KR20200034046A - 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 장치 및 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품 제조 방법 - Google Patents

탄소섬유 강화 플라스틱 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 장치 및 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 및 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법의 일 양태는, SKD11 강이, 기설정된 온도까지 가열된 후 냉각되어 용체화되는 용체화 단계; 상기 용체화 된 SKD11 강이 기설정된 온도로 열처리되는 열처리 단계; 상기 열처리 된 SKD11 강이, 표면 질화처리되는 표면 질화 단계; 및 상기 몰드가, 상기 용체화 및 표면 질화 된 SKD11 강으로 제작되는 몰드 성형 단계; 를 포함한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성평품 제조용 몰드의 일 양태는, 상기 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법에 의하여 제작되고, 양자 사이에 캐비티가 정의되는 상부 몰드와 하부 몰드 및 상기 캐비티의 내부로 액상 수지 및 촉매를 주입하는 주입 유닛을 포함하고, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드 중 적어도 어느 일방에 형성되는 상기 캐비티의 내부에서 액상 수지 및 촉매가 경화되는 과정에서 발생하는 기체를 외부로 배출하는 배기구를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법의 일 양태는, 탄소섬유 강화 플라스틱이 성형되어 제조된 프리폼이, 상기 캐비티의 내부에 장입되는 프리폼 장입 단계; 혼합된 액상 수지 및 촉매가, 상기 프리폼이 장입된 상기 캐비티의 내부에 주입되는 수지 및 촉매 주입 단계; 상기 캐비티의 내부에 주입된 액상 수지 및 촉매가 경화되어 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이 성형되는 성형품 제조 단계; 및 상기 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이, 상기 캐비티로부터 탈거되는 성형품 탈거 단계; 를 포함한다.

Description

탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치 및 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법{MANUFACTURING METOHD OF MOLD FOR MENUFACTURING CARBON FIBER REINFORCE PLASTICS PRODUCT AND THE MOLD OF CARBON FIBER REINFORCE PLASTICS PREPARED BY THE SAME, MANUFACTURING METOHD OF CARBON FIBER REINFORCE PLASTICS PRODUCT}
본 발명은 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치 및 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법에 관한 것이다.
탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS)은, 흑연 섬유로 만든 원재 내부에 에폭시 수지 또는 불소 수지 등의 고분자 수지를 함침한 후 경화시켜 제조되는 복합소재이다. 이러한 탄소섬유 강화 플라스틱은, 강도, 탄성률, 경량성, 안정성 등이 우수하기 때문에, 항공 또는 자동차 산업 등의 다양한 산업 분야에서 주요한 원재로 사용되고 있다. 따라서, 탄소섬유 강화 플라스틱의 성형을 위한 기술이 중요하게 부각되고 있다.
최근에는, 최종 성형품의 예비 형상인 프리폼(preform)을 몰딩에 장입한 후, 몰딩 내부에 장입된 프리폼에 액상 수지를 주입하여 경화시킴으로써, 성형품을 제조하는 수지 이송 몰딩(RTM, Resin Transfer Molding) 성형에 의하여 탄소섬유 강화 플라스틱을 성형하는 방법이 개발되고 있다. 그러나, 탄소섬유 강화 플라스틱을 수지 이송 몰딩 성형으로 성형하는 경우에는, 프리폼, 즉 고경도 소재인 탄소섬유 강화 플라스틱과 몰드이 마찰하거나, 몰드 내부에 주입되는 액상 수지가 경화되면서 고온·고압의 용매 성분이 발생함으로써 몰딩이 손상될 우려가 있다.
한편, SKD11 강은, 1.40 내지 1.60 중량의 탄소(C), 0.40 중량 이하의 규소(Si), 0.60 중량 이하의 망간(Mn), 0.030 중량 이하의 인(P), 0.030 중량 이하의 황(S), 11.00 내지 13.00 중량의 크롬(Cr), 0.80 내지 1.20 중량의 몰리브덴(Mo), 0.20 내지 0.50 중량의 바나듐(V) 및 나머지 중량의 철(Fe)로 구성되는 냉간 금형용 강이다. 이러한 SKD11 강은, 강도 및 경도가 우수하여, 내구성 및 내열성이 요구되는 공구 등의 주 재료로 사용되고 있다. 그러나, 이와 같이 내구성이 우수한 SKD11 강을 사용하여 몰드를 제작하거나, 제작된 몰드를 탄소섬유 강화 플라스틱의 성형에 사용하는 기술은 제시되지 않고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0046216호(명칭: 복합 소재 성형장치) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0079637호(명칭: 고압 수지 전지 성형 공정에 의해 플라스틱으로 이루어진 복합 재료 부품을 제조하기 위한 방법 및 관련 고압 수지 전이 성형 공구)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 내구성이 향상될 수 있도록 구성되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치 및 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치 및 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법의 일 양태는, 탄소섬유 강화 플라스틱의 수지 이송 몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형에 사용되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드의 제작 방법에 있어서: SKD11 강이, 기설정된 온도까지 가열된 후 냉각되어 용체화되는 용체화 단계; 상기 용체화 된 SKD11 강이 기설정된 온도로 열처리되는 열처리 단계; 상기 열처리 된 SKD11 강이, 표면 질화처리되는 표면 질화 단계; 및 상기 몰드가, 상기 용체화 및 표면 질화된 SKD11 강으로 성형되는 몰드 성형 단계; 를 포함한다.
그리고, 상기 용체화 단계에서, 상기 SKD11 강은, 기설정된 온도 하에서 기설정된 시간 동안 가열된 후 냉각되어 용체화될 수 있다.
또한, 상기 열처리 단계에서, 상기 용체화된 SKD11 강은, 500℃ 에서 기설정된 시간동안 가열되어 열처리될 수 있다.
그리고, 상기 표면 질화처리 단계에서, 상기 열처리된 SKD11 강은, 암모니아(NH3) 및 질소(N2) 분위기 및 기설정된 압력 및 온도 조건 하에서 기설정된 시간 동안 질화 처리될 수 있다.
또한, 상기 용체화 및 표면 질화처리 된 SKD11의 인장 강도는, 1810Mpa 이상일 수 있다.
그리고, 상기 용체화 및 표면 질화처리 된 SKD11의 연신율은, 2.3% 이상일 수 있다.
또한, 상기 용체화 및 표면 질화처리 된 SKD11의 표면 경도는, HRC 55 이상일 수 있다.
탄소섬유 강화 플라스틱을 수지 이송 몰딩 성형(RTM: Resin Transfer Molding)하기 위한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치에 있어서: 상기 몰드 제작 방법에 의하여 제작되고, 양자 사이에 캐비티가 정의되는 상부 몰드와 하부 몰드; 및 상기 캐비티의 내부로 액상 수지 및 촉매를 주입하는 주입 유닛; 을 포함하고, 상기 캐비티의 내부에 탄소섬유 강화 플라스틱이 성형되어 제조된 프리폼이 장입된 상태에서, 상기 주입 유닛이 상기 캐비티의 내부로 액상 수지 및 촉매를 주입하는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치를 포함한다.
그리고, 상기 주입 유닛은, 액상 수지가 저장되는 제1저장부; 촉매가 저장되는 제2저장부; 상기 제1 및 제2저장부로부터 주입받은 액상 수지 및 촉매가 혼합되는 혼합부; 및 상기 혼합부에서 혼합된 액상 수지 및 촉매를 상기 캐비티로 주입하는 주입부; 를 포함한다.
또한, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드 중 적어도 어느 일방에는, 상기 캐비티의 내부에서 액상 수지 및 촉매가 경화되는 과정에서 발생하는 기체를 외부로 배출하는 배기구가 형성된다.
상기 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 장치를 사용하여 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품을 제조하는 방법에 있어서: 탄소섬유 강화 플라스틱이 성형되어 제조된 프리폼이, 상기 캐비티의 내부에 장입되는 프리폼 장입 단계; 혼합된 액상 수지 및 촉매가, 상기 프리폼이 장입된 상기 캐비티의 내부에 주입되는 수지 및 촉매 주입 단계; 상기 캐비티의 내부에 주입된 액상 수지 및 촉매가 경화되어 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이 성형되는 성형품 제조 단계; 및 상기 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이, 상기 캐비티로부터 탈거되는 성형품 탈거 단계; 를 포함한다.
그리고, 상기 수지 및 촉매 주입 단계에서, 상기 액상 수지는, 에폭시(Epoxy), 시안산염 에스테르(Cyanate Ester), 폴리에스테르(Polyester), 비닐 에스테르(vinyl ester), 비스페놀A(bisphenol A), 페놀수지 알데히드(Phenolic Resins) 및 비스말레이미드(Bismaleimide)로 이루어진 군(群)에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 수지 및 촉매 주입 단계(S220)에서, 상기 촉매는, 아민(Amine), 아미도아민(Amidoamine), 디시안디아미드(Dicyandiamide), 다이사이클로펜타다이엔(dicyclopentadiene, DCPD) 및 우론(Urone)으로 이루어지는 군(群)에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법, 이에 의하여 제조되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치 및 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법에서는, 탄소섬유 강화 플라스틱 소재의 수지 이송 몰딩 성형용 몰드가 용체화, 열처리 및 표면 이온 질화 처리된 SKD11 강으로 제작된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 인장 강도, 연신율 및 표면 경도가 향상된 SKD11 강으로 탄소섬유 강화 플라스틱 소재의 수지 이송 몰딩 성형용 몰드가 제작되기 때문에, 고온, 고압의 수지 이송 몰딩 성형 과정에서, 탄소섬유 강화 플라스틱 소재의 수지 이송 몰딩 성형용 금형의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법을 보인 플로우 차트.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치를 개략적으로 보인 부분절결 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법을 보인 플로우 차트.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱의 수지 이송 몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형에 사용되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드의 제작 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법을 보인 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법은, 용체화 단계(S110), 열처리 단계(S120), 표면 질화 단계(S130) 및 몰드 성형 단계(S140)을 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 용체화 단계(S110)에서는, SKD11 강이, 기설정된 온도에서 기설정된 시간 동안 가열된 후 냉각되어 용체화된다. 예를 들어 상기 SKD11 강은, 650℃에서 90분, 850℃에서 90분 및 1030℃에서 90분의 순서로 가열된 후 질소 가스를 이용하여 냉각되어 용체화될 수 있다.
그리고, 상기 열처리 단계(S120)에서는, 상기 용체화 된 SKD11 강이 기설정된 온도 하에서 기설정된 시간동안 가열되어 열처리된다. 예를 들어 상기 용체화 된 SKD11 강은, 500℃에서 30분간 가열되어 열처리될 수 있다.
또한, 상기 표면 질화 단계(S130)에서는, 상기 열처리 된 SKD11 강이, 표면 질화된다. 예를 들어 상기 열처리된 SKD11 강은, 암모니아(NH3) 및 질소(N2) 분위기 및 10 Torr의 압력 조건 및 520℃ 온도 조건 하에서 11시간 동안 가열되어 질화 처리 될 수 있다.
한편, 상기 용체화 단계(S110), 열처리 단계(S120) 및 표면 질화 단계(S130)를 거치면서, 상기 SKD11 강의 인장 강도, 연신율 및 표면 경도의 향상을 기대할 수 있다. 본 실시예에서는, 상술한 바와 같은 조건으로, 상기 용체화 단계(S110), 열처리 단계(S120) 및 표면 질화 단계(S130)를 거친 후 SKD11 강의 인장 강도, 연신율 및 표면 경도가, 각각 1810Mpa 이상, 2.3% 이상 및 HRC 55을 나타낸다.
그리고, 상기 몰드 성형 단계(S140)에서는, 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드가 상기 용체화, 열처리 및 표면 질화된 SKD11 강으로 제작된다. 예를 들면, 상기 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드는, 상기 SKD11 강을 절삭 가공하여 제작될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱을 수지 이송 몰딩 성형하기 위한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치를 개략적으로 보인 부분절결 사시도이다.
도 2를 참조하면, 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치(1)는, 상부 몰드(100), 하부 몰드(200) 및 주입 유닛(300)을 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)는, 상술한 바와 같이 용체화, 열처리 및 표면 질화 된 SKD11 강으로 제작되는 것으로, 상기 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200) 사이에 캐비티(C)가 정의된다. 상기 캐비티(C)의 내부에는, 프리폼(10)이 장입된다. 여기서 상기 프리폼(10)은, 탄소섬유 강화 플라스틱으로 성형된 형상의 내부에 아크릴 수지가 주입되어 제조될 수 있다. 한편, 상기 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200) 중 적어도 어느 일방, 예를 들면, 상기 상부 몰드(100)에는, 배기구(110)가 형성된다. 상기 배기구(110)는, 후술할 바와 같이, 상기 주입 유닛(300)에 의하여 주입된 액상 수지 및 촉매가 상기 캐비티(C)의 내부에서 경화되는 과정에서 발생하는 기체가 상기 캐비티(C)의 외부로 배출되는 곳이다.
그리고, 상기 주입 유닛(300)은, 상기 프리폼(10)이 그 내부에 장입된 상기 캐비티(C)의 내부로 액상 수지 및 촉매를 주입한다. 본 실시예에서는, 상기 주입 유닛(300)이, 액상 수지가 저장되는 제1저장부(310), 촉매가 저장되는 제2저장부(320), 상기 제1 및 제2저장부(310)(320)로부터 주입받은 액상 수지 및 촉매가 혼합되는 혼합부(330) 및 상기 혼합부(330)에서 혼합된 액상 수지 및 촉매를 상기 캐비티(C)로 주입하는 주입부(340)를 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법을 보인 플로우 차트이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법은, 프리폼 장입 단계(S210), 수지 및 촉매 주입 단계(S220), 성형품 제조 단계(S230) 및 성형품 탈거 단계(S240)을 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 프리폼 장입 단계(S210)에서는, 탄소섬유 강화 플라스틱이 성형되어 제조된 프리폼(10)이, 상기 캐비티(C)의 내부에 장입된다.
그리고, 상기 수지 및 촉매 주입 단계(S220)에서는, 혼합된 액상 수지 및 촉매가, 상기 프리폼(10)이 장입된 상기 캐비티(C)의 내부에 주입된다. 여기서, 상기 액상 수지는, 에폭시(Epoxy), 시안산염 에스테르(Cyanate Ester), 폴리에스테르(Polyester), 비닐 에스테르(vinyl ester), 비스페놀A(bisphenol A), 페놀수지 알데히드(Phenolic Resins) 및 비스말레이미드(Bismaleimide)로 이루어진 군(群)에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 촉매는, 아민(Amine), 아미도아민(Amidoamine), 디시안디아미드(Dicyandiamide), 다이사이클로펜타다이엔(dicyclopentadiene, DCPD) 및 우론(Urone)으로 이루어지는 군(群)에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 액상 수지 및 촉매는 40bar 내지 200bar의 압력 및 30g/s 내지 200g/s의 유량으로 상기 캐비티(C)의 내부로 주입될 수 있다.
또한, 상기 성형품 제조 단계(S230)에서는, 상기 캐비티(C)의 내부에 주입된 액상 수지 및 촉매가 경화되어 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이 성형된다. 여기서, 상기 캐비티(C)의 내부에 주입된 수지 및 촉매는, 30bar 내지 40bar의 압력 조건 및 150℃의 온도 조건에서 경화되어 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이 제조될 수 있다.
마지막으로, 상기 성형품 탈거 단계(S500)에서는, 상기 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이, 상기 캐비티(C)로부터 탈거된다. 예를 들어 상기 성형품은, 이젝터(미도시)에 의하여 상기 캐비티(C)로부터 탈거될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 제조예에 의하여 보다 상세하게 설명한다. 이들 제조예는 단지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 제조예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
<제조예>
제조예에서는, 용체화 단계(S110)에서, SKD11 강이, 650℃에서 90분, 850℃에서 90분 및 1030℃에서 90분의 순서로 가열된 후 질소 가스에 의하여 냉각되어 용체화되었다.
그리고, 열처리 단계(S120)에서, 상기 용체화 된 SKD11 강이 500℃에서 30분간 가열되어, 열처리되었다.
또한, 표면 질화 단계(S130)에서, 상기 열처리 된 SKD11 강이, 암모니아(NH3) 및 질소(N2) 분위기 및 10 Torr의 압력 조건 및 520℃ 온도 조건 하에서 11시간 동안 가열되어, 그 표면이 질화 처리 되었다.
그리고, 몰드 성형 단계(S140)에서는, 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드가 상기 용체화, 열처리 및 표면 질화된 SKD11 강을 절삭 가공하여 제작되었다.
<비교예 1>
비교예 1에서는, 제조예와 동일하게 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드를 제작하되 600℃에서 90분, 800℃에서 90분 및 1000℃에서 90분의 순서로 가열된 후 질소 가스에 의하여 냉각되어 용체화되었다.
<비교예 2>
비교예 2에서는, 제조예와 동일하게 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드를 제작하되 700℃에서 90분, 900℃에서 90분 및 1100℃에서 90분의 순서로 가열된 후 질소 가스에 의하여 냉각되어 용체화되었다.
<비교예 3>
비교예 3에서는, 제조예와 동일하게 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드를 제작하되, 열처리 단계(S120)에서, 용체화 된 SKD11 강이, 400℃에서 30분간 가열되어, 열처리 되었다.
<비교예 4>
비교예 4에서는, 제조예와 동일하게 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드를 제작하되, 열처리 단계(S120)에서, 용체화 된 SKD11 강이, 600℃에서 30분간 가열되어, 열처리 되었다.
<비교예 5>
비교예 5에서는, 제조예와 동일하게 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드를 제작하되, 표면 질화 단계(S130)에서, 상기 열처리 된 SKD11 강이, 암모니아(NH3) 및 질소(N2) 분위기 및 7 Torr의 압력 조건 및 470℃ 온도 조건 하에서 11시간 동안 가열되어, 그 표면이 질화 처리 되었다.
<비교예 6>
비교예 6에서는, 제조예와 동일하게 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드를 제작하되, 표면 질화 단계(S130)에서, 상기 열처리 된 SKD11 강이, 암모니아(NH3) 및 질소(N2) 분위기 및 13 Torr의 압력 조건 및 570℃ 온도 조건 하에서 11시간 동안 가열되어, 그 표면이 질화 처리 되었다.
실험예
<실험예 1>
상기 제조예, 비교예 1 및 2에 의하여 용체화된 SKD11 강의 인장 특성을 측정하였고, 결과를 표 1에 첨부하였다.
제조예 비교예 1 비교예 2
인장강도(Mpa) 1942.5 1571.1 1722.6
[표 1]을 참조하면, 제조예에 의하여 용체화된 SKD11 강의 경우, 비교예 1 및 2에 의하여 용체화된 SKD11 강에 비하여 인장 강도가 현저히 증가되었다. 따라서, 제조예의 경우, 내구성이 향상된 SKD11 강이 제조된 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
상기 제조예, 비교예 3 및 4에 의하여 용체화된 SKD11 강의 연신율을 측정하였고, 결과를 표 2에 첨부하였다.
제조예 비교예 3 비교예 4
연신율(%) 2.78 2.18 1.86
[표 2]를 참조하면, 제조예에 의하여 열처리된 SKD11 강의 경우, 비교예 3 및 4에 의하여 열처리된 SKD11 강에 비하여 연신율이 증가되었다. 따라서, 제조예의 경우, 내구성이 향상된 SKD11 강이 제조된 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
상기 제조예, 비교예 5 및 6에 의하여 표면 질화된 SKD11 강의 경도를 측정하였고, 결과를 표 3에 첨부하였다.
제조예 비교예 5 비교예 6
경도(HRC) 65 51 54
[표 3]을 참조하면, 제조예에 의하여 표면 질화된 SKD11 강의 경우, 비교예 5 및 6에 의하여 열처리된 SKD11 강에 비하여 경도가 증가되었다. 따라서, 제조예의 경우, 내구성이 향상된 SKD11 강이 제조된 것을 확인할 수 있다.

Claims (14)

  1. 탄소섬유 강화 플라스틱의 수지 이송 몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형에 사용되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드의 제작 방법에 있어서:
    SKD11 강이, 기설정된 온도까지 가열된 후 냉각되어 용체화되는 용체화 단계(S110);
    상기 용체화 된 SKD11 강이 기설정된 온도로 열처리되는 열처리 단계(S120);
    상기 열처리 된 SKD11 강이, 표면 질화처리되는 표면 질화 단계(S130); 및
    상기 몰드(1)가, 상기 용체화 및 표면 질화 된 SKD11 강으로 제작되는 몰드 성형 단계(S140); 를 포함하는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용체화 단계(S110)에서,
    상기 SKD11 강은, 기설정된 온도 하에서 기설정된 시간 동안 가열된 후 냉각되어 용체화되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리 단계(S120)에서,
    상기 용체화된 SKD11 강은, 500℃ 에서 기설정된 시간동안 가열되어 열처리되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 질화처리 단계(S130)에서,
    상기 열처리된 SKD11 강은, 암모니아(NH3) 및 질소(N2) 분위기 및 기설정된 압력 및 온도 조건 하에서 기설정된 시간 동안 질화 처리되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용체화 및 표면 질화처리 된 SKD11의 인장 강도는, 1810Mpa 이상인 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 용체화 및 표면 질화처리 된 SKD11의 연신율은, 2.3% 이상인 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용체화 및 표면 질화처리 된 SKD11의 표면 경도는, HRC 55 이상인 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조용 몰드 제작 방법.
  8. 탄소섬유 강화 플라스틱을 수지 이송 몰딩 성형(RTM: Resin Transfer Molding)하기 위한 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치(1)에 있어서:
    제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 몰드 제작 방법에 의하여 제작되고, 양자 사이에 캐비티(C)가 정의되는 상부 몰드(100)와 하부 몰드(200); 및
    상기 캐비티(C)의 내부로 액상 수지 및 촉매를 주입하는 주입 유닛(300); 을 포함하고,
    상기 캐비티(C)의 내부에 탄소섬유 강화 플라스틱이 성형되어 제조된 프리폼(10)이 장입된 상태에서, 상기 주입 유닛(300)이 상기 캐비티(C)의 내부로 액상 수지 및 촉매를 주입하는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주입 유닛(300)은,
    액상 수지가 저장되는 제1저장부(310);
    촉매가 저장되는 제2저장부(320);
    상기 제1 및 제2저장부(310)(320)로부터 주입받은 액상 수지 및 촉매가 혼합되는 혼합부(330); 및
    상기 혼합부(330)에서 혼합된 액상 수지 및 촉매를 상기 캐비티(C)로 주입하는 주입부(340); 를 포함하는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200) 중 적어도 어느 일방에는, 상기 캐비티(C)의 내부에서 액상 수지 및 촉매가 경화되는 과정에서 발생하는 기체를 외부로 배출하는 배기구(110)가 형성되는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형 장치.
  11. 제 1 항의 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 장치(1)를 사용하여 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품을 제조하는 방법에 있어서:
    탄소섬유 강화 플라스틱이 성형되어 제조된 프리폼(10)이, 상기 캐비티(C)의 내부에 장입되는 프리폼 장입 단계(S210);
    혼합된 액상 수지 및 촉매가, 상기 프리폼(10)이 장입된 상기 캐비티(C)의 내부에 주입되는 수지 및 촉매 주입 단계(S220);
    상기 캐비티(C)의 내부에 주입된 액상 수지 및 촉매가 경화되어 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이 성형되는 성형품 제조 단계(S230); 및
    상기 탄소섬유 강화 플라스틱 성형품이, 상기 캐비티(C)로부터 탈거되는 성형품 탈거 단계(S240); 를 포함하는 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 수지 및 촉매 주입 단계(S220)에서,
    상기 액상 수지는, 에폭시(Epoxy), 시안산염 에스테르(Cyanate Ester), 폴리에스테르(Polyester), 비닐 에스테르(vinyl ester), 비스페놀A(bisphenol A), 페놀수지 알데히드(Phenolic Resins) 및 비스말레이미드(Bismaleimide)로 이루어진군(群)에서 선택된 어느 하나인 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 수지 및 촉매 주입 단계(S220)에서,
    상기 촉매는, 아민(Amine), 아미도아민(Amidoamine), 디시안디아미드(Dicyandiamide), 다이사이클로펜타다이엔(dicyclopentadiene, DCPD) 및 우론(Urone)으로 이루어지는 군(群)에서 선택된 어느 하나인 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품 제조 방법에 의하여 성형된 탄소섬유 강화 플라스틱 소재 성형품.
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