KR20180007020A - 복합재 피스톤핀 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20180007020A
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layer
outer layer
reinforcing fibers
fibers
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양준호
차성철
최치훈
홍승현
조영대
이재원
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현대자동차주식회사
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Abstract

파이프 형상이며, 강화섬유로 형성된 아우터층; 아우터층의 내측면을 따라 아우터층과 연결되고, 아우터층보다 탄성이 낮은 강화섬유로 형성된 이너층; 및 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르(Cyanate Ester)를 포함하며, 아우터층 및 이너층의 강화섬유를 함침하는 수지제;를 포함하는 복합재 피스톤핀이 소개된다.

Description

복합재 피스톤핀 및 그 제조방법 {COMPOSITE PISTON PIN AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 탄성이 달리 구성된 여러 겹의 파이프 형상 강화섬유 및 유리전이온도가 높고 성형성이 훌륭한 수지로 구성된 복합재 재질의 피스톤핀에 관한 것이다.
기존의 SMC415 강을 이용하여 제작된 스틸 재질로만 구성된 피스톤핀의 경우 그 중량이 크기 때문에 차량에 적용 시 연비의 향상에 기여하는 바가 없었으며 피스톤핀에 요구되는 후프방향 굴곡강도 및 길이방향 굴곡강도 측면에서도 물성치가 만족스럽지 않아 이를 대체할 수 있는 피스톤핀의 제조가 요구되었다.
이에 무게가 가볍고 강도가 훌륭한 탄소섬유로 구성되는 복합재 피스톤핀을 소개한다.
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.
공개특허공보 제1997-0064781호 A
본 발명은 탄성이 달리 구성된 여러 겹의 파이프 형상 강화섬유와 유리전이온도가 높고 성형성이 훌륭한 수지로 구성된 복합재 재질의 피스톤핀을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합재 피스톤핀은 파이프 형상이며, 강화섬유로 형성된 아우터층; 아우터층의 내측면을 따라 부착되고, 아우터층보다 탄성이 낮은 강화섬유로 형성된 이너층; 및 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르(Cyanate Ester)를 포함하며, 아우터층 및 이너층의 강화섬유를 함침하는 수지제;를 포함한다.
아우터층 및 이너층의 강화섬유는 탄소섬유로 구성되되, 아우터층의 탄소섬유는 피치(Pitch)계 탄소섬유이고, 이너층의 탄소섬유는 팬(PAN)계 탄소섬유일 수 있다.
에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르의 혼합비는 1:0.82 ~ 1:1.22 범위일 수 있다.
에폭시 혼합물은 BPA형(Bisphenol A Type) 에폭시 및 Phenol Novolac 에폭시를 포함할 수 있다.
아우터층의 강화섬유는 파이프의 길이방향과 나란하게 배열되며, 이너층은 강화섬유가 아우터층의 강화섬유와 수직하게 배열되고, 아우터층의 내측면을 따라 아우터층과 연결된 제1레이어; 및 강화섬유가 아우터층의 강화섬유와 나란하게 배열되며, 제1레이어의 내측면을 따라 제1레이어와 연결된 제2레이어;을 포함할 수 있다.
아우터층과 이너층이 이루는 전체 두께를 100%로 할 때 아우터층 : 0~50%(0은 불포함), 제1레이어 : 40~80% 및 제2레이어 : 0~60%(0은 불포함)일 수 있다.
본 발명에 따른 복합재 피스톤핀 제조방법은 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르(Cyanate Ester)를 포함하는 수지제 및 강화섬유로 구성된 제1프리프레그(Prepreg)와 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르를 포함하는 수지제 및 제1프리프레그의 강화섬유보다 탄성이 낮은 강화섬유로 구성된 제2프리프레그를 적층하는 적층단계; 원통형의 금형을 이용하여 제1프리프레그가 외측면을 형성하도록 제1프리프레그와 제2프리프레그를 롤링하는 롤링단계; 및 롤링된 제1프리프레그와 제2프리프레그를 오븐에 넣고 일체로서 성형하는 성형단계;를 포함한다.
롤링단계 이후에는 내열성의 필름을 제1프리프레그의 외측면에 래핑하는 래핑단계;를 더 포함할 수 있다.
성형단계 이후에는 성형된 제1프리프레그와 제2프리프레그로부터 내열성의 필름 및 금형을 분리한 다음 소정의 길이로 절단하는 절단단계;를 더 포함할 수 있다.
절단단계 이후에는 제1프리프레그의 표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 가공단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 복합재 피스톤핀에 따르면, 다층구조로 형성되되, 내외층을 구성하는 강화섬유의 탄성이 서로 다르게 구성되고, 강화섬유를 함침하는 수지제에 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르가 포함되어 굽힘응력이 줄어 굽힘강도가 향상되고 전단응력이 줄어 전단강도가 향상된 효과를 기대할 수 있다.
또한, Oval 변형량의 발생을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.
이에 따라 피스톤핀의 경량화가 가능하고 마찰저감 효과를 기대할 수 있어 연비의 향상 및 내구성의 증대를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합재 피스톤핀의 구성요소들 간의 결합을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도에 대한 Storage Modulus 그래프로서 유리전이온도(Tg)를 나타낸 도면.
도 3은 제1레이어 두께, 제2레이어 두께 및 아우터층 두께를 세 축으로한 그래프로서 본 발명의 영역을 나타낸 도면.
도 4는 비교예와 실시예 1 및 실시예 2의 굽힘응력을 비교한 도면.
도 5는 비교예와 실시예 1 및 실시예 2의 전단응력을 비교한 도면.
도 6은 비교예와 실시예 1 및 실시예 2의 변형량, Oval을 비교한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제1롤링단계와 제2롤링단계를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 성형단계를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가공단계를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 복합재 피스톤핀은 도 1과 같이 파이프 형상이며, 강화섬유로 형성된 아우터층(100); 아우터층(100)의 내측면을 따라 아우터층(100)과 연결되고, 아우터층(100)보다 탄성이 낮은 강화섬유로 형성된 이너층(200); 및 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르(Cyanate Ester)를 포함하며, 아우터층(100) 및 이너층(200)의 강화섬유를 함침하는 수지제;를 포함한다.
아우터층(100)은 강화섬유로 형성되는데 여기서 강화섬유란 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 및 천연섬유 중에서 적어도 한 종류 이상으로 이루어질 수 있다. 또한, 아우터층(100)은 파이프 형상으로 형성되는데 바람직하게는 시트형태의 강화섬유를 롤링하여 파이프 형상으로 형성되도록 할 수 있다.
이너층(200)도 마찬가지로 강화섬유로 형성되며 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 및 천연섬유 중에서 적어도 한 종류 이상으로 이루어질 수 있다. 다만, 아우터층(100)의 강화섬유보다는 낮은 탄성을 갖는 강화섬유로 이루어진다.
이너층(200)은 아우터층(100)의 내측면을 따라 아우터층(100)과 연결되어 파이프 형상을 이루는데 상대적으로 탄성이 높은 아우터층(100)의 내측면에서 아우터층(100)을 지지해주고 하중으로부터 버텨주는 역할을 수행하여 후프방향 굴곡강도를 상승시킨다
수지제는 에폭시 혼합물에 내열성을 향상시키며 수지의 흐름성을 증대시키는 시아네이트 에스테르가 첨가되어 강화섬유를 함침시킬 경우 공극을 저감시키고 강화섬유의 섬유의 균일도를 향상시킨다.
보다 상세히 언급하면 시아네이트 에스테르의 첨가로서 유리전이온도(Tg)가 높아지는데 유리전이온도(Tg)란 도 2의 그래프와 같이 고분자 재료가 고체 상태에서 액체 상태로 변이가 일어나는 유리전이와 관계된 온도로서 온도에 대한 Storage Modulus의 그래프에서 저온과 고온에서의 직선을 연장하여 두 직선이 만나는 점으로 표현된다. 본 발명에 따른 복합재 피스톤핀의 경우 약 250℃에서 유리전이온도(Tg)가 형성됨을 알 수 있다.
따라서 유리전이온도(Tg)가 높아질수록 내열성이 향상되는 것으로 볼 수 있고 강화섬유를 함침하는 수지제에 있어서 내열성이 향상되면 성형과정에서 급격하게 소성이 일어나지 않기 때문에 공극이 저감되며 강화섬유의 섬유 균일도는 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
다만, 고내열성의 목적으로 유리전이온도(Tg)를 높이기 위해 시아네이트 에스테르 첨가량을 높일 경우 수지제 자체의 점도가 과도하게 낮아져 균일한 형태의 복합재 부품을 제조하기가 어려워진다. 따라서 후술하겠지만 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르의 적절한 혼합비율이 요구된다.
수지제는 에폭시 혼합물, 시아네이트 에스테르 외에도 금속착화합물인 촉매체 및 코발트 아세틸아세토네이트(Cobalt Acetylacetonate) 등을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 수지제에서 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르의 혼합비는 1:0.82 ~ 1:1.22 범위일 수 있다. 에폭시 혼합물을 기준으로 시아네이트의 혼합비가 0.82에 미달하게 되면 유리전이온도(Tg)가 낮아 강화섬유를 함침할 경우 공극이 다량 발생하게 되고 섬유 균일도가 저하된다.
반면, 시아네이트의 혼합비가 1.22를 초과하게 되면 수지제의 흐름성이 높아 성형성이 좋지 못하고 수지제의 점도가 과도하게 낮아 균일한 형태의 복합재 부품의 제조가 어려워진다. 따라서 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르의 혼합비는 1:0.82 ~ 1:1.22 범위로 한정한다.
이와 같은 한정의 이유 및 효과는 하기 표 1을 통해 정리하였다.
혼합비율 내열성 성형성 작업성
에폭시 혼합물에 대한 시아네이트 에스테르 혼합비 유리전이온도(Tg)
(℃)		 기준 : 240℃ 이상 수지
흐름성
(%)		 기준 : 35% 이하 80℃에서의 점도
(cps)		 기준 : 6000~20000cps
비교예 1 0.43 219 Fail 21 Pass 13000 Pass
비교예 2 0.67 224 Fail 25 Pass 11500 Pass
실시예 1 0.82 246 Pass 28 Pass 10000 Pass
실시예 2 1 250 Pass 34 Pass 8000 Pass
실시예 3 1.22 258 Pass 40 Pass 6000 Pass
비교예 3 1.5 263 Pass 43 Fail 4500 Fail
유리전이온도(Tg)의 기준을 240℃ 이상으로 설정한 것은 본 발명에 따른 복합재핀을 제조하는 과정에서 성형 시 오븐의 온도에 따라 설정한 것이며 수지의 흐름성은 용융흐름지수를 이용하여 평가한 것으로서 높을수록 수지의 흐름성이 좋지 못함을 나타낸다. 성형성과 작업성은 모두 균일한 형태의 복합재 부품을 제조하기에 용이한 수준에 따라 설정하였다.
흐름성이란 유체가 일정한 표면에서 기준물질과 비교하여 이동한 정도를 나타낸 수치이며 따라서 그 수치가 클수록 유체가 이동한 정도가 많은 것으로 볼 수 있다.
상기 표 1을 통해서도 확인할 수 있듯이 에폭시 혼합물에 대한 시아네이트 에스테르 혼합비가 0.82에 미달할 경우 비교예 1 및 비교예 2와 같이 성형성 및 작업성은 만족할 수 있으나 내열성을 만족하지 못하고 1.22를 초과할 경우 비교예 3과 같이 내열성은 만족할 수 있으나 성형성 및 작업성을 만족하기 못하게 된다.
에폭시 혼합물은 BPA형(Bisphenol A Type) 에폭시 및 Phenol Novolac 에폭시를 포함할 수 있다. 바람직하게는 BPA형 에폭시는 전체 100%을 기준으로 10~40%이 포함되고 나머지는 Phenol Novolac 에폭시로서 60~90%이 포함될 수 있다.
한편, 아우터층(100) 및 이너층(200)의 강화섬유는 탄소섬유로 구성되되, 아우터층(100)의 탄소섬유는 피치(Pitch)계 탄소섬유이고, 이너층(200)의 탄소섬유는 팬(PAN)계 탄소섬유일 수 있다.
피치계 탄소섬유는 탄성계수가 약 640GPa 이상인 것으로서 일반적으로 탄소의 비율이 높아 고탄성이기 때문에 후프방향 굴곡강도 및 재료강도를 상승시킴으로써 하중이 가해질 경우 하중에 따른 핀의 변형이 일어나는 Oval의 발생을 억제하고 또한, 굽힘변형을 억제할 수 있다.
팬계 탄소섬유는 탄성계수가 약 240GPa 이상인 것으로서 일반적으로 압축강도가 높은 특성이 있어 복합재 피스톤핀에서 최내측에 배치됨으로써 아우터층(100)을 지지해주고 하중으로부터 버텨주는 역할을 수행하여 후프방향 굴곡강도를 상승시킨다. 이에 따라 하중에 따른 Oval의 발생을 억제할 수 있다. 팬계 탄소섬유는 상대적으로 원가가 저렴하기 때문에 원가절감이 가능한 효과가 있다.
아우터층(100)의 강화섬유는 파이프의 길이방향과 나란하게 배열되며, 이너층(200)은 강화섬유가 아우터층(100)의 강화섬유와 수직하게 배열되고, 아우터층(100)의 내측면을 따라 아우터층(100)과 연결된 제1레이어(210); 및 강화섬유가 아우터층(100)의 강화섬유와 나란하게 배열되며, 제1레이어(210)의 내측면을 따라 제1레이어(210)와 연결된 제2레이어(220);을 포함할 수 있다.
아우터층(100)의 강화섬유 배열방향이 파이프의 길이방향과 나란하고 이너층(200)의 경우 다층구조를 이루도록 구성하되, 아우터층(100)의 내측면에 연결된 제1레이어(210)의 경우 강화섬유가 아우터층(100)의 강화섬유와 수직하게 배열되도록 하고 제1레이어(210)의 내측면에 연결된 제2레이어(220)의 경우 강화섬유가 아우터층(100)의 강화섬유와 나란하게 배열되도록 함으로써 결과적으로 아우터층(100), 제1레이어(210) 및 제2레이어(220)의 강화섬유는 외층부터 0°, 90°, 0°의 배열방향을 이루게 된다.
이에 따라 복합재 피스톤핀의 강성을 향상시키고 복합재 피스톤핀의 길이방향으로부터 가해지는 하중은 물론 폭방향으로부터 가해지는 하중에도 대비할 수 있다.
아우터층(100)의 외측면은 평직(Plain Weave)(300)으로 감싸져 섬유 박리를 방지할 수 있다.
보다 바람직하게는 아우터층(100)과 이너층(200)이 이루는 전체 두께를 100%로 할 때 아우터층(100) : 0~50%, 제1레이어(210) : 40~80% 및 제2레이어(220) : 0~60%일 수 있다.
도 3에서도 확인할 수 있듯이 ⓐ영역인 직각삼각형 상부의 경우 제1레이어(210)의 두께가 전체 두께를 기준으로 80%를 초과함을 이유로 제1레이어(210)의 비중이 높아져 핀의 굽힘강도가 감소하게 되고 이에 따라 Oval 및 굽힘변형이 발생하게 된다.
ⓑ영역인 직각삼각형 하부 좌측의 경우 아우터층(100)의 두께가 전체 두께를 기준으로 50%를 초과하거나 제1레이어(210)의 두께가 전체 두께를 기준으로 40% 미만임을 이유로 아우터층(100)의 비중이 높아져 핀의 전단강도가 감소하게 되고 이에 따라 Oval이 발생하게 된다.
ⓒ영역인 직각삼각형 하부 중앙의 경우 제1레이어(210)의 두께가 전체 두께를 기준으로 40% 미만임을 이유로 제2레이어(220)의 비중이 높아져 핀의 전단강도 및 재료강도가 감소하게 되고 이에 따라 Oval 및 굽힘변형이 발생하게 된다.
ⓓ영역인 직각삼각형 하부 우측의 경우 제2레이어(220)의 두께가 전체 두께를 기준으로 60%를 초과하거나 제1레이어(210)의 두께가 전체 두께를 기준으로 40% 미만임을 이유로 제2레이어(220)의 비중이 높아져 핀의 전단강도 및 재료강도가 감소하게 되고 이에 따라 Oval 및 굽힘변형이 발생하게 된다.
이에 따라 아우터층(100)과 이너층(200)이 이루는 전체 두께를 100%로 할 때 아우터층(100) : 0~50%, 제1레이어(210) : 40~80% 및 제2레이어(220) : 0~60%로 제한 함이 타당하다.
본 발명에 따른 복합재 피스톤핀은 다층구조로 형성되되, 내외층을 구성하는 강화섬유의 탄성이 서로 다르게 구성되고, 강화섬유를 함침하는 수지제에 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르가 포함된다.
도 4 내지 도 6은 기존의 금속 재질로 형성되며, 중량 약 79g의 SCM415와 본 발명의 실시예에 따른 복합재 피스톤핀으로서 중량 약 20g의 실시예 1 및 중량 약 23g의 실시예 2의 물성 값을 비교한 그래프이다.
도 4의 그래프에 표시된 바와 같이 굽힘응력이 기존의 SCM415에 비해 약 8~10% 정도 줄어 굽힘강도가 향상되고 도 5의 그래프에 표시된 바와 같이 전단응력이 기존의 SCM415에 비해 약 25~41% 정도 줄어 전단강도가 향상된 효과를 기대할 수 있다. 또한, Oval 변형량의 경우 도 6의 그래프에 나타난 바와 같이 기존의 SCM415에 비해 약 36~72% 정도 줄어든 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 복합재 피스톤핀은 엔진, 변속기 밸브트레인, 샤프트 등에서 마찰마모 부품으로 이용될 수 있다. 구체적으로는 로커암핀, CVVL핀, 스윙암핀, 타이밍 체인핀, 타펫, 변속기 핀/샤프트류 등에 이용될 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 복합재 피스톤핀 제조방법은 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르(Cyanate Ester)를 포함하는 수지제 및 강화섬유로 구성된 제1프리프레그(10)(Prepreg)가 원통형의 금형(30) 외측면을 감싸도록 롤링하는 제1롤링단계; 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르를 포함하는 수지제 및 제1프리프레그(10)의 강화섬유보다 탄성이 높은 강화섬유로 구성된 제2프리프레그(20)가 제1프리프레그(10)의 외측면을 감싸도록 롤링하는 제2롤링단계; 및 금형(30)에 롤링된 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)를 오븐에 넣고 일체로서 성형하는 성형단계;를 포함한다.
바람직하게는 롤링단계 이후에는 내열성의 필름을 제2프리프레그(20)의 외측면에 래핑하는 래핑단계;를 더 포함할 수 있다.
먼저, 제1롤링단계를 통해서 상대적으로 탄성이 낮은 강화섬유의 제1프리프레그(10)를 원통형의 금형(30) 외측면에 감는다. 일정 폭을 갖는 Sheet 형태의 제1프리프레그(10)를 넓게 펼쳐놓고 단부에 금형(30)을 위치시킨 다음에 롤링시켜 제1프리프레그(10)가 금형(30)의 외측면을 감싸도록 한다.
다음으로, 제2롤링단계를 통해서 상대적으로 탄성이 높은 강화섬유의 제2프리프레그(20)를 제1프리프레그(10)의 외측면에 감는다. 일정 폭을 갖는 Sheet 형태의 제2프리프레그(20)를 넓게 펼쳐놓고 단부에 제1프리프레그(10)로 감싸진 금형(30)을 위치시킨 다음에 롤링시켜 제2프리프레그(20)가 제1프리프레그(10)의 외측면을 감싸도록 한다.
제1롤링단계 및 제2롤링단계를 통해 상대적으로 탄성이 높은 강화섬유의 제2프리프레그(20)가 바깥층에 위치하고 상대적으로 탄성이 낮은 강화섬유의 제1프리프레그(10)가 내층에 위치하도록 할 수 있다.
바람직하게는 도 7과 같이 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)를 넓게 펼쳐놓되, 제1프리프레그(10)의 단부와 제2프리프레그(20)의 단부가 서로 겹쳐지도록 연결한 다음 금형(30)을 이용하여 제1프리프레그(10) 및 제2프리프레그(20)를 롤링할 수 있다.
또한, 복합재 피스톤핀에서 이너층(200)과 아우터층(100)의 두께는 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)의 길이를 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
제2롤링단계 이후 롤링된 제2프리프레그(20)의 외측면에 내열성의 필름을 래핑한다. 필름은 내열성을 갖는 열수축용 테잎으로 구성될 수 있다.
이후 도 8과 같이 필름에 래핑된 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)를 오븐에 넣어 일체로 성형한다. 상기와 같은 내열성의 필름을 제2프리프레그(20)의 외측면에 래핑함으로써 오븐에서 성형 시 내열성의 필름이 열에 의해 수축하게 되고 이에 따라 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20) 내부에 존재하던 기공을 제거할 수 있다.
오븐에서의 성형은 약 200~250℃의 온도에서 약 1시간 정도 수행될 수 있다. 수지제에는 시아네이트 에스테르가 포함되어 내열성이 향상된다. 이에 따라 오븐에서의 성형과정에서 급격하게 소성이 일어나지 않기 때문에 공극이 저감되며 강화섬유의 섬유 균일도는 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
성형단계 이후에는 성형된 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)로부터 내열성의 필름 및 금형(30)을 분리한 다음 소정의 길이로 절단하는 절단단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 절단단계 이후에는 제2프리프레그(20)의 표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 가공단계;를 더 포함할 수 있다.
성형된 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)를 오븐으로부터 빼낸 다음 제2프리프레그(20)의 외측면에 래핑된 내열성의 필름을 제거하고 제1프리프레그(10)로 감싸져 있는 금형(30)을 분리하여 성형된 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)를 용도에 맞게 절단한다.
절단된 제1프리프레그(10)와 제2프리프레그(20)의 가공을 위해 제1프레프레그의 표면을 숫돌 등과 같은 연마기(40)를 이용하여 연마한다. 바람직하게는 도 9와 같이 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 숫돌을 제2프리프레그(20)의 외측면과 맞닿게 하여 숫돌을 회전시킴으로써 제2프리프레그(20)의 표면이 연마되도록 할 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 : 제1프리프레그 20 : 제2프리프레그
30 : 금형 40 : 연마기
100 : 아우터층 200 : 이너층
210 : 제1레이어 220 : 제2레이어
300 : 평직

Claims (10)

  1. 파이프 형상이며, 강화섬유로 형성된 아우터층;
    아우터층의 내측면을 따라 아우터층과 연결되고, 아우터층보다 탄성이 낮은 강화섬유로 형성된 이너층; 및
    에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르(Cyanate Ester)를 포함하며, 아우터층 및 이너층의 강화섬유를 함침하는 수지제;를 포함하는 복합재 피스톤핀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르의 혼합비는 1:0.82 ~ 1:1.22 범위인 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀.
  3. 청구항 2에 있어서,
    에폭시 혼합물은 BPA형(Bisphenol A Type) 에폭시 및 Phenol Novolac 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀.
  4. 청구항 1에 있어서,
    아우터층 및 이너층의 강화섬유는 탄소섬유로 구성되되,
    아우터층의 탄소섬유는 피치(Pitch)계 탄소섬유이고, 이너층의 탄소섬유는 팬(PAN)계 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀.
  5. 청구항 1에 있어서,
    아우터층의 강화섬유는 파이프의 길이방향과 나란하게 배열되며,
    이너층은,
    강화섬유가 아우터층의 강화섬유와 수직하게 배열되고, 아우터층의 내측면을 따라 아우터층과 연결된 제1레이어; 및
    강화섬유가 아우터층의 강화섬유와 나란하게 배열되며, 제1레이어의 내측면을 따라 제1레이어와 연결된 제2레이어;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀.
  6. 청구항 5에 있어서,
    아우터층과 이너층이 이루는 전체 두께를 100%로 할 때 아우터층 : 0~50%(0은 불포함), 제1레이어 : 40~80% 및 제2레이어 : 0~60%(0은 불포함)인 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀.
  7. 에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르(Cyanate Ester)를 포함하는 수지제 및 강화섬유로 구성된 제1프리프레그(Prepreg)가 원통형의 금형 외측면을 감싸도록 롤링하는 제1롤링단계;
    에폭시 혼합물과 시아네이트 에스테르를 포함하는 수지제 및 제1프리프레그의 강화섬유보다 탄성이 높은 강화섬유로 구성된 제2프리프레그가 제1프리프레그의 외측면을 감싸도록 롤링하는 제2롤링단계; 및
    금형에 롤링된 제1프리프레그와 제2프리프레그를 오븐에 넣고 일체로서 성형하는 성형단계;를 포함하는 복합재 피스톤핀 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제2롤링단계 이후에는,
    내열성의 필름을 제2프리프레그의 외측면에 래핑하는 래핑단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    성형단계 이후에는,
    성형된 제1프리프레그와 제2프리프레그로부터 내열성의 필름 및 금형을 분리한 다음 소정의 길이로 절단하는 절단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    절단단계 이후에는,
    제2프리프레그의 표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 가공단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 피스톤핀 제조방법.
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