KR20180092594A - Method for manufacturing container using carbon fiber structural material - Google Patents

Method for manufacturing container using carbon fiber structural material Download PDF

Info

Publication number
KR20180092594A
KR20180092594A KR1020170018485A KR20170018485A KR20180092594A KR 20180092594 A KR20180092594 A KR 20180092594A KR 1020170018485 A KR1020170018485 A KR 1020170018485A KR 20170018485 A KR20170018485 A KR 20170018485A KR 20180092594 A KR20180092594 A KR 20180092594A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon fiber
container
structural material
carbon
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020170018485A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
배동식
Original Assignee
배동식
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 배동식 filed Critical 배동식
Priority to KR1020170018485A priority Critical patent/KR20180092594A/en
Publication of KR20180092594A publication Critical patent/KR20180092594A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D22/00Producing hollow articles
    • B29D22/003Containers for packaging, storing or transporting, e.g. bottles, jars, cans, barrels, tanks
    • B29C47/0019
    • B29C47/0064
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/001Combinations of extrusion moulding with other shaping operations
    • B29C48/0021Combinations of extrusion moulding with other shaping operations combined with joining, lining or laminating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/07Flat, e.g. panels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D90/00Component parts, details or accessories for large containers
    • B65D90/02Wall construction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D90/00Component parts, details or accessories for large containers
    • B65D90/02Wall construction
    • B65D90/022Laminated structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for producing a container using a carbon fiber structural material, comprising the following steps: preparing a carbon fiber plate by laminating and extruding carbon fiber; preparing a rectangular structural material having an empty interior by using the carbon fiber plate and inserting at least one carbon fiber rod therein; filling the inside of the carbon fiber structural material with a thermosetting resin and a curing agent; and fabricating the container by assembling the prepared carbon fiber plate and the structural material. According to the present invention, the container using the carbon fiber structural material can be lightweight to load large quantity of items onto vessels, thereby increasing profits by reducing transportation costs.

Description

탄소섬유 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 방법{Method for manufacturing container using carbon fiber structural material}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for manufacturing a container using a carbon fiber structural material,

컨테이너는 소유형태, 재질, 용도 및 크기 등에 따라 분류가 다르며, 특히 용도에 따라 일반용, 액체용, 자동차용, 냉동용, 보온용 등 여러 종류가 있다.Containers are classified according to ownership type, material, use and size, and there are various kinds, for example, general use, liquid use, automobile use, refrigeration use,

그리고, 컨테이너는 규격에 따라 20feet(TEU), 40feet(FEU), 45feet(Jumbo) 등으로 나눌 수 있으며, 소유 형태로는 선사 소유, 리스회사 소유, 화주 소유 등으로 나눌 수 있다. Containers can be divided into 20feet (TEU), 40feet (FEU), and 45feet (Jumbo) depending on the standard. Ownership can be divided into pre-owned, leased, and shippers.

컨테이너를 종류별로 분류하면 먼저, 드라이 컨테이너(Dry Container)는 온도조절이 필요하지 않은 화물에 이용되는 컨테이너로 일반잡화 수송에 적합하고, 냉동 컨테이너 (Reefer Container)는 냉동화물 및 과실, 채소 등 보냉을 필요로 하는 화물을 수송하기 위한 컨테이너로 온도조절은 보통 -25 내지 25℃ 사이에서 조정이 가능하며, 벌크 컨테이너(Solid Bulk Container)는 맥아(Malt), 소맥분 등의 분체 또는 분상태의 화물 수송에 적합도록 천장에 구멍이 있고 내부는 FRP로 가공되어 있어 청소가 용이하며 외부 온도 변화에 대한 영향이 드라이 컨테이너 보다는 적은 것이 특징이고, 오픈 탑 컨테이너(Open Top Container)는 기계류, 강제품, 판유리 등의 중량화물 적립에 적합한 컨테이너로서 천장은 탈부탁이 가능한 수밀성이 높은 캔버스(canvas) 덮개로 되어 있고 크레인으로 컨테이너의 상부에서 화물을 하역할 수 있다는 특징이 있으며, 플랫랙 컨테이너(Flat Rack Container)는 드라이 컨테이너의 천장과 측벽을 제거한 모양으로 양측벽도 뗐다 붙였다 할 수 있어서 바닥과 사주만의 형태가 되므로 기계류, 강재, 원목 등의 중량화물을 전후좌우 또는 상방에서 지게차로 하역할 수 있고, 마지막으로 탱크 컨테이너(Tank Container)는 장유, 유류, 화학약품 등 유체화물을 수송하기 위해 Tank를 준비한 컨터이너로써 일반용, 위험화물용, 고압가스용 등이 있고 고압, 저압, 보온설비나 가열설비를 갖춘 것도 있다.Firstly, the dry container is used for cargo that does not require temperature control. It is suitable for general goods transportation. Reefer Container is used for refrigerated cargo, fruit, vegetables, etc. Containers for transporting the required cargo can be adjusted between -25 ° C and 25 ° C. The bulk container is used for transporting powdered or powdered cargo such as malt, flour, etc. It is easy to clean because it has a hole in the ceiling and the inside is made of FRP. The effect of external temperature change is less than that of the dry container. Open Top Container is used in machinery, steel products, As a container suitable for heavy cargo accumulation, the ceiling is made of canvas with high watertightness and can be removed. The Flat Rack Container can be attached to both side walls by removing the ceiling and sidewalls of the dry container so that it can be attached to the bottom and the bottom of the container, Steel, wood and other heavy cargo can be unloaded from the front, rear, left or right side by forklift. Lastly, Tank Container is a container which prepared tank to transport fluid cargo such as oil, For dangerous cargoes, for high-pressure gas, etc., and may have high-pressure, low-pressure, thermal insulation or heating facilities.

한편, 컨테이너는 대부분 강철(철제), 알루미늄, 플라이우드/섬유강화플라스틱(FRP) 소재로 이루어져 있다. On the other hand, most containers are made of steel (steel), aluminum, and flywood / fiber reinforced plastic (FRP).

철제 컨테이너는 프레임과 패널이 강재로 이루어져 있으며, 컨테이너 전체를 전기용접에 의해서 제작되는데, 현재 대부분(90% 이상)의 컨테이너가 철제로 이루어져 있다. 철제 컨테이너는 저가인 반면에 무겁고 녹슬기 쉬우며 폐기시 비용이 많이 들어서 여러 가지 문제가 발생하고 있다.The steel container is made of steel frame and panel, and the entire container is made by electric welding. Most of the containers (more than 90%) are made of iron. Iron containers are cheap, but they are heavy, rusty and costly to dispose of, causing many problems.

알루미늄 컨테이너는 재질의 가격으로 인해 고가이긴 하지만 가볍고 녹슬지 않는 장점이 있으며, 주로 냉장/냉동용(Reefer) 컨테이너에 활용되고 있다. 재료로써 쓰인다. 알루미늄 컨테이너는 제작기법에 따라 크게 2가지로 나뉘는데 ⅰ)프레임을 전부 강재로 하고 Panel만 알루미늄 합금으로 한 것, ⅱ)프레임을 양끝만 강재로 하고 나머지는 전부 알루미늄 합금제로 한 것이 있다. 제작시 강제 부분은 용접으로 가공하며 알루미늄 부분은 리벳(Rivet)으로 조립한다.Aluminum containers are high in price due to the price of materials, but they are light and non-rusting, and are mainly used in refrigeration / reefer containers. Used as a material. Aluminum containers are divided into two types according to their production methods: i) the frame is made entirely of steel and only the panel is made of aluminum alloy; and ii) the frame is made of both ends of steel and the rest is made of aluminum alloy. The steel part is machined by welding and the aluminum part is assembled by rivet.

섬유강화플라스틱(FRP) 소재 컨테이너는 프레임은 강재로 되어 있고, 합판의 양면에 FRP를 코팅하거나 박판을 입힌 FRP 패널로 구성된다. 프레임은 모두 용접하고 패널은 특수 리벳이나 볼트로 조립하여 완료된다. 현재 점유율이 미미하며 거의 사용하지 않는 추세이다.Fiber Reinforced Plastics (FRP) containers are made of steel, framed FRP panels on both sides of the plywood or laminated FRP panels. The frame is welded and the panel is finished by assembling with special rivets or bolts. The current market share is small and is rarely used.

위에서 살펴 보았듯이 컨테이너는 그 사용 목적, 용도 등에 따라서 다양한 형태 및 소재를 사용하고 있으나, 가장 많이 사용하는 철제 컨테이너는 중량이 매우 많이 나가고 부식 등의 문제가 있어서 경량소재이면서 강도를 유지하고, 부식 등의 문제가 없는 소재의 개발이 요구되고 있다.As shown above, the container uses various shapes and materials depending on the purpose of use and the purpose of use. However, the most commonly used steel container is very light in weight and has a problem such as corrosion, so it is a lightweight material, There is a demand for development of a material free from the problem of

탄소섬유는 일반적으로 ‘유기섬유 전구체를 가열하여 얻은 탄소 함유율이 90% 이상인 섬유’로 정의되며, 고강도/고탄성 측면에서는 철의 10배/3배에 이르고, 경량성 측면에서는 무게가 철의 20% 정도 밖에 되지 않아서 기계, 자동차 산업에서 향후 성장을 주도해 나갈 꿈의 소재로 각광받고 있다. 또한, 탄소섬유는 열적 치수 안정성도 철이나 알루미늄에 대비하여 우수하고, 내약품성도 뛰어나며 열전도도 낮아서 자동차 부품 소재로서는 최적의 소재로 인정받고 있다. Carbon fiber is generally defined as a fiber having a carbon content of 90% or more obtained by heating an organic fiber precursor. In the high strength / high elasticity aspect, it is 10 times / 3 times that of iron. And it is getting popular as a dream material to lead future growth in machinery and automobile industry. In addition, carbon fiber is superior in thermal dimensional stability to iron and aluminum, has excellent chemical resistance, and has low thermal conductivity, which is considered to be an optimal material for automobile parts.

최근 강도와 내화학성은 매우 우수하면서도 무게를 줄일 수 있는 섬유 강화 복합소재(GF, CF)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 탄소섬유 강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배, 비중은 1/4 수준으로 대표적인 고강도 경량 소재로 각광을 받고 있다. In recent years, studies on fiber reinforced composite materials (GF, CF) which are excellent in strength and chemical resistance and can reduce weight have been actively carried out. Carbon fiber-reinforced plastics have been attracting attention as a representative high-strength lightweight material with a nasal strength of 6 times and a specific gravity of 1/4 based on the properties of steel materials.

한편, 테니스, 골프 등 스포츠용품(16%)과 우주항공 분야(16%)를 비롯해 신소재를 적용한 풍력, 태양광 등 신재생에너지(23%), 자동차(6%) 분야의 수요는 지속적으로 증가하고 있다. Meanwhile, demand for new and renewable energy (23%) and automobiles (6%), including wind power and photovoltaic applications, including new products such as tennis and golf equipment (16%) and aerospace .

한편, 탄소섬유 복합소재는 대량생산을 위한 금형·성형공정 구현에 어려움이 있어서 단순 형상의 항공기 구조물, 건축 부자재, 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어 왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서 다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차 부품 개발이 가속화되고 있다. On the other hand, carbon fiber composite materials have been difficult to realize molds and molding processes for mass production, and have been limited to simple shapes of aircraft structures, building auxiliary materials, sporting goods and the like. However, due to mechanical performance, The development of automotive parts that are applicable to manufacturers and material companies is accelerating.

도레이(日)사는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를 갖춘 것으로 파악되고 있으며, 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유 합성, 합성수지 복합소재 개발을, BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을 가지고 있다.TORAY (Sun) has already been vertically sequenced from precursors to products. In addition, CYTEC is developing carbon fiber composite and synthetic resin composite materials, and BMW (Germany) And has great strengths.

현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 Autoclave, 수지주입성형(Resin Transfer Molding, RTM) 등의 성형공정을 통해 요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 한 개당 수십 분에서 수시간 수준의 공정시간을 요하는 단점이 있다. Currently, carbon fiber reinforced plastic parts and products are manufactured in the shape required by the molding process such as Autoclave, Resin Transfer Molding (RTM), etc., but these processes require several tens of minutes to several hours of process time There is a drawback that it requires.

강화플라스틱 소재를 RTM 공정으로 생산하는 경우 유리섬유 강화플라스틱은 섬유의 함량을 증가시킬 경우 사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아지는 단점이 있다. 즉, 단섬유, 장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에 따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 매우 달라지며, 사출성형 간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이 달라진다. When the reinforced plastic material is produced by the RTM process, the glass fiber reinforced plastic has a disadvantage that the production of parts and products through injection molding becomes very difficult when the content of fibers is increased. That is, since the short fiber or long fiber type glass fiber is added to the matrix resin, the injection molding difficulty is greatly changed according to the fiber content, and the mechanical characteristics are changed depending on the fiber orientation caused by various factors between the injection molding .

한편, 자동차 경량화를 위한 섬유강화 플라스틱 소재 개발 시에는 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지), 대량생산(수 분 이내) 공정기술이 요구되고 있다.On the other hand, when developing fiber-reinforced plastic materials for automobile light-weighting, high-quality (maintenance of design performance) and mass production (within minutes) process technology different from existing molding processes are required.

금속판재성형, 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재를 응용하여 고강도 경량소재를 제작하기 위해서는 압축성형, 인서트 사출성형 등의 공정기술 개발 이 필수적이다.It is essential to develop process technologies such as compression molding and insert injection molding in order to produce high strength and lightweight materials by applying fiber reinforced plastic materials based on metal plate molding and injection molding process.

한편, 본 발명은 탄소섬유 소재 판재 및 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 공정에 관한 것으로서 컨테이너의 경량화를 달성하고 컨테이너 소재의 성능을 개선하기 위한 방법을 제안하였다. Meanwhile, the present invention relates to a process for manufacturing a container using a carbon fiber material plate and a structural material, and has proposed a method for achieving a light weight of a container and improving the performance of a container material.

컨테이너의 소재로는 강철, 알루미늄, 플라이우드, 섬유강화플라스틱(FRP)이 사용되고 있으나, 탄소섬유를 이용한 컨테이너 제작은 탄소섬유의 가격, 공정 기술 미확립, 시장성 등 여러 가지 이유로 인해 아직 제대로 시도된 바가 없다.Although steel, aluminum, plywood and fiber reinforced plastic (FRP) are used as the material of the container, the production of container using carbon fiber has been successfully tried due to various reasons such as the price of carbon fiber, none.

탄소섬유는 구조재로 섬유를 다발화한 후 에폭시수지 등의 매트릭스로 굳힌 후 복합재료로 사용한다. 이 복합재료는 강도, 탄성율이 높고, 내피로도가 좋으며, 화학적으로 안정하며, x-선을 투과시킨다. 특히 비중이 낮기 때문에 단위중량 당으로 나타내는 비강도, 비탄성율은 다른 소재보다 월등히 높아 선진 복합소재로 평가된다.Carbon fiber is a structural material, which is formed into a matrix of epoxy resin or the like and then used as a composite material. This composite material has high strength, high modulus, good fatigue resistance, chemical stability, and x-ray transmission. Particularly, since the specific gravity is low, the nodal strength and the nonelasticity ratio per unit weight are much higher than those of the other materials, and thus they are evaluated as advanced composite materials.

고강도 탄소섬유의 경우 비강도는 20Mcm, 비탄성율은 1,300Mcm이르며, 고탄성 탄소섬유의 경우 비강도는 12Mcm, 비탄성율은 2,100Mcm 정도이다. In the case of the high strength carbon fiber, the non-elasticity is 20Mcm and the non-elasticity is 1,300Mcm. In case of the high-elasticity carbon fiber, the non-elasticity is 12Mcm and the non-elasticity is 2,100Mcm.

탄소섬유를 인장시켜 다발로 만든 후 수지로 굳힌 경우는 1방향 강화판이라 부르고 이방성(異方性)의 특성을 갖는다. 항공기나 샤프트 등의 경량구조는 1방향 강화판을 복수로 적층시켜 사용하는 경우가 대부분이며, 적층판의 특성은 1방향 강화판의 특성과 적층구성(섬유의 배향 방향)에 의하여 결정된다. 따라서 복합재료는 요구특성에 맞추어 적절한 적층구조를 설계하는 것이 필요하다.When a carbon fiber is stretched into a bundle and then hardened by a resin, it is called an unidirectional reinforcing plate and has an anisotropic property. Lightweight structures such as airplanes and shafts are mostly used by stacking a plurality of unidirectional reinforcing plates. The characteristics of the laminated plates are determined by the characteristics of the unidirectional reinforcing plate and the lamination structure (orientation direction of the fibers). Therefore, it is necessary to design an appropriate laminated structure in accordance with the required characteristics of the composite material.

종래에는 이러한 탄소섬유강화플라스틱을 제조하기 위하여 수작업으로 진행하는 핸드 레이업(Hand lay up)법이 많이 사용되었는데, 이는 제품의 외형 형상의 반쪽 금형 위에 드라이 촙트 스트랜드 매트(Dry Chopped Strand Mat)를 한 장씩 놓은 후, 그 위에 액체로 된 수지를 부은 후 롤러를 이용하여 스트랜드 매트에 수지를 함침시키고 경화시켜 성형하는 방법으로, 주로 수작업으로 이루어진다. 이러한 핸드 레이업 공법은 수작업에 의한 것이다 보니 제품의 내구성, 표면 불량과 같은 품질 문제를 내포하고 있으며, 대량 생산의 어려움으로 인한 부품단가 상승문제를 유발하였다. Conventionally, a hand lay up method which is hand-operated to manufacture such a carbon fiber-reinforced plastic has been widely used. The dry lay strand mat (Dry Chopped Strand Mat) is placed on a mold half of the outer shape of the product A resin is impregnated into the strand mat by using a roller, and the resin is hardened and molded. The molding is mainly performed by hand. Such a hand layup process is a manual process, which involves quality problems such as durability and surface defects of the product, and causes a problem of increasing the cost of parts due to difficulty in mass production.

또한 작업자의 숙련도에 따라 제품의 질이 좌우되므로, 균일한 품질 확보가 어렵고, 생산량에 한계가 있다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래들어 탄소섬유 강화플라스틱을 제조하는 데 많이 이용되는 것이 수지 이송 성형(Resin Transfer Molding, RTM) 방법인데, 수지 이송 성형 방법은 제품의 외부 형상을 지닌 금형 사이의 공간에 강화 섬유 직물의 적층기재 등으로 이루어지는 강화섬유로 된 제품 형상의 예비 성형체를 위치시킨 후, 상하 금형을 닫고 금형 내부를 감압한 후 수지주입기 등을 이용하여 액상의 수지를 주입하고 가열 경화시킴으로써 원하는 형상의 섬유강화 플라스틱을 제조하는 방법이다.Further, since the quality of the product depends on the skill level of the operator, it is difficult to obtain uniform quality and there is a limit in the production amount. In order to solve these problems, Resin Transfer Molding (RTM) method is widely used to produce carbon fiber reinforced plastic in recent years. In the resin transfer molding method, the space between the molds After placing the preformed article made of the reinforcing fiber made of the fiber fabric made of the laminated base material of the fiber fabric, etc., the upper and lower molds are closed and the inside of the mold is depressurized, then the liquid resin is injected by using a resin injector or the like, A method for manufacturing a fiber-reinforced plastic.

그러나, 수지 이송 성형 방법으로 제조한 탄소섬유강화플라스틱 제품은 수지 함유량이 높아 강도가 떨어질 뿐만 아니라, 제조 과정에서 기포가 발생하여 고품질의 제품을 생산하는데 어려움이 있는 문제점이 있다.However, the carbon fiber-reinforced plastic product manufactured by the resin transfer molding method has a problem in that it is difficult to produce a high-quality product because bubbles are generated in the manufacturing process as well as the strength is lowered due to a high resin content.

본 발명은 컨테이너 제작 방법에 있어서, 탄소섬유 적층체로 판재를 만들어 사각 파이프를 제조하고, 그 내부에 탄소섬유봉(샤프트)를 삽입하여 강도를 보강하여 컨테이너 구조재로 활용하여 컨테이너를 제작하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a container by making a plate with a carbon fiber laminate to manufacture a square pipe, inserting a carbon fiber rod (shaft) into the pipe, reinforcing the strength thereof, will be.

종래에는 컨테이너 구조재를 모두 철강재로 사용하였으나, 무게가 매우 무겁고 해양 기후 및 환경 조건상 그러한 철강제가 부식되는 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 발명자는 탄소섬유 소재를 활용하여 컨테이너를 제작하는 방법을 고안하였다.Conventionally, all the structural members of the container are made of steel, but they are very heavy and have a problem of corrosion of such steel due to marine climate and environmental conditions. In order to solve these problems, the inventor of the present invention has devised a method of manufacturing a container using a carbon fiber material.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 탄소섬유로 구성된 구조재를 이용하여 컨테이너를 제작하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a container using a structural member made of carbon fibers.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 탄소섬유로 판재를 만들고 그 판재를 이용하여 사각형 파이프를 제작한 후에 그 내부에 탄소섬유봉을 하나 이상 삽입하여 탄소섬유 구조재의 강도를 향상시키기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for improving the strength of a carbon fiber structural member by forming a rectangular plate by using a plate made of carbon fiber, inserting at least one carbon fiber rod into the rectangular pipe, .

탄소섬유 소재를 이용하여 구조재를 제작하고, 그러한 구조재를 이용하여 컨테이너를 제작하는 방법은 탄소섬유를 적층하고 압출하여 탄소섬유 판재를 제작하는 단계;A method of manufacturing a structural member using a carbon fiber material and a container using the structural material includes the steps of: laminating and extruding carbon fiber to produce a carbon fiber sheet;

상기 탄소섬유 판재를 이용하여 내부가 비어 있는 사각형 구조재를 제작하고 그 내부에 탄소섬유봉을 하나 이상 삽입하는 단계; 상기 탄소섬유 구조재 내부에 열경화성 수지와 경화제를 넣어 내부를 충진하는 단계; 상기 제작된 탄소섬유 판재 및 구조재를 조립하여 컨테이너를 제작하는 단계를 포함할 수 있다.Preparing a rectangular structural member having an interior hollow by using the carbon fiber plate and inserting at least one carbon fiber rod therein; Filling the inside of the carbon fiber structural member with a thermosetting resin and a curing agent; And assembling the manufactured carbon fiber plate and structural material to manufacture a container.

그리고, 그러한 탄소섬유 구조재의 구성 비율은 복수의 탄소섬유봉들이 탄소섬유 사각형 구조재 내부에서 차지하는 부피 비율이 75 내지 95%인 것이 바람직하다. 탄소섬유봉이 사각형 구조재 내부에서 차지하는 부피 비율이 75% 미만이면 충분한 강도를 유지하기가 어려우므로 바람직하지 못하며, 95% 이상 유지하는 것은 조립이 어려울 뿐만 아니라 비효율적이므로 바람직하지 않다. The proportion of such carbon fiber structural members is preferably such that the volume ratio of the plurality of carbon fiber rods within the carbon fiber rectangular structural member is 75 to 95%. If the volume percentage of the carbon fiber rod in the rectangular structural member is less than 75%, it is difficult to maintain a sufficient strength, and it is not preferable that the carbon fiber rod is maintained at 95% or more because it is difficult to assemble and is inefficient.

한편, 상기 탄소섬유 판재 및 탄소섬유 구조재가 전체 컨테이너 구성 요소에서 차지하는 비율이 50 내지 95%인 것이 바람직하다. 컨테이너 구성 요소 전체를 모두 탄소섬유로 하는 것도 가능하지만, 현재까지 가공기술 및 재료 비용 등을 고려하면 적정한 범위 내에서 탄소섬유 소재의 비율을 유지하는 것이 바람직하다.  On the other hand, it is preferable that the ratio of the carbon fiber plate material and the carbon fiber structural material to the total container components is 50 to 95%. Although it is possible to make all of the container components as carbon fibers, it is desirable to maintain the ratio of the carbon fiber materials within an appropriate range in consideration of processing technology and material cost.

또한, 상기 열경화성 수지는 다양한 종류가 사용될 수 있으나, 섬유강화플라스틱인 것이 바람직하다.In addition, a variety of thermosetting resins may be used, but they are preferably fiber-reinforced plastics.

그리고, 탄소섬유 구조재 내부에 들어가는 탄소섬유봉의 지름은 30 내지 70 mm인 것이 바람직하다. 탄소섬유봉의 지름이 30mm 미만이면 보강재로서 강도를 충분히 발휘하기 어려우며, 70mm를 초과하면 너무 부피가 커져서 조립시 불편하며 재료 비용 등에서 원가가 상승하므로 바람직하지 못하다.It is preferable that the diameter of the carbon fiber rod to be contained in the carbon fiber structural member is 30 to 70 mm. If the diameter of the carbon fiber rod is less than 30 mm, it is difficult to sufficiently exhibit the strength as a reinforcing material. If it exceeds 70 mm, the carbon fiber rod becomes too bulky and inconvenient in assembling.

한편, 상기 탄소섬유를 적층하는 공정에 있어서, 탄소섬유 적층을 5회 이상 10회 이하로 반복하는 것이 바람직하다. 탄소 섬유 적층은 탄소재료로 충분히 시트를 제작할 정도로 반복해서 시행하는 것이 바람직한데, 5회 미만은 불충분하며, 10회 이상 적층하게 되면 공정시간 및 비용이 많이 소요되는데 비하여 적층 효과 측면에서는 효율이 증가하지 않으므로 바람직하지 못하다.On the other hand, in the step of laminating the carbon fibers, it is preferable that the carbon fiber lamination is repeated 5 times or more and 10 times or less. It is preferable that the carbon fiber lamination is performed repeatedly enough to produce a sheet sufficiently as a carbon material. Less than 5 times is insufficient, and if stacking 10 times or more, the process time and cost are increased, but the efficiency is increased in terms of the lamination effect Which is undesirable.

탄소섬유 봉의 경우 일반 강철의 10배의 강도와 높은 내구성을 가지므로 그러한 탄소섬유 봉을 구조재로 사용하면 대형 컨테이너에 필요한 하중을 충분히 견딜 수 있게 제작이 가능하다. 이와 같이 탄소섬유 구조재로 컨테이너를 제작할 경우 컨테이너 경량화가 가능하므로 선박 등에 많은 물량을 적치할 수 있으며, 결과적으로 운송비 절감을 통한 수익의 증대가 가능하다. Carbon fiber rods have ten times stronger strength and high durability than ordinary steel. Therefore, when such carbon fiber rods are used as structural materials, they can be manufactured to withstand the loads required for large-sized containers. When the container is made of carbon fiber structural material, it is possible to lighten the container, and thus it is possible to place a large amount of water on the vessel, and as a result, it is possible to increase the profit by reducing the transportation cost.

또한, 해상에서의 기후 조건 등으로 인해 발생하는 컨테이너의 부식과 같은 문제점이 없으므로 제작 원가만 크게 낮출 수 있다면 탄소섬유 구조재를 이용한 컨테이너의 수요가 폭증할 것으로 기대된다.In addition, there are no problems such as corrosion of containers due to weather conditions at sea. Therefore, if the production cost can be greatly reduced, the demand for containers using carbon fiber structural materials is expected to increase.

도 1은 본 공정을 간단하게 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 탄소섬유로 제작된 사각 파이프 내부에 탄소섬유봉(탄소섬유 샤프트)이 삽입된 것을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 탄소섬유 구조재를 활용하여 제작된 컨테이너 내부 골조를 간단하게 나타낸 모식도이다.
Fig. 1 is a process flow chart briefly showing the present process.
2 is a view schematically showing a carbon fiber rod (carbon fiber shaft) inserted into a square pipe made of carbon fiber.
FIG. 3 is a schematic view simply showing a container inner frame made using a carbon fiber structural material. FIG.

1. 탄소섬유 판재 제작1. Manufacture of carbon fiber sheet

먼저 세로 1.8m 가로 3m 크기로 탄소섬유를 재단하고, 재단된 탄소섬유를 겔코트와 강화제를 이용하여 8차례에 걸쳐 적층하였다. 이 때 사용된 탄소섬유의 양은 20kg 정도 였다. 이와 같이 탄소섬유를 적층하여 제작된 탄소섬유 시트를 준비된 200T 압출기를 이용하여 성형이 가능하도록 온도를 상승시켜 탄소섬유 판재를 생산하였다.First, the carbon fiber was cut into a length of 1.8 m and a length of 3 m, and the cut carbon fiber was laminated eight times using a gel coat and a reinforcing agent. The amount of carbon fiber used was about 20 kg. The carbon fiber sheet prepared by laminating the carbon fibers was heated to a temperature capable of being formed using a 200T extruder prepared to produce a carbon fiber sheet.

2. 탄소섬유 사각 파이프 골조 제작2. Carbon fiber square pipe construction

상기에서 제작된 압출 판재에 열을 가하여 직사각형 파이프 형태로 제작하였다. 그런 다음 사각파이프 안쪽에 탄소섬유 봉을 3개 삽입하고 FRP수지와 경화제를 이용하여 직사각형 파이프 내부를 충전하였다. Heat was applied to the extruded plate manufactured as described above to make a rectangular pipe shape. Then, three carbon fiber rods were inserted inside the square pipe, and the inside of the rectangular pipe was filled with FRP resin and hardener.

탄소섬유 봉의 경우 일반 강철의 10배의 강도와 높은 내구성을 가지므로 그러한 탄소섬유 봉을 구조재로 사용하면 대형 컨테이너에 필요한 하중을 충분히 견딜 수 있게 제작이 가능하다.Carbon fiber rods have ten times stronger strength and high durability than ordinary steel. Therefore, when such carbon fiber rods are used as structural materials, they can be manufactured to withstand the loads required for large-sized containers.

3. 컨테이너 조립 3. Container assembly

컨테이너의 X벤드 T벤드는 주물을 이용하여 강철 소재로 생산하였다. X벤드와 T벤드를 기준으로 하여, 탄소섬유로 된 사각 파이프 골조와 판재를 각 부위별로 조립 하여 컨테이너를 생산하였다. 다만, 컨테이너 안쪽의 마감제는 종래기술과 마찬가지로 합판 마감제를 사용하였다. The X-bend T-bend of the container was made of steel using castings. Based on the X-bend and T-bend, a square pipe frame made of carbon fiber and a plate were assembled to produce a container. However, plywood finishing agent was used for the interior of the container as in the prior art.

1. 탄소섬유봉(탄소샤프트)
2. 탄소섬유 판재로 만들어진 파이프
1. Carbon fiber rods (carbon shaft)
2. Pipes made of carbon fiber sheet

Claims (6)

탄소섬유를 적층하고 압출하여 탄소섬유 판재를 제작하는 단계;
상기 탄소섬유 판재를 이용하여 내부가 비어 있는 사각형 구조재를 제작하고 그 내부에 탄소섬유봉을 하나 이상 삽입하는 단계;
상기 탄소섬유 구조재 내부에 열경화성 수지와 경화제를 넣어 내부를 충진하는 단계;
상기 제작된 탄소섬유 판재 및 구조재를 조립하여 컨테이너를 제작하는 단계를 포함하는 탄소섬유 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 방법
Laminating and extruding carbon fibers to produce a carbon fiber sheet;
Preparing a rectangular structural member having an interior hollow by using the carbon fiber plate and inserting at least one carbon fiber rod therein;
Filling the inside of the carbon fiber structural member with a thermosetting resin and a curing agent;
A method of manufacturing a container using a carbon fiber structural material including a step of assembling the manufactured carbon fiber plate and structural material to form a container
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄소섬유봉들이 탄소섬유 사각형 구조재 내부에서 차지하는 부피 비율이 75 내지 95%인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 방법
The method according to claim 1,
Wherein the volume ratio of the one or more carbon fiber rods in the carbon fiber rectangular structural material is 75 to 95%
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유 판재 및 탄소섬유 구조재가 전체 컨테이너 구성에서 차지하는 비율이 50 내지 95%인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 방법
The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the carbon fiber plate material and the carbon fiber structure material in the total container configuration is 50 to 95%
제1항에 있어서
상기 열경화성 수지는 섬유강화플라스틱인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 방법
The method of claim 1, wherein
Wherein the thermosetting resin is a fiber-reinforced plastic; and a method of manufacturing a container using the carbon fiber structural material
제1항에 있어서
상기 탄소섬유봉의 지름이 30 내지 70 mm인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 방법
The method of claim 1, wherein
Wherein the carbon fiber rod has a diameter of 30 to 70 mm; and a method of manufacturing a container using the carbon fiber structural material
제1항에 있어서
상기 탄소섬유를 적층하는 공정에 있어서, 탄소섬유 적층을 5회 이상 10회 이하로 반복하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 구조재를 이용하여 컨테이너를 제조하는 방법
The method of claim 1, wherein
A method for manufacturing a container using a carbon fiber structural material, characterized in that, in the step of laminating the carbon fibers, the carbon fiber lamination is repeated 5 times or more and 10 times or less
KR1020170018485A 2017-02-10 2017-02-10 Method for manufacturing container using carbon fiber structural material KR20180092594A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170018485A KR20180092594A (en) 2017-02-10 2017-02-10 Method for manufacturing container using carbon fiber structural material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170018485A KR20180092594A (en) 2017-02-10 2017-02-10 Method for manufacturing container using carbon fiber structural material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180092594A true KR20180092594A (en) 2018-08-20

Family

ID=63443251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170018485A KR20180092594A (en) 2017-02-10 2017-02-10 Method for manufacturing container using carbon fiber structural material

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180092594A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114434841A (en) * 2022-02-25 2022-05-06 贵州至当科技有限公司 Polymer-based composite material wine bottle or soda bottle and preparation method thereof
US11597490B1 (en) 2021-12-22 2023-03-07 Rapidflight Holdings, Llc Additive manufactured airframe structure having a plurality of reinforcement elements

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11597490B1 (en) 2021-12-22 2023-03-07 Rapidflight Holdings, Llc Additive manufactured airframe structure having a plurality of reinforcement elements
US11840323B2 (en) 2021-12-22 2023-12-12 Rapidflight Holdings, Llc Additive manufactured airframe structure having a plurality of reinforcement elements
CN114434841A (en) * 2022-02-25 2022-05-06 贵州至当科技有限公司 Polymer-based composite material wine bottle or soda bottle and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nagavally Composite materials-history, types, fabrication techniques, advantages, and applications
US20100062238A1 (en) Composite Articles Comprising In-Situ-Polymerisable Thermoplastic Material and Processes for their Construction
RU2587171C9 (en) Method of producing composite material
US10596772B2 (en) Production of a plurality of different fiber composite components for high volumes in a continuous process
KR102060109B1 (en) Pul-core method with a pmi foam core
WO2010045572A1 (en) Lightweight unit load device
JP2001501714A (en) Plastic moldings and design structural members
KR20010075455A (en) Hollow Structure of Fiber-Reinforced Resin and Method of Manufacturing The Same
DE102011076082A1 (en) Rotor blade for wind power plant, has rotor blade shell structure, which is designed for passing air flow away from edges, where rotor blades are made of textile reinforced fiber
KR102084764B1 (en) Manufacturng for propeller of ship using composite materials
Marques Fibrous materials reinforced composites production techniques
KR20180092594A (en) Method for manufacturing container using carbon fiber structural material
CN103419420B (en) Thermoplastic sandwich composite material, and preparation method and use thereof
CN110065287A (en) A kind of bubble core phase transformation sandwich structure composite material and preparation method thereof
Marsh Prepregs—raw material for high-performance composites
WO2012171963A1 (en) Freight container
CN106218146A (en) Composite that a kind of case and bag flexible material is toughness reinforcing and preparation thereof and application
Uzay et al. Advanced technologies for fiber reinforced polymer composite manufacturing
CN103010321B (en) A kind of lightweight flat bed trailer car body and manufacture method thereof
CN107867336A (en) A kind of cantilever beam support meanss and its manufacture method
Salit et al. Manufacturing techniques of tropical natural fibre composites
CN105128352A (en) Composite material integrated structure and manufacturing method for composite material integrated structure
CN205058640U (en) Combined material integrated morphology
CN206765397U (en) A kind of fiber-reinforced composite deck board
CN106584719A (en) Lightweight core die applicable to composite resin transfer molding technology