KR20170014205A - 복합재료 성형용 필러 및 이를 이용한 복합재료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필러 형상의 홈이 구비된 금형을 제작하고 상기 금형의 홈 위에 상기 홈의 부피보다 많은 양의 프리프레그를 균일하게 배열시킨 다음 핫프레스로 가열 및 가압하여 성형하는 방법으로 제조된 필러를 제공한다.
본 발명에 따르면, 프리프레그를 금형의 홈 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양을 사용하여 필러를 성형함으로써 필러의 균열 발생을 최소화시킬 수 있고, 프리프레그의 상태를 균일하게 컨트롤할 수 있는 효과가 있다. 또한, 프레스의 가압 성형 방법을 이용하여 복합재료 성형용 필러 및 복합재료를 제조함으로써 필러에 대한 가공성 및 소재 안전성을 확보할 수 있으며, 아울러 복합재료의 물성을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다. 또한, 필러 및 복합재료를 신속하고 용이하게 제조할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 항공용 부품은 물론 타 산업용 부분에 쉽게 적용시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

복합재료 성형용 필러 및 이를 이용한 복합재료{Filler For Composites Molding and Composite Materials Using The Same}
본 발명은 복합재료 성형용 필러 및 이를 이용한 복합재료에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 신속하게 제조할 수 있고, 필러의 소재 안전성 및 가공성을 향상시킬 수 있으며, 복합재료에 대한 물성을 향상시킬 수 있는 복합재료 성형용 필러 및 이를 이용한 복합재료에 관한 것이다.
일반적으로 항공용 복합재료를 제조할 때 많이 사용되는 부품이 빔 형태의 소재이며, 빔 형태의 소재 중에서도 탄소 섬유 강화 수지(Carbon Fiber Reinforced Plastic, 이하, “CFRP” 라고 약칭함)빔이 주로 사용된다.
여기서, CFRP는 향후 탄소 섬유의 단가가 낮아질 경우 건축, 토목, 자동차, 선박 등 다양한 분야에서 고강도, 경량소재를 요구하는 부분으로 사용처가 확대될 것으로 예상되며, CFRP에 대한 활용도가 높아짐에 따라 구조용 소재로 적용하기 위해 T빔, I빔과 같은 부품을 제조해야 하는 경우가 확대될 것으로 예상된다.
항공용 CFRD 빔을 제조할 경우 90°각도로 꺾이는 T빔, I빔 등이 제조되는데, 이러한 빔의 제조시 90°로 꺾이는 부분에서 델토이드(Deltoid) 구간이 형성되고, 이 구간에 필러(Filler)가 충진된다. 즉, 필러(Filler)는 CFRD 빔 제조시 90°꺾이는 부분에서 델토이드(Deltoid) 구간을 채우기 위한 충진재로 사용된다.
여기서, 필러는 안전성을 확보하기 위해 고속으로 성형되어야 하고, 열을 받는 과정이 짧아야 프리프레그의 활성을 최소화할 수 있으며, 이렇게 최소화시킨 결과를 이용하여 CFRP 빔의 델토이드(Deltoid) 구간에서 계면에 대한 활성을 높일 수 있기 때문에 고속성형과 균일한 성형성이 확보되어야 한다. 또한, 프리프레그의 경화 활성이 최대한 죽지 않도록 조절하여 성형하여야 한다.
종래 항공용 복합재료 빔에 사용되기 위해 필러(Filler)를 제조하는 방법은 포밍(Forming) 성형 방법이 이용된다.
포밍(Forming) 성형 방법은 프리프레그(Prepreg) 롤을 필러 포밍 장비에 고정시키고 일정한 장력으로 인장시키면서 프리프레그를 말아서 금형 몰드를 지나게 하여 몰드 형상에 맞게 시편을 성형하는 과정을 가진다. 이로 인하여 필러 포밍을 통해서 제조하는 시편의 길이는 길어 질 수밖에 없으며, 항공용으로 제조할 거대 구조물에 들어가는 필러의 성형 방법으로 적합하다.
하지만, 상기의 포밍 성형으로 제조된 필러는 길이가 1∼2m로 길게 제조됨으로 인하여 필러의 성형성이 떨어지는 문제점이 있고, 길이가 긴 필러를 절단하는 공정에서 손상이 쉽게 발생되는 문제점이 있으며, 프리프레그(prepreg)를 포밍(forming) 장비에 넣고 인위적으로 말아서 제조하는 형태이기 때문에 프리프레그(prepreg)의 계면 상태가 양호하지 않으면 포밍(forming)의 결과가 효과적으로 나오지 못하는 문제점이 있다.
또한, 필러의 성형시간이 길어 필러의 형상이 균일하지 못하고, 성형성 및 가공성이 떨어지는 문제점이 있으며, 제조시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
또한, 복합재료의 이용은 최근 항공뿐만 아니라 차량 및 일상생활 영역으로 확대되고 있기 때문에 복합재료의 델토이드(Deltoid) 구간을 채우기 위한 필러의 선택적 길이 조절이 가능하고, 고속 성형이 가능하며, 소재의 안정성을 확보할 수 있도록 개선되는 필러가 절실히 요구되고 있다.
한국등록특허: 10 - 0783159 (공고일 2007. 12. 07) 한국공개특허: 10 - 2014 - 0055993 (공개일 2014. 05. 09)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 프레스의 가압 성형 방법을 이용하여 성형 속도를 가속화할 수 있고, 균열 발생을 최소화시켜 소재 안전성 및 가공성을 향상시키며, 선택적 길이조절이 가능한 복합재료 성형용 필러를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소재 안전성 및 가공성이 우수한 필러를 이용하여 기계적 물성을 향상시키고, 제조 시간 단축으로 생산성을 향상시키며, 부자재의 절약으로 원가를 절감시킬 수 있는 복합재료를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료 성형용 필러는 필러 형상의 홈이 구비된 금형을 제작하고 상기 금형의 홈 위에 상기 홈의 부피보다 많은 양의 프리프레그를 균일하게 배열시킨 다음 핫프레스로 가열 및 가압하여 성형하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 프리프레그는 필러의 밀도를 높이기 위해 상기 금형의 홈을 부피비로 계산하여 상기 홈의 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양이 사용된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 필러는 75℃ 내지 85℃의 온도에서 20초 내지 1분 동안 5psi 내지 20 psi의 압력으로 가열 및 가압되어 제조된 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 80℃의 온도에서 30초 동안 10psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 필러를 이용한 복합재료는 필러 형상의 홈이 구비된 금형을 제작하고 상기 금형의 홈 위에 상기 홈의 부피보다 많은 양의 프리프레그를 균일하게 배열시킨 다음 핫프레스로 가열 및 가압하여 성형되는 필러를 복합재료의 제 1 구조물과 제 2 구조물을 조합시 형성되는 델토이드(Deltoid) 구간에 충진하여 융합시키는 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 프리프레그는 상기 금형의 홈을 부피비로 계산하여 상기 홈의 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양이 사용된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 필러는 75℃ 내지 85℃의 온도에서 20초 내지 1분 동안 5psi 내지 15psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형된 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 80℃의 온도에서 30초 동안 10psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 융합은 핫프레스를 이용하여 10psi∼20psi의 압력으로 가압하고 110℃∼130℃의 온도에서 1시간 동안 1차 경화한 다음 140℃∼160℃의 온도에서 1시간 동안 2차 경화하고 170℃∼190℃의 온도에서 1시간 동안 3차 경화한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 프리프레그를 금형의 홈 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양을 사용하여 필러를 성형함으로써 필러의 균열 발생을 최소화시킬 수 있고, 프리프레그의 상태를 균일하게 컨트롤할 수 있는 효과가 있다.
또한, 프레스의 가압 성형 방법을 이용하여 복합재료 성형용 필러 및 복합재료를 제조함으로써 필러에 대한 가공성 및 소재 안전성을 확보할 수 있으며, 아울러 복합재료의 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 필러 및 복합재료를 신속하고 용이하게 제조할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 항공용 부품은 물론 타 산업 부분에 쉽게 적용시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료 성형용 필러의 제조방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료의 제조방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료를 구조적으로 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 필러 제조 방법으로 제조된 필러 시편과 종래 포밍 성형 방법으로 성형된 필러 시편의 균열을 관찰한 단면도.
도 5는 CFRP소재에 대한 성형 및 압축 특성을 평가하기 위한 실험 사진 이미지.
도 6은 도 5의 시험기를 이용하여 CFRP 빔에 가압을 진행하였을 경우 시편이 견디는 압축 응력을 측정한 결과의 그래프.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료 성형용 필러의 제조방법 및 필러 및 이를 이용한 복합재료의 제조방법 및 복합재료를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료 성형용 필러의 제조방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 필러를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료 성형용 필러의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료 성형용 필러의 제조방법은 (a) 필러 형상의 홈이 구비된 금형을 제작하는 S10단계와, (b) 금형의 홈 위에 홈의 부피보다 많은 양의 프리프레그를 균일하게 배열시키는 S20단계와, (c) 프리프레그를 핫프레스로 가열 및 가압하여 필러를 성형하는 S30단계를 포함한다.
S10단계는 항공용 복합재료를 제조할 때 많이 사용되는 T빔, I빔(Beam) 형태의 소재에 있어서 90°각도로 꺾이는 부분에서 발생되는 빈 공간을 채우기 위한 충진재로 사용되는 필러(Filler)를 성형하기 위한 홈이 구비된 금형을 제작하는 과정으로서, 필러 형상의 홈(cavity)(111)이 구비된 하부금형(110)과 이를 커버하는 상부금형(120)으로 제작되며, 하부금형(110)과 상부금형(120)은 스틸 금형으로 제작된다.
S20단계는 하부금형(110)의 홈(111) 위에 프리프레그(200)를 배열시킨다. 프리프레그(200)는 금형의 홈(111)을 부피비로 계산한 다음 금형의 홈(111) 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양을 금형의 홈(111) 위에 올린다. 이때, 바람직한 프리프레그(200)의 양은 금형의 홈(111)의 부피에 비해 1.5배 많은 양을 사용하는 것이 가장 좋다.
여기서, 프리프레그(200)의 양을 금형의 홈(111) 부피에 비해 1.2배∼2배 높인 이유는 필러의 밀도를 높여 필러 자체 균열이 쉽게 발생되지 않도록 하기 위함이다. 그리고, 필러 자체의 균열 발생이 최소화되면 소재에 대한 안전성을 확보하게 되고 가공성 및 성형성을 향상시킬 수 있게 된다.
S30단계는 하부금형(110) 위에 상부금형(120)을 닫고 핫프레스의 가압 성형 방법으로 필러(300)를 성형한다.
여기서, 필러(300)는 75℃ 내지 85℃의 온도에서 20초 내지 1분 동안 5psi 내지 15psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형되며, 바람직하게는 80℃의 온도에서 30초 동안 10psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형된 것이 좋다.
상기와 같은 필러의 제조방법으로 제조된 필러(300)는 프리프레그를 금형의 홈 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양을 사용하여 성형됨으로써 성형밀도가 높아짐에 따라 균열의 발생이 최소화되고, 소재 안전성 및 가공성이 높아지게 된다.
또한, 핫프레스의 가압 성형 방법을 이용하여 제조됨으로써 프리프레그의 상태를 균일하게 컨트롤할 수 있고, 성형속도를 가속화할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 필러의 제조방법으로 제조된 필러를 이용하여 복합재료를 제조하는 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 복합재료를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료의 제조방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재료를 구조적으로 도시한 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 복합재료의 제조방법은 필러 형상의 홈이 구비된 금형을 제작하고 상기 금형의 홈 위에 상기 홈의 부피보다 많은 양의 프리프레그를 균일하게 배열시킨 다음 핫프레스로 가열 및 가압하여 필러를 제조하는 S100단계와, 복합재료의 제 1 구조물과 제 2 구조물을 조합시키는 S200단계와, 복합재료의 제 1 구조물과 제 2 구조물의 조합시 형성되는 델토이드(Deltoid) 구간에 필러를 충진하여 융합시키는 S300단계를 포함한다.
여기서, S100단계는 위에서 설명한 필러의 제조방법과 동일한 설명으로 제조된다. 필러(300)의 제조방법을 간단하게 다시 설명하면 필러(Filler)(300)를 성형하기 위한 홈(111)이 구비된 하부금형(110)과 이를 커버하는 상부금형(120)을 스틸 금형으로 제작하고, 하부금형의 홈(111)을 부피비로 계산한 다음 금형의 홈(111) 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양의 프리프레그(200)를 금형의 홈(111) 위에 배열시킨다. 이때, 프리프레그(200)의 바람직한 양은 금형의 홈의 부피에 비해 1.5배 많은 양이 배열되는 것이 좋다.
이어, 하부금형(110) 위에 상부금형(120)을 닫고 핫프레스의 가압 성형 방법으로 필러(300)를 성형한다. 이때 필러(300)의 성형 조건은 75℃ 내지 85℃의 온도에서 20초 내지 1분 동안 5psi 내지 15psi의 압력으로 가열 및 가압하여 성형한다.
S200단계는 도 3에 도시된 바와같이 복합재료의 제 1 구조물(410)과 제 2 구조물(420)을 조합시키는 단계로서, 제 1 구조물(410)과 제 2 구조물(420)의 조합시 델토이드(Deltoid) 구간(430)을 형성하게 된다.
여기서, 제 1 구조물(410)과 제 2 구조물(420)은 L, I, U 등의 형태를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 구조물(410)과 제 2 구조물(420)은 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 재료로 형성될 수도 있고, 섬유-강화 폴리머 메트릭스 재료로 형성될 수도 있다.
S300단계는 복합재료의 제 1 구조물(410)과 제 2 구조물(420)의 조합시 형성되는 델토이드(Deltoid) 구간(430)에 S100단계에서 성형된 필러(300)를 충진하고 핫프레스를 이용하여 융합시킨다.
여기서, 융합은 핫프레스를 이용하여 10psi∼20psi의 압력으로 가압하고 110℃∼130℃의 온도에서 1시간 동안 1차 경화를 진행하고, 제 1 구조물(410)과 제 2 구조물(420)의 접착상태 및 복합재료 빔의 델토이드(Deltoid) 구간에 필러의 형상이 명확히 자리 잡았는 지를 확인한 다음, 추가적으로 140℃∼160℃의 온도에서 1시간 동안 2차 경화를 진행하며, 170℃∼190℃의 온도에서 1시간 동안 3차 경화를 진행한다. 이때, 경화온도는 프리프레그의 소재 특성에 맞게 조절이 가능하고, 성형 이후의 구조물은 열을 최대한 낮춘 뒤 구조물의 형상을 최대한 유지시키면서 소재에 대한 포스트 코어(post core)를 진행한다면 고분자 가교도가 더 높아져서 구조물의 강도를 높이 수 있다.
이하에서는 핫프레스의 가압 성형 방법으로 제조된 필러의 균열 발생과 성형성과 소재 안전성 및 물성을 시험하였으며, 이를 종래 포밍 성형 방법으로 제조된 필러시편과 비교하여 설명하였다.
(실시 예 1)
필러를 성형하는 홈(cavity)이 구비되는 금형을 제작하고, 금형의 홈 부피에 비해 1.5배 많은 양의 프리프레그를 금형의 홈 위에 배열한 다음 핫프레스를 이용하여 75℃ 내지 85℃의 온도에서 20초 내지 1분 동안 5psi 내지 15psi의 압력으로 가열 및 가압하여 필러의 시편을 제조하였다.
(비교 예 1)
종래의 포밍 성형 방법을 이용하여 필러의 시편을 제조하였다.
여기서, 실시예 1과 비교예 1은 프리프레그의 양을 동일하게 사용하였고, 다른 소재적 차이가 없었으며, 다만 필러의 성형 방법에 차이를 두고 제작하였다.
<시험 1>
실시 예 1의 시편과 비교 예 1의 시편을 단면하여 균열상태 및 성형성 및 소재 안전성을 관찰하였다.
도 4의 (a)는 본 발명의 복합재료 성형용 필러 제조 방법으로 제조된 필러 시편(실시 예 1)의 단면도이고, 도 4의 (b)는 종래 포밍 성형 방법으로 성형된 필러 시편(비교 예 1)의 단면도이다. 도 4의 (a)와 (b)의 두 시편을 비교한 결과 균열상태에서 큰 차이가 나타났다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이 핫프레스의 가압 성형 방법을 이용하여 제조된 본 발명의 필러 시편(실시 예 1)은 소재에 대한 균열발생이 낮았으며, 시편의 성형 상태가 비교적 양호함을 확인할 수 있었다. 또한, 시편의 성형상태가 양호하고 균열 발생이 낮았기 때문에 복합재료의 제조시 안전성에 문제가 없어 보였다.
그러나 도 4(b)에 도시된 바와 같이 포밍(forming) 성형 방법을 이용하여 제조된 필러 시편(비교 예 1)은 끝단면에서 매우 큰 균열이 발생된 것을 확인할 수 있었고, 시편의 성형 상태가 양호하지 못하였으며, 시편에 발생된 큰 균열은 소재에 대한 안전성을 떨어뜨리기 때문에 복합재료의 제조시 안전성에 문제가 될 가능성이 높아보였다.
<시험 2>
실시 예 1의 시편과 비교 예 1의 시편을 이용하여 각각 복합재료 즉, CFRP빔을 제조하고, 가압 응력에 따른 CFRP빔의 압축 응력을 분석하였다.
여기서, 실시 예 1의 필러 시편을 이용한 CFRP빔은 프레스의 가압 성형 방법으로 필러 시편을 성형한 후 1분의 쉬는 시간을 가진 뒤 금형을 이용하여 CFRP빔을 제조하였다. 이때 CFRP빔은 핫프레스를 이용하여 10psi∼20psi의 압력으로 가압하고 110℃∼130℃의 온도에서 1시간 동안 1차 경화를 진행한 다음 140℃∼160℃의 온도에서 1시간 동안 2차 경화를 진행하고, 170℃∼190℃의 온도에서 1시간 동안 3차 경화를 진행하여 제조하였다.
그리고, 비교 예 1의 필러 시편을 이용한 CFRP빔은 델토이드(Deltoid) 구간에 필러 시편을 채우고 진공백을 이용한 기포 탈포 과정을 20mg 조건으로 10분 거친 뒤 오토클레이브를 이용하여 최대 12시간의 경화를 진행하여 제조하였으며, 승온하고 오토클레이브의 내부 기체를 빼는데 비교적 1시간 정도의 시간이 소요되었다.
도 5는 CFRP소재에 대한 성형 및 압축 특성을 평가하기 위한 실험 사진 이미지이고, 도 6은 도 5의 시험기를 이용하여 CFRP빔에 가압을 진행하였을 경우 시편이 견디는 압축 응력을 측정한 결과의 그래프이다.
도 6의 그래프에 나타난 바와 같이 실시 예 1의 필러 시편으로 제조된 CFRP빔과 비교 예 1의 필러 시편으로 제조된 CFRP빔의 압축 강도의 차이가 크게 나타났다.
즉, 프레스 가압 성형방법으로 제조된 필러 시편의 CFRP빔은 시편에 대한 압축 힘이 높게 측정된 반면 포밍 성형방법으로 제조된 필러 시편의 CFRP빔은 시편에 대한 압축 힘이 낮게 측정되었다.
그리고, CFRP빔 자체가 받은 응력은 델토이드(Deltoid) 구간에 채워진 필러의 특성에 영향을 많이 받기 때문에 CFRP빔의 압축 힘을 분석함으로써 필러의 특성을 평가할 수 있었다.
시험결과, 포밍 성형 방법에 비해 프레스 가압 성형방법으로 제조한 필러의 특성이 우수함을 확인할 수 있었고, 전체 CFRP빔에 대한 기계적 물성이 필러의 특성과 연관성이 높기 때문에 필러의 우수한 특성을 통해 CFRP빔의 강도가 향상된다는 점을 확인할 수 있었다. 또한, 프레스 가압 성형방법을 이용한 필러 및 CFRP빔의 제조시간이 훨씬 단축됨을 확인할 수 있었다.
이와 같이 본 발명은 프레스의 가압 성형 방법을 이용하여 복합재료 성형용 필러 및 복합재료를 제조함으로써 필러에 대한 가공성 및 소재 안전성을 확보할 수 있으며, 아울러 복합재료의 물성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 필러 및 복합재료를 신속하고 용이하게 제조할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 항공용 부품은 물론 타 산업용 부분에 쉽게 적용시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
110: 하부금형 111: 홈(cavity)
120: 상부금형 200: 프리프레그
300: 필러 410: 제 1 구조물
420: 제 2 구조물 430: 델토이드(Deltoid) 구간

Claims (9)

  1. 필러 형상의 홈이 구비된 금형을 제작하고 상기 금형의 홈 위에 상기 홈의 부피보다 많은 양의 프리프레그를 균일하게 배열시킨 다음 핫프레스로 가열 및 가압하여 성형하는 방법으로 제조된 필러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리프레그는 필러의 밀도를 높이기 위해 상기 금형의 홈을 부피비로 계산하여 상기 홈의 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양이 사용된 것을 특징으로 하는 필러.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필러는 75℃ 내지 85℃의 온도에서 20초 내지 1분 동안 5psi 내지 20 psi의 압력으로 가열 및 가압되어 제조된 것을 특징으로 하는 필러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 필러는 80℃의 온도에서 30초 동안 10psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형된 것을 특징으로 하는 필러.
  5. 필러 형상의 홈이 구비된 금형을 제작하고 상기 금형의 홈 위에 상기 홈의 부피보다 많은 양의 프리프레그를 균일하게 배열시킨 다음 핫프레스로 가열 및 가압하여 성형되는 필러를 복합재료의 제 1 구조물과 제 2 구조물을 조합시 형성되는 델토이드(Deltoid) 구간에 충진하여 융합시키는 방법으로 제조되는 복합재료.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프리프레그는 상기 금형의 홈을 부피비로 계산하여 상기 홈의 부피에 비해 1.2배∼2배 많은 양이 사용된 것을 특징으로 하는 복합재료.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 필러는 75℃ 내지 85℃의 온도에서 20초 내지 1분 동안 5psi 내지 15psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형된 것을 특징으로 하는 복합재료.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 필러는 80℃의 온도에서 30초 동안 10psi의 압력으로 가열 및 가압되어 성형된 것을 특징으로 하는 복합재료.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 융합은 핫프레스를 이용하여 10psi∼20psi의 압력으로 가압하고 110℃∼130℃의 온도에서 1시간 동안 1차 경화한 다음 140℃∼160℃의 온도에서 1시간 동안 2차 경화하고 170℃∼190℃의 온도에서 1시간 동안 3차 경화한 것을 특징으로 하는 복합재료.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3446864A1 (en) * 2017-08-14 2019-02-27 The Boeing Company Method to increase strength and toughness of aircraft structural components
CN110561789A (zh) * 2019-09-19 2019-12-13 常州新创航空科技有限公司 一种预浸料热模压预成型机
US10689085B2 (en) 2017-08-14 2020-06-23 The Boeing Company Stringer stiffened composite panels having improved pull-off strength

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5742223B2 (ko) * 1977-01-17 1982-09-07
KR100783159B1 (ko) 2006-11-14 2007-12-07 주식회사 대한항공 항공기 보강재용 충전재 제조장치
US20130316131A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Eurocopter Deutschland Gmbh Skin-stiffener transition assembly, method of manufacture and application of said skin-stiffener transition assembly
KR20140055993A (ko) 2012-11-01 2014-05-09 더 보잉 컴파니 복합재 만곡부 충전부 및 이를 제조하는 방법물
KR20140100882A (ko) * 2013-02-07 2014-08-18 더 보잉 컴파니 초단 섬유 재료로 된 갭 필러를 가지는 복합 구조체의 제조 방법 및 시스템
KR20150053222A (ko) * 2013-11-07 2015-05-15 더 보잉 컴파니 기하학적 형상의 필러 소재를 가지는 라미네이트 복합체 방사상의 필러 및 그의 형성 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5742223B2 (ko) * 1977-01-17 1982-09-07
KR100783159B1 (ko) 2006-11-14 2007-12-07 주식회사 대한항공 항공기 보강재용 충전재 제조장치
US20130316131A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Eurocopter Deutschland Gmbh Skin-stiffener transition assembly, method of manufacture and application of said skin-stiffener transition assembly
KR20140055993A (ko) 2012-11-01 2014-05-09 더 보잉 컴파니 복합재 만곡부 충전부 및 이를 제조하는 방법물
KR20140100882A (ko) * 2013-02-07 2014-08-18 더 보잉 컴파니 초단 섬유 재료로 된 갭 필러를 가지는 복합 구조체의 제조 방법 및 시스템
KR20150053222A (ko) * 2013-11-07 2015-05-15 더 보잉 컴파니 기하학적 형상의 필러 소재를 가지는 라미네이트 복합체 방사상의 필러 및 그의 형성 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3446864A1 (en) * 2017-08-14 2019-02-27 The Boeing Company Method to increase strength and toughness of aircraft structural components
US10689085B2 (en) 2017-08-14 2020-06-23 The Boeing Company Stringer stiffened composite panels having improved pull-off strength
US10723436B2 (en) 2017-08-14 2020-07-28 The Boeing Company Methods and apparatus to increase strength and toughness of aircraft structural components
CN110561789A (zh) * 2019-09-19 2019-12-13 常州新创航空科技有限公司 一种预浸料热模压预成型机
CN110561789B (zh) * 2019-09-19 2020-11-03 常州新创航空科技有限公司 一种预浸料热模压预成型机

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