KR20040025364A - 복합재 링크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합재 링크의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어지도록 하면서 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않도록 한 복합재 링크의 제조방법에 관한 것으로서, 이는 다수의 금속 부시(2,3,4) 및 금속 몰드(1)가 우레탄 폼(5)에 의해 서로 평행하게 연결되어 베이스 링크(B)를 구성하고, 상기 베이스 링크(B)의 길이방향을 따라 장섬유가 함침된 일방향 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층하여 가열 경화시킨 후, 금속 몰드(1)를 제거하는 공정과, 상기 공정에 의해 얻어진 링크에서 금속 부시(2,3,4) 사이의 적층 섬유강화플라스틱 프리프렉(6) 위에 다시 섬유강화플라스틱 프리프렉(7)을 링크 길이에 직교되는 방향으로 와인딩한 후, 가열 경화시키는 공정으로 이루어짐으로써 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않는 효과가 있다.

Description

복합재 링크의 제조방법{manufacturing method for composite material link}

본 발명은 복합재 링크의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어지도록 하면서 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않도록 한 복합재 링크의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 기계구조를 구성하는 각종 기계요소는 주로 금속재료를 소재로 사용하고 형상의 제한없이 설계 및 제작하는 것이 용이했으나, 근래에는 기계구조의 고성능화, 경량화 추세에 따라 금속재료 이상의 강도를 갖는 복합재가 기계요소의 소재로 활발하게 사용되고 있는 실정에 있는 것으로서, 복합재료는 두가지 이상의 물질이 혼합되어 새로운 성질을 갖는 재료를 구성하는 것이며, 그 종류도 다양하다.

여기서 기술되는 복합재료는 기계적 성질이 가장 우수한 섬유강화플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastic) 프리프렉(prepreg)을 사용하여 내부가압 성형되는 기계요소 및 부품에 관한 것으로서, 섬유강화플라스틱 프리프렉을 사용한 기계요소의 제작은 주로 프리프렉을 적층 후 가열 경화시키는 방법이 사용된다.

그러나 이러한 방법은 성형 후 가공이 어렵고 몰드 형상의 제한으로 복잡한 형상의 제작이 거의 불가능거나 제작은 가능하여도 제작성의 불량으로 실질적으로 사용되고 있지 않은 실정이며, 특히 경량 링크 구조물의 경우에는 통상 경량화를 위하여 속이 비고 보강재로 보강되는 구조를 갖는데, 이러한 형상은 기존의 프리프렉 적층 후 가열 경화시키는 방법으로는 제작성이 거의 없고, 또한 링크 조립을 위한 연결 구멍의 형성은 상기의 방법에 의해 제작이 불가능하므로 종래의 기술로는 금속 재료를 사용하는 것만이 유일한 방법이다.

이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어지도록 하면서 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 또한 보다 효과적인 하중 지지와 함께 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않도록 하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 다수의 금속 부시 및 금속 몰드가 우레탄 폼에 의해 서로 평행하게 연결되어 베이스 링크를 구성하고, 상기 베이스 링크의 길이방향을 따라 장섬유가 함침된 일방향 섬유강화플라스틱 프리프렉을 적층하여 가열 경화시킨 후, 금속 몰드를 제거하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한 복합재 링크의 제조방법이 이루어진다.

또한, 상기 베이스 링크를 충분한 폭으로 형성하여 섬유강화플라스틱 프리프렉을 적층하고, 가열 경화시킨 후, 적정 폭으로 절단하여 다수의 링크를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공정에 의해 얻어진 링크에서 금속 부시 사이의 적층 섬유강화플라스틱 프리프렉 위에 다시 섬유강화플라스틱 프리프렉을 링크 길이에 직교되는 방향으로 와인딩한 후, 가열 경화시키는 공정이 부가된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와인딩 된 섬유강화플라스틱 프리프렉 위에 열수축 테이프를 와인딩한 후, 가열 경화시킨 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 공정의 베이스 링크 구조를 보인 사시도.

도 2는 제1 공정의 베이스 링크 위에 프리프렉을 길이방향으로 적층한 상태의 사시도.

도 3은 도 2의 베이스 링크를 적정 폭으로 절단하여 얻은 링크의 사시도.

도 4는 본 발명에 의해 제조된 복합재 링크의 사시도.

도 5는 도 4의 사용예를 보인 정면도.

*도면의주요부분에대한부호의설명

B:베이스 링크 1:금속 몰드

2,3,4:금속 부시 5:연결부

6,7:섬유강화플라스틱 프리프렉

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 복합재 링크의 제조방법을상세히 설명한다.

이 링크 구조물은 통상적으로 인장, 압축, 비틀림의 하중이 작용되고, 굽힘 하중은 핀 연결부(pin joint)에 의해 거의 작용하지 않게 되는 것으로서, 여기서 사용되는 섬유강화플라스틱 프리프렉은 섬유에 따라 장섬유와 단섬유의 사용으로 분류될 수 있는 것이며, 장섬유의 섬유강화플라스틱 프리프렉은 기계적인 성질이 높은 특성이 있어 일방향 프리프렉의 섬유 방향을 링크의 주요 하중 방향으로 배치하는 경우 효과적인 하중의 지지가 이루어진다.

따라서 섬유강화플라스틱 프리프렉의 섬유가 링크의 길이방향으로 배치되도록 구성하고, 다시 그 위에 서로 직교되는 방향으로 상기 섬유강화스플리스틱 프리프렉을 와인딩되는 경우, 인장 및 압축, 비틀림에 대한 기계적인 성질을 보다 향상시킬 수 있는 것으로서, 이의 구체적인 실시예는 다음과 같다.

먼저, 링크 구조물의 연결부위를 제작하게 되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와같이 다수의 금속 부시(2,3,4)가 사용되고, 금속 부시(2,3,4) 간에는 열팽창에 의한 압착력 작용을 하는 판상의 우레탄 폼(5)에 의해 상호 연결되어 있는 것이며, 금속 부시(2,3,4)가 불필요한 부분은 원주형의 금속 몰드(1)가 금속 부시(2,3,4)와 평행을 이루면서 우레탄 폼(5)에 연결되는 것에 의해 베이스 링크(B)를 구성하게 되는데, 이때 상기 금속 몰드(1)는 후술되어질 섬유강화플라스틱 프리프렉(미도시됨)을 적층하고 성형후 제거되고, 상기 베이스 링크(B)는 사용 링크의 적정 폭(W2)으로 절단하는 것에 의해 다수의 링크를 얻을 수 있도록 충분한 폭(W1)으로 형성된다.

그 후, 상기 베이스 링크(B) 위에 장섬유가 함침된 일방향 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층하여 기계적 성질, 즉 인장과 압축에 대한 지지력을 얻을 수 있도록 하는 것으로서, 여기서 연속된 줄 무늬는 상기 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)의 섬유 방향을 나타낸 것이며, 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층 한 후에는 1차로 가열 경화시키고, 도 3에 도시된 바와같이 사용 링크의 적정 폭으로 절단한다.

그리고 가열 경화시에는 대기압 하에서 진공만 잡고 경화할 수 있으나, 보다 높은 기계적 성질을 얻기 위해서 오토클레이브(autoclave)를 사용할 수 있다.

한편, 이 공정을 마친 도 3의 링크 구조는 인장은 효과적으로 지지할 수 있으나, 링크의 단면의 관성 모멘트(moment of inertia)가 매우 작으므로 좌굴 현상이 발생될 수 있으며, 비틀림에 취약한 단점을 갖는다.

이에 따라 상기 링크의 단점, 즉 좌굴 및 비틀림의 취약성을 보완하기 위한 공정이 부가되는 것으로서, 각 금속 부시(2,3,4) 사이의 적층 섬유강화플라스틱 프리프렉(6) 위에 링크의 길이와 직교되는 방향으로 장섬유가 함침된 섬유강화플라스틱 프리프렉(7)을 와인딩하게 되는데, 이때 와인딩되는 섬유강화플라스틱 프리프렉(7)의 섬유 방향은 링크의 길이 방향에 대해 90°이거나, 보다 효과적인 비틀림 지지력을 얻기 위해서는 ±45°로 할 수 있다.

그런 다음, 그 와인딩된 링크를 가열 성형하는 것으로서, 이때 링크의 가열 경화시 가압을 위해 상기 와인딩된 섬유강화플라스틱 프리프렉(7) 위에 열수축 테이프를 재차 와이딩한 후에 가열 성형하는 것에 의해 도 4에 도시된 바와같은 복합재 링크가 제조되는 것이며, 이렇게 제조된 본 발명의 복합재 링크를 휠체어어 사용되는 도 5의 크로스브레이스(crossbrace)의 제작에 실제 적용한 바 있고, 그 결과 만족할만한 강도 및 성능을 보였다.

상술한 바와같이 본 발명은 다수의 금속 몰드 및 금속 부시와 우레탄 폼으로 이루어진 베이스 링크의 길이방향으로 섬유강화플라스틱 프리프렉을 적층후, 다시 그 적층된 섬유강화플라스틱 프리프렉의 직교방향으로 재차 상기 섬유강화플라스틱 프리프렉을 와인딩하여 가열 경화시킴으로써 복합재를 이용한 링크의 제작이 보다 용이하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 공정의 단순화로 대량 생산이 가능하고, 연결부위를 위한 별도 가공이 요구되지 않으며, 또한 고성능화, 경량화에 부합되면서 보다 효과적인 하중 지지가 이루어질 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (4)

1. 다수의 금속 부시(2,3,4) 및 금속 몰드(1)가 우레탄 폼(5)에 의해 서로 평행하게 연결되어 베이스 링크(B)를 구성하고, 상기 베이스 링크(B)의 길이방향을 따라 장섬유가 함침된 일방향 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층하여 가열 경화시킨 후, 금속 몰드(1)를 제거하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한 복합재 링크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 링크(B)를 충분한 폭(W1)으로 형성하여 섬유강화플라스틱 프리프렉(6)을 적층하고, 가열 경화시킨 후, 적정 폭(W2)으로 절단하여 다수의 링크를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 한 복합재 링크의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 공정에 의해 얻어진 링크에서 금속 부시(2,3,4) 사이의 적층 섬유강화플라스틱 프리프렉(6) 위에 다시 섬유강화플라스틱 프리프렉(7)을 링크 길이에 직교되는 방향으로 와인딩한 후, 가열 경화시키는 공정이 부가된 것을 특징으로 한 복합재 링크의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 와인딩 된 섬유강화플라스틱 프리프렉(7) 위에 열수축 테이프를 와인딩한 후, 가열 경화시킨 것을 특징으로 한 복합재 링크의 제조방법.