KR20200108571A - 탄소섬유 복합재의 코팅방법 및 중간 적층물 - Google Patents

탄소섬유 복합재의 코팅방법 및 중간 적층물 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 탄소섬유 복합재의 코팅방법은, (a) 제1 진공필름, 탄소섬유 복합재, 코팅필름 및 제2 진공필름이 차례로 적층되어 있는 적층물을 준비하는 단계, (b) 제1 및 제2 진공필름 사이의 공기를 흡입하여, 제1 및 제2 진공필름을 서로 흡착시킴으로써, 탄소섬유 복합재 및 코팅필름이 제1 및 제2 진공필름에 의해 압착되어 마련되는 1차 압축물을 제조하는 단계, (c) 1차 압축물을 가압하여, 기설정된 형태로 2차 압축물을 제조하는 단계, (d) 2차 압축물 중의 제1 및 제2 진공필름을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

탄소섬유 복합재의 코팅방법 및 중간 적층물{Coating method of carbon fiber reinforced plastics material and intermediate laminate}
본 발명은 탄소섬유 복합재의 코팅방법 및 중간 적층물에 관한 것이다.
일반적으로, 탄소섬유 복합재(CFRP: Carbon fiber reinforced plastics)를 이용한 압출성형 공법은 시트에 탄소섬유 복합재를 배열하여, 프리폼(굳힌 예비 성형체)을 형성한 후, 프리폼을 형틀에 넣어 프레스로 가압을 하고, 가압된 복합재의 표면처리를 위해 코팅작업을 수행한다.
그러나, 프리폼을 형성할 시, 탄소섬유 복합재의 배향이 틀어지는 문제점이 발생한다.
이에, 시트의 표면 위에 탄소섬유 복합재의 형태 변형을 방지시켜 고정하기 위하여 유기바인더나 유기용제를 추가적으로 사용해야 하는 번거로움이 있었다.
그리고, 복합재의 표면처리를 위한 별도의 공정을 수행해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 탄소섬유 복합재를 일정방향으로 정렬시키면서 탄소섬유 복합재의 형태가 변형되는 것을 방지함과 동시에 코팅이 수행될 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 일정방향으로 탄소섬유 복합재가 정렬된 채로, 코팅이 동시에 수행될 수 있는 탄소섬유 복합재의 코팅방법 및 중간 적층물을 제공한다.
일 예에서 본 발명에 따른 탄소섬유 복합재의 코팅방법은, (a) 제1 진공필름, 탄소섬유 복합재, 코팅필름 및 제2 진공필름이 차례로 적층되어 있는 적층물을 준비하는 단계, (b) 제1 및 제2 진공필름 사이의 공기를 흡입하여, 제1 및 제2 진공필름을 서로 흡착시킴으로써, 탄소섬유 복합재 및 코팅필름이 제1 및 제2 진공필름에 의해 압착되어 마련되는 1차 압축물을 제조하는 단계, (c) 1차 압축물을 가압하여, 기설정된 형태로 2차 압축물을 제조하는 단계, (d) 2차 압축물 중의 제1 및 제2 진공필름을 제거하는 단계를 포함한다.
다른 예에서 본 발명에 따른 프레스 금형에 넣기 위한 중간 적층물은, 제1 진공필름과, 제1 진공필름에 적층된 탄소섬유 복합재와, 탄소섬유 복합재에 적층된 코팅필름과, 코팅필름에 적층되되, 제1 진공필름과의 사이에 잔존하는 공기의 흡입에 의하여 제1 진공필름에 흡착되어, 제1 진공필름과 함께 공기 불투과 필름 접합부를 형성하는 제2 진공필름을 포함한다. 공기 불투과 필름 접합부에 의해 밀폐되는, 제1 및 제2 진공필름 사이의 비접합 부분에, 탄소섬유 복합재 및 코팅필름이 수용된다.
이에 따라, 일정방향으로 탄소섬유 복합재가 정렬된 채로, 코팅이 동시에 수행될 수 있게 됨으로써, 경량화된 고강도의 차체 제조과정이 보다 단순해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 탄소섬유 복합재의 코팅방법의 블록도이다.
도 2는 도 1의 적층물을 도시한 도면이다.
도 3 내지 6은 실시예 1에 따른 2차 압축물을 제조하기 위한 공정을 도시한 도면이다.
도 7은 실시예 1과 적층물이 다른 실시예 2를 도시하고 있는 도면이다.
도 8 내지 10은 실시예 1과 적층물이 다른 실시예 3을 도시하고 있는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 탄소섬유 복합재의 코팅방법의 블록도이며, 도 2는 도 1의 적층물을 도시한 도면이며, 도 3 내지 6은 실시예 1에 따른 2차 압축물을 제조하기 위한 공정을 도시한 도면이다. 도 1 내지 6을 참고하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 복합재의 코팅방법은, 적층물을 준비하는 단계(S310), 1차 압축물을 제조하는 단계(S320), 2차 압축물을 제조하는 단계(S330), 제1 및 제2 진공필름을 제거하는 단계(S340)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 진공필름(10), 탄소섬유 복합재(20), 코팅필름(30) 및 제2 진공필름(40)이 차례로 적층되어 마련된 적층물(100)을 준비하고, 적층물(100)을 1차 압축물(110)로 제조하기 위하여, 제1 및 제2 진공필름(10,40) 사이의 공기를 흡입하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 진공필름(10,40)을 서로 흡착시켜, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)이 제1 및 제2 진공필름(10,40)에 의해 압착된 1차 압축물(110)이 제조될 수 있다.
2차 압축물을 제조하는 단계(S330)는, 1차 압축물(110)을 가압하여, 기설정된 형태의 2차 압축물(120)로 제조하도록 구성될 수 있다. 이후에 2차 압축물(120) 중의 제1 및 제2 진공필름(10,40)을 제거하여, 탄소섬유 복합재(20)에 코팅필름(30)이 압착된 완성품(130)을 취출하도록 구성될 수 있다.
일예로, 도 1에 제1 진공필름(10), 탄소섬유 복합재(20), 코팅필름(30) 및 제2 진공필름(40)이 연속적으로 배치되는 구조로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 제1 진공필름(10), 탄소섬유 복합재(20), 코팅필름(30) 및 제2 진공필름(40)의 사이에 다른 필름 등이 배치된 구조로도 적용 가능하다.
종래의 경우, 시트에 탄소섬유 복합재를 배열하여, 프리폼을 형성하는 추가공정과, 시트의 표면 위에 탄소섬유 복합재의 형태 변형을 방지시키기 위해 바인더 등으로 고정하기 위한 추가공정과, 탄소섬유 복합재의 표면처리를 위한 별도의 코팅작업이 수행되었었다. 본 실시예에 따른 탄소섬유 복합재의 코팅방법은, 탄소섬유 복합재(20)의 배향이 틀어지는 것을 방지함과 동시에 탄소섬유 복합재(20)의 표면에 코팅이 형성되는 것에 특징이 있다.
특히, 본 실시예에 따른 탄소섬유 복합재의 코팅방법은 위와 같은 기술을 구현하기 위해, 제1 및 제2 진공필름(10,40)을 흡착하여, 흡착에 따른 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(300을 압착하는 것에 기본적인 특징이 있다.
도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 적층물을 준비하는 단계(S310)는, 프레임(200)을 이용하여, 프레임(200)의 하측에 제1 진공필름(10)을 배치하고, 프레임(200)의 내부 공간(203)에 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)을 배치하고, 프레임(200)의 상측에 제2 진공필름(40)을 배치할 수 있다.
프레임(200)에는 내부 공간(203)과 연통되되 공기 흡입을 위한 관통홀(201)이 형성될 수 있다.
1차 압축물(110)을 제조하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 흡착부(260)를 이용해 내부 공간(203)의 공기를 흡입한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간(203)에 공기가 흡입되게 되면, 제1 및 제2 진공필름(10,40)은 서로 흡착되어 공기 불투과 필름 접합부(1)가 형성될 수 있다.
공기 불투과 필름 접합부(1)는, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)이 배치된 부분을 제외하고, 제1 및 제2 진공필름(10,40)이 서로 밀착되어 접착된 부분일 수 있다.
내부 공간(203)에 공기가 흡입되게 되면, 제1 진공필름(10)의 탄소섬유 복합재(20)를 바라보는 면과, 제2 진공필름(40)의 코팅필름(30)을 바라보는 면이 접착되면서, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)을 압착할 수 있다.
공기 불투과 필름 접합부(1)에 의해 밀폐되는 비접합 부분(2)에는 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)이 압착되는 압착공간(3)이 형성될 수 있다.
압착공간(3)에 배치된 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)은, 공기 불투과 필름 접합부(1)에 의하여 이동이 저지될 수 있다. 압착공간(3)과 공기 불투과 필름 접합부(1)의 경계에 따라, 제1 및 제2 진공필름(10,40)은 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)의 양쪽 가장자리를 누르게 되어, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)은 밀림이 저지된 채로 압착될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지면에 수평한 수평방향에 따른 코팅필름(30)의 단면적은 탄소섬유 복합재(20)의 단면적보다 더 크도록 형성될 수 있다. 이에 한정하지 않고, 코팅필름(30), 탄소섬유 복합재(20)의 크기는 다양한 형태로 형성되는 구조 또한 가능하다.
도 1 및 5에 도시된 바와 같이, 2차 압축물을 제조하는 단계(S330)는 가압지그(250)를 이용해 비접합 부분(2)을 가압하여, 탄소섬유 복합재(20)의 면과 코팅필름(30)의 면을 압착시키도록 구성될 수 있다.
가압지그(250)는, 상부 가압지그(252)와, 하부 가압지그(2510로 구성될 수 있으며 상부 및 하부 가압지그(252,251) 중의 적어도 어느 하나는 요홈(253)이 형성되며, 다른 하나는 요홈(253)에 삽입되는 돌기(254)가 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가압지그(250)의 가압에 의하여, 1차 압축물(110)은 요홈(253)과 돌기(254))의 형태에 따라 성형되어 2차 압축물(120)이 제조될 수 있다.
2차 압축물(120) 중의 제1 및 제2 진공필름(10,40)을 제거시켜, 탄소섬유 복합재(20)에 코팅필름(30)이 압착된 완성품(130)을 취출할 수 있다.
도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 2차 압축물을 제조하는 단계(S330)는 가압지그(250)의 가압면의 외측에 프레임(200)이 배치되도록 가압지그(250)에 1차 압축물(110)을 배치키는 공정이 포함될 수 있다.
상부 가압지그(252)가 1차 압축물(110)을 가압할 시, 프레임(200)은 가압되지 않도록 구성될 수 있다.
적층물을 준비하는 단계(S310)에서 제1 및 제2 추가 프레임(210,220)이 이용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 진공필름(10)을 사이에 두고, 프레임(200)의 하측에 제1 추가 프레임(210)이 구비될 수 있다. 프레임(200)과 제1 추가 프레임(210)의 가압에 의하여 제1 진공필름(10)은 고정될 수 있다.
제2 진공필름(40)을 사이에 두고, 프레임(200)의 상측에 제2 추가 프레임(220)이 구비될 수 있다. 프레임(200)과 제2 추가 프레임(220)의 가압에 의하여 제2 진공필름(40)은 고정될 수 있다.
일예로, 제1 추가 프레임(210)과, 프레임(200)과, 제2 추가 프레임(220)을 함께 고정시키도록 별도의 클램프(미도시), 체결부재(미도시) 등이 설치될 수 있다.
제1 추가 프레임(210)과, 프레임(200)과, 제2 추가 프레임(220)은 1차 압축물(110)을 고정시켜, 가압지그(250)의 가압면의 외측에 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가압지그(250)에 의한 가압이 완료되어, 2차 압축물(120)이 제조된 후, 제1 추가 프레임(210)과, 프레임(200)과, 제2 추가 프레임(220)의 결합은 해제되도록 구성될 수 있다.
이는, 제1 및 제2 진공필름(10,40)의 흡착에 따라 탄소섬유 복합재(20)의 배향이 틀어지는 것을 방지함과 탄소섬유 복합재(20)에 코팅필름(30)이 압착될 수 있는 특징이 있다.
실시예 2
실시예 2에 따른 적층물은 전술한 실시예 1에 따른 적층물(100)과 제1 및 제2 진공필름(10,40)에서 차이가 있다. 이하에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 실시예 1과 적층물이 다른 실시예 2를 도시하고 있는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 2에 따른 적층물(101)은, 제1 이형필름(70), 탄소섬유 복합재(20), 코팅필름(30), 제2 이형필름(80)이 차례로 적층되어 마련될 수 있다.
제1 이형필름(70)의 탄소섬유 복합재(20)를 바라보는 면과, 제2 이형필름(80)의 코팅필름(30)을 바라보는 면이 접착되면서, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)을 압착시키도록 구성될 수 있다. 이후에, 제1 및 제2 이형필름(70,80)은 제거될 수 있다.
제1 및 제2 이형필름(70,80)에 한정하지 않고, 2개의 필름이 흡착되어, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)을 압착시킬 수 있는 구조이면 모든 적용 가능하다.
실시예 3
실시예 3에 따른 적층물(102)은 전술한 실시예 1에 따른 적층물(100)과 제1 및 제2 추가필름(50,60)에서 차이가 있다. 이하에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 8 내지 10은 실시예 1과 적층물이 다른 실시예 3을 도시하고 있는 도면이다. 도 8 내지 10을 참고하여 설명한다. 도 1 및 8에 도시된 바와 같이, 적층물(102)은 제1 진공필름(10)과 탄소섬유 복합재(20)의 사이에 적층되는 제1 추가필름(50)과, 코팅필름(30)과 제2 진공필름(40)의 사이에 적층되는 제2 추가필름(60)이 더 포함될 수 있다.
1차 압축물(108)을 제조할 시, 프레임(200)의 하측과 제1 진공필름(10)의 사이에 제1 추가필름(50)을 배치될 수 있으며, 프레임(200)의 상측과 제2 진공필름(40)의 사이에 제2 추가필름(60)을 배치할 수 있다. 이에, 내부 공간(203)에 공기가 흡입되게 되면, 제1 및 제2 추가필름(50,60) 서로 흡착되어 공기 불투과 필름 접합부(5)를 형성할 수 있다.
제1 및 제2 진공필름(10,40)은 마찰에 의해 제1 및 제2 추가필름(50,60)에 밀착될 수 있다.
제1 추가필름(50)의 탄소섬유 복합재(20)를 바라보는 면과, 제2 추가필름(60)의 코팅필름(30)을 바라보는 면이 접착되면서, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)은 압착될 수 있다. 이후에, 가압지그(250)에 의한 가압을 수행한 후, 제1 및 제2 진공필름(10,40)과 제1 및 제2 추가필름(50,60)을 제거시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 제1 및 제2 추가필름(50,60)은 이형필름일 수 있다.
제1 추가필름(50)이 제1 진공필름(10)과 탄소섬유 복합재(20)의 사이에 배치되고, 제2 추가필름(60)이 제2 진공필름(10)과 코팅필름(30) 사이에 배치됨으로써, 탄소섬유 복합재(20) 및 코팅필름(30)으로부터 제1 및 제2 진공필름(10,40)의 박리가 보다 수월한 특징이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 공기 불투과 필름 접합부 2: 비접합 부분
3: 압착공간 10: 제1 진공필름
20: 탄소섬유 복합재 30: 코팅필름
40: 제2 진공필름 50: 제1 추가필름
60: 제2 추가필름 100: 적층물
110: 1차 압축물 120: 2차 압축물
200: 프레임 201: 관통홀
203: 내부 공간 210: 제1 추가 프레임
220: 제2 추가 프레임 250: 가압지그
260: 흡착부

Claims (14)

  1. (a) 제1 진공필름, 탄소섬유 복합재, 코팅필름 및 제2 진공필름이 차례로 적층되어 있는 적층물을 준비하는 단계;
    (b) 상기 제1 및 제2 진공필름 사이의 공기를 흡입하여, 상기 제1 및 제2 진공필름을 서로 흡착시킴으로써, 상기 탄소섬유 복합재 및 상기 코팅필름이 상기 제1 및 제2 진공필름에 의해 압착되어 마련되는 1차 압축물을 제조하는 단계;
    (c) 상기 1차 압축물을 가압하여, 기설정된 형태로 2차 압축물을 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 2차 압축물 중의 상기 제1 및 제2 진공필름을 제거하는 단계;
    를 포함하는, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계 (a)는, 프레임을 이용해, 상기 프레임의 하측에 상기 제1 진공필름을 배치하고, 상기 프레임의 내부 공간에 상기 탄소섬유 복합재 및 상기 코팅필름을 배치하고, 상기 프레임의 상측에 상기 제2 진공필름을 배치하는 단계이며,
    상기 프레임에는 상기 내부 공간과 연통되되 공기 흡입을 위한 관통홀이 형성된, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    흡착부를 이용해 상기 내부 공간의 공기를 흡입하여, 상기 제1 및 제2 진공필름이 서로 흡착된 공기 불투과 필름 접합부를 형성하며,
    상기 공기 불투과 필름 접합부에 의해 밀폐되는 비접합 부분에 상기 탄소섬유 복합재 및 상기 코팅필름이 압착되는 압착공간이 형성되는 단계인, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 압착공간에 배치된 상기 탄소섬유 복합재 및 상기 코팅필름은, 상기 공기 불투과 필름 접합부에 의하여 이동이 저지되는, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    지면에 수평한 수평방향에 따른 상기 코팅필름의 단면적은 상기 탄소섬유 복합재의 단면적보다 더 크도록 형성된, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 (a)의 상기 적층물은,
    상기 제1 진공필름과 상기 탄소섬유 복합재의 사이에 적층되는 제1 추가필름과, 상기 코팅필름과 상기 제2 진공필름의 사이에 적층되는 제2 추가필름을 더 포함하는, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 단계 (b)는, 상기 프레임의 하측과 상기 제1 진공필름의 사이에 상기 제1 추가필름을 더 배치하고, 상기 프레임의 상측과 상기 제2 진공필름의 사이에 상기 제2 추가필름을 더 배치하는 단계인, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계 (d)는, 추가로 상기 제1 및 제2 추가필름을 제거하는 단계인, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 및 제2 추가필름은 이형필름인, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 단계 (c)는, 가압지그를 이용해 상기 비접합 부분을 가압하여, 상기 탄소섬유 복합재의 면과 상기 코팅필름의 면을 압착하는 단계인, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 단계 (c)는,
    상기 가압지그의 가압면의 외측에 상기 프레임이 배치되게 상기 가압지그에 상기 1차 압축물을 배치키는 단계를 포함하는, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  12. 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    상기 제1 진공필름을 사이에 두고, 상기 프레임의 하측에 구비되는 제1 추가 프레임을 통해, 상기 프레임과 함께 상기 제1 진공필름을 더 고정하고,
    상기 제2 진공필름을 사이에 두고, 상기 프레임의 상측에 구비되는 제2 추가 프레임을 통해, 상기 프레임과 함께 상기 제2 진공필름을 더 고정하는 단계인, 탄소섬유 복합재의 코팅방법.
  13. 프레스 금형에 넣기 위한 중간 적층물에 있어서,
    제1 진공필름;
    상기 제1 진공필름에 적층된 탄소섬유 복합재;
    상기 탄소섬유 복합재에 적층된 코팅필름;
    상기 코팅필름에 적층되되, 상기 제1 진공필름과의 사이에 잔존하는 공기의 흡입에 의하여 상기 제1 진공필름에 흡착되어, 상기 제1 진공필름과 함께 공기 불투과 필름 접합부를 형성하는 제2 진공필름;
    을 포함하며, 상기 공기 불투과 필름 접합부에 의해 밀폐되는, 상기 제1 및 제2 진공필름 사이의 비접합 부분에, 상기 탄소섬유 복합재 및 상기 코팅필름이 수용되는, 중간 적층물.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 진공필름과 상기 탄소섬유 복합재의 사이에 배치되는 제1 추가필름과, 상기 제2 진공필름과 상기 코팅필름의 사이에 배치되는 제2 추가필름을 더 포함하는, 중간 적층물.
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