KR20060126565A - 탄소 발포체 복합물 금형 및 이를 사용하기 위한 방법 - Google Patents

탄소 발포체 복합물 금형 및 이를 사용하기 위한 방법 Download PDF

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carbon
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브라이언 이 조셉
릭 디 루카스
더글라스 제이 메리먼
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터치스톤 리서치 래버러토리 리미티드
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Abstract

탄소 발포체의 표면의 탄소 발포체를 적어도 부분 포함하는 금형 본체를 가지며, 복합물 성형재로부터 복합물 부품을 형성하기 위한 금형은 금형면을 포함할 수 있으며 금형면 재료를 지지한다. 본 발명의 금형은 복합물 부품의 제조에 사용된 종래의 금형, 특히 탄소 복합물을 제조하는데 사용된 금형보다 제조 및/또는 사용하는데 가볍고, 보다 내구성이 있으며, 비용이 저렴할 수 있다. 또한, 상기 금형은 재사용가능하며, 수리가능하며, 쉽게 변경가능하다.

Description

탄소 발포체 복합물 금형 및 이를 사용하기 위한 방법{CARBON FOAM COMPOSITE TOOLING AND METHODS FOR USING THE SAME}
본 발명은 복합물 금형 및 이 복합물 금형을 사용하기 위한 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 복합재로 이루어진 부품을 형성하기 위해서 금형 본체에 탄소 발포체를 내장시킨 금형 및 이를 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 복합물은 매트릭스 물질 내에 보강재를 내장시켜 만들어진다. 다양하게 활용될 수 있는 복합물은 일반적으로 복합물이 형성되는 각 물질의 기계적 물성 또는 다른 물성보다 우수한 기계적 물성 또는 다른 물성을 가진다. 복합물의 일반적인 예는 파이버글래스(fiberglass) 이다. 파이버글래스는 매트릭스 물질을 이루는 경화된 수지 내에 매설된 보강물인 유리 섬유이다.
복합물은 항공기,미사일, 보트, 의료 기기 및 스포츠 용품과 같은 조립체의 구조물, 요소, 하위 조립체 등의 부품으로 사용될 때, 다양한 활용도를 갖는다. 상기 용도에 일반적으로 사용된 복합물은 파이버글래스이다. 상기 용도에 특히 높은 활용도를 가지는 다른 복합물은 열경화성 (thermoset) (예컨대, 열경화성(thermosetting) 등) 및/또는 열가소성 수지와 같은 매트릭스 물질과 결합되는 탄소 섬유로 만들어진다. 상기 복합물은 탄소 섬유 복합물 (carbon fiber composite, 이하 CFC 라 함) 이며, 또는 보다 일반적으로 탄소 복합물이다. 탄소 복합물은 예컨대, 항공기 표면, 미사일 몸체, 정형외과 지지물 및 골프채 샤프트에 사용되어 왔다. 상기 탄소 복합물의 활용도는 일반적으로 중량에 대한 고강도비 및 내피로성 및 내부식성과 관련되어 있다. 대부분의 경우에, 이러한 바람직한 물성은 탄소 복합물을 사용하여 대체된 금속 또는 다른 물질의 물성보다 우수하다.
추가적으로, 몇몇 종류의 탄소 섬유 복합물은 탄소 복합물을 만들기 위해 침탄 처리될 수 있다.
특정 섬유 배향(fiber orientation) 은 특정 축선을 따라 증가된 강도, 강성 및/또는 가요성을 부여하기 위해서 최종 복합물 제품에 바람직할 수 있다. 또한, 복합물 형성 재료 특히, 탄소 섬유는 비교적 고가이다. 따라서, 복합물은 용도에 의해 요구된 크기 및 형상과 이들에 최대한 가까운 형태로 제조된다. 실질적으로, 복합물, 특히 항공우주 및 다른 다양한 분야에 사용된 탄소 섬유 복합물은 일반적으로 매우 제한된 공차 내에서 소망하는 크기로 만들어진다.
탄소 복합물을 포함하는 복합물을 이와 같은 높은 치수적 요건으로 형성하는 것은 일반적으로 금형(tool) 이라 언급된 몰드와 같은 장치를 사용하여 달성된다. 상기 복합물이 형성, 성형되거나 규정된 크기 및 형상의 요소로 만들어질 때, 이러한 금형은 금형면이라 하는 하나 이상의 표면을 포함한다. 상기 요소는 구조물, 부품, 하위 조립체 등을 포함할 수 있다. 금형면은 일반적으로 소망하는 복합물 요소 표면의 정밀한 3 차원 부형상 표면(negative mirror image) 이 되도록 형성된 표면이다. 즉, 복합물의 융기된 표면은 등가의 (부형되게) 치수를 가지는 금형면의 표면 함몰부에 대응되며, 이 함몰부에 의해 형성될 것이다. 마찬가지로, 복합 부품의 오목면은 금형면의 등가의 (부형되게) 치수를 가지는 융기된 표면에 대응되며, 이 융기된 표면에 의해 형성될 것이다. 실제로, 보강물 및 매트릭스 물질의 혼합물, 예컨대, 탄소 섬유와 수지는 몇 번의 절차에 의해 금형면에 놓이게 되어, 상기 금형면과 면밀히 접촉하게 된다. 금형면의 치수는 이러한 접촉으로 매트릭스 물질과 보강 물질의 표면을 소망하는 형상 및 치수로 효과적으로 성형하게 하는 것이다. 이후에, 매트릭스 물질은 일반적으로 수지의 경화에 의해 응고되어 복합물 요소로 만들어진다. 예를들면, 수지를 포함하는 탄소 섬유는 일반적으로 열에 의해 경화되어, 금형면에 의해 부여된 형상 및 치수를 나타내는 표면을 지닌 고체 CFC 요소가 생산된다.
금형면에 추가하여, 금형은 또한 금형 본체 및 일반적으로 지지 구조물로 이루어진다. 금형 본체는 금형면을 포함한다. 즉, 복합물, 예컨대, CFC 가 만들어질 때, 금형면은 금형 본체의 표면이다. 금형 본체는 또한 필수적으로 감싸여진 체적이 금형면과 덮개 사이에 형성되도록 금형면 또는 이 금형면의 일부를 최소한으로 감싸는 덮개를 포함할 수 있다. 지지 구조물은 금형 본체에 연결되며, 금형 본체 및 면의 손상으로부터의 보호를 위하여 금형 본체 및 면의 지지, 배향 및 이송 (이에 한정되지 않음) 을 포함하는 몇몇 목적을 위한 것이다.
금형의 중요한 특성은 예컨대, 품질, 중량, 강도, 크기, 가격, 보수의 용이성을 포함한다. 추가적으로, 강성 및 내구성은 금형의 매우 중요한 특성으로 고려된다. 모든 이러한 특성은 금형의 설계, 금형 제작 물질, 및 복합물을 형성하는데 사용된 물질에 따른다.
매우 중요한 금형의 특성은 금형면에 나타난 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, 이제부터 CTE 라 한다) 이다. 금형면이 금형 본체의 표면이기 때문에, 금형면에 의해 나타난 CTE 는 금형 본체를 구성하는 물질에 따른다. 금형면은 형성된 복합물 부품의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 등가의 CTE 를 가지는 것이 일반적으로 바람직하다. 금형면에 의해 나타낸 CTE 는 넓은 온도 범위에 걸쳐, 형성된 복합물 부품의 CTE 와 유사하거나 동일한 것이 바람직하다. 복합물 부품의 CTE 와 금형면에 의해 나타내는 CTE 사이의 실질적인 동일성, 또는 보다 바람직하게 등가성은 복합물 부품이 금형을 사용하여 준비된다는 점에서 중요하다. 즉, 일반적으로, 복합물을 형성하는데 사용된 물질은 실온에서 금형면 상에 배치된다. 금형 및 복합물 성형재의 온도는 이후 복합물의 수지가 경화되도록 약간 상승된 온도 (일반적으로 250℉ 이상) 로 상승된다. 수지가 경화되면, 최종 복합물 부품, 예컨대 CFC 는 굳어진다. 수지 경화 이후에, 금형면 및 복합물 부품은 실온으로 냉각된다. 실온 이상으로 노출하는 것은 금형의 CTE 가 최종 복합물 부품의 CTE 와 일치하는 것이 바람직하기 때문이다. 예컨대, 복합물 부품의 CTE 가 금형면에 의해 나타난 CTE 보다 상당히 작다면, 복합물 부품은 냉각에 의한 금형면 치수의 비교적 큰 수축에 의해 금형에 갖혀지거나 보유될 수 있다. 반대로, 복합물 부품의 CTE 가 금형면에 의해 나타난 CTE 보다 상당히 크다면, 상기 복합물 부품은 수축 동안에 금형에 보유되거나 금형면에 손상을 줄 수 있으며 또는 경화된 복합물 치수가 금형면의 치수와 다를 수 있다.
일반적으로, 탄소 복합물은 비교적 낮은 CTE 을 가지며, 대부분의 다른 물질의 CTE 는 이보다 높다. 따라서, 상당히 낮은 CTE 를 가지는 금형 본체의 구조를 위해 입수할 수 있는 물질이 거의 없기 때문에, 금형면에 의해 나타난 CTE 를 탄소 복합물의 CTE 와 일치시키는 것은 매우 어렵다. 금형 본체의 구조를 위해 적합한 입수가능한 저 CTE 물질은 예컨대, 다른 탄소 복합물, INVAR® (예컨대, 조정된 팽창 니켈 철 합금) 등을 포함한다.
INVAR® 는 내구성이 있으며, 탄소 복합물의 CTE 와 실질적으로 유사한 CTE 를 가진다. 그러나, INVAR® 기반 금형은 일반적으로 무겁고 가공하기가 곤란하며, 가공을 위하여 예컨대, 각 17 단계가 필요하다. 상기 다수의 가공 단계는 참조로 본 명세에 기재된 "Fabrication and Analysis of Invar Faced Composites for Tooling Application" (Proceedings of Tooling Composites 93, Pasadena California) 에 설명된 바와 같이, 금형 가격을 약 140% 에서 250% 증가시킬 수 있으며, 기획에서 생산까지의 시간을 4 배 증가시킬 수 있다.
예컨대, 저 CTE 물질의 CTE 와 일치시키기가 어려울지라도, INVAR® 기반 금형과 유사한, 탄소 섬유 복합물 기반 금형은 CFC 부품 등의 CTE 와 일치될 수 있다. 이러한 형태의 금형에 대하여, 탄소 섬유 복합물은 모든 금형 본체 및/또 는 금형면을 형성하는 금형 본체의 부분에 사용되어 진다. 탄소 섬유 복합물 기반 금형은, INVAR® 을 기반으로 한 금형과 같은 종래기술의 금형보다 저가이며, 경량이고, 낮은 열적 수단을 가지며, 또한 도구 제조에 대하여 기획에서 생산까지의 짧은 시간이 요구되기 때문에 바람직하다. 그러나 CFC 기반 도구는 복합물이 놓여질 때에 주의 깊게 다루지 않으면 일반적으로 손상을 입기 쉽다. 또한, 소 부착, CTE 불일치, 산화 분해로 인한 공정 주기의 반복으로 인해, CFC 기반 금형의 표면 저하가 일어나기 쉽다. 또한, CFC 기반 금형의 어떠한 보수는 수리 및 유지 비용을 증가시킨다. 또한, CFC 기반 금형은 불균일한 지지로 인한 치수적 응력을 받게 된다. 따라서, 상기 문제점 때문에, CFC 기반 금형은 일반적으로 사용되지 않는다.
복합물 금형, 특히 CFC 금형의 다른 중요한 특성을 고려해야 한다. 예컨대, 강성, 내구성, 강도, CTE 매치 가능성 이외에, 금형은 가격이 저렴해야 하며 제조하기 쉬워야 한다. 즉, 금형 본체에 대한 선택 물질이 제조될 전체 부품 수량일 때, 인자가 일반적으로 고려된다. 많은 수량의 부품을 보다 쉽게 고가의 금형에 맞추어져야 한다는 것을 고려해야 한다. 그러나, 전체적으로, 저렴한 비용으로 제조될 수 있으며, 예정된 부품 수와 무관하고, 강성이 있으며, 강하고, 내구성이 있으며 CTE 매치가능한 금형이 요구된다.
탄소 발포체는 허용가능한 공극 체적을 가진 매우 높은 탄소 함량의 물질이다. 색상을 제외한 외형으로 볼 때, 탄소 발포체는 시중에서 구입가능한 플라 스틱 발포체와 유사하다. 플라스틱 발포체로서, 탄소 발포체의 공극 체적은 다수의 빈 셀 내에 위치되어 있다. 이러한 셀의 경계는 탄소 구조로 규정되어 있다. 이러한 셀은 일반적으로 대략 구형 또는 규칙적인 난형(ovoid)이며, 균일성, 크기, 형상, 분포 및 배향은 중요치 않다. 이러한 셀의 공극 체적은 일반적으로 인근 공극 체적과 직접 연결된다. 상기 배열은 개방 셀 발포체로 되어 있다. 이러한 발포체의 탄소는 3 차원에서 물질을 가로질러 연속적인 구조를 형성한다. 일반적으로, 탄소 발포체의 셀은 사람의 나안으로 쉽게 볼 수 있는 크기로 이루어져 있다. 또한, 탄소 발포체의 공극 체적은 탄소 발포체 체적의 1/2 보다 크게 차지한다. 규칙적인 크기, 형상, 분포, 및 탄소 발포체 내의 셀의 배향은 이러한 물질이 금속 코크스와 같은 다른 물질과 쉽게 구별되게 한다. 탄소 발포체는 다양한 프로세서를 사용한 다양한 공급재로 준비되어 진다. 예컨대, 탄소 발포체 제조용 공급재는 피치, 석탄 및 석탄 유도체 (이에 한정되지 않음) 을 포함한다. 마찬가지로, 각각의 이러한 공급재로부터 탄소 발포체를 제조하기 위한 프로세서는 공지되어 있다. 이러한 프로세서의 대부분은 발포체를 배치 후에 이 탄소 발포체를 상승된 온도, 때때로 3000℃ 이상에 노출시키는 것이 포함되어 있다.
복합물 성형재로부터 복합물 부품을 형성하기 위한, 탄소 발포체를 적어도 부분 포함하는 금형 본체를 지닌 금형을 설명한다. 탄소 발포체에 내장된 표면은 금형의 일 금형면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 다른안으로서, 탄소 발포체는 금형면 재료를 지지할 수 있으며, 표면은 금형의 일 금형면의 적어도 일부를 형성한다. 내장된 탄소 발포체는 충진재로 부분적 또는 완전히 채워질 수 있다. 몇몇 충진재는 탄소 발포체로 채워진 후에 침탄될 수 있다. 충진재를 사용하면 예컨대, 부드러운 금형면을 제공할 수 있으며 및/또는 탄소 발포체의 일부 영역이 가스 또는 다른 물질로 투과되지 않게 된다. 금형면 재료는 복합물 특히, 탄소 섬유 복합물, 수지, 원호형 스프레이된 금속, 세라믹 등 (이에 한정되지 않음) 을 포함할 수 있다.
개시된 금형의 금형면은 상대적으로 낮은 열팽창 계수 (CTE) 를 가질 수 있다. 상기 낮은 CTE 를 가지는 금형면은 탄소 발포체 섬유 복합물 (CFC) 와 같은 낮은 CTE 복합물을 사용하는데 특히 유용할 수 있다. 또한, 금형면이 관련 금형 본체의 요소를 형성하거나 지지함에 따라, 다른 CTE 를 가지는 금형면은 탄소 발포체, 탄소 발포체의 조합, 충진재 및/또는 다른 CTE 를 가지는 금형면 재료를 사용하여 준비될 수 있다. 예컨대, 탄소 발포체 (이 탄소 발포체의 표면은 탄소 섬유 복합물 (CFC) 을 제조하기 위한 금형면임) 를 포함하는 금형 본체는 탄소 발포체의 CTE 가 최종 CFC 의 CTE 와 일치할 수 있기에 특히 바람직하다. 다른 예로서, 개시된 금형의 탄소 발포체는 CFC 와 같은 금형면 재료, 탄소 섬유 복합물 (CFC) 의 제조를 위한 금형면이 제공된 표면을 지지할 수 있다. 이러한 예에서, 탄소 발포체의 CTE 는 금형면 및 최종 CFC 의 CTE 와 일치할 수 있다.
개시된 금형은 복합물 부품의 제조를 위하여 사용된 일반적인 금형, 특히 CFC 의 제조를 위하여 사용된 금형보다 생산 및/또는 사용하는데 가볍고, 내구성 있으며, 비용이 저렴할 수 있다. 또한, 상기 금형은 종래 기술의 상기 금형에 비하여 재사용될 수 있고, 수리 가능하며, 변경이 용이하다.
특정 실시형태에서, 본 발명은 하나 이상의 복합물 부품의 제조를 위한 금형을 포함하며, 이 금형은 금형 본체의 적어도 일부분이 탄소 발포체인 금형 본체를 포함한다. 금형 본체의 표면은 금형면으로 형성될 수 있으며, 금형면의 일부는 금형 본체를 포함하는 탄소 발포체의 표면의 적어도 일부이다. 몇몇 실시형태에서, 탄소 발포체의 셀은 충진재로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 충진재는 경화된 수지, 피치, 성형가능한 경화된 세라믹, 침탄된 수지 또는 침탄된 피치일 수 있다. 특정 실시형태에서, 금형면의 열팽창 계수는 금형면에서 제조된 복합물 부품의 열팽창 계수와 실질적으로 유사하다. 다른 실시형태에서, 금형 본체를 적어도 부분 포함하는 탄소 발포체의 적어도 일부는 금형면 재료를 지지한다. 금형면 재료는 금속, 세라믹, 경화된 수지, 섬유 복합물, 탄소 섬유 복합물, 미립자 복합물, INVAR®, 실리콘 탄화물, 또는 지르코니아 세라믹일 수 있다. 탄소 발포체는 피치, 석탄, 또는 석탄 유도체로부터 적어도 일부가 유도될 수 있다. 다른 실시형태에서, 금형 본체는 심봉 형상일 수 있다. 또한, 금형은 금형면의 적어도 일부에 위치하는 덮개를 더 포함할 수 있으며, 금형면의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 금형은 금형면의 폐쇄 부분과 진공 소통하는 수지 저장조 연결구를 포함할 수 있다. 수지 저장조 연결구는 수지 저장조 시스템에 연결되도록 형성될 수 있으며, 금형면의 폐쇄된 부분에 진공이 형성될 때에, 수지 저장조 시스템으로부터 금형면의 밀폐된 부분으로 수지를 이동시킨다.
본 발명의 특정 실시형태는 금형면을 가지는 금형 본체를 제공하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 복합물 부품을 제조하기 위한 방법을 포함하며, 금형 본체의 적어도 일부분은 탄소 발포체이며, 탄소 발포체 물질을 금형면에 위치시키고, 상기 복합물 성형재를 경화시켜, 복합물 부품을 제조한다. 복합물 성형재는 수지 및 미립자 보강물 및 섬유 보강물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 방법은 복합물 성형재와 금형면 사이에 분리막을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 금형면과 복합물 성형재를 접촉시키기 전에 금형면의 적어도 일부를 이형제로 코팅하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 또한, 금형은 금형면의 적어도 일부에 결쳐 위치되며 금형면의 적어도 일부를 감싸는 덮개를 더 포함할 수 있으며, 복합물 성형재는 금형면의 감싸는 부분에 위치될 수 있다. 진공은 금형면의 감싸는 부분 내에서 실행될 수 있다.
본 발명은 또한 금형 및 본 발명의 방법에 의해 제조된 다양한 복합물 부품을 포함할 수 있다.
도 1 은 탄소 발포체가 일부 포함된 심봉을 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도로서, 복합물 성형재가 복합물 부품의 형성을 위하여 이러한 심봉의 외면에 위치되는 것을 나타내는 도면.
도 2 는 탄소 발포체가 적어도 일부 포함되는 금형 본체를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도로서, 탄소 발포체의 표면은 소망하는 형상으로 기계가공 또 는 달리 윤곽이 형성되거나 성형되어 금형면으로의 역할을 하는 것을 나타내는 도면.
도 3 은 탄소 발포체가 적어도 일부 포함된 금형 본체를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도로서, 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 불투과성 금형면 재료를 지지하며, 이러한 금형면 재료의 부분은 소망하는 형상으로 기계가공 또는 달리 윤곽이 형성 또는 성형되어, 금형면으로서의 역할을 하는 것을 나타내는 도면.
도 4 는 탄소 발포체가 적어도 일부 포함된 금형 본체를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도로서, 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 비투과성 금형면 재료를 지지하며, 이러한 금형면 재료의 영역은 소망하는 형상으로 기계가공 또는 달리 윤곽이 형성 또는 성형되어, 금형면으로서의 역할을 하는 것을 나타내는 도면.
도 5 는 탄소 발포체의 서로 마주보는 두개의 영역의 적어도 일부가 포함된 금형 본체를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도로서, 탄소 발포체의 각 영역의 서로 마주보는 표면은 금형면 재료, 금형면으로의 역할을 하는 표면을 지지하는 것을 나타내는 도면.
도 6 은 탄소 발포체가 적어도 일부 포함된 금형 본체를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도로서, 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 소망하는 형상으로 기계가공 또는 달리 윤곽이 형성 또는 성형되어 금형면으로서의 역할을 하는 것을 나타내는 도면.
도 7 은 탄소 발포체가 적어도 일부 포함된 재사용가능한 금형 본체의 절반부의 단면도로서, 상기 절반부는 채널 및 형상이 형성된 표면을 가지는 것을 나타내는 도면.
도 8 은 본 발명에 따른 시스템을 예시하는 도면.
금형은 다양한 형태, 형상, 크기 및 높은 치수 정확성을 지닌 물질의 복합물 부품을 포함하는 파트를 제조하는데 사용될 수 있다. 금형의 형상은 일반적으로 형성될 파트의 소망하는 형상, 파트를 형성하는데 사용된 물질, 파트를 형성하는데 필요한 물질을 금형이 지지해야 하는 강도 및 강성의 정도 및/또는 파트를 형성하기 위한 물질을 제공하는데 사용된 방법에 따른다.
금형은 금형면으로 언급된 하나 이상의 표면을 포함하며, 여기에서의 물질은 규정된 크기 및 형상의 표면을 가지는 파트로 형성, 형상 가공, 성형 또는 달리 제조된다. 상기 파트는 구조물 파트, 하위 조립체, 요소의 부분, 부분 요소 등 (이에 한정되지는 않는다) 을 포함할 수 있으며, 형상 가공된 표면을 가지는 어떠한 솔리드 형상을 포함한다. 금형면은 금형 본체의 표면이며, 일반적으로는 상기 금형면이 파트의 소망하는 표면의 정밀한 3 차원 부형(negative) 대칭 상이 되도록 형성된다. 즉, 파트의 융기된 표면, 예컨대 복합물 부품은 등가 (부형) 의 치수를 지닌 금형면의 표면 오목부에 의해 일치 및 형성된다. 마찬가지로, 파트의 오목면은 등가 (부형) 의 치수를 지닌 금형면의 융기된 표면에 의해 일치 및 형성된다.
작업 중에, 복합물 부품을 포함하는 물질은 임의의 수의 절차에 의해 금형면에 위치될 수 있다. 일반적으로, 복합물은 매트릭스 물질로서 수지와 보강물로서 섬유를 사용한다. 그러나, 수지 및 미립자 또한 각각 매트릭스 및 보강물로 사용될 수 있다. 때때로, 섬유 배치는 최종 복합물 부품이 특정 섬유 체적 및/또는 배향을 가지도록 엄밀하게 제어된다. 금형면에 배치되기 이전에 섬유와 수지는 혼합되거나 또는 그렇지 않으면 결합될 수 있다. 다른안으로서, 섬유는 금형면에 배치될 수 있으며, 수지는 임의의 절차에 의해 섬유로 연속적으로 주입될 수 있다. 몇몇 예에서, 복합물을 포함하는 물질을 배치하기 전에, 금형면은 때때로 이 금형면에 밀접하게 형성된 분리 시트 또는 이형막으로 언급된 얇은 시트 물질로 감싸질 수 있다. 상기 시트는 금형면에 임시 코팅된다. 금형면과 접촉을 이루지 않는 이러한 시트의 표면, 즉 시트의 외면은 금형면이 된다. 상기 시트는 금형면을 보호하며 형성된 복합물 부품을 쉽게 이형시키는데 사용될 수 있다. 다른안으로, 복합물을 포함하는 물질은 금형면을 이형제로 코팅함으로써 금형면에 결합되는 것을 방지할 수 있다. 이형제는 특히, PVA 와 왁스를 포함하는 다양한 폴리머를 포함할 수 있다. 이형제는 복합물을 포함하는 어떠한 물질과 결합하지 않는 임의의 종류의 폴리머 물질로 이루어질 수 있다. 많은 형태의 이형제, 막, 콤파운드, 및 작용제는 관련 분야에 공지된 것이며, 본 발명에 사용될 수 있다.
금형면의 치수는 복합물 부품을 포함하는 물질의 표면, 일반적으로 수지를 함유하는 섬유가 소망하는 형상 및 치수로 효과적으로 성형되도록 되어있다. 복합물 부품을 포함하는 물질에 포함된 수지는 일반적으로 가열 기기에 의해 연속적으로 경화되어, 금형면에 의해 부여된 형상 및 치수를 지닌 표면을 가지는 솔리드 복합물 부품이 만들어진다. 상기 열이 오븐 또는 오토클레이브에 의해 제공되는 것은 특이한 경우이다. 또한 오토클레이브를 사용하면, 높여진 압력으로 복합물 부품을 형성할 수 있다.
금형면 이외에, 금형은 금형몸체와 일반적인 지지 구조물로 이루어진다. 금형 본체는 금형면을 형성한다. 즉, 복합물 부품이 형성되는 금형면은 금형 본체의 표면이다. 만일 존재한다면 지지 구조물은 금형 본체에 연결되며 지지, 방향 및 손상으로부터 금형 본체 및 면을 보호하기 위한 금형 본체 및 면의 이송 (이에 한정되지 않음) 을 포함하는 다양한 목적을 위해 역할한다.
탄소 발포체는 일반적으로 강하고, 개방된 셀이며, 내구성이 있으며, 안정적이고, 쉽게 기계가공되며, 상대적으로 비반응성인 경금속이다. 탄소 발포체는 또한 탄소 섬유 복합물의 열팽창 계수와 필수적으로 동일할 수 있는 매우 낮은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 탄소 발포체의 CTE 는 준비 동안 탄소 발포체가 노출된 최대 온도를 제어하거나 또는 탄소 발포체를 준비하는데 사용된 물질의 공급원료 선택에 의해 변경될 수 있다.
본 발명의 금형은 탄소 발포체를 내장하는 금형 본체를 가진다. 이 금형 본체는 탄소 발포체로 완전히 또는 부분적으로 이루어질 수 있다. 각 금형 본체의 탄소 발포체는 이 탄소 발포체로 이루어진 하나 이상의 단일 부재일 수 있다. 각 금형 본체가 탄소 발포체로 이루어진 하나 이상의 부재로 이루어져 있다면, 접 착제, 수지 등은 탄소 발포체의 복수의 부재를 결합시키는데 사용될 수 있다. 탄소 발포체로 부분적으로 이루어져 있다면, 금형 본체는 금형면의 CTE 가 탄소 발포체와 복합물, 특히 이로써 준비된 탄소 섬유 복합물 부품의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 또는 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다. 금형 본체가 탄소 발포체로 완전히 이루어져 있다면, 이러한 탄소 발포체는 복합물, 특히 탄소 섬유 복합물 및 이로써 형성된 파트의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 또는 동일한 CTE 를 가질 수 있다.
본 발명의 금형은 종래 기술의 금형에 비하여 재사용가능하고, 수리가능하며, 보다 쉽게 변형가능하다. 즉, 재사용가능함으로써 본 발명의 금형은 하나 이상의 복합물 부품을 연속적으로 제조하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 금형의 금형 본체의 적어도 일부를 포함하는 탄소 발포체는 통상의 접착제, 수지 등을 사용하여 결합가능하며, 쉽게 활용가능한 수공구 및/또는 기계 공구를 사용하여 공차를 줄이도록 기계가공될 수 있다. 이러한 장점의 결과로, 금형은 복합물 형성 금형에 사용된 탄소 발포체의 손상된 영역이 손상되지 않은 탄소 발포체로 쉽게 교체될 수 있기 때문에 재사용가능하다. 또한, 탄소 발포체의 이러한 특성은 금형면의 영역이 전체 금형면의 교체 없이 소망하는 대로 쉽게 변경되도록 복합물 형성 금형에 사용된 탄소 발포체의 영역이 쉽게 교체될 수 있다는 장점을 제공한다.
본 발명에서, 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 금형면의 적어도 일부를 형성하거나 또는 금형면의 적어도 일부를 형성하는 다른 물질을 지지하는 역 할을 한다. 다른안으로서, 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 전체 금형면을 형성하거나 또는 전체 금형면을 형성하는 다른 물질을 지지하는 역할을 할 수 있다. 금형면을 형성함으로써, 탄소 발포체 또는 다른 물질의 표면은 소망하는 형상을 복합물 부품의 표면에 부여하는데 충분한 형상 또는 구성을 갖는다. 이러한 사양에서 금형면 재료로 나타낸 다른 물질은 탄소 발포체 및 복합물 부품, 특히 이로써 준비된 탄소 발포체 파트의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 동일한 CTE 를 가질 수 있다. CFC 파트의 제조를 위한 금형면 재료는 탄소 복합물일 수 있다. 다른안으로서, 금형면 재료는 금형면의 관찰된 CTE 가 탄소 발포체와 복합물 부품, 특히 이로써 준비된 탄소 복합물 부품의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 또는 동일하도록 소정양으로 활용 또는 형성될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 금형 본체의 탄소질 발포체와 임의의 금형면 재료를 포함하는 금형 본체의 금형면 부분은 금형면에 형성된 최종 복합물 부품의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 또는 동일한 CTE 를 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 금형 본체의 적어도 일부, 특히 금형면을 지지 및/또는 형성하는 금형 본체의 일부 및 금형면은 낮은 CTE 를 갖도록 설정될 수 있다. 탄소 발포체의 CTE 는 일반적으로 낮으며, 탄소 섬유 복합물의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 또는 동일하다. 따라서, 탄소 섬유 복합물을 제조(일반적으로 제어된 치수로)하는데 본 발명의 금형을 사용하는 것은 특히 바람직하다. 금형면 재료의 적절한 선택에 의해 금형면의 CTE 를 변경할 수 있다. 금형 본체의 CTE 는 공급재료의 선택 및/또는 탄소 발포체를 제조하는데 사용된 공정 조건의 제어에 의해 변경될 수 있다. 상기 공정 조건은 발포체 제조 동안에 탄소 발포체가 노출된 최대 온도(이 온도로 제한되지는 않는다)를 포함할 수 있다.
본 발명의 금형 본체에 내장된 탄소 발포체는 이러한 형상이 반영되어 있는 금형면을 제공하기 위해서 다양한 규정된 형상으로 제조될 수 있다. 다른안으로서, 금형면 재료는 소망하는 형상이 반영되는 금형면을 제공하기 위해서 다양한 형상으로 형성 또는 달리 제조될 수 있다. 이러한 형상은 금형으로 형성된 복합물 부품의 표면에 형성된다. 금형면은 금형으로 형성된 하나 이상의 복합물 부품의 적어도 일 표면을 형성한다. 동일 금형 본체에 배치된 복수의 다른 금형면이 존재할 수 있다. 또한, 본 발명의 금형은 다른 공지된 형태의 금형을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 금형면은 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면일 수 있다. 분리막은 복합물 성형재가 탄소 발포체에 결합되는 것을 방지하기 위하여 사용된다. 분리막을 사용하더라도, 탄소 발포체의 셀 크기는 최종 복합물 부품의 가능한 표면 패턴에 반영될 수 있다. 패턴의 이러한 크기는 금형 본체 및 최종 금형면에 다른 셀 크기를 가지는 탄소 발포체를 사용하여 변경될 수 있다. 다른 셀 크기의 탄소 발포체는 일 금형 본체에 사용될 수 있다. 예컨대, 작은 밀집 셀 발포체는 금형면을 형성하는데 사용될 수 있으며, 비교적 가볍고, 큰 셀 발포체는 금형면을 형성하는 밀집 탄소 발포체를 지지하는데 사용될 수 있다. 다른안으로서, 금형면은 작은 셀 및 큰 셀 발포체 모두의 표면을 내장할 수 있다. 최종 복합물 부품의 표면 패턴은 다른 셀 크기의 탄소 발포체를 사용하여 부형될 수 있다.
상기 표면 패턴은 셀을 충진함으로써 최소화 또는 제거될 수 있다. 즉, 탄소 발포체의 내부 공극 체적은 충진재로 채워진다. 충진재는 경화된 수지, 피치, 경화된 성형가능한 세라믹 (이에 한정되지 않음) 등을 포함할 수 있다. 경화된 수지 및 피치 (이에 한정되지 않음) 를 포함하는 몇몇 충진재는 또한 탄소 충진재를 제조하기 위해서 침탄될 수 있다. 탄소 발포체는 충진재로 부분적 또는 완전히 채워질 수 있다. 예컨대, 금형면에 가장 가까운 탄소 발포체의 체적 만이 충진재로 채워질 수 있다. 다른안으로서, 탄소 발포체의 전체 내부 공극 체적 또는 이 체적의 일부는 채워질 수 있다. 상기 충진은 각 셀이 충진재로 완전히 채워지도록 완전히 이루어지거나 또는, 충진재로 오직 부분적으로 채워지도록 불완전하게 될 수 있다. 탄소 발포체 셀의 분리막은 패턴을 최소화시킨다. 그러나, 매끄러운 금형면은 최소한 금형면 표면에 탄소 발포체 셀을 완전히 채움으로써 제공될 수 있다. 또한, 매끄러운 표면은 복합물 성형재가 금형면에 결합되지 않도록 분리막 대신에 이형제를 사용하여 제공될 수 있다. 금형면을 둘러싸는 발포체의 일부 체적에 탄소 발포체 셀을 완전히 채우며, 금형면 표면에 탄소 발포체 셀을 채우는 것을 가능하면 포함하며, 가스 비투과성 충진재를 지니는 것은, 진공이 상기 금형면에 형성되는 것이 바람직한 예에 요구될 수 있다. 또한, 탄소 발포체 셀은 발포체의 강도와 같은 기계적 물성을 증가시키기 위해서 충진재로 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있다.
충진재로 부분적으로 채워진 셀을 가지는 탄소 발포체는 셀의 충진 이전에 발포체에 의해 형성된 CTE 와 실질적으로 동일한 CTE 를 가진다. 침탄된 충진재는 셀 충진 정도에 관계없이 탄소 발포체의 CTE 에 매우 작은 영향을 미친다. 다른 물질로 채워진 셀은 충진 전후의 다른 CTE 를 보이는 발포체가 될 수 있다. 관찰된 후 셀 충전 CTE 는 탄소 발포체와 충진재의 CTE 사이에 있을 수 있다. 다른안으로서, 셀 충진 물질이 충분히 가압성이라면, 관찰된 CTE 는 탄소 발포체의 CTE 일 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 침탄된 충진재는 금형면의 탄소 발포체의 CTE 와 매우 가깝거나 또는 심지어 동일한 CTE 를 가질 수 있다. 이러한 예에서, 금형면의 CTE 는 탄소 발포체의 CTE 일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 금형면의 적어도 일부를 형성하기 위해서 금형면 재료라 할 수 있는 물질은 금형 본체의 탄소 발포체의 표면에 형성, 침적, 코팅, 적층, 고정 또는 달리 배치될 수 있다. 금형면 재료의 물성 및 금형면 재료는 적용되는 표면의 목적하는 용도에 따라 금형면 재료의 상대적으로 두껍거나 얇은 층이 사용될 수 있다. 금형면 재료는 전체 금형면을 감쌀 수 있다. 또한, 금형면 재료는 금형면이 아닌 금형 본체의 표면을 감쌀 수 있다. 일반적으로, 감싸진 비 금형면 표면은 수지 또는 복합물 부품을 형성하는데 사용된 다른 물질과 접촉할 수 있다. 금형면 재료의 형성 및/또는 침적 이전에 탄소 발포체는 특정 형상을 가지는 표면을 형성하기 위해서 기계가공 또는 달리 윤곽이 형성되거나 또는 성형될 수 있다. 상기 형상에 금형면 재료를 성형 또는 침적시키면, 소망하는 형상 및 치수를 갖는 금형면을 제조할 수 있다. 다른안으로서, 금형면 재료를 탄소 발포체 표면에 성형 및/또는 침적시킨 후에, 이러한 금형 면 재료는 소망하는 형상의 금형면을 제공하기 위해서 기계가공 또는 달리 윤곽이 형성되거나 또는 성형될 수 있다. 탄소 발포체 또는 금형면 재료를 기계 가공하는 것은 어떠한 정밀 기계가공 시작전에 위트니스 마크(withness mark), 인덱스 핀 등을 금형 본체에 내장시켜 소망하는 치수로 보다 정밀히 제어될 수 있다.
금형면 재료를 사용하면, 높은 치수 정밀도의 매우 부드러운 금형면을 제공할 수 있다. 금형면 재료를 사용하면 또한, 형성된 복합물 부품을 쉽게 제거할 수 있다. 일반적으로, 분리막 또는 이형제는 금형면 재료에 의해 제공된 금형면에 사용될 수 있다. 또한, 금형면 재료의 CTE 는 최종 복합물 부품의 CTE 및/또는 금형면 재료를 지지하는 금형 본체의 일부의 CTE 와 일치될 수 있다. 상기 일치는 형성된 복합물 부품의 치수적 및 구조적 정확도와 정밀도를 갖게할 수 있다. 또한, 상기 일치는 프리 스탠딩 경화(free standing curing) 와 대비되는 금형에서의 파트의 후 경화(post curing) 를 제공할 수 있다. 특정 실시형태에서, 금형 본체, 금형면 재료, 및 복합물 부품의 CTE 는 실질적으로 유사하거나 또는 동일하다.
여기서 사용된 바와 같은 "실질적으로 유사한" 이란 용어는 제조된 복합물 부품이 소망하는 임계적 치수를 갖고, 동일하지 않은 팽창에 의해 탄성적으로 금형에 보유되지 않는 충분히 유사한 크기이며, 복합물 부품 및 금형면의 수축됨으로써 금형면이 동일하지 않은 팽창 및 복합물 부품 및 금형면의 수축에 의해 손상받지 않는 충분히 유사한 크기의 값을 갖는 CTE 값을 의미한다. 금형면 재료의 CTE 가 하부의 탄소 발포체의 CTE 와 일치하지 않는다면, 금형면은 두 물질의 CTE 사이 의 CTE 를 가질 것이다. 이는 다른 방법에 의해 쉽게 얻어질 수 없는 금형면 CTE 를 얻는 방법을 제공할 수 있다. 금형면 재료의 얇은층으로 구성된 금형면은 하부 탄소 발포체의 CTE 를 가질 수 있다. 이는 일부 탄성 물성을 갖는 금형면 재료의 매우 얇은 층에 발생할 수 있다.
다수의 다른 물질이 홀로 또는 조합으로 금형면 재료로서 사용될 수 있다. 이러한 물질은 예컨대, 페놀, 폴리이미드, BMI 및 에폭시 수지, 프리페그(prepegs), 접착막, 코팅 등의 이들만 이거나 또는 이들의 조합이 포함된 경화된 수지를 포함한다. 또한 금형면 재료는 예컨대, 유리 섬유, 탄소 섬유, 카본-카본(carbon-carbon) 및, 다른 섬유 및 미립자 복합물을 포함하는 다른 유사 물질을 포함하는 복합물일 수 있다. 또한, 금형면 재료는 INVAR®, 실리콘 탄화물, 지르코니아 세라믹 및 다른 금속 및 세라믹일 수 있다. 이러한 형태의 금형면 재료는 원호 및 화염 분사 및 증착 (이에 한정되지 않음) 을 포함하는 방법을 사용한 금형면을 형성하기 위해서, 탄소 발포체에 침적될 수 있다. 적절한 금형면 재료는 필수적으로 가스 불투과성일 수 있다. 낮은 CTE 를 가지는 금속, 세라믹 및 탄소 복합물은 금형면 재료 (특히 CFC 를 제조하는데 사용된 이들 금형에 대한) 에 유용하다.
수지 및/또는 수지 기반 복합물 금형면 재료의 배치를 용이하게 하기 위해서 탄소 발포체 금형 본체 내에 진공을 형성할 수 있다. 또한, 금형 본체 상의 배치 후에 어떠한 금형면 재료에 의해 형성된 어떠한 소망하지 않은 표면 다공은 금 형면 재료를 수지의 얇은층으로 코팅하여 채워질 수 있다. 탄소 발포체 금형 본체 내의 진공 형성에 의해 어떠한 금형면 재료 표면 다공 내로의 상기 얇은 수지층의 침투를 도울 수 있다.
금형면은 이 금형면이 금형에 의해 형성된 복합물 부품의 표면에 텍스쳐(texture) 를 부여하도록 형성될 수 있다. 상기 금형면에는 이러한 패턴의 양형(positive) 상이 형성된 복합물 부품의 표면에 부여되도록 치수적으로 부형(negative) 패턴이 형성될 수 있다. 상기 패턴은 외형 및/또는 복합물 부품의 텍스쳐를 형성하기 위한 복수의 다른 텍스쳐, 교차된 평행선, 스크라이브 선(scribe-line) 등의 어떠한 조합을 포함할 수 있다. 또한, 금형면 표면은 균질하지 않을 수 있다. 예컨대, 금형면의 일 부분은 제 1 텍스쳐를 가지며, 금형면의 다른 부분은 다른 텍스쳐를 가진다.
금형 본체 형상은 심봉 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 금형면은 이러한 심봉 형상의 외면에 있을 수 있다. 수지 침투된 종이, 직물, 섬유 등은 표면, 일반적으로 내면, 외부 심봉 표면과 대칭인 치수를 가지는 복합물 부품을 형성하기 위해서 수동 또는 자동 수단에 의해 심봉 (즉, 금형면) 의 표면에 위치될 수 있다.
또한, 금형면은 마주보는 금형면에 반대되는 형상을 지니는 오목부 및/또는 돌출부를 가지는 수형부 및/또는 암형부로 이루어진 형상일 수 있다. 본 발명에서, 일 대향 금형면의 적어도 일부는 금형 본체에 내장된 탄소 발포체에 의해 형성되거나 또는, 금형 본체의 탄소 발포체에 의해 적어도 부분 지지된 금형면의 표 면으로 형성되어 있다. 상기 대향 금형면 사이의 공극 체적은 복합물 성형재로 채워질 수 있다. 이러한 물질의 경화 후에, 최종 복합물 부품의 형상은 수형과 암형 금형면 사이의 공극 체적의 형상과 대응되게 된다. 금형면 또는 이 금형면으로서 역할하는 중공의 벽의 일 표면을 제공하는 하나 이상의 표면을 가지는 단일 금형 본체를 또한 가질 수 있다. 덮개는 금형 본체와 일체로 형성될 수 있다. 상기 덮개는 가요성 덮개일 수 있으며, 이 덮개는 플라스틱, 실리콘 탄성질 시트 또는 막과 같은 탄성물 또는 다른 가요성 시트형 물질로 이루어질 수 있다. 상기 덮개는 폐쇄 체적을 형성하기 위해서 표면 또는 공극 위에 위치될 수 있다. 이후에, 진공은 닫혀진 최종 체적에 형성될 수 있다. 폐쇄된 체적 외부의 대기압은 덮개를 변형시켜 복합물 성형재와 접촉하게 한다. 이러한 접촉은 표면 또는 공극벽에 대하여 이러한 복합물 성형재를 가압한다. 복합물 성형재의 경화 후에, 표면 형상 또는 금형 본체 공극 벽을 가지는 복합물 부품이 제조될 수 있다.
본 발명의 금형을 사용한 복합물 부품을 형성하는데 적합한 복합물 성형재는 관련 기술분야에 공지된 물질을 포함한다. 적절한 매트릭스 물질은 수지, 프리프레그, 비닐에스테르, 접착막 및 코팅(이에 한정되지 않음) 을 포함한다. 수지는 열가소성 또는 열경화성 수지의 어떠한 군을 포함할 수 있어, 촉진될 수 있다. 적절한 매트릭스 물질의 다른 예는 에폭시 수지이다. 상기 수지는 비스페놀 A 의 저분자량 디글리시딜(diglicidyl) 에테르로 일반적으로 형성된다. 분자량에 따라, 상기 수지는 액체에서 고체 수지의 범위에 있으며, 아민, 폴리아미 드, 무수물 또는 다른 촉매로 경화될 수 있다. 적절한 고형 수지는 다른 수지 또는 불포화 지방산으로 변경될 수 있다. 특정 섬유와 결합될 때, 에폭시 수지의 열팽창은 탄소 발포체 기반 금형의 열팽창과 일치될 수 있기 때문에, 에폭시 수지가 섬유에 대하여 우수한 접착성을 가지므로, 상기 에폭시 수지는 특히 바람직하다. 또한, 에폭시 수지의 저점도는 다양한 보강 물질을 적시는데 효과적이다. 보다 구체적으로, 복합물 부품을 제조하는 용도에 적합한 수지는 시중에서 구입가능한 수지, 예컨대, Dow 330, Gougeon WEST, Gougeon XR02-099-29A, ProSet 125, ProSet 135, ProSet 145, 및 MGS 의 어떠한 조합을 포함할 수 있다. 또한, 금형면 재료에 사용된 시중에서 구입가능한 수지는 예컨대, PTM&W HT2C, AirTech Toolmaster 2001, JD Lincoln L-956, 및 Vantico RP 4005 을 포함할 수 있다. 또한, 복합물 부품은 비닐 에스테르를 사용한 본 발명의 금형으로 제조될 수 있다. 본 발명에 유용한 매트릭스 물질은 또한 촉매, 경화제 및 매트릭스 물질 시스템의 중합 또는 경화를 일으키는데 사용된 다른 경화제를 포함할 수 있다. 이러한 사양의 목적으로서, 적절한 매트릭스 물질은 총체적으로 수지라 한다.
프리프레그(prepregs)는 또한 본 발명의 금형을 사용한 복합물 부품의 제조를 위한 복합물 성형재용으로 적합하다. 프리프레그는 미리주입될 필요가 없으며, 금형면에 배치되기 이전에 경화되지 않은 매트릭스 물질과 결합된 보강물을 포함한다. 프리프레그는 매트, 직물, 직조되지 않은 물질 및 수지로 연방된 것의 어떠한 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 이들은 일반적으로 성형 을 위해 준비된 B-단계로 경화된다. 프리프레그 물질의 다른 예는 JD Lincoln L-526, JD Lincoln L-956, ACG 및 AirTech Toolmaster 와 같은 에폭시/탄소 혼합물 및 Bryte 등과 같은 에폭시/유리 혼합물을 포함한다. 또한, 금형면 재료에 사용된 시중에서 구입가능한 프리프레그는 에폭시/탄소 결합물, 예컨대 JD Lincoln L-956, ACG 및 AirTech Toolmaster 를 포함한다. 또한, 금형면 재료로 사용된 시중에서 구입가능한 프리프레그 물질은 에폭시/탄소 결합물, 예컨대 JD Lincoln L-956, ACG, 및 AirTech Toolmaster 을 포함할 수 있다.
또한, 복합물 부품은 접착막을 사용한 본 발명의 금형으로 제조될 수 있다. 접착막은 수지의 일반적으로 열경화성이며, 합판과 같은 적층물의 제조로 간지와 같이 사용된, 얇고 건조된 막이다. 적층 공정에 사용된 열 및 압력은 막이 양 층과 함께 결합되게 한다. 몇몇 시중에서 구입가능한 접착막은 JD Lincoln L-313 에폭시, SIA-MA-562 및 SIA-PL-7771 FR (이에 한정되지 않음) 을 포함한다.
본 발명의 금형으로 제조된 복합물에 사용된 보강물은 어떠한 당 기술분야에 공지된 것을 포함할 수 있다. 상기 물질은 예컨대, 탄소(흑연을 포함함), Kevlar, 아리미드(arimide), 유리 및 단방향 섬유 및 썰어진 섬유, 직조된 물질 및 비직조된 물질 및 옷감을 포함하는 섬유를 포함하는 형상의 다른 것을 포함할 수 있다. 미립자 보강물 또한 사용될 수 있다.
보강 구조는 복합물 성형재에 추가될 수 있으며, 이러한 복합물 성형재가 금형면에 위치된다. 상기 보강 구조는 예컨대, 최종 복합물 부품을 강화시킬 수 있거나 및/또는 복합물 부품을 최종 조립체에 부착시키기 위한 기초를 형성한다. 이러한 보강 구조는 어떠한 특정 형상으로 이루어진 바, 튜브, 시트, 막, 플랫(flat), 플레이트 등과 같은 형상을 포함할 수 있다. 상기 보강 구조가 구성되는 물질은 양 복합물 성형재와 어떠한 관련 경화 조건이 적합한 호환성을 가지는 상당한 강도의 어떠한 고상 물질을 본질적으로 포함할 수 있다. 상기 물질은 금속, 세라믹, 플라스틱, 나무, 유리, 미리 경화된 복합물 등을 포함할 수 있다. 작업 중에, 보강 구조는 복합물 형성 물질의 표면에 대하여 금형면에 침지 또는 배치될 수 있다. 복합물 성형재의 경화 후에, 만약 필요하다면, 보강물은 나사, 클립, 접착제 등에 의해 최종 복합물 부품에 보다 단단히 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 보강물은 최종 복합물 부품의 CTE 와 실질적으로 유사하거나 또는 동일한 CTE 를 가질 수 있다.
다양한 복합물 형성 방법은 본 발명의 금형과 함께 사용될 수 있다. 이러한 방법은 관련 기술 분야에 공지되어 있으며, 수동 배치(hand lay up), 자동 배치, 핸드 스프레이, 자동 스프레이, 수지 이송 성형 (resin transfer molding, RTM), 진공 보조 수지 이송 몰딩(vacuum assisted resin transfer molding, VARTM) (이에 한정되지 않음) 을 포함한다. 또한, 상기 방법의 임의의 조합 또한 사용될 수 있다.
수지 이송 몰딩은 액상 열경화성 중합 수지가 예컨대, 공극 또는 채널 내 또는 금형 본체 또는 금형 본체 표면으로 한정된 체적 내로 이송된다. 잘려진 섬유와 같은 보강물은 분배되기 전에 수지 내에 분배될 수 있다. 다른안으로서, 섬유 보강물은 체적, 특히 금형면에 의해 형성된 체적 영역에 위치될 수 있다. RTM 은 일반적으로 에폭시 폴리머, 비닐 에스테르, 메틸 메타크릴레이트, 페놀 및 폴리에스터를 포함하는 이송 또는 촉진된 수지를 금형면에 의해 적어도 부분적으로 형성된 금형의 체적 내로 이송 또는 주입시켜 실행된다. 상기 수지는 상기 체적을 채우며, 상기 체적 내에 미리 위치된 보강물 내로 주입된다. 가스 거품이 최종 복합물을 약화시킴에 따라 가스 거품이 보유되는 것을 방지하기 위해서 이러한 절차에 주의가 필요하다. 일반적인 보강은 유리 섬유 및 탄소 섬유를 포함한다.
진공 시스템은 또한 금형 체적을 통하여 수지의 이송을 돕는데 사용될 수 있다. 이러한 공정을 진공 보조 수지 이송 몰딩이라 한다. 적절한 설비로, 진공 시스템은 많은 복합 형성 공정에 활용될 수 있다. 이러한 사양의 목적에 대하여, 진공 시스템은 주위 대기압 이하로 하기 위해서 진공 시스템에 연결된 폐쇄된 체적의 가스 분위기의 내압을 감소시킬 수 있는 시스템이다. 즉, 진공 시스템은 폐쇄된 체적을 포함하는 감싸진 부분을 비운다. 진공 시스템은 일반적으로 진공 펌프 및 관련 연결 튜브 또는 파이프로 이루어져 있다.
또한, 복합물 부품의 형성 동안에, 진공 시스템에 의해 복합물 성형재로부터 공기를 빼내는 것은 치수적 및 구조적 정밀도 및 형성된 복합물 부품의 정밀도를 높이는데 도움이 된다. 즉, 상기 공기를 빼내면, 복합물 부품에서 공기 거품이 형성되는 것이 줄어들거나 또는 이 거품의 형성되지 않게 된다. 상기 거품을 제거하면 강성을 지닌 복합물 부품을 얻을 수 있다. 일반적으로 복합물 성형재가 보유된 폐쇄된 체적에 적어도 부분 진공을 형성시켜 공기를 빼낼 수 있다. 또한, 상기 체적이 적어도 하나의 가요성 벽 또는 덮개에 의해 형성된다면, 상기 폐쇄된 체적에서의 진공 형성은 주위의 대기압을 가요성 벽 또는 덮개에 작용시켜 복합물이 금형면에 대하여 가압될 수 있다.
보다 구체적으로, 폐쇄된 체적은 예컨대, 상기 체적으로 이어진 포트 및/또는 경계를 닫고, 밀폐, 개방시켜 형성될 수 있다. 이는 예컨대 금형상에서 복합물의 위 및/또는 하부에 배치된 가요성 물질의 시트, 방혈포(bleeder cloth), 및 이형막과, 밀폐된 체적을 만들기 위해서 밀봉된 시트의 가장자리를 포함하는 진공 백(bag)으로 이루어질 수 있다. 진공 시스템은 방혈포, 이형막, 및 복합물의 배치가 포함되는 폐쇄된 체적에 연결된다. 갇혀진 공기는 복합물로부터 기계적으로 배출되며 진공 시스템에 의해 제거된다. 복합물 부품은 이후, 제어된 온도 및 압력 조건 하에 소정기간에 걸쳐 경화된다. 복합물 부품 및/또는 최종 생성물의 특성을 형성하기 위한 물질에 따라, 복합물 부품을 형성하기 위한 물질은 주위 온도에서 약 400℉ 까지의 온도 및 약 0 에서 약 28 Hg 까지의 진공압으로 경화될 수 있다. 이러한 범위는 사용된 수지의 형태에 따른다. 즉, 어떠한 적합한 온도 및/또는 압력이 사용될 수 있다.
탄소 발포체는 본 발명에 도움이 되도록 또한 기존의 복합물 금형 내에 통합될 수 있다. 상기 통합은 본 발명이 어떠한 이점을 위하여 업그레이드 될 수 있거나 수리 또는 달리 제공될 수 있다. 상기 통합은 본 발명의 범위 내에서 완전히 내장될 수 있다.
본 발명의 실시형태는 탄소 발포체의 적어도 일부가 포함된 금형 본체에 관 한 것이다. 금형 본체의 적어도 일부를 포함하는 탄소 발포체의 표면은 금형면 재료를 지지한다. 이러한 실시형태의 금형면 재료의 표면은 탄소 섬유 복합물이며, 금형면을 형성한다. 탄소 발포체는 탄소 발포체의 CTE 가 금형에 의해 경화되는 경화된 복합물이 CTE 와 실질적으로 유사하거나 또는 동일하도록 준비 또는 선택된다. 작업 중에, 금형면은 이형제로 코팅된다. 이후, 물질을 형성하는 탄소 복합물은 금형면의 필수적으로 균일한 적용 범위를 필수적으로 제공하기 위해서 금형면에 배치된다. 복합물 성형재는 금형면에 대하여 가압될 수 있다. 복합물 성형재는 이후 금형으로부터 나중에 제거될 탄소 섬유 복합물을 제공하기 위해서 상승된 온도로 경화된다.
도면부호는 본 발명의 다른 실시형태와 첨부된 도면으로 설명된 예에 자세히 제공될 것이다. 이러한 실시형태의 다양한 태양은 추가 예(구체적으로 설명되지 않음)를 제공하기 위해서 본 발명의 교시하에 조합될 수 있다. 따라서, 이러한 실시형태는 본 발명을 오직 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 의미로 해석되어서는 안된다.
도 1 은 본 발명에 따른 하나 이상의 복합물 부품을 제조하기 위한 금형 및 시스템의 예시적인 제 1 실시형태를 나타낸다. 이러한 금형은 복합물 부품을 형성하기 위해서 금형 본체와 같은 심봉을 사용한다.
도 1 은 심봉 (100) 을 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도를 나타내며, 상기 심봉 (100) 은 도 1 에 화살표로 나타낸 바와 같이 내장 샤프트 (110) 상에서 반시계 방향으로 회전한다. 상기 심봉은 탄소 발포체 (120) 를 포함한다. 탄소 발포체의 외면은 예로서 도시된 바와 같이 금형면 재료 (130) 로 코팅될 수 있다. 상기 금형면 재료는 탄소 복합물일 수 있다. 다른 안으로서, 탄소 발포체 셀, 적어도 탄소 발포체 표면의 셀은 충진재로 채워질 수 있다. 심봉의 외면은 금형면 (140) 이다. 금형면 (140) 은 이형제로 바람직하게 코팅된다. 적절한 길이의 길이방향으로 배치된 섬유 (150) 다발은 회전 심봉의 원주 주위에서 일반적으로 장력하에 당겨지도록 (예컨대, 감싸지도록) 회전 심봉 (100) 과 접선방향으로 접촉한다. 상기 섬유는 효과적인 복합물 보강재로 하기 위한 어떠한 형태의 공지된 것 일 수 있다. 상기 섬유는 예컨대, 유리 또는 탄소로 이루어질 수 있다. 섬유가 심봉과 접촉하기 전, 접촉중 및/또는 접촉 후에 섬유에는 수지가 부어진다. 다른 안으로서, 길이방향으로 배치된 섬유 프리프레그는 섬유 다발로 사용될 수 있다. 소망하는 두께의 프리프레그(prepreg) 또는 수지 함유 섬유가 얻어질 때까지 프리프레그 또는 수지 함유 섬유 다발은 심봉 주위에 말려진다. 일반적으로, 섬유 다발과 심봉의 접선방향의 접촉은, 섬유 프리프레그 또는 수지 함유 섬유가 심봉의 길이에 따라 균일하게 배치되도록 심봉의 회전 축선과 평행하게 이동한다. 일단 소망하는 두께의 프리프레그 또는 수지 함유 섬유가 얻어지면, 섬유는 심봉에 더이상 공급되지 않으며, 심봉의 회전은 정지된다. 이후에, 심봉에서의 프리프레그 또는 수지 함유 섬유 코팅은 경화된다. 심봉에서의 형성된 섬유 코팅의 가열은 일부 프리프레그 및 수지가 효과적으로 경화되기 위해서 바람직하거나 또는 요구된다. 오토 클레이브(autoclave), 오븐, 개별 가열 요소, 및/또는 다른 가열기기를 사용하여 가열될 수 있다. 각 가열 요소는 금형 본체의 외부 또는 내부 (예컨대, 금형 본체 내에 매설) 에 있을 수 있다. 일단 경화되면, 수지 함유 섬유 코팅은 복합물 부품을 구성한다. 이후에, 복합물 부품은 심봉으로부터 제거될 수 있다. 복합물을 경화시키는데 열을 사용할 때, 심봉과 복합물의 상대 CTE 값은 중요하다. 복합물 부품의 CTE 가 심봉의 CTE 보다 작거나 실질적으로 등가라면, 복합물 부품은 심봉으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 그러나, 복합물 부품의 내부 치수가 가열되지 않은 심봉의 외경의 치수보다 클 수 있다. 복합물 부품의 CTE 가 심봉의 CTE 보다 크다면, 요소 파트는 심봉에 "고정" 될 수 있어, 손상 없이 심봉으로부터 분리되는 것은 불가능하지 않다 하더라도 어렵게 된다.
이러한 실시형태에 도시된 바와 같이 심봉이 회전할 필요는 없다. 예컨대, 심봉은 시계방향으로 회전할 수 있다. 다른 안으로서, 심봉은 고정식일 수 있으며, 프리프레그(prepreg) 또는 수지 함유 섬유 다발은 고정식 심봉의 외주에 감싸지도록 주입된다.
도 2 는 본 발명에 따라 하나 이상의 복합물 부품을 제조하기 위한 금형 및 시스템의 예시적인 제 2 실시형태를 나타낸다.
도 2 는 탄소 발포체의 일부가 적어도 포함된 금형 본체 (200) 를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면을 나타낸다. 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 소망하는 형상으로 기계가공되거나 또는 윤곽이 형성되거나 성형되어, 금형면 (210) 으로서의 역할을 한다. 이러한 금형면은 탄소 발포체의 표면을 따라 도면부호 '210-A' 로부터 '210-B' 로 뻗어있다. 이러한 금형면은 비투과성 분리 (parting) 시트 (220) 로 감싸져 있다. 상기 분리 시트는 다른 금형면이 복합물 성형재와의 원치 않는 접촉을 회피하기 위해서 금형면 뿐만 아니라 금형면에 인접한 표면을 감싼다. 복합물 성형재 (230) 는 금형면을 감싸는 분리 시트 위에 위치되어 있다. 이러한 복합불 형성 물질은 이러한 재료의 필수적으로 균일한 분포가 얻어지도록 금형면을 감싸는 분리 시트의 영역에 걸쳐 기계적 또는 수동적으로 위치되어 있다. 금형면을 감싸는 분리 시트에 대하여 상기 복합물 성형재 또한 가압된다. 이러한 가압은 복합물 성형재가 금형면의 형상과 동일한 형상이 되게 한다. 또한, 탄소 발포체로 금형면이 채워지지 않는다면, 복합물 부품의 표면에 규정된 금형면에 탄소 발포체 셀이 금형면에 채워지지 않음을 나타내는 몇몇 형태의 패턴이 부여되게 된다.
이후에, 복합물 성형재는 경화되어, 금형면에 의해 부여된 형상을 가지는 복합물 부품이 제조된다. 몇몇 복합물 성형재를 효과적으로 경화시키는데는, 복합물 성형재를 가열하는 것이 바람직하거나 요구된다. 가열은 오토클레이브, 오븐, 개별 가열 요소, 및/또는 다른 가열 기기를 사용하여 이루어질 수 있다. 각 가열 요소는 금형 본체의 외부 또는 내부 (예컨대, 상기 금형 본체 내에 내장됨) 에 있을 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 가열은 모든 가열된 재료의 치수의 변경에 영향을 미친다. 상기 치수적 변화의 크기는 각 재료의 CTE 에 따른다. 이와 이러한 사양에 포함된 모든 예를 위하여, 최종 복합물 부품이 CFC 일 때의 경우에, 금형면과 최종 복합물 부품의 CTE 는 유사하거나 또는 필수적으로 동일한 것이 바람직하다. 복합물 부품의 CTE 가 금형면의 CTE 와 유사하거나 본질적으로 동일하지 않다면, 복합물 부품의 크기는 소망하는 임계 치수를 보장할 수 없다. 또한, 복합물 부품의 CTE 가 금형면의 CTE 보다 크다면, 요소 파트는 금형면에 '고정' 될 수 있어, 금형면 또는 복합물 부품에 대한 손상 없이 금형면으로부터 분리하는 것은 불가능하지 않다하더라도 어렵게 된다.
이러한 예는 몇 가지 방법으로 변경될 수 있다. 예컨대, 금형면은 탄소 발포체에 의해 지지된 금형면 재료의 표면일 수 있다. 또는, 탄소 발포체 금형면의 셀은 충진재로 완전히 채워질 수 있다. 양 변형예에 대하여, 분리 시트를 이형제로 대체할 수 있다. 당업자라면, 다른 변형예를 알 수 있을 것이다.
도 3 은 본 발명에 따른 금형의 예시적인 제 3 실시형태를 나타낸다.
도 3 은 탄소 발포체의 적어도 일부가 포함된 금형 본체 (300) 를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면을 나타낸다. 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 본질적으로 가스 비투과성 금형면 재료 (310) 를 지지한다. 금형면 재료의 노출된 표면 영역은 소망하는 형상으로 윤곽이 형성되어 금형면 (320) 을 제공한다. 상기 금형면은 도면부호 '320-A' 에서 '320-B' 에 걸쳐 신장되어 있다. 금형면 (330) 근처의 금형 본체 표면은 또한 가스 비투과성 금형면 재료로 덮여있다. 가스 비투과성 덮개 (340) 는 금형면, 이 금형면 근방의 금형 본체 표면, 및 복합물 성형재 (350) 를 감싼다. 상기 덮개는 예컨대, 탄소질 발포체, 금속 등과 같은 강성 물질, 또는 예컨대 플라스틱과 같은 가요성 물질로 만들어질 수 있다.
탄소 발포체가 덮개로 사용된다면, 복합물 성형재가 접촉될 수 있는 탄소 발 포체의 최소 표면은 금형면 재료, 셀 충진 물질, 또는 분리 시트로서 코팅될 수 있다. 즉, 덮개로서 탄소 발포체를 사용하는 것은 본 발명에 설명된 바와 같이 탄소 발포체가 금형 본체 내에 내장되는 경우와 마찬가지로 이용될 수 있다. 상기 덮개가 가스가 통과하지 않는 불투과성이라면, 탄소 발포체의 코팅이 요구된다. 추가적으로, 덮개로 사용된 어떠한 강성 물질은 복합물 성형재가 접촉되도록 표면에 외형 형성되어, 금형 본체의 금형면으로부터 복합물 성형재의 대향 측면에 금형면이 형성된다. 이러한 제 2 금형면은 복합물 성형재의 표면을 형성한다. 이러한 표면은 금형 본체의 금형면에 의해 생성된 표면이 아닌 최종 복합물 부품의 대향 측면에 위치한다. 분리 시트 및 이형제는 임의의 표면, 특히 복합물 성형재에 의해 접촉될 임의의 표면에 적용될 수 있다.
금형 본체 및 덮개의 경계는 이 경계의 전체 둘레 주변에 개구 (355) 를 형성한다. 이러한 개구는 공기 또는 가스 불투과성 경계를 만들기 위해서 필요한 만큼 다양한 재료 (360) 로 밀봉시킨다. 덮개를 복합물에 접촉시키며 밀폐를 이룰 수 있는 물질이 적절하다. 예컨대, 상기 개구는 테이프, 가스켓재, 기밀편(weather stripping), 실란트 등으로 밀폐될 수 있다. 연결구 (370) 는 이러한 연결구가 금형 본체, 금형면, 덮개 및 다른 개구 밀봉 재료에 의해 형성된 체적으로 이어질 수 있도록 금형 본체 덮개 또는 개구에 위치되어 있다 (도 3 에 도시되어 있음). 진공 시스템 (380) 은 이러한 연결구에 연결되어 있다.
개구 및 연결구가 밀폐 또는 닫혀있을 때, 금형면의 복합물 성형재는 닫혀진 체적 (390) 내에 보유되어 있다. 이러한 닫혀진 체적은 금형 본체와 덮개의 표면과, 금형 본체와 덮개 사이의 개구가 통과하지 않도록 본질적으로 밀폐될 수 있다.
사용 중에, 복합물 성형재는 금형면에 위치되어 있으며, 이 금형 본체와 덮개 사이의 개구는 연결구를 제외하고 밀폐되어 있다. 진공 시스템이 작동하면 공기를 닫혀진 체적으로부터 제거하며, 복합물 성형재는 닫혀진 체적 내에 보유되어 있다. 또한, 진공 시스템의 작동은 국소 대기압의 작용에 의해 덮개를 복합물 성형재의 외측 경계로 가압시킨다. 이후, 덮개는 이러한 물질을 금형면에 대하여 가압한다. 또한, 상기 덮개가 강성 물질로 만들어진다면, 덮개 형상은 덮개의 내면에 인접한 복합물 부품의 표면 형상에 영향을 준다. 즉, 강성 덮개는 제 2 금형면으로 역할한다.
이후, 복합물 성형재는 경화되어, 금형면에 의해 부여된 형상을 가지는 복합물 부품이 만들어진다. 몇몇 복합물 성형재를 효과적으로 경화시키는데는 복합물 성형재를 가열하는 것이 바람직하거나 요구된다. 금형 및 덮개 조립체는 오토클레이브에 위치되어 추가 압력을 가할 수 있으며/또는 복합물 성형재를 효과적으로 경화시킬 수 있다. 체적 내에 보유된 복합물 성형재를 경화시켜 복합물 부품을 만들기 위해서, 오븐, 및/또는 각 가열 요소와 같은 다른 기기를 사용하여 닫혀진 체적 내에 보유된 물질에 열을 가열할 수 있다. 필요하다면, 각 가열 요소는 금형 본체 내에 내장될 수 있다. 복합물을 형성하는데 사용된 수지의 물성에 따라, 예컨대, 실내 또는 주위 온도는 복합물 부품을 형성하기 위해서 물질을 경화시키는데 충분할 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 가열은 모든 가열된 물질의 변화에 효과적이다. 상기 치수적 변화의 크기는 각 물질의 CTE 에 따른다. 최종 복합물 부품 및 금형면이 CFC 인 경우에, 금형면과 최종 복합물파트의 CTE 는 실질적으로 유사하거나 또는 동일하다.
도 4 는 본 발명에 따른 시스템의 예시적인 제 4 실시형태를 나타낸다.
도 4 는 탄소 발포체가 적어도 부분으로 포함된 금형 본체 (400) 를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면을 나타낸다. 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 비투과성 금형면 재료 (405) 를 지지한다. 금형면 재료의 노출된 표면 영역은 소망하는 형상으로 외형 형성되어 금형면 (410) 을 제공한다. 금형면은 도면부호 '410-A' 에서 '410-B' 로 뻗어있다. 금형면 근방의 금형 본체 표면 (415) 은 또한 비투과성 금형면 재료로 덮혀져 있다. 덮개 (420) 는 금형면, 이 금형면 근방의 금형 본체 표면, 및 복합물 보강재 (425) 를 감싼다. 상기 복합물 보강재는 섬유일 수 있다. 상기 덮개는 예컨대 플라스틱과 같은 가요성 물질, 또는 예컨대 탄소질 발포체, 금속 등과 같은 강성 물질로 제조될 수 있다.
탄소 발포체가 덮개로서 사용된다면, 복합물 성형재가 접촉되는 탄소 발포체의 표면은 금형면 재료, 셀 충진 물질, 또는 분리 시트로 코팅될 수 있다. 즉, 본 발명에 설명된 바와 같이 탄소 발포체가 금형 본체 내부에 내장되는 경우와 마찬가지로, 덮개로서 탄소 발포체를 사용할 수 있다. 덮개가 가스가 통과할 수 없는 비투과성이어야 한다면, 탄소 발포체 덮개의 코팅이 필요하다. 추가적으로, 덮개로서 사용된 어떠한 강성 물질은 복합물 성형재가 접촉되는 표면에 윤곽이 형성되어, 금형 본체의 금형면의 복합물 성형재의 대향측에 금형면이 형성된다. 이후에, 이러한 제 2 금형면은 복합물 성형재의 표면을 형성한다. 이러한 표면은 금형 본체의 금형면에 의해 생성된 표면이 아닌 최종 복합물 부품의 대향 측에 형성된다. 분리 시트 및 이형제는 임의의 표면, 특히, 복합물 성형재에 의해 접촉될 수 있는 표면에 적용될 수 있다.
금형 본체와 덮개의 경계에는 이 경계 전체 둘레에 개구 (430) 가 형성되어 있다. 이러한 개방구는 공기 또는 가스 비투과성 경계가 얻어지도록 다양한 물질 (435) 로 밀폐될 수 있다. 덮개를 복합물 물질과 접촉시키기 위한 적절한 물질이 제공되며, 밀폐 작용을 한다. 예컨대, 개구는 테이프, 가스켓 재료, 기밀편, 실란트 등으로 밀폐될 수 있다. 제 1 연결구 (440) 는 이러한 연결구가 금형 본체, 금형면, 덮개 및 임의의 개방 밀폐재로 형성된 체적과 연결되도록 덮개 (이러한 예에 도시된 바와 같이) 또는 개구 (430) 에 위치되어 있다. 복수의 제 1 연결구가 사용될 수 있다. 진공 시스템 (445) 은 제 1 연결구에 연결되어 있다. 제 2 연결구 (450) 는 이러한 연결구가 금형 본체, 금형면, 덮개, 및 임의의 밀폐재로 형성된 체적과 연결되도록 덮개 (이러한 예에 도시된 바와 같이) 또는 개구 (430) 에 위치되어 있다. 대기로의 통기구를 지닌 수지 저장조 (455) 는 제 2 연결구에 연결되어 있다.
개구 및 연결구가 밀폐되거나 닫혀지면, 금형면의 복합물 성형재는 닫혀진 체적 (460) 내에 보유되게 된다. 이러한 닫혀진 체적은 금형 본체 및 덮개로 본질적으로 밀폐될 수 있으며, 금형 본체와 덮개 사이의 개구는 밀폐되거나 또는 가스가 통과할 수 없게 된다.
작업 중에, 복합물 보강재는 금형면에 위치되어 있으며, 금형 본체와 덮개 사이의 개구는 연결구를 제외하고 밀폐되어 있다. 진공 시스템의 작동은 닫혀진 체적으로부터 공기를 제거하여, 닫혀진 체적 내에 복합물 보강재가 보유되게 된다. 또한, 진공 시스템의 작동은 국소 대기압의 작용에 의해 덮개를 복합물 보강재의 외부 경계로 가압시킨다. 이후에, 덮개는 이러한 물질을 금형면에 대하여 가압한다. 또한, 덮개가 강성 물질로 제조되었다면, 덮개의 형상은 이 덮개 내면에 인접한 복합물 부품의 표면 형상에 영향을 미친다.
또한, 진공 시스템의 작동은 수지 저장조의 수지를 상기 저장조로부터 닫혀진 체적으로 이송시킨다. 선택적으로, 수지 이동에 도움이 되도록 펌프를 사용할 수도 있다. 이후에, 닫혀진 체적의 수지는 복합물 보강재에 형성되어, 복합물 성형재가 제조되게 된다. 보강 물질을 지닌 소망하는 복합물 구성을 형성하는데 충분한 양의 수지가 닫혀진 체적으로 이송되면, 제 2 연결구는 닫혀진다.
보강 물질에 수지가 형성되면, 복합물 성형재는 경화되어, 금형면에 부여된 형상을 가지는 복합물 부품이 제조된다. 일부 복합물 성형재를 효과적으로 경화시키는데는 복합물 성형재를 가열하는 것이 바람직하거나 또는 요구된다. 추가 압력을 덮개에 적용시키며/또는 복합물 성형재를 가열하여 효과적으로 경화시 키기 위해서 금형 및 덮개 조립체는 오토클레이브에 위치될 수 있다. 수지 이동 또한 오토클레이브에서 이루어질 수 있다. 복합물 성형재를 경화하여 최종 복합물 부품을 제조하기 위해서 오븐과 같은 다른 기기 및/또는 개별 가열 요소를 사용하여 닫혀진 체적 내에 포함된 물질에 열을 가할 수 있다. 필요하다면, 개별 가열 요소는 금형 본체 내에 내장될 수 있다. 복합물을 형성하는데 사용된 수지의 물성에 따라, 예컨대, 실내 또는 주위 온도는 복합물 부품을 형성하기 위한 물질을 경화시키는데 충분해야 한다.
상기에 설명된 바와 같이, 가열은 모든 가열된 물질의 치수 변형에 영향을 미친다. 상기 치수적 변화의 크기는 개별 물질의 CTE 에 따른다. 특히, 만약 최종 복합물 부품 및 금형면 재료가 CFC 라면, 금형면의 CTE 와 최종 복합물 부품은 실질적으로 유사하거나 동일하다.
이러한 예시적인 예로 설명된 금형은 당업자에 의해 VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 의 예로 분류될 수 있다. 이러한 예의 교시에 대한 약간의 변경은 RTM (Resin Transfer Molding) 의 예시적인 예가 될 수 있다. 이 변경은 진공 시스템 또는 닫혀진 체적의 통기구를 제거하는 것이다. 닫혀진 체적에 통기구를 형성하는 것은 개방 연결구를 사용하거나 덮개와 금형 본체 사이에 개구를 밀폐시키지 않음으로써 이루어진다.
RTM 에서, 복합물 보강재는 금형면에 위치된다.
이후, 수지 저장조의 수지는 일반적으로 펌프 작동에 의해 저장조로부터 통기구가 형성된 닫혀진 체적으로 이동된다. 닫혀진 체적의 수지는 복합물 보강 재에 형성되어, 복합물 성형재가 제조된다. 충분한 수지가 닫혀진 체적 및/또는 보강 물질에 이동되면, 제 2 연결구는 닫혀진다.
도 5 는 본 발명에 따른 시스템의 예시적인 제 5 실시형태를 나타낸다.
도 5 는 탄소 발포체의 적어도 일부가 포함된 금형 본체 (500) 를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면을 나타낸다. 이러한 금형 본체는 상부 영역 (500-A) 과 하부 영역 (500-B) 으로 나뉜다. 이러한 예에서 설명되지 않았지만, 단일 금형 본체에 두 개 이상의 영역이 사용될 수 있다. 이러한 영역의 표면은 중간 표면을 가로질러 서로 밀접하게 접촉하며, 중간 표면은 분리 표면 (505) 으로 나타나 있다. 각 영역의 분리 표면의 일부는 기계가공, 외곽 형성, 몰딩, 또는 달리 형성되어 소망하는 치수의 금형면 (510) 을 제공하게 된다. 각 영역의 금형면은 체적 (515) 이 복합물 부품 (금형을 제조하는 목적임) 의 형상 및 치수를 가지도록 분리면에 위치된다. 추가적으로, 금형면은 각 영역의 분리 표면이 금형면 주위에서 서로 접촉하도록 분리면에 위치된다. 테이프, 가스켓 재료, 기밀편, 실란트 등을 포함하는 다양한 물질로 분리 표면의 접촉 면적을 소망하거나 필요한 만큼 밀폐할 수 있다. 이러한 예에서, 상부 금형 영역의 금형면은 도면부호 '520-A' 에서 '520-B' 로 뻗어있다. 바닥 금형 영역의 금형면은 도면부호 '520-C' 에서 '520-D' 로 뻗어있다.
각 영역에 대하여, 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 금형면 재료 (525) 를 지지한다. 이러한 금형면 재료는 금형면의 표면 및 바람직하게는 각 영역의 분리면을 형성한다. 바람직하게 이러한 금형면 재료는 탄소 섬유 복합 물이다. 다른안으로서, 상부 및 하부 금형 본체 영역의 탄소 발포체 표면은 금형면 및/또는 분리면으로서 역할할 수 있다. 이러한 탄소 발포체의 셀은 부분적 또는 완전히 채워질 수 있다. 분리 시트 및 이형 컴파운드는 소망하고 적절한 만큼 사용될 수 있다. 이러한 방법은 조합으로 사용될 수 있다.
샤프트는 금형면에 형성된 체적을 금형면의 외부로 연결시킨다. 통기구 샤프트 (530) 는 체적의 최상부 영역을 대기로 연결시킨다. 이러한 형태의 샤프트가 상부 금형면에 가장 알맞게 형성되어 있다. 다른 샤프트 (535) 는 수지가 보유되는 저장조 (540) 에 연결되어 있다. 이러한 형태의 샤프트는 체적의 가장 하부 영역에 연결되어 있다.
작업 중에, 복합물 보강재는 금형면으로 형성된 체적에 위치되어 있다. 수지는 설치된 저장조로부터 일반적으로 펌프 작동으로 체적 내로 유입된다. 수지는 체적을 채우며 보강 물질을 침투시킨다. 수지가 체적을 대기로 연결시키는 샤프트로 진입될 때, 수지의 유입은 정지된다.
이후, 복합물 성형재는 경화되어 금형면에 의해 부여된 형상을 가지는 복합물 부품이 제조되게 된다. 복합물 성형재를 가열하는 것은 일부 복합물 성형재를 효과적으로 경화시키는데 바람직하거나 필요하다. 오토클레이브, 오븐, 개별 가열 요소, 및/또는 가열 기기를 사용하여 가열될 수 있다. 개별 가열 요소는 금형 본체의 외부 또는 내부 (즉, 금형 본체에 내장되어 있음) 에 있을 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 가열은 모든 가열된 물질의 치수 변화에 영향을 미친다. 상기 치수적 변화의 크기는 각 물질의 CTE 에 따른다. 구체적으로, 최종 복합물 부품과 금형면 재료가 CFC 인 경우에, 금형면 및 최종 복합물 부품의 CTE 는 유사하거나 본질적으로 동일하다.
이러한 도시적인 예에 설명된 금형은 당업자에 의해 RTM (Resin Transfer Molding) 의 예로 분류될 수 있다. 이러한 예에 나타난 약간의 변동으로 VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 의 예시를 제조할 수 있다. 이러한 변경은 통기구 샤프트를 대기가 아닌 진공 시스템에 연결시키는 것이다. 또한 이는 금형면, 분리 표면, 및/또는 부분 표면의 접촉 영역을 보다 철저히 밀폐시켜 이러한 부분들이 가스가 통과하지 않도록 하는데 필요할 수 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 시스템의 예시적인 제 6 실시형태를 나타낸다.
도 6 은 탄소 발포체의 적어도 일부가 포함된 금형 본체 (600) 를 포함하는 재사용가능한 금형의 단면도이다. 금형 본체에 내장된 탄소 발포체의 표면은 소망하는 형상으로 윤곽이 형성되어, 금형면 (605) 를 제공한다. 도 6 에서, 금형면은 도면부호 '605-A' 로부터 '605-B' 로 뻗어있다. 이러한 금형면에 내장된 탄소 발포체의 셀은 상기 금형면이 가스를 통과시킬 수 있도록 부분적으로 채워질 수 있다. 다른안으로, 탄소 발포체는 가스 투과성 금형면 재료를 지지한다. 금형면 재료의 노출된 표면 영역은 소망하는 형상으로 윤곽이 형성되어 금형면을 제공한다. 금형면과 연결 영역 (610) 을 제외한 외부 금형 본체 표면 영역은 가스 불투과성 물질 (615) 로 밀폐되어 있다. 제 1 연결구 (620) 는 연결 영역에 끼워 맞추어 진다. 이러한 연결구는 진공 시스템 (625) 에 연결되어 있다.
금형면을 직접 둘러싸는 금형 본체의 표면 (630) 은 두 프레임, 즉, 상부 프레임 (635) 과 하부 프레임 (640) 으로 끼워 맞춰져 있다. 각 프레임은 탄성질의 가스 비투과성 막을 보유한다. 상부 프레임은 상부막 (645) 을 보유한다. 하부 프레임은 하부막 (650) 을 보유한다. 상기 프레임은 제 1 폐쇄 체적 (655) 이 상기 막 사이에 형성되어 있도록 동일한 크기로 되어 있으며, 적재되어 있다. 또한, 적재된 프레임은 금형면을 직접 둘러싸는 금형 본체의 표면에 위치되어, 금형면과 바닥막 사이에 제 2 폐쇄 체적 (660) 을 형성하게 된다. 이러한 폐쇄 체적은 프레임들 사이와, 금형면을 직접 둘러싸는 금형 본체의 표면과 하부 프레임 사이의 밀봉제 (665) 에 의해 이러한 체적 내 외로 원치않는 가스가 이동하지 않도록 밀폐될 수 있다. 밀봉제는 테이프, 가스켓 물질, 기밀편, 실란트 등을 포함하는 다양한 물질을 포함할 있다. 제 2 연결구 (670) 는 프레임 사이에 위치되거나 또는 다른안으로서, 제 2 진공원 (675) 과 제 1 폐쇄 체적 사이의 소통이 이루어질 수 있도록 상부막에 위치될 수 있다.
작업 중에, 복합물 성형재 (680) 는 제 1 폐쇄 체적에 위치된다. 진공 시스템의 작동은 제 1 폐쇄 체적 및 제 2 폐쇄 체적으로부터 공기를 제거한다. 제 2 폐쇄 체적으로부터 제거된 공기는 금형 본체를 통하여 제 1 연결구로 빠져나가 거기서 진공 시스템에 이르게 된다. 제 1 폐쇄 체적의 최종 진공은 복합물 성형재로부터 공기를 제거한다. 제 2 폐쇄 체적의 최종 압력은 복합물 성형재가 상부막에 주위 대기압을 작용시킴에 의해 금형면에 대하여 가압 및 위치되도록 탄성질의 막을 구부러지게 한다.
복합물 성형재는 이후 경화되어, 금형면에 의해 부여된 형상을 가지는 복합물 부품이 제조된다. 복합물 성형재를 가열하는 것은 몇몇 복합물 성형재를 효과적으로 경화시키는데 바람직하거나 요구된다. 추가 압력을 복합물 성형재에 적용시키며 상기 물질을 효과적으로 경화시키기 위해서 상기 금형은 오토클레이브에 위치될 수 있다. 닫혀진 체적 내에 보유된 복합물 성형재를 경화시키기 위해서, 오븐 및/또는 각 가열 요소와 같은 다른 기기 또한 닫혀진 체적 내에 보유된 물질에 열을 가하는데 사용될 수 있다. 만약 필요하다면, 각 가열 요소는 금형 본체 내에 내장될 수 있다. 상기 복합물을 형성하는데 사용된 수지의 물성에 따라, 예컨대 실내 또는 주위 온도는 복합물 부품을 형성하기 위한 물질을 경화시키는데 충분해야 한다.
상기 설명된 바와 같이, 가열은 가열된 물질의 치수 변화에 영향을 미친다. 상기 치수 변화의 크기는 각 물질의 CTE 에 따른다. 보다 구체적으로, 최종 복합물 부품과 금형면 재료가 CFC 이라면, 금형면과 최종 복합물 부품의 CTE 는 유사하거나 또는 실질적으로 동일하다.
도 7 은 본 발명에 따른 시스템의 예시적인 제 7 실시형태를 나타낸다.
도 7 은 탄소 발포체의 적어도 일부가 포함된 재사용가능한 금형 본체의 제 1 절반부의 3 차원도이다. 금형 본체 (700) 의 이러한 부분은 형상 (710) 으로 기계가공되거나, 형성, 및 성형된 분리면 (705) 을 가지는 탄소 발포체로 이루어져 있다. 여기에서, 상기 형상은 반구이다. 채널 (715) 또한 탄소 발포체의 분리 표면으로 기계가공, 형성, 성형될 수 있다. 이러한 채널은 이 형상으로부 터 이 형상의 외부 가장자리로 금형 본체 부분의 분리 표면을 가로지른다.
재사용가능한 금형 본체의 제 2 절반부 (도시 안됨) 는 분리 표면을 가진다. 이러한 제 2 절반부는 채널을 또한 가질 수 있으며, 분리 표면으로 기계가공, 형성, 성형, 또는 달리 형성된 형상을 가질 수 있다. 제 2 절반부의 이러한 채널 및 형상은 제 1 절반부의 형상과 대칭이 되도록 형성될 수 있다. 제 2 절반부의 분리 표면이 제 1 절반부의 분리 표면과 치수적으로 대칭 상을 가지도록 만들어질 수 있다. 이렇게 하여, 제 1 및 제 2 절반부의 분리 표면이 함께 모여질 때, 클로우즈 핏(close fit)이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제 2 절반부는 상기 채널 (만약 존재한다면) 이 상기 표면을 가로질러, 실질적으로 제 1 절반부의 채널에 의해 접촉된 가장자리와 대칭인 가장자리로 이르도록 만들어질 수 있다.
채널 및 형상으로 금형 본체 절반에 부여된 형상은 금형면을 이룬다. 이러한 금형면은 분리면과 평행한 평면으로부터 금형면의 모든 부분에 형성될 수 있는 라인으로 제공된 어떠한 형상을 가질 수 있다. 금형면의 표면은 탄소 발포체이거나 이 탄소 발포체로 채워질 수 있다. 다른 안으로서, 금형면 재료는 탄소 발포체 위에 형성되어 금형면을 제공할 수 있다. 이러한 금형면 재료는 탄소 섬유 복합물을 포함하는, 당 기술분야 공지된 것일 수 있다.
작업 중에, 두 금형 본체 절반은 분리면에서 함께 결합된다. 두 절반부의 적절한 정렬을 이루기 위해서 인덱싱 핀(indexing pin) 또는 위트니스 마크를 사용할 수 있다. 분리 표면의 접촉을 유지하기 위해서, 다양한 방법을 사용할 수 있다. 상기 방법은 클램핑, 볼트 고정 및 끈 등으로 매는 등의 방법을 포 함한다. 미립자 또는 짧은 섬유 보강재를 함유하는 수지와 같은 복합물 성형재를 채널 내부로 주입시킬 수 있다. 상기 복합물 성형재는 채널을 통하여 금형면 형상에 의해 형성된 체적으로 이동된다. 다른안으로, 금형면 형상에 의해 형성된 체적은 섬유와 같은 복합물 보강재를 포함할 수 있다. 채널 내부로 유입된 수지는 이후 복합물 보강재에 주입되어, 복합물 성형재로 된다. 필요하다면, 금형 본체는 상기 복합물 성형재가 금형면을 균일하게 코팅하도록 반전 및/또는 회전될 수 있다.
분리면에서 절반부를 결합하기 이전에, 금형 본체 절반부 들의 형상을 복합물 보강재로 채울 수도 있다. 일단 결합되면, 수지는 채널 내부로 주입될 수 있다. 수지는 이후 중력에 의해 금형면 형상으로 형성된 체적으로 이동된다. 다른안으로서, 수지는 금형면 형상에 의해 형성된 체적 내로 가압될 수 있다. 이러한 체적에서, 수지는 보강물에 주입되어, 복합물 성형재가 된다.
복합물 성형재는 이후 경화되어 금형면에 부여된 형상을 가지는 복합물 부품이 제조된다. 몇몇 복합물 성형재가 효과적으로 경화되도록 복합물 성형재를 가열하는 것은 바람직하거나 또는 요구된다. 복합물 성형재에 추가 압력을 가하며, 이러한 물질을 효과적으로 경화시키기 위해서 금형은 오토클레이브에 위치될 수 있다. 오븐, 및/또는 각 가열 요소와 같은 다른 기기는 금형 체적 내에 보유된 복합물 성형재를 경화시켜 복합물 부품이 되도록 금형 체적 내에 보유된 물질에 열을 가하는데 사용될 수 있다. 만약 필요하다면, 각 가열 요소는 금형 본체 내에 내장될 수 있다. 복합물을 형성하는데 사용된 수지의 물성에 따라, 예 컨대, 실내 또는 주위 온도는 복합물 부품을 형성하기 위한 물질을 경화시키는데 충분해야 한다.
도 8 의 (a), 도 8 의 (b), 및 도 8 의 (c) 는 본 발명에 따른 시스템의 예시적 제 8 실시형태이다.
도 8 의 (a), 도 8 의 (b), 및 도 8 의 (c) 는 본 발명에 따른 복합물 금형의 재사용가능한 금형 본체를 나타낸다. 도 8 의 (a) 를 참조로 하면, 탄소 발포체 블럭 (800) 이 도시되어 있다. 이 탄소 발포체 블럭은 금형 본체의 적어도 일부를 포함한다. 탄소 발포체 블럭은 어떠한 소망하는 형상으로 형상될 수 있다. 또한, 이러한 탄소 발포체 블럭은 두 개 이상의 각 탄소 발포체 블럭으로 이루어질 수 있다. 이러한 예시적인 예에서, 탄소 발포체 블럭 (802, 804, 806) 은 금형 본체의 탄소 발포체 블럭 (800) 을 형성하기 위해서 접착재 등으로 함께 결합될 수 있다. 각 탄소 발포체 블럭을 결합시키는데 사용된 접착재는 예컨대, 접착막, 수지 등일 수 있다. 보다 구체적으로, 시중에서 구입가능한 접착재를 사용할 수도 있다. 예컨대, Graphi Bond 551, Expando 및/또는 내화성 시멘트를 사용할 수 있다. 특히, 탄소 발포체 블럭 (802, 804, 806) 이 실질적으로 유사하거나 동일한 CTE 를 가지도록 다양한 탄소 발포체 블럭 (802, 804, 806) 을 준비한다. 다른안으로, 금형 본체 (800) 를 형성하기 위해서 단일 탄소 발포체 블럭을 사용할 수 있다.
탄소 발포체 블럭 (800) 의 표면은 이후 소망하는 형상 (810) 으로 형성된다. 예컨대, 탄소 발포체 블럭 (800) 의 표면 (812) 은 규정된 형상으로 기계 가공된다. 일반적으로, 탄소 블럭의 형상 가공된 표면 치수는 금형면 재료의 치수 (이러한 예에서는 금형면을 최종 형성하는 형성된 적층물) 를 위해 조정된다. 즉, 금형면 재료가 사용되지 않는다면, 상기 형상 가공은 약간 큰 프로파일로 형성될 것이다.
도 8 의 (b) 를 참조하면, 형상 가공 후, 수지 및 보강물의 적층물 (814) 은 탄소 발포체 블럭 (800) 의 형상 가공된 표면 (812) 에 배치된다. 적층물은 금형면 재료를 구성한다. 일반적으로 적층물을 형성하는데 사용된 물질은 최종 경화된 적층물과 탄소 발포체 블럭 (800) 의 CTE 가 실질적으로 유사하거나 동일하도록 선택된다. 적층물이 경화되면, 탄소 발포체 블럭과 마주보는 적층물 (814) 의 표면은 금형 본체의 금형면으로 역할한다. 따라서, 적층물 (814) 은 소망하는 금형면의 치수를 가지는 표면을 제공하도록 형성된다. 본 발명의 이러한 실시형태에서, 적층물 (814) 은 탄소 섬유 복합물이다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 어떠한 상기 설명된 금형면 재료가 적층물 대신에 사용될 수 있다.
적층물 (814) 은 덮개 (816) 와 적층물 (814) 사이의 체적 (815) 의 압력이 낮아지도록 진공 시스템에 연결된 덮개 (816) 로 덮혀 있다. 적층물 (814) 및/또는 금형 본체 (800) 에 대하여 덮개 (816) 를 밀폐시키는 것이 요구될 수 있다. 이러한 방법으로, 적층물은 덮개에서의 국소적 둘레 대기압의 작용에 의해 탄소 발포체 블럭 (800) 의 형상 가공된 표면 (812) 에 대하여 가압된다. 덮개 (816) 는 실리콘 막, 탄성질 백(bag) 등일 수 있다. 적층물은 이후 경화된다.
도 8 의 (c) 를 참조하면, 경화된 적층물 (814) 은 탄소 발포체 블럭 (800) 으로부터 일시적으로 제거된다. 탄소 발포체 블럭 (800) 과 적층물 (814) 사이의 계면을 결합시키기 위해서 접착 페이스트 (816) 가 탄소질 발포체 블럭 (800) 의 표면에 형성된다. 경화된 적층물 (814) 은 이후 탄소 발포체 블럭에 위치된다. 접착이 이루어지면, 적층물 (814) 의 외면 (818) 은 필요한 만큼 규정된 형상 및 치수로 선택적으로 기계가공 및/또는 마무리된다. 탄소질 발포체 블럭 (800) 및 경화된 적층물 (814) 집합체는 적층물의 외면에 있는 금형면을 지닌 금형 본체를 이루게 된다.
상기 설명된 바와 같이, 본 발명의 금형에서의 적층물 (814) 대신에 금형면 재료를 대체할 수 있다. 예컨대, 스프레이된 원호형 금속이 탄소 발포체 블럭 (800) 의 표면에 적용되어, 금형면 재료로 작용하여 금형면을 이루게된다. 상기 금형면 재료는 일반적인 금속 가공법에 의해 정밀하게 소망하는 형상으로 기계가공 또는 달리 형성될 수 있다. 또한, 수지 또는 다른 금형면 재료가 적층물 대신에 탄소 발포체 블럭 (800) 위에 적용될 수 있다. 이러한 구성으로, 수지는 탄소질 발포체 블럭 (800) 의 표면 (812) 에 적용된다. 다음으로, 수지는 소망하는 형상으로 밀링 가공되거나 또는 달리 형상 가공되어, 복합물 부품의 제조에 사용되는 금형면을 얻게 된다.
필요하다면, 선긋기 라인, 망상선(cross-hatching), 패턴 등을 어떠한 상기 방법에 의해 제공된 금형면에 형성시킬 수 있다. 이러한 패턴 등은 금형 본체로 형성된 금형 부품에 최종적으로 형성되게 된다.
당업자라면 다양한 변형예가 본 발명의 요지를 변경함 없이 본 발명에 있을 수 있다는 것을 알 수 있다. 그래서, 본 발명은 첨부된 청구항의 영역 내의 이러한 발명의 변형예를 포함한다.

Claims (22)

  1. 하나 이상의 복합물 부품 제조용 금형으로서, 이 금형은 금형 본체의 적어도 일부분이 탄소 발포체인 금형 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금형 본체의 표면은 금형면을 형성하며, 이 금형면의 일부는 상기 금형 본체를 포함하는 탄소 발포체 표면의 적어도 일부인 것을 특징으로 하는 금형.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 탄소 발포체 셀의 적어도 일부는 충진재로 적어도 부분적으로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 금형.
  4. 제 3 항에 있어서, 충진재는 경화된 수지, 피치, 성형가능한 경화된 세라믹, 침탄된 수지 또는 침탄된 피치 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금형.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 금형면의 열팽창 계수는 금형면에서 제조된 복합물 부품의 열팽창 계수와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 금형.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 금형 본체를 적어도 부분적으로 포함하는 탄소 발포체의 적어도 일부는 금형면 재료를 지지하는 것을 특징으로 하는 금형.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 금형면 재료는 금속 및 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금형.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 금형면 재료는 경화된 수지, 섬유 복합물, 탄소 섬유 복합물, 미립자 복합물, INVAR®, 실리콘 탄화물, 및 지르코니아 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금형.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소 발포체는 피치, 석탄 또는 석탄 유도체로부터 적어도 일부가 유도되는 것을 특징으로 하는 금형.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 금형 본체는 심봉(mandrel) 형상인 것을 특징으로 하는 금형.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 금형면에 적어도 부분적으로 위치하며, 상기 금형면의 적어도 일부를 감싸는 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금형.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 금형면의 감싸진 부분과 진공 소통하는 수지 저장 연결구를 더 포함하며, 상기 수지 저장 연결구는 수지 저장 시스템에 연결되도록 형성되어 있으며, 상기 금형면의 감싸진 부분에 진공이 형성될 때, 수지 저장 시스템으로부터 상기 금형면의 감싸진 부분으로 수지가 이송되는 것을 특징으로 하는 금형.
  13. 하나 이상의 복합물 부품을 제조하기 위한 방법으로서, 금형면을 갖으며, 적어도 일부분이 탄소 발포체인 금형 본체를 제공하는 단계와,
    복합물 성형재를 상기 금형면에 위치시키는 단계 및,
    복합물 성형재를 경화시켜 복합물 부품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 복합물 성형재는 수지와, 미립자 보강 물질 및 섬유질 보강 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 복합물 성형재와 금형면 사이에 분리막을 배치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 금형면과 복합물 성형재를 접촉시키기 전에, 상기 금형면의 적어도 일부에 이형제를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 금형면의 적어도 일부는 금형면 재료의 표면을 포함하고, 상기 금형면 재료의 적어도 일부는 탄소 발포체에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 금형면 재료는 금속 및 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 금형면 재료는 경화된 수지, 섬유 복합물, 탄소 섬유 복합물, 미립자 복합물, INVAR®, 실리콘 탄화물, 및 지르코니아 세라믹 INVAR®, 실리콘 탄화물, 및 지르코니아 세라믹으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 금형은 상기 금형면의 적어도 일부에 위치되며, 상기 금형면의 적어도 일부를 감싸는 덮개를 더 포함하며, 상기 복합물 성형재는 금형면의 감싸진 부분에 배치되며, 상기 금형면의 감싸진 부분 내에 진공을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합물 부품 제조 방법.
  21. 제 13 항의 방법에 의해 제조되는 복합물 부품.
  22. 제 14 항의 방법에 의해 제조되는 복합물 부품.
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