KR20160024612A - 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속재의 단부에 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 삽입할 수 있도록 끼움홈을 형성하는 단계와; 상기 금속재의 단부에 상기 끼움홈과 연통되도록 홀을 형성하는 단계와; 상기 끼움홈에 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 삽입하는 단계; 및 상기 홀에 레진을 투입한 다음 고온의 열을 가하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 홀에 투입된 레진이 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 외주면에 도포된 후 홀 내부를 채우게 되고, 열에 의해 경화되어 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 한 몸을 이루면서 홀 내부에서 굳어져 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재를 고정하는 것을 특징으로 하는 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법을 개시한다.
Description
본 발명은 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 금속재와 결합하는 방법에 있어서, 상기 금속재의 단부에 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 삽입할 수 있도록 끼움홈을 형성하는 단계와; 상기 금속재의 단부에 상기 끼움홈과 연통되도록 홀을 형성하는 단계와; 상기 끼움홈에 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 삽입하는 단계; 및 상기 홀에 레진을 투입한 다음 고온의 열을 가하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 홀에 투입된 레진이 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 외주면에 도포된 후 홀 내부를 채우게 되고, 열에 의해 경화되어 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 한 몸을 이루면서 홀 내부에서 굳어져 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재를 고정하는 것을 특징으로 하는 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법에 관한 것이다.
일반적으로, 탄소융합복합소재(또는 합성수지)를 금속재와 결합하는 이유는 구조물이나 제품의 경량화와 함께 강도를 향상시키기 위한 것이다.
종래의 탄소섬유 고분자 복합재와 금속재 간의 결합은 그 형태에 따라 단면 조인트(single-lap joint), 양면 조인트 (double-lap joint), 보강물 부착 조인트(joint with attachments) 등으로 나눌 수 있고, 이러한 조인트 방법에는 접착제를 이용한 결합(adhesively bonded)과 접착제 및 볼트를 함께 이용한 결합(hybridjoint)방법이 적용되고 있다.
상기 단면 조인트 방법은 탄소섬유 복합재의 단부와 금속재의 단부를 적층하여 접착제 또는 볼트/너트로 결합하는 방법이고, 상기 양면 조인트 방법은 탄소섬유 복합재의 단부와 금속재의 단부를 서로 마주보게 배치한 다음, 그 위쪽 및 아래쪽에 탄소섬유 복합재를 덧대어 접착제로 결합하는 방법이며, 상기 보강물 부착 조인트 방법은 탄소섬유 복합재의 단부와 금속재의 단부를 적층하여 접착제로 결합하는 동시에 그 위쪽 및 아래쪽에 보강플레이트를 더 적층하여 접착제 또는 볼트/너트로 결합하는 방법을 말한다.
그러나, 위와 같은 종래의 결합 방법은 공통적으로 탄소섬유 복합재와 금속재의 형상이 평판형이고, 서로 결합된 지점에 응력이 집중됨에 따라, 결합 강도가 감소하는 단점이 있다. 즉, 단면과 양면 조인트 방법 모두 탄소섬유 복합재의 단부와 금속재의 단부가 서로 결합된 지점에 박리응력의 집중이 존재하며, 이러한 응력집중으로 인하여 이종 재료의 결합 강도가 감소하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합강도 및 안정성을 높일 수 있고, 작업이 용이하도록 한 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 금속재와 결합하는 방법에 있어서, 상기 금속재의 단부에 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 삽입할 수 있도록 끼움홈을 형성하는 단계와; 상기 금속재의 단부에 상기 끼움홈과 연통되도록 홀을 형성하는 단계와; 상기 끼움홈에 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 삽입하는 단계; 및 상기 홀에 레진을 투입한 다음 고온의 열을 가하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 홀에 투입된 레진이 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 외주면에 도포된 후 홀 내부를 채우게 되고, 열에 의해 경화되어 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 한 몸을 이루면서 홀 내부에서 굳어져 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재를 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 홀은 상기 금속재의 외주면을 따라 일정간격으로 복수개로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결속력을 증대시킬 수 있도록 상기 홀 내부에 레진을 투입한 다음 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지가 삽입된 금속재의 단부를 레진이 도포된 탄소 소재의 실로 필라멘트 와인딩하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 상기 홀 내부에 채워진 레진이 열에 의해 경화되면서 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재를 견고하게 고정할 수 있으며, 상기 홀 내부에 레진을 투입한 다음 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지가 삽입된 금속재의 단부를 레진이 도포된 탄소 소재의 실로 필라멘트 와인딩하여 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결속력을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 필라멘트 와인딩 방법의 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소융합복합소재와 금속재의 결합방법을 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 합성수지와 금속재의 결합방법을 나타내는 예시도.
도 4은 도 3의 c)의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소융합복합소재와 금속재의 결합방법을 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 합성수지와 금속재의 결합방법을 나타내는 예시도.
도 4은 도 3의 c)의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 구조물이나 제품의 경량화와 함께 강도를 향상시킬 수 있도록 탄소융합복합소재 또는 합성수지를 금속재와 결합하는 방법에 관한 것이다.
본 발명을 설명하기 위해 첨부한 도면에서는 상기 탄소융합복합소재(10), 합성수지(10') 및 금속재(20)를 원형 파이프의 형상으로 도시하였으나, 탄소융합복합소재, 합성수지 및 금속재는 사각, 원형 또는 이형관 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 도면에 도시된 탄소융합복합소재, 합성수지 및 금속재의 형상은 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐 본 발명의 권리 범위에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에서 합성수지(10')라 함은 엔지니어링플라스틱(Engineering Plastics), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 루폭스(Lupox) 또는 아크릴레이트-스티렌-아크릴로니트릴(ASA)의 재질 중 어느 하나의 것을 사용하여 형성된 것을 의미한다.
본 발명은 금속재(20)의 단부에 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')를 삽입할 수 있도록 끼움홈(21)을 형성하는 단계와; 상기 금속재의 단부에 상기 끼움홈과 연통되도록 홀(22)을 형성하는 단계와; 상기 끼움홈(21)에 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')를 삽입하는 단계; 및 상기 홀(22)에 레진(r)을 투입한 다음 고온의 열을 가하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 금속재(20)는 소정 두께와 길이로 형성되며, 일측 또는 양측 단부에 끼움홈(21)이 형성되는 것으로, 상기 끼움홈(21)은 상기 금속재(20) 내부에 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')를 삽입할 수 있도록 상기 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')와 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 금속재(20)가 소정 두께로 형성되어야만 하는 이유는 이후 설명할 레진(r)이 금속재(20)에 형성된 홀(22)에 삽입된 후 경화될 때 홀(22)의 높이 즉, 금속재의 두께에 따라 레진의 두께(높이)가 정해지게 되는데, 홀 내부에서 경화된 레진(r)이 소정 두께를 유지하도록 하여 금속재(20)가 흔들리거나 이탈되지 않고 고정된 상태를 유지하도록 하기 위한 것이다.
상기 홀(22)은 상기 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')와 금속재(20)를 결합하기 위한 레진(r)이 투입되는 통로이다.
상기 홀(22)에 레진(r)을 투입한 후에는 고온의 열을 가하여 주는데, 이는 홀 내부로 투입된 레진(r)이 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')의 외주면에 도포되면서 홀 내부를 채운 뒤 열에 의해 경화되도록 하여 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 한 몸을 이루면서 굳어져 홀 내부를 채우도록 하기 위한 것이다.
여기에서, 레진(r)은 에폭시(epoxy), 폴리에스테르(polyester), 페놀릭(phenolic) 또는 폴리머(polymer) 중 어느 하나의 것을 사용한다.
다음으로, 본 발명에서 상기 홀(22)은 상기 금속재(10)와 탄소융합복합소재(20) 또는 합성수지(20')의 형상이나 직경에 따라 결속력을 확보할 수 있도록 상기 금속재(20)의 외주면을 따라 일정간격으로 복수개로 형성될 수 있다. 상기 홀(12)을 복수개로 형성하게 되면 상기 탄소융합복합소재의 외주면에 도포되는 레진의 양이 증가하게 되므로 결속력을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 홀(22)은 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 원형의 형상이나 십자형 또는 장공(슬롯)의 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 홀의 크기나 형상을 다르게 하여 투입되는 레진의 양을 다르게 함으로써 소재간의 결속력을 더욱 증대시킬 수도 있다.
또한, 본 발명은 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')와 금속재(20)의 결속력을 향상시킬 수 있도록 상기 끼움홈(21)에 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')를 삽입한 다음 상기 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')가 삽입된 금속재(20)의 단부를 레진(r)이 도포된 탄소 소재의 실(30)로 필라멘트 와인딩하는 것을 특징으로 한다.
필라멘트 와인딩은 일측 단부에 탄소융합복합소재(20)가 삽입된 금속재(10)를 맨드릴(1)에 장착하여 회전 가능하도록 설치한 다음 로빙(3)으로부터 공급된 탄소 소재의 실이 레진 함침조(2)를 통과한 후 금속재(10)와 탄소융합복합소재(20)의 결합부위로 공급되도록 하는 방법으로서, 상기 실(30)이 함침조(2)를 통과하여 레진(r)이 도포되도록 하며, 필라멘트 와인딩이 이루어지면, 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')와 금속재(20)의 결합부위에 탄소 소재의 실(30)이 규칙적으로 감겨지면서 보강결속부(40)를 형성하게 되고, 이와 함께 상기 실(30)에 도포된 레진(r)이 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')의 외주면과 보강결속부(40)의 내주면을 연결하면서 홀(22) 내부로 유입되고, 고온의 열이 가해져 보강결속부(40) 및 홀 내부의 레진(r)이 경화되면서 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')와, 금속재 및 보강결속부(40)가 서로 견고하게 고정된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 내주면에 나사산이 형성된 체결홈을 갖는 금속재질의 브라켓(b)과, 금속재(10) 및 탄소융합복합소재로 형성되는 원형 파이프(10˝)가 순차적으로 결합되는 과정을 도시한 것이다.
상기 원형 파이프(10˝)는 탄소융합복합소재로서 상기 브라켓(b)과 재질이 상이하므로 직접적으로 결합될 수 없다.
이에 상기 원형 파이프(10˝)와 브라켓(b)을 금속재(20)를 매개로 하여 결합하게 되며, 이를 위해 먼저 상기 금속재(20)의 일측 단부에 끼움홈(21) 및 홀(22)을 형성한다. 상기 금속재의 타측 단부에는 상기 체결홈이 나사결합하기 위한 나사산이 형성되어있다고 가정한다.
다음으로, 상기 금속재의 끼움홈(21)에 상기 원형 파이프(10˝)의 일측 단부를 삽입한 다음, 상기 홀 내부에 레진을 투입한 후 고온의 열을 가하여 준다.
이와 같이 홀 내부에 레진을 투입한 다음 고온의 열을 가하게 되면 상기 레진(r)이 경화되면서 상기 원형 파이프(10˝)와 금속재(20)가 견고하게 고정된다.
이후, 상기 금속재(20)의 타측 단부를 상기 브라켓(b)과 결합하면 금속재질의 브라켓(b)과 탄소융합복합소재로 형성되는 원형 파이프(10˝)를 결합할 수 있다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 상기 홀 내부에 채워진 레진이 열에 의해 경화되면서 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재를 견고하게 고정할 수 있으며, 상기 홀 내부에 레진을 투입한 다음 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지가 삽입된 금속재의 단부를 레진이 도포된 탄소 소재의 실로 필라멘트 와인딩하여 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결속력을 더욱 증대시킬 수 있다.
10 : 탄소융합복합소재 10' : 합성수지
20 : 금속재 21 : 끼움홈
22 : 홀
r : 레진
30 : 실 40 : 보강결속부
20 : 금속재 21 : 끼움홈
22 : 홀
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Claims (3)
- 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')를 금속재(20)와 결합하는 방법에 있어서,
상기 금속재(20)의 단부에 탄소융합복합소재(10) 또는 합성수지(10')를 삽입할 수 있도록 끼움홈(21)을 형성하는 단계와;
상기 금속재의 단부에 상기 끼움홈(21)과 연통되도록 홀(22)을 형성하는 단계와;
상기 끼움홈(21)에 탄소융합복합소재(20) 또는 합성수지(20')를 삽입하는 단계; 및
상기 홀(22)에 레진(r)을 투입한 다음 고온의 열을 가하는 단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 홀(22)에 투입된 레진(r)이 상기 탄소융합복합소재(20) 또는 합성수지(20')와 외주면에 도포된 후 홀(22) 내부를 채우게 되고, 열에 의해 경화되어 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 한 몸을 이루면서 홀 내부에서 굳어져 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재를 고정하는 것을 특징으로 하는 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법.
- 제1항에 있어서, 상기 홀은 상기 금속재의 외주면을 따라 일정간격으로 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결속력을 증대시킬 수 있도록 상기 홀 내부에 레진을 투입한 다음 상기 탄소융합복합소재 또는 합성수지가 삽입된 금속재의 단부를 레진이 도포된 탄소 소재의 실로 필라멘트 와인딩하는 것을 특징으로 하는 탄소융합복합소재 또는 합성수지와 금속재의 결합방법.
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