KR20190142819A - 연속압축성형을 이용한 섬유강화 복합재료 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섬유와 필름을 이용하여 프리프레그 기반의 섬유강화 복합재료를 제조하는 장치로서, 상기 섬유, 필름을 설정된 경로로 공급하도록 설치되고, 상기 섬유와 필름이 감겨진 롤러가 상하부에 배치되어 가이드 롤러에 의해 합지되는 공급 유닛, 상기 공급 유닛에서 이송되는 섬유와 필름이 적층된 열가소성 재료를 녹는점 이하로 예열시키는 프리히팅 유닛, 상기 열가소성 재료를 미리 기설정된 형태로 형성하는 프리포밍 유닛, 상기 공급 유닛에서 이송되는 섬유와 필름이 적층된 복합시트를 다양한 형상으로 성형하도록 설치되며, 설정된 온도와 압력으로 형상을 각인하는 프레스를 구비한 성형 유닛, 상기 성형 유닛에서 이송된 열가소성 재료를 일정한 크기로 커팅하는 커팅 유닛 및 상기 공급 유닛, 프리히팅 유닛, 프리포밍 유닛, 성형 유닛, 커팅 유닛에 연결되어 피드백 제어하며, 정보와 데이터를 송수신 하면서 최종 제품에 대한 품질을 관리하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.

Description

연속압축성형을 이용한 섬유강화 복합재료 제조 장치 및 제조 방법{Apparatus and Method for Manufacturing Thermoplastic Fiber Reinforced Composite Material Using Continuous Compression Molding}

본 발명은 연속압축성형 공정을 통해 우수한 기계적 특성과 전기전도성을 갖는 열가소성의 다층 프리프레그를 자동화 방식으로 연속적으로 생산할 수 있는 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 섬유강화 복합재료는 높은 강성과 강도, 전기 절연 및 전도성을 가지면서 경량인 특성을 가지며, 이러한 특성으로 인해 항공 우주 산업에서부터 해양, 전기 전자 산업에 이르기까지 다양한 분야에서 활용이 증가되고 있다.

섬유강화 복합재료를 구성하는 재료는 프리프레그(prepreg)가 많이 사용되고 있으며, 프리프레그는 섬유에 모체로서 수지를 미리 함침시켜 놓은 형태의 중간 재료로, 섬유 배열방법에 따라 크게 일방향 프리프레그, 직물형 프리프레그로 나눌 수 있다.

상기 프리프레그를 제조하는 방법으로서, 자동화가 구현된 제조공법인 연속압축 성형공정이 사용된다. 연속압축 성형공정을 사용하면 열 성형 가능한 보강재료를 사용하여 다양한 형상을 갖거나 평면 판넬을 무제한의 길이로 생산할 수 있으며, 한사람으로 작업가능한 컴퓨터 제어 공정으로 인발 성형(Pultrusion)과 유사한 속도로 제품 생산이 가능하다.

열가소성 연속 압축성형 공정은 드라이섬유와 열가소성 수지필름을 직접 압축성형하거나 열가소성 수지가 섬유 속에 함침된 형태의 프리프레그를 사용하며, 성형된 열가소성 구조는 오토클레이브로 제작된 복합재의 2% 미만 기공 함유량 요건에 비해 더 우수한 1% 미만의 기공을 가진다.

연속압축 성형공정을 통해 상용화된 항공산업 제품으로는 A330/340 내부 측면 판넬을 부착시키는데 사용되는 고정용 C/PEI 레일 조립체와 같은 고하중 구조 부품이 있으며, 이는 알루미늄 부품에 비해 50% 경량화되고 21% 비용절감 효과를 나타내었다.

따라서, 연속압축 성형공정의 각각의 단계에서 이루어지는 공정을 최적화하여 높은 품질의 섬유 강화복합재료를 얻을 수 있는 열가소성 프리프레그 제조 장치의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 섬유강화 복합재료를 연속 라미네이팅 방식으로 제조하는데 있어서 열가소성 재료를 공급하는 단계에서부터 완성된 제품이 이루어지는 각각의 단계를 완전 자동화할 수 있는 시스템을 구축하여 안정적인 품질로 고부가가치의 열가소성 재료를 연속 생산할 수 있는 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 통합적인 생산관리가 가능함에 따라 작업시간, 인력, 부가적 관리 등을 최소화하여 생산원가를 절감할 수 있는 섬유강화 복합재료의 제조장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 연속 라미네이팅 방식을 이용한 인라인 생산공정을 통해 다양한 형상의 섬유강화 복합재료를 형성함에 있어서 성형 유닛에 마련된 프레스를 모듈화하여 형상의 변경이 용이하게 수행될 수 있는 섬유강화 복합재료의 제조장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 섬유와 필름을 이용하여 프리프레그 기반의 섬유강화 복합재료를 제조하는 장치로, 상기 섬유, 필름을 설정된 경로로 공급하도록 설치되고, 상기 섬유와 필름이 감겨진 롤러가 상하부에 배치되어 가이드 롤러에 의해 합지되는 공급 유닛; 상기 공급 유닛에서 이송되는 섬유와 필름이 적층된 열가소성 재료를 녹는점 이하로 예열시키는 프리히팅 유닛; 상기 열가소성 재료를 미리 기설정된 형태로 형성하는 프리포밍 유닛; 상기 공급 유닛에서 이송되는 섬유와 필름이 적층된 복합시트를 다양한 형상으로 성형하도록 설치되며, 설정된 온도와 압력으로 형상을 각인하는 프레스를 구비한 성형 유닛; 상기 성형 유닛에서 이송된 열가소성 재료를 일정한 크기로 커팅하는 커팅 유닛; 및 상기 공급 유닛, 프리히팅 유닛, 프리포밍 유닛, 성형 유닛, 커팅 유닛에 연결되어 피드백 제어하며, 정보와 데이터를 송수신 하면서 최종 제품에 대한 품질을 관리하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 공급 유닛은 열가소성 수지 필름이 감긴 롤러와 섬유가 감긴 롤러가 서로 교차하면서 배열되어 가이드 롤러에 의해 서로 합지되고, 이동경로의 단부에는 열가소성 재료의 표면에 합지되는 이형천이 감긴 롤러와 SUS판이 감긴 롤러가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 성형 유닛은 사각형상의 형태의 바닥면으로 형성된 하부 프레스와 상기 하부 프레스의 외벽에 배치된 제1 몰드, 상기 제1 몰드의 내부 공간에 포개어지는 제2 몰드, 상기 제2 몰드가 부착되며 상방향에서 하방향으로 이동하는 상부 프레스 및 상기 제1 몰드의 양측에 배치되어 상기 제2 몰드의 위치를 변동시키는 측면 프레싱 실린더를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 측면 프레싱 실린더에 마련된 샤프트의 길이를 조절하여 상기 제1 몰드의 간격을 조절하며, 상기 제1 몰드의 간격은 제조하고자 하는 열가소성 재료의 형상에 따라 결정되고, 상기 제1 몰드의 간격에 따라 상기 제1 몰드의 내부로 인입되는 제2 몰드의 형상이 결정될 수 있다.

그리고, 상기 성형 유닛은 상부 프레스와 하부 프레스로 이루어지며, 상부 프레스와 하부 프레스의 표면에는 복수개의 판이 형성될 수 있으며, 그 중 열가소성 재료의 이동방향에 가깝게 위치한 일부는 온도를 높이는 히팅(heating) 과정을 수행하고, 재료의 이동방향에서 가장 멀리 위치한 판은 온도를 낮추는 쿨링(cooling) 과정을 수행하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 섬유와 필름을 이용하여 프리프레그 기반의 섬유강화 복합재료를 제조하는 방법은, 열가소성 수지필름을 양산하는 시스템을 통해 프리프레그를 준비하는 단계;롤러에 감긴 섬유와 수지필름이 서로 합지되도록 상하부에 배치하여 기설정된 경로로 이동시키는 단계; 섬유와 수지필름이 적층된 열가소성 재료를 녹는점 이하로 가열시키는 단계; 상기 열가소성 재료를 미리 기설정된 형태로 성형하는 단계; 상기 열가소성 재료를 사용자가 목적으로 하는 형상으로 성형하도록 프레스 내부의 금형을 설치하여 설정된 온도와 압력으로 상기 열가소성 재료에 형상을 각인하는 단계; 성형된 상태로 이송된 열가소성 재료를 일정한 크기로 커팅하는 단계; 및 상기 열가소성 재료의 형상에 대한 정보와 데이터를 송수신 하면서 최종 제품에 대한 품질을 관리하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 섬유강화 복합재료를 제조하는 장치를 연속 라미네이팅 방식을 이용한 통합시스템으로 구축하여 자동화를 통한 연속적인 생산이 이루어져 고품질의 원단을 생산할 수 있으며, 통합적인 생산관리가 가능하여 작업시간, 인력, 부가적 관리 등을 최소화하여 생산원가를 절감할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 섬유강화 복합재료 제조 장치는 복합재 부품의 형상을 제조하는 성형 유닛이 모듈화되도록 설계됨으로써, 별도의 추가적인 결합 부품을 사용하지 않고도 서로 다른 형상의 부품을 형성할 수 있어 복합재 부품의 제조에 드는 시간과 비용을 절감해 줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치를 측면에서 바라본 사시도
도 2는 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치를 위에서 바라본 평면도
도 3은 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치를 옆에서 바라본 단면도
도 4는 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치에서 공급 유닛을 나타낸 사시도
도 5는 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치에서 성형 유닛의 툴링 시스템을 나타낸 단면도
도 6은 실시예의 성형 유닛에 마련된 프레스를 나타낸 단면도

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 의해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.

본 발명의 연속압축성형을 이용한 섬유강화 복합재료 제조 장치는 드라이섬유와 열가소성 수지 필름을 직접 압축성형하거나 프리프레그를 사용할 수 있다. 섬유강화 복합재료 제조 장치로 압축성형 공정을 수행하기 위해서는 앞선 준비 과정이 필요하다.

우선, 열가소성 매트릭스 섬유가 섬유에 잘 함침될 수 있는 특징을 가진 흐름성이 수지필름을 제조하여야 하며, 수지필름이 잘 함침되도록 섬유의 표면처리 공정이 선행되어야 하고, 이 두조건을 만족시킨 상태에서 열프레스를 이용하여 열가소성 프리프레그를 제조한다. 실시예에서는 수지필름으로 PA6 열가소성 수지필름을 사용하였으며, 상기 PA6 열가소성 수지 필름은 탄소에 잘 함침되도록 하기 위해 점도가 낮은 칩을 사용하여 제조되었다.

이어서는, 표면처리된 열가소성 프리프레그의 양면 혹은 다면에 PA6 필름을 융착하여 프리프레그로 제조한다. 본 발명의 섬유강화 복합재료 제조장치는 상기와 같이 제조된 프리플레그 사용하여 다수개의 프리프레그를 적층시키는 압축성형 공정을 사용하였다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료 제조 장치를 측면에서 바라본 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치를 위에서 바라본 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치를 옆에서 바라본 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료 제조 장치(100)는 열가소성 재료를 공급하는 공급 유닛(10), 적층된 열가소성 재료를 가열시키는 프리히팅 유닛(20), 재료의 형태를 미리 갖추도록 하는 프리포밍 유닛(30), 열가소성 라미네이트를 형성하는 성형 유닛(40), 피딩 유닛(50), 권취 유닛(60), 커팅 유닛(70), 제어 유닛(80), 유압조절 유닛(90), 냉각 유닛(95)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 공급 유닛(10)을 통해 공급된 열가소성 재료는 일방향으로 진행하면서 열이 가해지고 프레스의 과정을 거쳐 성형된 후에 냉각되어 커팅된 후에 다시 감겨지는 일련의 과정이 수행될 수 있다. 각각의 유닛들은 제어 유닛(70)과 연결되어 피드백을 주고 받으며, 각 유닛으로 보내지는 제어명령에 따라 동작을 수행할 수 있다.

각각의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치에서 공급유니트를 나타낸 사시도이다. 도 4를 참조하면, 상기 공급 유닛(10)은 섬유와 필름이 감겨진 복수개의 롤러가 소정의 개수만큼 배열되어 있고, 섬유와 필름이 복수개로 적층되어 설정된 경로로 이동하도록 하는 부재이다. 섬유는 탄소, 유리, 케블라 및 하이브리드 재료가 사용될 수 있으며, 필름은 열가소성 수지 필름일 수 있다.

상기 공급 유닛(10)은 열가소성 수지 필름이 감긴 제1 롤러(11a, 13a)와 섬유가 감긴 제2 롤러(12a, 14a)가 서로 교차하면서 배열될 수 있으며, 상기 제1 롤러(11a, 13a)와 제2 롤러(12a, 14a)의 하면에는 상기 제1 롤러(11a, 13a)와 제2 롤러(12a, 14a)와 동일한 제1 롤러(11b, 13b)와 제2 롤러(12b, 14b)가 마련될 수 있다. 상부에 배치된 롤러에 감겨진 필름 또는 섬유는 풀리면서 하방향으로 진행되고, 하부에 배치된 롤러에 감겨진 필름 또는 섬유는 풀리면서 상방향으로 진행할 수 있다. 상방향에 배치된 롤러와 하방향에 배치된 롤러 사이에는 상부와 하부에 제1 가이드 롤러(17a)와 제2 가이드 롤러(17b)가 마련될 수 있으며, 이에 따라 상기 제1 롤러(11a, 13a)와 제2 롤러(12a, 14a)에 감겨진 필름과 섬유는 진행하면서 계속적으로 적층되며, 이동방향이 오른쪽이라 가정하면 가장 오른쪽에 배치된 제2 롤러에 감겨진 섬유가 상하부 표면을 이룬 상태로 이동될 수 있다.

합쳐진 재료는 이형천이 감긴 제3 롤러(15a, 15b)를 지나면서 이형천으로 덮혀지고, SUS가 감긴 제4 롤러(16a, 16b)를 지나면서 SUS판으로 덮힌 상태로 다음 프로세스로 이동할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, SUS판으로 덮힌 재료는 프리히팅 유닛(20)으로 이동할 수 있다. 프리히팅 유닛(20)은 공급 유닛(10)에서 전달된 재료를 미리 소정의 온도로 가열하는 과정을 수행하는 장치이다. 공급 유닛(10)에서 전달된 재료가 바로 고온의 장치로 진입하면 열전달이 늦어져 성형 속도나 성형 품질이 낮아지는 문제가 있기 때문에, 상기 프리히팅 유닛(20)은 재료의 녹는점보다 낮은 온도로 세팅하여 재료의 형상이 변하지 않도록 하는데 목적이 있다. 즉, 이후의 공정에서 온도를 조금만 높여도 성형이 잘 이루어지도록 하는 예열 과정을 수행하는 장치이다.

그리고, 프리포밍 유닛(30)에서는 프리히팅 과정과 동시에 재료의 형태를 미리 갖추도록 하여 이후의 프레스 과정에서 가열압축하여 다층의 라미네이트를 제조할 수 있다.

상기의 과정을 거친 재료는 성형 유닛(40)으로 이동된다. 상기 성형 유닛(40)은 재료에 열을 가하면서 일정한 압력을 주어 원하는 형태를 가지도록 성형하는 보강 압축 과정을 수행하는 장치이다.

상기 성형 유닛(40)으로 이동한 재료가 상기 성형 유닛(40)에 마련된 몰드 사이에 배치되고 난 후에 소정의 온도로 가열되면, 섬유 사이에 배치된 열가소성 필름은 성형 유닛(40) 내부의 프레스에서 녹아 섬유 사이로 함침된다.

상기 성형 유닛(40)의 내부 온도는 410도까지 승온할 수 있으며, 재료에 따라 승온 온도가 달라질 수 있으며, 예를 들어 PA6의 열가소성 수지 필름을 사용한 경우는 230~260도, PEEK의 열가소성 필름을 사용한 경우는 380~400도까지 승온하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 온도와 소정의 압력에서 열가소성 필름에 포함된 수지가 섬유에 함침되면서 특정한 형상이 만들어지면, 다음 프로세스로 이동될 수 있다.

상기 성형 유닛(40)에 재료가 진입하면 상기 성형 유닛(40)의 내부에 마련된 상하부 몰드의 형상에 의해 재료의 형상이 결정되는데, 본 발명은 상기 성형 유닛(40)을 모듈화가 되도록 설계하였다.

도 5는 본 발명에 따른 섬유 강화복합재료 제조 장치에서 성형 유닛의 툴링 시스템을 나타낸 단면도이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명의 성형 유닛(40)은 사각형상의 형태의 바닥면으로 형성된 하부 프레스(41)와 상기 하부 프레스(41)의 외벽에 배치된 female 몰드인 제1 몰드(44, 45), 상기 제1 몰드(44, 45)의 내부 공간에 포개어지는 male 몰드인 제2 몰드(46a), 상기 제2 몰드(46a)가 부착되며 상방향에서 하방향으로 이동하는 상부 프레스(47) 및 상기 제1 몰드(44, 45)의 양측에 배치되는 측면 프레싱 실린더(42, 43)로 이루어질 수 있다.

성형 유닛(40) 내부의 하부 프레스(41) 상면으로 공급 유닛(10)에서 공급된 SUS판/열가소성 필름/탄소섬유/SUS판의 적층재료가 들어가면, 하부 프레스(41) 상부의 상부 프레스(47)가 하강하면서 제2 몰드(46a)가 제1 몰드(44, 45)의 내부로 인입된다. 여기서, 제1 몰드(44, 45)와 제2 몰드(46a)의 사이에 해당되는 공간(S)이 제조하고자 하는 재료의 형상이 된다.

본 발명의 성형 유닛(40)은 도 5의 (b)와 (c)와 같이 제1 몰드(44, 45)의 간격을 측면 프레싱 실린더(42, 43)를 사용하여 조절할 수 있다. 상기 측면 프레싱 실린더(42, 43)는 형성하고자 하는 재료의 폭에 따라서 제1 몰드(44, 45)를 안쪽으로 밀어 원하는 폭을 설정할 수 있다. 그리고, 상기 제1 몰드(44, 45) 내부로 포개어질 수 있는 제2 몰드(46b)를 구비한 후에 이를 프레싱하면 원하는 형상의 재료를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명의 섬유 강화복합재료 제조 장치에 구비되는 성형 유닛은 제1 몰드가 별도의 추가적인 결합부품 또는 가열장치 없이 측면 프레싱 실린더에 의한 위치이동을 통해 제2 몰드를 통해 원하는 부품 형상을 제조할 수 있다. 기존에는, 제품 형태에 따른 금형을 성형 유닛에 장착하는 과정이 필요하였으나, 본 발명에서는 제2 몰드만을 재료의 형상에 맞게 설계하여 프레싱하면 되기 때문에, 공정이 간략해지고, 제품의 생산 수율 또한 향상될 수 있다. 이러한 특징은 자동화되는 섬유강화 복합재료 제조 장치에서 해당되는 제품을 고속으로 생산할 수 있는 장점을 가진다.

상기 성형 유닛(40)을 거쳐 수지가 섬유에 함침되고 특정 형상으로 제조된 재료는 냉각과정을 통해 굳어짐으로써 다층의 열가소성 라미네이트 성형이 완료될 수 있다.

도 6은 실시예의 성형 유닛에 마련된 프레스를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 성형 유닛(40)의 상하부 프레스를 나타낸 것으로, 상부 프레스(47)와 하부 프레스(41)의 표면에는 복수개의 판이 형성될 수 있으며, 그 중 일부는 온도를 높이는 히팅(heating) 과정을 수행하고, 일부는 온도를 낮추는 쿨링(cooling) 과정을 수행할 수 있다. 실시예의 성형 유닛(40)은 재료의 이동방향에 가깝게 위치하는 복수개의 판에서는 히팅을 실시하고, 가장 멀리 위치한 판에서는 쿨링을 실시하도록 프레스 내부 구조가 형성될 수 있다.

상기 성형 유닛(40)에 마련된 프레스를 통해 성형이 완료된 열가소성 라미네이트는 피딩 유닛(50)은 제조된 재료의 형상에 따라 이를 처리하는 역할을 한다. 제조된 열가소성 라미네이트는 냉각된 후에 유연성이 떨어지기 때문에 이송 속도와 절단 시간차에 대한 보상이 필요하다. 피딩 유닛(50)은 제조된 열가소성 라미네이트가 커팅 유닛(70)이 제품 진행방향으로 절단에 의해 지연되는 시간차만큼 이송시킬 수 있도록 이송베드의 속도를 조절한다. 이송거리 및 절단 시간은 제어 유닛(80)에 의해 자동 연산될 수 있다.

완성된 재료가 평판 판넬인 경우에는 두개의 평면 스틸 플레이트로 이루어지고, 연속 압착 시트 또는 형상 부품은 성형 유닛(40)의 프레스를 빠져나오면서 공급 유닛(10)에서 공급된 SUS판과 이형천이 다시 감겨지는 권취부(60)를 지날 수 있다. 그리고, 권취부(60)를 통과한 제품은 커팅 유닛(70)을 통해 자동적으로 절단되고 별도 적층 또는 스풀에 감긴 상태로 보관될 수 있다.

본 발명에 따른 섬유강화 복합재료 제조 장치에 포함되는 공급 유닛(10), 프리히팅 유닛(20), 프리포밍 유닛(30), 성형 유닛(40), 피딩 유닛(50), 권취 유닛(60), 커팅 유닛(70), 제어 유닛(80), 유압조절 유닛(90), 냉각 유닛(95)은 제어 유닛(80)과 모두 연결될 수 있으며, 상기 제어 유닛(80)은 이에 대한 운전, 조절, 운전관리, 운전 정보, 데이터 저장 등을 할 수 있는 시스템일 수 있다.

상기 제어 유닛(80)은 공급 유닛(10)에 마련된 복수개의 롤러에서 공급되는 열가소성 재료의 이송을 조절하기 위한 유압 유닛(90)을 제어할 수 있으며, 성형 유닛(40)에 마련되는 측면 프레스 실린더의 유압을 조절하여 사용자가 원하는 형상의 길이만큼 몰드 간의 간격을 조정할 수 있다. 또한, 제어 유닛(80)은 냉각 유닛(95)을 제어하여 성형 유닛(40) 내부에 마련된 복수개의 판들의 온도를 조절하여 이동하는 재료를 히팅하거나 쿨링시키도록 제어할 수 있다.

상기 제어 유닛(80)은 HMI 시스템에서 각각의 유닛에 대한 일괄 제어 및 일괄 모니터링을 할 수 있으며, 유무선으로 통신을 사용하여 제어, 이력, 정보 관리, 데이터 송수신, 원격 확인 등을 수행할 수 있으며, 자동화된 공정을 통해 품질 검사를 수행할 수 있다. 예를 들어, C-scan 장비가 연속공정으로 설치 운용될 수 있으며, 완성된 제품의 불량여부를 피드백하여, 각 유닛의 제어값을 변경시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연속압축 성형을 이용한 다층 프리프레그의 제조방법은 다음과 같다.

우선, 열가소성 수지필름을 양산하는 시스템을 통해 프리프레그를 준비하는 단계를 수행한다. 실시예에서는 보강재 섬유에 PA6 필름이 함침된 열가소성 프리프레그를 준비하였다.

이어서, 롤러에 감긴 섬유와 수지필름이 서로 합지되도록 상하부에 배치하여 기설정된 경로로 이동시키는 단계를 수행한다. 롤러에 감긴 롤의 수량이 정해져 있어, 프리프레그를 사용하면 재료공급이 2배로 되는 효과가 있어 롤의 활용을 극대화 할 수 있으며 두꺼운 재료의 성형에 유리하다.

이어섯, 섬유와 수지필름이 적층된 열가소성 재료를 녹는점 이하로 가열시키는 단계와, 상기 열가소성 재료를 미리 기설정된 형태로 성형하는 단계를 수행한다.

그리고, 상기 열가소성 재료를 사용자가 목적으로 하는 형상으로 성형하도록 프레스 내부의 금형을 설치하여 설정된 온도와 압력으로 상기 열가소성 재료에 형상을 각인하는 단계를 수행한다. 이 때, 상기 프레스 내부에 배치되는 금형은 모듈화되어 설치될 수 있으며, 도 5에서 설명한 바와 같이 외형의 크기를 결정하는 금형이 이동되도록 설치되고, 상기 금형의 내부에 열가소성 재료의 형성을 결정짓는 또 다른 금형을 배치하는 시스템을 사용할 수 있다.

그리고, 성형된 열가소성 재료를 일정한 크기로 커팅하는 단계를 수행한 후에 상기 열가소성 재료의 형상에 대한 정보와 데이터를 송수신 하면서 최종 제품에 대한 품질을 관리하는 단계를 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료 제조 장치는 연속 라미네이팅 방식을 이용한 통합시스템으로 구축하여 자동화를 통한 연속적인 생산이 이루어져 고품질의 원단을 생산할 수 있으며, 통합적인 생산관리가 가능하여 작업시간, 인력, 부가적 관리 등을 최소화하여 생산원가를 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 공급 유닛
20: 프리히팅 유닛
30: 프리포밍 유닛
40: 성형 유닛
50: 피딩 유닛
60: 권취 유닛
70: 커팅 유닛
80: 제어 유닛
90: 유압조절 유닛
95: 냉각 유닛

Claims (6)

1. 섬유와 필름을 이용하여 프리프레그 기반의 섬유강화 복합재료를 제조하는 장치에 있어서,
   상기 섬유, 필름을 설정된 경로로 공급하도록 설치되고, 상기 섬유와 필름이 감겨진 롤러가 상하부에 배치되어 가이드 롤러에 의해 합지되는 공급 유닛;
   상기 공급 유닛에서 이송되는 섬유와 필름이 적층된 열가소성 재료를 녹는점 이하로 예열시키는 프리히팅 유닛;
   상기 열가소성 재료를 미리 기설정된 형태로 형성하는 프리포밍 유닛;
   상기 공급 유닛에서 이송되는 섬유와 필름이 적층된 복합시트를 다양한 형상으로 성형하도록 설치되며, 설정된 온도와 압력으로 형상을 각인하는 프레스를 구비한 성형 유닛;
   상기 성형 유닛에서 이송된 열가소성 재료를 일정한 크기로 커팅하는 커팅 유닛; 및
   상기 공급 유닛, 프리히팅 유닛, 프리포밍 유닛, 성형 유닛, 커팅 유닛에 연결되어 피드백 제어하며, 정보와 데이터를 송수신 하면서 최종 제품에 대한 품질을 관리하는 제어 유닛을 포함하는 연속압축성형의 열가소성 섬유강화 복합재료 제조 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 공급 유닛은 열가소성 수지 필름이 감긴 롤러와 섬유가 감긴 롤러가 서로 교차하면서 배열되어 가이드 롤러에 의해 서로 합지되고, 이동경로의 단부에는 열가소성 재료의 표면에 합지되는 이형천이 감긴 롤러와 SUS판이 감긴 롤러가 구비되는 연속압축성형의 열가소성 섬유강화 복합재료 제조 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 성형 유닛은 사각형상의 형태의 바닥면으로 형성된 하부 프레스와 상기 하부 프레스의 외벽에 배치된 제1 몰드, 상기 제1 몰드의 내부 공간에 포개어지는 제2 몰드, 상기 제2 몰드가 부착되며 상방향에서 하방향으로 이동하는 상부 프레스 및 상기 제1 몰드의 양측에 배치되어 상기 제2 몰드의 위치를 변동시키는 측면 프레싱 실린더를 포함하는 연속압축성형의 열가소성 섬유강화 복합재료 제조 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 측면 프레싱 실린더에 마련된 샤프트의 길이를 조절하여 상기 제1 몰드의 간격을 조절하며, 상기 제1 몰드의 간격은 제조하고자 하는 열가소성 재료의 형상에 따라 결정되고, 상기 제1 몰드의 간격에 따라 상기 제1 몰드의 내부로 인입되는 제2 몰드의 형상이 결정되는 연속압축성형의 열가소성 섬유강화 복합재료 제조 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 성형 유닛은 상부 프레스와 하부 프레스로 이루어지며, 상부 프레스와 하부 프레스의 표면에는 복수개의 판이 형성될 수 있으며, 그 중 열가소성 재료의 이동방향에 가깝게 위치한 일부는 온도를 높이는 히팅(heating) 과정을 수행하고, 재료의 이동방향에서 가장 멀리 위치한 판은 온도를 낮추는 쿨링(cooling) 과정을 수행하도록 형성된 연속압축성형의 열가소성 섬유강화 복합재료 제조 장치.
6. 섬유와 필름을 이용하여 프리프레그 기반의 섬유강화 복합재료를 제조하는 방법으로,
   열가소성 수지필름을 양산하는 시스템을 통해 프리프레그를 준비하는 단계;
   롤러에 감긴 섬유와 수지필름이 서로 합지되도록 상하부에 배치하여 기설정된 경로로 이동시키는 단계;
   섬유와 수지필름이 적층된 열가소성 재료를 녹는점 이하로 가열시키는 단계;
   상기 열가소성 재료를 미리 기설정된 형태로 성형하는 단계;
   상기 열가소성 재료를 사용자가 목적으로 하는 형상으로 성형하도록 프레스 내부의 금형을 설치하여 설정된 온도와 압력으로 상기 열가소성 재료에 형상을 각인하는 단계;
   성형된 상태로 이송된 열가소성 재료를 일정한 크기로 커팅하는 단계; 및
   상기 열가소성 재료의 형상에 대한 정보와 데이터를 송수신 하면서 최종 제품에 대한 품질을 관리하는 단계를 포함하는 연속압축성형을 이용한 열가소성 섬유강화 복합재료 제조 방법.

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