KR20110058920A - 복합부재의 표면 기포 제거 및 적층 소재들간의 박리현상 방지를 위한 진공성형방법 - Google Patents

복합부재의 표면 기포 제거 및 적층 소재들간의 박리현상 방지를 위한 진공성형방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합부재의 성형시 표리(表裏) 면이 매끄럽고, 복합부재 표면의 기포 제거 및 경화반응중 발생하는 잉여가스의 발생으로 인해 직물층(fiber layer)간에 박리(delamination)되는 현상을 방지하기 위한 것을 특징으로 하는 복합부재의 표면 기포 제거 및 적층 소재들간의 박리현상 방지를 위한 진공성형방법에 관한 것으로, 스틸금형 또는 FRP 몰드와 같은 본딩 수단(bonding tool)에 도포하는 폴리에스테르 또는 에폭시 또는 비닐에스테르 또는 페놀과 같은 겔코트제와 복합부재의 적층 소재들간 경화반응 중에 발생하는 가스를 유리섬유직물(glass fabric) 또는 탄소섬유직물(carbon fabric)과 같은 생단이 흡수함으로써, 금형으로부터 복합부재를 탈형 시 복합부재의 표리(表裏) 면이 매끄럽게 되고 성형불량의 발생이 없으며, 끝손질을 위한 후공정을 줄일 수 있어 생산성이 높은 것이 장점이다.
복합부재, 진공성형, 금형, 핸드레이업(hand lay-up) 방식, 겔코트제, 생단, 프리프레그

Description

복합부재의 표면 기포 제거 및 적층 소재들간의 박리현상 방지를 위한 진공성형방법{VACUUM BAGGING MOLDING METHOD FOR REMOVING POROSITY ON SURFACE AND DELAMINATION BETWEEN LAYERS OF FIBER IN COMPOSITE MATERIAL}
본 발명은 복합부재의 표면 기포 제거 및 적층 소재들간의 박리현상 방지를 위한 진공성형방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합부재의 성형시 표리(表裏) 면을 매끄럽게 하고, 동시에 경화반응중 발생하는 잉여의 가스를 생단이 흡수함으로써 직물층(fiber layer) 간에 박리되는 문제를 해결할 수 있도록 진공성형(Vacuum bagging moulding)하는 것을 특징으로 하는 복합부재의 표면 기포 제거 및 적층 소재들간의 박리현상 방지를 위한 진공성형방법에 관한 하는 것이다.
일반적으로 합성수지를 사용한 복합부재들의 경우에는 핸드레이업(hand lay-up) 방식으로 프리프레그(prepreg)를 사용하여 진공성형에 의해 성형시키는 방법이 일반적이다.
페놀 프리프레그를 사용하는 진공성형 기술의 경우 종래의 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 금형(10)에 먼저 프리프레그(20)를 여러장 적층시킨 후 그 외부에 이형필름, 브리더, 진공필름(40)을 덮은 다음 진공을 가하여 복합재료를 140±10℃에서 6±1.5 시간 성형시켜 복합부재를 제조하게 된다.
상기와 같은 종래의 방법에 의해 복합재료를 성형시킬 경우에는 금형(10)에 직접 1차 프리프레그(20)를 적층시킴에 따라 금형(10)과 프리프레그(20)의 접촉 면에서 다량의 기포가 발생하게 때문에 복합재료의 표리(表裏) 면이 성형시 발생하는 기포에 의해 매끄럽지 못하고 기포가 많아 마무리 공정에서 많은 시간과 인력이 소요될 뿐만 아니라, 경화반응 중 적층된 프리프레그 소재들 사이에 발생하는 다량의 가스 발생으로 적층소재들간의 박리문제 및 수지 끓음 문제로 인하여 제품에 불량이 많이 발생하여 비생산적인 문제점이 많이 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 본 발명은 핸드레이업 공법과 진공성형공법을 접목하여 먼저, 핸드레이업(hand lay-up) 공법을 이용하여 금형 면에 겔코트를 도포한 다음 생단 1장을 적층한 다음 수지로 이를 함침시킨 후, 진공성형 공법을 이용하여 프리프레그 1장/생단 1장/프리프레그 1장을 기본 적층단위부재로 하여 원하는 두께만큼 층(layer)을 계속 적층시킨 다음, 그 외부에 이형필름, 브리더, 진공필름을 덮은 다음 진공을 가하여 복합재료를 성형시킴으로써, 금형에 도포한 겔코트제에 의해 성형시 복합부재의 적층 소재들간에 발생하는 가스를 복합부재 외부로 제거함에 따라 탈형 시 복합부재의 표리(表裏) 면이 매끄러워 불량률의 발생이 거의 없고, 끝손질공정을 줄일 수 있어 생산성이 높은 것을 특징으로 하는 복합부재의 기포를 제거하기 위한 진공성형방법을 제공함을 과제로 한다.
그리고, 본 발명은 겔코트와 프리프레그간의 박리문제와 프리프레그 제품의 가장 큰 단점인 표면의 기포를 제거하기 위해 겔코트와 프리프레그 사이에 생단 1장을 적용하였으며 그 결과 프리프레그 제품의 가장 큰 단점인 표면의 기포를 제거하여 적층소재들 간의 박리문제 및 복합재료의 성형 불량이 없도록 한 것을 특징으로 하는 복합부재의 기포를 제거하기 위한 진공성형방법을 제공함을 다른 과제로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 복합재료의 진공성형방법은 핸드레이업(hand lay-up) 방식의 장점과 진공 성형의 장점을 부가시킨 공법으로, 복합재료의 표리(表裏) 면에 발생하는 기포가 없고 매끄러운 면을 획득함과 동시에 경화반응중 발생하는 잉여의 가스를 생단이 흡수함으로써 보다 향상된 제품을 제조할 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 복합부재의 진공성형방법에 있어서,
금형 면에 겔코트를 도포한 다음 생단 1장을 적층한 다음 합성수지로 생단을 함침시키는 핸드레이업(hand lay-up) 공법과;
생단의 상부면에 적층 기본단위층 부재를 반복하여 적층시킨 다음 그 외부에 이형필름, 브리더, 진공필름을 덮은 다음 진공을 가하는 진공성형 공법;에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 복합부재의 진공성형방법을 과제 해결 수단으로 한다.
본 발명에서 상기 생단은 유리섬유, 탄소섬유 또는 케블라섬유이고,
상기 합성수지는 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 비닐에스테르계 수지, 페놀계 수지 중에서 1종 또는 그 이상을 선택 사용하며,
상기 기본단위층 부재는 프리프레그 1장/생단 1장/프리프레그 1장을 기본단위층으로 하는 것이 바람직하며,
상기 프리프레그(prepreg)는 유리섬유직물(glass Fiber) 또는 탄소섬유직 물(carbon Fiber) 1장에 폴리에스터(polyester) 수지, 에폭시(epoxy) 수지 또는 페놀(phenolic) 수지를 함침시킨 프리프레그(prepreg)인 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 스틸금형 또는 FRP 몰드와 같은 본딩 수단(bonding tool)에 도포하는 폴리에스테르 또는 에폭시 또는 비닐에스테르 또는 페놀과 같은 겔코트제와 복합부재의 적층 소재들간 경화반응 중에 발생하는 가스를 유리섬유직물(glass fabric) 또는 탄소섬유직물(carbon fabric)과 같은 생단이 흡수함으로써, 금형으로부터 복합부재를 탈형 시 복합부재의 표리(表裏) 면이 매끄럽게 되고 성형불량의 발생이 없으며, 끝손질을 위한 후공정을 줄일 수 있어 생산성이 높은 것이 장점이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면인 도 2 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명하며, 도 2 내지 도 4에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 복합부재의 진공성형방법 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. .
본 발명에서, 도 2는 본 발명에 따른 실시 예로서, 복합부재를 적층시키는 공정과정을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 실시 예로서, 복합부재를 적층시킨 단면을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 실시 예로서, 도 3의 기본단위층 부재를 확대하여 나타낸 도면에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 복합부재의 진공성형방법을 첨부된 도면인 도 2 내지 도 4를 중심으로 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.
본 발명은 핸드레이업(hand lay-up) 방식에 의한 진공성형방법에 의해 복합부재가 성형되어지는 공법으로, 핸드레이업(hand lay-up) 방식의 장점과 진공성형(Vacuum bagging moulding) 방식의 장점을 종합적으로 채택한 공법으로 복합부재를 금형(10)으로부터 탈형 후 복합부재의 표면에 발생하는 기포를 완벽하게 처리하는 공법이다.
본 발명은 복합부재의 진공성형방법에 있어서,
금형(10) 면에 겔코트를 도포한 다음 생단(30) 1장을 적층한 다음 합성수지로 생단(30)을 함침시키는 핸드레이업(hand lay-up) 공법과;
생단(30)의 상부면에 적층 기본단위층 부재를 반복하여 적층시킨 다음 그 외부에 이형필름(50), 브리더(60), 진공필름(70)을 덮은 다음 진공을 가하는 진공성형 공법;에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 복합부재의 진공성형방법에 관한 것이다.
본 발명은 크게 핸드레이업 공법과 진공성형 공법에 의해 복합부재가 성형되어지며, 도 2에 도시된 바와 같이 핸드레이업 공법은 겔코팅 공정(S100), 생단 적층공정(S200) 및 합성수지 도포공정(S300)을 거치며, 진공성형 공법은 단위부재를 원하고자 하는 설계의 조건에 따라 수차례 반복하여 적층시키는 단위부재 적층공정(S400)과 씰링(sealing)공정(S500) 및 진공성형공정(S600)을 거쳐 복합부재가 성형 제작되어진다.
이하 본 발명에 따른 복합부재의 진공성형방법을 각 공정별로 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따라 성형되는 복합부재는 핸드레이업 공법에 의해 먼저, 금형(10)의 상부에 겔코트제(20)를 도포하는 겔코팅 공정(S100)을 실시한다.
상기 겔코트제(20)의 두께는 통상적으로 0.5~0.8 mm가 바람직하며, 겔코트제의 두께가 0.5 mm 미만이 될 경우에는 도막의 두께가 너무 얇아 표면의 매끄러움(smootheness)을 획득할 수 없을 우려가 있고, 겔코트제의 두께가 0.8 mm를 초과할 경우에는 겔코팅층의 두께가 너무 두꺼워 고온에서 성형중 겔코트 자체에 크랙(crack)이 발생할 수 있다.
또한 상기 겔코트제(20)는 요구되는 기계적 물성에 따라 폴리에스테르, 에폭시, 비닐에스테르, 페놀계를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 생단 적층공정(S200)에서 사용하는 생단(30)은 유리섬유, 탄소섬유 또는 케블라섬유 등으로서, 금형(10) 상부 면에 생단(30)을 적층시킨 다음 합성수지 도포공정(S300)에서 롤러 또는 브러쉬 등을 이용하여 합성수지를 생단(30)에 충분히 함침시킨다.
상기 합성수지는 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 비닐에스테르계 수지, 페놀계 수지 중에서 1종 또는 그 이상을 선택 사용하는 것이 바람직하다.
본 공정에서 합성수지의 함침량은 직물 50~60 중량%에 합성수지 40~50 중량%를 주입시켜 직물에 함침시키는 것이 바람직하다. 직물층에 함침시키는 합성수지의 주입량이 40 중량% 미만이 될 경우에는 후공정에서 제작되어지는 프리프레그 판재의 성형성이 저하할 우려가 있고, 합성수지의 주입량이 50 중량%를 초과할 경우에는 합성수지 주입량에 비해 상대적으로 직물의 함량이 적어짐에 따라 기계적 물성이 저하할 우려가 있다.
그리고 본 발명에 따라 성형되는 복합부재는 상기와 같은 핸드레이업 공법을 거친 다음 진공성형 공법을 실시한다.
본 발명에서 단위부재 적층공정(S400)은 합성수지를 함침시킨 생단(30)의 상부면에 기본 단위층 부재(40a,40b,40c,40d)를 설계의 조건에 따라 반복 적층시키는 공정으로, 상기 기본단위층 부재는 도 4에 도시된 바와 같이 프리프레그(80) 1장/생단(30) 1장/프리프레그(80) 1장을 기본단위층으로 한다.
본 발명에서 사용하는 프리프레그(80)는 유리섬유(glass Fiber) 또는탄소섬유(carbon Fiber) 직물에 폴리에스터(polyester) 수지, 에폭시(epoxy) 수지 또는 페놀(phenolic) 수지를를 함침시킨 프리프레그인 것이 바람직하다.
상기 프리프레그(20)는 한 겹 또는 여러 겹으로 적층시켜 전체 두께가 설계자가 원하는 두께를 형성시켜준다.
본 발명에 따른 핸드레이업 공법은 하나로 된 성형금형(10)의 상면에 오픈된 상태로 형성되어있는 성형홈의 바닥에 먼저 겔코팅을 한 다음 반경화가 이루어졌을때 생단(30)을 깔아놓고 그 상부에 폴리에스터(polyester) 또는 에폭시(epoxy) 수지액을 생단(30) 위에 부어주고 수동롤러를 이용하여 합성수지액이 생단(30)에 함침되게 도포하여 0.1~1.0mm 범위의 일정한 두께의 1차로 생단 적층을 형성시킨다.
그리고 상기 생단 적층공정(S200) 및 합성수지 도포공정(S300)을 완료하고 난 다음 프리프레그(80) 1장/생단(30) 1장/프리프레그(80) 1장을 기본단위부재로 하여 원하는 두께만큼 반복하여 더 실시하는 단위부재 적층공정(S400)을 실시한다.
이때 주의할 점은 상기 기본단위부재에 사용하는 생단(30)은 절대로 합성수지에 함침시켜서는 아니된다.
본 발명에서 기본 단위층 부재의 적층회수는 도 3에서는 4회 반복하여 적층되는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 일례에 불과한 것으로 반복 적층회수는 한정된 것이 아니고, 설계 조건에 따라 변경될 수 있으며, 통상적으로 상기 단위부재층은 3~10회 정도 반복하여 적층시키는 것이 바람직하다.
상기에서 합성수지는 폴리에스터(polyester) 수지 또는 에폭시(epoxy) 수지인 것이 바람직하다.
마지막 공정으로 상기와 같은 방법에 의해 적층시킨 소재의 외부에 진공필름(40)으로 씰링(sealing)작업을 하는 씰링(sealing)공정(S500)을 거친 다음 감압시켜 진공상태를 유지하는 진공성형공정(S600)을 실시하여 본 발명에 따른 복합부재가 제조되어진다.
상기 진공성형공정(S600)에서는 진공 필름(70)으로 씰링(sealing)한 성형용 적층 소재를 드라이오븐 또는 오토클레이브와 같은 가열로에 투입하여, 125~150℃ 사이의 고온에서 6±2시간 정도 성형한다. 이때, 성형과정에서 80~110℃의 온도에서 유리섬유 또는 탄소섬유 프리프레그에 기함침 되어 있던 수지가 수지 흐름(resin flow) 현상에 의해 골고루 분산되어서 프리프레그 층간간의 접착이 이루어지고, 또한 겔코트와 유리섬유 또는 탄소섬유 직물간의 접착도 동시에 이루어진다.
통상적으로 상기공정에서 실시하는 진공압은 -722 ~ -798 mmHg 진공압으로 실시하는 것이 바람직하다.
위와 같이 본 발명은 상기한 공정으로 인해 복합부재의 성형이 완료되면 제품 표면의 기포가 거의 없고, 매끄러운 면을 갖는 복합부재가 제조함으로써, 마무리공정에서 많은 시간을 아낄 수가 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합부재의 기포를 제거하기 위한 진공성형방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 핸드레이업(hand lay-up) 방식에 의해 복합부재를 적층시킨 단면을 분리하여 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 실시 예로서, 복합부재를 적층시키는 공정과정을 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 실시 예로서, 복합부재를 적층시킨 단면을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 실시 예로서, 도 3의 기본단위층 부재를 확대하여 나타낸 도면에 관한 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 금형 20 : 겔코트제
30 : 생단 40 : 단위적층부재
50 : 이형필름 60 : 브리더
70 : 진공필름 80 : 프리프레그(prepreg)

Claims (5)

  1. 복합부재의 진공성형방법에 있어서,
    금형 면에 겔코트를 도포한 다음 생단 1장을 적층한 다음 합성수지로 생단을 함침시키는 핸드레이업(hand lay-up) 공법과;
    생단의 상부면에 적층 기본단위층 부재를 반복하여 적층시킨 다음 그 외부에 이형필름, 브리더, 진공필름을 덮은 다음 진공을 가하는 진공성형 공법;에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 복합부재의 진공성형방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 생단은 유리섬유, 탄소섬유 또는 케블라섬유인 것을 특징으로 하는 복합부재의 진공성형방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 합성수지는 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 비닐에스테르계 수지, 페놀계 수지 중에서 1종 또는 그 이상을 선택 사용하는 것을 특징으로 하는 복합부재의 진공성형방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기본단위층 부재는 프리프레그 1장/생단 1장/프리프레그 1장을 기본단위층으로 하는 것을 특징으로 하는 복합부재의 진공성형방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 프리프레그(prepreg)는 유리섬유직물(glass Fiber) 또는 탄소섬유직물(carbon Fiber)에 폴리에스터(polyester) 수지, 에폭시(epoxy) 수지 또는 페놀(phenolic) 수지를 함침시킨 프리프레그(prepreg)인 것을 특징으로 하는 복합부재의 기포를 제거하기 위한 진공성형방법.
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