KR20120056426A - 복합소재 마스트 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 마스트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합소재 마스트 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 마스트에 관한 것으로, 복합소재를 이용하여 마스트를 제조하는 방법에 있어서; 마스트의 외형에 대응되게 내부 형상이 가공되고, 상하로 분할되어 조립 가능하도록 상부금형과 하부금형을 압출방식으로 제작하는 제1단계와; 상기 상부금형과 하부금형이 형합된 내부에 배치되어 마스트의 내부 형상을 만들도록 내부금형을 압출 제작하는 제2단계와; 상기 내부금형을 사이에 두고 상부금형과 하부금형을 형합하기 전에 복합소재로 된 시트를 배치하는 제3단계와; 상기 시트를 포함하도록 상기 상부금형과 하부금형을 형합하는 제4단계와; 형합된 금형 사이로 수지를 충전한 후 일정시간 동안 경화시키고, 탈형하여 제품화하는 제5단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 마스트 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 마스트 제조용 몰드를 쉽게 제작할 수 있어 인력과 시간 및 비용을 절약하고, 열전도도가 높은 알루미늄을 몰드로 활용함으로써 고온 가업 장비가 있어야만 생산 가능했던 프리프레그(Prepreg)를 이용한 마스트 제작도 가능하며, 외부 형상은 일정하되 내부 두께를 인위적으로 달리 구성하여 마스트의 휘어짐이 가능하게 하여 요트의 주행성능도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

복합소재 마스트 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 마스트{METHOD FOR MANUFACTURING MAST COMPOSED COMPLEX MATERIALS AND MANUFACTURED MAST BY THAT METHOD}

본 발명은 복합소재 마스트 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 마스트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고른 표면과 두께를 다르게 성형할 수 있어 원뿔형 마스트와 같은 특성을 갖도록 한 복합소재 마스트 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 마스트에 관한 것이다.

일반적으로, 마스트(Mast)는 선체의 중심선상의 갑판에 수직으로 세운 기둥으로서, 보통 돛대라고도 한다.

이러한 마스트는 주로 범선에서 돛을 다는데 필요한 기둥으로 사용되었으며, 단마스트(single mast)이각마스트(bipod mast)삼각마스트(tripod mast) 등으로 구분하며, 현재는 주로 요트 등에 사용되고 있다.

예컨대, 도 1의 예시와 같이, 요트의 보드(10) 상면 적소에 마스트(20)를 고정하고, 상기 마스트(20)에 세일(돛)(30)을 달아 마스트(20)로 중심을 잡아가면서 요트를 주행하게 된다.

이와 같이, 마스트(20)는 요트 등과 같이 풍력을 이용하여 선체를 추진시키는데 있어 매우 중요한 요소이다.

따라서, 요트와 같은 수상스포츠에 적용된 마스트(20)는 최대한 경량화되어야 하므로 종래에는 주로 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작하였으나 최근에는 강화플라스틱, 플라스틱강화섬유 등과 같은 복합소재의 출현으로 인해 제조하기 쉽고 비용도 줄일 수 있는 복합소재 쪽으로 서서히 대체되어 가고 있는 추세이다.

그런데, 지금까지 알려진 복합소재를 이용한 마스트 제조방법은 도 2의 예시와 같이, 주로 환형 몰드(40)에 복합소재(50)를 적층한 후 복합소재(50)를 경화시킨 다음 작업자가 표면을 고르게 하는 작업을 거쳐야 했으므로 작업시간이 많이 들고, 전문적인 인력이 요구되었으므로 비용이 급증하는 단점이 있었다.

뿐만 아니라, 외부의 표면을 고르나 내부의 두께가 균일하지 않고, 금속몰드를 사용할 경우 제작비가 더욱 더 높아지고 가공에 많은 시간이 필요하므로 초기 투자비용이 크다는 단점이 있었다.

또한, 마스트(20)는 성능 향상을 위해 원뿔대 형상을 가지고 있기 때문에 그에 맞는 알루미늄 몰드 제작에 비용과 시간이 많이 소요되는 단점도 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 한계점을 고려하여 이를 해결하기 위해 창출된 것으로, 마스트 제조를 위한 몰드를 압출방식으로 쉽게 제작할 수 있고, 이 몰드를 이용하여 이중 금형 형태로 성형함으로써 원뿔대 마스트가 갖는 특성을 그대로 구현할 수 있도록 하여 비용과 시간을 줄일 수 있는 새로운 형태의 복합소재 마스트 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 마스트를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 복합소재를 이용하여 마스트를 제조하는 방법에 있어서; 마스트의 외형에 대응되게 내부 형상이 가공되고, 상하로 분할되어 조립 가능하도록 상부금형과 하부금형을 압출방식으로 제작하는 제1단계와; 상기 상부금형과 하부금형이 형합된 내부에 배치되어 마스트의 내부 형상을 만들도록 내부금형을 압출 제작하는 제2단계와; 상기 내부금형을 사이에 두고 상부금형과 하부금형을 형합하기 전에 복합소재로 된 시트를 배치하는 제3단계와; 상기 시트를 포함하도록 상기 상부금형과 하부금형을 형합하는 제4단계와; 형합된 금형 사이로 수지를 충전한 후 일정시간 동안 경화시키고, 탈형하여 제품화하는 제5단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 마스트 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 상부금형, 하부금형, 내부금형은 알루미늄으로 압출성형된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 내부금형은 길이방향으로 크기를 다르게 하여 성형되는 마스트의 길이방향 두께를 가변시키는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 방법에 의해 제조된 마스트 자체를 제공함에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 마스트 제조용 몰드를 쉽게 제작할 수 있어 인력과 시간 및 비용을 절약하고, 열전도도가 높은 알루미늄을 몰드로 활용함으로써 고온 가압 장비가 있어야만 생산 가능했던 프리프레그(Prepreg)를 이용한 마스트 제작도 가능하며, 외부 형상은 일정하되 내부 두께를 인위적으로 달리 구성하여 마스트의 휘어짐이 가능하게 하여 요트의 주행성능도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 요트에 설치된 마스트의 일반적인 예를 보인 예시도이다.
도 2는 종래 마스트 제조용 환형몰드를 절개하여 일부만 보인 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마스트 제조예를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 마스트의 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 마스트와 일반적인 원뿔대형 마스트의 단면 형상 및 휨 작용을 비교한 비교도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 구체적인 설명에 앞서, 복합소재에 대하여 간단히 살펴보기로 한다.

복합소재란 성분이나 형태가 다른 두 종류 이상의 소재가 거시적으로 조합되어 유효한 기능을 갖는 재료를 일컫는 것으로, 두 종류 이상의 재료가 미시적으로 조합되어 거시적으로 균질성을 갖는 합금들은 복합소재라 하지 않으며, 또한 구성소재들 사이에 거시적으로 경계면을 가지고 있다는 점이 합금과 다르다.

이러한 복합소재의 구성요소로는 섬유, 입자, 층, 모재 등이 있으며, 이들 요소들로 구성된 복합소재는 일반적으로 층상 복합소재, 입자강화 복합소재, 섬유강화 복합소재 등으로 구분할 수 있다.

복합소재로서 개선 할 수 있는 특성은 강도 및 강성도, 내식성, 피로수명, 내마모 특성, 충격특성, 고온특성, 전기 절연성, 단열성, 경량화, 외관 등을 들 수 있는데, 이러한 특성이 동시에 모두 개선 되는 것은 아니고 목적에 알맞게 필요에 따라 선택하여 쓸 수 있으며, 많이 알려진 바로는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 세라믹섬유 등을 이용한 예가 많다.

본 발명에서도 이와 같은 복합소재가 활용된다.

예컨대, 본 발명에서는 알루미늄을 압출하여 도 3과 같은 형태로 마스트(200, 도 4 참조) 제조에 필요한 몰드(100)를 제작한다.

이때, 상기 몰드(100)는 상하로 분할된 한 쌍의 상부몰드(110)와 하부몰드(120)를 포함하고, 마스트(200)의 내부에 중공 형상을 갖도록 유도하는 내부몰드(130)를 더 포함한다.

그리고, 상기 상부몰드(110)와 하부몰드(120)는 마스트(200)의 외부 형상에 맞게 가공되는데, 압출방식을 통해 뽑아내기 때문에 매우 쉽게 제조할 수 있다.

특히, 상기 상부몰드(110) 및 하부몰드(120)는 알루미늄 소재로 제조되기 때문에 열전도도가 우수하여 이후 몰드 내부에서 성형되는 수지의 성형성을 좋게 한다.

아울러, 상기 내부몰드(130)는 상기 마스트(200)의 내부 구조, 즉 중공을 형성할 수 있도록 안내하며, 상기 내부몰드(130)의 크기를 달리 함으로써 마스트(200)의 두께를 조절할 수 있다.

다시 말해, 외형을 고정되어 있으므로 그 내부의 코어 역할을 하는 내부몰드(130)의 크기를 다르게 형성하여 배치함으로써 마스트(200)의 길이방향 두께를 가변시킬 수 있게 되며, 두께 가변시의 경우에도 급변하는 것이 아니라 연속적으로 완만하게 가변시킬 수 있어 휨 변형을 조절할 수 있다.

덧붙여, 상기 상부몰드(110)와 하부몰드(120)가 접합되는 일지점에는 수지를 주입하기 위한 주입홀이 형성되고, 타지점에는 배출홀이 형성된다.

이와 같은 몰드(100) 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 방법으로 마스트를 제조할 수 있다.

예컨데, 먼저 상술한 압출방식으로 마스트(200)의 외형에 만드는 상부몰드(110)와 하부몰드(120)를 각각 제작하는 단계를 거친다.

그런 다음, 제조하고자 하는 마스트(200)의 길이별 두께를 고려하여 설계치에 맞게 상부몰드(110)와 하부몰드(120)가 형합(형틀을 조립하는 것)되어 형성하는 내부공간과 일정 간격을 갖도록 내부몰드(130)를 제작하는 단계를 거친다.

이후, 상기 내부몰드(130)를 사이에 두고 상기 상부몰드(110)와 하부몰드(120)를 서로 형합하여 마스트(200) 형상을 만드는 단계를 거친다.

이 경우, 상기 내부몰드(130)와, 상부몰드(110), 하부몰드(120)는 길이의 각 단부에 서로 적정 간격을 갖도록 간격을 유지하는 수단을 둠으로써 원하는 성형품을 얻을 수 있다.

특히, 상기 몰드 조립전에 적정 두께의 복합소재, 바람직하기로는 유리섬유 강화매트 혹은 탄소섬유 강화매트와 같은 소재를 상,하부몰드(110,120)의 내부에 배치한다.

이 상태에서, 수지를 주입한 후 경화시키고, 일정시간 경과 후 탈형하는 단계를 거쳐 도 4에 도시된 바와 같은 형상의 마스트(200)를 제조한다.

이렇게 제조된 마스트(200)는 도 5의 (b)와 같은 형태의 단면을 갖게 되므로 기존 원뿔대형 마스트인 도 5의 (a)와 같은 기존 마스트(20)와 거의 대등한 휨 변형 정도를 갖게 되어 굳이 원뿔대형으로 어렵게 몰드를 구성하지 않아도 그와 동일 유사한 특성을 갖출 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 몰드 자체를 제작하기가 쉽고, 수지를 주입하여 경화시킨 후 탈형하는 형태로 마스트(200)를 제조할 수 있어 시간과 비용을 절감할 수 있게 된다.

무엇보다도, 본 발명은 몰드를 압출성형하여 제작할 수 있기 때문에 몰드의 표면 자체를 매우 매끈하고 균일하게 제조할 수 있어, 이를 금형으로 하여 제조된 마스트(200)의 표면 및 내면 자체를 별도의 후속공정을 거치지 않고도 균일하고 고르게 가공할 수 있는 장점을 가진다.

100 : 몰드 110 : 상부몰드
120 : 하부몰드 130 : 내부몰드
200 : 마스트

Claims (4)

1. 복합소재를 이용하여 마스트(200)를 제조하는 방법에 있어서;
   마스트(200)의 외형에 대응되게 내부 형상이 가공되고, 상하로 분할되어 조립 가능하도록 상부금형(110)과 하부금형(120)을 압출방식으로 제작하는 제1단계와;
   상기 상부금형(110)과 하부금형(120)이 형합된 내부에 배치되어 마스트(200)의 내부 형상을 만들도록 내부금형(130)을 압출 제작하는 제2단계와;
   상기 내부금형(130)을 사이에 두고 상부금형(110)과 하부금형(120)을 형합하기 전에 복합소재로 된 시트를 배치하는 제3단계와;
   상기 시트를 포함하도록 상기 상부금형(110)과 하부금형(120)을 형합하는 제4단계와;
   형합된 금형 사이로 수지를 충전한 후 일정시간 동안 경화시키고, 탈형하여 제품화하는 제5단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 마스트 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 상부금형(110), 하부금형(120), 내부금형(130)은 알루미늄으로 압출성형된 것을 특징으로 하는 복합소재 마스트 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 내부금형(130)은 길이방향으로 크기를 다르게 하여 성형되는 마스트(200)의 길이방향 두께를 가변시키는 것을 특징으로 하는 복합소재 마스트 제조방법.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중에서 선택된 어느 한 항에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 마스트.

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