KR20010047714A - 직물 프리프레그를 이용한 봉상 구조물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직물프리프레그를 이용한 봉상구조물의 표면결함인 핀홀을 제거하는 제조방법에 관한 것으로, 심봉 위에 직물을 포함하는 프리프레그를 적층하고 그 위에 기포흡수용 얇은 직물을 적층하기 위한 롤링공정, 롤링된 적층체에 이형필름을 나선형으로 감는 랩핑 공정, 랩핑된 적층체를 경화하는 공정, 경화된 적층체로부터 심봉을 제거하는 탈심공정, 탈심된 적층체로부터 이형필름을 제거하는 공정, 기포흡입용 얇은 직물을 연마하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이러한 방법에 의하면 구조물의 물성을 손상시킴이 없이 핀홀을 효과적으로 제거할 수 있게 되고, 생산코스트를 절감할 수 있게 된다.

Description

직물 프리프레그를 이용한 봉상 구조물의 제조방법{Preparation of hollow rod structure using fabric prepreg}

본 발명은 프리프레그를 이용한 봉상구조물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 핀홀의 발생을 방지할 수 있는 봉상구조물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 봉상구조물은 보강섬유직물에 수지를 함침한 직물 프리프레그를 이용하여 도 4에 나타낸 바와 같은 공정을 거쳐 제조한다. 먼저 맨드렐(심봉)에 재단된 프리프레그를 감는 롤링(rolling)공정을 수행하고, 이형필름(release film)을 나선형으로 감는 랩핑(wrapping) 공정을 수행한다. 다음으로 이를 열을 가하여 경화시키는 경화공정을 거친다음, 심봉과 경화된 프리프레그를 분리시키는 탈심공정을 실시하고 이형필름을 제거한다. 이형필름이 제거된 봉상 구조물 소재의 표면을 연마하고 소비자 기호에 맞게 도장작업을 수행하는 것이 봉상 구조물 제조의 기본공정이다. 이러한 공정으로 만드는 봉상 구조물의 대표적인 예로서 낚시대, 골프샤프트, 스키 폴대, 요트 폴대 등이 있다

이와 같이 보강섬유가 직물(fabric)형태로 된 프리프레그를 사용하여 봉상 구조물을 제조할 때 발생하는 문제점중의 하나가 직물 사이사이로 작은 기포(소위, "핀홀")가 자리잡게 되는 것이다. 핀홀이 발생하게 되면 이를 제거하기 위하여 봉상 구조물 표면을 무리하게 연마하거나, 연마 및 도장의 반복 공정을 수행하게 된다. 무리한 연마공정과 연마 및 도장의 반복공정으로 인하여, 연마시 보강섬유가 연마되어 봉상 구조물의 기계적 강도가 저하되며 불필요한 반복공정을 수행함에 따른 작업시간의 증가로 비용상승의 원인이 된다.

핀홀의 발생원인은 봉상 구조물 제조공정에서 롤링과정중에 프리프레그 사이에 공기층의 형성이나, 심봉에 프리프레그를 붙일 때 사용하는 휘발성 점착제로 인한 기포 발생이다. 경화공정에서 온도가 상승하게 되면 프리프레그에 적용된 수지의 점도는 저하되고, 기포나 휘발분은 부피가 팽창하여 점도가 저하된 프리프레그 수지를 통과하여 나선형으로 감긴 이형필름의 피치 사이로 기포들이 빠져나오게 된다.

그러나 랩핑공정에 사용되는 폴리프로필렌 이형필름은 표면이 매끄러워서 이형필름이 겹쳐지게 되면 겹쳐진 필름은 밀착되어 밀폐가 되므로 프리프레그의 기포들이 이형 필름의 피치 사이로 빠져나오는 것을 방해하게 된다.

또한 보강섬유의 직물구조는 위사와 경사가 교차하는 지점에 빈 공간이 있게 되므로 랩핑공정에서 이형필름이 가하는 압력이 이러한 빈 공간까지 충분히 전달되지 못하는 문제점이 발생하게 되며 이로써 직물 프리프레그의 위사와 경사가 교차하는 지점의 표면에 기포가 머물게 되어 핀홀을 발생하게 한다(도 3으로 제시되는 사진 참조).

종래의 기술은 직물프리프레그를 적용하여 랩핑공정을 수행하고 경화시킨 후에 소재를 연마, 도장하여 표면에 핀홀이 발생할 경우에, 소재의 표면을 재연마, 재도장을 실시한다. 그러나 재작업을 수행하여도 핀홀이 계속하여 남아있는 경우에는 다시 연마 및 도장공정을 수행하고 있다. 이로 인하여 재작업의 공정시간이 증가하여 비용상승과 더불어 봉상 구조물의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생하고 있다.

따라서 본 발명은 직물 프리프레그를 사용하여 봉상 구조물을 제조할 때 발생하는 봉상 구조물 소재 표면 결함인 핀홀을 효과적으로 제거하여 불필요한 연마공정 및 도장공정의 횟수를 줄이는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명자의 연구에서 롤링공정에서 직물 프리프레그 표면에 얇은 직물층을 추가로 적층하여 함께 경화시키면 덧붙인 얇은 직물층이 경화공정에서 발생하는 기포들을 흡입하게 되고, 연마공정에서 이 얇은 직물층만 연마토록 하면 효과적으로 핀홀을 방지할 수 있게 된다는 사실을 알게 되었다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따르는 봉상구조물 제조공정을 나타낸 것으로 도 1a는 프리프레그와 직물을 심봉에 롤링하는 공정을, 도 1b는 도 1a 공정의 산출물을, 도 1c는 도 1b의 중간제품에 이형필름을 랩핑하는 공정을, 도 1d는 경화후 심봉을 제거하는 탈심공정을, 도 1e는 이형필름 제거후 봉상 구조물을 연마하는 공정을 각각 나타낸 도면.

도 2a는 본 발명에 따르는 봉상구조물의 연마전 단면구조를, 도 2b는 연마후 단면구조를 각각 나타낸 도면.

도 3은 봉상구조물 소재 표면에서 발생되는 핀홀을 50배 배율로 촬영한 사진.

도 4는 통상적인 봉상구조물의 제조공정을 개략적으로 나타낸 블록도.

그러므로 본 발명에 의하면, 심봉 위에 직물을 포함하는 프리프레그를 적층하고 그 위에 기포흡수용 얇은 직물을 적층하기 위한 롤링공정, 롤링된 적층체에 이형필름을 나선형으로 감는 랩핑 공정, 랩핑된 적층체를 경화하는 공정, 경화된 적층체로부터 심봉을 제거하는 탈심공정, 탈심된 적층체로부터 이형필름을 제거하는 공정, 기포흡입용 얇은 직물을 연마하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉상 구조물의 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 제조방법의 주된 특징은 롤링 내지 경화공정에서 발생하는 기포를 나중에 연마에 의해 제거할 얇은 직물에 흡수시킴으로써 핀홀에 의한 품질저하를 효과적으로 방지하는 것에 있다.

도 1a 내지 도 1e에는 본 발명의 일 실시예에 따라 봉상구조물을 제조하는 방법이 개략적으로 도시된다. 도시되는 바와 같이, 우선 심봉(1)에 소정의 크기로 재단한 일방향 프리프레그(2), 직물 프리프레그(3) 및 기포흡수용 얇은 직물(4)을 롤링한다(도 1a). 다음, 롤링된 적층체(5)(도 1b)에 이형필름(6)을 랩핑하고(도 1c), 경화한 후, 경화된 적층체(7)로부터 심봉(1)을 제거하고(도 1d), 이형필름(6)을 벗겨낸다. 이형필름을 벗겨내면 적층체의 표면, 즉 얇은 직물(4)에는 흡수된 기포로 인한 핀홀이 집중된다. 이 상태에서 적층체를 연마기(8)로 연마하면 얇은 직물(4)이 연마되면서 핀홀도 제거되고, 연마에 의해 핀홀이 완전히 제거된 적층체는 소망하는 물성을 그대로 보유하게 된다 (도 1e). 연마 후에는 통상적으로 수요자의 요구에 부합하도록 도장작업을 수행하게 된다.

본 발명에 있어서, 기포흡수용 얇은 직물(4)(이하, "흡기직물"이라고 한다.)로는 수지를 함침하지 않은 상태로 사용할 수도 있고, 수지를 함침한 상태로 사용할 수도 있다. 본 발명은 핀홀 발생원인중에 직물구조의 경사와 위사가 교차되는 부위에 핀홀이 자리잡는 것에 착안하여 직물 프리프레그층 위에 추가로 얇은 유리섬유직물을 가한 것으로서 이 얇은 직물의 경사와 위사 사이에 기포가 자리잡도록 한 방법으로서 경화중에 직물 프리프레그 표면에 발생한 기포를 수지와 함께 얇은 직물층으로 이동하도록 한 것이다. 즉 경화과정 중에 수지의 점도가 저하되어 수지의 흐름이 발생할 때, 얇은 유리섬유 직물쪽으로 수지가 이동하도록 한 것이며 수지의 흐름과 함께 기포도 함께 이동하도록 한 것이다. 따라서 이 얇은 직물은 수지가 없는 것을 사용하는 것이 더욱 효과적이다. 흡기직물(4)의 바람직한 수지 함침량은 전체중량기준으로 0∼60가 적당하고, 직물의 소재로는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스터 섬유 또는 유리섬유 등이 적당하며, 그 무게는 5∼150 g/㎡가 적당하다. 또한 흡기직물(4)의 권회수는 1회 이상이 적당하다. 얇은 직물은 나중에 제거를 할 것이므로 기포흡수 및 연마제거가 용이한 형태의 것이면 가능하다. 에를 들어 스크림 형태의 것이어도 된다.

또한 직물 프리프레그(3)에서, 직물의 소재로는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스터 섬유 또는 유리섬유 등이 적당하고, 수지함침량은 전체 중량기준으로 20∼50가 적당하다. 직물 프리프레그(3)의 권회수도 1회 이상이 적당하다.

직물프리프레그(3)는 일방향 프리프레그(2)가 함께 적층된 것을 사용할 수도 있고, 각기 별도로 준비된 것을 사용할 수도 있으며, 원할 경우 일방향 프리프레그(2)를 사용하지 않을 수도 있다.

또한 본 발명에서 흡기 직물(4)은 직물프리프레그(3)와 함께 적층된 것을 사용하거나, 또는 롤링시에 양자를 붙여서 한차례의 롤링하는 것만으로, 또는 연속적인 롤링공정에 의해 적층시킬수 있는 것이다. 중요한 것은 롤링 공정 후(즉, 랩핑공정 전)에 흡기직물이 표면에 드러나서, 연마공정에서 소재 표면의 얇은 섬유직물이 연마되도록 함으로써 최종 제품의 물성이 손상되는 것을 방지하는 것이다. 즉, 연마공정에서 봉상 구조물의 기계적 물성과는 관계없는 표면의 흡기 직물 층만 연마하기 때문에 봉상 구조물의 기계적 물성을 담당하는 탄소섬유 직물이 보호되어 연마공정으로 인한 봉상 구조물의 기계적 물성저하를 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 물론 본 발명은 하기 실시예로 한정되는 것이 아니다.

[실시 예 1]

보강섬유는 탄소섬유이며 수지는 에폭시 수지인 일방향 프리프레그(SK케미칼의 USN 150)와 직물 프리프레그(SK케미칼의 WSN3K) 및 흡기직물로서 단위면적당 무게가 25g/㎡인 유리섬유스크림을 심봉에 롤링하였다. 롤링은 봉상 구조물의 제일 안쪽에는 일방향 프리프레그가 존재하며 중간에는 탄소섬유직물 프리프레그가 존재하고 제일 바깥 층에는 얇은 유리섬유 직물이 위치하도록 배열하였다. 다음, 폭 15 mm의 폴리프로필렌 이형필름을 랩핑한 후, 경화, 탈심, 이형필름 제거한 후, 연마 및 도장작업을 1회 수행하여 4개의 봉상구조물 샘플을 제조하였다. 핀홀 제거효과를 평가하기 위하여 각 샘플의 단위 면적당 핀홀 발생여부를 육안으로 관찰하여 발생된 핀홀의 개수를 기록하였다. 그 결과는 하기 표 1에 제시된다.

[비교예 1]

흡기직물을 적층하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

	심봉의외경(mm)	일방향 프리프레그 적층수	직물 프리프레그 적층수	유리섬유스크림적층수	단위면적당핀홀 개수(개/25 cm2)
실시예 1	25	3	1	1	0001
					평균 ; 0 개
비교예 1	25	3	1	0	6895
					평균 ; 7 개

이상의 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있게된다. 첫째, 직물 프리프레그를 사용하여 봉상 구조물을 제조할 경우에 발생하는 핀홀을 제거하므로써 봉상 구조물 제조공정상에서 비용 절감의 경제적인 효과와 봉상 구조물의 기계적 물성을 보호하는 효과를 가져온다. 둘째, 핀홀 발생으로 인한 연마 및 도장의 반복공정을 1회로 줄임으로써 기존 공정을 유지하면서 핀홀 발생을 제거할 수 있게 된다. 셋째, 연마공정에서 기존공정에서는 봉상 구조물의 기계적 물성을 발휘하는 탄소섬유 직물 프리프레그 층을 과도하게 연마하여 봉상 구조물의 물성을 저하시켰는데, 본 발명으로 표면의 얇은 유리섬유 직물층을 연마하므로 봉상 구조물의 기계적 물성을 유지할 수가 있게 된다. 넷째, 수지가 없는 흡기 직물이 경화공정에서 탄소섬유 직물 프리프레그의 수지를 흡수하고 연마공정에서 이를 제거하므로 봉상 구조물의 기계적 물성을 유지하면서 무게가 가벼워지는 부수적인 효과를 가져온다.

Claims (4)

1. 직물프리프레그를 이용한 봉상구조물의 제조방법에 있어서, 심봉 위에 직물을 포함하는 프리프레그를 적층하고 그 위에 기포흡수용 얇은 직물을 적층하기 위한 롤링공정, 롤링된 적층체에 이형필름을 나선형으로 감는 랩핑 공정, 랩핑된 적층체를 경화하는 공정, 경화된 적층체로부터 심봉을 제거하는 탈심공정, 탈심된 적층체로부터 이형필름을 제거하는 공정, 기포흡입용 얇은 직물을 연마하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉상 구조물의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기포흡수용 얇은 직물이 전체중량기준으로 0∼60의 양으로 수지가 함침된 것이고, 그 직물의 소재가 탄소섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스터 섬유 또는 유리섬유이며, 그 단위면적당 무게가 5∼150 g/㎡인 것을 특징으로 하는 봉상 구조물의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 직물 프리프레그(3)는 그 직물의 소재가 탄소섬유, 아라미드 섬유 또는 유리섬유이고, 수지함침량이 전체 중량기준으로 20∼50인 것 것을 특징으로 하는 봉상 구조물의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 직물 프리프레그는 일방향 프리프레그가 함께 적층된 것임을 특징으로 하는 봉상 구조물의 제조방법.