KR20100065498A - 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리프레그 평판에 인위적으로 내부 굴곡을 형성하고, 프리프레그의 두께 방향으로 온도 편차를 두어 가열하며, 프리프레그 평판에 경질탄성부재를 이용하여 간접 가압함으로써 곡면 성형(forming)시 주름 형성이 억제되도록 한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 프리프레그(prepreg:수지(樹脂) 침투 가공재(加工材))를 적층금형(100)에 적층하여 프리프레그 평판(L)을 형성하는 적층단계(S100)와, 상기 프리프레그 평판(L)을 포밍금형(300)에 안착하여 가열하는 가열단계(S200)와, 상기 포밍금형(300)을 이용하여 프리프레그 평판(L)의 적어도 일부가 곡률을 갖도록 성형하는 성형단계(S300)를 포함하여 이루어지며, 상기 적층단계(S100)에서, 상기 프리프레그 평판(L) 일측에는 하나 이상의 내부 굴곡(R)이 형성됨을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 따르면, 불량율이 감소하며 내구성이 향상되는 이점이 있다.

곡면, 복합재료, 프리프레그, 주름

Description

곡면을 구비한 복합재료의 제조방법 {A manufacturing method of composite materials having a curved surface}

도 1 은 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 순서대로 나타낸 개략도.

도 2 는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 나타낸 순서도.

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예의 실험 결과를 나타낸 표.

도 4 는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 복합재료의 실물 사진.

도 5 는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조에 사용되는 적층금형의 일 실시예의 구성을 보인 평면도.

도 6 는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조시에 사용되는 적층금형의 다른 실시예의 구성을 보인 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100. 적층금형 120. 요철형성부

200. 적층장치 240. 롤러

300. 포밍금형 320. 곡면

360. 밀폐부 380. 밀폐부재

390. 경질탄성부재 L . 프리프레그평판

P . 프리프레그 R . 내부 굴곡

S100. 적층단계 S200. 가열단계

S300. 성형단계

본 발명은 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는,프리프레그 평판에 인위적으로 내부 굴곡을 형성하고, 프리프레그의 두께 방향으로 온도 편차를 두어 가열하며, 프리프레그 평판에 경질탄성부재를 이용하여 간접 가압함으로써 곡면 성형(forming)시 주름 형성이 억제되도록 한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.

섬유강화 복합재료는 기존 금속재료에 비해 뛰어난 비강성, 비강도 및 높은 감쇠특성으로 인해 자동차 산업, 항공기 등 많은 산업분야에서 널리 이용되고 있다.

특히 직물(fabric) 복합재료나 프리프레그를 이용한 복합재료는 3차원 곡면과 같은 복잡한 형상을 가지는 금형에 적용하기에 적합한 유연성을 가지고 있으며, 이러한 특성을 이용하여 열성형(Thermoforming)이나 RTM(Resin Transfer Molding) 공정에 많이 사용되고 있다.

따라서, 직물이나 프리프레그는 단순한 형상에서부터 3차원 곡면을 가지는 복합한 형상까지 다양한 분야에 적용되고 있으며, 항공기 도어에도 이러한 복합재료가 적용된다.

항공기 도어용 복합재료는 공기 저항 및 외압이 최소화될 수 있도록 곡면을 갖도록 형성되어야 하는데 열성형을 적용한 종래의 기술에 따른 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 먼저 평면상에 복합재료를 다수 층으로 적층한 후, 소정의 두께가 되면 곡면 형성을 위한 금형 내부에 장입하여 포밍(forming)하는 과정을 거쳐 완료된다.

그러나, 상기와 같은 방법에 따라 곡면을 갖도록 제조된 복합재료에는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 평면상에 다수 층으로 적층된 복합재료는 금형 내부에 포밍되어 곡면을 이룰때 결함이 발생된다.

보다 상세하게는, 곡면을 갖도록 휘어진 복합재료는 외측으로 갈수록 인장력이 발생되며, 내측으로 갈수록 압축응력이 발생된다.

따라서, 복합재료의 내측에는 주름(wrinkle)이 발생될 수 밖에 없으며, 이러한 주름은 구조물의 물성 저하의 요인이 된다.

그리고, 도어용 복합재료에 주름이 발생되면 결국 재가공이 불가하여 폐기되므로 제조 원가가 상승하게 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프리프레그 평판에 인위적으로 내부 굴곡을 형성하고, 프리프레그의 두께 방향으로 온도 편차를 두어 가열하며, 프리프레그 평판에 경질탄성부재를 이용하여 간접 가압함으로써 곡면 성형(forming)시 주름 형성이 억제되도록 한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 프리프레그(prepreg:수지(樹脂) 침투 가공재(加工材))를 적층금형에 적층하여 프리프레그 평판을 형성하는 적층단계와, 상기 프리프레그 평판을 포밍금형에 안착하여 가열하는 가열단계와, 상기 포밍금형을 이용하여 프리프레그 평판의 적어도 일부가 곡률을 갖도록 성형하는 성형단계를 포함하여 이루어지며, 상기 적층단계에서, 상기 프리프레그 평판 일측에는 하나 이상의 내부 굴곡이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 적층단계는, 상기 적층금형 일측에 함몰 형성된 요철형성부 내부에 상기 프리프레그의 일부를 수용하여 내부 굴곡을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.

상기 적층단계에서, 상기 프리프레그는 적층장치의 롤러에 의해 가압되어 요철형성부 내부에 일부가 수용되는 것을 특징으로 한다.

상기 롤러의 직경은 요철형성부의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 적층단계에서, 상기 내부 굴곡은 프리프레그 평판의 일 방향으로 갈수록 곡률반경이 감소하는 것을 특징으로 한다.

상기 적층단계에서, 상기 내부 굴곡은 프리프레그 평판의 중앙에서 외측방향으로 갈수록 이격 간격이 커지는 것을 특징으로 한다.

상기 가열단계에서, 상기 프리프레그 평판은 상부와 하부가 서로 다른 온도 로 가열되어 온도 구배를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 가열단계에서, 상기 프리프레그 평판은 포밍금형으로부터 멀어질수록 낮은 온도로 가열되는 것을 특징으로 한다.

상기 성형단계에서, 상기 프리프레그 평판은 일면에 경질탄성부재가 접촉한 상태로 가압 성형되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 불량율이 감소하며 내구성이 향상되는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 순서대로 나타낸 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.

도면과 같이, 본 발명에 의한 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법은, 프리프레그(P,epreg)를 적층하여 프리프레그 평판(L)을 성형하는 적층단계(S100)와, 상기 프리프레그 평판(L)을 포밍금형(300)에 안착하여 가열하는 가열단계(S200)와, 상기 포밍금형(300)에 안착되어 가열된 프리프레그 평판(L)을 진공을 이용하여 곡률을 갖도록 성형하는 성형단계(S300)로 이루어진다.

상기 적층단계(S100)는 다수 층의 프리프레그(P)를 적층하여 소정의 두께를 갖도록 하는 것으로, 상기 프리프레그(P)는 적층장치(200)에 의해 적층금형(100) 상면에 적층된다.

상기 적층장치(200)는 프리프레그(P)를 인장하고, 인장된 프리프레그(P)를 롤러(240)를 이용하여 적층금형(100) 상면에 적층하기 위한 장치이다.

그리고, 상기 적층장치(200)의 하부 우측에는 가열수단(220)이 구비된다. 상기 가열수단(220)은 적층금형(100) 상면에 적층되는 프리프레그(P)에 열을 가하여 밀착력 및 접착력을 높이기 위한 구성이다.

따라서, 상기 적층장치(200)가 프리프레그(P)를 이송하면서 롤러(240)에 의해 가압되면 상기 적층금형(100) 상면에는 프리프레그 평판(L)이 만들어지게 된다.

이때 상기 적층장치(200)의 이송 방향 및 속도는 미리 설계된 데이터에 따르게 되며, 상기 프리프레그(P)는 균일하게 적층 가능하게 된다.

상기 적층금형(100)은 상면에 프리프레그(P)가 적층되어지도록 지지하는 구성으로, 적층되어질 프리프레그(P)의 길이와 대응되거나 조금 길게 형성되며, 상기 적층금형(100)의 상면은 적층된 프리프레그(P)의 일방향 쏠림이 발생되지 않도록 지면과 평행하게 구성된다.

그리고, 상기 적층금형(100)은 적층된 프리프레그(P)에 인위적으로 내부 굴곡(R)을 형성하기 위한 구성이 더 구비된다.

즉, 상기 적층금형(100)의 상면에는 요철형성부(120)가 다수 구비된다. 상기 요철형성부(120)는 적층금형(100)의 상면에서 소정의 길이를 가지고 하방향으로 소정의 깊이만큼 함몰 형성된 것으로, 상기 적층금형(100) 상면에 적층되는 프리프레그(P)의 일부가 요철형성부(120) 내부로 유입되도록 함으로써 내부 굴곡(R)을 형성할 수 있게 한다.

즉, 상기 적층금형(100) 상면에 프리프레그(P)가 적층된 상태에서 상기 적층장치(200)의 롤러(240)가 좌/우로 움직이면서 프리프레그(P)를 하방향으로 누르게 되면, 상기 요철형성부(120) 상측에 위치한 프리프레그(P)의 일부는 요철형성부(120) 내부로 삽입되면서 하방향으로 돌출된 형상의 내부 굴곡(R)을 형성할 수 있게 된다.

그리고, 상기 롤러(240)는 요철 형성부(120)의 폭과 대응되거나 큰 직경을 가진다. 보다 상세하게는 상기 롤러(240)의 직경은 요철형성부(120) 폭치수 이상이거나 요철형성부(120) 폭치수의 2배길이 이하로 형성된다.

이것은, 상기 롤러(240)에 의해 프리프레그(P)가 하방향으로 함몰될 때 요철형성부(120) 내부로 롤러(240)가 너무 깊이 삽입되어 프리프레그(P) 및 롤러(240)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 다수 요철형성부(120)는 이격거리가 상이하게 구성된다. 즉, 상기 다수 요철형성부(120)는 성형단계(S300)에서 휘어지도록 성형되는 프리프레그(P) 하면의 곡률 크기 변화에 따라 내부 굴곡(R) 개수를 조절하기 위함이다.

보다 상세하게는 상기 적층금형(100) 상면에 평면상태로 적층된 프리프레그 평판(L)은 성형단계(S300)에서 도면과 같이 중앙부가 하방향으로 볼록하게 휘어지게 되는데, 모든 층에 대하여 프리프레그(P)는 동일한 길이를 가진 상태에서 휘게 되며, 외측의 폭이 줄어든 만큼 내측의 프리프레그(P)의 길이가 줄어드는 것이 아니기 때문에 그 길이만큼의 압축력이 가해져 주름이 발생될 수 있다.

이러한 불량을 방지하고 프리프레그 평판(L) 외측에 내부 굴곡(R)을 주어 폭 이 줄어드는 것을 방지하여 내측의 주름을 제어하게 된다.

또한, 상기 프리프레그 평판(L)이 성형단계(S300)에서 휘어질 때 가장 큰 인장력이 발생하는 중앙 하부에는 다수의 내부 굴곡(R)이 형성되어야 하므로, 좌/우측에는 소수의 내부 굴곡(R)이 형성된다.

반대로 제조하고자 하는 복합재료의 형상이 중앙부는 완만하고 가장자리로 갈수록 곡률이 커지는 형상을 갖는다면, 상기 요철형성부(120)는 포밍금형(300)의 가장자리로 갈수록 이격 거리가 짧아지도록 형성되어야 할 것이다.

그리고, 상기 요철형성부(120)의 형상은 본 발명의 실시예에서는 사각형 형상을 갖도록 구성하였으나, 형성하고자 하는 내부 굴곡(R)의 형상을 고려하여 대략 "∪" 와 같은 곡면 형상을 갖도록 구성할 수도 있을 것이다.

상기와 같은 적층금형(100)과 적층장치(200)를 이용하여 적층단계(S100)가 완료되면, 상기 프리프레그 평판(L)의 하부에는 내부 굴곡(R)이 크게 형성되고, 상측으로 오라갈수록 내부 굴곡(R)의 크기는 작아지게 된다.

상기 적층단계(S100) 이후에는 가열단계(S200)가 실시된다. 상기 가열단계(S200)는 적층된 프리프레그 평판(L)을 적층금형(100)으로부터 분리하여 포밍금형(300)의 상부에 안착시키고 가열하는 과정으로, 상기 성형단계(S300)의 성형성을 보다 향상시키기 위한 과정이다.

이하 상기 포밍금형(300)의 구성을 먼저 살펴보면, 포밍금형(300)의 상면에는 하방향으로 라운드지게 함몰된 곡면(320)이 형성되며, 상기 곡면(320)은 안착되어질 프리프레그 평판(L)의 길이와 같거나 긴 길이를 가진다.

그리고, 상기 곡면(320)은 프리프레그 평판(L)이 제조하고자 하는 복합재료와 대응되는 곡률을 가질 수 있도록 한다.

상기 가열단계(S200)에서는 프리프레그 평판(L)의 두께 방향 위치에 따라 서로 다른 온도로 가열되어 온도 구배를 가진다.

즉, 상기 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L) 전체에 대하여 동일 한 온도로 가열하게 되면, 하측에 적층된 프리프레그(P)는 인장력을 받아서 펴지기가 용이하지만 압축력을 받는 상부는 온도에 의해 강성이 약해져 주름이 발생될 수 있다.

따라서, 상기 프리프레그 평판(L)에서 하측은 펴지기 용이하도록 고온으로 가열하고 상측으로 갈수록 압축 강성이 상대적으로 높아질 수 있도록 저온으로 가열하여 주름 발생을 억제하게 된다.

한편, 상기와 같은 구성을 가지는 포밍금형(300)을 이용한 가열단계(S200) 이후에는 성형단계(S300)가 실시된다. 상기 성형단계(S300)는 전술한 포밍금형(300)에 안착된 프리프레그 평판(L)을 진공으로 성형하기 위한 구성이 다수 구비된다.

상기 성형단계(S300)는 가열된 프리프레그 평판(L)을 가압하여 경화하는 과정으로, 상기 포밍금형(300)에는 프리프레그(P)를 공기압력으로 가압하기 위한 구성이 다수 구비된다.

즉, 상기 포밍금형(300)의 좌/우측 상단에는 밀폐부(360)가 돌출 형성된다. 상기 밀폐부(360)는 진공형성장치에 의해 프리프레그 평판(L)과 포밍금형(300) 사 이의 공간이 진공 상태가 될 수 있도록 하는 구성으로, 아래에서 설명하게 될 밀폐부재(380)와 접촉하여 밀폐력을 갖도록 구성된다.

상기 밀폐부(360)에는 밀폐부재(380)가 구비된다. 상기 밀폐부재(380)는 밀폐부(360)와 접촉하며, 상기 포밍금형(300)의 상측 공간을 외측과 구획하게 된다. 따라서, 상기 밀폐부재(380)와 포밍금형(300)의 상면에 의해 이루어진 공간은 상기 밀폐부(360)와 밀폐부재(380)에 의해 외부로부터 완전히 독립된 공간을 이룰 수 있게 된다.

그리고, 도시되진 않았지만, 상기 포밍금형(300)에는 밀폐부재(380)와 포밍금형(300)이 형성한 공간의 공기가 포밍금형(300) 외부로 배기될 수 있도록 진공형성장치와 연통되는 배기구멍이 형성됨이 바람직하다.

따라서, 상기 진공형성장치의 동작으로 밀폐부재(380)와 밀폐부(360)가 접촉하여 완전히 밀폐되면, 이와 동시에 상기 밀폐부재(380)는 도면과 같이 하방향으로 볼록하게 변형되며, 밀폐부재(380)의 하면은 프리프레그(P)의 상면을 하방향으로 가압할 수 있게 된다.

한편, 상기 성형단계(S300)에서 밀폐부재(380)와 프리프레그 평판(L) 사이에는 일정 경도를 가지는 경질탄성부재(390)가 적용된다.

상기 경질탄성부재(390)는 가열단계(S200)에서 가열된 프리프레그 평판(L)이 성형단계(S300)에서 밀폐부재(380)에 의해 가압되어 변형될 때 프리프레그 평판(L)의 상부 표면 내측에서 발생하게 될 주름을 물리적으로 눌러주어 복합재료상에 주름 발생을 억제하기 위한 구성이다.

상기 포밍금형(300)에는 도시되진 않았지만 가열장치가 구비된다. 상기 가열장치는 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L)을 가열하기 위한 구성으로, 발열 가능한 범위 내에서 상기 포밍금형(300)에 제공되어질 열의 분포 상태 및 온도에 따라 다양한 위치 및 개수로 설계 가능함은 물론이다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 적층장치(200), 적층금형(100) 및 포밍금형(300)을 이용하여 프리프레그(P)로 복합재료를 제조시에 주름 발생을 억제시킬 수 있는 인자를 몇 가지 조건으로 변경하여 최적화된 공정 조건을 찾기 위한 여러 가지 비교예 및 실시예를 설명하기로 한다.

[비교예 1]

비교예 1에서 상기 인자는 프리프레그 평판(L)의 내부 구배(R)이다.

롤러(220)의 직경이 4.5㎝ 인 적층장치(200)를 이용하여 40㎝ 길이의 적층금형(100)에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다. 이때 비교예 1에 적용된 적층금형(100)에는 요철형성부(120)가 형성되지 않은 평면 상태이다.

상기 적층된 프리프레그 평판(L)은 포밍금형(300) 상부에 안착 시키고 열풍을 이용한 가열장치를 이용하여 가열하였다.

이때, 상기 프리프레그 평판(L)은 상/하부의 가열 온도에 구배가 발생되지 않도록 동일한 온도로 가열하였으며, 그 온도는 50℃로 설정하였다.

가열된 프리프레그 평판(L)은 밀폐부재(380)를 이용하여 포밍금형(300) 상부에서 덮고 진공형성장치를 연결하여 진공으로 가압 성형하였다.

성형된 프리프레그 평판(L)은 고온에서 경화시켜 포밍금형(300)의 상면과 대 응되는 곡률을 가지는 복합재료로 성형되었다.

비교예1에 의해 제조된 복합재료의 주름 크기 및 개수는 도 3과 같이, 요철형성부(120)가 없는 단순 평면 상태의 적층금형(100)에서 적층되고, 상기 가열단계(S200)에서 동일한 50℃로 가열되었으므로, 곡률로 인해 프리프레그 평판(L)의 외측은 인장력을 받아 폭은 줄어들고 표면은 펴지지만, 내측 표면은 프리프레그의 길이가 줄어들지 않은 상태에서 폭이 줄어들고 압축력을 받아서 주름이 크게 발생하였다.

[비교예 2]

롤러(220)의 직경이 4.5㎝ 인 적층장치(200)를 이용하여 요철형성부(120)가 구비된 적층금형(100)에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다. 적층금형(100)의 요철형성부(120)는 사각형(ㅁ) 모양으로 6개 형성하였고, 폭은 롤러(220)의 직경보다 작은 3㎝이다. 이하 공정은 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하고 그 결과를 도 3에 나타내었다.

결과와 같이, 프리프레그 평판(L)의 외측에 내부 굴곡(R)이 형성되고 내측 표면으로 올라갈수록 내부 굴곡(R)이 점차 작아져 소멸되도록 제조된 프리프레그 평판(L)을 포밍금형(300)에서 성형하여 제조된 복합재료는 내부 굴곡(R)을 형성하지 않고 성형한 복합재료(비교예 1)과 비교할 때 주름의 크기가 감소한 것을 알 수 있다.

[비교예 3]

비교예 3에서 상기 인자는 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L)의 두께 방향 온도 구배이다.

롤러(220)의 직경이 4.5㎝ 인 적층장치(200)를 이용하여 40㎝ 길이의 단순 평면 적층 금형에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다. 다수 프리프레그(P)가 적층된 프리프레그 평판(L)은 포밍금형(300) 상부에 안착 시키고 열풍을 이용한 가열 장치를 적용하였다.

가열은 프리프레그 평판(L)의 최하부 표면은 80℃로 가열하고, 최상부 표면은 30℃로 가열하여 두께 방향으로 온도 구배를 두었다. 이하 공정은 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하고 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3과 같이, 상기 가열단계(S200)에서 프리프레그 평판(L)의 두께 방향으로 서로 다른 온도를 적용하여 온도 구배를 둔 후 성형한 복합재료의 경우 그렇지 않은 복합재료(비교예 1 및 비교예 2)와 비교할 때 주름이 감소한 것을 알 수 있다.

이것은 프리프레그 평판(L)의 상부온도를 하부온도보다 낮게 하여 하방향으로 휘어지는 형상으로 성형시 상부에 발생되는 압축력에 대항하여 견딜수 있었기 때문인 것으로 판단된다.

[비교예 4]

비교예 4에서 상기 인자는 성형단계(S300)에서 경질탄성부재(390)의 사용여부이다.

비교예 1과 동일한 방법으로 프리프레그 평판(L)을 제작하고 가열하였다. 그리고, 성형단계(S300)에서는 가열된 프리프레그 평판(L) 상면에 프리프레그 평판(L)과 동일한 크기의 경질탄성부재(390)를 위치시킨 후 가압하여 복합재료를 제 조하였다.

그 결과는 도 3과 같이, 경질탄성부재(390)가 적용된 복합재료는 그렇지 않은 비교예 1과 대비할 때 주름이 크게 감소하였으며, 이러한 결과는 상기 경질탄성부재(390)에 의해 주름의 돌출 현상이 물리적으로 억제 되었음을 증명해주는 것이다.

[실시예]

롤러(220)의 직경이 4.5㎝인 적층장치(200)를 이용하여 요철형성부(120)가 구비된 길이 40㎝의 적층금형(100)에 프리프레그(P)를 32 장 적층하였다.

상기 적층금형(100)의 요철형성부(120)는 사각형(ㅁ) 모양으로 6개 형성하였고 폭은 롤러(220) 직경보다 작은 3㎝이다.

적층된 프리프레그 평판(L)은 포밍금형(200) 상부에 안착 시키고 가열 장치를 이용하여 상기 프리프레그 평판(L)에 열풍을 제공하였다.

이때 상기 프리프레그 평판(L)의 최하부 표면은 80℃로 가열하고, 최상부 표면은 30℃로 가열하여, 두께 방향으로 온도 구배가 발생되도록 하였다.

그리고, 가열된 프리프레그 평판(L) 상면에 경질탄성부재(390)를 위치시킨 후 진공형성장치 및 밀폐부재(380)를 이용하여 밀폐부재(380) 하측 공간을 진공상태로 만든 다음 프리프레그 평판(L)을 가압 성형하였다.

성형된 프리프레그 평판(L)은 고온에서 경화시켜 포밍금형(300)의 곡률을 가지는 복합재료를 제조하였고 그 결과는 도 3과 같다.

즉, 실시예에서는 전술한 비교예 1 내지 비교예 4에 선택적으로 적용된, 요 철, 온도 구배 및 경질탄성부재가 동시에 실시되었으며, 그 결과, 비교예 1 내지 비교예4를 통해 제조된 복합재료의 주름과 대비할 때 그 크기 및 개수가 현저히 감소한 것을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 복합재료의 실물 사진으로서, 도면에서 볼 때 세로방향의 주름이 현저히 감소한 것을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

예를 들어 본 발명의 실시예에서는 도 1과 같이 좌/우 방향으로만 곡률을 갖도록 구성하였으나, 복합재료의 형상에 따라 적층금형에 요철형성부를 다양하게 패턴을 갖도록 형성할 수도 있을 것이다.

즉, 도 5 및 도 6에 도시된 적층금형의 일 실시예 및 다른 실시예의 평면도와 같이, 다수 방향으로 곡면을 갖는(구(球))의 형상을 가지는 복합재료를 성형하기 위해 요철형성부(120)가 중앙을 기준으로 방사상으로 뻗어 나가도록 형성할 수도 있을 것이다.

그리고, 이때 상기 요철형성부(120)는 외측으로 갈수록 이격 거리를 다르게 구성할 수도 있음은 자명하다.

또한 본 발명의 실시예에서, 포밍금형(300)의 상부 좌/우측단에는 밀폐부(360)를 형성하여 밀폐부재(380)와 접촉함으로써 밀폐되도록 구성하였으나, 밀폐부재(380)에 의해 프리프레그 평판(L)이 가압될 수 있는 범위 내에서 다양하게 변 경 적용이 가능할 것이다.

즉, 밀폐부(360)를 형성하지 않고 포밍금형(300) 상면 테두리부에 씰런트를 구비하고 이러한 씰러와 밀폐부재(380)의 접촉에 의해 밀폐되도록 구성할 수도 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 프리프레그 평판 적층 시에 적층금형에 구비된 요철형성부를 통해 프리프레그 평판에 인위적인 내부 굴곡이 형성되도록 구성하였고, 프리프레그 평판의 외측과 내측에 온도 구배를 두고 가열하였으며, 경질탄성부재를 프리프레그 평판 상면에 압착시켜 간접 성형되도록 하였다.

따라서, 프리프레그 평판의 외측 폭이 곡률에 의해 감소하는 것을 최소화 하였고, 내측 프리프레그의 온도에 의한 강성 감소를 줄였으며 표면에 압착된 경질탄성부재에 의해 주름이 돌출되는 것을 물리적으로 억제하였다.

이로써 복합재료의 내측면에는 주름 발생이 억제되므로 불량율이 감소하여 가격 경쟁력이 향상되는 이점이 있다.

Claims (9)

1. 프리프레그(prepreg:수지(樹脂) 침투 가공재(加工材))를 적층금형에 적층하여 프리프레그 평판을 형성하는 적층단계와,

   상기 프리프레그 평판을 포밍금형에 안착하여 가열하는 가열단계와,

   상기 포밍금형을 이용하여 프리프레그 평판의 적어도 일부가 곡률을 갖도록 성형하는 성형단계를 포함하여 이루어지며,

   상기 적층단계에서,

   상기 프리프레그 평판 일측에는 하나 이상의 내부 굴곡이 형성됨을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 적층단계는,

   상기 적층금형 일측에 함몰 형성된 요철형성부 내부에 상기 프리프레그의 일부를 수용하여 내부 굴곡을 형성하는 과정임을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 적층단계에서, 상기 프리프레그는 적층장치의 롤러에 의해 가압되어 요철형성부 내부에 일부가 수용되는 것을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 롤러의 직경은 요철형성부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층단계에서,

   상기 내부 굴곡은 프리프레그 평판의 일 방향으로 갈수록 곡률반경이 감소하는 것을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 적층단계에서,

   상기 내부 굴곡은 프리프레그 평판의 중앙에서 외측방향으로 갈수록 이격 간격이 커지는 것을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 가열단계에서,

   상기 프리프레그 평판은 상부와 하부가 서로 다른 온도로 가열되어 온도 구배를 갖는 것을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 가열단계에서,

   상기 프리프레그 평판은 포밍금형으로부터 멀어질수록 낮은 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.
9. 제 8 에 있어서, 상기 성형단계에서,

   상기 프리프레그 평판은 일면에 경질탄성부재가 접촉한 상태로 가압 성형되는 것을 특징으로 하는 곡면을 구비한 복합재료의 제조방법.

Images