KR19980055640A - Composite preform and its manufacturing method - Google Patents

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KR19980055640A
KR19980055640A KR1019960074874A KR19960074874A KR19980055640A KR 19980055640 A KR19980055640 A KR 19980055640A KR 1019960074874 A KR1019960074874 A KR 1019960074874A KR 19960074874 A KR19960074874 A KR 19960074874A KR 19980055640 A KR19980055640 A KR 19980055640A
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김준수
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박병재
현대자동차 주식회사
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본 발명은 복합재료 예비성형체와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속섬유를 연결봉의 중심부에 위치하도록 하고, 단섬유 또는 휘스커 생성물이 연속섬유의 주위를 싸도록 하여 대단부와 소단부의 일부를 보강하는 형태로 예비성형체를 제조함으로써 강성과 강도가 향상된 복합재료 연결봉용 예비성형체와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite preform and a method for manufacturing the same, and more particularly, to place the continuous fiber in the center of the connecting rod, and to wrap the short fiber or whisker product around the continuous fiber, The present invention relates to a preform for connecting composite rods having improved rigidity and strength by manufacturing a preform in a form of reinforcing part, and a method of manufacturing the preform.

Description

복합재료 예비성형체와 그 제조방법Composite preform and its manufacturing method

본 발명은 복합재료 예비성형체와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속섬유를 연결봉의 중심부에 위치하도록 하고, 단섬유 또는 휘스커 생성물이 연속섬유의 주위를 싸도록 하여 대단부와 소단부의 일부를 보강하는 형태로 예비성형체를 제조함으로써 강성과 강도가 향상된 복합재료 연결봉용 예비성형체와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite preform and a method for manufacturing the same, and more particularly, to place the continuous fiber in the center of the connecting rod, and to wrap the short fiber or whisker product around the continuous fiber, The present invention relates to a preform for connecting composite rods having improved rigidity and strength by manufacturing a preform in a form of reinforcing part, and a method of manufacturing the preform.

일반적으로 탄화규소, 알루미나 또는 질화규소 등은 매유 높은 수준의 강도, 탄성율, 내열성 및 화학적 안정성을 가지므로 금속 또는 플라스틱 복합재료의 강화재로 유용하게 사용되고 있다.In general, silicon carbide, alumina, or silicon nitride has a very high level of strength, elastic modulus, heat resistance, and chemical stability, and thus is usefully used as a reinforcing material for metal or plastic composites.

이들 강화재를 이용하여 종래 자동차의 복합재료 커넥팅 로드용 예비성형체를 제조하는 방법으로는 일본 특허 평2-195012호, 미국 특허 제4,357,989호 및 영국특허 G.B 2129342A 등에 개시되었는 바, 먼저 일본 특허 평2-195012호에 개시된 방법은 대단부, 소단부, 본체로 이루어진 연결봉 전체를 탄화규소(SiC) 휘스커로 강화하는 형태이다. 그러나, 이와같은 경우 휘스커 강화 복합재료의 취약점인 강도, 특히 고온강도가 낮은 단점이 있다.Methods of manufacturing preforms for composite connecting rods of conventional automobiles using these reinforcing materials have been disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-195012, US Patent No. 4,357,989 and British Patent GB 2129342A. The method disclosed in 195012 is a form of reinforcing the entire connecting rod consisting of a large end, a small end, and a main body with a silicon carbide (SiC) whisker. However, in this case, there is a disadvantage that the strength, in particular, high temperature strength, which is a weak point of the whisker reinforced composite material.

그리고, 미국 특허 제4,357,989호에 개시된 방법은 봉상의 파이프를 지지대로 사용하여 연속섬유를 일렬로 배열하여 연결봉의 본체만을 강화하는 것이다. 이와같이 제조된 커넥팅 로드는 강도는 향상되나 강성의 향상효과가 적으며, 봉상의 파이프 지지대를 반드시 사용해야 하는 문제가 있다.In addition, the method disclosed in US Patent No. 4,357, 989 is to reinforce only the main body of the connecting rod by arranging the continuous fibers in a row using a rod-shaped pipe as a support. The connecting rod manufactured as described above has a problem in that the strength of the connecting rod is improved but the rigidity is small, and the rod-shaped pipe support must be used.

또한, 영국특허 G.B 2129342A의 경우는 특정 섬유를 석영관 내에 집어넣은 다음 소결해서 사용하며 성형체를 금형내에 고정시킬 수 있도록 특별한 지지대를 필요로 하고 있다. 이러한 석영관과 지지대는 복합재료에 있어서 강화제로서의 역할을 하지 못하고 이물질로 존재하게 되고, 연속섬유만을 사용하고 있기 때문에 강성의 향상효과가 적다.In addition, in the case of British Patent G.B 2129342A, specific fibers are inserted into a quartz tube and then sintered to use, and a special support is required to fix the molded body in a mold. These quartz tubes and supports do not serve as reinforcing agents in the composite material, but exist as foreign substances, and since only continuous fibers are used, there is little improvement in rigidity.

그밖에 Ti-6Al-4V의 티타늄 합금을 형단조(stamp forging)하여 복합재료 커넥팅 로드를 제조하는 방법도 개시된 바 있는데, 이 방법은 고가로서 경제성이 없다. 그리고, 포드사와 토요타 사에서는 Fe-Cu-C-S 합금분말을 사용하여 소결단조하여 커넥팅 로드를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 철 분말을 사용하므로 중량이 무거운 문제가 있어 바람직하지 못하다.In addition, a method of manufacturing a composite connecting rod by forging a titanium alloy of Ti-6Al-4V has been disclosed, which is expensive and inexpensive. In addition, Ford and Toyota have disclosed a method of manufacturing a connecting rod by sintering and forging using Fe-Cu-C-S alloy powder, but since iron powder is used, it is not preferable because of heavy weight.

본 발명은 상기와 같이 복합재료 커넥팅 로드와 같은 연결봉을 제조하는 데 있어서의 예비성형체 제조방법의 문제점을 해결하기 위하여 단섬유와 휘스커를 분산시킨 후 무기결합제, 유기결합제, 웅집제를 첨가하여 현탁액을 제조하고, 이를 예비성형체 제조용 금형에 주입시킨 후, 일정길이로 절단한 연속섬유 가닥을 유기결합제에 적셔 봉상으로 건조시킨 연속섬유를 상기 현탁액에 첨가하므로써 연속섬유가닥이 연결봉의 중심부에 위치하고 단섬유 또는 휘스커 생성뮬이 연속섬유의 주위를 형성함으로써 강성과 강도를 함께 보강할 수 있는 복합재료 예비성형체와 이를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to disperse short fibers and whiskers in order to solve the problem of the method of manufacturing a preform in manufacturing a connecting rod such as a composite connecting rod as described above, and then add an inorganic binder, an organic binder, a quaternizing agent to form a suspension. After the preparation and injection into the mold for preparing a preform, the continuous fiber strand is placed in the center of the connecting rod by adding the continuous fiber strand cut into a predetermined length to the suspension by drying the continuous fiber strand soaked in an organic binder. The purpose of the present invention is to provide a composite preform capable of reinforcing stiffness and strength by forming a circumference of a continuous fiber.

본 발명은 연속섬유 및 단섬유 또는 휘스커 생성물로 이루어진 복합재료 예비성형체에 그 특징이 있다.The present invention is characterized by a composite preform consisting of continuous fibers and short fibers or whisker products.

또한, 본 발명은 연결봉의 길이만큼으로 절단한 연속섬유 30,000∼50,000 가닥을 유기결합제와 혼합하여 봉상으로 건조시키는 공정, 이와는 별도로 단섬유 또는 휘스커 생성물을 분산시킨 후 무기결합제, 유기결합제 및 응집제를 첨가하여 현탁액을 제조하는 공정, 및 현탁액 절반을 금형에 주입한 후 상기 봉상의 연속섬유룰 주입한 다음 나머지의 현탁액을 금형에 주입시키는 공정으로 이루어진 예비성형체의 제조방법에도 그 특징이 있다.In addition, the present invention is a process of mixing 30,000 to 50,000 strands of continuous fiber cut to the length of the connecting rod with an organic binder and drying the rod into a rod, and separately dispersing short fibers or whisker products, and then adding an inorganic binder, an organic binder and a flocculant. And a process for preparing a suspension, and a method of preparing a preform comprising a step of injecting the suspension half into a mold and then injecting the rod-like continuous fiber into the mold and then injecting the remaining suspension into the mold.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

본 발명에 있어서 연속섬유는 알루미나 연속섬유, 탄소 연속섬유 및 붕소 연속섬유 중에서 선택된 것이다. 이와같은 연속섬유의 직경은 5∼25 ㎛인 것이 바람직하며, 이들 연속섬유를 연결봉의 길이만큼으로 절단하여 30,000∼50,0000 가닥을 유기결합제에 적셔 봉상으로 건조시켜 봉상의 연속섬유를 제조하여 둔다.In the present invention, the continuous fiber is selected from alumina continuous fiber, carbon continuous fiber and boron continuous fiber. The diameter of the continuous fibers is preferably 5 to 25 μm, and the continuous fibers are cut to the length of the connecting rod, and 30,000 to 50,0000 strands are wetted with an organic binder and dried in a rod to prepare rod-shaped continuous fibers. .

한편, 강성의 보강을 위한 단섬유 또는 휘스커 생성물은 SiC, Si3N4, 9Al2O3·2B2O3및Al2O3휘스커 중에서 선택된 단섬유 또는 휘스커 생성물로서, 이들 단섬유 또는 휘스커 생성물을 증류수에 분산시킨 후 여기에 무기결합제, 유기결합제 및 응집제를 첨가한다. 그 다음 염산으로 산도를 4∼5 정도로 조절하고 교반한 후 소포제로 규소 에멀젼을 소량 첨가하여 현탁액을 제조하여 둔다,Meanwhile, the short fiber or whisker product for reinforcing rigidity is a short fiber or whisker product selected from SiC, Si 3 N 4 , 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3, and Al 2 O 3 whiskers. After dispersing in distilled water, an inorganic binder, an organic binder and a flocculant are added thereto. Then, the acidity is adjusted to 4-5 with hydrochloric acid and stirred, and then a small amount of silicon emulsion is added to the antifoaming agent to prepare a suspension.

본 발명에서 무기결합제로는 콜로이달 실리카를 사용하고, 유기결합제로는 양이온성 전분(cation starch)를 사용하며, 응집제로는 폴리크리민(polycrymin)을 사용한다.In the present invention, colloidal silica is used as the inorganic binder, cationic starch is used as the organic binder, and polycrymin is used as the coagulant.

그리고 나서, 제조된 현탁액을 예비성형체 제조용 금형의 절반만큼만 주입하고, 그 위로 상기의 봉상의 연속섬유 다발을 넣는다. 이와같이 하면 현탁액 속에 응집된 단섬유 또는 휘스커, 또는 이들 혼합응집물의 일부가 금형의 최저 부위에 퇴적되게 되며, 그 위에 연속섬유 다발이 침강되어 퇴적물위에 놓이게 된다.Then, the prepared suspension is injected by only half of the mold for preparing the preform, and the rod-like continuous fiber bundle is placed thereon. This causes short fibers or whiskers agglomerated in the suspension, or a portion of these mixed agglomerates, to be deposited at the bottom of the mold, whereby a bundle of continuous fibers is settled and placed on the deposit.

그 다음 나머지의 현탁액을 예비성형체 제조용 금형에 주입시켜 연속섬유 다발위에 토적되도록 한 다음 진공여액 탈수시켜 습윤상태의 연결봉용 예비성형체를 성형한다.The remaining suspension is then injected into a mold for making preforms, which are then deposited on a bundle of continuous fibers, followed by dewatering in a vacuum filtrate to form the preforms for connecting rods in the wet state.

탈형시킨 습윤상태의 예비성형체를 100 ℃에서 12시간 예비건조시킨 후 900∼1,100 ℃에서 1시간 정도 가열하면 예비성형체가 제조된다.The preform in the demolded wet state is preliminarily dried at 100 ° C. for 12 hours, and then heated at 900 to 1,100 ° C. for about 1 hour to prepare the preform.

본 발명에 있어서, 유기결합제, 무기결합제, 응집제 및 소포제 등의 함량은 통상 복합재료 예비성형체 제조에서와 동일 또는 유사하며 그밖의 제공정 조건도 유사하다.In the present invention, the content of the organic binder, the inorganic binder, the flocculant, the antifoaming agent, and the like is usually the same as or similar to that of the preparation of the composite preform, and other provisional tablet conditions are similar.

이와같이 제조한 예비성형체는 예비성형체의 외형을 형성하고 있는 단섬유 또는 휘스커의 매우 높은 수준의 강도, 탄성율, 내열성 및 화학적 안정성을 가지게 되므로 복합재료의 강화재료로 유용하게 사용될 수 있으며, 주응력이 발생되는 방향으로 중심부위 연속섬유를 배열시켜주는 지지대 역할을 함과 동시에 금형에 예비성형체를 고정시킬 경우 종래에서와 같이 별도의 고정치구를 사용하지 않아도 된다.The preform manufactured as described above has a very high level of strength, elastic modulus, heat resistance, and chemical stability of the short fibers or whiskers forming the outer shape of the preform, and thus can be usefully used as a reinforcing material for composite materials. In addition to acting as a support for arranging the continuous fibers on the center in the direction and at the same time to fix the preform to the mold, there is no need to use a separate fixing jig as in the prior art.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples, but the present invention is not limited by the Examples.

실시예 1Example 1

비중 3.25 mg/㎡, 직경 17 ㎛인 알루미나 연속섬유(일본 住友화학공업 제품) 45,000 가닥을 연결봉의 대단부 끝부분에서 소단부위 끝부분까지의 길이로 절단하여 양이온성 전분 0.5% 용액에 적셔 건조시켰다. 이때 연속섬유의 형상을 일직성의 워주형태로 건조시켰다.45,000 strands of alumina continuous fiber (produced by Nippon Shuto Chemical Co., Ltd.) having a specific gravity of 3.25 mg / m 2 and a diameter of 17 μm were cut from the end of the connecting rod to the end of the small end and soaked in a 0.5% solution of cationic starch. . At this time, the shape of the continuous fiber was dried in a straight warpage form.

이와는 별도로 비중 3.4 mg/㎡, 직경 3 ㎛, 길이 50∼100 ㎛인 알루미나 단섬유(영국 아이씨아이사 제품) 60 g을 1 ℓ의 증류수에 분산시킨 후 콜로이달 실리카 1%를 첨가하였다. 그리고 양이온성 전분 0.5%, 폴리크리민 0.1%를 첨가한 후 염산으로 산도를 4∼5로 조절하여 2,000 rpm 정도로 2분간 교반하였다. 여기에 규소 에멀전을 0.002% 첨가한 후 진공 용기내에서 30초 동안 20 rpm으로 교반하여 현탁액내의 기포를 제거하였다. 이와같은 현탁액을 진공여액탈수장치에 설치되어 있는 금형내에 1/2 정도 주입하여 수분을 2/3정도 진공탈수시켰다.Separately, 60 g of alumina short fibers (product of Icy, UK) having a specific gravity of 3.4 mg / m 2, diameter of 3 μm, and length of 50 to 100 μm were dispersed in 1 L of distilled water, and then 1% of colloidal silica was added. After adding 0.5% of cationic starch and 0.1% of polycrimine, the acidity was adjusted to 4-5 with hydrochloric acid, followed by stirring for 2 minutes at 2,000 rpm. To this was added 0.002% of a silicon emulsion, followed by stirring at 20 rpm for 30 seconds in a vacuum vessel to remove bubbles in the suspension. Such a suspension was injected into the mold installed in the vacuum filtrate dewatering device about 1/2 to dehydrate water about 2/3.

이때 상기에서 준비한 연속섬유 다발을 연결봉의 중심에 위치하도록 금형내에 넣은 다음 나머지의 현탁액을 주입시킨 후 진공하에서 수분을 탈수시키면서 성평펀치를 하강시켜 연결봉용의 예비성형체로 성형을 완료하였다. 습윤상태의 예비형체로 성형한 후 탈형시켜 100 ℃에서 12시간 예비건조시킨 후 1,000 ℃에서 1시간 가열하여 예비성형체를 제조하였다.At this time, the continuous fiber bundle prepared above was placed in the mold so as to be located at the center of the connecting rod, and then the remaining suspension was injected, followed by the lowering of the flat punch while dehydrating water under vacuum to complete molding into the preform for the connecting rod. After molding into a wet preform, the mold was demolded, preliminarily dried at 100 ° C. for 12 hours, and heated at 1,000 ° C. for 1 hour to prepare a preform.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료 예비성형체를 제조하되, 다만 연속섬유로서 SiC연속섬유(비중 2.25 mg/㎡, 직경 15 ㎛, 일본 kabon사 제품) 46,000 가닥을 사용하고, 단섬유로서 알루미나 단섬유(비중 3.4 mg/㎡, 직경 3 ㎛, 길이 50∼100 ㎛, 영국 아이씨아이사 제품)를 사용하여 복합재료 예비성형체를 제조하였다.A composite material preform was prepared in the same manner as in Example 1 except that 46,000 strands of SiC continuous fibers (specific gravity 2.25 mg / m 2, diameter 15 μm, manufactured by Kabon, Japan) were used, and alumina was used as a short fiber. Composite preforms were prepared using short fibers (specific gravity 3.4 mg / m 2, diameter 3 μm, length 50-100 μm, manufactured by Icy, UK).

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료 예비성형체를 제조하되, 다만 연속섬유로서 알루미나연속섬유(비중 3.25 mg/㎡, 직경 17 ㎛, 일본 住友화학공업 제품) 45,000 가닥을 사용하고, 단섬유로서 9Al2O3·2B2O3휘스커(비중 2.94 mg/㎡, 직경 0.5∼1.0 ㎛, 길이 10∼30 ㎛, 영국 아이씨아이사 제품)를 사용하여 복합재료 예비성형체를 제조하였다.A composite material preform was prepared in the same manner as in Example 1, except that 45,000 strands of alumina continuous fiber (specific gravity 3.25 mg / m 2, diameter 17 μm, manufactured by Nippon Shuto Chemical Co., Ltd.) were used as short fibers. 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3 whiskers was prepared in the composite preform with the (specific gravity 2.94 mg / ㎡, 0.5~1.0 ㎛ diameter, length 10~30 ㎛, British children C. I. Corp.).

실시예 4Example 4

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료 예비성형체를 제조하되, 다만 연속섬유로서 SiC연속섬유(비중 2.25 mg/㎡, 직경 15 ㎛, 일본 kabon사 제품) 46,000 가닥을 사용하고, 단섬유로서 9Al2O3·2B2O3휘스커(비중 2.94 mg/㎡, 직경 0.5∼1.0 ㎛, 길이 10∼30 ㎛, 영국 아이씨아이사 제품)를 사용하여 복합재료 예비성형체를 제조하였다.A composite material preform was prepared in the same manner as in Example 1 except that 46,000 strands of SiC continuous fibers (specific gravity 2.25 mg / m 2, diameter 15 μm, manufactured by Kabon, Japan) were used, and 9Al was used as a short fiber. 2 O 3 · 2B 2 O 3 whiskers was prepared in the composite preform with the (specific gravity 2.94 mg / ㎡, 0.5~1.0 ㎛ diameter, length 10~30 ㎛, British children C. I. Corp.).

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료 예비성형체를 제조하되, 다만 연속섬유로서 알루미나연속섬유(비중 3.25 mg/㎡, 직경 17 ㎛, 일본 住友화학공업 제품) 45,000 가닥을 사용하고, 단섬유로서 탄화규소 휘스커(비중 3.22 mg/㎡, 직경 0.5∼1.0 ㎛, 길이 50∼500 ㎛, 일본 동해카본사 제품)를 사용하여 복합재료 예비성형체를 제조하였다.A composite material preform was prepared in the same manner as in Example 1, except that 45,000 strands of alumina continuous fiber (specific gravity 3.25 mg / m 2, diameter 17 μm, manufactured by Nippon Shuto Chemical Co., Ltd.) were used as short fibers. Composite preforms were prepared using silicon carbide whiskers (specific gravity 3.22 mg / m 2, diameter 0.5-1.0 μm, length 50-500 μm, manufactured by Japan East Sea Carbon Co., Ltd.).

실시예 6Example 6

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료 예비성형체를 제조하되, 다만 연속섬유로서 SiC연속섬유(비중 2.25 mg/㎡, 직경 15 ㎛, 일본 kabon사 제품) 46,000 가닥을 사용하고, 단섬유로서 탄화규소 휘스커(비중 3.22 mg/㎡, 직경 0.5∼1.0 ㎛, 길이 50∼500 ㎛, 일본 동해카본사 제품)를 사용하여 복합재료 예비성형체를 제조하였다.A composite material preform was prepared in the same manner as in Example 1, except that 46,000 strands of SiC continuous fibers (specific gravity 2.25 mg / m 2, diameter 15 μm, manufactured by Kabon, Japan) were used as carbon fibers as short fibers. Composite preforms were prepared using silicon whiskers (specific gravity 3.22 mg / m 2, diameter 0.5-1.0 μm, length 50-500 μm, manufactured by East Sea Carbon, Japan).

실시예 7Example 7

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료 예비성형체를 제조하되, 다만 연속섬유로서 알루미나연속섬유(비중 3.25 mg/㎡, 직경 17 ㎛, 일본 住友화학공업 제품) 46,000 가닥을 사용하고, 단섬유로서 Si3N4휘스커(비중 3.18 mg/㎡, 직경 0.1∼1.6 ㎛, 길이 20∼200 ㎛, 일본 타태보화학공법사 제품)를 사용하여 복합재료 예비성형체를 제조하였다.A composite material preform was prepared in the same manner as in Example 1, except that 46,000 strands of alumina continuous fiber (specific gravity 3.25 mg / m 2, diameter 17 μm, manufactured by Nippon Shuto Chemical Co., Ltd.) were used as short fibers. using the Si 3 N 4 whiskers (density 3.18 mg / ㎡, 0.1~1.6 ㎛ diameter, length 20~200 ㎛, Japan taebo other chemical method, Inc.) to prepare a composite preform.

실시예 8Example 8

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료 예비성형체를 제조하되,다만 연속섬유로서 SiC연속섬유(비중 2.25 mg/㎡, 직경 15 ㎛, 일본 kabon사 제품) 46,000 가닥을 사용하고, 단섬유로서 Si3N4휘스커(비중 3.18 mg/㎡, 직경 0.1∼1.6 ㎛, 길이 20∼200 ㎛, 일본 타태보화학공법사 제품)를 사용하여 복합재료 예비성형체를 제조하였다.A composite material preform was prepared in the same manner as in Example 1, except that 46,000 strands of SiC continuous fibers (specific gravity 2.25 mg / m 2, diameter 15 μm, manufactured by Kabon, Japan) were used as continuous fibers, and Si was used as short fibers. 3 N 4 by using the whiskers (density 3.18 mg / ㎡, 0.1~1.6 ㎛ diameter, length 20~200 ㎛, Japan taebo other chemical method, Inc.) to prepare a composite preform.

비교예 1Comparative Example 1

SiC연속섬유(비중 2.25 mg/㎡, 직경 15 ㎛, 일본 kabon사 제품) 60,000 가닥을 연결봉의 대단부 끝부분에서 소단부위 끝부분의 길이로 절단하여 영국 특허 G.B 2129342A에 의거하여 이들 섬유를 석영관내에 집어넣은 다음 소결하여 예비성형체를 제조하였다.60,000 strands of SiC continuous fiber (specific gravity 2.25 mg / m 2, diameter 15 μm, manufactured by Kabon, Japan) were cut from the end of the connecting rod to the end of the small end, and these fibers were cut in a quartz tube according to British Patent GB 2129342A. It was put in and then sintered to prepare a preform.

비교예 2Comparative Example 2

알루미나연속섬유(비중 3.25 mg/㎡, 직경 17 ㎛, 일본 住友화학공업 제품) 60,000 가닥을 연결봉의 대단부 끝부분에서 소단부위 끝부분의 길이로 절단하여 영국 특허 G.B 2129342A에 의거하여 이들 섬유를 석영관내에 집어넣은 다음 소결하여 예비성형체를 제조하였다.60,000 strands of alumina continuous fiber (specific gravity 3.25 mg / m2, diameter 17 탆, manufactured by Nippon Chemical Co., Ltd.) were cut from the end of the large end of the connecting rod to the length of the end of the small end, and these fibers were quartz according to GB 2129342A. It was put in a tube and then sintered to prepare a preform.

비교예 3Comparative Example 3

일본 특허 평2-195012 호와 유사한 방법으로 SiC 휘스커로만 강화하는 형태로써 연결봉의 예비성형체를 제조하였다.A preform of a connecting rod was prepared in a form similar to that of Japanese Patent No. Hei 2-195012, reinforced only with SiC whiskers.

직경 0.5∼1.0 ㎛, 길이 50∼500 ㎛인 SiC 휘스커(일본 동해카본사 제품) 100 g을 1ℓ의 증류수에 분산시킨 후 콜로이달 실리카 1%를 첨가하고, 양이온성 전분 0.5%, 폴리크리민 0.1%를 첨가한 후 염산으로 산도를 4∼5로 조절하여 2,000 rpm으로 2분 동안 교반하였다. 여기에 규소 에멀젼을 0.002% 첨가한 후 진공용기내에서 30초 동안 20 rpm으로 교반하여 현탁액내의 기포를 제거하였다. 이와같은 현탁액을 진공여액탈수장치에 설치되어 있는 금형내에 주입, 진공하에서 수분을 탈수시키면서 성평펀치를 하강시켜 연결봉용의 예비성형체로 성형을 완료하였다. 습윤상태의 예비형체로 성형한 후 탈형시켜 100 ℃에서 12시간 예비건조시킨 후 1,000 ℃에서 1시간 가열하여 예비성형체를 제조하였다.100 g of SiC whisker (Donghae Carbon Co., Ltd.) having a diameter of 0.5 to 1.0 µm and a length of 50 to 500 µm was dispersed in 1 liter of distilled water, and then 1% of colloidal silica was added, 0.5% of cationic starch and 0.1 of polycrimin After adding%, the acidity was adjusted to 4-5 with hydrochloric acid and stirred at 2,000 rpm for 2 minutes. After adding 0.002% of the silicon emulsion thereto, the mixture was stirred at 20 rpm for 30 seconds in a vacuum vessel to remove bubbles in the suspension. Such suspension was injected into the mold installed in the vacuum filtrate dehydrator, and the water leveling punch was lowered while dehydrating water under vacuum to complete molding into a preform for connecting rods. After molding into a wet preform, the mold was demolded, preliminarily dried at 100 ° C. for 12 hours, and heated at 1,000 ° C. for 1 hour to prepare a preform.

실험예 1Experimental Example 1

상기 실시예 1∼8 및 비교예 1∼3에 따라 제조된 예비성형체를 사용하여 고압주조에 의하여 알루미늄 복합재료 연결봉을 제조하였다. 이때, 제조조건은 기지금속으로 AC4C 알루미늄 합금을 사용하여 예비성형체는 400 ℃로 가열한 다음, 360 ℃로 예열한 고압주조용 금형에 위치시킨 후 주조하였으며, 860 ℃로 가열한 알루미늄 용탕을 주입하여 100 MPa로 가압하였다. 이때 가압속도는 2.8 mm/sec로 하였다. 이와같이 제조한 연결봉을 압축과 인장을 반복하는 피로시험에 의하여 성능을 비교하였다.The aluminum composite connecting rod was manufactured by high pressure casting using the preforms prepared according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3. At this time, the pre-form was heated to 400 ℃ by using AC4C aluminum alloy as a base metal, and then placed in a high-pressure casting mold preheated to 360 ℃, and cast, and injected with aluminum molten metal heated to 860 ℃ Pressurized to 100 MPa. At this time, the pressing speed was set to 2.8 mm / sec. The performance of the connecting rods prepared in this way was compared by a fatigue test of repeated compression and tension.

피로시험은 150 ℃에서 수행하였으며, 기본하중 -0.9 kN(압출하중)을 부여한 다음 +42 kN(인장하중)과 -42 kN(압축하중)을 반복하여 부여하였다. 또한, 연결봉의 중심부에 인장시편을 만들어 인장강도를 측정하였다.The fatigue test was carried out at 150 ° C, and the basic load of -0.9 kN (extrusion load) was given, followed by the repeated +42 kN (tensile load) and -42 kN (compression load). In addition, the tensile strength was measured by making a tensile test specimen in the center of the connecting rod.

이와같이 측정된 연결봉의 중심부의 인장강도 및 연결봉의 고온피로한도는 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.The tensile strength at the center of the connecting rod and the high temperature fatigue limit of the connecting rod were measured as shown in Table 1 below.

구 분division 연결봉 중심부 인장강도(kg/㎟)Tensile strength at connecting rod center (kg / ㎡) 연결봉 고온 피로한도(×105)Connecting rod high temperature fatigue limit (× 10 5 ) 실시예 1Example 1 7878 1.81.8 실시예 2Example 2 7272 1.61.6 실시예 3Example 3 8989 2.02.0 실시예 4Example 4 8484 2.12.1 실시예 5Example 5 9292 2.942.94 실시예 6Example 6 8888 3.673.67 실시예 7Example 7 9090 2.92.9 실시예 8Example 8 8989 2.582.58 비교예 1Comparative Example 1 5757 0.070.07 비교예 2Comparative Example 2 5858 0.110.11 비교예 3Comparative Example 3 4242 0.0020.002

본 발명 방법에 따라 제조된 예비성형체는 강도 및 강성이 우수할 뿐만 아니라 본래 강화재의 특성으로 인해 탄성율, 내열성 및 화학적 안정성이 우수하므로 복합재료의 강화재료로 유용하게 사용될 수 있으며, 제조방법상 별도의 고정치구가 필요치 않아 공정의 번거로움이 없다.The preform manufactured according to the present invention not only has excellent strength and rigidity, but also has excellent elastic modulus, heat resistance, and chemical stability due to the properties of the original reinforcing material, and thus can be usefully used as a reinforcing material for composite materials. There is no need for fixing jig, there is no troublesome process.

Claims (4)

연속섬유 및 단섬유 또는 휘스커 생성물로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합재료 예비성형체.Composite preform comprising a continuous fiber and a short fiber or whisker product. 제 1 항에 있어서, 상기 연속섬유는 알루미나 연속섬유, 탄소 연속섬유 및 붕소 연속섬유 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 복합재료 예비성형체.The composite material preform according to claim 1, wherein the continuous fiber is selected from alumina continuous fiber, carbon continuous fiber and boron continuous fiber. 제 1 항에 있어서, 상기 단섬유 또는 휘스커 생성물은 SiC, Si3N4, 9Al2O3·2B2O3및Al2O3휘스커 중에서 선택된 단섬유 또는 휘스커 생성물인 것임을 특징으로 하는 복합재료 예비성형체.The preliminary composite material according to claim 1, wherein the short fiber or whisker product is a short fiber or whisker product selected from SiC, Si 3 N 4 , 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3 and Al 2 O 3 whiskers. Molded body. 연결봉의 길이만큼으로 절단한 연속섬유 30,000∼50,000 가닥을 유기결합제와 혼합하여 봉상으로 건조시키는 공정, 이와는 별도로 단섬유 또는 휘스커 생성물을 분산시킨 후 무기결합제, 유기결합제 및 응집제를 첨가하여 현탁액을 제조하는 공정, 및 현탁액 절반을 금형에 주입한 후 상기 봉상의 연속섬유룰 주입한 다음 나머지의 현탁액을 금형에 주입시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합재료 예비성형체의 제조방법.30,000-50,000 strands of continuous fibers cut to the length of the connecting rod are mixed with an organic binder and dried in a rod form. Separately, short fibers or whisker products are dispersed, and then an inorganic binder, an organic binder and a flocculant are added to prepare a suspension. And a step of injecting the suspension half into the mold, and then injecting the rod-like continuous fiber into the mold, and then injecting the remaining suspension into the mold.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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