KR20170002758A - 복합재 보강멤버 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

복수의 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유에 수지를 함침시키는 함침단계; 수지가 함침된 강화섬유를 가이드에 통과시킴으로써 강화섬유 간의 간격을 조정하되, 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유의 집중도가 차별되도록 하는 불균일배분단계; 가이드를 통과한 강화섬유를 성형틀에 통과시키는 성형단계; 및 성형틀을 통과한 강화섬유의 수지를 경화시키는 경화단계;를 포함하는 복합재 보강멤버 제조방법이 소개된다.

Description

복합재 보강멤버 제조장치 및 제조방법 {MANUFACTURING APPARATUS FOR COMPOSITE REINFORCEMENT STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 단면의 섬유집중도가 부분별로 차별화되도록 구성되어 부분에 따라 선택적으로 강화시킬 수 있는 복합재 보강멤버 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일정한 단면을 갖는 연속섬유 강화 복합재 구조물을 성형하는 종래의 기술은 액체 수지의 조에 강화섬유를 침지하거나 수지를 고압으로 분사시키는 방식 등으로 함침시키는 방법이 있다.
보강멤버의 경우 그 특성상 모든 부위에 같은 강도 값이 요구되는 것이 아니다. 그러나 종래의 기술은 성형구간 내에서 섬유의 분포가 균일하여 높은 강도를 요하는 부위에 대한 국부적인 강화가 어렵다는 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 강화섬유 간의 간격을 조정하여 강화섬유의 집중도가 차별이 있게끔 구성하여 높은 강도를 요하는 부위를 강화함으로써 조건에 맞는 복합재 보강멤버를 유연하게 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제공하기로 한다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-0503444 B1
본 발명은 단면의 섬유집중도가 부분별로 차별화되도록 구성되어 부분에 따라 선택적으로 강화시킬 수 있는 복합재 보강멤버 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합재 보강멤버 제조방법은 복수의 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유에 수지를 함침시키는 함침단계; 수지가 함침된 강화섬유를 가이드에 통과시킴으로써 강화섬유 간의 간격을 조정하되, 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유의 집중도가 차별되도록 하는 불균일배분단계; 가이드를 통과한 강화섬유를 형틀에 통과시키는 성형단계; 및 형틀을 통과한 강화섬유의 수지를 경화시키는 경화단계;를 포함한다.
불균일배분단계 이후에는, 강화섬유의 수지를 10~20% 범위로 경화시키는 반경화단계; 및 반경화된 강화섬유를 인발시키는 인발단계;를 더 포함할 수 있다.
경화단계 이후에는, 강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품의 표면에 보강섬유로 이루어진 직조물 형태의 직조층을 적층시키는 보강단계;를 더 포함할 수 있다.
경화단계 이후에는, 강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품을 용도에 따라 일정 크기로 절단하는 가공단계;를 더 포함할 수 있다.
복수의 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유의 인장강도가 상호 상이할 수 있다.
단위면적당 강화섬유의 집중도가 높은 지점에 대응하는 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유는 그보다 단위면적당 강화섬유의 집중도가 낮은 지점에 대응하는 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유보다 인장강도가 더 클 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합재 보강멤버 제조장치는 강화섬유에 수지를 주입하여 함침시키는 수지함침기; 수지에 함침된 강화섬유가 통과되면서 강화섬유 간의 간격이 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유의 집중도가 차별되도록 조정하는 섬유배분가이드; 수지에 함침된 강화섬유를 성형하는 성형틀; 및 강화섬유의 수지를 경화시키는 수지경화기;를 포함한다.
강화섬유의 수지를 10~20% 경화시키는 반경화기; 및 투입구보다 배출구의 크기가 작은 인발다이스;를 더 포함할 수 있다.
강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품의 표면에 보강섬유로 이루어진 직조물 형태의 직조층을 적층시키는 적층기;를 더 포함할 수 있다.
강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품을 용도에 따라 일정 크기로 절단하는 커팅블레이드;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 복합재 보강멤버 제조방법 및 제조장치에 따르면, 부위에 따라 복합재 보강멤버의 강화섬유 집중도를 달리할 수 있어 용도에 따른 국부적인 강화가 가능하다는 효과를 갖는다. 또한 재료의 효율적인 소비가 가능해지므로 제조단가를 절약하여 생산비를 절감시킬 수 있다.
또는 원하는 부위만을 선택적으로 강화섬유를 집중시켜 기존보다 더욱 향상된 성능을 갖는 복합재 보강멤버의 제조가 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 보강멤버 제조장치를 위에서 바라본 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가이드의 섬유 투입면과 섬유 통과면을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형틀을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 복합재 보강멤버 제조방법은 복수의 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)에 수지를 함침시키는 함침단계; 수지가 함침된 강화섬유(110)를 가이드(400)에 통과시킴으로써 강화섬유(110) 간의 간격을 조정하되, 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유(110)의 집중도가 차별되도록 하는 불균일배분단계; 가이드(400)를 통과한 강화섬유(110)를 성형틀(700)에 통과시키는 성형단계; 및 성형틀(700)을 통과한 강화섬유(110)의 수지를 경화시키는 경화단계;를 포함한다.
본 발명은 복합재 구조멤버의 제조에 관한 것으로 복수의 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)에 수지를 투입시키는 함침단계를 거쳐 구조멤버로서 형상을 이루게 한 후 수지를 경화시켜 구조멤버를 완성한다. 이러한 과정을 거치는 제조방법의 경우 일정한 단면형상을 갖는 구조재의 성형 및 생산에 있어 매우 유리하다는 장점을 갖는다.
강화섬유(110)에 투입하는 수지는 epoxy, polyester, vinyl-ester,polyamide 등을 이용한다.
섬유를 배분하는 가이드(400)를 이용하여 함침된 복수의 강화섬유(110)를 불균일하게 위치시킴으로써 가이드(400)의 섬유통과되는 방향과 수직인 통과단면의 면적당 섬유집중도를 다르게 하는 불균일배분단계를 진행하여 국부적으로 강화섬유(110)가 달리 분포되는 복합재 구조멤버의 제조가 가능해진다.
일반적으로 보강멤버의 경우 외부의 충격이 집중되어 강도 및 강성이 요구되는 부위에 보강되어 짐으로써 안정성 등을 향상시키는 역할을 하는데 보강멤버도 부위에 따라 충격이 집중되는 부분이 생긴다.
종래 인발공정에 의해 제조되는 보강멤버의 경우 단면의 면적당 분포된 강화섬유(110)가 동일하여 부위에 따른 강화가 어렵다는 문제가 있었는데 본 발명에 의할 경우 상기와 같은 섬유집중도를 임의대로 설정하여 원하는 부위를 강화시키게 될 수 있으므로 안정성이 더욱 향상된 보강멤버를 제조할 수 있다.
또한, 상대적으로 낮은 강도 및 강성이 요구되는 부위에는 섬유를 적게 분포시켜 한정된 자원을 효과적으로 소비함으로써 생산비를 절감시킬 수 있다는 장점이 있다.
복수의 강화섬유(110)를 성형하고자 하는 단면을 갖는 성형틀(700)에 통과시키는 성형단계를 거쳐 설계했던 보강멤버의 단면을 형성시킨다. 단면이 굴곡진 성형틀(700)인 경우 함침된 복수의 강화섬유(110)의 통과단면도 그에 상응하는 형상일 것이다. 만약 보강멤버로써 굴곡진 부위에 충격이 집중된다면 그 부위의 강화섬유분포도가 높게끔 제조되어야 할 것이다.
통과단면을 성형한 단계를 거쳐 복수의 강화섬유(110) 상의 수지를 경화시킴으로써 복합재 구조멤버의 제조는 완성된다. 수지의 경화방법으로 상온에서 경화시키는 방법이 있고 고온, 고압의 프레스를 사용하여 경화시키는 방법이 있는데 생산성을 향상시키기 위해서라면 고온, 고압의 프레스를 사용하여 경화시키는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 핵심이 되는 기술적 사상은 복합재 보강멤버에 있어서 높은 강도 및 강성이 부위에 임의로 강화섬유(110)를 집중적으로 분포시켜 부분적 강화가 이루어질 수 있는 복합재 보강멤버의 제조방법을 제공함에 있다.
불균일배분단계 이후에는, 강화섬유(110)의 수지를 10~20% 경화시키는 반경화단계; 및 복수의 강화섬유(110)를 인발시키는 인발단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
수지에 함침된 복수의 강화섬유(110)를 인발다이스(600) 등으로 인발하여 압축에 따라 수지의 함침성을 향상시키고 강화섬유체적비를 증가시키기 위해서는 선행 되어야 할 단계가 있다. 바로 수지의 반경화 과정이다. 왜냐하면 복수의 강화섬유(110) 상의 수지가 어느 정도 경화되어 있지 않을 경우 인발과정에서 인발다이스(600) 등을 통과하면서 수지만 벗겨져 나갈 수 있기 때문이다.
수지의 경화정도는 10~20% 정도가 적당하다. 10% 미만일 경우 경화 정도가 약해 인발과정에서 수지가 벗겨져 나가고 20%를 초과하는 경우 성형성이 약해져 이후의 단면 성형단계에서 원하는 대로 성형이 어려워 지기 때문이다.
10~20% 정도를 경화시키기 위해서는 일정 경화환경에서 시간당 경화가 진행되는 정도를 파악하고 본 발명에 따른 제조공정에서 복수의 강화섬유(110)의 진행속도를 파악하여 10~20% 정도 경화가 진행될 만큼의 길이를 갖는 경화구간을 설정하는 것이 바람직할 것이다.
경화단계 이후에는, 강화섬유(110)가 경화되어 이루어지는 반제품의 표면에 보강섬유로 이루어진 직조물 형태의 직조층을 적층시키는 보강단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
수지와 강화섬유(110)로 구성된 보강멤버의 표면에 직조물 형태로 구성된 직조층이 적층되는 경우 기존보다 더욱 향상된 강도 및 강성을 갖게 될 것이다. 직조층이 적층되는 형태는 필요에 따라 표면 전체에 적층되기도, 혹은 강화시킬 부분에 국부적으로 적층되기도 할 것이다.
경화단계 이후에는, 강화섬유(110)가 경화되어 이루어지는 반제품을 용도에 따라 일정 크기로 절단하는 가공단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 제조에 의해 형성된 반제품의 경우 동일한 성형틀(700)를 거쳐 제조되었으므로 모두 동일한 형상의 단면을 갖는다. 만약 반제품의 길이가 충분히 길고 필요로 하는 복합재 보강멤버가 요구하는 길이가 그에 미치지 못한다면, 이와같은 반제품을 용도에 맞게 블레이드(900) 등으로 절단하여 동일 단면을 갖는 복합재 보강멤버를 복수 개 제조함이 가능할 것이다.
복수의 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)의 인장강도가 상호 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 단위면적당 강화섬유(110)의 집중도가 높은 지점에 대응하는 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)는 그보다 단위면적당 강화섬유(110)의 집중도가 낮은 지점에 대응하는 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)보다 인장강도가 더 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
탄소섬유는 유리섬유보다 인장강도 등이 높은 물성치를 갖는다. 대신 가격이 그만큼 비싸다는 단점이 있다. 한정된 제조비용을 가지고 성능이 뒤쳐지지 않는 복합재 보강멤버를 제조하기 위해서 상대적으로 낮은 인장강도를 요하는 부위에는 인장강도가 낮으나 단가가 저렴한 강화섬유(110)를, 높은 인장강도를 요한는 부위에는 가격이 비싸나 인장강도가 훌륭한 강화섬유(110)를 사용하는 것이 효율적일 것이다.
본 발명에 따른 복합재 보강멤버의 경우 이미 높은 물성치를 요하는 부위에는 강화섬유(110)의 분포가 집중되어 있고 상대적으로 낮은 물성치를 요하는 부위에는 강화섬유(110)의 분포가 덜 집중되어 있음으로써 부위의 선별적인 강화가 이루어져 있다.
이에 추가하여 단위면적당 강화섬유(110)의 집중도가 높은 지점에 대응하는 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)는 그보다 단위면적당 강화섬유(110)의 집중도가 낮은 지점에 대응하는 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)보다 인장강도가 더 크게끔 설정한다면 부위에 따른 선별적 강화효과를 극대화시킬 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 일실시예로 복합재 보강멤버에서 스틸부재와 접합하게 되는 부분의 강화섬유(110)는 유리섬유를 활용함으로써 갈바닉 부식을 방지할 수 있는 복합재 보강멤버의 제조가 가능하다.
본 발명에 따른 복합재 보강멤버 제조장치는 강화섬유(110)에 수지를 주입하여 함침시키는 수지함침기(300); 수지에 함침된 강화섬유(110)가 통과되면서 강화섬유(110) 간의 간격이 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유(110)의 집중도가 차별되도록 조정하는 가이드(400); 수지에 함침된 강화섬유(110)를 성형하는 성형틀(700); 및 강화섬유(110)의 수지를 경화시키는 수지경화기(800);를 포함한다.
복수의 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)를 보강멤버롤 활용하기 위해 강화섬유(110)에 수지를 묻히고 굳힌다. 이러한 과정으로 제조되는 복합재 보강멤버는 강도가 높고 무게가 가볍다는 특성을 갖게 된다. 외에도 제조가 용이하다는 장점도 있다.
이와 같이 강화섬유(110)에 수지를 주입하는 역할을 수지함침기(300)가 담당한다. 본 발명에 따른 일실시예로 강화섬유(110)를 수지가 담긴 용기에 담궜다가 빼는 방법이 있겠고 강화섬유(110) 위로 분사하는 형태일 수도 있을 것이다.
본 발명에 따른 일실시예로 복수의 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)를 일단 균일하게 나열하기 위해 균일되게 섬유를 배분시키는 섬유배분판(200)을 설치하여 강화섬유(110)가 수지함침기(300)를 거치기 전에 섬유배분판(200)을 통과하도록 할 수 있다. 섬유배분판(200) 상에는 균일한 크기와 간격의 복수 개의 관통구멍이 형성되어 섬유배분판(200)을 통과하는 강화섬유(110)가 관통구멍대로 배열될 수 있는 것이다.
수지에 함침된 강화섬유(110)가 통과되면서 강화섬유(110) 간의 간격이 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유(110)의 집중도가 차별되도록 조정하는 가이드(400)는 발명의 핵심적인 기술적 사상을 구현해내는데 있어서 없어서는 안 될 구성요소이다.
복수의 크릴(100)로부터 뽑아낸 강화섬유(110)를 그대로 수지에 함침시키고 경화시킬 경우 단면의 강화섬유(110) 분포가 고른 보강멤버가 제조될 것이나 섬유를 불균일하게 배분하는 가이드에 통과됨으로써 복수의 강화섬유(110) 다발이 여러 집단으로 나누어지고 각각의 집단의 단위면적당 강화섬유 집중도는 다르게 구성된다.
불균일하게 분배된 강화섬유(110)를 그대로 성형틀(700)에 통과시킴으로써 일정한 형상의 단면을 갖도록 구성시킬 수 있다. 이러한 역할은 성형틀(700)이 담당하게 된다.
성형틀(700)을 거쳐 원하는 형상으로 성형된 강화섬유(110)는 여전히 수지에 함침된 상태로 존재하는데 이를 수지경화기(800)로써 완전히 경화시킨다.
발명에 따른 일실시예로 복수의 크릴(100)로부터 강화섬유(110)를 계속하여 뽑아내고 강화섬유(110)가 수지함침기(300), 가이드(400) 및 수지경화기(800) 등을 차례로 거쳐올 수 있도록 하는 롤러를 구성요소로 포함할 수 있다.
강화섬유(110)의 수지를 10~20% 경화시키는 반경화기(500); 및 투입구보다 배출구의 크기가 작은 인발다이스(600);를 더 포함할 수 있다.
가이드를 거쳐 불균일하게 배분된 강화섬유(110)의 강화섬유 집중도를 더욱 높이기 위해 인발공정을 거칠 수 있다. 다만 수지가 경화되지 않은 채 강화섬유(110)가 인발다이스(600)를 통과하는 경우 수지가 벗겨나가게 될 가능성이 존재하는바 수지를 어느정도 경화시킬 필요가 있게 된다.
따라서 반경화기(500)로써 수지의 경화정도를 10~20% 정도로 조정한다. 10% 미만일 경우 경화정도가 약해 인발과정에서 수지가 벗겨져 나가고 20%를 초과하는 경우 성형성이 약해져 이후의 단면 성형단계에서 원하는 대로 성형이 어려워 지기 때문이다.
본 발명에 따른 일실시예로 10~20% 정도를 경화시키기 위해서는 일정 경화환경에서 시간당 경화가 진행되는 정도를 파악하여 10~20% 정도 경화가 진행될 만큼 가이드와 인발다이스(600) 사이의 위치를 조정할 수 있다.
강화섬유(110)가 경화되어 이루어지는 반제품의 표면에 보강섬유로 이루어진 직조물 형태의 직조층을 적층시키는 적층기;를 더 포함할 수 있다.
강화섬유(110)가 경화되어 이루어지는 반제품의 표면을 보강섬유 등으로 구성된 직조물 형태의 직조층으로 감쌈으로써 강도 등을 강화시킬 수 있다. 적층기는 이와 같은 역할을 담당하게 되며 적층하고자 하는 부위는 설정에 따라 달라질 수 있다.
강화섬유(110)가 경화되어 이루어지는 반제품을 용도에 따라 일정 크기로 절단하는 커팅블레이드;를 더 포함할 수 있다.
반제품을 용도에 맞게 커팅블레이드(900)를 통해 절단하여 동일 단면을 갖는 복합재 보강멤버를 복수 개 제조함이 가능할 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 크릴 110 : 강화섬유
300 : 수지함침기 400 : 가이드
410 : 가이드의 강화섬유 투입면 420 : 가이드의 강화섬유 통과면
500 : 반경화기 600 : 인발다이스
700 : 성형틀 800 : 수지경화기

Claims (10)

  1. 복수의 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유에 수지를 함침시키는 함침단계;
    수지가 함침된 강화섬유를 가이드에 통과시킴으로써 강화섬유 간의 간격을 조정하되, 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유의 집중도가 차별되도록 하는 불균일배분단계;
    가이드를 통과한 강화섬유를 성형틀에 통과시키는 성형단계; 및
    성형틀을 통과한 강화섬유의 수지를 경화시키는 경화단계;를 포함하는 복합재 보강멤버 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    불균일배분단계 이후에는,
    강화섬유의 수지를 10~20% 범위로 경화시키는 반경화단계; 및
    반경화된 강화섬유를 인발시키는 인발단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 보강멤버 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    경화단계 이후에는,
    강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품의 표면에 보강섬유로 이루어진 직조물 형태의 직조층을 적층시키는 보강단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 보강멤버 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    경화단계 이후에는,
    강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품을 용도에 따라 일정 크기로 절단하는 가공단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 보강멤버 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    복수의 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유의 인장강도가 상호 상이한 것을 특징으로 하는 복합재 보강멤버 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    단위면적당 강화섬유의 집중도가 높은 지점에 대응하는 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유는 그보다 단위면적당 강화섬유의 집중도가 낮은 지점에 대응하는 크릴로부터 뽑아낸 강화섬유보다 인장강도가 더 큰 것을 특징으로 하는 복합재 보강멤버 제조방법.
  7. 강화섬유에 수지를 주입하여 함침시키는 수지함침기;
    수지에 함침된 강화섬유가 통과되면서 강화섬유 간의 간격이 보강멤버의 단면을 이루는 복수의 부분별로 단위면적당 강화섬유의 집중도가 차별되도록 조정하는 가이드;
    수지에 함침된 강화섬유를 성형하는 성형틀; 및
    강화섬유의 수지를 경화시키는 수지경화기;를 포함하는 복합재 보강멤버 제조장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    강화섬유의 수지를 10~20% 경화시키는 반경화기; 및
    투입구보다 배출구의 크기가 작은 인발다이스;를 더 포함하는 복합재 보강멤버 제조장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품의 표면에 보강섬유로 이루어진 직조물 형태의 직조층을 적층시키는 적층기;를 더 포함하는 복합재 보강멤버 제조장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    강화섬유가 경화되어 이루어지는 반제품을 용도에 따라 일정 크기로 절단하는 커팅블레이드;를 더 포함하는 복합재 보강멤버 제조장치.
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