KR20230090781A - A method of sealing a detachable mandrel using a shrink film and a method of forming a pressure vessel using a sealed detachable mandrel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법 및 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 분리형 맨드릴 표면에 수축 필름을 이용하여 밀폐함으로써, 압력용기 제조를 위한 진공 공정에서 진공도를 쉽고 효율적으로 높이고 성형 공정에서 진공도를 효율적으로 유지할 수 있으며 제품의 압착 성능을 향상시켜 복합소재의 성형성과 내부 기공을 줄여 불량을 줄일 수 있는 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법 및 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 복수의 세그먼트로 구성된 분리형 맨드릴의 각 세그먼트가 맞닿는 외부 이음면에 수축 필름을 부착하는 단계와; 상기 분리형 맨드릴 표면에 진공백을 설치한 상태에서 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름을 가열함으로써, 상기 외부 이음면을 밀폐시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for sealing a detachable mandrel using a shrink film and a method for manufacturing a pressure vessel using a sealed detachable mandrel, and more specifically, in a vacuum process for manufacturing a pressure vessel by sealing the surface of a detachable mandrel using a shrink film. It is possible to increase the degree of vacuum easily and efficiently and efficiently maintain the degree of vacuum in the molding process, and to improve the compression performance of the product to reduce moldability of composite materials and reduce defects by reducing internal pores. It relates to a method for manufacturing a pressure vessel using.
The present invention includes the steps of attaching a shrink film to the outer joint surface where each segment of a separable mandrel composed of a plurality of segments abuts; and sealing the external joint surface by performing a vacuum suction process and heating a shrink film in a state where a vacuum bag is installed on the surface of the separable mandrel.
Description
본 발명은 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법 및 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 분리형 맨드릴 표면에 수축 필름을 이용하여 밀폐함으로써, 압력용기 제조를 위한 진공 공정에서 진공도를 쉽고 효율적으로 높이고 성형 공정에서 진공도를 효율적으로 유지할 수 있으며 제품의 압착 성능을 향상시켜 복합소재의 성형성과 내부 기공을 줄여 불량을 줄일 수 있는 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법 및 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for sealing a detachable mandrel using a shrink film and a method for manufacturing a pressure vessel using a sealed detachable mandrel, and more specifically, in a vacuum process for manufacturing a pressure vessel by sealing the surface of a detachable mandrel using a shrink film. It is possible to increase the degree of vacuum easily and efficiently and efficiently maintain the degree of vacuum in the molding process, and to improve the compression performance of the product to reduce moldability of composite materials and reduce defects by reducing internal pores. It relates to a method for manufacturing a pressure vessel using.
복합재료 성형 방법 중의 하나인 필라멘트 와인딩 공법은 섬유와 수지를 연속적으로 회전하는 심축 위에 감아서 파이프, 압력용기 또는 로켓모터 케이스 등과 같은 축대칭 복합재료 구조물을 제작하는 방법이다.The filament winding method, which is one of the composite material molding methods, is a method of manufacturing an axisymmetric composite material structure such as a pipe, a pressure vessel, or a rocket motor case by winding fibers and resins on a continuously rotating mandrel.
여기서, 제작하고자 하는 형상에 알맞은 내부 형상을 지닌 구조물이 회전하는 심축에 장착되는데, 이를 맨드릴(mandrel)이라고 한다. 일반적으로, 심축에 연결된 맨드릴이 회전하여 와인딩 머신에서 공급되는 섬유 또는 수지가 맨드릴 위에 성형된다. 와인딩 공정이 완료된 후 경화 사이클에서 제품이 경화되며, 경화가 완료되면 맨드릴과 심축을 제품으로부터 탈형하여 최종 가공을 진행한다.Here, a structure having an internal shape suitable for a shape to be manufactured is mounted on a rotating mandrel, which is called a mandrel. In general, a mandrel connected to a mandrel rotates, and a fiber or resin supplied from a winding machine is molded on the mandrel. After the winding process is completed, the product is hardened in the curing cycle, and when the curing is completed, the mandrel and mandrel are removed from the product to perform final processing.
맨드릴을 이용한 필라멘트 와인딩 공법으로 성형되는 복합재료 압력용기 또는 복합재 연소관 등은 대부분 양방향의 돔(dome)부를 구비하고, 이 돔부에 개구부(opening)가 형성된다. 즉, 이와 같은 제품을 성형하기 위해서는 맨드릴 역시 위의 구조에 상응하는 구조를 가져야 한다.Composite pressure vessels or composite combustion tubes formed by a filament winding method using a mandrel are mostly provided with a bidirectional dome, and an opening is formed in the dome. That is, in order to mold such a product, the mandrel must also have a structure corresponding to the above structure.
이를 위해, 맨드릴을 석고로 제작할 수 있는데, 석고로 제작되는 맨드릴은 와인딩 방식을 이용하여 복합재료 제품을 제조할 때 필라멘트에 의해 걸리는 장력을 지지하기 위해 상당한 두께의 석고를 필요로 한다. 또한, 성형 후 내부의 맨드릴을 제거해야 하므로 재사용이 불가하고, 제거 시 외부로부터 힘을 가하게 되는데, 이 때 무리한 힘을 가하게 되면 외부의 복합재료로 성형된 제품에 손상이 가해진다. 이를 방지하기 위해 석고의 두께를 얇게 할 경우, 필라멘트에 의해 걸리는 장력을 지지하지 못하고 맨드릴이 손상을 입게 되어, 결국 제품의 성형이 불가능해지는 문제가 있다.To this end, the mandrel can be made of gypsum, and the mandrel made of gypsum requires a considerable thickness of gypsum to support the tension applied by the filament when manufacturing a composite material product using a winding method. In addition, since the inner mandrel must be removed after molding, it cannot be reused, and force is applied from the outside during removal. At this time, if excessive force is applied, damage is applied to the product molded from the external composite material. In order to prevent this, when the thickness of the gypsum is thinned, the mandrel is damaged without supporting the tension applied by the filament, and consequently, there is a problem in that molding of the product becomes impossible.
위와 같은 문제점을 개선하기 위하여 폴리비닐알콜(PVA) 파우더와 모래를 혼합한 맨드릴 등의 수용성 맨드릴을 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 방식 역시 맨드릴의 재사용이 불가하여, 매 제품마다 새로운 맨드릴을 신규로 제작하여야 하고, 이에 따라 제품 제조 비용과 작업시간이 증가하여 제품의 생산성이 현격하게 떨어진다.In order to improve the above problems, a water-soluble mandrel such as a mandrel in which polyvinyl alcohol (PVA) powder and sand are mixed may be used. However, in this method, the mandrel cannot be reused, so a new mandrel must be newly manufactured for each product, and thus product manufacturing cost and working time increase, significantly reducing product productivity.
또한, 앞서 언급한 방식의 맨드릴은 그 재질의 영향으로 인해 환경 폐기물을 발생시키고, 작업에 소요되는 공정이 많고 까다로워 작업자의 수준에 의존하는 비율이 높으므로 제품의 대량생산에는 적용하기 곤란하다.In addition, the mandrel of the above-mentioned method generates environmental waste due to the influence of its material, and it is difficult to apply it to mass production of products because the process required for work is many and difficult, and the rate dependent on the level of the operator is high.
이러한 문제를 해결하기 위한 선행특허로는 도 4에 도시된 바와 같이 등록특허 제10-1395490호에서 복수의 제1 돔세그먼트로 구성되어 상단에 개구부가 형성된 돔 형태를 이루는 제 1돔부, 복수의 측벽 세그먼트로 구성되어 파이프 형태를 이루는 바디부 및 복수의 제2 돔세그먼트로 구성되어 상단에 개구부가 형성된 돔 형태를 이루는 제2 돔부를 포함할 수 있고, 상기 바디부는 상기 제1 돔부 및 제2 돔부 사이에 위치하며, 상기 복수의 측면 세그먼트의 일단 및 타단은 상기 복수의 제1 돔세그먼트 및 제2 돔세그먼트에 각각 결합될 수 있는 맨드릴 조립체를 개시하고 있다.As a prior patent for solving this problem, as shown in FIG. 4, in Registration Patent No. 10-1395490, a first dome portion consisting of a plurality of first dome segments and forming a dome shape with an opening formed at the top, and a plurality of side walls It may include a body portion composed of segments to form a pipe shape and a second dome portion composed of a plurality of second dome segments to form a dome shape with an opening formed at an upper end, wherein the body portion is between the first dome portion and the second dome portion. , and one end and the other end of the plurality of side segments discloses a mandrel assembly capable of being coupled to the plurality of first dome segments and second dome segments, respectively.
다만, 상기 등록특허와 같이 복수의 세그먼트로 이루어진 맨드릴 조립체를 사용하는 경우 성형 공정 중 필라멘트의 진공 압착을 위해 맨드릴 표면에 와인딩된 필라멘트 위를 진공백으로 밀봉하고 진공 흡입을 하게 되는데, 이때 맨드릴의 세그먼트 이음새 부분으로 인해 진공 압착 성능이 크게 저하되고 이로 인해 필라멘트의 경화 성형시 내부 기공을 발생하여 불량이 발생하는 문제가 있었다.However, in the case of using a mandrel assembly composed of a plurality of segments as in the above registered patent, the filament wound on the surface of the mandrel is sealed with a vacuum bag for vacuum compression of the filament during the molding process, and vacuum suction is performed. At this time, the segments of the mandrel Due to the seam portion, the vacuum compression performance is greatly reduced, and as a result, there is a problem in that defects occur due to internal pores generated during curing and molding of the filament.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 분리형 맨드릴 표면에 수축 필름을 이용하여 밀폐함으로써, 압력용기 제조를 위한 진공 공정에서 진공도를 쉽고 효율적으로 높이고 성형 공정에서 진공도를 효율적으로 유지할 수 있으며 제품의 압착 성능을 향상시켜 복합소재의 성형성과 내부 기공을 줄여 불량을 줄일 수 있는 맨드릴 밀폐방법 및 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to easily and efficiently increase the degree of vacuum in the vacuum process for manufacturing a pressure vessel by sealing the surface of the separable mandrel using a shrinkage film, and the degree of vacuum in the molding process It is to provide a mandrel sealing method that can efficiently maintain the product and improve the compression performance of the product to reduce defects by reducing the moldability of composite materials and internal pores, and a pressure container manufacturing method using a sealed separable mandrel.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법은 복수의 세그먼트로 구성된 분리형 맨드릴의 각 세그먼트가 맞닿는 외부 이음면에 수축 필름을 부착하는 단계와; 상기 분리형 맨드릴 표면에 진공백을 설치한 상태에서 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름을 가열함으로써, 상기 외부 이음면을 밀폐시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for sealing a detachable mandrel using a shrink film according to the present invention includes the steps of attaching a shrink film to an external joint surface where each segment of a detachable mandrel composed of a plurality of segments comes into contact with each other; and sealing the external joint surface by performing a vacuum suction process and heating a shrink film in a state where a vacuum bag is installed on the surface of the separable mandrel.
또한, 본 발명에 따른 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법에 있어서, 상기 외부 이음면을 밀폐시키는 단계는 상기 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름을 가열함과 동시에, 외부 양압을 가하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of sealing a separable mandrel using a shrink film according to the present invention, the sealing of the external joint surface is characterized in that the vacuum suction process is performed, the shrink film is heated, and external positive pressure is applied at the same time.
또한, 본 발명에 따른 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법에 있어서, 수축 필름은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로 이루어지되, 일면은 이형처리가 되거나, 또는 맨드릴 표면 온도 기준으로 100℃ 기준으로 수축률이 50%이하이거나, 내열성 또는 내화학성을 가진 것을 특징으로 한다.In addition, in the separable mandrel sealing method using a shrink film according to the present invention, the shrink film is made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin, and one side is mold-released, or the shrinkage rate is 50% based on the mandrel surface temperature at 100 ° C. or less, characterized in that it has heat resistance or chemical resistance.
또한, 본 발명에 따른 수축 필름을 설치하여 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법은 복수의 세그먼트가 조립된 분리형 맨드릴의 각 세그먼트가 맞닿는 외부 이음면에 수축 필름을 부착하는 단계와; 상기 분리형 맨드릴 표면에 진공백을 설치한 상태에서 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름을 가열함으로써, 상기 수축 필름을 상기 외부 이음면에 밀봉시키는 단계와; 상기 분리형 맨드릴 표면에 고무 스트립 및 복합소재를 순차적으로 와인딩하는 단계와; 상기 와인딩된 복합소재 표면에 진공백을 설치하여 진공 흡입한 상태에서 양압을 제공하여 복합소재를 압착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for manufacturing a pressure vessel using a separable mandrel sealed by installing a shrink film according to the present invention includes the steps of attaching a shrink film to an external joint surface where each segment of a separable mandrel assembled with a plurality of segments comes into contact with each other; sealing the shrink film to the outer joint surface by performing a vacuum suction process and heating the shrink film in a state where a vacuum bag is installed on the surface of the separable mandrel; sequentially winding a rubber strip and a composite material on the surface of the split mandrel; and installing a vacuum bag on the surface of the wound composite material to compress the composite material by providing positive pressure in a vacuum suction state.
본 발명에 따른 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법 및 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법에 의하면, 분리형 맨드릴 표면에 수축 필름을 이용하여 밀폐함으로써, 압력용기 제조를 위한 진공 공정에서 진공도를 쉽고 효율적으로 높이고 성형 공정에서 진공도를 효율적으로 유지할 수 있으며 제품의 압착 성능을 향상시켜 복합소재의 성형성과 내부 기공을 줄여 불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the method for sealing a separable mandrel using a shrink film and the method for manufacturing a pressure vessel using a sealed separable mandrel according to the present invention, the surface of the separable mandrel is sealed using a shrink film, thereby easily and efficiently reducing the degree of vacuum in the vacuum process for manufacturing a pressure vessel. It can efficiently maintain the degree of vacuum in the molding process, improve the compression performance of the product, and reduce the formability of composite materials and internal pores to reduce defects.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 분리형 맨드릴에 수축 필름을 부착하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 분리형 맨드릴에 진공백을 설치하여 진공 흡입하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법에 있어서, 고무 스트립과, 복합소재가 와인딩된 맨드릴을 오토 클레이브 내에 탑재하고 압착하는 S4단계를 나타낸 개략도이다.
도 4는 종래 조립식 맨드릴 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a perspective view showing how a shrink film is attached to a separable mandrel of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing vacuum suction by installing a vacuum bag on the detachable mandrel of the present invention.
3 is a schematic diagram showing step S4 of loading and compressing a mandrel to which a rubber strip and a composite material are wound in an autoclave in the method for manufacturing a pressure vessel using a sealed separable mandrel according to the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a conventional prefabricated mandrel structure.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or a precedent. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
본 발명에서 사용하는 용어 중 복합소재는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 등 유기/무기 섬유와 섬유에 수지를 함침시켜 제조한 프리프레그를 포함한다.Among the terms used in the present invention, composite materials include organic/inorganic fibers such as glass fibers, carbon fibers, and aramid fibers, and prepregs manufactured by impregnating fibers with resins.
본 발명에서 사용하는 용어 중 '고무'는 천연고무는 물론 SBR, NBR, EPDM 등과 같은 내열고무를 말하며 내열 및 단열 성능 증진을 위하여 탄소섬유, 아라미드 섬유, 실리카 섬유가 필러로 첨가되거나 가류처리 된 고무를 포함한다. 고무는 미가류 상태의 고무를 말하며 프리폼 작업으로 인하여 일부 표면만 가류된 것을 포함한다.Among the terms used in the present invention, 'rubber' refers to heat-resistant rubber such as SBR, NBR, EPDM, etc. as well as natural rubber, and is a rubber in which carbon fiber, aramid fiber, or silica fiber is added as a filler or vulcanized to improve heat resistance and insulation performance. includes Rubber refers to rubber in an unvulcanized state, and includes rubber in which only a part of the surface is vulcanized due to the preform operation.
도 1은 본 발명의 분리형 맨드릴에 수축 필름을 부착하는 모습을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 분리형 맨드릴에 진공백을 설치하여 진공 흡입하는 모습을 나타내는 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view showing the attachment of a shrink film to the detachable mandrel of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing vacuum suction by installing a vacuum bag on the detachable mandrel of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법은 복수의 세그먼트(101a,101b)로 구성된 분리형 맨드릴의 각 세그먼트(101a,101b)가 맞닿는 외부 이음면(102)에 수축 필름을 부착하는 S1단계와, 상기 분리형 맨드릴(100) 표면에 진공백(20)을 설치한 상태에서 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름(10)을 가열함으로써, 상기 외부 이음면(102)을 밀폐시키는 S2단계를 포함하여 이루어진다.1 and 2, in the method of sealing a separable mandrel using a shrink film according to the present invention, each segment (101a, 101b) of a separable mandrel composed of a plurality of segments (101a, 101b) is in contact with the outer joint surface (102). In step S1 of attaching the shrink film, and vacuum suction process is performed with the
본 발명의 S1단계는 맨드릴이 소형인 경우 작업자가 직접 수축 필름을 부착할 수도 있고, 대형인 경우 도 1에 도시된 바와 같이 기존 와인딩 장치(5)에 수축 필름을 장착하여 수행할 수도 있다.Step S1 of the present invention may be performed by directly attaching the shrink film if the mandrel is small, or by attaching the shrink film to the existing
본 발명의 S1단계 및 S2단계에서 수축 필름을 통해 분리형 맨드릴을 밀폐하는 이유는 압력용기의 성형 공정 중 하나인 진공 작업 공정에서 분리형 맨드릴을 구성하는 각 세그먼트 사이의 이음면 내지 틈새로 인해 진공도를 높이기 어렵게 되는데, 상기 수축 필름을 각 세그먼트 사이의 이음면에 부착함으로써 각 세그먼트의 조립에 의해 형성된 맨드릴 표면의 틈새를 메워 맨드릴과 진공백 사이의 진공도를 효율적으로 높일 수 있기 때문이다.The reason for sealing the separable mandrel through the shrink film in steps S1 and S2 of the present invention is that it is difficult to increase the degree of vacuum due to the joint surface or gap between each segment constituting the separable mandrel in the vacuum work process, which is one of the forming processes of the pressure vessel. This is because the degree of vacuum between the mandrel and the vacuum bag can be efficiently increased by attaching the shrink film to the joint surface between the segments to fill the gap on the surface of the mandrel formed by assembling the segments.
본 발명의 수축 필름은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로 이루어지는 것을 예시할 수 있다. The shrink film of the present invention may be made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
상기 수축 필름이 열가소성 수지로 이루어지는 경우 상기 S2단계에서 가열이 이루어지면 유연성이 가지기 때문에 외부 이음면에 밀착하게 된다. When the shrink film is made of a thermoplastic resin, when heating is performed in step S2, it has flexibility and adheres to the external joint surface.
다만, 열가소성의 특성상 S2단계에서의 가열 온도 또는 뒤에 이어지는 오토 클레이브에서의 복합소재 경화 공정에서의 가열 온도에서 녹지 않는 융점을 가진 소재를 선택하여야 한다.However, due to the nature of thermoplasticity, a material with a melting point that does not melt at the heating temperature in step S2 or the heating temperature in the subsequent curing process of the composite material in the autoclave should be selected.
맨드릴 또는 복합소재 등에 들러붙는 문제를 해결하기 위해 열가소성 수지에 기능성 분말을 첨가한 원료를 사용할 수 있다.In order to solve the problem of sticking to a mandrel or composite material, a raw material in which functional powder is added to a thermoplastic resin can be used.
예를 들어, 열가소성 수지 100중량부를 기준으로 탄소나노튜브 또는 그래핀과, 제올라이트 등의 세라믹 분말을 각각 0.1~5중량부 혼합한 원료를 수축 필름으로 가공하는 것이다.For example, a raw material obtained by mixing 0.1 to 5 parts by weight of carbon nanotubes or graphene and ceramic powder such as zeolite based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin is processed into a shrink film.
특히 기능성 분말로 그래핀을 사용하는 경우 그 자체의 윤활 성능으로 인해 이형성을 확보할 수 있고, 제올라이트 등의 세라믹 분말의 경우 가열에 의해 녹는 성질과 유동성을 억제하는 역할을 수행할 수 있다.In particular, when graphene is used as a functional powder, release properties can be secured due to its own lubricating performance, and in the case of ceramic powders such as zeolite, it can play a role in suppressing melting properties and fluidity by heating.
그리고 그래핀과 세라믹 분말은 상술한 바와 같이 각각 0.1~5중량부 첨가하는 것이 바람직한데, 0.1중량부 미만인 경우 상술한 효과를 발휘하기 어렵고, 5중량부를 초과하는 경우 성형성이 크게 저하되고 성형시 노즐 막힘 등의 문제가 생기며 필름 자체의 연성 내지 탄성이 현저히 낮아져 작업성이 좋지 않아 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to add 0.1 to 5 parts by weight of graphene and ceramic powder, respectively, as described above. If it is less than 0.1 part by weight, it is difficult to exert the above-mentioned effect, and if it exceeds 5 parts by weight, formability is greatly reduced and molding Problems such as nozzle clogging occur, and the ductility or elasticity of the film itself is significantly lowered, resulting in poor workability, so it is preferable to limit it to the above range.
열경화성 소재의 수축 필름의 경우 소정 온도에서 경화되기 때문에 가열에 의해 녹지 않는 특성을 가지는 반면, 외부 이음면과의 밀착성 내지 밀폐 성능은 상대적으로 열가소성 소재에 비해 저하될 수 있다.In the case of a shrink film of a thermosetting material, since it is cured at a predetermined temperature, it does not melt by heating, but adhesion to an external joint surface or sealing performance may be relatively lower than that of a thermoplastic material.
후술할 실험에 사용된 수축 필름은 열가소성 수지를 베이스로 이루어진 것으로서, 120~150℃에서 가소성이 있고 170℃ 이상에서 용융되는 폴리염화비닐 100중량부와, 그래핀 1중량부와, 제올라이트 2중량부를 혼합한 원료로 이루어진다. 그리고 S2단계를 진공 배깅(vacuum bagging)을 한 상태에서 오븐에서 160℃에서 10~20분 동안 가열하였다.The shrink film used in the experiment to be described later is made of a thermoplastic resin as a base, and contains 100 parts by weight of polyvinyl chloride, which is plastic at 120 to 150 ° C and melts at 170 ° C or higher, 1 part by weight of graphene, and 2 parts by weight of zeolite. It is made of mixed raw materials. And step S2 was heated in an oven at 160 ° C. for 10 to 20 minutes with vacuum bagging.
한편, 아래 표 1은 소정 온도로 가열된 상태에서 수축 필름이 설치된 맨드릴에서의 진공도를 나타낸 것이다. On the other hand, Table 1 below shows the degree of vacuum in the mandrel on which the shrink film is installed in a state heated to a predetermined temperature.
아래 표 2는 수축 필름이 설치된 맨드릴 표면에 고무 스트립 와인딩된 상태의 진공도를 나타낸 것이다.Table 2 below shows the degree of vacuum in the state where the rubber strip is wound on the surface of the mandrel on which the shrink film is installed.
아래 표 3은 수축 필름이 설치된 맨드릴 표면에 복합재(카본섬유) 와인딩된 상태의 진공도를 나타낸 것이다.Table 3 below shows the degree of vacuum in the state where the composite material (carbon fiber) is wound on the surface of the mandrel where the shrink film is installed.
위 표 1 내지 표 3을 참조하면, 본 발명과 같이 맨드릴의 이음면에 수축 필름을 부착하였을 때에는 진공도를 잘 유지하고 있다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.Referring to Tables 1 to 3 above, it was confirmed through experiments that the degree of vacuum was well maintained when the shrink film was attached to the joint surface of the mandrel as in the present invention.
본 발명에 따른 수축 필름을 설치하여 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법은 복수의 세그먼트(101a,101b)가 조립된 분리형 맨드릴(100)의 각 세그먼트가 맞닿는 외부 이음면(102)에 수축 필름을 부착하는 S1단계와, 상기 분리형 맨드릴(100) 표면에 진공백(20)을 설치한 상태에서 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름(10)을 가열함으로써, 상기 수축 필름(10)을 상기 외부 이음면(102)에 밀봉시키는 S2단계와, 상기 분리형 맨드릴(100) 표면에 고무 스트립(30) 및 복합소재(40)를 순차적으로 와인딩하는 S3단계와, 상기 와인딩된 복합소재(40) 표면에 진공백(20)을 설치하여 진공 흡입한 상태에서 양압을 제공하여 복합소재(40)를 압착하는 S4단계를 포함하여 이루어질 수 있다.In the method for manufacturing a pressure vessel using a separable mandrel sealed by installing a shrink film according to the present invention, a shrink film is applied to the outer
도 3은 본 발명에 따른 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법에 있어서, 고무 스트립과, 복합소재가 와인딩된 맨드릴을 오토 클레이브 내에 탑재하고 압착하는 S4단계를 나타낸 개략도이다.3 is a schematic diagram showing step S4 of loading and compressing a mandrel to which a rubber strip and a composite material are wound in an autoclave in the method for manufacturing a pressure vessel using a sealed separable mandrel according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 S4단계는 진공백을 통해 진공 흡입을 함과 동시에 맨드릴 외부에서 양압을 가함으로써 냉간 압착(cold comapaction) 성능을 효과적으로 발휘하는 것으로서, 양압을 가하기 위해 밀폐된 구조를 가진 오토 클레이브(1)에서 수행될 수도 있다.Referring to FIG. 3, step S4 of the present invention effectively exhibits cold compression performance by applying positive pressure from the outside of the mandrel while vacuuming through a vacuum bag. It can also be performed in an autoclave (1) with
여기서, 진공 흡입 공정은 맨드릴 표면에 와인딩된 복합소재를 압착하여 형태를 유지하고 내부 진공을 없애기 위해 맨드릴과 복합소재 사이에 진공을 형성하는 공정을 의미한다.Here, the vacuum suction process means a process of compressing the composite material wound on the surface of the mandrel to maintain its shape and forming a vacuum between the mandrel and the composite material to eliminate the internal vacuum.
진공 작업과 동시에 이루어지는 양압을 제공하는 공정은 오토 클레이브(1) 내에 공압을 주입하여 예를 들어 3~7bar의 압력을 가하는 것을 예시할 수 있다.The process of providing positive pressure simultaneously with the vacuum operation may be exemplified by injecting air pressure into the autoclave 1 to apply a pressure of, for example, 3 to 7 bar.
이러한 S4단계를 통해 복수 플라이층으로 와인딩된 복합소재의 단차를 줄이고, 경화 공정에서 내부 기공을 줄여 불량을 낮출 수 있게 된다.Through this step S4, it is possible to reduce the level difference of the composite material wound with multiple ply layers and reduce defects by reducing internal pores in the curing process.
다만, 상기 S4단계는 개별 플라이층을 와인딩할 때마다 수행할 수도 있고, 최종적으로 복수의 플라이층 와인딩한 이후에 수행할 수도 있음은 물론이다.However, it goes without saying that step S4 may be performed each time an individual ply layer is wound, or may be performed after winding a plurality of ply layers.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention described above is only exemplary, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, it will be well understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the detailed description above. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents and alternatives within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
1 : 오토 클레이브
5 : 와인딩 장치
6 : 레일
10 : 필름
20 : 진공백
30 : 고무 스트립
40 : 복합소재
100 : 분리형 맨드릴
101a, 101b : 세그먼트
102 : 외부 이음면
115a, 115b : 샤프트1: autoclave 5: winding device
6: rail 10: film
20: vacuum bag 30: rubber strip
40: composite material
100:
102: external
Claims (4)
상기 분리형 맨드릴 표면에 진공백을 설치한 상태에서 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름을 가열함으로써, 상기 외부 이음면을 밀폐시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법.
attaching a shrink film to the outer joint surface where each segment of the separable mandrel composed of a plurality of segments abuts;
Sealing the external joint surface by performing a vacuum suction process and heating a shrink film in a state where a vacuum bag is installed on the surface of the separable mandrel;
Separable mandrel sealing method using a shrink film, characterized in that it comprises a.
상기 외부 이음면을 밀폐시키는 단계는 상기 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름을 가열함과 동시에, 외부 양압을 가하는 것을 특징으로 하는 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법.
According to claim 1,
The step of sealing the external joint surface is a method of sealing a separable mandrel using a shrink film, characterized in that performing the vacuum suction process, heating the shrink film, and applying an external positive pressure.
상기 수축 필름은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로 이루어지되,
일면은 이형처리가 되거나, 또는 맨드릴 표면 온도 기준으로 100℃ 기준으로 수축률이 50% 이하이거나, 내열성 또는 내화학성을 가진 것을 특징으로 하는 수축 필름을 이용한 분리형 맨드릴 밀폐방법.
According to claim 1,
The shrink film is made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin,
A method of sealing a separable mandrel using a shrink film, characterized in that one side is subjected to release treatment, or has a shrinkage rate of 50% or less based on 100 ° C. based on the mandrel surface temperature, or has heat resistance or chemical resistance.
복수의 세그먼트가 조립된 분리형 맨드릴의 각 세그먼트가 맞닿는 외부 이음면에 수축 필름을 부착하는 단계와;
상기 분리형 맨드릴 표면에 진공백을 설치한 상태에서 진공 흡입 공정을 수행하고 수축 필름을 가열함으로써, 상기 수축 필름을 상기 외부 이음면에 밀봉시키는 단계와;
상기 분리형 맨드릴 표면에 고무 스트립 및 복합소재를 순차적으로 와인딩하는 단계와;
상기 와인딩된 복합소재 표면에 진공백을 설치하여 진공 흡입한 상태에서 양압을 제공하여 복합소재를 압착하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐된 분리형 맨드릴을 이용한 압력용기 제조방법.
In the method for manufacturing a pressure vessel using a separable mandrel sealed by installing a shrink film,
attaching a shrink film to an outer joint surface where each segment of a separable mandrel in which a plurality of segments are assembled comes into contact with each other;
sealing the shrink film to the outer joint surface by performing a vacuum suction process and heating the shrink film in a state where a vacuum bag is installed on the surface of the separable mandrel;
sequentially winding a rubber strip and a composite material on the surface of the split mandrel;
Installing a vacuum bag on the surface of the wound composite material to compress the composite material by providing positive pressure in a vacuum suction state;
A method for manufacturing a pressure vessel using a sealed separable mandrel, characterized in that it comprises a.
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| KR102204796B1 (en) * | 2016-12-01 | 2021-01-19 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | Manufacturing method of composite material structure |
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| KR102640006B1 (en) | 2024-02-23 |
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