KR20180119298A - Manufacturing method for large-size composite structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 선박의 상부, 헬리데크 등과 같은 대형 구조물을 제조함에 있어서, 정량의 토출 장치를 사용한 탈포 장치를 이용하여 수지의 주입방법을 개선한 복합재료성형품의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a molded article of a composite material for a large structure, and more particularly, to a method of manufacturing a large-sized structure such as an upper part of a ship, a helideck and the like using a defoaming device using a fixed- And more particularly, to a method for manufacturing a molded composite article.
일반적으로, 드릴십, FPSO, RIG선 등과 같이 해양에 장기적으로 체류하는 해양구조물 또는 일부 선박들은 인원 또는 물자의 이동 또는 운송을 위해 헬리콥터를 운용해야 하고, 이로 인하여 선수 또는 선미에 헬리데크의 설치를 필요로 한다.In general, marine structures or some vessels that stay in the ocean for long periods, such as drillships, FPSOs, and RIG ships, must operate a helicopter to transport or transport personnel or materials, thereby requiring the installation of helidecks at the bow or stern. .
헬리데크는 헬리콥터가 이착륙하는 데크 플로어(deck floor)를 형성하는 팬케익(pancake)부와, 팬케익부를 지지하는 팬케익 지지부로 구성될 수 있다. 팬케익부는 헬리콥터를 지지할 수 있도록 다수 개의 플랭크(plank)가 서로 연결되어 형성될 수 있다. 팬케익 지지부는 팬케익부를 지지할 수 있는 H형, I형 빔(beam)들을 포함할 수 있다.The helideck may be composed of a pancake portion forming a deck floor where the helicopter takes off and landing, and a pancake support portion supporting the pancake portion. The pancake part may be formed by connecting a plurality of plank to each other so as to support the helicopter. The pancake support may include H-shaped, I-shaped beams capable of supporting the pancake portion.
한편, 헬리콥터 착륙장은 건물 옥상 등의 지상에도 설치될 수도 있는데, 이처럼 지상에 설치되는 헬리콥터 착륙장에 비해 선박에 적용되는 헬리콥터 착륙장의 경우, 파도에 의한 유동 외력 내지는 바람에 의한 진동 외력 등의 다양한 외력을 많이 받는다. 때문에, 헬리콥터 착륙장은 구조적으로도 안정하면서도 강도면에서도 우수해야한다.On the other hand, the helicopter landing area may be installed on the ground of a building or the like. In the case of a helicopter landing area applied to a ship as compared to a helicopter landing area installed on the ground, various external forces such as a flow external force due to a wave, It receives a lot. Therefore, the helicopter landing area should be structurally stable and robust.
이러한 점을 고려하여 스테인리스 스틸(stainless steel)이나 알루미늄(Al) 재질을 이용하거나 아니면 복합재료를 이용한 다양한 형태의 헬리콥터 착륙장이 개발되어 적용 중에 있거나 적용을 준비 중에 있다. In consideration of this, various types of helicopter landing sites using stainless steel or aluminum (Al) materials or composite materials have been developed and are being applied or being prepared for application.
그런데, 종래의 스테인리스 스틸이나 알루미늄 재질 등의 금속 재질은 무게가 무거운 단점이 있다. However, conventional metal materials such as stainless steel and aluminum materials have a disadvantage that they are heavy in weight.
한편, 최근에는 고강도 경량화의 추세에 따라 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS, 이하, CFRP라 칭함) 등의 복합재료를 적용하는 사례가 빈번해 졌다. In recent years, there have been many cases in which composite materials such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP) (hereinafter referred to as CFRP) have been applied in accordance with the trend of high strength and light weight.
이러한 탄소섬유 복합재료는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 높은 성능이 요구되는 항공이나 자동차 분야, 풍력 발전기 분야에서는 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 경제적인 조건만 해결되면 향후 사용이 더욱 확대되고, CFRP 등의 탄소섬유 복합소재의 제조량이 비약적으로 증가될 것으로 기대된다.Since such carbon fiber composite materials are excellent in strength, elastic modulus, light weight and stability, they are widely regarded as one of the main materials in the aviation, automobile and wind turbine industries requiring high performance. When economic conditions are solved, And it is expected that the production amount of carbon fiber composite material such as CFRP will increase dramatically.
이에, 대형 구조물 분야에서도 상기한 바와 같은 탄소섬유 복합소재의 적용을 위한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있으며, 특히, 헬리데크의 구성 부품으로 상기한 탄소섬유 복합소재를 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Accordingly, in the field of large structures, various techniques for applying the carbon fiber composite material as described above have been researched and developed. In particular, studies for applying the carbon fiber composite material as a component of the helideck have been actively conducted have.
일반적으로 복합재료를 이용하여 대형 구조물을 제조하는 방법으로는 원하는 형상의 금형에 보강재인 소재를 한 장씩 적층하면서 수지를 도포하는 방식과, 소재를 적층한 후 미리 준비된 수지통을 연결하여 그 압력차로 인해 수지통의 용융된 수지가 섬유 보강재가 적층된 금형의 내부로 유입되도록 하여 보강재와 기지재인 수지재가 결합되도록 함침시키는 방식을 사용한다. Generally, a method of manufacturing a large structure using a composite material includes a method of applying a resin while laminating a material as a reinforcing material to a metal mold having a desired shape, a method of laminating a material, So that the molten resin in the resin can be introduced into the mold of the laminated fiber reinforcement to impregnate the reinforcing material with the resin material, which is a known material.
위와 같이 건조된 섬유 보강재에 수지를 주입하는 방식을 인퓨전 공법이라 하는데, 헬리데크용 구조물과 같은 대형 구조물에 인퓨전 공법을 적용하는 경우 다량의 수지를 주입하기 위하여 큰 용기를 사용하면 수지의 혼합이 불균일하게 될 수 있고 수지의 주입량이 많아 탈포 후 연속 주입이 어려운 문제가 있었다. When the infusion method is applied to a large structure such as a heli-deck structure, if a large container is used to inject a large amount of resin, the mixing of the resin becomes uneven And the injection amount of resin is so large that continuous infusion after defoaming is difficult.
또한, 인퓨전 공법의 경우 기포와 점도에 많은 영향을 받게 되는데, 수지 혼합시 발생되는 기포의 경우 제작품에 기공을 만들어 복합재료 구조물의 강도를 낮추는 영향을 미칠 수 있으므로 일정 수준 이하로 기포를 제거할 필요성이 있고, 점도의 경우, 점도가 높게 되면 가사시간 내에 함침이 되지 않을 수 있기 때문에 점도가 낮을수록 좋으나, 점도를 낮추기 위하여 온도를 너무 올리면, 가사시간이 짧아져 주입 전에 경화 될 수 있다. 따라서 인퓨전 공법을 이용한 구조물 제작에서 수지의 함침 시간과 가사시간을 늘일 수 있는 제조방법에 대한 개선이 필요하다. In the infusion process, the bubbles and viscosity are greatly influenced. In the case of the bubbles generated when the resin is mixed, it is necessary to remove the bubbles below a predetermined level since the pores are formed in the product to lower the strength of the composite material structure. . In the case of viscosity, when the viscosity is high, since the impregnation may not be performed within the pot life, the lower the viscosity is, the better. However, if the temperature is raised too much to lower the viscosity, the pot life can be shortened and cured before injection. Therefore, it is necessary to improve the manufacturing method which can increase the infiltration time and the housekeeping time of the resin in the infusion process.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 대형 구조물 제조를 위해 복합재료를 성형함에 있어서, 탈포단계 및 수지주입단계가 연속적 또는 동시적으로 이루어지도록 하는 것이다. A first problem to be solved by the present invention is to make the defoaming step and the resin injection step continuous or simultaneous in molding a composite material for manufacturing a large structure.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 인퓨전 공법을 이용한 구조물 제작과정 중, 수지의 주입 방법을 개선하여 수지의 함침 시간과 가사시간을 늘일 수 있는 방안을 제시하는 것이다. The second problem to be solved by the present invention is to improve the injection method of the resin during the process of constructing the structure using the infusion method to prolong the infiltration time and the pot life of the resin.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 수지에 포함된 공기를 제거하는 탈포단계; 탈포된 수지를 보강재가 적층된 금형에 주입하는 수지주입준비단계; 상기 금형을 밀폐시킨 후 내부의 공기를 배출하여 진공을 형성하는 진공형성단계; 수지가 금형의 내부에 충전되도록 하는 함침단계; 및 함침된 복합재료를 경화시키는 경화단계; 를 포함하고, 수지의 저장 용기가 3~5개이고, 각각의 수지 저장 용기와 금형 사이를 연결하는 수지 주입 호스들이 교차되는 부분에 에어벤트가 개재되어 있으며, 상기 에어벤트는 공기를 함유하고 있는 수지 주입을 차단시키는 것을 특징으로 하는 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법을 제공한다. In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for removing air from a resin, A resin injection preparation step of injecting the defoamed resin into a mold having a reinforcing material stacked thereon; A vacuum forming step of closing the mold and discharging air therein to form a vacuum; A step of impregnating the resin into the mold; And a curing step of curing the impregnated composite material; Wherein the air vent is interposed between the resin storage containers and the resin injection hoses connecting the resin storage containers to each other, and the air vent is a resin containing air Thereby preventing the injection of the composite material.
본 발명의 적절한 일 실시예에 의하면, 상기 수지의 저장 용기의 내부에 꼭 들어맞는 수지 저장용 착탈식 비커가 삽입되어 수지 저장 용기 내부의 잔여물 세척이 필요없음을 특징으로 한다. According to a preferred embodiment of the present invention, a removable beaker for resin storage that fits inside the storage container of the resin is inserted to eliminate the need to clean the residue inside the resin storage container.
본 발명의 다른 적절한 일 실시예에 의하면, 상기 수지 저장 용기의 내부에 온도 측정용 센서 및 온도 조절기가 장착되어, 수지 저장 용기의 내부 온도를 상온 이상의 원하는 온도를 정온으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다. According to another preferred embodiment of the present invention, a temperature measuring sensor and a temperature controller are installed in the resin storage container so that the internal temperature of the resin storage container is maintained at a desired temperature of room temperature or higher .
본 발명의 또 다른 적절한 일 실시 예에 의하면, 상기 각각의 수지 저장 용기별로 수지의 종류 또는 점도가 서로 상이한 것을 특징으로 한다. According to another preferred embodiment of the present invention, the resins are different from each other in the kind or viscosity of the respective resin storage containers.
본 발명의 또 다른 적절한 일 실시예에 의하면, 상기 보강재는 탄소섬유이고, 상기 수지는 에폭시계 수지, 아민계 경화제를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another preferred embodiment of the present invention, the reinforcing material is carbon fiber, and the resin includes an epoxy resin and an amine curing agent.
본 발명의 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법은 주재료 및 경화제의 혼합 비율에 따른 수지의 토출을 위하여 센서(정량토출장치 등)를 활용하여 원하는 수지의 양과 비율을 조절이 가능하다. In the method for manufacturing a molded article of a composite material for a large structure of the present invention, the amount and the ratio of a desired resin can be controlled by using a sensor (a constant amount dispensing apparatus) for discharging the resin according to the mixing ratio of the main material and the curing agent.
또한 수지 저장 용기를 여러 개 사용함으로써, 큰 용기의 혼합 과정에서 발생될 수 있는 수지의 미혼합 비율을 줄일 수 있으며, 사용되는 용기에 맞는 1회용 착탈식 비이커를 삽입하여 무한에 가까운 수지 공급이 가능하고 청소도 용이하게 할 수 있다. In addition, by using several resin storage containers, it is possible to reduce the unmixed ratio of resin that can be generated in the mixing process of a large container, insert a disposable detachable beaker suitable for the container to be used, Cleaning can also be facilitated.
또한, 수지의 점도를 유지하기 위하여 수지 저장 용기에 온도 조절 장치를 적용함으로써, 수지의 온도를 일정하게 유지하여 가사시간을 일정 수준으로 유지할 수 있고, 함침 조건에서 최상의 점도 조건을 유지할 수 있다. In addition, by applying a temperature control device to the resin storage container to maintain the viscosity of the resin, the temperature of the resin can be kept constant to maintain the pot life at a constant level, and the best viscosity condition can be maintained under the impregnation conditions.
또한, 진공압을 이용하여 혼합시 발생되는 기포를 줄이고, 여러 용기의 사용으로 인한 혼합 용기의 수지 주입과정에서 주입 호스가 교차되는 부분에 에어벤트를 삽입하여, 수지 기포의 발생을 줄이고 제작품의 공극률을 대폭 줄일 수 있다.In addition, by using the vacuum pressure, it is possible to reduce the air bubbles generated during the mixing and insert the air vent at the crossing portion of the injection hose during the resin injection process of the mixing container due to the use of various containers, Can be greatly reduced.
또한, 성형되는 제품 몰드에도 온도 유지 장치를 설치함으로써 수지 주입 시간에도 점도를 유지하고 가사 시간을 일정 수준 조절할 수 있다.In addition, by providing a temperature holding device in the molded product mold, the viscosity can be maintained at the resin injection time and the pot life can be controlled at a certain level.
도 1은 종래의 인퓨전 공법에 의한 복합재료 성형품 제조방법의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 수지 저장 용기, 주지 주입 호스 및 에어벤트를 나타나타내는 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a method of manufacturing a molded composite article according to a conventional infusion method.
2 is a view showing a resin storage container, a known infusion hose and an air vent according to the present invention.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of related art or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, The description will be omitted, and the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the customs, and therefore should be based on the contents throughout the specification.
본 발명의 일실시예에 따른 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법은, 수지에 포함된 공기를 제거하는 탈포단계(S1)와, 탈포된 수지를 보강재가 적층된 금형에 주입하는 수지주입준비단계(S2)와, 상기 금형을 밀폐시킨 후 내부의 공기를 배출하여 진공을 형성하는 진공형성단계(S3)와, 수지가 금형의 내부에 충진되도록 하는 함침단계(S4)와, 함침된 복합재료를 경화시키는 경화단계(S5)를 포함한다. A method of manufacturing a molded composite article for a large-sized structure according to an embodiment of the present invention includes a defoaming step (S1) of removing air contained in a resin, a resin infusion preparation step of infusing the defoamed resin into a mold (S3) for forming a vacuum by discharging the air after the mold is closed, an impregnation step (S4) for filling the resin inside the mold, and a step And a curing step (S5) for curing.
상기 탈포단계(S1)는 수지에 포함되어 있는 공기를 제거하기 위한 단계로서 수지 저장 용기(11,12,13)의 내부에서 탈포가 이루어진다. 상기 탈포단계는 먼저 수지 저장 용기(11,12,13) 내부에 수지를 적재하고, 진공펌프를 이용하여 내부에 진공을 형성한다. 이때 수지의 주입온도는 60℃ 이하이다. The defoaming step (S1) is a step for removing air contained in the resin, and the defoaming is performed inside the resin storage containers (11, 12, 13). In the defoaming step, the resin is first loaded into the resin storage containers (11, 12, 13), and a vacuum is formed therein by using a vacuum pump. At this time, the injection temperature of the resin is 60 DEG C or less.
다음으로, 수지 저장 용기에 장착된 온도 조절 장치를 통하여 수지 저장 용기 내부의 온도를 승온시킨다. 이때 수지 저장 용기 내부에 적재되어 있는 수지가 용융상태가 되고 비중이 적은 기포는 수지의 외부로 부상하여 진공펌프를 통해 외부로 배출된다. 따라서 수지에 포함되어 있는 공기가 제거된다. 상기 온도 조절 장치는 온도조절 장치를 이용하여 수지 저장 용기 내부의 온도를 승온시키거나 냉각시킬 수 있다. Next, the temperature inside the resin storage container is raised through the temperature control device mounted on the resin storage container. At this time, the resin loaded in the resin storage container becomes molten, and the bubbles having low specific gravity float to the outside of the resin and are discharged to the outside through the vacuum pump. Therefore, the air contained in the resin is removed. The temperature control device can raise or lower the temperature inside the resin storage container by using a temperature control device.
위와 같이 탈포단계가 완료된 수지는 정량의 토출구를 통해 금형으로 주입되는데, 수지 저장 용기로부터 금형 사이에 연결되어 있는 수지 주입 호스를 통해, 금형으로 주입된다. The resin having been subjected to the defoaming step as described above is injected into a mold through a discharge port of a predetermined amount and is injected into a mold through a resin injection hose connected between the molds from the resin storage container.
종래에는, 1개의 수지 저장 용기를 사용하였기 때문에 대형 구조물의 복합재료를 성형함에 있어, 대량의 수지를 취급함에 따라 탈포 후 연속적으로 수지를 주입하는 데에 어려움이 있었다. 이에 본 발명에서는 수지 저장 용기를 3~5개의 용기로 나누어 수지를 주입하기 때문에, 큰 용기의 혼합 과정에서 발생될 수 있는 수지의 미혼합 비율을 줄일 수 있으며, 수지의 배합 및 탈포를 충분히 한 후, 금형 내로 수지를 주입할 수 있는 장점이 있다. Conventionally, since one resin storage container is used, there has been a difficulty in continuously injecting resin after defoaming as a large amount of resin is handled in molding a composite material of a large structure. Accordingly, in the present invention, since the resin storage container is divided into three to five containers to inject the resin, it is possible to reduce the blending ratio of the resin that can be generated in the mixing process of the large container, , There is an advantage that the resin can be injected into the mold.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수지 저장 용기가 3~5개이고, 각각의 수지 저장 용기와 금형 사이를 연결하는 수지 주입 호스들이 교차되는 부분에 에어벤트가 개재되어 있으며, 상기 에어벤트는 공기를 함유하고 있는 수지 주입을 차단시키는 것을 특징으로 한다. 혼합 용기의 수지 주입과정에서 주입 호스가 교차되는 부분에 에어벤트를 삽입하여, 수지 기포의 발생을 줄이고 제작품의 공극률을 대폭 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there are three to five resin storage containers, and an air vent is interposed at the intersection of the resin injection hoses connecting the respective resin storage containers and the mold, And the injection of the resin contained therein is cut off. In the resin injection process of the mixing vessel, the air vent is inserted at the crossing portion of the injection hose, thereby reducing the occurrence of resin bubbles and drastically reducing the porosity of the manufactured product.
도 2를 참조하면, 복수의 수지 저장 용기(11,12,13) 각각에 대하여 수지 주입 호스(21,22,23)가 연결되어 있고, 상기 수지 주입 호스(21,22,23)는 금형(30)과 연결되어 있다. 그리고 상기 수지 주입 호스들이 서로 교차되는 부분에 에어벤트(14)가 개재되어 있다. 상기 에어벤트는 수지 주입 호스의 갯 수만큼 콤이 형성되어 있어, 수지 주입 호스 각각에 대하여, 수지의 흐름을 차단할 수 있게끔 설계되어 있다. 2, the
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 수지 저장 용기 내의 수지를 금형으로의 주입을 개시하여, 제1 수지 저장 용기 내의 수지 주입이 모두 이루어지면, 연속적으로 제2 수지 저장 용기의 수지 주입을 개시하고, 제2 수지 저장 용기의 수지 주입이 모두 이루어지면, 제3 수지 저장 용기 내의 수지 주입을 개시하게 된다. According to the embodiment of the present invention, when the injection of the resin into the mold in the first resin storage container is started and all the resin injection into the first resin storage container is completed, the resin injection of the second resin storage container is continuously started , And when the resin injection of the second resin storage container is completed, the resin injection into the third resin storage container is started.
이때 제2 수지 저장 용기의 수지를 금형으로 주입함에 있어서, 제2 수지 저장 용기와 금형 사이의 수지 주입 통로인, 제2 수지 주입 호스 내부에는 이미 공기가 존재하기 때문에, 제2 수지 저장 용기 내의 수지를 금형으로 주입하는 과정에서 제2 수지 주입 호스 내부의 공기도 함께 금형으로 유입되게 된다. 위와 같이 금형 내부로 수지와 함께 공기가 유입되면, 복합재료 성형품의 품질이 저하되므로, 이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 공기를 함유하고 있는 수지가 금형으로 유입되는 것을 차단하는 기능을 가진 에어벤트를, 수지 주입 호스가 교차하는 부분에 개재시킴에 그 특징이 있다. At this time, when the resin of the second resin storage container is injected into the mold, air is already present in the second resin injection hose which is the resin injection path between the second resin storage container and the mold, The air inside the second resin injection hose flows into the mold together with the mold. If air is introduced into the mold together with the resin as described above, the quality of the molded composite article deteriorates. To prevent this, in the present invention, an air vent having a function of blocking the resin containing air from entering the mold , And the resin injection hose is interposed at the intersection.
즉, 제2 수지 저장 용기의 수지가 제2 수지 주입 호스를 통과하면서 공기를 함유하게 되면, 에어벤트를 조작하여 제2 수지 저장 용기의 수지가 금형으로 유입되는 것을 차단시키는 한편, 공기를 함유한 제2 수지를 수지 탱크(40)로 이동시켜 상기 수지 탱크(40)를 제2 수지 저장 용기의 수지로 채우게 된다. 이후 상기 수지 탱크(40)와 연결된 진공 펌프(50)를 이용해 제2 수지 저장 용기의 수지에 포함된 공기를 제거하게 된다. 그리고 이같이 탈포된 수지를 금형(30)으로 주입함으로써, 탈포가 충분히 된 수지가 금형으로 유입되도록 하는 것이다. That is, when the resin of the second resin storage container passes through the second resin injection hose and contains air, the air vent is operated to block the resin of the second resin storage container from entering the mold, The second resin is moved to the
통상 수지 저장 용기의 수지 주입이 완료된 후, 수지 저장 용기의 내부에는 잔여물이 남게 되어, 이를 세척해야 하는 번거로움이 있으나, 본 발명에서는 이 같은 불편을 개선하기 위해, 수지 저장 용기의 내부에 착탈식 비커를 삽입함에 그 특징이 있다. 즉, 1회용으로 사용할 수 있는 착탈식 비커를 수지 저장 용기의 내부 형상에 꼭 들어맞도록 제작하여, 수지 저장 용기의 내부에 착탈식 비커를 삽입한 후, 수지를 적재하는 것이다. 따라서 본 발명의 제조방법은 수지 저장 용기 내부를 세척할 필요가 없는 이점이 있다. However, in order to improve the inconvenience of the present invention, it is necessary to remove the resin from the inside of the resin storage container, It is characterized by inserting a beaker. That is, a detachable beaker which can be used in a single use is made to fit into the inner shape of the resin storage container, a detachable beaker is inserted into the resin storage container, and then the resin is loaded. Therefore, the manufacturing method of the present invention has an advantage that it is not necessary to clean the inside of the resin storage container.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 수지 저장 용기의 내부에 온도 측정용 센서 및 온도 조절기가 장착되어 수지 저장 용기 내부의 온도를 정온 상태로 유지할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a sensor for temperature measurement and a temperature controller may be installed inside the resin storage container to maintain the temperature inside the resin storage container at a constant temperature.
대형 구조물용 복합재료 성형품을 제조함에 있어서, 수지의 점도는 400cps 이하로 유지되어야 하는데, 위와 같이 수지 저장 용기에 온도 측정용 센서 및 온도 조절 장치를 적용함으로써, 온도를 일정하게 유지하여 가사시간을 일정 수준으로 유지할 수 있고, 함침 조건에서 최상의 점도 조건을 유지할 수 있는 것이다. In manufacturing a molded article of a composite material for a large structure, the viscosity of the resin should be maintained at 400 cps or less. By applying the temperature measuring sensor and the temperature control device to the resin storage container as described above, And maintain the best viscosity conditions under the impregnation conditions.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 각각의 수지 저장 용기별로 수지의 종류 또는 점도가 서로 상이할 수도 있다. 위와 같이 복수의 수지 저장 용기 내에 종류가 서로 다른 수지를 각각 충진하거나, 점도가 서로 다른 수지를 각각 충진함으로써, 필요에 따라 점도를 조절하며 복합재료를 성형할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the types or viscosities of the resins may be different from each other for each resin storage container. As described above, it is possible to fill a plurality of resin storage containers with different kinds of resins, respectively, or fill resins having different viscosities, respectively, so that the viscosity of the composite material can be adjusted by adjusting the viscosity as required.
상기 진공형성단계(S3)는 금형(30) 내부의 공기를 배출하여 진공을 형성하는 단계로서 금형(30)의 내부에 진공을 형성하므로 수지 용융액에 공기가 침투할 가능성을 미연에 제거하기 위한 것이다. 상기 금형(30)의 내부에 진공을 형성하기 위해서는 금형(30)을 필름으로 덮고 금형과 필름 사이를 접착제를 도포하여 밀폐시키는 것이 바람직하다. The vacuum forming step S3 forms a vacuum inside the
상기 함침단계(S4)는 금형을 가열하여 수지가 금형의 내부에 충전되도록 하는 단계로서 기지재인 수지와 강화재인 고강도 섬유가 서로 함침되는 단계이다. 금형의 내부에 진공이 형성되면 금형의 내부를 가열한다. 상기 금형이 가열되면 수지가 용융되면서 수지가 자중에 의해 금형의 요부로 흘러 들어간다. The impregnating step S4 is a step of heating the mold so that the resin is filled in the mold. In this step, the resin, which is a known material, and the high-strength fiber, which is a reinforcing material, are impregnated with each other. When a vacuum is formed inside the mold, the inside of the mold is heated. When the mold is heated, the resin melts and the resin flows into the recess of the mold by its own weight.
상기 경화단계(S5)는 금형의 요부에 충만되어 있는 수지 용융액을 응고시키는 단계로서 필요에 따라 시간을 절약하기 위해 냉각수단을 사용하거나, 냉각수단을 사용하지 않고 서냉되도록 할 수도 있다. The curing step (S5) is a step of solidifying the resin melt filled in the recess of the mold, and may be cooled by using a cooling means to save time if necessary or without cooling.
본 발명의 실시예에서는 보강재로써 탄소섬유를 사용하였다. 본 발명에 있어서, 상기 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴 (PAN), 피치 (pitch), 레이온 또는 리그닌 섬유로부터 제조된 것을 비롯한 임의의 종류일 수 있다. 이들을 이외의 섬유와 두 종류 이상 혼합하여 구성할 수 있으며, 두 종류 이상 병용하는 경우에는 탄소 섬유와 유리섬유나 아라미드섬유 등의 탄소섬유 이외의 섬유를 병용할 수도 있다. 이러한 탄소섬유는 강도와 탄성률 등의 기계적 물성과 가격과의 밸런스가 우수한 PAN계 탄소섬유가 바람직하다. In the embodiment of the present invention, carbon fiber was used as a reinforcing material. In the present invention, the carbon fibers may be of any kind, including those made from polyacrylonitrile (PAN), pitch, rayon or lignin fibers. These fibers may be composed of two or more kinds of fibers other than carbon fibers. When two or more kinds of fibers are used together, carbon fibers and fibers other than carbon fibers such as glass fibers or aramid fibers may be used in combination. Such a carbon fiber is preferably a PAN-based carbon fiber excellent in balance between mechanical properties such as strength and elastic modulus and price.
일반적으로 탄소섬유는 1종 이상의 표면처리 방법 또는 물질로 처리된다. 적합한 표면처리 방법으로는 우선 탄소섬유 표면을 적정 방법으로 산화시킨 후, 폴리아미드, 우레탄 및 에폭시 등의 물질로 코팅한다. 적정 방법에 의한 탄소섬유 표면 산화는 이후 코팅 물질과 우수한 접착력을 발현할 수 있는 관능기를 도입함으로써 이루어진다. 이는 조성물 중의 섬유의 분산성을 향상시키는데 도움이 될 수 있다.Generally, the carbon fibers are treated with at least one surface treatment method or material. As a suitable surface treatment method, first, the carbon fiber surface is oxidized by a titration method, and then coated with a material such as polyamide, urethane and epoxy. The carbon fiber surface oxidation by the titration method is carried out by introducing a functional group capable of exhibiting excellent adhesion with the coating material. This can help to improve the dispersibility of the fibers in the composition.
본 발명에서 사용되는 탄소섬유는 평균 단일 섬유 직경이 1 내지 20 ㎛의 범위 내이다. 보다 바람직하게는 4 내지 15 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 11 ㎛, 특히 6 내지 8 ㎛ 범위 내인 것이 바람직하다. 1 ㎛ 미만이면 원하는 역학 특성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 20 ㎛를 초과하면 비강도 보강 효과가 낮아지게 된다.The average single fiber diameter of the carbon fibers used in the present invention is in the range of 1 to 20 mu m. More preferably 4 to 15 mu m, further preferably 5 to 11 mu m, particularly preferably 6 to 8 mu m. If it is less than 1 탆, desired mechanical properties may not be obtained. If it exceeds 20 탆, the nasal strength reinforcing effect is lowered.
탄소섬유는 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 30 내지 약 80 중량％, 보다 바람직하게는 약 40 내지 60 중량％, 보다 더 바람직하게는 약 40 내지 약 50 중량％이다. 30중량％ 미만이면 원하는 역학 특성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 한편, 80 중량％를 초과하면 성형시의 수지가 보강재를 충분히 함침시키기 어려워 성형성 저하 문제 발생할 수 있으며, 경량화 측면에서도 불리하게 된다. The carbon fibers are preferably from about 30 to about 80 weight percent, more preferably from about 40 to 60 weight percent, and even more preferably from about 40 to about 50 weight percent, based on the total weight of the composition. If it is less than 30% by weight, desired mechanical properties may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 80% by weight, the resin at the time of molding tends not to sufficiently impregnate the reinforcing material, which may cause a problem of moldability deterioration.
본 발명에서 상기 탄소섬유 직조물은 일반 직물과 마찬가지로, 평직(plain weave), 능직(twill weave), 주자직(satin weave) 등의 3종류가 있어 삼원조직 (Three foundation weave)이라 하며 이 조직을 변형 또는 유도시키는 기본이 되어 원 조직이라고도 한다. 이와 같은 원조직(original weave)을 최종 성형품의 요구 조건에 맞추어 변형하여 적용할 수 있다.In the present invention, the carbon fiber woven fabric has three kinds of weave such as plain weave, twill weave, and satin weave like a general fabric, and it is called three foundation weave, It is also referred to as a circle structure. Such original weave can be modified and applied to the requirements of the final molded product.
본 발명의 실시예에서 적용된 열경화성 수지는 주입 시의 점도가 0.01 내지 1.0 Paㆍs인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 0.6 Paㆍs, 보다 더 바람직하게는 약 0.2 내지 0.4 Paㆍs이다. 주입 시 수지 점도가 0.01 미만이면, 물성 저하 및 경화 시 저분자량 성분의 증발로 인한 기포 생성 등의 문제가 발생할 수 있으며, 1.0을 초과하게 되면 성형시의 유동성이 떨어짐으로써 수지가 충분히 함침되지 않아 미함침으로 인한 기포가 생성되고, 이로 인한 물성 저하 문제가 발생한다.The thermosetting resin applied in the embodiment of the present invention preferably has a viscosity at the time of injection of 0.01 to 1.0 Pa.s, more preferably about 0.1 to 0.6 Pa.s, still more preferably about 0.2 to 0.4 Pa.s to be. If the resin viscosity during injection is less than 0.01, problems such as lowering of physical properties and generation of bubbles due to evaporation of low molecular weight components upon curing may occur. If the viscosity is more than 1.0, the fluidity at the time of molding tends to be lowered, Air bubbles are generated due to impregnation, resulting in a problem of deterioration of physical properties.
본 발명에서 수지의 함량은 50중량% 이하인 것이 바람직하고, 15 내지 40중량%인 것이 보다 바람직하며, 25 내지 35 중량%인 것이 가장 바람직하다.수지 함량이 50 중량% 초과 시에는 구조재로서 원하는 역학 특성을 얻을 수 없게 된다.The resin content in the present invention is preferably 50% by weight or less, more preferably 15 to 40% by weight, most preferably 25 to 35% by weight. When the resin content exceeds 50% by weight, The characteristics can not be obtained.
적용 수지의 선택 기준으로 내화학성, 기계적, 열적 특성 및 내환경성을 들 수 있는데, 높은 기계적 및 열적 특성이 요구되는 제품에는 저점도 에폭시(epoxy) 수지를 선택하고, 높은 강도 및 중간 정도의 내화학성이 요구될 때에도 이소프탈릭 폴리에스테르(isophthalic polyester)를 사용하며, 높은 내부식성이 추가 될 때에는 비닐에스테르(vinylester)계 수지를 선택하는 것도 가능하다.The selection criteria for the applicable resins are chemical resistance, mechanical and thermal properties and environmental resistance. For products requiring high mechanical and thermal properties, low-viscosity epoxy resins are selected and high strength and moderate chemical resistance It is also possible to use isophthalic polyester when required and vinylester based resin when high corrosion resistance is added.
본 발명에 있어서, 열경화성 수지는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르수지, 폴리이미드 수지 또는 페놀 수지와 같이 이 분야에서 공지된 임의의 수지가 될 수 있는데, 에폭시 수지가 가장 바람직하다. In the present invention, the thermosetting resin may be any resin known in the art such as an epoxy resin, a polyester resin, a vinyl ester resin, a polyimide resin or a phenol resin, and an epoxy resin is most preferable.
에폭시 수지는 1분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 가진다. 당해 에폭시 수지는 예를 들면, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S 등의 비스페놀류의 디글리시딜 에테르(이른바, 비스페놀계 에폭시 수지), 에폭시 페놀 노볼락류, 다관능성 에폭시 수지 및 이들의 할로겐화 유도체를 포함한다. 염소 및 브롬은 할로겐화 유도체를 제조하기 위해 가장 보편적으로 사용되는 할로겐이다. 브롬화 에폭시수지는 당해 조성물에 불연성을 부여할 수 있다. 에폭시 수지의 구체적인 예로는 폴리올로부터 얻어진 글리시딜 에테르, 활성 수소를 복수 갖는 글리시딜 아민, 폴리 카르복실산 글리시딜 에스테르 및 분자 내에 복수의 이중 결합을 갖는 화합물을 산화하여 얻은 폴리 에폭시드 등을 들 수 있다. 예를 들어, 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 비스페놀 S 형 에폭시 수지, 테트라 브로모 비스페놀 A 형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지, 테트라 글리시딜 디아미노 디페닐 메탄, 트리글리시딜 아미노 페놀, 테트라 글리시딜 크실렌 디아민과 같은 글리시딜 아민형 에폭시 수지 등 또는 이들의 조합이 바람직하게 사용된다.The epoxy resin has two or more epoxy groups in one molecule. Examples of the epoxy resin include diglycidyl ethers of bisphenols such as bisphenol A, bisphenol F and bisphenol S (so-called bisphenol-based epoxy resins), epoxy phenol novolaks, polyfunctional epoxy resins, and halogenated derivatives thereof . Chlorine and bromine are the most commonly used halogens for the production of halogenated derivatives. The brominated epoxy resin may impart nonflammability to the composition. Specific examples of the epoxy resin include glycidyl ether obtained from a polyol, glycidylamine having a plurality of active hydrogen, polycarboxylic acid glycidyl ester, and polyepoxide obtained by oxidizing a compound having a plurality of double bonds in the molecule . Examples thereof include bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin and tetrabromo bisphenol A type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin , Glycidylamine type epoxy resins such as tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol and tetraglycidyl xylylene diamine, or a combination thereof are preferably used.
본 발명에 있어서는 비스페놀 A형, 페놀 노볼락형, 크레졸 노볼락형, 테트라글리시딜 디아미노 디페닐 메탄(TGDM) 및 트리그리시딜 아미노 페놀(TGAP) 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 가장 바람직하다. In the present invention, one or two selected from the group consisting of bisphenol A type, phenol novolac type, cresol novolak type, tetraglycidyl diamino diphenyl methane (TGDM) and tri-glycidyl aminophenol (TGAP) It is most preferable to have a number of species or more.
에폭시 수지 조성물에 이용되는 경화제로서는, 에폭시기와 반응할 수 있는 활성기를 가지는 화합물이면 이용할 수 있다. 예를 들면, 아민계 경화제로서 에틸렌디아민, 에틸렌 트리아민, 트리에틸렌테트라민, 헥사메틸렌디아민, m-크실렌 디아민과 같은 지방족 아민류, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노 디에틸 디페닐메탄, 디아미노 디에틸 디페닐 술폰 등의 방향족 아민류, 벤질 디메틸아민, 테트라메틸 구아니딘, 2,4,6-트리스(디메틸아미노 메틸) 페놀 등의 제3 아민류, 또, 디시안디아미드와 같은 염기성 활성 수소화합물이나, 아디프산(adipic acid) 디히드라지드 등의 유기산 디히드라지드,2-메틸이미다졸,2-에틸-4-메틸이미다졸, 등의 이미다졸류를 들 수 있다. 또, 산무수물계 경화제로서 폴리아디핀산 무수물, 폴리(에틸 옥타데칸 이산) 무수물, 폴리세바스산 무수물 등의 지방족 산무수물, 메틸테트라히드로무수 프탈산, 헥사히드로무수 프탈산, 메틸 사이클로헥센디카르복실 산무수물 등의 지환식 산무수물, 무수 후탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로메리트산, 글리세롤 트리스 트리멜리테이트 등의 방향족 산무수물, 무수 헤트산, 테트라 브로모무수프탈산 등의 할로겐계 산무수물을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는 비교적 저온에서 경화해, 또한 보존 안정성이 양호한 일로부터, 경화제로서 아민계 경화제, 안에서도 염기성 활성 수소화합물을 바람직하게 이용할 수 있다.As the curing agent used in the epoxy resin composition, a compound having an active group capable of reacting with an epoxy group can be used. Examples of the amine-based curing agent include aliphatic amines such as ethylenediamine, ethylenetriamine, triethylenetetramine, hexamethylenediamine and m-xylenediamine, meta-phenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiethyldiphenyl Aromatic amines such as methane and diamino diethyldiphenyl sulfone, tertiary amines such as benzyldimethylamine, tetramethylguanidine and 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, and basic amines such as dicyandiamide Hydrogen compounds and organic acid dihydrazides such as adipic acid dihydrazide, imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole. Examples of the acid anhydride-based curing agent include aliphatic acid anhydrides such as polyadipic acid anhydride, poly (ethyloctadecanedioic acid) anhydride and poly sebacic acid anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylcyclohexene dicarboxylic acid anhydride Alicyclic acid anhydrides such as trimellitic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, and glycerol tristrimellitate, and halogen-based acid anhydrides such as anhydrous hic acid and tetrabromophthalic anhydride. have. In the present invention, since it is cured at a relatively low temperature and the storage stability is good, a basic active hydrogen compound can be preferably used in the amine curing agent as a curing agent.
경화제 및 경화 촉진제의 사용량은 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 2 중량부 내지 9 중량부이다.The amount of the curing agent and the curing accelerator to be used is 1 part by weight to 10 parts by weight, more preferably 2 parts by weight to 9 parts by weight, based on 100 parts by weight of the thermosetting resin.
본 발명의 수지 조성물은 상기 기술된 조성 외에 필요에 따라서 난연제, 산화방지제, 열안정제, 윤활제, 염료, 안료 및 무기 충진제 등을 추가로 포함할 수 있다.The resin composition of the present invention may further contain a flame retardant, an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a dye, a pigment, and an inorganic filler, if necessary, in addition to the composition described above.
11: 제1 수지 저장 용기
12: 제2 수지 저장 용기
13: 제3 수지 저장 용기
14: 에어벤트
21: 제1 수지 주입 호스
22: 제2 수지 주입 호스
23: 제3 수지 주입 호스
30: 금형
40: 수지 탱크
50: 진공펌프11: First resin storage container
12: Second resin storage container
13: Third resin storage container
14: Air vent
21: First resin injection hose
22: Second resin injection hose
23: Third resin injection hose
30: Mold
40: Resin tank
50: Vacuum pump
Claims (5)
탈포된 수지를 보강재가 적층된 금형에 주입하는 수지주입준비단계;
상기 금형을 밀폐시킨 후 내부의 공기를 배출하여 진공을 형성하는 진공형성단계;
금형을 가열하여 수지가 금형의 내부에 충전되도록 하는 함침단계; 및
함침된 복합재료를 경화시키는 경화단계;
를 포함하고, 수지의 저장 용기가 3~5개이고, 각각의 수지 저장 용기와 금형 사이를 연결하는 수지 주입 호스들이 교차되는 부분에 에어벤트가 개재되어 있으며, 상기 에어벤트는 공기를 함유하고 있는 수지 주입을 차단시키는 것을 특징으로 하는 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법.
A defoaming step of removing air contained in the resin;
A resin injection preparation step of injecting the defoamed resin into a mold having a reinforcing material stacked thereon;
A vacuum forming step of closing the mold and discharging air therein to form a vacuum;
An impregnating step of heating the mold so that the resin is filled in the mold; And
A curing step of curing the impregnated composite material;
Wherein the air vent is interposed between the resin storage containers and the resin injection hoses connecting the resin storage containers to each other, and the air vent is a resin containing air Thereby preventing the injection of the composite material.
상기 수지의 저장 용기의 내부에 꼭 들어맞는 수지 저장용 착탈식 비커가 삽입되어 수지 저장 용기 내부의 잔여물 세척이 필요없음을 특징으로 하는 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein a removable beaker for resin storage that fits tightly inside the storage container of the resin is inserted to eliminate the need to clean the residue inside the resin storage container.
상기 수지 저장 용기의 내부에 온도 측정용 센서 및 온도 조절기가 장착되어, 수지 저장 용기 내부의 온도를 상온 이상의 정온 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein a sensor for temperature measurement and a temperature controller are mounted in the resin storage container to maintain a temperature inside the resin storage container at a normal temperature or higher than room temperature.
상기 각각의 수지 저장 용기별로 수지의 종류 또는 점도가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 대형 구조물용 복합재료의 제조방법. The method according to claim 1,
Characterized in that the types or viscosities of the resins are different from one another for each of the resin storage vessels.
상기 보강재는 탄소섬유이고, 상기 수지는 에폭시계 수지, 아민계 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 구조물용 복합재료 성형품의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing material is carbon fiber, and the resin comprises an epoxy resin and an amine curing agent.
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