을 치구에서 분리시켜 치구를 통해 성형된 격자구조물을 치구로부터 탈거시키는 단계를 포함하는 탄소-탄소복합재 격자구조물의 제조방법인 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a fiber reinforced composite material and a carbon-carbon composite grid structure for preparing an ultralight structure or an ultra high temperature heat resistant structure in a lattice form, the method comprising: impregnating a bundle of fiber reinforcing material into a thermosetting resin; Winding the bundle of fiber reinforcing materials impregnated with the thermosetting resin in a predetermined pattern along a guide pin installed in the jig and molding at room temperature or high temperature; Wrapping the fiber reinforcement bundle wound around the jig with heat shrink tape through the guide pin; Providing a fiber-reinforced composite material comprising separating a guide pin installed in the jig from the jig and removing a grid structure formed through the jig from the jig; Other modifications include impregnating a carbon fiber bundle into a polymer resin having a high carbonization rate; Winding the polymer fiber-impregnated carbon fiber bundles in a predetermined pattern along a guide pin installed in the jig to be molded at room temperature or high temperature; Wrapping the bundle of carbon fibers wound around the jig through the guide pins with a heat shrink tape; Heat-treating the lattice structure formed into a preform as described above in a carbonization heat treatment oven in an oxygen-free atmosphere at 1000 ° C. or more in a state of being wound around a jig; The method of manufacturing a carbon-carbon composite grid structure comprising the step of separating the guide pin installed in the jig from the jig to remove the grid structure formed through the jig from the jig.

Description

섬유 보강복합재 및 탄소-탄소복합재 격자구조물의 제조방법Manufacturing Method of Fiber Reinforced Composites and Carbon-Carbon Composites

본 발명은 초경량 구조물 또는 초고온 내열성 구조물을 격자형태로 제조하는 섬유 보강복합재 및 탄소-탄소복합재 격자구조물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber-reinforced composite material and a carbon-carbon composite lattice structure manufacturing method for producing a super lightweight structure or ultra-high temperature heat-resistant structure in the form of a lattice.

본 발명의 섬유 보강복합재를 이용하여 제조된 격자구조물은 각종 우주항공용 트러스 구조물로 사용될 수 있으며, 일반 건축, 전기 관련 받침대 구조 또는 콘크리트 구조에 적용되는 철제 그물의 대체용 등으로 널리 사용될 수 있는 것이다. 그리고 탄소-탄소복합재는 탄소섬유가 보강된 탄소매트릭스의 복합재료로서 내열성, 고강도, 고탄성의 우수한 특성을 갖고 있어 우주항공분야의 초고온 경량 구조재로 사용되고 있고, 또한 철과 동일한 정도의 강도를 가지면서 무게는 1/5밖에 되지 않으며 고온으로 갈수록 강도가 증가되고 무산소 분위기에서는 약 3000℃까지 사용가능하기 때문에 초경량 내열 구조물로서 각종 항공용 내열 구조물에 응용될 수 있으며, 특히 일반 산업분야에서 1000℃ 이상의 고온 열처리가 요구되는 내열 합금 및 각종 세라믹의 열처리용 카트리지로 사용될 수 있는 것이다.The grid structure manufactured using the fiber reinforced composite material of the present invention can be used as a variety of truss structures for aerospace, and can be widely used as a substitute for steel nets applied to general construction, electricity-related pedestal structures or concrete structures. Carbon-carbon composites are carbon fiber reinforced carbon matrix composites, which have excellent heat resistance, high strength, and high elasticity. They are used as ultra-high temperature and light weight structural materials in the aerospace field. Is only 1/5, and the strength increases with increasing temperature and can be used up to about 3000 ℃ in an oxygen-free atmosphere, so it can be applied to various aviation heat resistant structures as a super lightweight heat resistant structure. It can be used as a cartridge for heat treatment of heat-resistant alloys and various ceramics required.

도 1은 종래 복합재로 제조된 격자구조물을 예시한 것으로, 도시된 바와 같이 미리 성형된 복합재(110), 예를 들면 튜브형 복합재, 채널형 복합재, 바 형태의 복합재의 구조 요소를 소정의 길이로 절단한 후 금속재 피팅(fitting)(120)을 이용하여 상기 복합재(110)들을 서로 연결 조립하여서 격자구조물(100)을 제조한 것이다.Figure 1 illustrates a grating structure made of a conventional composite, cutting the structural elements of the pre-formed composite 110, for example, tubular composite, channel-shaped composite, bar-shaped composite to a predetermined length as shown After that, the lattice structure 100 is manufactured by assembling and connecting the composites 110 to each other using a metal fitting 120.

상기와 같이 금속재 피팅(120)을 매개로 복합재(110)를 연결(조인트)하여 제조된 격자구조물(100)의 경우에는 기존의 금속재 격자구조물에 비해 경량이기 때문에 운반 및 설치가 용이할 뿐 아니라, 특히 부식에 대한 저항성이 뛰어나 보수 유지에 대한 경제성이 탁월한 장점을 갖고 있다.In the case of the grid structure 100 manufactured by connecting (jointing) the composite material 110 through the metal fitting 120 as described above, since it is lighter than the existing metal grid structure, it is easy to carry and install, In particular, it has excellent resistance to corrosion and has excellent economic efficiency for maintenance.

그런데 상기와 같은 격자구조물(100)을 제조하기 위해서는 미리 소정의 단면을 갖는 복합재(110)를 성형하고, 이를 소정의 길이로 절단한 후에 금속재 피팅(110)을 이용하는 다단계 공정을 거쳐야 한다.However, in order to manufacture the lattice structure 100 as described above, the composite material 110 having a predetermined cross section is formed in advance, and after cutting to a predetermined length, a multi-step process using the metal fitting 110 is required.

또한 복합재(110) 부재의 제조에는 보통 유리섬유에 고분자수지를 함침하여 인발성형(pultrusion) 또는 필라멘트 와인딩(filament winding)의 공정을 거치게 되는데, 이에 따른 제조장비 및 성형치구(pultrusion die or winding mandrel)에 대한 투자비용이 적지 않아 최종제품의 가격상승의 주요인이 되게 된다.In addition, the manufacturing of the composite member 110 is usually subjected to a process of pultrusion or filament winding by impregnating a polymer resin in glass fiber, according to the manufacturing equipment and molding jig (pultrusion die or winding mandrel) The cost of investment for the product is not small, which is the main cause of the price increase of the final product.

또한 금속재 피팅(120)과 복합재(110) 부재와의 연결(조인트)에 따른 복합재(110)의 강도저하 등의 문제를 회피하기 위해 도 1과 같은 기계적 결합보다는 주로 접착제에 의한 본딩 조인트(bonding joint)를 적용하게 되는데, 이 때에는 조인트의 강도 및 신뢰성 증대를 위해 접착면의 특수 표면처리 등이 요구되며, 탄소 복합재와 알루미늄 피팅이 결합되는 경우는 갈바닉(galvanic)부식에 대한 처리도 별도로 요구되게 된다. 따라서 종래의 격자구조물(100)은 성능상 기존의 금속재 격자구조물에 비해 많은 장점이 있음에도 불구하고 설비투자 및 복합재 부재로부터 조립까지의 많은 시간이 소요되고, 특수한 공정의 추가 등으로 가격상승의 주요인이 되어 응용 확대에 제약을 받고 있다.In addition, in order to avoid problems such as a decrease in strength of the composite 110 due to the connection (joint) of the metal fitting 120 and the composite 110 member, the bonding joint (bonding joint) mainly by the adhesive rather than the mechanical coupling as shown in FIG. In this case, special surface treatment of the adhesive surface is required to increase the strength and reliability of the joint, and in the case where the carbon composite material and the aluminum fitting are combined, the galvanic corrosion treatment is required separately. . Therefore, although the conventional grating structure 100 has many advantages in terms of performance compared to the existing metal grating structure, it takes a lot of time from facility investment and composite member to assembly, and is a major driver of the price increase due to the addition of a special process. There is a limitation in expanding the application.

도 2는 종래 금속재로 제조된 격자구조물을 예시한 것으로, 상기 격자구조물(200)은 고온 열처리시 사용되는 카트리지이다.Figure 2 illustrates a conventional grating structure made of a metal material, the grating structure 200 is a cartridge used for high temperature heat treatment.

상기와 같이 제공되는 카트리지 형태의 격자구조물(200)의 경우 비교적 낮은 온도영역인 1000℃ 이하에서는 금속재 카트리지가 사용되고, 1500℃ 이상의 고온에서는 주로 고순도 고밀도의 흑연재 카트리지가 사용되고 있다. 금속재 카트리지의 경우에는 열처리시 치구 자체의 열중량(Thermal mass)이 크기 때문에 열효율 측면에서 손실이 크며, 흑연재의 경우에는 열충격에 약할 뿐 아니라 일반적인 기계적 강도(예로, 인장강도와 충격강도)가 문제가 되어 필요 이상으로 두꺼워지게 되며, 실제 사용중에는 약한 충격에도 자주 부서지게 되는 문제점이 발생된다.In the case of the cartridge-type lattice structure 200 provided as described above, a metal cartridge is used at a temperature of 1000 ° C. or less, which is a relatively low temperature region, and a graphite cartridge of high purity and high density is used at a high temperature of 1500 ° C. or more. In the case of metal cartridges, the thermal mass of the jig itself is large during heat treatment, so the loss is large in terms of thermal efficiency. In the case of graphite materials, not only is it weak in thermal shock, but also general mechanical strength (for example, tensile strength and impact strength) is a problem. It becomes thicker than necessary, and in actual use, a problem occurs that often breaks down even in a weak impact.

본 발명은 종래의 복합재 격자구조물의 제조방법에서 조인트 부위의 문제를 해결하기 위하여 고분자 수지에 함침된 섬유 보강재 다발을 직접 격자구조의 치구에 감아 성형시킨 후 치구로부터 성형물을 분리함으로서 조인트 부위가 일체로된 저가의 섬유 보강복합재 격자구조물의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In the present invention, in order to solve the problem of the joint region in the conventional manufacturing method of the composite grid structure, the fiber reinforcement bundle impregnated in the polymer resin is wound directly to the jig of the grid structure and molded to separate the molding from the jig to integrate the joint site It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a low cost fiber reinforced composite lattice structure.

본 발명의 다른 목적은 종래의 고온 열처리시 사용되는 격자구조물을 금속 또는 흑연계 치구 대신 탄소-탄소복합재로 하여 이를 조인트 부위가 일체형으로 제조되는 탄소-탄소복합재 격자구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a carbon-carbon composite lattice structure in which the joint structure is integrally made using a carbon-carbon composite material instead of a metal or graphite-based jig used in the conventional high temperature heat treatment.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 섬유 보강재 다발을 열경화성 수지에 함침시키는 단계;In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of impregnating a bundle of fiber reinforcing material in the thermosetting resin;

상기 열경화성 수지가 함침된 섬유 보강재 다발을 치구에 설치된 가이드 핀을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시키는 단계;Winding the bundle of fiber reinforcing materials impregnated with the thermosetting resin in a predetermined pattern along a guide pin installed in the jig and molding at room temperature or high temperature;

상기 가이드 핀을 통해 치구에 감겨진 섬유 보강재 다발을 열수축 테이프로 감싸주는 단계;Wrapping the fiber reinforcement bundle wound around the jig with heat shrink tape through the guide pin;

상기 치구에 설치된 가이드 핀을 치구에서 분리시켜 치구를 통해 성형된 격자구조물을 치구로부터 탈거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Separating the guide pin installed in the jig from the jig to remove the grid structure formed through the jig from the jig.

본 발명의 다른 변형 예는, 탄소섬유 다발을 탄화율이 높은 고분자 수지에 함침시키는 단계;Another modified example of the present invention, the carbon fiber bundle impregnated with a high carbonization polymer resin;

상기 고분자수지가 함침된 탄소섬유 다발을 치구에 설치된 가이드 핀을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시키는 단계;Winding the polymer fiber-impregnated carbon fiber bundles in a predetermined pattern along a guide pin installed in the jig to be molded at room temperature or high temperature;

상기 가이드 핀을 통해 치구에 감겨진 탄소섬유 다발을 열수축 테이프로 감싸주는 단계;Wrapping the bundle of carbon fibers wound around the jig through the guide pins with a heat shrink tape;

상기와 같이 프리폼으로 성형된 격자구조물을 치구에 감겨진 상태로 탄화열처리 오븐에서 1000℃ 이상의 무산소 분위기에서 열처리하는 단계;Heat-treating the lattice structure formed into a preform as described above in a carbonization heat treatment oven in an oxygen-free atmosphere at 1000 ° C. or more in a state of being wound around a jig;

상기 치구에 설치된 가이드 핀을 치구에서 분리시켜 치구를 통해 성형된 격자구조물을 치구로부터 탈거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Separating the guide pin installed in the jig from the jig to remove the grid structure formed through the jig from the jig.

도 1은 종래 복합재로 제조된 격자구조물의 사시도.1 is a perspective view of a lattice structure made of a conventional composite material.

도 2는 종래 금속재로 제조된 격자구조물의 사시도.Figure 2 is a perspective view of a lattice structure made of a conventional metal material.

도 3은 본 발명의 일체로 성형된 섬유 복합재 격자구조물의 제조공정도.Figure 3 is a manufacturing process of the integrally molded fiber composite grid structure of the present invention.

도 4는 도 3의 섬유 보강재 다발의 구성도.4 is a configuration diagram of the fiber reinforcement bundle of FIG.

도 5는 도 4의 A-A선 단면도.5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 6은 본 발명의 섬유복합재 격자구조물의 조인트 부위를 형성하는 예시도.6 is an exemplary view for forming a joint portion of the fiber composite lattice structure of the present invention.

도 7은 도 4의 섬유 보강재 다발을 열수축 테이프를 이용하여 콤팩트하게 하 는 방법의 예시도.7 is an illustration of a method of compacting the fiber reinforcement bundle of FIG. 4 using a heat shrink tape.

도 8은 도 7의 B-B선 단면도.8 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG.

도 9A 및 도 9B는 도 3에 의해 성형된 격자구조물을 치구에서 분리하는 상태 의 예시도.9A and 9B are illustrations of a state in which the grid structure formed by FIG. 3 is separated from the jig.

도 10은 본 발명의 다를 실시 예로, 탄소-탄소 복합재 격자구조물의 제조공 정도.10 is a different embodiment of the present invention, the manufacturing degree of the carbon-carbon composite lattice structure.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10, 50 : 격자구조물18, 58 : 치구10, 50: lattice structure 18, 58: jig

20, 60 : 가이드 핀22 : 열수축 테이프20, 60: guide pin 22: heat shrink tape

62 : 탄화 열처리 오븐62: Carbonization Heat Treatment Oven

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일체로 성형된 섬유 복합재 격자구조물의 제조공정도를 예시한 것이다.Figure 3 illustrates a manufacturing process diagram of the integrally molded fiber composite grating structure of the present invention.

본 발명의 섬유 보강재는 탄소, 유리, 아라미드 섬유 등으로 이루어진다. 그리고 상기 섬유 보강재는 다발 형태로 제공된다. 이와 같은 섬유 보강재 다발(12)을 가이드 롤러(13)를 통해 함침조(14)에 있는 열경화성 수지(16)에 함침시킨 후 치구(18)에 설치된 가이드 핀(20)을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시키게 된다. 이때 상기 섬유 보강재 다발(12)의 단면적은 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이 치구(18)에 설치된 가이드 핀(20)에 섬유 보강재 다발(12)을 반복해서 통과하도록 함으로서 원하는 단면적을 얻을 수 있다. 이에 따라 섬유 보강재 다발(12)의 단면적 증감에 의해 원하는 요구 강도를 얻을 수 있게 되는 것이다.The fiber reinforcement of this invention consists of carbon, glass, aramid fiber, etc. And the fiber reinforcement is provided in the form of a bundle. The fiber reinforcement bundle 12 is impregnated into the thermosetting resin 16 in the impregnation tank 14 through the guide roller 13, and then wound in a predetermined pattern along the guide pin 20 installed in the jig 18. Or molded at high temperatures. In this case, the cross-sectional area of the fiber reinforcement bundle 12 may be obtained by repeatedly passing the fiber reinforcement bundle 12 through the guide pin 20 installed in the jig 18 as illustrated in FIGS. 4 and 5. have. As a result, desired cross-sectional area of the fiber reinforcement bundle 12 can be obtained.

또한 상기 섬유 보강재 다발(12)이 도 6에 예시된 바와 같이 가이드 핀(20)에 360°회전방향으로 연속해서 감기게 되어 도 9B에 도시된 바와 같이 일체형으로 격자구조물(10)의 조인트(10a)가 형성되게 된다. 이와 같이 섬유 보강재 다발(12)이 가이드 핀(20)을 따라 360°연속 회전하여 감긴후 성형이 이루어지므로 조인트(10a) 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 종래와 같은 금속재 피팅이 불필요하게 된다.In addition, the fiber reinforcement bundle 12 is continuously wound in the direction of rotation 360 ° to the guide pin 20 as illustrated in FIG. 6 so that the joint 10a of the grid structure 10 is integrally formed as shown in FIG. 9B. ) Is formed. In this way, since the fiber reinforcement bundle 12 is formed after winding 360 ° continuously rotating along the guide pin 20, not only the strength of the joint 10a can be improved, but also metal fittings as in the related art are unnecessary.

상기와 같이 가이드 핀(20)을 통해 치구(18)에 감겨 성형된 섬유 보강재 다발(12)들을 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 열수축 테이프(22)로 감싸준다. 이와 같이 열경화성 수지(16)가 함침된 섬유 보강재 다발(12)들을 열수축 테이프(22)로 감싸주게 되면 성형시 수지 사이에 발생된 기포 등을 제거해주게 되고, 이와 동시에 섬유 배열을 콤팩트하게 해줌으로서 기계적 물성을 향상시켜주게 되며, 아울러 외관이 미려하게 되는 것이다.As described above, the fiber reinforcement bundles 12 wound around the jig 18 through the guide pin 20 are wrapped with the heat shrink tape 22 as shown in FIGS. 7 and 8. As such, when the fiber reinforcement bundles 12 impregnated with the thermosetting resin 16 are wrapped with the heat shrink tape 22, bubbles generated between the resins during molding are removed, and at the same time, the fiber arrangement is compacted, thereby mechanically The physical properties will be improved and the appearance will be beautiful.

도 9A와 같이 치구(18)를 통해 성형된 격자구조물(10)은 치구(18)에 설치된 다수의 가이드 핀(20)을 치구(18)로부터 분리시킴으로서 도 9B와 같이 격자구조물(10)을 치구(18)로 탈거시켜 일체로 형성된 섬유 보강복합재 격자구조물(10)을 얻게 되는 것이다.The grid structure 10 formed through the jig 18 as shown in FIG. 9A separates the plurality of guide pins 20 installed in the jig 18 from the jig 18, thereby displacing the grid structure 10 as shown in FIG. 9B. It is to be removed by (18) to obtain a fiber-reinforced composite lattice structure (10) formed integrally.

상기에서 치구(18)에 설치된 가이드 핀(20)은 치구(18)로부터 분리 가능하게 설치되며, 이형 처리된 금속재 또는 테프론으로 가공되어 있다. 이에 따라 가이드 핀(20)에 감겨져 조인트(10a)를 이루는 섬유 보강재 다발(12)로부터 가이드 핀(20)이 슬립되어 이탈이 가능하게 되는 것이다.The guide pin 20 provided in the jig 18 is detachably installed from the jig 18 and is processed with a release-treated metal or Teflon. Accordingly, the guide pin 20 is slipped from the fiber reinforcement bundle 12 which is wound around the guide pin 20 to form the joint 10a, and thus can be separated.

상기에서 치구(18)는 소정의 섬유 보강복합재로 된 격자구조물(10)을 얻기 위한 것이다. 따라서 치구(18)의 형상은 격자구조물(10)의 형상에 따라 부합되도록 달리될 수 있음은 물론이다. 그리고 상기 치구(10)는 회전 가능하게 하여 섬유 보강재 다발(12)을 가이드 핀(20)에 용이하게 감기도록 하는 것이 바람직하며, 상기 섬유 보강재 다발(12)을 가이드 핀(20)에 일정한 패턴으로 감는 것은 생산량에 따라 수동 또는 자동으로 수행이 가능한 것이다.The jig 18 is for obtaining a grating structure 10 of a predetermined fiber reinforced composite material. Therefore, the shape of the jig 18 may be changed to match the shape of the grid structure 10, of course. In addition, the jig 10 may be rotatable so that the fiber reinforcement bundle 12 may be easily wound on the guide pin 20, and the fiber reinforcement bundle 12 may be fixed to the guide pin 20 in a predetermined pattern. Winding can be done manually or automatically, depending on the yield.

도 10은 본 발명의 다른 변형 예로서, 탄소-탄소 복합재 격자구조물의 제조공정도를 도시한 것이다.FIG. 10 illustrates a manufacturing process diagram of a carbon-carbon composite lattice structure as another modified example of the present invention.

도시된 바와 같이 탄소-탄소복합재는 탄소섬유가 보강된 탄소매트릭스의 복합재료로서 다발 형태로 제공된다. 이러한 탄소 섬유 다발(52)을 가이드 롤러(53)를 통해 함침조(54)에 있는 페놀 및 피치 등 탄화율이 높은 고분자 수지(56)에 함침시킨 후 카트리지 형태의 치구(58)에 설치된 흑연 가이드 핀(60)을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시킨다. 이때 상기 탄소 섬유 다발(52)의 단면적은 도 4 및 도 5에 예시된 것과 마찬가지로 치구(58)에 설치된 가이드 핀(60)에 탄소 섬유 다발(52)을 반복해서 통과시킴으로서 원하는 단면적을 얻을 수 있다. 이에 따라 탄소 섬유 다발(52)의 단면적 증감에 의해 원하는 요구 강도를 얻을 수 있게 되는 것이다.As shown, the carbon-carbon composite material is provided in a bundle form as a composite of carbon fibers reinforced carbon matrix. The carbon fiber bundle 52 is impregnated in the polymer resin 56 having a high carbonization rate such as phenol and pitch in the impregnation tank 54 through the guide roller 53, and then the graphite guide installed in the jig 58 in the form of a cartridge. Winding in a predetermined pattern along the pin 60 is molded at room temperature or high temperature. At this time, the cross-sectional area of the carbon fiber bundle 52 can be obtained by repeatedly passing the carbon fiber bundle 52 through the guide pin 60 installed in the jig 58 as illustrated in FIGS. 4 and 5. . As a result, the desired strength can be obtained by increasing or decreasing the cross-sectional area of the carbon fiber bundle 52.

또한 상기 탄소 섬유 다발(52)이 도 6에 도시된 것과 마찬가지로 가이드 핀(60)에 360°회전방향으로 연속해서 감기게 되어 도 10에 도시된 바와 같이 일체형으로 격자구조물(50)의 조인트(50a)가 형성되게 된다. 이와 같이 탄소 섬유 다발(52)이 가이드 핀(60)을 따라 360°연속 회전하여 감긴후 성형이 이루어지므로 조인트(50a) 강도를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, as shown in FIG. 6, the carbon fiber bundle 52 is continuously wound in a 360 ° rotational direction to the guide pin 60 to integrally connect the joint 50a of the grid structure 50 as shown in FIG. 10. ) Is formed. In this way, since the carbon fiber bundle 52 is formed by winding 360 ° continuously rotating along the guide pin 60, the joint 50a can be improved in strength.

상기와 같이 가이드 핀(60)을 통해 치구(58)에 감겨 성형된 탄소 섬유 보강재(52)들을 도 7 및 도 8에 도시된 것과 마찬가지로 열수축 테이프(22)로 감싸주게 된다. 이와 같이 고분자 수지(56)가 함침된 탄소 섬유 다발(52)들을 열수축 테이프(22)로 감싸주게 되면 성형시 수지 사이에 발생된 기포 등을 제거해주게 되고, 이와 동시에 섬유 배열을 콤팩트하게 해줌으로서 기계적 물성을 향상시켜주게 되며, 아울러 외관이 미려하게 되는 것이다.As described above, the carbon fiber reinforcement 52 wound around the jig 58 through the guide pin 60 is wrapped with the heat shrink tape 22 as shown in FIGS. 7 and 8. As such, when the carbon fiber bundles 52 impregnated with the polymer resin 56 are wrapped with the heat shrink tape 22, bubbles generated between the resins during the molding are removed, and at the same time, the fiber array is compacted, thereby mechanically The physical properties will be improved and the appearance will be beautiful.

상기와 같이 치구(58)를 통해 성형된 격자구조물(50)은 치구(58)에 설치된 가이드 핀(60)을 치구(58)로부터 분리시킴으로서 일체형 프리폼(preform) 구조로 이루어진 격자구조물(50)을 얻을 수 있게 된다.As described above, the grid structure 50 formed through the jig 58 separates the guide pin 60 installed in the jig 58 from the jig 58 to form the grid structure 50 having an integral preform structure. You can get it.

그러나 고온에서의 탄화 및 흑연화 열처리(∼2000℃)시 예상되는 수축 및 찌그러짐을 방지하기 위해 치구(58)와 분리하기 전에 고온 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이러한 격자구조물(50)의 열처리는 도 10에 예시된 바와 같이 탄화 열처리 오븐(62)에 치구(58)와 함께 격자구조물(50)을 위치시켜 1000℃ 이상의 무산소 분위기에서 열처리를 하면 된다.However, it is preferable to perform a high temperature heat treatment before separation from the jig 58 in order to prevent the shrinkage and crushing expected during the carbonization and graphitization heat treatment at a high temperature (˜2000 ° C.). The lattice structure 50 may be heat-treated in an oxygen-free atmosphere by placing the lattice structure 50 together with the jig 58 in the carbonization heat treatment oven 62 as illustrated in FIG. 10.

이와 같이 1차 탄화후에 격자구조물(50)을 치구(58)로부터 분리시킨 다음 다공질의 섬유 다발 사이를 다시 고분자 수지로 함침 경화한후 재탄화 하거나, 또는 화학증착법으로 열분해 탄소를 증착하여 밀도를 높이므로서 기계적 강도를 얻을 수 있게 되는 것이다.After the first carbonization, the lattice structure 50 is separated from the jig 58, and the porous fiber bundles are impregnated and cured again with a polymer resin, and then recarbonized, or pyrolytic carbon is deposited by chemical vapor deposition to increase the density. Therefore, mechanical strength can be obtained.

상기에서 치구(58) 및 가이드 핀(60)을 흑연재로 사용하는 것은 탄화시 열변형을 막기 위한 것이다.Using the jig 58 and the guide pin 60 as the graphite material in order to prevent thermal deformation during carbonization.

상기에서 치구(58)는 앞서 설명한 바와 같이 소정의 탄소-탄소복합재로 된 격자구조물(50)을 얻기 위한 것이다. 따라서 치구(58)의 형상은 격자구조물(50)의 형상에 따라 달리될 수 있음은 물론이다. 그리고 상기 치구(58)는 회전 가능하게 하여 탄소 섬유 다발(52)을 가이드 핀(60)에 용이하게 감기도록 하는 것이 바람직하며, 상기 탄소 섬유 다발(52)을 가이드 핀(60)에 일정한 패턴으로 감는 것은 생산량에 따라 수동 또는 자동으로 수행이 가능한 것이다.The jig 58 is to obtain a grating structure 50 of a predetermined carbon-carbon composite as described above. Therefore, the shape of the jig 58 may be different depending on the shape of the grid structure 50, of course. And the jig 58 is preferably rotatable so as to easily wind the carbon fiber bundle 52 to the guide pin 60, the carbon fiber bundle 52 in a predetermined pattern on the guide pin 60 Winding can be done manually or automatically, depending on the yield.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 섬유 보강복합재 및 탄소-탄소복합재로 제조된 격자구조물은 일체형 프리폼으로 제조되어 제조공정을 대폭 단축시킴과 동시에 기계적 강도가 향상된 저가의 격자구조물을 제공하는 효과를 갖게 되는 것이다.As described above, the lattice structure made of the fiber-reinforced composite material and the carbon-carbon composite material of the present invention is made of an integral preform, which greatly shortens the manufacturing process and has an effect of providing a low-cost lattice structure with improved mechanical strength. will be.

Claims (5)

(a) 섬유 보강재 다발(12)을 열경화성 수지(16)에 함침시키는 단계;(a) impregnating the fiber reinforcement bundle 12 into the thermosetting resin 16; (b) 상기 열경화성 수지(16)가 함침된 섬유 보강재 다발(12)을 치구(18)에 설치된 가이드 핀(20)을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시키는 단계;(b) winding the fiber reinforcement bundle 12 impregnated with the thermosetting resin 16 in a predetermined pattern along a guide pin 20 installed in the jig 18 and molding at room temperature or high temperature; (c) 상기 가이드 핀(20)을 통해 치구(18)에 감겨져 성형된 섬유 보강재 다발(12)을 열수축 테이프(22)로 감싸주는 단계;(c) wrapping the fiber reinforcement bundle 12 wound around the jig 18 through the guide pin 20 with a heat shrink tape 22; (d) 상기 치구(18)에 설치된 가이드 핀(20)을 치구에서 분리시켜 치구를 통해 성형된 격자구조물(10)을 치구로부터 탈거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 보강복합재 격자구조물의 제조방법.(d) manufacturing a fiber reinforced composite material lattice structure comprising the step of separating the guide pin 20 installed in the jig 18 from the jig to remove the grid structure 10 formed through the jig Way. 제 1항에 있어서, 상기 열경화성 수지(16)가 함침된 섬유 보강재 다발(12)은 가이드 핀(20)을 따라 일정 패턴으로 감는 것에 의해 단면적이 형성되어 격자구조물(10)의 요구 강도를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 섬유 보강복합재 격자구조물의 제조방법.The fiber reinforcement bundle 12 impregnated with the thermosetting resin 16 has a cross-sectional area formed by winding a predetermined pattern along the guide pin 20 to obtain a required strength of the grid structure 10. Method for producing a fiber-reinforced composite grating structure, characterized in that. 제 1항에 있어서, 상기 섬유 보강재 다발(12)이 가이드 핀(20)에 360°회전방향으로 연속해서 감기는 것에 의해 일체형으로 격자구조물(10)의 조인트(10a)를 형성하는 것을 특징으로 하는 섬유 보강복합재 격자구조물의 제조방법.The method according to claim 1, characterized in that the fiber reinforcement bundle 12 is integrally formed in the joint (10a) of the lattice structure (10) by winding continuously in the direction of rotation 360 ° to the guide pin (20). Method of manufacturing a fiber reinforced composite lattice structure. 제 1항에 있어서, 상기 치구(18)에 설치된 가이드 핀(20)은 치구(18)로부터 분리가능하고, 이형 처리된 금속재 또는 테프론으로 가공된 것을 특징으로 하는 섬유 보강복합재 격자구조물의 제조방법.The method of claim 1, wherein the guide pin (20) installed in the jig (18) is detachable from the jig (18), characterized in that the process of manufacturing a fiber reinforced composite material grating structure, characterized in that the processed metal or Teflon. (a) 탄소섬유 다발(52)을 탄화율이 높은 고분자 수지(56)에 함침시키는 단계;(a) impregnating the carbon fiber bundle 52 into the high carbonization polymer resin 56; (b) 상기 고분자수지(56)가 함침된 탄소섬유 다발(52)을 치구(58)에 설치된 가이드 핀(60)을 따라 일정 패턴으로 감아 상온 또는 고온에서 성형시키는 단계;(b) winding the carbon fiber bundle 52 impregnated with the polymer resin 56 in a predetermined pattern along a guide pin 60 installed in the jig 58 and molding at room temperature or high temperature; (c) 상기 가이드 핀(60)을 통해 치구(58)에 감겨진 탄소섬유 다발(52)을 열수축 테이프(22)로 감싸주는 단계;(c) wrapping the carbon fiber bundle 52 wound around the jig 58 through the guide pin 60 with a heat shrink tape 22; (d) 상기 프리폼으로 성형된 격자구조물(50)을 치구(58)에 감겨진 상태로 탄화열처리 오븐(62)에서 1000℃ 이상의 무산소 분위기에서 열처리하는 단계;(d) heat-treating the lattice structure 50 formed into the preform in an anoxic atmosphere at 1000 ° C. or higher in a carbonization heat treatment oven 62 while being wound around the jig 58; (e) 상기 치구(58)에 설치된 가이드 핀(60)을 치구에서 분리시켜 치구를 통해 성형된 격자구조물(50)을 치구로부터 탈거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소-탄소복합재 격자구조물의 제조방법.(e) removing the guide pin 60 installed in the jig 58 from the jig to remove the grid structure 50 formed through the jig from the jig; Manufacturing method.
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