KR20120139750A

KR20120139750A - 프리폼 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120139750A
Application number: KR1020127024529A
Authority: KR
Inventors: 마사아키 야마사키; 도요카즈 히노; 세이지 츠지
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-12-27
Also published as: US20120315455A1; EP2540467A1; WO2011104980A1; JP5725405B2; JPWO2011104980A1; CN102753321A; EP2540467A4

Abstract

본 발명은, 고착재를 부착시킨 기재를 복수매 적층하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 부형형을 이용하여 부형함으로써 FRP의 RTM 성형의 전구체인 프리폼을 제작함에 있어, 적층체를 부형형으로 소정의 형상으로 프레스하고, 프레스한 채로 적층체 중의 고착재 또는 기재 또는 이들의 양쪽을 직접적으로 가열함으로써 고착재를 용융시키고, 그러한 후에 냉각함으로써 상기 고착재를 고화시켜 기재끼리를 층간에서 접착하여 프리폼의 부형 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 프리폼의 제조 방법, 및 그 방법에 의해 제조된 프리폼이다. RTM 성형을 행할 때의 FRP의 성형 전구체인 프리폼을, 짧은 부형 사이클 시간이면서, 또한 작은 에너지 소비로, 소정 형상으로 효율적으로 부형할 수 있어, 우수한 생산성으로써 원하는 프리폼을 제조할 수 있다.

Description

프리폼 및 그의 제조 방법{PREFORM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 특히 RTM(Resin Transfer Molding; 수지 이송 성형) 성형 방법에 이용하기 바람직한, 복수매의 강화 섬유 기재를 적층하여 제작하는 프리폼의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조된 프리폼에 관한 것이다.

생산성이 우수한 섬유 강화 플라스틱(FRP)의 성형 방법으로서, 드라이의 강화 섬유 패브릭으로 이루어지는 기재를 성형형 내에 배치하고, 매트릭스 수지를 형내에 주입하여 강화 섬유 기재 내에 함침시키고, 수지를 경화시킨 후, 성형품을 탈형시키는, 이른바 RTM 성형 방법이 알려져 있다. 그리고 비교적 대형의 성형품이나 두툼한 성형품을 제조하는 경우에는, 효율이 좋은 성형 방법으로서, 먼저 강화 섬유 기재(예를 들면, 복수매의 강화 섬유 기재)를 소정 형상으로 부형하여, FRP의 성형 전구체인 강화 섬유 기재의 프리폼을 제작하여, 그 프리폼을 성형형 내에 배치하고, 매트릭스 수지를 형내에 주입하여, 기재에 함침한 수지를 경화시키는 성형 방법이 채용되는 경우가 많다.

이러한 RTM 성형에 이용하는 프리폼의 제작에는, 종래, 예를 들면 (1) 복수매 적층한 기재를 부형형에 적치하고 부형형을 폐쇄하여, 상기 부형형으로 기재에 소정의 형상을 부여함, (2) 상기 부형형을 가열하여(또는 미리 가열해 두어), 간접적으로 상기 기재를 가열하여, 기재 사이에 개재하는 고착재를 연화 또는 용융시킴, (3) 부형형으로 프리폼의 형상을 유지시키면서, 프리폼을 냉각하여, 상기 고착재를 고화시켜 기재의 층간을 고착함, (4) 부형된 프리폼을 부형형으로부터 취출함 등의 일련의 공정을 거치도록 하고 있다. 이러한 일련의 공정에 있어서, 상기 공정 (2)에서 부형형을 가열하는 방법으로는, 가열 매체, 전기 히터 등에 의한 가열 등의 방법이 채용되고, 공정 (3)의 냉각 방법으로는, 공기(상온, 냉각), 냉각수 등에 의한 냉각 등의 방법이 채용된다.

그런데, 이러한 부형형(일반적으로 금형)의 전체에 대하여, 가열, 냉각을 반복하는 방법에서는 1사이클에 걸리는 시간이 길다. 또한, 가열에 필요로 하는 에너지의 소비도 크다. 또한, 금형을 가열, 냉각하는 방법에 대해서는, 금형 표면만을 가열하도록 한 방법도 알려져 있지만(예를 들면, 특허문헌 1), 설령 금형 표면이 가열되었다고 해도, 열의 이동이 있기 때문에, 역시 에너지 소비가 크다는 문제가 남는다.

일본 특허 공표 제2009-507674호 공보

상기한 바와 같이, 소정 형상의 프리폼을 부형함에 있어, 종래 일반 금형 전체를 가열하는 방법의 경우, 가열, 냉각 사이클에 시간이 걸리고, 에너지 소비가 크다는 문제가 있고, 금형 표면을 가열하도록 한 방법의 경우에도, 열의 이동이 크고, 에너지 소비가 크다는 문제가 있다. 이러한 점에서, 이러한 종래 기술인 채로는, 소정 형상의 프리폼의 부형이 점차 요구되는 대량 생산에 대응하기 곤란해진다.

이에 본 발명의 과제는, 상기한 것과 같은 종래 기술의 현실에 감안하여, RTM 성형을 행할 때의 FRP의 성형 전구체인 소정 형상의 프리폼의 부형을, 짧은 부형 사이클 시간으로써 작은 에너지 소비로 행할 수 있는, 생산성이 우수한 프리폼의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조된 프리폼을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법은, 열가소성 수지를 주성분으로 하는 고착재를 강화 섬유 패브릭에 부착시킨 기재를 복수매 적층하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 부형형을 이용하여 부형함으로써 FRP의 성형 전구체인 프리폼을 제작하고, 상기 프리폼을 성형형 내에 배치하여, 수지를 주입한 후 수지를 경화시켜, 탈형에 의해 FRP 성형체를 얻는 RTM 성형 방법에 이용하는 프리폼의 제조 방법으로서, 상기 적층체를 부형형으로 소정의 형상으로 프레스하고, 프레스한 채로 적층체 중의 상기 고착재 또는 기재 또는 이들의 양쪽을 직접적으로 가열함으로써 상기 고착재를 용융시키고, 그러한 후에 냉각함으로써 상기 고착재를 고화시켜 기재끼리를 층간에서 접착하여 프리폼의 부형 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다.

즉, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서는, 부형형으로서의 금형의 전체나 금형의 표면을 가열의 대상으로 하는 것은 아니고, 부형형 내에 배치된 강화 섬유 기재의 적층체를 가열의 대상으로 하여, 상기 강화 섬유 기재를 직접 가열함으로써 소정 형상의 프리폼을 제작하는 것이다. 이와 같이, 부형형 내의 강화 섬유 기재만을 가열 대상으로 함으로써, 부형형으로서의 금형을 가열하는 경우에 비하여, 단시간 내에 가열, 또한 냉각을 행하는 것이 가능하게 되어, 부형 사이클 시간을 단축하는 것이 가능하게 된다. 또한, 열용량이 큰 금형 전체를 가열 대상으로는 하지 않기 때문에, 소정의 가열에 요하는 에너지의 소비량을 작게 억제하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 강화 섬유 기재를 직접 가열하여 단시간 내에 강화 섬유 기재의 온도를 소정의 온도로 승온하여 표면의 고착재를 용융시킬 수 있고, 가열 종료 후 빠른 냉각에 의해 강온시킴으로써, 기재끼리를 층간에서 접착하여, 소정 형상의 프리폼을 짧은 부형 사이클 시간으로, 또한 작은 에너지 소비로 효율적으로 제작할 수 있어, 생산성의 대폭적인 향상을 꾀할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서는, 상기 적층체 중의 고착재 또는 기재 또는 이들 양쪽을 직접적으로 가열하는 방법으로서, 전자 유도에 의한 수법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 상기 기재가 도전성을 갖고 있고, 상기 기재를 직접적으로 전자 유도에 의해서 가열할 수 있다. 즉, 도전성이 있는 기재를 유도 가열하여, 승온, 고착재를 융착시킨 다음, 가열을 종료시켜, 빠르게 강온시키도록 한다. 또한, 상기 기재가 도전성을 갖는 섬유를 포함하고 있어, 상기 기재를 직접적으로 전자 유도에 의해서 가열할 수 있다. 도전성을 갖는 섬유로서는, 특히 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 즉, 강화 섬유가 도전성을 갖는 기재를 유도 가열하여, 승온, 고착재를 융착시킨 다음, 가열을 종료시켜, 빠르게 강온시키도록 한다. 또는, 상기 고착재가 도전성을 갖고 있고, 상기 고착재를 직접적으로 전자 유도에 의해서 가열할 수도 있다. 즉, 유도 가열하기 쉽도록 고착재에 도전성을 부여하여, 그 고착재를 유도 가열함으로써 고착재를 통해 기재끼리를 서로 융착시키고, 가열을 종료시켜, 빠르게 강온시키도록 한다. 이와 같이 전자 유도에 의한 가열 수법을 이용함으로써, 부형형으로서의 금형을 가열 대상으로 하는 일없이, 가열 대상으로서의 기재나 기재 구성 섬유, 고착재로 대상을 한정하여 상기 가열 대상을 직접적으로 가열하는 것이 가능하게 되고, 그것에 의하여, 짧은 부형 사이클 시간, 작은 에너지 소비로써 효율적으로 원하는 프리폼을 제조하는 것이 가능하게 된다.

이러한 전자 유도에 의한 가열 수법으로서는, 금형이 가열 대상이 아니기 때문에, 부형형으로서 금형을 이용할 필요가 없게 되어, 비도전성 재료로 이루어지는 부형형, 예를 들면 비금속으로 이루어지는 부형형을 사용할 수 있다. 이와 같이 비도전성 재료로 이루어지는 부형형을 이용하면, 전자 유도에 의한 가열시에, 부형형을 적극적으로 가열 대상으로부터 제외하고, 상술한 강화 섬유 기재나 기재 구성 섬유, 고착재 등만을 가열 대상으로 하여, 이들 가열 대상에 대하여 효율이 좋은 가열을 행할 수 있다.

상기 전자 유도에 의한 가열에는, 기본적으로는 전자 유도용 코일을 이용하면 좋고, 상기 코일에 필요한 전류를 흘려서 적절한 자장을 형성하여, 상기 자장 중의 상기한 것 같은 본 발명에서의 가열 대상을 가열하도록 하면 좋다. 전자 유도용 코일은, 부형형과는 별도로 설치하는 것도 가능하고, 전자 유도용 코일이 구비된 부형형을 이용할 수도 있다.

전자 유도용 코일을 이용하는 경우, 상기 코일의 중심과 상기 적층체 사이의 거리가 5 ㎜ 내지 30 ㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다. 코일의 중심과 적층체 사이의 거리가 5 ㎜ 미만인 경우, 적절한 가열의 제어가 곤란해질 우려가 있는 것 외에, 부형형의 표층부가 매우 얇고, 강성이 있는 것으로 해야만 하기 때문에, 이러한 형태의 제작이 매우 곤란해질 우려가 있다. 반대로, 상기 거리가 30 ㎜를 초과하는 경우, 유도 가열을 초래하는 코일로부터의 자장이 충분히 널리 퍼지지 않게 되고, 널리 퍼지게 하기 위해서는 출력이 큰 발진기가 필요하게 되어 버리므로 바람직하지 않다.

또한, 상기 코일의 전자 유도에 의한 가열을 행하는 부분에서의 인접하는 코일의 중심 사이의 거리(즉, 코일 피치)가 5 ㎜ 내지 60 ㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 코일 피치가 5 ㎜ 미만인 경우, 코일과 코일 사이에 있는 부분의 적층체가 집중적으로 과열되어 버려, 부형형의 표층부를 손상시켜버릴 우려가 있다. 코일 피치가 60 ㎜를 초과하는 경우, 상술한 바와 같이, 유도 가열을 초래하는 코일로부터의 자장이 충분히 널리 퍼지지 않게 되고, 널리 퍼지게 하기 위해서는 출력이 큰 발진기가 필요하게 되어 버리므로 바람직하지 않다.

또한, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서는, 상기 고착재의 유리 전이 온도(Tg)가 50 내지 80 ℃의 범위에 있는 것이 바람직하다. 고착재의 Tg가 50 ℃를 하회하는 경우, 기재의 수송시에 기재끼리 붙어버리는 등, 취급성이 나빠질 우려가 있다. 반대로, 80 ℃를 초과하는 경우, 부형 온도를 더욱 상승시켜야 하므로, 가열 시간이 길어져, 부형 시간이 길어지게 되는 것 외에, 형의 내열 온도를 올릴 필요도 있어 바람직하지 않다.

또한, 전자 유도에 의한 가열을 행하는 경우, 상기 부형형의 상형 및 하형의 적어도 한쪽이, 상기 적층체측에 위치하는 표층부와, 그 이면측에 배치되는 전자 유도용 코일과, 토대부의 적어도 3개의 분리 가능한 부재로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 형을 표층부, 코일, 토대부로 나눔으로써, 예를 들면 적층체가 과열된 경우에 표층부만을 교환할 수 있고, 코일을 매립하고 있는 형의 경우에 비하여 유지 보수가 용이해진다.

이 경우, 상기 부형형의 토대부가 상기 부형형의 표층부보다도 내열 온도가 높은 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 표층부를 지지하게 되는 토대부의 내열 온도를 보다 높게 해 둠으로써, 부형형의 형태를 소정의 형태로 유지하고, 또한 표층부를 확실하게 원하는 자세로 지지할 수 있다.

또한, 상기 부형형의 토대부가 200 ℃ 이상의 내열 온도를 갖는 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 가열을 예를 들면 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위에서 행하는 것을 상정하는 경우에, 이 가열 온도에 대하여 부형형의 토대부에 충분히 높은 내열성을 갖게 해두는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서는, 프리폼을 제작할 때에, 상기 적층체를 가열한 후에, 상기 부형형에 의해서 상기 적층체를 냉각함으로써 상기 고착재를 고화시키도록 할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 가열시에는 부형형을 실질적으로 이용하지 않고, 냉각시에는 부형형에 의한 냉각을 적극적으로 채용하는 것이다. 가열시에는 부형형이 적극적으로 가열되고 있지 않기 때문에, 부형형이 고온에 이르는 일이 없고, 비교적 저온인 채로 유지되기 때문에, 이러한 부형형을 큰 에너지를 소비하지 않고서 소정의 냉각에 이용하는 것이 가능하게 된다. 바꾸어 말하면, 부형형은 소정 형상으로의 프레스 부형에 사용하며, 가열에는 실질적으로 사용하지 않고, 오로지, 가열 후의 냉각에 적극적으로 사용하는 수법이다.

이러한 부형형에 의한 냉각에 있어서는, 예를 들면 부형형 중에 냉각 매체를 유통시킴으로써 상기 부형형의 부형면을 냉각하여, 상기 부형면의 냉각을 통해 상기 적층체를 냉각하도록 할 수 있다. 이와 같이 하면, 부형형의 부형면측을 냉각 대상으로서, 즉, 냉각해야 할 고착재를 갖는 적층체를 냉각 대상으로서, 효율이 좋은 냉각이 가능하게 되고, 냉각 시간의 단축을 꾀할 수 있음과 동시에, 냉각에 필요로 하는 에너지 소비량의 감소도 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서는, 상기 적층체의 냉각을 프레스한 상태인 채로 행할 수 있다. 냉각을 프레스한 상태인 채로 행함으로써 치수 정밀도가 높은 프리폼을 얻을 수 있다. 반대로, 프레스를 열어 냉각시켜 버리면, 개방된 계에서 고착재가 고화하게 되어, 냉각 수단에 따라서는, 기재가 팽창되는 등 하여, 목표로 하고 있던 프리폼을 얻을 수 없을 우려가 있다.

또한, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서는, 상기 부형형의 상형, 하형 중 적어도 한쪽을 분할형으로 구성하고, 각 분할형마다 가열 또는 냉각 또는 이들 양쪽을 제어하도록 하는 것도 가능하다. 이와 같이하면, 가열, 냉각하여야 할 적층체의 각 부위에 대하여, 가장 효율이 좋은 가열, 냉각이 가능하게 되므로, 한층 부형 사이클 시간의 단축이나 소비 에너지의 감소가 가능해진다.

또한, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서는, 상기 적층체 중의 고착재 또는 기재 또는 이들의 양쪽을 직접적으로 가열하는 방법으로서, 상기 부형형에 초음파 진동 장치가 부착된 것을 이용하여, 상기 초음파 진동 장치에 의해 상기 고착재 또는 기재 또는 이들의 양쪽을 초음파 진동시킴으로써 상기 고착재를 용융시키도록 할 수도 있다. 즉, 초음파 진동을 사용하여, 고착재 자체나 고착재 첨부 기재를 비교적 순간적으로 승온시켜, 고착재가 용융하여 기재를 융착시킨 다음 진동을 멈취서 강온, 고착시키는 것이다. 예를 들면, 입자상 등의 고착재 자체를 초음파 진동시킴으로써, 또는 기재를 초음파진동시켜 그 기재에 접촉하고 있는 고착재를 진동시킴으로써, 또는 진동되는 기재와 고착재를 접촉시킴으로써, 고착재를 가열, 용융시키는 것이 가능해진다. 이러한 초음파 진동 장치는 초음파 진동자를 가지고 있기 때문에, 그 초음파 진동자의 발진단을 상기 적층체 방향을 향하도록 하면 좋다. 이러한 초음파 진동에 의한 가열 수법으로도, 가열 대상으로서의 기재나 기재 구성 섬유, 고착재로 대상을 한정하여 상기 가열 대상을 직접적으로 가열하는 것이 가능하게 되고, 그것에 의하여, 짧은 부형 사이클 시간, 작은 에너지 소비로써 효율적으로 원하는 프리폼을 제조하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 프리폼은 상기한 것과 같은 방법을 이용하여 제조된 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 의해, RTM 성형을 행할 때의 FRP의 성형 전구체인 프리폼을, 짧은 부형 사이클 시간이면서, 또한 작은 에너지 소비로, 소정 형상으로 효율적으로 부형하는 것이 가능하게 되어, 우수한 생산성으로써 원하는 프리폼을 제조할 수 있다.

도 1은 RTM 성형 방법의 전체 공정을 나타내는 개략 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 별도의 예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 4는 도 3의 가열 형태의 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 또 다른 예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 6은 도 5의 가열 형태의 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 또 다른 예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 가열 형태의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법에 있어서 적층체의 냉각 형태의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, RTM 성형 방법의 개략의 전체 공정과 함께, 그 전체 공정 중에 있어서의 본 발명에 의한 프리폼의 부형 공정의 포지셔닝을 개략 나타내고 있다. 도 1에 있어서, 참조 부호 1은, 열가소성 수지를 주성분으로 하는 고착재(2)를 강화 섬유 패브릭에 부착시킨 기재를 나타내고 있고(이하, 강화 섬유 기재라고 하는 경우도 있음), 강화 섬유 기재(1)가 복수매 적층되어 적층체(3)가 형성된다. 이 적층체(3)가 부형형(4) 내에 배치되어(부형형(4) 내에서 기재(1)를 적층하고 적층체(3)를 형성할 수도 있음), 부형형(4)을 이용하여, FRP의 성형 전구체인 소정 형상의 프리폼(5)이 부형된다. 소정 형상으로 부형된 프리폼(5)이, RTM 성형용의 성형형(6) 내에 배치되고, 수지(7)가 주입된 후 수지가 경화된다. 수지 경화에 의해 형성된 FRP 성형체(8)가 성형형(6)으로부터 탈형된다.

이러한 RTM 성형 방법에 이용하는 프리폼의 제조에 있어, 이하와 같은 방법이 이용된다. 적층체(3)가 부형형(4) 내에서 소정의 형상으로 프레스되어, 프레스한 채로 적층체(3) 중의 상기 고착재(2) 또는 기재(1) 또는 이들의 양쪽이 직접적으로 가열되어, 고착재(2)가 용융되고, 그러한 후에 냉각됨으로써 고착재(2)를 고화하고, 그것에 의하여 기재(1)끼리가 층간에서 접착되어, 프리폼(5)의 소정의 부형 형상이 유지된다.

상기한 바와 같이, 적층체(3) 중의 고착재(2) 또는 기재(1) 또는 이들 양쪽이 직접적으로 가열되어 고착재(2)가 용융되지만, 이 가열에는, 이하와 같은 여러가지의 방법을 채용할 수 있다. 각종 형태를, 도 2 내지 도 11을 참조하여 설명한다.

도 2에 도시하는 형태로서는, 하형(11)과 상형(12)으로 이루어지는 부형형(13) 내의 소정의 위치에 적층체(14)가 배치되어 프레스 부형되고, 프레스 상태에서 하형(11)에 구비된 전자 유도용 코일(15)(본 실시 양태에서는, 코일(15)은 하형(11)에 매설되어 있음)에 소정 전류가 흘러, 전자 유도에 의해서 적층체(14)만을 가열 대상으로 하여 적층체(14) 중의 상기 고착재(2) 또는 기재(1) 또는 이들의 양쪽이 직접적으로 가열되어, 고착재(2)가 용융된다.

도 3, 도 4에 도시하는 형태로서는, 도 2에 도시한 형태에 비하여, 상형이 복수의 분할 상형(21)으로 구성되어 있고, 각 분할 상형(21)이 필요에 따라서(예를 들면, 부형되어야 할 프리폼의 형상이나 기재의 적층 형태 등에 따라서) 차례로 프레스 작동되거나, 일괄로 작동될 수 있게 되어 있다. 그 밖의 구성은 도 2에 도시한 형태에 준한다.

도 5, 도 6에 도시한 형태로서는, 도 3, 도 4에 도시한 형태에 비하여, 복수의 전자 유도용 코일(31)이 하형(32)에 매설되어 있고, 각 코일(31)의 배선마다, 전류를 제어할 수 있게 되어 있다. 이와 같이 하면, 가열 대상이 되는 적층체(14)의 각 부위에 따라서(예를 들면, 그 부위의 두께나, 기재의 적층 매수, 배치 밀도, 고착재(2)의 분포 등에 따라서) 가열량을 제어할 수 있고, 적층체(14) 전체적으로 보다 바람직한 가열 상태를 달성할 수 있다. 그 밖의 구성은, 도 3, 도 4에 도시한 형태에 준한다.

도 7에 도시하는 형태로서는, 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같은 형태에 비하여, 전자 유도용 코일(42)은, 하형(41)에는 매설되어 있지 않고, 하형(41) 상에 하형(41)에 구비된 코일(42)로서 설치되어 있다. 그리고, 코일(42)이 적층체(14)에 직접 접촉하는 것을 회피하기 위해서, 코일(42)과 적층체(14)의 사이에 성형용 플레이트(43)가 개재 삽입되고, 성형용 플레이트(43)가 개재 삽입된 상태에서 프레스 부형, 적층체(14)의 가열이 행해진다. 이와 같이 하면, 코일(42)의 유지 보수가 용이해지고, 또한 성형용 플레이트(43)를 적절하게 교환함으로써 각종 형상의 부형에 용이하게 대응 가능하게 된다. 그 밖의 구성은 도 3, 도 4에 도시한 형태에 준한다.

도 8에 도시한 형태로서는, 상형(51)이, 적층체(52)측에 위치하는 표층부(53)와, 그 이면측에 배치되는 토대부(54)와의 분리 가능한 부재로 구성되어 있고, 하형(55)이, 적층체(52)측에 위치하는 표층부(56)와, 그 이면측에 배치되는 전자 유도용 코일(57)과, 그 이면측에 배치되는 토대부(58)의 3개의 분리 가능한 부재로 구성되어 있다. 표층부(53, 56)가 분리 가능한 부재로 구성되어 있기 때문에, 필요에 따라서 용이하게 교환할 수 있다. 특히, 하형(55)이 표층부(56)와 코일(57)과 토대부(58)의 분리 가능한 부재로 구성되어 있기 때문에, 예를 들면 적층체(52)가 과열된 경우에 표층부(56)만을 교환할 수 있어, 코일을 매립하고 있는 형의 경우에 비하여 유지 보수가 용이해진다.

도 9에 도시하는 형태에 있어서도, 상형(61)이, 적층체(62)측에 위치하는 표층부(63)와, 그 이면측에 배치되는 토대부(64)의 분리 가능한 부재로 구성되어 있고, 하형(65)이, 적층체(62)측에 위치하는 표층부(66)와, 그 이면측에 배치되는 전자 유도용 코일(67)과, 그 이면측에 배치되는 토대부(68)의 3개의 분리 가능한 부재로 구성되어 있다. 표층부(63, 66)가 분리 가능한 부재로 구성되어 있기 때문에, 필요에 따라서 용이하게 교환할 수 있다. 특히, 하형(65)이 표층부(66)와 코일(67)과 토대부(68)의 분리 가능한 부재로 구성되어 있기 때문에, 필요에 따라서 표층부(66)만을 교환할 수 있어, 코일을 매립하고 있는 형의 경우에 비하여 유지 보수가 용이해진다.

또한, 도 10에 도시하는 형태로서는, 상술한 바와 같은 전자 유도에 의한 가열과는 달리, 하형(71)과 상형(72)의 사이에서 프레스 부형되는 적층체(73)가 배치되어 프레스 부형되고, 프레스 상태에서 하형(71)에 부착된 초음파 진동 장치(74)(도면은, 초음파 진동자(74)로서 도시하고 있음)에 의한 초음파 진동에 의해, 적층체(73)만이 가열 대상이 되어 적층체(73) 중의 상기 고착재(2) 또는 기재(1) 또는 이들의 양쪽이 직접적으로 가열되어, 고착재(2)가 용융된다.

또한, 도 11에 도시하는 형태로서는, 도 10에 도시한 형태에 비하여, 하형(81)과 분할형으로 이루어지는 상형(82)으로 구성되는 부형형 중 하형(81)에 복수의 초음파 진동자(83)가 부착되어 있고, 각 초음파 진동자(83)의 발진단이 각각 프레스 부형되는 적층체(84) 방향으로 향하고 있다. 이와 같이하면, 가열 대상이 되는 적층체(84)의 각 부위에 따라서 초음파 진동에 의한 가열량을 적절하게 제어할 수 있고, 적층체(84) 전체적으로 보다 바람직한 가열 상태를 달성할 수 있다. 그 밖의 구성은, 도 10에 도시한 형태에 준한다.

또한, 도 12에, 본 발명에서 용융된 고착재(2)를 냉각하여 기재끼리를 층간에서 접착하여 부형 형상을 유지할 때의 냉각 형태의 일례를 나타낸다. 도 12에 도시하는 예에서는, 하형(91)과 분할 상형(92)의 사이에서 적층체(93)가 프레스 부형된다. 냉각에 대해서는, 예를 들면 하형(91) 내에 설치된 냉각 매체 유로(94) 내를 유통시키는 냉각 매체(예를 들면, 액체)나, 하형(91) 내에 설치된 냉각 매체 유로(95) 내에 펌프(96)로부터 송출된 후, 적층체(93)에 향하여 분출되는 것이 가능한 냉각 매체(예를 들면, 기체)에 따라, 적극적이면서 강제적으로 행하도록 할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는, 분할 상형(92)에도 같은 냉각 매체 유로(97)(예를 들면, 냉각 매체가 액체)를 설치해 둘 수도 있다. 이러한 냉각 형태에 의해, 적층체(93)를 효과적으로 냉각하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명 방법에 따르면, 원래 부형형은 적극적으로는 가열되지 않고, 고온에는 이르고 있지 않기 때문에, 이러한 강제 냉각을 행함으로써 필요한 강온을 신속히 행하는 것이 가능하게 되고, 특히 연속적인 대량 생산인 경우에, 부형 사이클 시간의 단축이 가능하게 되어, 생산성의 향상에 기여할 수 있다.

본 발명에 따른 프리폼의 제조 방법은, 특히 부형 사이클 시간의 단축이 요구되고, 효율이 좋은 생산이 요구되는, 모든 프리폼의 제조에 적용할 수 있다.

1 강화 섬유 기재
2 고착재
3 적층체
4 부형형
5 프리폼
6 RTM 성형용의 성형형
7 수지
8 FRP 성형체
11 하형
12 상형
13 부형형
14 적층체
15 전자 유도용 코일
21 분할 상형
31 전자 유도용 코일
32 하형
41 하형
42 전자 유도용 코일
43 성형용 플레이트
51 상형
52 적층체
53 상형 표층부
54 상형 토대부
55 하형
56 하형 표층부
57 전자 유도용 코일
58 하형 토대부
61 상형
62 적층체
63 상형 표층부
64 상형 토대부
65 하형
66 하형 표층부
67 전자 유도용 코일
68 하형 토대부
71 하형
72 상형
73 적층체
74 초음파 진동자
81 하형
82 분할 상형
83 초음파 진동자
84 적층체
91 하형
92 분할 상형
93 적층체
94, 95, 97 냉각 매체 유로
96 펌프

Claims

열가소성 수지를 주성분으로 하는 고착재를 강화 섬유 패브릭에 부착시킨 기재를 복수매 적층하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 부형형을 이용하여 부형함으로써 FRP의 성형 전구체인 프리폼을 제작하고, 상기 프리폼을 성형형 내에 배치하여, 수지를 주입한 후 수지를 경화시켜, 탈형에 의해 FRP 성형체를 얻는 RTM 성형 방법에 이용하는 프리폼의 제조 방법으로서, 상기 적층체를 부형형으로 소정의 형상으로 프레스하고, 프레스한 채로 적층체 중의 상기 고착재 또는 기재 또는 이들의 양쪽을 직접적으로 가열함으로써 상기 고착재를 용융시키고, 그러한 후에 냉각함으로써 상기 고착재를 고화시켜 기재끼리를 층간에서 접착하여 프리폼의 부형 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 기재가 도전성을 갖고 있고, 상기 기재를 직접적으로 전자 유도에 의해서 가열하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재가 도전성을 갖는 섬유를 포함하고 있고, 상기 기재를 직접적으로 전자 유도에 의해서 가열하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 도전성을 갖는 섬유가 탄소 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고착재가 도전성을 갖고 있고, 상기 고착재를 직접적으로 전자 유도에 의해서 가열하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 비도전성 재료로 이루어지는 부형형을 이용하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 부형형이 비금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 유도에 의한 가열을 전자 유도용 코일을 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제8항에 있어서, 전자 유도용 코일이 구비된 부형형을 이용하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 코일의 중심과 상기 적층체 사이의 거리가 5 ㎜ 내지 30 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일의 전자 유도에 의한 가열을 행하는 부분에서의 인접하는 코일 중심 사이의 거리가 5 ㎜ 내지 60 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고착재의 유리 전이 온도(Tg)가 50 내지 80 ℃의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부형형의 상형 및 하형의 적어도 한쪽이, 상기 적층체측에 위치하는 표층부와, 그 이면측에 배치되는 전자 유도용 코일과, 토대부와의 적어도 3개의 분리 가능한 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 부형형의 토대부가 상기 부형형의 표층부보다도 내열 온도가 높은 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 부형형의 토대부가 200 ℃ 이상의 내열온도를 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리폼을 제작할 때에, 상기 적층체를 가열한 후에, 상기 부형형에 의해서 상기 적층체를 냉각함으로써 상기 고착재를 고화시키는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 부형형 중에 냉각 매체를 유통시킴으로써 상기 부형형의 부형면을 냉각하여, 상기 부형면의 냉각을 통해 상기 적층체를 냉각하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층체의 냉각을 프레스한 상태인 채로 행하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부형형의 상형, 하형의 적어도 한쪽을 분할형으로 구성하여, 각 분할형마다 가열 또는 냉각 또는 이들의 양쪽을 제어하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항, 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부형형에 초음파진동 장치가 부착되어 있고, 상기 초음파 진동 장치에 의해 상기 고착재 또는 기재 또는 이들의 양쪽을 초음파 진동시킴으로써 상기 고착재를 용융시키는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제20항에 있어서, 상기 초음파 진동 장치가 초음파 진동자를 가지고 있고, 상기 초음파 진동자의 발진단을 상기 적층체 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는, 프리폼의 제조 방법.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용하여 제조되고 있는 것을 특징으로 하는, 프리폼.