KR20110130610A - Manufacturing method for composite sandwiches - Google Patents

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KR20110130610A KR1020100050017A KR20100050017A KR20110130610A KR 20110130610 A KR20110130610 A KR 20110130610A KR 1020100050017 A KR1020100050017 A KR 1020100050017A KR 20100050017 A KR20100050017 A KR 20100050017A KR 20110130610 A KR20110130610 A KR 20110130610A
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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of a composite sandwich material is provided to prevent damage to a core during a molding process due to high pressure. CONSTITUTION: A manufacturing method of a composite sandwich material is as follows. A first surface material(20) is touched with the outside or inside a mold(10) and is molded under first atmospheric pressure using a vacuum bag. A core(30) and a second surface material(22) are located at the top of the first surface material in order and is molded under second atmospheric pressure using the vacuum bag. The first atmospheric pressure is different from the second atmospheric pressure.

Description

복합재 샌드위치 제조방법{Manufacturing Method for Composite Sandwiches}Manufacturing Method for Composite Sandwiches

본 발명은 복합재 샌드위치 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조물의 무게를 줄이고 강도와 강성을 높일 수 있는 복합재 샌드위치 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite sandwich manufacturing method, and more particularly to a composite sandwich manufacturing method that can reduce the weight of the structure and increase the strength and rigidity.

종래 기술에 따른 복합재 샌드위치를 제작하는 방법은 일체성형(co-curing)으로 한 차례의 성형하는 방법을 이용한다. 즉 몰드에 면재와 심재, 또 다른 면재를 위치시킨다. 그리고 진공백 내부를 진공으로 설정한 후에 오토클레이브(Autoclave)에서 넣어서 고온과 고압을 가하게 된다. 다시 말해서 종래 기술에서는 일체성형, 즉 하나의 기압과 하나의 압력 하에서 면재, 심재 또 다른 면재를 성형한다.The method for manufacturing a composite sandwich according to the prior art uses a method of forming one time by co-curing. In other words, the face material and the core material, another face material is placed in the mold. Then, the inside of the vacuum bag is set to a vacuum, and then put in an autoclave to apply high temperature and high pressure. In other words, in the prior art, the face member, the core member and the other face member are molded in one piece, that is, under one air pressure and one pressure.

그러나 종래 기술에 따른 복합재 샌드위치의 제조방법에 따르면 곡률이 있거나 형태가 복잡한 구조물에는 면재가 몰드에 충분히 접촉하지 않아 면재에 결함이 발생(기포의 발생 등)하거나　표면의 거칠기 상태가 양호하지 못한다는 문제가 있다. 또한 종래 기술에 따른 복합재 샌드위치에서 심재가 가공 중에 적용되는 높은 기압에서는 심재의 파손이 발생할 수 있다. However, according to the manufacturing method of the composite sandwich according to the prior art, in the structure with curvature or complex shape, the face material does not come into contact with the mold enough to cause defects in the face material (such as bubbles) or the roughness of the surface is not good. There is. In addition, in the composite sandwich according to the prior art, the breakage of the core may occur at high air pressure when the core is applied during processing.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 강성이 강화된 복합재 샌드위치를 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing a composite sandwich reinforced with rigidity.

본 발명은 면재가 몰드의 형상을 따라 충분히 변형되고, 가공 중에 높은 압력에 의해서 심재의 파손이 발생하지 않는 복합재 샌드위치 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method for producing a composite sandwich in which the face material is sufficiently deformed along the shape of the mold and breakage of the core material does not occur due to high pressure during processing.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 몰드의 외부 또는 내부에 제1면재를 접촉시키고 제1기압 하에서 진공백을 이용해서 성형하는 제1공정; 및 상기 제1공정이 완료된 후에 제2기압 하에서, 상기 제1면재에 심재와 제2면재를 차례대로 위치시키고 진공백을 이용해서 성형하는 제2공정;을 포함하고, 상기 제1기압은 상기 제2기압과 다른 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a first step of contacting the first surface member to the outside or inside of the mold and molding using a vacuum bag under a first atmosphere; And a second step of placing the core material and the second face material in the first face material in order and molding using a vacuum bag after the first step is completed, wherein the first air pressure is the first pressure. It provides a method for producing a composite sandwich, characterized in that different from the 2 atm.

또한 상기 제1기압은 상기 제2기압보다 높고, 상기 제1기압은 상기 제2기압보다 2배 높은 것이 바람직하다.In addition, the first air pressure is higher than the second air pressure, and the first air pressure is preferably two times higher than the second air pressure.

상기 제2공정에서 상기 제2기압이 대기압과 동일해지면 진공백 내부를 릴리즈시켜 진공백 내부가 외부 기압과 동일하도록 할 수 있다.In the second process, when the second air pressure becomes equal to atmospheric pressure, the inside of the vacuum bag may be released to make the inside of the vacuum bag equal to the external air pressure.

이때 상기 제1공정과 상기 제2공정에서 온도 변화는 동일한 것이 가능하다.In this case, the temperature change in the first process and the second process may be the same.

본 발명에 따르면 제조되는 복합재 샌드위치의 강성이 강화될 수 있다. According to the invention the rigidity of the composite sandwich produced can be enhanced.

또한 본 발명에 따르면 정도가 심한 굴곡형상을 갖는 복합재 샌드위치를 제작할 수 있고, 성형 중에 압력에 의해서 심재가 파손되는 위험을 줄일 수 있다.In addition, according to the present invention can produce a composite sandwich having a severely curved shape, it is possible to reduce the risk of damage to the core material by the pressure during molding.

도 1은 몰드의 외부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도.
도 2는 몰드의 내부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 제1공정을 도시한 단면도.
도 4는 도 3에서의 압력과 온도의 변화 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 제2공정을 도시한 단면도.
도 6은 도 5에서의 압력과 온도의 변화 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram which shows the state produced using the exterior of a mold.
2 is a schematic diagram showing a state of fabricating using the inside of a mold.
3 is a sectional view showing a first step according to the present invention.
4 is a graph of changes in pressure and temperature in FIG. 3.
5 is a sectional view showing a second process according to the present invention;
6 is a graph of changes in pressure and temperature in FIG. 5.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.

도 1은 몰드의 외부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도이다. 이하 도 1을 참조해서 설명한다.1 is a schematic view showing a state of fabricating using the outside of a mold. A description with reference to FIG. 1 is as follows.

본 발명에 따른 제조방법에서는 몰드(10)의 외부에는 우선 제1면재(20)가 위치하고, 순차적으로 심재(core)(30) 와 제2면재(22)가 위치하는 방식으로 성형이 이루어진다.In the manufacturing method according to the present invention, the first face member 20 is first positioned outside the mold 10, and the molding is performed in such a manner that the core 30 and the second face member 22 are sequentially positioned.

도 2는 몰드의 내부를 이용해서 제작하는 상태를 도시한 개략도이다. 이하 도 2를 참조해서 설명한다.2 is a schematic view showing a state of fabricating using the inside of a mold. A description with reference to FIG. 2 is as follows.

또한 본 발명에 다른 제조방법에서는 몰드(10)의 내부에 우선 제1면재(20)가 위치하고, 순차적으로 심재(30)와 제2면재(22)가 위치하는 방식으로 성형이 이루어 진다.In addition, in another manufacturing method according to the present invention, the first face material 20 is first positioned inside the mold 10, and the molding is performed in such a manner that the core material 30 and the second face material 22 are sequentially located.

본 발명에서 이용하는 진공백 성형(Vacuum bag molding)은 강화플라스틱용 저압성형의 일종이며, 몰드 표면에 적층성형재료를 핸드레이업한 뒤 탄성 고무막을 사용하여 이것을 덮고 몰드와 탄성 고무막과의 사이의 공기를 빼므로서 대기압으로 가압하는 방식이며, 저압성형용열경화성 플라스틱을 함침한 적층성형재료를 자형에 밀착시킨 뒤 경화 시켜서 적층제품을 얻는 방법이다. Vacuum bag molding used in the present invention is a kind of low pressure molding for reinforcement plastics, and after laminating the laminated molding material on the surface of the mold, covering it with an elastic rubber film and covering the mold with the elastic rubber film. It is a method to pressurize to atmospheric pressure by releasing air, and it is a method of obtaining a laminated product by hardening the laminated molding material impregnated with a low-pressure molding thermosetting plastic to a magnetic shape and then curing it.

진공백 성형은 어느 정도 경화된 매트릭스에 방향이 잡힌 섬유를 포함한 프리프레그(prepreg)를 진공백(vaccum bag)에 넣고 열과 압력을 가하여 경화시키는 방법이다. 여기에 사용되는 진공장치는 최종제품에 기포가 포함되지 않도록 하기 위해 부착되며, 압력이 가해짐과 함께 치밀화와 경화가 이루어진다. 성형과정에 따라 압력용기에 반제품을 넣고 가압, 가열하여 구조물이 제조되는데, 용량이 허용되는 범위 내에서 복잡한 형상과 요구되는 크기의 구조물을 몇 개라도 동시에 성형할 수 있다. 그래서 크가가 대형이나 형상이 복잡해서 압축성형법으로 제작할 수 없거나, 제품 생산 수량이 많지 않아 금형 제작이 어려운 경우에 사용되며, 우주항공용 복합재료 부품 및 시제품 제작, 항공기 부품 접착 등에 많이 쓰인다. 고품질의 대형성형품이 얻어지는 이점이 있으나 배치(batch)식으로 이루어지기 때문에 경화 사이클이 길고, 가동하는 데 필요한 생산비용이 높은 단점이 있다.Vacuum bag molding is a method in which a prepreg containing fibers oriented to a somewhat cured matrix is placed in a vaccum bag and cured by applying heat and pressure. The vacuum device used here is attached to prevent bubbles from being included in the final product, and is densified and cured with pressure. According to the molding process, the semi-finished product is put in a pressure vessel, pressurized, and heated to manufacture a structure, and any number of structures having a complex shape and a required size can be simultaneously formed within a capacity allowable range. Therefore, it is used when it is difficult to manufacture mold due to large size or complex shape and cannot be manufactured by compression molding method or because the quantity of production is not large, and it is used for aerospace composite parts and prototypes, aircraft parts adhesion. Although there is an advantage of obtaining a large molded article of high quality, it has a disadvantage of having a long curing cycle and a high production cost required for operation because it is made in a batch type.

도 3과 도 5는 도 2에 따라 복합재 샌드위치를 만드는 과정을 도시한 단면도이다.3 and 5 are cross-sectional views showing a process of making a composite sandwich according to FIG.

도 3은 본 발명에 따른 제1공정을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에서의 압력과 온도의 변화 그래프이다. 이하 도 3 및 도 4를 참조해서 설명한다.3 is a cross-sectional view showing a first process according to the present invention, Figure 4 is a graph of the change in pressure and temperature in FIG. A description with reference to FIGS. 3 and 4 is as follows.

제1공정에서는 제1기압 하에서 진공백(50)을 이용해서 성형한다. 우선 몰드(10)의 내부에 제1면재(20)를 위치시키고, 상기 제1면재(20)의 상면에는 릴리즈 패브릭(40)을 도포한다. 상기 제1면재(20)를 진공백(50)으로 감싸고, 상기 진공백(50)의 양단에는 밀폐제(54)를 위치시킨다. 그리고 진공 장치(52)를 이용해서 상기 진공백(50)의 내부를 진공으로 만들고 진공 성형을 수행한다. 이때 진공 장치(52)의 연장된 부분(미도시)이 오토클래이브의 외부로 노출되어 있는 것이 바람직하다. 즉 오토클래이브 내에서 압력과 온도가 변화되는 동안에 상기 진공 장치(52)에 의해서 상기 진공백(50) 내부는 진공이 유지될 수 있다.In the first step, molding is performed using the vacuum bag 50 under the first atmosphere. First, the first face member 20 is positioned inside the mold 10, and a release fabric 40 is applied to the upper surface of the first face member 20. The first face member 20 is wrapped in a vacuum bag 50, and a sealant 54 is positioned at both ends of the vacuum bag 50. Then, the inside of the vacuum bag 50 is vacuumed by using the vacuum device 52 and vacuum molding is performed. At this time, it is preferable that the extended portion (not shown) of the vacuum device 52 is exposed to the outside of the autoclave. That is, the vacuum inside the vacuum bag 50 may be maintained by the vacuum device 52 while the pressure and the temperature are changed in the autoclave.

진공 성형은 오토클래이브 내에서 수행되는데, 오토클래이브 내부가 상기 제1기압으로 이루어진다. 상기 제1기압은 최종적으로 6기압을 이루도록 가압하고, 온도는 섭씨 80℃에서 소정 시간 동안 유지되다가 최종적으로 섭씨 120℃를 이루도록 한다. 상기 제1면재(20)는 6기압의 높은 압력으로 성형하게 되므로, 상기 제1면재(20)가 상기 몰드(10)의 표면에 밀착되도록 접촉할 수 있고, 표면 상태가 양호하며 결함이 발생되지 않는다.Vacuum molding is performed in the autoclave, where the interior of the autoclave is at the first atmospheric pressure. The first air pressure is finally pressurized to achieve 6 atm, and the temperature is maintained at 80 ° C. for a predetermined time to finally achieve 120 ° C. Since the first face member 20 is molded at a high pressure of 6 atm, the first face member 20 may be in contact with the surface of the mold 10 to be in close contact, and the surface state is good and no defect is generated. Do not.

도 5는 본 발명에 따른 제2공정을 도시한 단면도이고 도 6은 도 5에서의 압력과 온도의 변화 그래프이다. 이하 도 5 및 도 6을 참조해서 설명한다.5 is a cross-sectional view illustrating a second process according to the present invention, and FIG. 6 is a graph showing changes in pressure and temperature in FIG. 5. A description with reference to FIGS. 5 and 6 is as follows.

제2공정에서는 제2기압 하에서 진공백(50)을 이용해서 성형하게 된다. 상기 몰드(10)의 내부에 위치한 상기 제1면재(20)는 1차 성형으로 가공이 완료된 상태이다. 상기 제1면재(20)에 심재(30)와 제2면재(22)를 차례로 위치시킨다. 그리고 상기 제2면재(22)의 상부에 릴리즈 패브릭(releas fabric and breather)(40)를 도포시키고, 그 외부를 진공백(50)으로 둘러싼다. 상기 진공백(50)의 양단과 상기 몰드(10)의 표면에는 밀폐제(54)를 위치시켜 상기 진공백(50) 내부의 압력이 외부에 무관하게 조절될 수 있도록 한다. 그리고 상기 진공백(50)에 설치된 진공 장치(52)를 이용해서 상기 진공백(50) 내부를 진공으로 만든다.In the second step, molding is performed using the vacuum bag 50 under the second atmosphere. The first face member 20 located inside the mold 10 is in a state in which processing is completed by primary molding. The core material 30 and the second surface material 22 are sequentially positioned on the first surface material 20. And a release fabric (releas fabric and breather) 40 is applied to the upper portion of the second face material 22, the outside of the vacuum bag 50 is surrounded. Both ends of the vacuum bag 50 and the surface of the mold 10 to place the sealant 54 so that the pressure inside the vacuum bag 50 can be controlled irrespective of the outside. The inside of the vacuum bag 50 is vacuumed using the vacuum device 52 installed in the vacuum bag 50.

제2공정에서는 적용되는 제2기압은 최종적으로 3기압을 이룬다. 상기 제1기압은 상기 제2기압보다 높은데, 특히 상기 제1기압은 상기 제2기압보다 2배 높은 것이 가능하다.In the second process, the second applied air pressure finally reaches 3 atmospheres. The first air pressure is higher than the second air pressure, and in particular, the first air pressure may be twice as high as the second air pressure.

반면에 제1공정에서는 제1면재(20) 자체의 성형 압력을 사용하고, 상기 제2기압은 심재(30)의 특성과 접착재의 특성을 고려하여 조절하는 것이 바람직하다. 제2공정에서는 심재(30)가 추가되고, 심재(30)는 높은 압력에 노출되는 경우에는 파손될 수 있는 위험이 있기 때문이다. 제1공정에서는 심재(30)를 적용하지 않은 상태에서 높은 기압에서 성형을 하고, 제2공정에서는 심재(30)를 적용하였기 때문에 상대적으로 낮은 기압에서 성형을 한다.On the other hand, in the first step, the molding pressure of the first face member 20 itself is used, and the second atmospheric pressure is preferably adjusted in consideration of the characteristics of the core member 30 and the adhesive member. This is because the core material 30 is added in the second process, and the core material 30 may be damaged when exposed to high pressure. In the first step, the molding is performed at a high air pressure without applying the core material 30, and in the second step, the molding is performed at a relatively low air pressure because the core material 30 is applied.

한편 제2공정에서는 진공백(50) 외부의 제2기압이 대기압과 유사한 압력에 도달하면 진공백(50) 내부를 대기압에 노출시킨다. 상기 진공 장치(52)의 일단(미도시)은 오토클래이브의 외부로 노출되어 있기 때문에 오토클래이브 내부가 아닌, 상기 진공백(50) 내부를 대기압과 동일한 압력으로 릴리즈시키는 것이 가능하다. 상기 진공백(50) 내부가 릴리즈되는 순간은 제2기압이 1기압 이상인 점이 바람직하다. 이에 의해서 상기 제2면재(22)에 포함되어 있는 고분자 수지의 유동을 줄이고 심재(30)의 파손을 최소화 할 수 있다.In the second process, when the second air pressure outside the vacuum bag 50 reaches a pressure similar to the atmospheric pressure, the inside of the vacuum bag 50 is exposed to atmospheric pressure. Since one end (not shown) of the vacuum device 52 is exposed to the outside of the autoclave, it is possible to release the inside of the vacuum bag 50 to the same pressure as the atmospheric pressure, not inside the autoclave. When the inside of the vacuum bag 50 is released, it is preferable that the second air pressure is 1 atm or more. As a result, it is possible to reduce the flow of the polymer resin included in the second face material 22 and to minimize the breakage of the core material 30.

그리고 제2공정에서 적용되는 온도는 제1공정에서 적용되는 온도와 동일하다. 제2공정에서는 섭씨 80℃가 소정 시간 동안 유지되다가, 소정 시간이 경과한 후에는 섭씨 120℃로 변화된다. The temperature applied in the second step is the same as the temperature applied in the first step. In the second process, 80 degrees Celsius is maintained for a predetermined time, and after a predetermined time elapses, the temperature is changed to 120 degrees Celsius.

상술한 예는 도 2에 도시된 바와 같이 몰드의 내부를 이용해서 복합재 샌드위치를 성형하는 과정을 설명한 것이다. 이와는 달리 도 1에 도시된 바와 같이 몰드의 외부를 이용해서 복합재 샌드위치를 성형하는 과정도 동일하게 수행될 수 있다. 두 가지 경우에서 차이는 몰드의 외부 또는 내부를 이용하는 점에서만 차이가 있다.The above-described example illustrates the process of molding the composite sandwich using the inside of the mold as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 1, the process of molding the composite sandwich using the outside of the mold may be performed in the same manner. In both cases the difference is only in terms of using the outside or the inside of the mold.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and as can be seen in the appended claims, modifications can be made by those skilled in the art to which the invention pertains, and such modifications are within the scope of the present invention.

10: 몰드 20: 제1면재
22: 제2면재 30: 심재10: mold 20: first surface material
22: 2nd face material 30: heartwood

Claims (4)

몰드의 외부 또는 내부에 제1면재를 접촉시키고 제1기압 하에서 진공백을 이용해서 성형하는 제1공정; 및
상기 제1공정이 완료된 후에 제2기압 하에서, 상기 제1면재에 심재와 제2면재를 차례대로 위치시키고 진공백을 이용해서 성형하는 제2공정;을 포함하고,
상기 제1기압은 상기 제2기압과 다른 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.A first step of bringing the first face material into contact with the inside or outside of the mold and molding using a vacuum bag under a first atmosphere; And
And a second step of placing the core material and the second face material in the first face material in order and molding using a vacuum bag after the first step is completed, under a second pressure.
Wherein said first pressure is different from said second pressure. 제1항에 있어서,
상기 제1기압은 상기 제2기압보다 2배 높은 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.The method of claim 1,
The first atmosphere is a composite sandwich manufacturing method, characterized in that twice higher than the second pressure. 제2항에 있어서,
상기 제2공정에서 상기 제2기압이 대기압과 동일해지면 진공백 내부를 릴리즈시켜 진공백 내부가 외부 기압과 동일하도록 하는 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.The method of claim 2,
And in the second step, when the second air pressure becomes equal to atmospheric pressure, the inside of the vacuum bag is released to make the inside of the vacuum bag equal to the external air pressure. 제2항에 있어서,
상기 제1공정과 상기 제2공정에서 온도 변화는 동일한 것을 특징으로 하는 복합재 샌드위치 제조방법.The method of claim 2,
Method for producing a composite sandwich, characterized in that the temperature change in the first step and the second step is the same.
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KR20200057469A (en) * 2018-11-16 2020-05-26 한국항공우주연구원 Method of Manufacturing the composite sandwich structure

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