KR20170104092A - 보강재 성형방법 - Google Patents

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Abstract

강화섬유와 수지로 구성된 프리프레그(Prepreg)를 제1금형과 제2금형 사이에 배치시키는 배치단계; 제1금형과 제2금형을 통해 프리프레그를 가압하여 성형하는 성형단계; 프리프레그의 성형 후 제1금형을 프리프레그로부터 일정 거리 이격시켜 제1금형과 프리프레그 사이에 공간을 형성하는 제1이격단계; 제1금형과 프리프레그 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그의 일측 표면에 제1수지층을 형성하는 제1주입단계; 제1수지층의 형성 후 제2금형을 프리프레그로부터 일정 거리 이격시켜 제2금형과 프리프레그 사이에 공간을 형성하는 제2이격단계; 및 제2금형과 프리프레그 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그의 타측 표면에 제2수지층을 형성하는 제2주입단계;를 포함하는 보강재 성형방법이 소개된다.

Description

보강재 성형방법 {MAUNFACTURING METHOD FOR REINFORCEMENT}
본 발명은 사출 성형 시 보강재의 형상(40) 성형과 수지 주입을 한 개의 금형에서 진행할 수 있는 보강재 성형방법에 관한 것이다.
종래 플라스틱 제품의 강성 확보용 보강재에 금속제 부품, 케이블, 회로기판 자석 등과 같은 플라스틱 이외의 부품을 일체화시켜 성형하기 위한 방법으로 보강재를 금형 형상(40)에 맞게 미리 성형한 다음에 사출을 위한 금형에 부착하고 여기에 수지를 주입하여 제품을 생산했어야 했다.
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.
10-2011-0056183 A
본 발명은 사출 성형 시 보강재의 형상(40) 성형과 수지 주입을 한 개의 금형에서 진행할 수 있는 보강재 성형방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보강재 성형방법은 강화섬유와 수지로 구성된 프리프레그(Prepreg)를 제1금형과 제2금형 사이에 배치시키는 배치단계; 제1금형과 제2금형을 통해 프리프레그를 가압하여 성형하는 성형단계; 프리프레그의 성형 후 제1금형을 프리프레그로부터 일정 거리 이격시켜 제1금형과 프리프레그 사이에 공간을 형성하는 제1이격단계; 제1금형과 프리프레그 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그의 일측 표면에 제1수지층을 형성하는 제1주입단계; 제1수지층의 형성 후 제2금형을 프리프레그로부터 일정 거리 이격시켜 제2금형과 프리프레그 사이에 공간을 형성하는 제2이격단계; 및 제2금형과 프리프레그 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그의 타측 표면에 제2수지층을 형성하는 제2주입단계;를 포함한다.
제2주입단계 이후에는 프리프레그의 수지, 제1수지층 및 제2수지층을 경화시킨 후 금형으로부터 탈형하는 분리단계;를 더 포함할 수 있다.
제1금형 및 제2금형 중 적어도 한 곳에는 리브 형상(40)이 음각으로 형성되고, 제1주입단계 또는 제2주입단계에서는 제1수지층 또는 제2수지층에 리브가 형성될 수 있다.
제1금형 및 제2금형 중 적어도 한 곳에는 체결공구가 배치된 배치공간이 음각으로 형성되고, 제1주입단계 또는 제2주입단계에서는 제1수지층 또는 제2수지층에 체결공구가 인서트사출될 수 있다.
제1주입단계 및 제2주입단계에서는 프리프레그의 수지와 동일한 수지가 주입될 수 있다.
제1주입단계 이후에는 상부에 위치하던 제1금형이 하부에 위치하고, 하부에 위치하던 제2금형이 상부에 위치하도록 금형 전체가 회전되는 회전단계;를 더 포함할 수 있다.
제1이격단계 이후에는 이격된 거리와 동일한 길이를 가지는 복수의 가이드핀이 제1금형으로부터 프리프레그를 향해 돌출되어 금형 내에서 프리프레그의 위치를 고정하는 제1고정단계;를 더 포함할 수 있다.
제2이격단계 이후에는 이격된 거리와 동일한 길이를 가지는 복수의 가이드핀이 제2금형으로부터 프리프레그를 향해 돌출되어 금형 내에서 프리프레그의 위치를 고정하는 제2고정단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 보강재 성형방법에 따르면, 사출 성형 시 보강재의 형상(40) 성형과 수지 주입을 한 개의 금형에서 진행할 수 있다. 이에 따라 금형비용의 절감으로 제품의 원가절감이 가능하고 프리프레그를 두 번 성형할 필요가 없으므로 제조과정에서 공정수의 축소가 가능하다.
또한, 사출 공법 적용으로 기존의 RTM(Resin Transfer Molding) 및 PCM(Prepreg Compression Molding) 등에서는 적용하기 힘든 강성보완용 리브의 형성과 인서트볼트, 인서트너트와 같은 체결공구의 인서트사출이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배치단계를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 성형단계를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1이격단계를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1고정단계를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1주입단계를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 회전단계를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제2이격단계를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제2고정단계를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제2주입단계를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 탈형된 보강재를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 금형 내에 형성된 음각의 리브 형상을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 리브가 형성된 보강재를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 금형 내에 형성된 음각의 배치공간을 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 체결공구가 인서트사출된 보강재를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 순서도를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 보강재 성형방법은 강화섬유와 수지로 구성된 프리프레그(Prepreg)를 제1금형(10)과 제2금형(20) 사이에 배치시키는 배치단계(S100); 제1금형(10)과 제2금형(20)을 통해 프리프레그(100)를 가압하여 성형하는 성형단계(S200); 프리프레그(100)의 성형 후 제1금형(10)을 프리프레그(100)로부터 일정 거리 이격시켜 제1금형(10)과 프리프레그(100) 사이에 공간을 형성하는 제1이격단계(S300); 제1금형(10)과 프리프레그(100) 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그(100)의 일측 표면에 제1수지층(200)을 형성하는 제1주입단계(S500); 제1수지층(200)의 형성 후 제2금형(20)을 프리프레그(100)로부터 일정 거리 이격시켜 제2금형(20)과 프리프레그(100) 사이에 공간을 형성하는 제2이격단계(S700); 및 제2금형(20)과 프리프레그(100) 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그(100)의 타측 표면에 제2수지층(300)을 형성하는 제2주입단계(S900);를 포함한다.
또한, 제2주입단계(S900) 이후에는 프리프레그(100)의 수지, 제1수지층(200) 및 제2수지층(300)을 경화시킨 후 금형으로부터 탈형하는 분리단계(S1000);를 더 포함할 수 있다.
먼저, 배치단계(S100)에서는 도 1과 같이 프리프레그(100)를 제1금형(10)과 제2금형(20) 사이에 배치한다. 이때 프리프레그(100)는 성형된 상태가 아니라 성형 전의 프리프레그(100)일 수 있다. 배치단계(S100) 이후 성형단계(S200)에서는 도 2와 같이 프리프레그(100)를 성형하기 위해 제1금형(10) 또는 제2금형(20)을 이동시켜 금형을 닫아 프리프레그(100)를 가압한다.
제1이격단계(S300)에서는 도 3과 같이 제1금형(10)이 프리프레그(100)와 제2금형(20)으로부터 일정 거리 이격된다. 이때 성형된 프리프레그(100)는 제2금형(20) 측에 안착된 상태로 유지된다. 바람직하게는 제1금형(10)은 상부금형에 해당하고, 제2금형(20)은 하부금형에 해당하여 상부금형인 제1금형(10)을 제2금형(20)으로부터 이격시켜도 프리프레그(100)는 자중에 의해 하부금형인 제2금형(20) 측에 안착된 상태일 수 있다.
제1이격단계(S300) 이후에는 도 5와 같이 제1금형(10)과 제2금형(20)에 안착된 프리프레그(100) 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하는 제1주입단계(S500)가 수행된다. 수지의 주입으로 프리프레그(100)의 일측 표면에 제1수지층(200)이 형성되는데 제1수지층(200)의 두께는 제1금형(10)이 제2금형(20)에 안착된 프리프레그(100)와 이격된 거리와 동일하게 형성된다.
바람직하게는 제1주입단계(S500) 이후 프리프레그(100)의 일측 표면에 형성된 제1수지층(200)을 경화시킨다. 제1수지층(200)이 경화되면 도 7과 같이 제2금형(20)을 제1금형(10)에 안착된 프리프레그(100)로부터 일정 거리 이격시키는 제2이격단계(S700)가 수행된다.
제1이격단계(S300)에서 제1금형(10)이 상부금형에 해당하고 제2금형(20)이 하부금형에 해당했었다면 제2이격단계(S700)에서는 제1수지층(200)이 형성된 프리프레그(100)가 상부금형인 제1금형(10)에서 자중에 의해 낙하하지 않고 안착된 상태에서 제2금형(20)이 하방으로 이격되어야 한다.
제2이격단계(S700)를 통해 제2금형(20)이 제1금형(10)에 안착된 프리프레그(100)로부터 일정 거리 이격된 다음에는 도 9와 같이 제2금형(20)과 제1금형(10)에 안착된 프리프레그(100) 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하는 제2주입단계(S900)가 수행된다. 수지의 주입으로 프리프레그(100)의 타측 표면에 제2수지층(300)이 형성되며 이러한 제2수지층(300)의 두께는 제2금형(20)이 제1금형(10)에 안착된 프리프레그(100)와 이격된 거리와 동일하게 형성된다.
이후 분리단계(S1000)를 통해 제1수지층(200) 및 제2수지층(300)이 경화되고 금형으로부터 탈형시킴으로써 도 10과 같이 프리프레그(100)의 상하면에 수지층이 형성된 보강재가 제조된다.
프리프레그(100), 제1수지층(200) 및 제2수지층(300)의 수지는 열가소성 수지 및 열경화성 수지가 이용될 수 있다. 프리프레그(100)의 강화섬유는 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유가 이용될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는 제1주입단계(S500) 및 제2주입단계(S900)에서는 프리프레그(100)의 수지와 동일한 수지가 주입됨으로써 프리프레그(100)의 수지와 제1수지층(200) 및 제2수지층(300)의 수지는 동일하여 이종재료에 의한 분리강성이 낮아짐을 방지할 수 있다.
종래 강화섬유를 포함하는 프리폼 또는 프리프레그(100)를 일차적으로 금형을 통해 성형하고 성형된 프리폼 또는 프리프레그(100)를 다시 별개의 금형에 투입하여 수지를 주입하고 이차적으로 다시 성형했던 방식과는 달리 본 발명에 따른 보강재 성형방법은 한 개의 금형을 통해 제품의 제조가 가능하여 제품의 원가절감이 가능하고 프리프레그(100)를 두 번 성형할 필요가 없으므로 제조과정에서 공정수의 축소가 가능하다는 장점이 있다.
한편, 제1금형(10) 및 제2금형(20) 중 적어도 한 곳에는 리브 형상(40)이 음각으로 형성되어 제1주입단계(S500) 또는 제2주입단계(S900)에서는 제1수지층(200) 또는 제2수지층(300)에 리브(400)가 형성될 수 있다.
도 11과 같이 제1금형(10) 또는 제2금형(20)의 내면으로 복수의 음각이 형성되어 제1주입단계(S500) 또는 제2주입단계(S900)에서 수지를 주입할 때 수지가 제1금형(10) 또는 제2금형(20)의 음각 부분으로 채워져 들어간다. 이로 인해 결과적으로 도 12와 같이 제1수지층(200) 또는 제2수지층(300)에 음각 형상과 동일한 형태의 리브(400)가 형성된다.
마찬가지로 제1금형(10) 및 제2금형(20) 중 적어도 한 곳에는 도 13과 같이 체결공구(500)가 배치된 배치공간(50)이 음각으로 형성되어 제1주입단계(S500) 또는 제2주입단계(S900)에서는 제1수지층(200) 또는 제2수지층(300)에 체결공구(500)가 인서트사출될 수 있다.
제1금형(10) 또는 제2금형(20)의 내면으로 복수의 음각이 형성되고 음각으로 인한 배치공간(50)에 배치공간(50)보다 크기가 작은 인서트볼트 또는 인서트너트 등과 같은 체결공구(500)를 배치하여 제1주입단계(S500) 또는 제2주입단계(S900)에서 수지를 주입할 때 수지가 배치공간(50)과 체결공구(500) 사이의 음각 부분으로 채워져 들어간다. 이에 따라 도 14와 같이 제1수지층(200) 또는 제2수지층(300)에 체결공구(500)를 인서트사출할 수 있다.
본 발명에 따른 보강재 성형방법에서 제1주입단계(S500) 이후에는 도 6과 같이 상부에 위치하던 제1금형(10)이 하부에 위치하고, 하부에 위치하던 제2금형(20)이 상부에 위치하도록 금형 전체가 회전되는 회전단계(S600);를 더 포함할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 제1금형(10)이 상부금형에 해당하고 제2금형(20)이 하부금형에 해당할 경우 제2이격단계(S700)에서 상부금형인 제1금형(10)으로부터 프리프레그(100)가 낙하하지 않아야 한다.
따라서 제1주입단계(S500) 이후, 제2이격단계(S700) 이전에 회전단계(S600)를 통해 금형을 전체로 180°회전시킴으로써 상부에 위치하던 제1금형(10)을 하부에 위치시키고, 하부에 위치하던 제2금형(20)을 상부에 위치시킨다. 이에 따라 제2금형(20)이 프리프레그(100)로부터 이격되어도 프리프레그(100)는 하부에 위치하는 제1금형(10)에서 안착된 상태를 유지할 수 있게 된다.
제1이격단계(S300) 이후에는 도 4와 같이 이격된 거리와 동일한 길이를 가지는 복수의 가이드핀(30)이 제1금형(10)으로부터 프리프레그(100)를 향해 돌출되어 금형 내에서 프리프레그(100)의 위치를 고정하는 제1고정단계(S400)가 수행될 수 있다.
복수의 가이드핀(30)의 존재로 인해 프리프레그(100)가 제2금형(20)에서 이동되지 않도록 프리프레그(100)를 고정하고 동시에 프리프레그(100)로부터 제1금형(10)이 이격된 거리를 유지하여 제1수지층(200)의 형태를 유지할 수 있다.
가이드핀(30)은 금형 내부에 삽입되어 있다가 제1금형(10)이 이격되면 프리프레그(100) 측으로 전개될 수 있다. 이때 가이드핀(30)은 제1수지층(200)의 외형에 손상을 주지 않도록 얇은 봉형태로 형성됨이 바람직하다. 또는, 가이드핀(30)은 탄성부재로 형성되어 제1금형(10)이 이격되면 탄성에 의한 복원력으로 프리프레그(100)를 고정할 수 있다.
상기와 마찬가지로 제2이격단계(S700) 이후에는 도 8과 같이 이격된 거리와 동일한 길이를 가지는 복수의 가이드핀(30)이 제2금형(20)으로부터 프리프레그(100)를 향해 돌출되어 금형 내에서 프리프레그(100)의 위치를 고정하는 제2고정단계(S800)가 수행될 수 있다.
복수의 가이드핀(30)의 존재로 인해 프리프레그(100)가 제1금형(10)에서 이동되지 않도록 프리프레그(100)를 고정하고 동시에 프리프레그(100)로부터 제2금형(20)이 이격된 거리를 유지하여 제1수지층(200)의 형태를 유지할 수 있다.
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.
10 : 제1금형 20 : 제2금형
30 : 가이드핀 50 : 배치공간
100 : 프리프레그 200 : 제1수지층
300 : 제2수지층 400 : 리브
500 : 체결공구 S100 : 배치단계
S200 : 성형단계 S300 : 제1이격단계
S400 : 제1고정단계 S500 : 제1주입단계
S600 : 회전단계 S700 : 제2이격단계
S800 : 제2고정단계 S900 : 제2주입단계
S1000 : 분리단계

Claims (8)

  1. 강화섬유와 수지로 구성된 프리프레그(Prepreg)를 제1금형과 제2금형 사이에 배치시키는 배치단계;
    제1금형과 제2금형을 통해 프리프레그를 가압하여 성형하는 성형단계;
    프리프레그의 성형 후 제1금형을 프리프레그로부터 일정 거리 이격시켜 제1금형과 프리프레그 사이에 공간을 형성하는 제1이격단계;
    제1금형과 프리프레그 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그의 일측 표면에 제1수지층을 형성하는 제1주입단계;
    제1수지층의 형성 후 제2금형을 프리프레그로부터 일정 거리 이격시켜 제2금형과 프리프레그 사이에 공간을 형성하는 제2이격단계; 및
    제2금형과 프리프레그 사이에 형성된 공간으로 수지를 주입하여 프리프레그의 타측 표면에 제2수지층을 형성하는 제2주입단계;를 포함하는 보강재 성형방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제2주입단계 이후에는,
    프리프레그의 수지, 제1수지층 및 제2수지층을 경화시킨 후 금형으로부터 탈형하는 분리단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보강재 성형방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1금형 및 제2금형 중 적어도 한 곳에는 리브 형상이 음각으로 형성되고,
    제1주입단계 또는 제2주입단계에서는 제1수지층 또는 제2수지층에 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 보강재 성형방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제1금형 및 제2금형 중 적어도 한 곳에는 체결공구가 배치된 배치공간이 음각으로 형성되고,
    제1주입단계 또는 제2주입단계에서는 제1수지층 또는 제2수지층에 체결공구가 인서트사출되는 것을 특징으로 하는 보강재 성형방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1주입단계 및 제2주입단계에서는,
    프리프레그의 수지와 동일한 수지가 주입되는 것을 특징으로 하는 보강재 성형방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제1주입단계 이후에는,
    상부에 위치하던 제1금형이 하부에 위치하고, 하부에 위치하던 제2금형이 상부에 위치하도록 금형 전체가 회전되는 회전단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보강재 성형방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제1이격단계 이후에는,
    이격된 거리와 동일한 길이를 가지는 복수의 가이드핀이 제1금형으로부터 프리프레그를 향해 돌출되어 금형 내에서 프리프레그의 위치를 고정하는 제1고정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보강재 성형방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제2이격단계 이후에는,
    이격된 거리와 동일한 길이를 가지는 복수의 가이드핀이 제2금형으로부터 프리프레그를 향해 돌출되어 금형 내에서 프리프레그의 위치를 고정하는 제2고정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보강재 성형방법.
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