KR200342862Y1 - 플랜지를 가지는 덕트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 연결부(6)와 목부(neck portion, 8)가 니은자의 단면 형상으로 일체를 이루는 플랜지(2); 단부의 내주면이 상기 플랜지의 목부(8) 외주면에 접합됨으로써 상기 플랜지(2)와 일체로 성형된 섬유강화복합재료 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜지를 가지는 덕트를 개시한다. 이에 의하면, 덕트(2)와 플랜지(4)의 직각도를 이루기가 용이하게 되며, 단순한 작업공정에 의해 생산효율이 상승되고 재료의 낭비가 없게 된다.

Description

플랜지를 가지는 덕트{Duct having flange}

본 고안은 덕트에 관한 것으로서, 보다 특정적으로는 플랜지를 가지는 덕트의 제조방법 및 그 덕트에 관한 것이다.

섬유강화 복합재료(FRP)를 사용하여 특정 물품을 성형하는 방법으로는 핸드레이업(HAND LAY-UP) 성형방법, 스프레이 레이업(SPRAY LAY-UP) 성형방법, 냉간가압(COLD PRESS) 성형방법, 프리폼 매치드 다이(PREFORM MATCHED DIE) 성형방법, SMC(SHEET MOLDING COMPOUND) 성형방법, BMC(BULK MOLDING COMPOUND) 성형방법, 인발(PULTRUSION) 성형방법 및 필라멘트 와인딩(FILAMENT WINDING)성형법 등이 있다.

본 고안은 섬유강화 복합재료 및 필라멘트 와인딩 방법을 사용하여 플랜지를 가지는 관형상의 덕트를 제조하는 방법 및 그 덕트에 관한 것이다. 이하, 언급되는 섬유강화 복합재료(FRP)는 섬유계열의 보강재료와 수지계열의 기지재료(MATRIX MATERIAL)가 조합되어 유용한 물성을 나타내는 복합재료의 하나이다. 보강재료는 주된 하중을 담당하며, 기지재료는 보강섬유를 구조적인 모양을 만들고 전단하중을 지탱하며 열이나 화학물질 등의 외부요소로부터의 저항성을 담당한다. 보통은 보강재료를 기지재료에 함침시킨 후 성형 및 경화시킴으로써 요망하는 형상의 섬유강화복합재료 제품을 만들게 된다.

섬유강화 복합재료 제품중 하나인 관형상의 덕트를 길이방향으로 연장하기 위해서는 그의 단부에 플랜지와 같은 연결수단을 장착하여야 한다. 이 플랜지를 통하여 볼트로써 단위 길이로 제공된 덕트를 길이방향으로 연장시킬 수 있게 되는 것이다. 일정한 단면 형상을 가지는 덕트에 플랜지를 장착하기 위한 종래의 공정, 특히 섬유강화 복합재료를 필라멘트 와인딩 방법으로 제조할 경우의 공정이 도 1 내지 도 3에 걸쳐 설명되고 있다.

맨드릴(MANDREL)(102)이 필라멘트 와인딩 머신(100)에 의해 회전 가능하게끔 수평하게 거치된다. 맨드릴(102)의 표면에는 성형될 덕트의 탈형을 원활하게 하기 위해 왁스(WAX) 등의 이형제와 완충제가 고르게 도포된다. 도시되지는 않았지만, 이형제 등이 덕트 표층의 보강재 및 기지재료와 혼합됨을 방지하고 덕트 내면의 평활도 증가를 목적으로 폴리프로필렌(P.P) 필름이 감겨지게 된다. 수지가 함침된 연속섬유가 맨드릴을 따라 왕복 이송하는 캐리지(104)에 의해 맨드릴의 외주면에 특정 패턴으로 감겨지면서 표층(103a), 중간층(103b) 및 강화층(103c)을 포함하는 층구조의 덕트(103)가 성형된다.

성형 및 경화가 완료된 덕트(103)는 맨드릴(102)로부터 탈형되고 절단 및 사상 등의 가공공정을 거치게 된다.

플랜지(105)는 핸드레이업(HAND LAY-UP)공정에 의해 덕트(103)의 단부 외주면에 끼워져 접합된다. 이 과정에서 플랜지와 덕트를 직각상태로 유지하기 위하여 도 3에 도시된 것과 같이 작업대(106) 상에 덕트(103)를 수직으로 세운 상태에서 작업이 이루어진다.

덕트(103)와 플랜지(105)의 접합부위에는 오버레이업(OVER LAY-UP)방법에 의해 보강층(108)이 가해지며, 이로써 플랜지를 가지는 덕트가 완성되는 것이다.

종래 기술에 의한 덕트(103)와 플랜지(105)의 접합방법은 작업장의 높이가 한정되어 있기 때문에 - 덕트를 작업대에 수직하게 세운 상태에서 플랜지를 접합하므로- 제작할 수 있는 '플랜지를 가지는 덕트'의 길이에 제한이 따랐다.

또한, 작업대 표면 또는 덕트 단부 절단면의 불균일 등의 영향으로 인해 덕트와 플랜지의 씰링면(105a)이 시공상 요하는 직각도에 미치는 못하는 경우가 흔하였다.

또한, 덕트(103)를 성형하는 제1차 공정과 더불어 플랜지(105)를 부착하는 제2차 공정을 별도로 시행해야 하므로 공정의 복잡화로 인한 생산효율 저하와 필라멘트 와인딩 공정시 덕트 단부를 직각에 맞추어 절단함으로 인한 재료의 낭비가 있어왔다.

본 고안은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 플랜지와 덕트의 직각도를 요구하는 정도로 정확하게 유지할 수 있으며, 제조공정을 단순화할 수 있으며, 재료의 낭비를 감소시킬 수 있는 섬유강화 복합재료 덕트의 플랜지 성형방법 및 그에 의한 '플랜지를 가지는 덕트'를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 내지 도 3은 종래의 플랜지를 가지는 덕트의 제조공정도이다.

도 4는 본 고안에 의한 플랜지의 절개 사시도이다.

도 5 내지 도 6은 덕트 및 플랜지 성형과정을 도시하는 공정도이다.

도 7은 성형 완료된 플랜지를 가지는 덕트의 절개 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 덕트 4 : 플랜지

6 : 연결부 8 : 목부

10 : 볼트공 12 : 보강층

14 : 내면 보호층

100 : 필라멘트 와인딩 머신(FILAMENT WINDING MACHINE)

102 : 맨드릴(MANDREL) 104 : 캐리지(CARRIAGE)

위와 같은 목적은, 섬유강화 복합재료 덕트의 단부에 플랜지를 설치하기 위한 공정에 있어서; 연결부와 목(neck)부가 니은자 형상으로 일체를 이루는 플랜지를 와인딩 머신에 의해 수평한 상태에서 회전 가능하게 장착되는 맨드릴에 끼워 설치하는 단계; 상기 플랜지가 설치된 상태에서 필라멘트 와인딩 방법으로 상기 맨드릴 외주면 및 상기 플랜지의 목부에 연속적으로 수지함침 섬유를 와인딩(winding)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합재료 덕트의 플랜지 성형방법에 의해 달성된다.

위 방법에 의한 플랜지를 가지는 덕트는, 연결부와 목부(neck portion)가 니은자의 단면형상으로 일체를 이루는 플랜지; 단부의 내주면이 상기 플랜지의 목부 외주면에 접합됨으로써 상기 플랜지와 일체로 성형된 섬유강화복합재료 덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는 본 고안에 의한 플랜지의 절개 사시도이다. 도 5 내지 도 6은 덕트 및 플랜지 성형과정을 도시하는 공정도이다. 도 7은 성형 완료된 플랜지를 가지는 덕트의 절개 사시도이다.

종래기술에서 설명한 바와 같이 맨드릴(102)은 덕트를 성형하기 위한 기본 틀체가 되며, 와인딩 머신(100)에 의해 수평하게 거치된 상태에서 일정속도로 회전할 수 있게 된다. 성형하고자 덕트의 직경 및 길이에 따라 맨드릴(102)의 직경 및 길이가 결정될 것이다. 수지함침된 연속섬유(F)가 맨드릴(102)과 평행을 유지한 상태에서 왕복운동하는 캐리지(104)로부터 이완되면 맨드릴(102)의 외주면에 일정하게 감김으로써 관형상의 덕트(2)가 성형된다. 성형된 덕트(2)는 경화단계를 거쳐 완성된다. 이에 관한 사항은 일반적인 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 이를 생략한다.

본 고안의 가장 중요한 특징은 준비된 플랜지(4)를 덕트성형용 틀이 되는 맨드릴(102)에 끼운후 덕트(2)를 성형함과 동시에 플랜지(4)를 접합하여 양자를 일체형으로 하는 것에 있다. 플랜지(4)는 제조코자 하는 덕트(2)의 내경과 동일한 내경을 가짐으로써 맨드릴(102)에 유격없이 끼워지게 된다.

플랜지(4)는 덕트(2)와 내식성 등의 동일 특성을 갖는 보강재료 및 기지재료를 사용하여 핸드레이업(HAND LAY-UP)성형방법 또는 스프레이 레이업(SPRAY LAY-UP)성형방법 등의 형틀화 공정에 의해 사전에 성형된다.

플랜지(4)의 예시적 형상을 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다. 플랜지(4)는 다수의 볼트공(10, 도 7 참조)이 형성되는 연결부(6)와 덕트와 결합되는 목부((neck portion, 8)로 구성된다. 연결부(6)와 목부(8)는 일체형으로 되어 있으며, 니은자 형상의 단면을 가진다.

연결부(6)는 바람직하게는 두께가 0.2mm 내지 0.4mm의 표층(6a), 두께가 2mm 내지 3mm의 내식층(6b) 및 두께가 3mm 이상의 강화층(6c)을 포함하는 적층구조를 가질 수 있다. 목부(8)는 형틀 공정에 의해 연결부(6)와 직각을 이루도록 성형되며, 연결부(6)와 전체적 또는 부분적으로 동일한 적층구조를 가진다. 예를 들면, 목부는 표층(8a)이 0.2mm 내지 0.4mm, 내식층(8b)이 2mm내지 3mm의 두께를 가지는 적층구조로 될 수 있다.

목부(8)의 외주면에는 덕트 내면과의 접착력을 증대하기 위해 그라인딩 작업이 가해질 수 있다. 또한 목부(8)의 단부 외면은 경사처리(BEVELING)됨으로써, 급격한 두께 변화로 인해 덕트와의 연결부위에 발생될 수 있는 응력집중을 방지하고연결부위의 공극에 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

상기 공정으로 성형 완료한 플랜지(4)는 도5에 도시한 바와 같이 필라멘트 와인딩 머신(100)의 맨드릴(102) 양측(또는 일측)에 제조코자 하는 덕트 길이에 맞추어 위치된다. 이후 보강재와 기지재료를 원료로 하여 필라멘트 와인딩 공정(도 6 참조)에 의해 표층(2a), 내식층(2b) 및 강화층(2c)으로 구성되는(도 7 참조) 덕트(2)가 성형된다.

덕트(2)와 플랜지(4)의 외부 경계부(B1)에 핸드레이업 방법에 의한 보강층(12)이 부가될 수 있다. 보강층(12)은 플랜지(4) 전체 두께의 10% 내지 20% 정도가 바람직하며 플랜지(4)와 덕트(2)의 결합을 공고히 한다. 상기 성형공정이 완료된 후, 플랜지(4)와 일체화된 덕트(2)는 탈형 과정을 거쳐 맨드릴(102)로부터 분리된다.

본 고안의 다른 실시예에 의하면, 플랜지의 목부(8)와 덕트와의 내부 경계부(B2)에 오버레이업(OVER LAY-UP) 공정에 의해 100mm 내지 150mm 정도의 폭과 2mm 내지 3mm 정도의 두께로 내면 보호층(14)이 부가적으로 형성될 수 있다. 오버레이업 공정의 준비단계로서, 플랜지 목부(8)와 덕트(2)가 접하는 내부 경계부(B2)에 존재할 수 있는 기포의 제거 및 후공정인 오버레이업 공정시 표면의 접착력을 증대함을 목적으로 그라인딩 공정이 수반된다.

이후 다른 덕트와 연결하기 위해 플랜지의 연결부에 볼트공(10)을 형성하는 드릴링 공정과 표면 보호를 위한 탑코팅(Top Coating) 공정 및 기타 필요에 따른 마감공정이 가해지게 된다.

상기 덕트 및 플랜지는 동일한 기계적, 화학적 성질을 보유하도록 동일 재질로써 성형되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 보강재료로는 유리섬유(FIBER GLASS), 탄소섬유(GRAPHITE FIBER 또는 CARBON FIBER), 케블라(KEVLAR)섬유, 보론(BORON)섬유, 세라믹(CERAMIC)섬유이거나 또는 이들 섬유의 조합있 수 있다. 또한 기지재료(MATRIX MATERIAL)로는 비닐에스터 수지(VINYLESTER RESIN), 폴리에스테르 수지(UNSATURATED POLYESTER RESIN), 에폭시 수지(EPOXY RESIN), 페놀 수지(PHENOL RESIN), 폴리이미드 수지(POLYIMIDE RESIN) 및 열가소성 수지 가운데 하나 이상이 선택될 수 있다.

이상에서 본 바와 같이 선 공정으로 제작한 플랜지를 필라멘트 와인딩 공정으로 덕트의 제작과 동시에 결합함으로서 덕트와 플랜지의 직각도를 이루기가 용이하게 된다. 이렇게 제조된 플랜지를 가지는 덕트는 서로가 동일 재질이어서 내구성이 월등히 증가된다. 또한 단순한 작업공정에 의해 생산효율이 상승되고 재료의 낭비가 없게 된다.

Claims (4)

1. 연결부(6)와 목부(neck portion, 8)가 니은자의 단면 형상으로 일체를 이루는 플랜지(4); 단부의 내주면이 상기 플랜지의 목부(8) 외주면에 접합됨으로써 상기 플랜지(4)와 일체로 성형된 섬유강화복합재료 덕트(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜지를 가지는 덕트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지(4)와 덕트(2)의 외면 경계부(B1)에 보강층(12d)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플랜지를 가지는 덕트.
3. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지(4)와 덕트(2)의 내면 경계부(B2)에 내면 보호층(13)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플랜지를 가지는 덕트.
4. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지(4)는 상기 덕트(2)와 동일한 재질로서 적층구조를 가지는 것을 특징으로 하는 플랜지를 가지는 덕트.