KR20220001413A - Forming method of carbon fiber reinforced plastic - Google Patents

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Abstract

A carbon fiber reinforced plastic shaping method according to one embodiment of the present invention comprises: a step of laminating two or more prepreg sheets to form a prepreg laminate; a step of disposing a mold, a prepreg laminate, and a shaping pad in a shaping device; a heat treatment step of applying heat to the prepreg laminate; a step of forming a sub-vacuum state in the shaping device to attach the prepreg laminate to the mold; and a step of curing the prepreg laminate to produce a shaped article, wherein tension having a predetermined magnitude is formed at the shaping pad. According to the present invention, productivity of the shaped article can be improved.

Description

탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법{FORMING METHOD OF CARBON FIBER REINFORCED PLASTIC}Carbon fiber reinforced plastic molding method {FORMING METHOD OF CARBON FIBER REINFORCED PLASTIC}

탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법이 제공된다.A carbon fiber reinforced plastic molding method is provided.

탄소섬유를 이용한 탄소섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)는 강철보다 5배 이상 뛰어난 강도 특성, 실리콘보다 가벼운 경량 특성, 외부 환경에 쉽게 산화되지 않고 약 1300 ℃까지 안정하게 유지될 수 있는 내구성, 우수한 탄성 등의 특성으로 인해 주목 받고 있는 소재이다. Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) using carbon fiber has more than 5 times superior strength than steel, lightweight properties lighter than silicon, and durability that can be maintained up to about 1300 °C without being easily oxidized in the external environment , and is a material attracting attention due to its excellent elasticity.

CFRP로 제조한 성형품은 프리프레그(Preimpregnated Materials: Prepreg)를 성형한 후 경화시켜 제조하는 경우가 많다.Molded articles made of CFRP are often manufactured by molding and then curing prepreg (Preimpregnated Materials: Prepreg).

여기서, 프리프레그는 수지를 강화 섬유(Reinforced Fiber)에 미리 함침시킨 시트(sheet) 형상의 제품으로 일종의 중간 재료로 볼 수 있다. 프리프레그는 고강도와 강한 탄성이 요구되는 항공기, 자동차 부품, 스포츠, 레저 기구 및 보트 등의 기타 여러 산업에서 널리 이용되고 있다.Here, the prepreg is a sheet-shaped product in which a resin is pre-impregnated into a reinforced fiber and can be viewed as a kind of intermediate material. Prepregs are widely used in many other industries, such as aircraft, automobile parts, sports, leisure equipment, and boats, where high strength and strong elasticity are required.

일반적인 CFRP 성형품의 제조방법은, 예를 들어, 탄소섬유 인퓨전 방식 또는 프리프레그 핸드레이어 방식으로 이루어질 수 있다. The manufacturing method of a general CFRP molded article may be made, for example, by a carbon fiber infusion method or a prepreg hand layer method.

탄소섬유 인퓨전(infusion) 방식에 의한 CFRP 성형품 제조방법은, 탄소섬유 원단을 미리 정해진 형태에 따라 재단하는 단계, 재단이 이루어진 1개(또는 1층) 이상의 탄소섬유 원단을 미리 정해진 형태의 몰드(mold) 상에 배치하는 단계, 탄소섬유 원단 상에 수지(resin) 필름을 배치시키는 단계, 미리 정해진 조건의 진공 상태를 형성시키면서 수지 필름이 용융되어 하강하면서 탄소섬유 원단을 함침시키는 인퓨전 단계, 가열을 통해 경화시켜 성형품을 형성하는 단계, 성형품을 탈형시키는 단계 등을 포함한다. 여기서, 인퓨전 단계를 수행하기 위해, 브리더 배치, 필플라이 배치, 진공백 설치, 인퓨전 라인 설치 등의 단계가 수행될 수 있다.The CFRP molded product manufacturing method by the carbon fiber infusion method includes the steps of cutting the carbon fiber fabric according to a predetermined shape, and forming one (or one layer) or more cut carbon fiber fabric into a mold of a predetermined shape. ), a step of placing a resin film on the carbon fiber fabric, an infusion step of impregnating the carbon fiber fabric as the resin film melts and descends while forming a vacuum state of a predetermined condition, through heating and curing to form a molded article, demolding the molded article, and the like. Here, in order to perform the infusion step, steps such as a breather arrangement, a fill fly arrangement, a vacuum bag installation, and an infusion line installation may be performed.

프리프레그 핸드레이어 방식에 의한 CFRP 성형품 제조방법은 탄소섬유 프리프레그 시트(sheet)를 미리 정해진 형태에 따라 재단하는 단계, 재단이 이루어진 1개(또는 1층) 이상의 프리프레그 시트를 미리 정해진 형태의 몰드(mold) 상에 배치하는 단계, 미리 정해진 조건의 진공 상태를 형성시키면서 프리프레그에 포함된 수지와 탄소섬유를 압착시키는 단계, 가열을 통해 경화시켜 성형품을 형성하는 단계, 성형품을 탈형시키는 단계 등을 포함한다. 여기서, 진공 경화를 수행하기 위해, 브리더 배치, 필플라이 배치, 진공백 설치, 인퓨전 라인 설치 등의 단계가 수행될 수 있다.The CFRP molded product manufacturing method by the prepreg hand layer method comprises the steps of cutting a carbon fiber prepreg sheet according to a predetermined shape, and cutting one (or one layer) or more prepreg sheets with a predetermined shape into a mold (mold), the step of pressing the resin and carbon fiber contained in the prepreg while forming a vacuum state of a predetermined condition, the step of curing through heating to form a molded article, the step of demolding the molded article, etc. include Here, in order to perform vacuum curing, steps such as a breather arrangement, a peel fly arrangement, a vacuum bag installation, and an infusion line installation may be performed.

이러한 기존의 CFRP 성형품 제조방법들의 경우, 가열과 진공 상태 형성으로 인해 흘러나오는 수지를 흡수하거나 구멍을 통해 외부로 유출시키는 브리더(breather), 탄소섬유 원단 적층체 또는 프리프레그 시트 적층체에 밀착되어 사용되는 필 플라이(peel ply) 등의 부자재가 사용되어야 하고, 이러한 부자재들이 1회성으로 사용되고 폐기되어 성형품의 제조 비용이 크게 상승하고, 폐기물이 다량으로 발생하게 된다. 또한, 기존의 방법들은 성형품을 제조하기 위해 6시간 이상의 긴 시간이 필요하고, 수작업 의존도가 높아, 성형품 생산 시간이 길고, 대량 생산이 어려우며, 제조 비용이 상승할 수 있다. 또한, 기존의 CFRP 성형품 제조방법들의 경우, 성형품(완성품)의 형상(형태)에 대응되는 몰드 형상에 맞춰 CFRP 시트의 재단이 이루어져야 하기 때문에, 재단에 상당히 긴 시간이 소요되고, 제조 비용이 상승할 수 있다.In the case of these existing CFRP molded product manufacturing methods, they are used in close contact with a breather, carbon fiber fabric laminate or prepreg sheet laminate that absorbs resin flowing out due to heating and vacuum formation or flows out through a hole. Subsidiary materials such as peel ply must be used, and these subsidiary materials are used and disposed of once, thereby greatly increasing the manufacturing cost of the molded product and generating a large amount of waste. In addition, the existing methods require a long time of 6 hours or more to manufacture a molded article, and have a high dependence on manual labor, so that the molded article production time is long, mass production is difficult, and the manufacturing cost may increase. In addition, in the case of the existing CFRP molded product manufacturing methods, since the CFRP sheet must be cut according to the mold shape corresponding to the shape (form) of the molded product (finished product), the cutting takes a very long time, and the manufacturing cost may increase can

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 성형품 생산성을 향상시키기 위한 것이다.Carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention is to improve the productivity of the molded product.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 성형품 생산 시간을 단축시키기 위한 것이다.Carbon fiber-reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention is to shorten the production time of the molded article.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 수작업 의존도를 낮추기 위한 것이다.Carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention is to reduce the dependence on manual work.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 성형품 제조 비용을 절감시키기 위한 것이다.Carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention is to reduce the cost of manufacturing a molded article.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 성형품을 대량으로 생산하기 위한 것이다.Carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention is for mass production of molded articles.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 성형품의 고강도 특성 및 경량 특성을 향상시키기 위한 것이다.Carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention is to improve the high strength characteristics and light weight characteristics of the molded article.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 성형품의 모서리 성형성을 향상시키기 위한 것이다.Carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention is to improve the corner formability of the molded article.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above problems, the embodiment according to the present invention may be used to achieve other problems not specifically mentioned.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은, 둘 이상의 프리프레그 시트를 적층하여 프리프레그 적층체를 형성하는 단계, 성형 장치 내에 몰드, 프리프레그 적층체 및 성형 패드를 배치시키는 배치 단계, 프리프레그 적층체에 열을 가하는 열처리 단계, 성형 장치 내에 아진공 상태를 형성하여 프리프레그 적층체를 몰드에 부착시키는 단계, 그리고 프리프레그 적층체를 경화시켜 성형품을 제조하는 단계를 포함하고, 성형 패드에는 미리 정해진 크기를 갖는 장력이 형성되어 있다.The carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of laminating two or more prepreg sheets to form a prepreg laminate, disposing a mold, a prepreg laminate and a molding pad in a molding apparatus , a heat treatment step of applying heat to the prepreg laminate, forming a sub-vacuum state in a molding apparatus to attach the prepreg laminate to a mold, and curing the prepreg laminate to produce a molded article, comprising the steps of: A tension having a predetermined magnitude is formed on the pad.

프리프레그 적층체를 형성하는 단계에서, 둘 이상의 프리프레그 시트는 서로 인접하고 있는 제1 프리프레그 시트와 제2 프리프레그 시트를 포함할 수 있고, 제1 프리프레그 시트의 일면이 제2 프리프레그 시트에서 제1 프리프레그 시트의 일면과 마주하는 면과 접촉되어 있을 수 있다.In the step of forming the prepreg laminate, the two or more prepreg sheets may include a first prepreg sheet and a second prepreg sheet adjacent to each other, and one surface of the first prepreg sheet is a second prepreg sheet may be in contact with a surface facing one surface of the first prepreg sheet.

둘 이상의 프리프레그 시트 각각은 열경화성 수지를 포함할 수 있고, 둘 이상의 프리프레그 시트가 40 내지 60 kgf의 힘으로 압축되어 접착될 수 있다.Each of the two or more prepreg sheets may include a thermosetting resin, and the two or more prepreg sheets may be compressed and adhered with a force of 40 to 60 kgf.

성형 패드는 실리콘(Si)을 포함할 수 있고, 성형 패드의 두께는 1 내지 5 mm 일 수 있다.The molding pad may include silicon (Si), and the thickness of the molding pad may be 1 to 5 mm.

성형 패드의 인장 강도는 25 ℃에서 50 kf/cm2 이상일 수 있다.The tensile strength of the forming pad may be at least 50 kf/cm 2 at 25°C.

성형 패드의 장력의 크기가 커질수록, 성형품의 모서리 굽힘 강도가 커질 수 있다.As the magnitude of the tension of the molding pad increases, the edge bending strength of the molded article may increase.

성형 패드의 장력의 크기가 커질수록, 표면조도의 크기가 작아질 수 있다.As the magnitude of the tension of the molding pad increases, the magnitude of the surface roughness may decrease.

성형 패드는 중앙 영역에 직경 0.2 cm 이하의 홀을 포함할 수 있다.The forming pad may include a hole having a diameter of 0.2 cm or less in the central region.

열처리 단계는 120 내지 140 ℃ 에서 5 내지 30분 동안 수행될 수 있다.The heat treatment step may be performed at 120 to 140 °C for 5 to 30 minutes.

열처리 단계에서, 프리프레그 적층체의 인장 강도/인장 계수의 값이 작아질 수 있고, 프리프레그 적층체의 굽힘 강도/굽힘 계수의 값이 작아질 수 있다.In the heat treatment step, the value of the tensile strength/tensile modulus of the prepreg laminate may become small, and the value of the flexural strength/flexural modulus of the prepreg laminate may become small.

프리프레그 적층체를 몰드에 부착시키는 단계에서, 아진공 상태의 압력은 0.05 내지 0.08 MPa이고, 30분 내지 1시간 동안 가압이 수행될 수 있다.In the step of attaching the prepreg laminate to the mold, the pressure in the sub-vacuum state is 0.05 to 0.08 MPa, and pressing may be performed for 30 minutes to 1 hour.

본 발명의 한 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 성형품 생산성을 향상시킬 수 있고, 성형품 생산 시간을 단축시킬 수 있으며, 수작업 의존도를 낮출 수 있고, 성형품 제조 비용을 절감시킬 수 있으며, 성형품을 대량으로 생산할 수 있고, 성형품의 고강도 특성 및 경량 특성을 향상시킬 수 있으며, 성형품의 모서리 성형성을 향상시킬 수 있다.The carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment of the present invention can improve molded product productivity, shorten molded product production time, reduce dependence on manual labor, reduce molded product manufacturing cost, and It can be mass-produced, can improve the high strength and light weight properties of the molded article, and can improve the corner formability of the molded article.

도 1은 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법을 개략적으로 나타내는 도면들이다.
도 3은 성형 패드의 두께에 따른 성형 패드의 인장 강도와 성형품의 모서리 성형성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 성형 패드의 두께에 따른 성형 패드의 인장 강도와 성형품의 모서리 굽힘 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 성형 패드의 두께에 따른 성형 패드의 인장 강도와 재사용 횟수의 관계를 나타내는 그래프이다.
1 is a view schematically illustrating a carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment.
2A to 2C are views schematically illustrating a carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment.
3 is a graph showing the relationship between the tensile strength of the molding pad and the edge formability of the molded article according to the thickness of the molding pad.
4 is a graph showing the relationship between the tensile strength of the molding pad and the edge bending strength of the molded article according to the thickness of the molding pad.
5 is a graph showing the relationship between the tensile strength of the forming pad and the number of reuses according to the thickness of the forming pad.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.With reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of a well-known known technology, a detailed description thereof will be omitted.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. When a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. On the other hand, when a part is said to be "just above" another part, it means that there is no other part in the middle. Conversely, when a part, such as a layer, film, region, or plate, is “under” another part, it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where there is another part in between. On the other hand, when a part is said to be "just below" another part, it means that there is no other part in the middle.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

도 1은 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 성형 방법을 개략적으로 설명하는 도면이고, 도 2a 내지 도 2c는 실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법을 개략적으로 나타내는 도면들이다.1 is a view schematically illustrating a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) molding method according to an embodiment, and FIGS. 2A to 2C are views schematically illustrating a carbon fiber reinforced plastic molding method according to an embodiment.

도 1, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법은 크게 프리프레그 재단 단계(S110), 프리프레그 적층체를 형성하는 단계(S120), 배치 단계(S130), 열처리 단계(S140), 프리프레그 적층체를 몰드에 부착시키는 단계(S150), 그리고 성형품을 제조하는 단계(S160)를 포함한다.1 and 2A to 2C, the carbon fiber reinforced plastic molding method is largely a prepreg cutting step (S110), forming a prepreg laminate (S120), arranging step (S130), heat treatment step (S140) ), attaching the prepreg laminate to the mold (S150), and manufacturing a molded article (S160).

여기서, 성형품은 탄소섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 특정 형상 또는 형태를 갖는 구조체를 의미한다.Here, the molded article means a structure having a specific shape or form made of carbon fiber reinforced plastic.

먼저 프리프레그 재단 단계(S110)가 수행된다.First, the prepreg cutting step (S110) is performed.

프리프레그 재단 단계(S110)은 프리프레그 시트(sheet)를 미리 정해진 형태로 재단하는 단계이다. 최종 성형품의 형태에 대응하여 재단 형태가 상이해 질 수 있다.The prepreg cutting step ( S110 ) is a step of cutting a prepreg sheet into a predetermined shape. The cutting shape may be different according to the shape of the final molded product.

프리프레그 시트는 열경화성 수지를 강화 섬유(Reinforced Fiber)인 탄소 섬유에 미리 함침시킨 시트 형상의 중간 제품을 의미할 수 있다.The prepreg sheet may refer to a sheet-shaped intermediate product in which a thermosetting resin is pre-impregnated into carbon fiber, which is a reinforced fiber.

종래의 CFRP 성형 방법(탄소섬유 인퓨전 방식 또는 프리프레그 핸드레이어 방식)에 따른 재단 방법의 경우, 몰드(mold)에 따라 재단되는 크기와 형태가 다르기 때문에 가위나 칼을 이용하여 수작업으로 재단 시, 상당한 난이도가 필요하고 상대적으로 긴 작업 시간이 소요될 수 있다. 또한, CNC 사용하여 재단 시, 몰드에 따라 굴곡이나 특정 형태가 존재하는 경우, 여러 장을 겹쳐서 재단하는 것이 용이하지 않을 수 있고, 재단에 긴 시간이 필요할 수 있으며, 상대적으로 많은 비용이 발생하게 된다.In the case of the cutting method according to the conventional CFRP molding method (carbon fiber infusion method or prepreg hand layer method), the cut size and shape are different depending on the mold. Difficulty is required and can take a relatively long time to work. In addition, when cutting using CNC, if there are bends or a specific shape depending on the mold, it may not be easy to cut several sheets by overlapping, cutting may require a long time, and relatively high costs are incurred. .

반면, 실시예에 따른 CFRP 성형 방법에 따르면, 특정 사이즈(size)로 일괄적으로 재단이 가능하고, 예를 들어, 특정 사이즈의 사각형 형태로 프리프레그가 재단될 수 있다. 여기서, 특정 사이즈는 생산해야 할 CFRP 성형품(제품)을 평평하게 펼쳤을 때의 크기(성형품이 평판 형태라면 평판의 크기)보다 두께 방향(프리프레그 시트의 두께 방향)을 제외한 평면의 모든 방향으로 약 10 cm 내지 약 20 cm 클 수 있다. On the other hand, according to the CFRP molding method according to the embodiment, it is possible to collectively cut to a specific size (size), for example, the prepreg can be cut in a rectangular shape of a specific size. Here, the specific size is about 10 in all directions of the plane except the thickness direction (thickness direction of the prepreg sheet) rather than the size when the CFRP molded product (product) to be produced is spread flat (if the molded product is flat, it is the size of the flat plate). cm to about 20 cm tall.

CFRP 성형품을 평평하게 펼쳤을 때의 크기와 프리프레그 시트의 크기 차이가 10 cm 미만인 경우, 이후 진공 펌프를 통해 프리프레그를 몰드에 부착할 때, 프리프레그의 움직임이 발생할 수 있고, 이로 인해 몰드에 부착되지 않은 면이 존재할 수 있으며, 생산 제품 품질에 문제가 발생할 수 있다. CFRP 성형품을 평평하게 펼쳤을 때의 크기와 프리프레그 시트의 크기 차이가 약 20 cm보다 큰 경우, 프리프레그 시트가 진공 밸브나 타공에 빨려들어가 장비에 손상이 발생하고 장비 고장을 발생시킬 수 있다.If the difference between the size of the CFRP molded product when it is flattened and the size of the prepreg sheet is less than 10 cm, when the prepreg is subsequently attached to the mold through a vacuum pump, movement of the prepreg may occur, which may cause the prepreg to adhere to the mold Unfinished sides may exist, and problems may arise in the quality of the products produced. If the difference between the size of the CFRP molded product and the size of the prepreg seat when flattened is greater than about 20 cm, the prepreg seat may be sucked into the vacuum valve or perforation, causing damage to equipment and equipment failure.

실시예에 따른 재단 방법은, 한 장의 프리프레그 시트를 재단 장비로 재단하거나, 2장 이상의 프리프레그 시트를 적층한 후, 재단 장비로 일괄 재단 가능하여 재단 시간이 크게 단축될 수 있고, 제조 비용이 절감될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 재단 방법을 사용하게 되면, 대량 생산 및 자동화가 이루어지는 경우 생산 효율이 크게 증가할 수 있다. 하기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예에 따른 성형 방법을 통해 프리프레그 1장의 재단 시간을 약 2분 이하로 단축시킬 수 있고, 프리프레그 6장 적층체의 재단 시간을 약 3분 이하로 단축시킬 수 있다.In the cutting method according to the embodiment, one prepreg sheet is cut with a cutting equipment, or two or more prepreg sheets are laminated, and then the cutting time can be greatly reduced, and the manufacturing cost can be reduced because it is possible to collectively cut with the cutting equipment. can be reduced Accordingly, if the cutting method according to the embodiment is used, production efficiency may be greatly increased when mass production and automation are performed. As can be seen in Table 1 below, the cutting time of one prepreg sheet can be reduced to about 2 minutes or less through the molding method according to the embodiment, and the cutting time of the six prepreg laminated body can be shortened to about 3 minutes or less. can

예를 들어, 재단 장비는 CNC(Computer numerical control) 장비일 수 있다.For example, the cutting equipment may be a computer numerical control (CNC) equipment.

종래 성형 방법Conventional molding method 실시예에 따른 성형 방법
(CNC)
Molding method according to the embodiment
(CNC)
프리프레그
1장 재단 시간
prepreg
Chapter 1 Cutting Time
최대 5분up to 5 minutes 최대 2분up to 2 minutes
프리프레그
6장 재단 시간
prepreg
Chapter 6 Cutting Time
최대 30분up to 30 minutes 최대 3분up to 3 minutes

재단 장비의 RPM은 약 5000 내지 9000 일 수 있다. 재단 장비의 RPM이 약 5000 미만인 경우, 재단이 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 재단 장비의 RPM이 약 9000 초과인 경우, 재단 시 프리프레그 내에 포함된 섬유가 엉키는 현상이 발생할 수 있다.The RPM of the cutting equipment may be about 5000 to 9000. If the RPM of the cutting equipment is less than about 5000, the cutting may not be sufficiently performed, and if the RPM of the cutting equipment is more than about 9000, the fibers included in the prepreg may become tangled during cutting.

다음으로, 둘 이상의 프리프레그 시트(Prepreg sheet)를 적층하여 프리프레그 적층체(130)를 형성하는 단계(S120)가 수행된다.Next, forming the prepreg laminate 130 by laminating two or more prepreg sheets (S120) is performed.

이 단계에서, 프리프레그 시트 사이에는 별도의 접착제가 삽입되지 않는다. 예를 들어, 둘 이상의 프리프레그 시트는 서로 인접하고 있는 제1 프리프레그 시트와 제2 프리프레그 시트를 포함하고, 제1 프리프레그 시트의 일면이 제2 프리프레그 시트에서 제1 프리프레그 시트의 일면과 마주하는 면과 접촉되어 있고, 제1 프리프레그 시트와 제2 프리프레그 시트 사이에 별도의 접착 물질이 삽입되지 않을 수 있다. 프리프레그 시트가 적층되고 압축되면서 프리프레그 시트에 포함되어 있는 열경화성 수지가 접착제의 기능을 수행할 수 있다. At this stage, no separate adhesive is inserted between the prepreg sheets. For example, the two or more prepreg sheets include a first prepreg sheet and a second prepreg sheet adjacent to each other, and one side of the first prepreg sheet is one side of the first prepreg sheet in the second prepreg sheet It is in contact with the surface facing the , and a separate adhesive material may not be inserted between the first prepreg sheet and the second prepreg sheet. As the prepreg sheet is laminated and compressed, the thermosetting resin contained in the prepreg sheet may perform the function of an adhesive.

둘 이상의 프리프레그 시트를 적층시킨 이후, 롤러(roller)를 활용하여 적층된 프리프레그 시트들을 압축시켜 접착시킴으로써 프리프레그 적층체(130)가 형성된다. 이 때, 롤러의 재질은 열경화성 수지가 달라붙지 않는 스테인리스 스틸(stainless steel) 등을 포함할 수 있다.After laminating two or more prepreg sheets, the prepreg laminate 130 is formed by compressing and adhering the laminated prepreg sheets using a roller. At this time, the material of the roller may include stainless steel (stainless steel) to which the thermosetting resin does not stick.

둘 이상의 프리프레그 시트는, 예를 들어, 약 30 kgf 내지 약 50 kgf의 힘으로 압축되어 접착될 수 있다. 압축되는 힘이 약 30 kgf 미만인 경우, 프리프레그 적층체 사이에 공간이 발생할 수 있고, 이로 인해 성형품의 품질이 저하될 수 있다. 압축되는 힘이 약 50 kgf를 초과하는 경우에는, 프리프레그 시트에 포함되어 있는 탄소섬유 엉킴 현상이 발생하여 성형품의 품질이 저하될 수 있고, 프리프레그 시트에 포함되어 있는 탄소섬유 자체가 파손될 수 있다.Two or more sheets of prepreg may be adhered by compression, for example, with a force of about 30 kgf to about 50 kgf. When the compressive force is less than about 30 kgf, spaces may occur between the prepreg laminates, which may deteriorate the quality of the molded article. If the compressive force exceeds about 50 kgf, entanglement of the carbon fibers contained in the prepreg sheet may occur, resulting in deterioration of the quality of the molded product, and the carbon fibers contained in the prepreg sheet may be damaged. .

다음으로, 성형 장치 내에 몰드(mold)(120), 프리프레그 적층체(130) 및 성형 패드(pad)(140)를 배치시키는 배치 단계(S130)가 수행된다.Next, a disposing step (S130) of disposing the mold 120, the prepreg laminate 130, and the molding pad 140 in the molding apparatus is performed.

여기서, 성형 장치는 진공 상태를 형성할 수 있는 진공 플랫폼일 수 있다.Here, the forming apparatus may be a vacuum platform capable of forming a vacuum state.

성형 장치 내에서, 아래에서부터 몰드(120), 프리프레그 적층체(130), 성형 패드(140) 순서대로 배치될 수 있고, 몰드(120)의 상부면과 프리프레그 적층체(130)의 하부면이 접촉되어 있을 수 있고, 프리프레그 적층체(130)의 상부면과 성형 패드(140)의 하부면이 접촉되어 있을 수 있다. 프리프레그 적층체(130)가 몰드(120)의 상부면을 덮고 있을 수 있고, 성형 패드(140)가 프리프레그 적층체(130)를 덮고 있을 수 있다. In the molding apparatus, the mold 120 , the prepreg laminate 130 , and the molding pad 140 may be disposed in order from the bottom, and the upper surface of the mold 120 and the lower surface of the prepreg laminate 130 . may be in contact with each other, and the upper surface of the prepreg laminate 130 may be in contact with the lower surface of the forming pad 140 . The prepreg stack 130 may cover the upper surface of the mold 120 , and the forming pad 140 may cover the prepreg stack 130 .

몰드(120)는 진공 베드(vacuum bed)(110) 상에 설치되어 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 몰드의 형상은 예시적인 것이고, 몰드(120)의 형상 또는 형태는 이에 제한되지 않고 다양할 수 있다.The mold 120 is installed on a vacuum bed 110 . The shape of the mold shown in FIGS. 2A and 2B is exemplary, and the shape or shape of the mold 120 is not limited thereto and may vary.

프리프레그 적층체(130)와 성형 패드(140)는 성형 장치 내에 투입되기 이전에 미리 접촉시킨 후, 성형 장치에 투입될 수 있다.The prepreg laminate 130 and the molding pad 140 may be in contact with each other before being put into the molding apparatus and then put into the molding apparatus.

성형 패드(140)의 크기는 프리프레그 적층체(130)의 크기보다 클 수 있다. 다시 말해서, 성형 패드는 두께 방향을 제외한 평면의 모든 방향으로 CFRP 적층체보다 클 수 있다.The size of the forming pad 140 may be larger than the size of the prepreg laminate 130 . In other words, the forming pad can be larger than the CFRP laminate in all directions of the plane except the thickness direction.

성형 패드(140)는 탄성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 실리콘(Si) 물질을 포함할 수 있다. The molding pad 140 may include an elastic material, for example, a silicon (Si) material.

이러한 성형 패(140)드에는 미리 정해진 크기의 장력이 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 장력이 형성되어 있는 방향은 성형 패드(140)의 두께 방향에 수직인 면에서 임의의 방향일 수 있다. 이러한 장력 형성을 위해, 성형 패드(140)가 성형 패드의 중앙 영역으로부터 멀어지는 일 방향으로 당겨질 수 있도록, 성형 패드의 단부 중 일부가 성형 장치에 고정될 수 있다.A predetermined magnitude of tension may be formed on the forming pad 140 . Here, the direction in which the tension is formed may be any direction in a plane perpendicular to the thickness direction of the forming pad 140 . To form this tension, a portion of the end of the forming pad may be fixed to the forming apparatus so that the forming pad 140 can be pulled in one direction away from the central region of the forming pad.

이렇게 장력이 형성되어 있는 성형 패드(140)의 하부에 프리프레그 적층체(130)와 몰드(120)가 밀착된 상태로 성형 공정이 진행된다. 이러한 성형 패드의 장력 특성으로 인해, 성형품의 모서리 부분이 보다 매끄럽게 형성될 수 있고, 성형품의 표면조도가 낮아져 성형품의 표면 특성이 우수해 질 수 있다.The forming process proceeds in a state in which the prepreg laminate 130 and the mold 120 are in close contact with the lower portion of the forming pad 140 in which the tension is formed. Due to the tension characteristic of the molding pad, the corner portion of the molded article may be formed more smoothly, and the surface roughness of the molded article may be lowered, thereby improving the surface characteristics of the molded article.

성형 패드(140)의 인장 강도는 약 25 ℃에서 약 50 kf/cm2 이상일 수 있다. 이러한 범위에서, 성형 패드(140)에 충분한 장력이 형성될 수 있고, 성형품의 모서리 성형성과 표면 특성이 우수해질 수 있다. The tensile strength of the forming pad 140 may be greater than or equal to about 50 kf/cm 2 at about 25°C. In this range, sufficient tension may be formed in the molding pad 140 , and edge formability and surface properties of the molded article may be improved.

성형 패드(140)에는 미리 정해진 크기의 장력이 형성되어 있다. 성형 패드(140)에 형성되어 있는 장력의 크기가 커질수록, 성형품의 모서리 굽힘 강도가 커짐으로써 모서리 성형성이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 성형 패드(140)에 형성되어 있는 장력의 크기가 커질수록, 표면조도(surface roughness)의 크기가 작아짐으로써 성형품의 표면 특성이 우수해질 수 있다.A predetermined amount of tension is formed on the forming pad 140 . As the magnitude of the tension formed on the molding pad 140 increases, edge bending strength of the molded article increases, thereby further improving edge formability. In addition, as the magnitude of the tension formed on the molding pad 140 increases, the magnitude of the surface roughness decreases, so that the surface characteristics of the molded article may be improved.

성형 패드(140)는 두께 방향으로 형성되어 있는 하나 이상의 홀(hole)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 성형 패드(140)는 중앙 영역에 1개의 홀을 포함할 수 있다. 이후 열처리 단계와 성형품 형성 단계에서 프리프레그에 포함된 수지의 일부가 홀을 통해 외부로 흘러나올 수 있다. 이렇게 성형 패드(140)가 종래의 브리더의 기능을 수행할 수 있다.The molding pad 140 may include one or more holes formed in the thickness direction. For example, the forming pad 140 may include one hole in the central region. Afterwards, in the heat treatment step and the molded article forming step, a portion of the resin included in the prepreg may flow out through the hole. In this way, the forming pad 140 may perform the function of a conventional breather.

성형 패드(140)에 형성된 홀의 직경은 약 0.2 cm 이하일 수 있다. 홀의 직경이 약 0.2 cm 초과인 경우, 성형 공정 중 성형 패드가 찢어질 수 있다.The diameter of the hole formed in the forming pad 140 may be about 0.2 cm or less. If the diameter of the hole is greater than about 0.2 cm, the forming pad may tear during the forming process.

성형 패드(140)의 두께는 약 1 mm 내지 약 5 mm 일 수 있다. 성형 패드의 두께가 약 1 mm 미만일 경우, 아래에서 설명될 아진공 상태에서 상태에서 성형 패드가 찢어질 우려가 있고, 성형 패드의 두께가 약 5 mm 초과일 경우, 인장 강도가 충분하지 않아 프리프레그 적층체가 몰드에 제대로 부착되지 않을 수 있다.The thickness of the forming pad 140 may be about 1 mm to about 5 mm. If the thickness of the forming pad is less than about 1 mm, there is a risk of tearing the forming pad in a sub-vacuum state, which will be described below. The laminate may not adhere properly to the mold.

도 3 및 도 4를 참조하면, 성형 패드(140)의 두께가 약 1 내지 5 mm일 때, 두께가 두꺼워질수록 인장 강도가 낮아져 모서리 성형성과 모서리 굽힘 강도도 낮아지는 것을 볼 수 있다. 전술한 바와 같이 두께가 약 5 mm 초과일 경우, 인장 강도가 충분하지 않게 된다. 도 3 및 도 4에서 T는 mm 를 의미한다.Referring to FIGS. 3 and 4 , when the thickness of the forming pad 140 is about 1 to 5 mm, it can be seen that as the thickness increases, the tensile strength is lowered, so that the corner formability and the corner bending strength are also lowered. As described above, when the thickness is greater than about 5 mm, the tensile strength is not sufficient. 3 and 4, T means mm.

도 3 및 도 4에서 측정에 사용된 프리프레그 적층체의 섬유 형태는 능직이고, 단수는 3K이며, 4층 구조로 이루어져 있고, 수지 함유량은 약 34%이다. 여기서, K는 섬유 다발의 굵기를 의미하고, 각 섬유 사이가 가까울수록 K 값이 작아진다.The fiber form of the prepreg laminate used for the measurement in FIGS. 3 and 4 is twill weave, the number of steps is 3K, it has a four-layer structure, and the resin content is about 34%. Here, K means the thickness of the fiber bundle, and the closer the fibers are, the smaller the K value.

성형 패드(140)는 재사용 될 수 있고, 예를 들어, 5회 이상 재사용 될 수 있다. 이로 인해, 1회성 부자재를 사용하지 않게 됨으로써 성형품의 제조 비용을 크게 절감시킬 수 있다.The forming pad 140 may be reused, for example, may be reused 5 or more times. For this reason, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost of the molded article by not using a one-time auxiliary material.

도 5를 참조하면, 성형 패드(140)의 두께가 두꺼워질수록 재사용 횟수가 줄어들 수 있다. 도 5에서 T는 mm 를 의미한다. 도 5에서 측정에 사용된 프리프레그 적층체의 섬유 형태는 능직이고, 단수는 3K이며, 4층 구조로 이루어져 있고, 수지 함유량은 약 34%이다.Referring to FIG. 5 , as the thickness of the forming pad 140 increases, the number of times of reuse may be reduced. In FIG. 5, T means mm. The fiber form of the prepreg laminate used in the measurement in FIG. 5 is twill weave, the number of steps is 3K, and it has a four-layer structure, and the resin content is about 34%.

이러한 성형 패드(140)로 인해 기존의 브리더나 필 플라이 등 별도의 부자재 없이도 원하는 물성의 성형품을 제조할 수 있고, 이로 인해 종래에 비해 제조 비용이 크게 감소될 수 있다.Due to the molding pad 140 , it is possible to manufacture a molded article having desired physical properties without a separate auxiliary material such as a conventional breather or peel fly, thereby significantly reducing manufacturing cost compared to the related art.

또한, 성형 패드(140)를 사용하여 성형품을 제조하게 되면, 공정 수가 감소하여 기존의 CFRP 성형품을 제조하는 시간보다 훨씬 더 적은 시간 내에 성형품이 완성될 수 있다.In addition, when a molded article is manufactured using the molding pad 140, the number of steps is reduced, and the molded article can be completed in much less time than the time for manufacturing a conventional CFRP molded article.

성형 패드(140)는 재사용 될 수 있고, 예를 들어, 5회 이상 재사용 될 수 있다. 이로 인해, 1회성 부자재를 사용하지 않게 됨으로써 성형품의 제조 비용을 크게 절감시킬 수 있다.The forming pad 140 may be reused, for example, may be reused 5 or more times. For this reason, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost of the molded article by not using a one-time auxiliary material.

한편, 성형 패드(140)에 타공이 이루어짐으로써, 이후 단계에서 완전한 진공 상태가 아닌 아진공 상태가 형성되어, 가압의 크기가 미세하게 감소될 수 있으나, 성형 패드의 장력 특성을 통해서 이를 보완할 수 있다.On the other hand, as a perforation is made in the forming pad 140, a sub-vacuum state rather than a complete vacuum state is formed in a later step, so that the size of the pressure can be minutely reduced, but this can be compensated for through the tension characteristic of the forming pad have.

다음으로, 가열 장비(미도시)를 통해 프리프레그 적층체(130)에 열을 가하는 열처리 단계(S140)가 수행된다. Next, a heat treatment step (S140) of applying heat to the prepreg laminate 130 through a heating device (not shown) is performed.

프리프레그 적층체(130)가 가열되면, 일부 열경화성 수지에 용융이 발생하여 프리프레그 적층체가 압착되면서 치밀화 될 수 있고, 이로 인해 추후 성형품의 고강도 특성 및 우수한 내구성을 구현할 수 있다.When the prepreg laminate 130 is heated, melting occurs in some thermosetting resins, and the prepreg laminate may be densified while being compressed, thereby realizing high strength characteristics and excellent durability of a molded article in the future.

열처리 단계에서, 프리프레그 적층체(130)의 인장 계수에 대한 인장 강도의 비율인 인장 강도/인장 계수 값이 작아질 수 있고, 프리프레그 적층체(130)의 굽힘 계수에 대한 굽힘 강도의 비율인 굽힘 강도/굽힘 계수 값 또한 작아질 수 있다. In the heat treatment step, the tensile strength/tensile modulus value, which is the ratio of the tensile strength to the tensile modulus of the prepreg laminate 130 , may be decreased, and the ratio of the bending strength to the bending modulus of the prepreg laminate 130 is The flexural strength/bending modulus value may also be small.

프리프레그 적층체(130)의 인장 강도/인장 계수 값 및 굽힘 강도/굽힘 계수 값이 작아질수록, 열경화성 수지의 강도가 작아짐으로써 성형성이 향상될 수 있고, 신속하게 성형이 가능할 수 있다.As the tensile strength/tensile modulus value and the flexural strength/bending modulus value of the prepreg laminate 130 decrease, the strength of the thermosetting resin decreases, thereby improving moldability and rapid molding.

여기서, 인장 강도는 인장 시험시 프리프레그 적층체(130)가 견딜 수 있는 최대 응력을 의미하고, 인장 계수는 인장 시험으로 얻은 응력-변형도 선도의 탄성 구간의 기울기를 의미한다. 본 명세서에서, 인장 강도는 인장 강도 테스트 장비인 Instron Corporation 사의 H10KS 장비가 사용되었다. 굽힘 강도는 굽힘 시험에서 굽힘 모멘트가 작용하였을 때, 항복하기 직전의 응력을 의미하고, 굽힘 계수는 굽힘 시험으로 얻은 응력-변형도 선도의 탄성 구간의 기울기를 의미한다.Here, the tensile strength means the maximum stress that the prepreg laminate 130 can withstand during the tensile test, and the tensile coefficient means the slope of the elastic section of the stress-strain diagram obtained by the tensile test. In this specification, the tensile strength is a tensile strength testing equipment, Instron Corporation H10KS equipment was used. Bending strength means the stress just before yielding when a bending moment is applied in the bending test, and the bending coefficient means the slope of the elastic section of the stress-strain diagram obtained from the bending test.

열처리 단계는 약 120 ℃ 내지 약 140 ℃ 에서 약 5 분 내지 약 30 분 동안 수행될 수 있다. 열처리 온도가 약 120 ℃ 미만이거나 열처리 시간이 약 5분 미만인 경우, 프리프레그 적층체가 충분하게 압착되지 않을 수 있고, 열처리 온도가 약 140 ℃ 초과이거나 열처리 시간이 약 30분 초과인 경우, 프리프레그 적층체의 열경화성 수지가 지나치게 용융되어 성형성이 저하될 수 있다.The heat treatment step may be performed at about 120 °C to about 140 °C for about 5 minutes to about 30 minutes. When the heat treatment temperature is less than about 120 °C or the heat treatment time is less than about 5 minutes, the prepreg laminate may not be sufficiently compressed, and when the heat treatment temperature is greater than about 140 °C or the heat treatment time is more than about 30 minutes, the prepreg laminate The thermosetting resin of the sieve may be melted too much and the moldability may be deteriorated.

프리프레그 적층체(130)를 약 120 ℃ 로 가열했을 때, 프리프레그 적층체의 인장 강도, 인장 계수, 굽힘 강도, 굽힘 계수의 변화는 하기 표 1과 같다. 열경화성 수지로는 에폭시 수지가 사용되었다. 측정에 사용된 프리프레그 적층체의 섬유 형태는 능직이고, 단수는 3K이며, 4층 구조로 이루어져 있고, 수지 함유량은 약 34%이다.When the prepreg laminate 130 is heated to about 120° C., the changes in tensile strength, tensile modulus, bending strength, and bending modulus of the prepreg laminate are shown in Table 1 below. As the thermosetting resin, an epoxy resin was used. The fiber form of the prepreg laminate used for the measurement is twill weave, the number of stages is 3K, it has a four-layer structure, and the resin content is about 34%.

온도Temperature 인장 강도
(MPa)
The tensile strength
(MPa)
인장 계수
(GPa)
tensile modulus
(GPa)
굽힘 강도
(MPa)
bending strength
(MPa)
굽힘 계수
(GPa)
bending modulus
(GPa)
25 ℃(상온)25 ℃ (room temperature) 26102610 136136 16501650 124124 120 ℃120 ℃ 7474 10.910.9 4848 10.110.1

표 2로부터, 열처리를 통해 프리프레그 적층체의 인장 강도/인장 계수 값이 크게 작아지고, 굽힘 강도/굽힘 계수 값이 크게 작아지는 것을 확인할 수 있다.From Table 2, it can be seen that the tensile strength/tensile modulus value of the prepreg laminate is greatly reduced and the flexural strength/flexural modulus value is greatly reduced through the heat treatment.

이러한 열처리 단계를 수행하게 되면, 이후 프리프레그 적층체(130)를 몰드(120)에 부착시키는데 소요되는 시간이 감소하여, 성형품 생산 속도가 빨라질 수 있다(하기 표 3 참조)When this heat treatment step is performed, the time required for attaching the prepreg laminate 130 to the mold 120 thereafter is reduced, thereby increasing the production speed of the molded article (see Table 3 below).

샘플Sample 상온에서 성형 적절 수준까지
도달하는데 소요되는 시간
From room temperature to the appropriate level for molding
time required to reach
몰드에 부착되는 시간Time to attach to the mold
AA 평균 30분Average 30 minutes 평균 5분average 5 minutes BB 평균 30분Average 30 minutes 평균 3분average 3 minutes CC 평균 30분Average 30 minutes 평균 10분average of 10 minutes

표 3에서, 샘플 A는 인장 강도 74, 인장 계수 10.9, 굽힘 강도 48, 굽힘 계수 10.1(3K, 능직)이고, 샘플 B는 인장 강도 70, 인장 계수 9.2, 굽힘 강도 42, 굽힘 계수 8.9(3K, 능직)이며, 샘플 C 인장 강도 81, 인장 계수 13.9, 굽힘 강도 55, 굽힘 계수 14.1(1K, 능직)이다. 샘플 A 내지 C의 측정에 사용된 프리프레그 적층체의 섬유 형태는 능직이고, 단수는 3K이며, 4층 구조로 이루어져 있고, 수지 함유량은 약 34%이며, 50회 반복 실험을 통해 평균 시간을 측정하였다.In Table 3, Sample A has a tensile strength of 74, a tensile modulus of 10.9, a flexural strength of 48, and a flexural modulus of 10.1 (3K, twill), and Sample B has a tensile strength of 70, a tensile modulus of 9.2, a bending strength of 42, a flexural modulus of 8.9 (3K, twill), sample C tensile strength 81, tensile modulus 13.9, bending strength 55, bending modulus 14.1 (1K, twill). The fiber form of the prepreg laminate used for the measurement of samples A to C is twill weave, the number of steps is 3K, it has a four-layer structure, the resin content is about 34%, and the average time is measured through 50 repeated experiments. did.

다음으로, 성형 장치 내에 아진공 상태를 형성하여 프리프레그 적층체(130)를 몰드(120)에 부착시키는 단계(S150)가 수행된다. Next, a step (S150) of attaching the prepreg laminate 130 to the mold 120 by forming a sub-vacuum state in the molding apparatus is performed.

이 단계에서, 아진공 상태의 압력은 약 0.05 내지 약 0.08 MPa이고, 약 120 ℃ 내지 약 140 ℃ 에서, 30분 내지 1시간 동안 가압이 수행될 수 있다. 압력이 약 0.05 MPa 미만인 경우, 가열된 적층체(130)와 몰드(120)가 제대로 부착되지 않을 수 있고, 압력이 0.08 MPa 보다 높을 경우, 인장 강도/계수, 굽힙강도/계수가 낮아진 프리프레그에서 섬유가 꼬이거나, 섬유 사이에 공간이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.In this step, the sub-vacuum pressure is about 0.05 to about 0.08 MPa, and pressurization may be performed at about 120° C. to about 140° C. for 30 minutes to 1 hour. When the pressure is less than about 0.05 MPa, the heated laminate 130 and the mold 120 may not be properly attached, and when the pressure is higher than 0.08 MPa, the tensile strength/modulus and the flexural strength/modulus are lowered in the prepreg Problems such as twisting of the fibers or the generation of spaces between fibers may occur.

프리프레그 적층체(130) 아래 쪽에서 진공 펌프(pump)를 사용하여 흡기를 함으로써 아진공 상태를 형성할 수 있다. 이러한 아진공 상태는 성형 패드(140)가 타공이 되어 있음으로 인해 완전한 진공 상태가 되지 못한 상태를 의미할 수 있다. 홀 부근에서는 외부와 통기가 되기 때문에 완전한 진공이 이루어질 수 없다.A sub-vacuum state may be formed by inhaling air from the lower side of the prepreg laminate 130 using a vacuum pump. This sub-vacuum state may mean a state in which a complete vacuum state is not achieved due to the perforation of the forming pad 140 . A complete vacuum cannot be achieved in the vicinity of the hall because it is ventilated to the outside.

종래의 성형 방법의 경우, 가열하지 않은 프리프레그를 몰드에 부착하는 과정에서 수작업이 많이 필요하고, 많은 시간이 소요될 수 있다.In the case of the conventional molding method, a lot of manual work is required in the process of attaching the unheated prepreg to the mold, and it may take a lot of time.

반면, 실시예에 따른 성형 방법의 경우, 아진공 상태에서 몰드 부착을 시킴으로써 다수의 프리프레그 시트로 이루어진 적층체(130)를 쉽고 빠르게 몰드(120)에 밀착 및 부착시킬 수 있다.On the other hand, in the case of the molding method according to the embodiment, by attaching the mold in a sub-vacuum state, the laminate 130 made of a plurality of prepreg sheets can be easily and quickly adhered to and attached to the mold 120 .

이 단계에서 성형 패드(140)의 장력 특성으로 인해 적층체(130)의 치밀성이 더욱 향상될 수 있고, 모서리 성형성이 크게 향상될 수 있다. 또한, 성형 패드(140)를 사용하여 성형품의 완성이 가능하게 됨으로써, 생산 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 생산성이 크게 향상될 수 있다. In this step, the compactness of the laminate 130 may be further improved due to the tension characteristics of the forming pad 140 , and the corner formability may be greatly improved. In addition, by enabling the completion of the molded product using the molding pad 140, it is possible to greatly shorten the production time, productivity can be greatly improved.

다음으로, 프리프레그 적층체(130)를 경화시켜 성형품(130')을 제조하는 단계(S160)가 수행된다.Next, the step ( S160 ) of manufacturing the molded article 130 ′ by curing the prepreg laminate 130 is performed.

경화는 성형 장치를 개방하여 상온에서 서서히 수행될 수 있다. 이러한 서냉 경화 방식을 통해, 성형품(130')의 치밀성이 향상될 수 있고, 표면 특성도 우수해질 수 있다.Curing can be carried out slowly at room temperature by opening the molding apparatus. Through such an annealing curing method, the compactness of the molded article 130 ′ may be improved, and the surface properties may also be improved.

이러한 경화 과정을 거친 후 탈형시켜 성형품(130')이 제조될 수 있다(도 2c 참조).After the curing process, the molded article 130 ′ may be manufactured by demolding (see FIG. 2C ).

실시예에 따른 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법에 의해 제조된 성형품은 고강도 및 경량 특성을 가지며, 필요에 따라 다양한 형태 또는 형상을 가질 수 있다. 또한 제조된 성형품은 테이블(table), 식탁, 의자 등 각종 가구에 적용될 수 있고, 각종 캠핑 용품에 적용될 수 있다.The molded article manufactured by the carbon fiber reinforced plastic molding method according to the embodiment has high strength and light weight characteristics, and may have various shapes or shapes as needed. In addition, the manufactured molded article may be applied to various furniture such as a table, a dining table, and a chair, and may be applied to various camping equipment.

이하에서는, 다수의 실험을 통해 분석 결과를 설명한다.Hereinafter, analysis results will be described through a number of experiments.

31개의 샘플에 대해서, 섬유 형태, 단수, 레이어 개수, 수지 함유량, 열처리 온도, 열처리 시간, 진공 강도, 성형 온도, 성형 시간, 성형품 무게, 성형품 최대하중의 항목을 측정한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.For 31 samples, the results of measuring the items of fiber type, number of layers, number of layers, resin content, heat treatment temperature, heat treatment time, vacuum strength, molding temperature, molding time, weight of molded article, and maximum load of molded article are shown in Table 4 below. it was

수지는 에폭시 수지가 사용되었고, 평직 섬유 형태를 갖는 프리프레그는 SK 케미칼로부터 구매하였고, 능직 섬유 형태를 갖는 프리프레그는 티비카본으로부터 구매하였다.Epoxy resin was used as the resin, the prepreg having a plain weave fiber form was purchased from SK Chemicals, and the prepreg having a twill fiber form was purchased from Tibcarbon.

샘플
#
Sample
#
섬유
형태
fiber
shape
단수
(K)
singular
(K)
레이어
개수
Layer
Count
수지
함유량
(%)
Suzy
content
(%)
열처리
온도
(℃)
heat treatment
Temperature
(℃)
열처리
시간
(분)
heat treatment
hour
(minute)
진공
강도
(MPa)
vacuum
robbery
(MPa)
성형
온도
(℃)
plastic surgery
Temperature
(℃)
성형
시간
(분)
plastic surgery
hour
(minute)
성형품
무게
(g)
molded product
weight
(g)
성형품
최대하중(Kg)
molded product
Maximum load (Kg)
1One 평직plain weave 1One 1One 4040 100100 3030 0.030.03 140140 6060 2222 55 22 평직plain weave 1One 1One 4040 120120 3030 0.030.03 140140 6060 2222 55 33 평직plain weave 1One 1One 4040 140140 3030 0.030.03 150150 6060 2222 55 44 평직plain weave 1One 22 4040 100100 2020 0.030.03 140140 4040 3838 1515 55 평직plain weave 1One 22 4040 120120 3030 0.030.03 140140 6060 3838 1515 66 평직plain weave 1One 22 4040 140140 3030 0.030.03 150150 3030 3838 1515 77 평직plain weave 1One 33 4040 100100 2525 0.030.03 130130 4040 4747 3535 88 평직plain weave 1One 33 4040 120120 3030 0.030.03 130130 5050 4747 3535 99 평직plain weave 1One 33 4040 140140 3030 0.030.03 140140 6060 4747 3535 1010 평직plain weave 1One 44 4040 120120 2020 0.030.03 130130 6060 5959 9090 1111 평직plain weave 1One 44 4040 140140 2020 0.030.03 140140 6060 5959 9090 1212 평직plain weave 1One 55 4040 100100 2020 0.030.03 140140 6060 6868 200200 1313 평직plain weave 1One 55 4040 140140 2020 0.030.03 140140 6060 6868 200200 1414 평직plain weave 33 1One 4040 120120 2020 0.030.03 140140 6060 1818 55 1515 평직plain weave 33 22 4040 120120 2020 0.030.03 140140 6060 3333 1010 1616 평직plain weave 33 33 4040 120120 2020 0.030.03 140140 6060 4242 3030 1717 평직plain weave 33 44 4040 120120 2020 0.030.03 140140 6060 5454 7575 1818 평직plain weave 33 55 4040 120120 2020 0.030.03 140140 6060 6060 170170 1919 평직plain weave 1+31+3 1(1K)+1(3K)1(1K)+1(3K) 4040 120120 2525 0.030.03 140140 4040 3535 1515 2020 평직plain weave 1+31+3 2(1K)+1(3K)2(1K)+1(3K) 4040 120120 2525 0.030.03 140140 4545 4040 3535 2121 평직plain weave 1+31+3 2(1K)+2(3K)2(1K)+2(3K) 4040 120120 2020 0.030.03 140140 6060 5555 8080 2222 평직plain weave 1+31+3 3(1K)+2(3K)3(1K)+2(3K) 4040 120120 3030 0.030.03 140140 6060 7272 185185 2323 능직twill 33 1One 4242 130130 2020 0.030.03 140140 5050 1313 55 2424 능직twill 33 22 4242 130130 2020 0.030.03 140140 5050 2828 1010 2525 능직twill 33 33 4242 130130 2020 0.030.03 140140 4040 3434 2020 2626 능직twill 33 44 4242 140140 2020 0.030.03 140140 4040 4747 6565 2727 능직twill 33 55 4242 140140 2020 0.030.03 140140 5050 5656 155155 2828 능직twill 33 33 3030 100100 2020 0.040.04 140140 2020 2929 2020 2929 능직twill 33 44 3030 100100 2020 0.030.03 140140 2020 4343 6060 3030 능직twill 33 1(30%)+1(42%) 1 (30%)+1 (42%) 30%+42%30%+42% 100℃+
120℃
100℃+
120℃
10분+
20분
10 minutes+
20 minutes
0.030.03 140140 3030 -- --
3131 능직twill 33 2(30%)+2(42%)2(30%)+2(42%) 30%+42%30%+42% 100℃+
120℃
100℃+
120℃
10분+
20분
10 minutes+
20 minutes
0.030.03 140140 5050 5050 6060

표 4를 참조하면, 열처리(멜팅) 온도 및 시간, 진공 강도, 성형 시간은 무게와 하중에 영향 없다는 것을 알 수 있다.Referring to Table 4, it can be seen that the heat treatment (melting) temperature and time, vacuum strength, and molding time do not affect weight and load.

또한, 레이어 개수에 따라 최대 하중이 증가한다는 것을 알 수 있다.Also, it can be seen that the maximum load increases with the number of layers.

또한, 단수가 3K인 경우 1K인 경우보다 가볍지만, 버틸 수 있는 최대하중이 상대적으로 작다는 것을 알 수 있다.In addition, when the number of stages is 3K, it is lighter than the case of 1K, but it can be seen that the maximum load that can be endured is relatively small.

또한, 1K와 3K를 혼합할 경우, 3K보다 무거우면서 강한 최대하중을 나타내었다. 이로부터, 3K보다 강한 패널을 제조하는 경우, 생산 단가를 낮추기 위한 하나의 방안이 될 수 있다.In addition, when 1K and 3K were mixed, they were heavier than 3K and showed strong maximum load. From this, when manufacturing a panel stronger than 3K, it can be one way to lower the production cost.

또한, 섬유 형태가 능직인 경우가 평직인 경우에 비해, 몰드 부착 시, 잘 늘어나서 특징이 있는 것으로 나타났고, 제품 생산 시 잔주름을 감소시키는데 활용될 수 있는 특징인 것으로 파악되었다.In addition, compared to the case of plain weave when the fiber form is twill weave, it was found to have a characteristic of being stretched well when attaching a mold, and was found to be a feature that can be utilized to reduce fine wrinkles during product production.

또한, 상이한 에폭시 수지 함유량을 갖는 프리프레그를 혼합하여 사용해본 결과(샘플 30), 에폭시 수지가 제대로 빠지지 않고 42% 프리프레그가 제대로 경화되지 않는 현상이 발생하였다.In addition, as a result of mixing and using prepregs having different epoxy resin contents (Sample 30), a phenomenon occurred that the epoxy resin did not drain properly and the 42% prepreg did not cure properly.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

110: 진공 베드 120: 몰드
130: 프리프레그 적층체 140: 성형 패드
110: vacuum bed 120: mold
130: prepreg laminate 140: molding pad

Claims (11)

둘 이상의 프리프레그 시트(Prepreg sheet)를 적층하여 프리프레그 적층체를 형성하는 단계,
성형 장치 내에 몰드(mold), 상기 프리프레그 적층체 및 성형 패드(pad)를 배치시키는 배치 단계,
상기 프리프레그 적층체에 열을 가하는 열처리 단계,
상기 성형 장치 내에 아진공 상태를 형성하여 상기 프리프레그 적층체를 상기 몰드에 부착시키는 단계, 그리고
상기 프리프레그 적층체를 경화시켜 성형품을 제조하는 단계
를 포함하고,
상기 성형 패드에는 미리 정해진 크기를 갖는 장력이 형성되어 있는
탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
Laminating two or more prepreg sheets (Prepreg sheet) to form a prepreg laminate,
a disposing step of disposing a mold, the prepreg laminate and a forming pad in a forming apparatus;
a heat treatment step of applying heat to the prepreg laminate;
attaching the prepreg laminate to the mold by forming a sub-vacuum state in the molding apparatus; and
Preparing a molded article by curing the prepreg laminate
including,
A tension having a predetermined size is formed on the molding pad.
A method of forming carbon fiber reinforced plastics.
제1항에서,
상기 프리프레그 적층체를 형성하는 단계에서,
상기 둘 이상의 프리프레그 시트는 서로 인접하고 있는 제1 프리프레그 시트와 제2 프리프레그 시트를 포함하고, 상기 제1 프리프레그 시트의 일면이 상기 제2 프리프레그 시트에서 상기 제1 프리프레그 시트의 일면과 마주하는 면과 접촉되어 있는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 1,
In the step of forming the prepreg laminate,
The two or more prepreg sheets include a first prepreg sheet and a second prepreg sheet adjacent to each other, and one side of the first prepreg sheet is one side of the first prepreg sheet in the second prepreg sheet A method of molding carbon fiber reinforced plastic in contact with the surface facing the
제2항에서,
상기 둘 이상의 프리프레그 시트 각각은 열경화성 수지를 포함하고,
상기 둘 이상의 프리프레그 시트가 40 내지 60 kgf의 힘으로 압축되어 접착되는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 2,
Each of the two or more prepreg sheets comprises a thermosetting resin,
A carbon fiber reinforced plastic molding method in which the two or more prepreg sheets are compressed and adhered with a force of 40 to 60 kgf.
제1항에서,
상기 성형 패드는 실리콘(Si)을 포함하고,
상기 성형 패드의 두께는 1 내지 5 mm 인 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 1,
The molding pad includes silicon (Si),
The thickness of the molding pad is 1 to 5 mm carbon fiber reinforced plastic molding method.
제4항에서,
상기 성형 패드의 인장 강도는 25 ℃에서 50 kf/cm2 이상인 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 4,
The tensile strength of the molding pad is 50 kf / cm 2 or more carbon fiber reinforced plastic molding method at 25 ℃.
제4항에서,
상기 성형 패드의 장력의 크기가 커질수록, 상기 성형품의 모서리 굽힘 강도가 커지는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 4,
As the size of the tension of the molding pad increases, the bending strength of the corner of the molded article increases.
제4항에서,
상기 성형 패드의 장력의 크기가 커질수록, 상기 성형품의 표면조도(surface roughness)의 크기가 작아지는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 4,
As the size of the tension of the molding pad increases, the size of the surface roughness of the molded article decreases.
제4항에서,
상기 성형 패드는 중앙 영역에 직경 0.2 cm 이하의 홀(hole)을 포함하는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 4,
The molding pad is a carbon fiber reinforced plastic molding method comprising a hole (hole) having a diameter of 0.2 cm or less in the central region.
제1항에서,
상기 열처리 단계는 120 내지 140 ℃ 에서 5 내지 30분 동안 수행되는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 1,
The heat treatment step is a carbon fiber reinforced plastic molding method performed for 5 to 30 minutes at 120 to 140 ℃.
제1항에서,
상기 열처리 단계에서,
상기 프리프레그 적층체의 인장 강도/인장 계수의 값이 작아지고, 상기 프리프레그 적층체의 굽힘 강도/굽힘 계수의 값이 작아지는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 1,
In the heat treatment step,
The carbon fiber reinforced plastic molding method in which the value of the tensile strength/tensile modulus of the prepreg laminate becomes small, and the value of the flexural strength/flexural modulus of the prepreg laminate decreases.
제1항에서,
상기 프리프레그 적층체를 상기 몰드에 부착시키는 단계에서,
상기 아진공 상태의 압력은 0.05 내지 0.08 MPa이고, 30분 내지 1시간 동안 가압이 수행되는 탄소섬유 강화 플라스틱 성형 방법.
In claim 1,
In the step of attaching the prepreg laminate to the mold,
The pressure in the sub-vacuum state is 0.05 to 0.08 MPa, and the carbon fiber reinforced plastic molding method is pressurized for 30 minutes to 1 hour.
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