KR20230153126A - 연속섬유강화 복합재 및 그 제조방법 - Google Patents

연속섬유강화 복합재 및 그 제조방법 Download PDF

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박종성
박상현
박상호
최한나
문영이
이경락
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Abstract

본 발명은 연속섬유강화 복합재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재는, 적층된 복수의 CFT 시트와, 복수의 CFT 시트 중 적어도 하나에 적층된 금속 시트를 포함한다. CFT 시트는 섬유와 섬유에 함침된 수지를 포함한다.

Description

연속섬유강화 복합재 및 그 제조방법{CONTINUOUS FIBER REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITE AND THE MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 연속섬유강화 복합재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속섬유강화 복합재의 내부에 나사선 형성을 형성할 수 있도록 하여 상관 파트와의 볼트 체결이 용이한 연속섬유강화 복합재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)는 복수의 CFT(continuous fiber reinforced thermoplastic) 시트를 필요한 두께로 적층한 후 합지하여 제조된다. 이에 따라, 연속섬유강화 복합재는 다양한 두께로 제공되는데 특히 두꺼운 두께(예: 12T 등)를 갖는 CFT 복합재를 후막 CFT 복합재라 한다.
이러한 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)는 자동차, 항공, 전자, 건설, 스포츠 레저 및 국방 산업 등과 관련하여 다양한 분야의 산업재료로서 최근 각광을 받고 있다.
연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)는 성형 공정에서 그 조성을 비교적 자유롭게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 기존의 연속섬유강화 복합재의 적층 구조를 보여주는 도면이고, 도 2는 기존의 연속섬유강화 복합재의 합지 후 단면구조를 보여주는 도면이다.
도시된 바와 같이, 일반적인 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)(20)는 복수의 CFT 시트(10)를 적층한 후 합지하여 제작된다.
도 1을 참조하면, 8개의 CFT 시트(10: 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)가 순차로 적층된다. 각각의 CFT 시트(10: 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)는 연속적으로 공급되는 섬유에 열가소성 수지(resin)가 함침된 후 경화(또는 응고) 과정을 거쳐 제조된다. 이와 같이, 섬유를 열가소성 수지에 일방향으로 함침시켜 연속적으로 제조된 것을 통상적으로 UD 시트(Unidirectional Sheet)라고 한다.
각각의 CFT 시트(11: 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)는 일정한 두께(t1)(예: 0.2~0.5mm 등)를 가진다. 따라서, 도 2에 도시된 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)(20)에 요구되는 두께(t2)에 대응하여 CFT 시트의 적층 개수가 정해질 수 있다. 이와 같이, 필요한 개수(예: 8 개 등)의 CFT 시트를 적층 후 합지하여 필요한 두께(t2)의 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)(20)를 제조할 수 있다.
그런데, 기존의 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)는 오직 CFT 시트만으로 이루어져 있기에, 나사선 가공이 불가능하다는 단점이 있었다.
도 3은 기존의 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)(20)에 탭 가공을 실시하는 전, 후 과정을 보여준다.
연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)(20)가 준비되면, 탭 드릴(50) 등의 탭 가공 툴을 이용하여 적층 방향(즉, 소재의 두께방향)을 따라 탭 가공을 실시한다.
하지만, 기존의 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)(20)는 CFT 시트로만 적층되어 소재의 특성, 즉 취성(brittleness) 때문에 탭 드릴(50)이 지나간 부위에도 나사선이 형성되지 않고 구멍(21)만 뚫리는 문제가 있었다.
이처럼, 기존의 연속섬유강화 복합재(즉, CFT 복합재)(20)는 자체적으로 볼트 체결을 위한 나사선을 가질 수 없는 구조여서, 별도의 체결 부품을 사용하지 않을 경우 상관 파트와의 볼트 체결이 불가능한 단점이 있었다.
따라서, CFT 복합재 자체에 볼트 체결을 위한 나사선을 형성할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0120417호(2017.10.31. 공개일)가 있으며, 상기 선행문헌에는 연속섬유 강화 복합재가 개시되어 있다. 이에 개시된 연속섬유 강화 복합재의 경우, 고강도 및 경량화를 목적으로 복수의 UD 시트, 즉 CFT 시트만을 교대로 적층 한 것으로, 볼트 체결을 위한 나사선을 형성하기에는 어려움이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0120417호
본 발명의 목적은 연속섬유강화 복합재의 내부에 나사선 형성을 형성할 수 있도록 하여 상관 파트와의 볼트 체결이 용이한 연속섬유강화 복합재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 CFT 시트가 적층된 구조를 갖는 연속섬유강화 복합재에 탭 가공을 통해 나사선이 마련될 수 있도록 적어도 하나의 금속 시트를 추가 적층 하여 볼트 체결력을 갖는 연속섬유강화 복합재를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또 다른 목적은 볼트 체결이 가능한 나사선을 갖는 연속섬유강화 복합재를 제조할 수 있는 연속섬유강화 복합재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적층된 복수의 CFT 시트; 및 상기 복수의 CFT 시트 중 적어도 하나에 적층된 금속 시트;를 포함하는 연속섬유강화 복합재를 제공할 수 있다.
각각의 CFT 시트는, 일방향으로 배열된 섬유; 및 상기 섬유에 함침된 수지;를 포함한다. 각각의 CFT 시트는 UD 시트(Unidirectional Sheet) 일 수 있다.
각각의 CFT 시트는 0.2 ~ 0.5mm 두께를 가질 수 있다.
금속 시트는 CFT 시트에 대응하는 두께를 가질 수 있다. 이에 따라, 연속섬유강화 복합재의 최종 제품 두께에 대응하여 CFT 시트의 개수와 금속 시트의 개수를 정하여 적층 및 합지 하는 작업이 용이해질 수 있다.
금속 시트는, 0.2 ~ 1.0mm 두께를 가질 수 있다.
만일 금속 시트가 0.2mm 미만일 경우 지나치게 얇은 두께의 금속 시트를 제조하는 작업에 어려움이 있으며, 제조 비용이 지나치게 증가될 수 있으며, 금속 시트에 탭 가공을 통해 나사선을 형성할 경우 충분한 볼트 체결력을 갖도록 하는데 불리한 측면이 있다. 이와 반대로, 금속 시트가 1.0mm 두께를 초과할 경우 이보다 얇은 두께의 복수 개의 금속 시트를 사용하는 경우(예: 2개의 0.5mm 금속 시트를 이용하는 경우 등)에 비해 볼트 체결력 향상에 불리한 단점이 있으며, 무게 증가에 따른 단점이 있을 수 있다.
금속 시트는 탭 가공에 의해 나사선이 형성 가능한 금속재질로 이루어질 수 있다.
비한정적인 예로서 금속 시트는 Fe 시트를 이용할 수 있다. 본 발명은 금속 시트의 재질을 특정 금속으로 한정하지 않으며, 다양한 금속 재질을 이용할 수 있다.
금속 시트는 복수 개가 구비될 수 있다.
복수의 금속 시트는 복수의 CFT 시트 사이에 위치하도록 적층될 수 있다.
일 실시예로서, 복수의 금속 시트가 복수의 CFT 시트에 적층될 경우, 각각의 금속 시트는 각각의 CFT 시트와 교대로 적층될 수 있다. 예컨대, 제1 CFT 시트, 제1 금속 시트, 제2 CFT 시트, 제2 금속 시트, 제3 CFT 시트 순으로 서로 교차 적층될 수 있다.
다른 실시예로서, 복수의 금속 시트가 복수의 CFT 시트에 적층될 경우, 복수의 CFT 시트와 복수의 금속 시트의 적층 구조가 적층 방향을 기준으로 대칭되게 적층될 수 있다. 예컨대, 제1 CFT 시트, 제1 금속 시트, 제2 CFT 시트, 제3 CFT 시트, 제2 금속 시트, 제4 CFT 시트 순으로 적층될 수 있다. 이에 따라, 전체적인 적층 구조가 적층 방향을 기준으로 대칭되는 적층 구조를 가질 수 있다.
또 다른 실시예로서, 복수의 금속 시트가 복수의 CFT 시트에 적층될 경우, 복수의 CFT 시트와 복수의 금속 시트의 적층 구조가 적층 방향을 기준으로 비대칭되게 적층될 수 있다. 예컨대, 제1 CFT 시트, 제1 금속 시트, 제2 CFT 시트, 제3 CFT 시트, 제2 금속 시트, 제4 CFT 시트, 제5 CFT 시트 순으로 적층될 수 있다. 이에 따라, 전체적인 적층 구조가 적층 방향을 기준으로 비대칭되는 적층 구조를 가질 수 있다.
또한, 복수의 금속 시트는 적층된 복수의 CFT 시트의 최외측, 즉, 적층된 복수의 CFT 시트의 상부 및 하부에 적층될 수 있다.
일 실시예로서, 복수의 금속 시트가 복수의 CFT 시트에 적층될 경우, 각각의 금속 시트가 복수의 CFT 시트의 상부 및 하부에 위치하도록 적층될 수 있다. 예컨대, 제1 금속 시트, 제1 CFT 시트, 제2 CFT 시트, 제2 CFT 시트, 제1 금속 시트 순으로 적층될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적층된 복수의 CFT 시트; 및 상기 복수의 CFT 시트 중 적어도 하나에 적층된 금속 시트;를 포함하고, 상기 금속 시트에는, 상기 적층 방향을 따라 볼트 체결이 가능한 나사선이 형성된 연속섬유강화 복합재를 제공할 수 있다.
나사선은 금속 시트에만 형성될 수 있다. 복수의 CFT 시트와 금속 시트가 적층된 연속섬유강호 복합재에서, CFT 시트는 소재 특징상 취성으로 인해 탭 가공에 의해 나사선이 형성되지 않는다. 이에 반해 금속 시트는 탭 가공에 의해 나사선이 형성될 수 있다.
금속 시트가 복수 개일 경우, 나사선은 복수 개가 형성될 수 있다.
복수의 금속 시트는 서로 다른 위치에 적층될 경우, 탭 가공에 의해 각각의 금속 시트마다 나사선이 형성될 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 위치에 복수의 나사선이 형성될 경우, 볼트 체결력이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 서로 다른 위치에 형성된 복수의 나사선에 볼트가 체결될 경우 볼트가 복수의 나사선에 의해 이중 지지됨에 따라 안정적인 구조로 체결상태가 유지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 설정 순서로 적층하는 적층 단계; 및 상기 적층된 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 패널형태로 합지하는 합지 단계;를 포함하는 연속섬유강화 복합재 제조방법을 제공할 수 있다.
합지 단계 이전에, 서로 다른 재질로 이루어진 CFT 시트와 금속 시트 간의 계면 결합력을 높이도록 금속 시트의 적층 면에 요철 형상을 형성하는 요철 형성 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 금속 시트와 CFT 시트 간의 접촉 면적이 증가하여 합지 후 계면 결합력이 향상될 수 있다.
합지 단계 이전에, 서로 다른 재질로 이루어진 CFT 시트와 금속 시트 사이에 핫 멜트 필름을 추가 배치하는 핫 멜트 필름 배치 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 합지 단계에서, 금속 시트와 CFT 시트 사이에 핫 멜트 필름이 사용되어 합지 후 계면 결합력이 보다 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 설정 순서로 적층하는 적층 단계; 상기 적층된 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 패널형태로 합지하는 합지 단계; 및 상기 합지된 패널형태의 소재에 대해 상기 적층 방향으로 탭 가공을 실시하는 탭 가공 단계;를 포함하고, 상기 탭 가공 단계 이후에, 상기 금속 시트에는 상기 적층 방향을 따라 볼트 체결이 가능한 나사선이 형성되는 연속섬유강화 복합재 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 연속섬유강화 복합재의 내부에 나사선 형성을 형성할 수 있도록 하여 상관 파트와의 볼트 체결이 가능하며 필요한 볼트 체결력을 확보할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명에 의하면 일정한 두께를 갖는 복수의 CFT 시트만으로 적층 되었던 기존의 연속섬유강화 복합재에서 나사선 형성을 위한 탭 가공이 불가능하였던 문제점을 해결할 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 의하면 CFT 시트에 대응하는 두께를 갖는 금속 시트를 복수의 CFT 시트 중 적어도 하나에 적층시켜 탭 가공을 통해 금속 시트에 나사선(즉, 암나사 형상)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 금속 시트에 마련된 나사선(즉, 암나사 형상)에 의해 연속섬유강화 복합재는 자체적으로 볼트 체결력을 가질 수 있으며, 별도 부품을 삽입하지 않아도 상관 파트와의 볼트 체결이 쉽게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 강성이 높은 금속 시트가 추가됨에 따라 연속섬유강화 복합재의 전체 강성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, CFT 시트에 비해 열전도도가 높은 금속 시트가 추가됨에 따라 연속섬유강화 복합재의 열전도도가 상승되는 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 기존의 연속섬유강화 복합재의 적층 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 기존의 연속섬유강화 복합재의 합지 후 단면구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 기존의 연속섬유강화 복합재의 탭 가공 전, 후 과정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 적층 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 합지 후 단면구조를 보여주는 도면이다.
도 6, 도 7, 도 8, 도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 합지 후 단면구조를 보여주는 다양한 구현 예들이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재에 볼트 체결용 나사선이 형성된 단면구조를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 탭 가공 전, 후 과정을 보여주는 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재 제조방법을 간략히 도시한 순서도들이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재 및 그 제조방법에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
[볼트 체결이 가능한 연속섬유강화 복합재]
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 적층 구조를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 합지 후 단면구조를 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재(1000)는 복수의 CFT 시트(100)와, 금속 시트(200)를 포함한다.
복수의 CFT 시트(100)는 연속섬유강화 복합재(1000)의 두께에 대응하여 필요한 개수로 적층될 수 있다.
예를 들어, 도 4 및 도 5를 참조하면 6개의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150, 160)가 적층될 수 있다. 다만, 이러한 CFT 시트의 개수는 연속섬유강화 복합재(1000)의 소재 두께에 따라 다양하게 변경 가능하다.
예컨대, 각각의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150, 160)는, 일방향으로 배열된 섬유와, 섬유에 함침된 수지를 포함하는 UD 시트(Unidirectional Sheet) 일 수 있다.
여기서, 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유 또는 천연 섬유 등이 이용될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
여기서, 수지는 열가소성 수지로서, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지, 폴리아미드(PA) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
각각의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150, 160)는 0.2 ~ 0.5mm 두께를 가질 수 있다.
금속 시트(200)는 복수의 CFT 시트(100)와 함께 설정된 순서 및 위치로 적층될 수 있다.
금속 시트(200)는 복수 개가 구비될 수 있다.
각각의 금속 시트(200: 210, 220)는 각각의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150, 160)에 대응하는 두께를 가질 수 있다. 이에 따라, 연속섬유강화 복합재(1000)의 최종 제품 두께에 대응하여 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150, 160)의 개수와 금속 시트(200: 210, 220)의 개수를 정하는 작업이 용이해질 수 있다.
예를 들어, 각각의 금속 시트(200: 210, 220)는 0.2 ~ 1.0mm 두께를 가질 수 있다.
만일, 금속 시트(200: 210, 220)가 0.2mm 미만일 경우 금속 시트의 두께가 지나치게 작아져 이러한 두께의 금속 시트를 제조하는 작업에 어려움이 있으며, 제조 비용이 필요 없이 증가되는 단점이 있다. 게다가 지나치게 두께가 얇은 금속 시트(200: 210, 220)에는 탭 가공을 통해서도 나사선을 형성하기가 쉽지 않으며, 나사선을 형성하여도 충분한 볼트 체결력을 갖는데 불리한 단점이 있다.
이와 반대로, 금속 시트(200: 210, 220)가 1.0mm 두께를 초과할 경우 이보다 작은 두께의 금속 시트를 2개를 사용하는 경우, 예를 들어 2개의 0.5mm 금속 시트를 이용하는 경우보다 볼트 체결력 향상에 불리한 단점이 있다. 또한, 금속 시트의 두께가 지나치게 증가하여 무게가 증가하는 단점이 있다. 따라서, 금속시트(200: 210, 220)는 0.2 ~ 1.0mm 두께를 갖는 것이 바람직하다.
금속 시트(200: 210, 220)는 탭 가공에 의해 나사선이 형성 가능한 금속재질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 금속 시트(200: 210, 220)는 Fe 시트를 이용할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
금속 시트(200: 210, 220)는 복수 개가 구비될 수 있는데, 복수의 금속 시트(200: 210, 220)는 복수의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150, 160) 사이에서 설정된 위치에 적층될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 연속섬유강화 복합재(1000)는 제1 CFT 시트(110), 제2 CFT 시트(120), 제1 금속 시트(210), 제3 CFT 시트(130), 제4 CFT 시트(140), 제2 금속 시트(220), 제5 CFT 시트(150), 제6 CFT 시트(160)가 순차로 적층된다.
도 6, 도 7, 도 8, 도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 합지 후 단면구조를 보여주는 다양한 구현 예들이다.
도 6를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재(1000)는 각각의 CFT 시트(100: 110, 120, 130)와 각각의 금속 시트(200: 210, 220)는 교대로 적층될 수 있다.
구체적으로는, 연속섬유강화 복합재(1000)는 제1 CFT 시트(110), 제1 금속 시트(210), 제2 CFT 시트(120), 제2 금속 시트(220), 제3 CFT 시트(130)가 교대로 적층될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재(1000)는 각각의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140)와 각각의 금속 시트(200: 210, 220)가 적층 방향 중심을 기준으로 위, 아래가 서로 대칭되게 적층될 수 있다.
구체적으로는, 연속섬유강화 복합재(1000)는 제1 CFT 시트(110), 제1 금속 시트(210), 제2 CFT 시트(120), 제3 CFT 시트(130), 제2 금속 시트(220), 제4 CFT 시트(140)가 순차로 적층될 수 있다. 이와 같이, 연속섬유강화 복합재(1000)는 적층 방향 중심을 기준으로 위, 아래가 서로 대칭되는 구조를 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재(1000)는 각각의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150)와 각각의 금속 시트(200: 210, 220)가 적층 방향 중심을 기준으로 위, 아래가 비대칭되게 적층될 수 있다.
구체적으로는, 연속섬유강화 복합재(1000)는 제1 CFT 시트(110), 제1 금속 시트(210), 제2 CFT 시트(120), 제3 CFT 시트(130), 제2 금속 시트(220), 제4 CFT 시트(140), 제5 CFT 시트(150)가 순차로 적층될 수 있다. 이와 같이, 연속섬유강화 복합재(1000)는 적층 방향 중심을 기준으로 위, 아래가 비대칭되는 구조를 가질 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재(1000)는 복수의 금속 시트(200: 210, 220)가 복수의 CFT 시트(100: 110, 120, 130)의 상부, 하부에 위치하도록 적층될 수 있다.
구체적으로는, 연속섬유강화 복합재(1000)는 제1 금속 시트(210), 제1 CFT 시트(110), 제2 CFT 시트(120), 제3 CFT 시트(130), 제2 금속 시트(220)가 순차로 적층될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재(1000)는 복수의 CFT 시트(100: 110, 120, 130)가 적층 단면의 내측에 위치하고, 그 상부 및 하부에 금속 시트(200: 210, 220)가 적층되는 구조를 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재에 볼트 체결용 나사선이 형성된 단면구조를 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 연속섬유강화 복합재(1000)는 제1 CFT 시트(110), 제2 CFT 시트(120), 제1 금속 시트(210), 제3 CFT 시트(130), 제4 CFT 시트(140), 제2 금속 시트(220), 제5 CFT 시트(150), 제6 CFT 시트(160)가 순차로 적층된다.
그리고 금속 시트(200), 즉 제1 금속 시트(210)와 제2 금속 시트(220)에는 적층 방향을 따라 볼트 체결이 가능한 나사선(310, 320)이 형성될 수 있다.
이때, 나사선(310, 320)은 반드시 금속 시트(200), 즉 제1, 2 금속 시트(210, 220)에만 형성될 수 있다.
금속 시트(200: 210, 220)가 아닌 복수의 CFT 시트(100: 110, 120, 130, 140, 150, 160)은 소재 자체의 특성, 즉 취성 때문에 탭 가공 시 탭 드릴이 지나간 부위에 나사선이 형성되지 않으며 구멍(300)만이 남게 된다.
이에 반해, 금속 시트(200: 210, 220)는 탭 드릴이 지나간 부위에 소정의 나사선(310, 320)이 형성될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 금속 시트(200)가 2개일 경우, 나사선(310, 320)은 2개가 형성될 수 있다.
2개의 금속 시트(200), 즉 제1, 2 금속 시트(210, 220)가 서로 인접하지 않고 서로 이격한 위치에 적층될 경우, 볼트 체결력이 더욱 향상될 수 있다. 그리고 복수의 나사선(310, 320)이 서로 이격하여 상, 하 다른 위치에 형성될 경우 체결되는 볼트가 2개의 나사선(310, 320)에 의해 이중 체결되어 지지될 수 있어 보다 견고하고 안정적인 체결상태를 유지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재의 탭 가공 전, 후 과정을 보여주는 도면이다.
제1 CFT 시트(110), 제2 CFT 시트(120), 제1 금속 시트(210), 제3 CFT 시트(130), 제4 CFT 시트(140), 제2 금속 시트(220), 제5 CFT 시트(150), 제6 CFT 시트(160)가 적층 후 합지되어 연속섬유강화 복합재(1000)가 마련된다.
이어서, 탭 드릴(50) 등의 탭 가공 툴을 이용하여 적층 방향(즉, 연속섬유강화 복합재(1000)의 두께방향으로 탭 가공을 실시한다.
탭 가공 후에는, 연속섬유강화 복합재(1000)에 구멍(300)이 형성되는데, CFT 시트(100)에는 나사선이 형성되지 않으며, 제1, 2 금속 시트(210, 220)에는 나사선(310, 320)이 형성된다. 이에 따라, 연속섬유강화 복합재(1000)는 소재 자체적으로 볼트 체결이 가능한 구조로 이용될 수 있으며, 별도의 체결 부품을 삽입하지 않아도 상관 파트와의 볼트 체결이 용이해질 수 있다.
[볼트 체결이 가능한 연속섬유강화 복합재 제조방법]
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재 제조방법을 간략히 도시한 순서도들이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재 제조방법은 적층 단계(S100), 합지 단계(S200)를 포함한다.
이에 더하여, 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유강화 복합재 제조방법은 적층 단계(S100), 합지 단계(S200)에 더하여, 탭 가공 단계(S300)를 포함한다.
적층 단계(S100)는 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 설정 순서로 적층하는 단계이다.
합지 단계(S200)는 적층된 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 패널형태로 합지하는 단계이다.
한편, 합지 단계(S200) 이전에, 서로 다른 재질로 이루어진 CFT 시트와 금속 시트 간의 계면 결합력을 높이도록 금속 시트의 적층 면에 요철 형상을 더 형성하는 요철 형성 단계가 더 포함될 수 있다.
금속 시트의 적층 면에 요철 형상이 형성됨에 따라, 서로 다른 재질인 금속 시트와 CFT 시트 간의 접촉 면적이 증가하여 합지 단계에서 계면 결합력이 향상될 수 있다.
또한, 합지 단계(S200) 이전에, 서로 다른 재질로 이루어진 CFT 시트와 금속 시트 간의 계면 결합력을 높이도록 CFT 시트와 금속 시트 사이에 핫 멜트 필름을 추가 배치하는 핫 멜트 필름 배치 단계가 더 포함될 수 있다.
이에 따라, 합지 단계(S200)에서, 금속 시트와 CFT 시트 사이에 삽입된 핫 멜트 필름에 의해 합지 후 금속 시트와 CFT 시트 간의 계면 결합력이 보다 향상될 수 있다.
탭 가공 단계(S300)는 합지된 패널형태의 소재에 대해 적층 방향으로 탭 가공을 실시하는 단계이다.
탭 가공 단계(S300) 이후에, 금속 시트에는 적층 방향을 따라 볼트 체결이 가능한 나사선이 형성될 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 연속섬유강화 복합재의 내부에 나사선 형성을 형성할 수 있도록 하여 상관 파트와의 볼트 체결이 가능하며 필요한 볼트 체결력을 확보할 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면 일정한 두께를 갖는 복수의 CFT 시트만으로 적층 되었던 기존의 연속섬유강화 복합재에서 나사선 형성을 위한 탭 가공이 불가능하였던 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명에 의하면, CFT 시트에 대응하는 두께를 갖는 금속 시트를 복수의 CFT 시트 중 적어도 하나에 적층시켜 탭 가공을 통해 금속 시트에 나사선(즉, 암나사 형상)을 형성할 수 있다. 이와 같이, 금속 시트에 마련된 나사선(즉, 암나사 형상)에 의해 연속섬유강화 복합재는 자체적으로 볼트 체결력을 가질 수 있으며, 별도 부품을 삽입하지 않아도 상관 파트와의 볼트 체결이 쉽게 이루어질 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다.
S100: 적층 단계
S200: 합지 단계
S300: 탭 가공 단계
50: 탭 드릴
100(110, 120, 130, 140, 150, 160): CFT 시트
200(210, 220): 금속 시트
300: 홀
310, 320: 나사선
1000: 연속섬유강화 복합재

Claims (18)

  1. 적층된 복수의 CFT 시트; 및
    상기 복수의 CFT 시트 중 적어도 하나에 적층된 금속 시트;
    를 포함하는 연속섬유강화 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 CFT 시트는,
    일방향으로 배열된 섬유; 및
    상기 섬유에 함침된 수지;
    를 포함하는 연속섬유강화 복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 CFT 시트는,
    0.2 ~ 0.5mm 두께를 갖는,
    연속섬유강화 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는,
    각각의 CFT 시트에 대응하는 두께를 갖는,
    연속섬유강화 복합재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는,
    0.2 ~ 1.0mm 두께를 갖는,
    연속섬유강화 복합재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는,
    탭 드릴에 의해 나사선 형성이 가능한 재질을 갖는,
    연속섬유강화 복합재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는 복수 개가 구비되며,
    상기 복수의 금속 시트는,
    상기 복수의 CFT 시트 사이에 위치하도록 적층되는,
    연속섬유강화 복합재.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 금속 시트는,
    각각의 CFT 시트와 교대로 적층되는,
    연속섬유강화 복합재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는 복수 개가 구비되며,
    각각의 금속 시트는,
    상기 복수의 CFT 시트 사이에 위치하도록 적층되되, 적층 높이 중심을 기준으로 상, 하부가 서로 대칭되게 적층되는,
    연속섬유강화 복합재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는 복수 개가 구비되며,
    각각의 금속 시트는,
    상기 복수의 CFT 시트 사이에 위치하도록 적층되되, 적층 높이 중심을 기준으로 상, 하부가 비대칭되게 적층되는,
    연속섬유강화 복합재.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는 복수 개가 구비되며,
    각각의 금속 시트는,
    상기 복수의 CFT 시트의 상부 및 하부에 적층되는
    연속섬유강화 복합재.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트에는,
    상기 적층 방향을 따라 볼트 체결이 가능한 나사선이 구비되는
    연속섬유강화 복합재.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트는 복수 개가 구비되고,
    각각의 금속 시트에는,
    상기 적층 방향을 따라 볼트 체결이 가능한 나사선이 구비되는
    연속섬유강화 복합재.
  14. 제13항에 있어서,
    각각의 금속 시트에 구비된 나사선은 상하로 소정의 높이 차를 두고 서로 이격하여 형성되는,
    연속섬유강화 복합재.
  15. 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 설정 순서로 적층하는 적층 단계; 및
    상기 적층된 복수의 CFT 시트와 금속 시트를 합지하는 합지 단계;
    를 포함하는 연속섬유강화 복합재 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 합지된 소재에 대해 적층 방향으로 탭 가공을 실시하는 탭 가공 단계;
    를 더 포함하는 연속섬유강화 복합재 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 합지 단계 이전에,
    상기 금속 시트의 적층 면에 요철 형상을 형성하는 요철 형성 단계;
    를 더 포함하는 연속섬유강화 복합재 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 합지 단계 이전에,
    서로 적층되는 각각의 CFT 시트와 각각의 금속 시트 사이의 계면에 핫 멜트 필름을 추가 배치하는 핫 멜트 필름 배치 단계;
    를 더 포함하는 연속섬유강화 복합재 제조방법.
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