WO2020091136A1 - 레진 주입 장치 및 이를 포함하는 복합재 제조장치 - Google Patents

레진 주입 장치 및 이를 포함하는 복합재 제조장치 Download PDF

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WO2020091136A1
WO2020091136A1 PCT/KR2018/015175 KR2018015175W WO2020091136A1 WO 2020091136 A1 WO2020091136 A1 WO 2020091136A1 KR 2018015175 W KR2018015175 W KR 2018015175W WO 2020091136 A1 WO2020091136 A1 WO 2020091136A1
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WO
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resin
injection device
unit
manufacturing space
disposed
Prior art date
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PCT/KR2018/015175
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최오영
박광림
한진욱
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코오롱데크컴퍼지트 주식회사
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
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    • B29B7/44—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with paddles or arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
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    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a resin injection device and a composite material manufacturing device comprising the same.
  • the composite material is a mixture material that improves the properties of the overall material by mixing two or more materials.
  • a high-strength fiber material such as glass fiber, carbon fiber, or aramid fiber is soaked in resin to be hardened.
  • These composite materials are used for the purpose of increasing strength while lightening the weight, and are used in aircraft, spacecraft, armored vehicles, and the like.
  • Fiber reinforced composites are made in two basic materials. That is, there are prepreg in the form of a fiber impregnated with resin, and VA-RTM (Vacuum assisted resin transfer molding) in which a resin is impregnated into a dry fiber layer and molded.
  • VA-RTM Vauum assisted resin transfer molding
  • VA-RTM is formed by laminating fibers in a vacuum bag located on a mold, sealing the vacuum bag and injecting resin while applying vacuum through a vacuum line.
  • the resin injection device injects the resin into the vacuum bag using a pressure difference.
  • the injected resin is impregnated with the laminated fibers.
  • a vacuum bag is removed to prepare a fiber-reinforced composite material.
  • the resin comprises a mixing step of mixing the material of the resin, a melting step of melting the mixed material (hereinafter referred to as resin), a degassing step of removing air from the molten resin, and an injection step of supplying the resin into the vacuum bag. It is injected into the vacuum bag.
  • the process time increased.
  • the temperature of the resin throughout the process because the injection temperature is set at a high temperature to lower the viscosity.
  • the temperature dropped and the viscosity increased. Due to the high viscosity, resin was not supplied smoothly.
  • the present invention provides a resin injection device that minimizes the molding time of the resin and prevents the temperature of the resin conveyed for injection from falling, and a composite material manufacturing device including the same.
  • Resin injecting apparatus is disposed on the base, the base, has a manufacturing space in which the material of the resin can be accommodated, the main body part is open on one side, the main body part is disposed on the base and A neighboring elevator, a stirring unit that is connected to the elevator unit and is partially located in the manufacturing space to mix the materials, a heating unit that is disposed in the body unit and melts the mixed material, and air in the manufacturing space It includes a defoaming portion for discharging and a transfer portion connected to the main body portion and transferring molten material in the manufacturing space.
  • the resin injection device may further include a temperature sensor disposed in the manufacturing space.
  • the main body portion, the upper surface is open and includes a container in which the manufacturing space is formed, an open upper surface of the container, and a cover for checking the inside of the container and a connecting rod connecting the cover and the lifting unit Can be.
  • the heating unit may be disposed along the circumferential surface of the container.
  • the elevating unit may include an elevating driving unit disposed vertically on the base and an elevating body positioned above the main unit and connecting the elevating driving unit and the connecting rod.
  • the stirring unit may include a stirring driving unit disposed on the elevating body, a shaft connected to the stirring driving unit and a part of which is located in the manufacturing space, and a blade positioned in the manufacturing space and detachably connected to the shaft. .
  • the shaft can penetrate the connecting rod.
  • the resin injection device may further include a control unit that is connected to the main body part, the lifting part, the stirring part, the heating part, the defoaming part, and the temperature maintaining part, and controls the material and displays a state. .
  • the apparatus for manufacturing a composite material according to an embodiment of the present invention includes a resin injection device configured as described above, and an oven connected to the resin injection device and capable of stacking fiber sheets or preforms.
  • the resin injection device may inject the molten resin into the laminated fiber sheet or preform.
  • the process time is shortened and heat loss of the resin can be minimized. Accordingly, the molding quality of the molded article may be improved by supplying the resin to the oven in an optimal state.
  • the body portion, the lifting portion, and the stirring portion of the resin injection device connected to the oven are entirely disposed on one base, mobility of the resin injection device can be improved and installation is easy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a composite material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic view showing the resin injection device of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the elevation of FIG. 2 is raised.
  • the resin injecting apparatus according to the embodiment of the present invention can be applied to the composite material manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the resin injecting apparatus will be mainly described.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a composite material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the resin injection device of Figure 1
  • Figure 3 is a schematic diagram showing the elevated portion of Figure 2
  • the composite material manufacturing apparatus 1 includes a resin injection device 20 and an oven 10.
  • a mold in which dried fiber sheets can be stacked is disposed inside the oven 10.
  • a heating element (not shown) is disposed in the mold.
  • the laminated fiber sheets can be covered with a vacuum bag. The inside of the vacuum bag is connected to the resin injection device 20.
  • the oven 10 can secure the degree of vacuum through a vacuum device (not shown) and can monitor the vacuum, temperature, etc. in real time.
  • the detailed structure of the oven 10 may be applied to a configuration of a composite manufacturing apparatus made of a well-known VA-RTM (Vacuum assisted resin transfer molding) method, and description of the detailed structure will be omitted.
  • VA-RTM Vauum assisted resin transfer molding
  • the resin injection device 20 includes a base (B), a body portion (21), a lifting portion (22), a stirring portion (23), a heating portion (24), a defoaming portion (25), and a transfer portion (26)
  • the resin molding time is minimized and the temperature of the molten resin transferred for injection into the oven 10 is not reduced.
  • the resin injection device 20 further includes a temperature sensing unit 27 and a control unit 28.
  • the base B has a predetermined width, and the main body 21, the elevation 22, and the control unit 28 are disposed on the upper surface, and the caster C for promoting the movement of the resin injection device 20 on the lower surface. ). Standards such as the width of the base B may be variously changed according to the design of the resin injection device 20.
  • the control unit 28 is connected to the main body part 21, the lifting part 22, the stirring part 23, the heating part 24, the defoaming part 25, the conveying part 26 and the temperature sensing part 27, It detects the temperature, transfer, capacity, and vacuum of the resin and displays the resin data. In addition, the control unit 28 controls the temperature, pressure, stirring unit 23, heating unit 24, defoaming unit 25, transfer unit 26, and the like.
  • the main body portion 21 and the lifting portion 22 are disposed adjacent to each other on the upper surface of the base B.
  • the lifting unit 22 includes an lifting driving unit 222 and an lifting body 223.
  • the lift driving unit 222 is vertically disposed on the upper surface of the base B.
  • the lift driving unit 222 includes an actuator.
  • the actuator can operate at a working fluid pressure such as hydraulic oil or compressed air.
  • the housing of the actuator is supported on the base (B) and the rod can be withdrawn from the housing according to the working fluid operation.
  • the lifting body 223 faces the base (B) with the lifting driving part 222 therebetween and is connected to the rod.
  • the lifting body 223 may have a different position depending on the operation of the rod. Accordingly, when the rod is pulled out of the housing, the lifting body 223 rises and moves in a direction away from the base (B). Conversely, when the withdrawn rod is drawn into the housing, the lifting body 223 descends and moves in a direction closer to the base B.
  • the elevator driving unit 222 has been described as an actuator that uses working fluid as hydraulic fluid or compressed air, but the elevator driving unit 222 may include an electric cylinder, a ball screw, and the like. Various structures may be applied to the lifting driving unit 222 as long as the lifting body 223 can be elevated.
  • the body portion 21 includes a container 211, a cover 212 and a connecting rod 213.
  • the container 211 is coupled to the base B, and a manufacturing space 211a opened in the upper surface direction is formed inside. Two or more resin materials may be supplied to the manufacturing space 211a through the opened upper surface. However, a separate supply hole (not shown) through which resin material is supplied may be formed in the container 211.
  • the material of the resin is a thermosetting plastic such as epoxy, and may be a one-component type, a two-part type, or the like. The material of the resin may be melted and mixed in the manufacturing space 211a. An outlet 211b for discharging the molten material is formed at the bottom of the container 211.
  • the size of the container 211 may vary according to the capacity of the resin.
  • the cover 212 is disposed on an open upper surface of the container 211, and an airtight member (not shown) is disposed at a portion where the container 211 and the cover 212 contact to maintain airtightness.
  • the cover 212 may be combined with the container 211 through a fixing means such as a clamp (not shown).
  • a transparent inspection window 212a is formed on the cover 212.
  • the material state of the manufacturing space 211a may be visually checked through the inspection window 212a.
  • the inspection window 212a may also be formed in the container 211.
  • the cover 212 is formed universally to fit the containers 211 which is changed according to the material capacity. That is, one cover 212 can be used for multiple containers 211. Accordingly, the lower surface of the cover 212 is formed in a flat surface. Alternatively, an adhesive protrusion (not shown) may be formed on the lower surface of the cover 212 to fit the containers 211.
  • the connecting rod 213 connects the cover 212 and the lifting body 223.
  • the connecting rod 213 is located at the center of the cover 212 and is connected to the lifting body 223.
  • the connecting rod 213 may be arranged along the circumferential direction at the top edge of the cover 212 to connect the lifting body 223 and the cover 212.
  • the cover 212 may be separated from the container 211.
  • the cover 212 separated from the container 211 is coupled to the container 211 by descending the lifting body 223.
  • the cover 212 is further in close contact with the container 211 by the lowering pressure of the elevating portion 22 to maintain airtightness.
  • the container 211 and the cover 212 have a strength that does not deform when vacuuming the manufacturing space 211a.
  • the stirring unit 23 includes a stirring driving unit 231, a shaft 232, and a blade 233, and mixes the materials accommodated in the manufacturing space 211a.
  • the stirring drive unit 231 includes a motor and is disposed on the lifting body 223.
  • One end of the shaft 232 is connected to a drive shaft (not shown) of the stirring driving unit 231, and the other end can be placed in the manufacturing space 211a through the cover 212 to contact the material.
  • the shaft 232 penetrates inside the connecting rod 213 located in the center of the cover 212 and is located in the manufacturing space 211a.
  • a bearing (not shown) is disposed between the inner circumference of the connecting rod 213 and the shaft 232 to prevent shaking of the shaft 232 and to avoid friction with the inside of the connecting rod 213 when the shaft 232 rotates. .
  • the blade 233 is located in the manufacturing space 211a and is detachably coupled to the other end of the shaft 232.
  • the blade 233 may be replaced according to the container 211, and its shape may also vary depending on the container 211.
  • a scraper in contact with the bottom of the container 211 is coupled to the blade 233.
  • the scraper prevents the molten material from sticking to the bottom inside the container 211.
  • the blade 233 is shown as one at the bottom of the shaft 232 in the drawing [FIG. 3], the blade 233 may be arranged along the vertical direction of the shaft 232. In this case, the material accommodated in the manufacturing space 211a may be more evenly mixed as a whole.
  • the blade 233 is mixed with the material in the manufacturing space 211a by the shaft 232 that rotates by driving the stirring driving unit 231. At this time, the stirring unit 23 mixes the supplied materials for a predetermined time so that the materials are evenly mixed.
  • the heating unit 24 is disposed as a whole along the circumferential surface of the container 211.
  • the heating unit 24 may include a heating coil, oil, water, heat medium, and a planar heating element. At this time, the heating unit 24 heats 40 ° C to 150 ° C to the manufacturing space 211a to melt the mixed material.
  • the temperature of the heating part 24 is less than 40 ° C, the melting of the material is not smoothly performed, and thus the performance of the final composite material is deteriorated and cannot be used as a molded part.
  • the material mixed by the heating of the heating part 24 may flow into a molten state having a predetermined viscosity.
  • the blade 233 may be replaced in the shaft 232 according to the viscosity of the molten material.
  • a heat insulating material (not shown) is disposed on the outer circumference of the container 211, and the heat insulating material prevents heat from being transferred to the outside of the container 211.
  • the defoaming portion 25 includes a vacuum pipe 251 and a vacuum pump 252 and discharges air in the manufacturing space 211a to form the manufacturing space 211a in a vacuum state.
  • One end of the vacuum pipe 251 is coupled to the cover 212, and the inside thereof is connected to the manufacturing space 211a.
  • one end of the vacuum pipe 251 may be detachably connected to the container 211. In this case, it can be coupled to the container 211 to be replaced.
  • the vacuum pump 252 is coupled to the other end of the vacuum pipe 251.
  • the air in the manufacturing space 211a is discharged by the operation of the vacuum pump 252, and the manufacturing space 211a may be in a vacuum state.
  • the vacuum pressure of the manufacturing space 211a may be 740 to 760 mmHg.
  • the pressure in the manufacturing space 211a may vary depending on the working state.
  • the vacuum pump 252 may operate at the same time when the stirring unit 23 is operated to discharge air in the manufacturing space 211a.
  • the air discharge efficiency may be increased by the operation of the stirring unit 23.
  • the transfer section 26 includes a transfer pipe 261 and a temperature holding section 262.
  • the transfer pipe 261 connects the container 211 and the oven 10 to supply molten material (hereinafter referred to as resin) to the mold of the oven 10.
  • resin molten material
  • One end of the transfer pipe 261 is connected to the outlet 211b of the container 211.
  • a transfer pump (not shown) is coupled to the transfer pipe 261.
  • a valve (not shown) for controlling the transfer of the resin is installed in the transfer pipe 261. Since the manufacturing space 211a is maintained in a vacuum state by the operation of the defoaming portion 25, only the resin from which air has been removed can be supplied to the oven 10.
  • the temperature maintaining unit 262 is disposed as a whole in the transfer pipe 261 and prevents the temperature from falling when the molten material is transferred along the transfer pipe 261.
  • the temperature maintaining unit 262 may include a heating coil, a planar heating element, and may surround the transfer pipe 261.
  • the temperature maintaining unit 262 may be a working fluid such as oil, water, and heat medium, and in this case, a pipe through which the working fluid flows may be installed around the transfer pipe 261.
  • the temperature holding unit 262 may be disposed around the inner side of the transfer pipe 261. Meanwhile, an insulating material (not shown) for blocking heat from the temperature maintaining unit 262 from being transmitted to the outside may be disposed on the outer circumference of the transfer pipe 261.
  • the transfer pipe 261 is connected to the control unit 28 and a temperature sensing unit (not shown) for measuring the temperature of the molten material to be transferred is disposed.
  • the temperature sensing unit is connected to the control unit 28. Accordingly, the temperature of the resin moved through the transfer pipe 261 can be checked in real time.
  • the temperature sensing unit 27 is located in the manufacturing space 211a to sense the temperature of the material and transmits the data to the control unit 28.
  • the temperature sensing unit 27 is coupled to the cover 212 and is located in the manufacturing space 211a.
  • the temperature sensing unit 27 may be disposed inside the shaft 232 or may be located on the inner circumference of the container 211.
  • the temperature sensing unit 27 may be freely disposed in the manufacturing space 211a within a range that does not interfere with the blade 233. Therefore, the coupling structure and position of the temperature sensing unit 27 are not particularly limited.
  • the inflow amount of the material supplied to the manufacturing space 211a through the control unit 28 and the injection amount of the material (resin) injected into the oven 10 through the transfer unit 26 may be recorded and stored.
  • the material of the resin is supplied to the manufacturing space 211a in a state in which the container 211 and the cover 212 are separated due to the elevation of the lifting portion 22. And the blade 233 is replaced according to the material capacity of the resin and the specification of the container 211.
  • the lifting part 22 is lowered to combine the container 211 and the cover 212 to seal the manufacturing space 211a.
  • the heating unit 24 heats the manufacturing space 211a.
  • the stirring unit 23 may mix the resin materials before the heating unit 24 applies heat to the manufacturing space 211a.
  • the defoaming portion 25 When the material of the resin is melted and mixed, the defoaming portion 25 is operated to form the manufacturing space 211a in a vacuum state to discharge air in the manufacturing space 211a. At this time, the stirring unit 23 is operated to discharge the air in the molten resin material. Accordingly, the efficiency of discharging air may be increased.
  • the control unit 28 stores the temperature sensed by the temperature sensing unit 27 and dataizes it. do.
  • the material of the resin is melted and mixed in the manufacturing space 211a through the inspection window 212a.
  • the vacuum condition of the manufacturing space 211a is visually confirmed by the operation of the defoaming portion 25.
  • the molten material is transferred to the mold by transferring the oven 10 through the transport pipe 261.
  • the temperature holding unit 262 heats the transfer pipe 261, the temperature of the transferred material does not decrease.
  • the molten material (resin) can be supplied to the mold while maintaining the optimum temperature.
  • control unit 28 can record and store the capacity of the resin transferred from the container 211 to the oven 10 and can be displayed by a monitor. Through the recorded data, it is possible to predict the material requirements for the product in the future, and it is possible to minimize material consumption. In addition, it is possible to monitor the quality of the product by confirming that the proper amount is injected.
  • the valve When the injection of the resin into the mold is completed, the valve may be operated by controlling the control unit 28 of the transfer pipe 261 to stop the injection of the resin.
  • the mold is vacuumed when the resin is injected, and the resin injected into the mold penetrates into a fiber sheet or preform laminated on the mold to form a composite material.
  • the process time is shortened and heat loss of the resin can be minimized. Accordingly, the molding quality of the molded article may be improved by supplying the resin to the oven in an optimal state.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

본 발명은 레진 주입 장치 및 이를 포함하는 복합재 제조장치에 관한 것으로, 베이스, 상기 베이스에 배치되어 있고, 레진의 소재가 수용될 수 있는 제조공간을 가지며 일면이 개방된 본체부, 상기 베이스에 배치되어 상기 본체부와 이웃한 승강부, 상기 승강부와 연결되어 있으며 일부분이 상기 제조공간에 위치하여 상기 소재를 혼합하는 교반부, 상기 본체부에 배치되어 있고 혼합된 상기 소재를 용융시키는 가열부, 상기 제조공간의 공기를 배출하는 탈포부 및 상기 본체부와 연결되어 있고 상기 제조공간에서 용융된 소재를 이송하는 이송부를 포함한다.

Description

레진 주입 장치 및 이를 포함하는 복합재 제조장치
본 발명은 레진 주입 장치 및 이를 포함하는 복합재 제조장치에 관한 것이다.
복합재는 두 가지 이상의 재료를 섞어서 전체적인 재료의 특성을 향상시킨 혼합 재이다. 일반적으로 유리 섬유나 탄소섬유 또는 아라미드섬유와 같은 고강도 섬유 재료를 레진에 적셔서 굳힌 것을 복합재라 한다. 이러한 복합재는 중량을 가볍게 하면서 강도를 증대시킬 목적으로 사용되며, 항공기, 우주선, 기갑 차량 등에 사용된다.
섬유 강화 복합재는 두 가지의 기본적인 재료의 형태로 제작된다. 즉 수지가 함침된 섬유형태의 프리프레그(prepreg)와, 건조 섬유층에 수지를 함침시켜 성형하는 VA-RTM(Vacuum assisted resin transfer molding) 형태가 있다.
VA-RTM은 금형 위에 위치한 진공백 내에 섬유 들을 적층하고 진공백을 밀봉하여 진공라인을 통해 진공을 작용시키면서 레진을 주입하여 성형한다.
진공백 내부가 진공 상태 또는 감압 상태일 때 압력차를 이용하여 레진 주입장치는 레진을 진공백 내부로 주입한다. 주입된 레진은 적층된 섬유에 함침된다. 레진이 함침된 상태에서 소정 시간 동안 경화시킨 후 진공백을 제거하여 섬유 강화 복합재를 제조한다.
상기 레진은 레진의 소재를 혼합하는 혼합단계, 혼합된 소재(이하 레진이라 함)를 용융시키는 용융단계, 용융된 레진에서 공기를 제거하는 탈포단계, 레진을 진공백 내부로 공급하는 주입단계를 통해 진공백 내부로 주입된다.
상기 혼합단계, 용융단계, 탈포단계 주입단계가 각각의 장치를 통해 진행되면서 공정 시간이 증가하였다. 특히 부품의 운용 요구 조건에 따라, 항공기 부품의 고온 성형 레진의 경우 주입 온도가 점도를 낮추기 위해 고온으로 설정되므로 공정 전반에 대한 레진의 온도 관리가 중요하다. 그리고 용융된 레진을 진공백 내부로 공급하는 과정 중에 온도가 떨어져 점도가 높아지게 되었다. 높은 점도에 의해 레진의 공급이 원활하게 이루어지지 못하였다.
본 발명은 레진의 성형시간을 최소화하고 주입을 위해 이송되는 레진의 온도가 저하되지 않도록 하는 레진 주입 장치 및 이를 포함하는 복합재 제조장치를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 레진 주입 장치는, 베이스, 상기 베이스에 배치되어 있고, 레진의 소재가 수용될 수 있는 제조공간을 가지며 일면이 개방된 본체부, 상기 베이스에 배치되어 상기 본체부와 이웃한 승강부, 상기 승강부와 연결되어 있으며 일부분이 상기 제조공간에 위치하여 상기 소재를 혼합하는 교반부, 상기 본체부에 배치되어 있고 혼합된 상기 소재를 용융시키는 가열부, 상기 제조공간의 공기를 배출하는 탈포부 및 상기 본체부와 연결되어 있고 상기 제조공간에서 용융된 소재를 이송하는 이송부를 포함한다.
상기 레진 주입 장치는 상기 제조공간에 배치되어 있는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 본체부는, 상면이 개방되어 있으며 내부에 상기 제조공간이 형성된 용기, 상기 용기의 개방된 상면에 배치되어 있으며 상기 용기 내부를 확인할 수 있는 덮개 및 상기 덮개와 상기 승강부를 연결하는 연결로드를 포함할 수 있다.
상기 가열부는 상기 용기의 둘레면을 따라 배치될 수 있다.
상기 승강부는, 상기 베이스에 수직하게 배치되어 있는 승강구동부 및 상기 본체부 위에 위치하고, 상기 승강구동부와 상기 연결로드를 연결하는 승강몸체를 포함할 수 있다.
상기 교반부는, 상기 승강몸체에 배치되어 있는 교반구동부, 상기 교반구동부와 연결되어 있고 일부분이 상기 제조공간에 위치하는 샤프트 및 상기 제조공간에 위치하고 상기 샤프트와 분리할 수 있게 연결된 블레이드를 포함할 수 있다.
상기 샤프트는 상기 연결로드를 관통할 수 있다.
상기 레진 주입 장치는, 상기 본체부, 상기 승강부, 상기 교반부, 상기 가열부, 상기 탈포부 및 온도 유지부와 연결되어 있고, 상기 소재를 제어하고 상태를 표시하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제조 장치는, 전술한 바와 같이 구성된 레진 주입 장치 및 상기 레진 주입 장치와 연결되어 있으며 섬유시트 또는 프리폼이 적층될 수 있는 오븐을 포함한다.
상기 레진 주입 장치는 용융된 레진을 적층된 상기 섬유시트 또는 프리폼으로 주입할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 용기로 공급된 레진의 소재들이 용기 내에서 가열, 혼합, 탈포 공정이 진행되면서 공정 시간이 짧아지며 레진의 열 손실을 최소화할 수 있다. 이에 레진을 최적의 상태로 유지한 상태에서 오븐에 공급하여 성형품의 성형 품질이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 공정(가열, 혼합, 탈포)이 하나의 기에서 모두 이루어지므로 공정 시간을 단축하며 작업자에 따라 조정하는 작업을 정확하게 관리 할 수 있으며 공정 전반에 대한 기록이 원활해진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 높은 온도에서 이루어지는 레진 소재의 용융, 용융된 소재의 이송 등의 공정이 제어부 제어로 이루어지므로 작업자가 높은 온도에서 작업하지 않아도 된다. 이에 작업자의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 오븐과 연결된 레진 주입 장치의 본체부, 승강부, 교반부 등이 1개의 베이스에 전체적으로 배치되어 있으므로 레진 주입 장치의 이동성이 향상될 수 있으며 설치가 용이하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제조 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 레진 주입 장치를 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 승강부가 상승한 상태를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 실시예에 따른 레진 주입 장치는 본 발명의 실시예인 복합재 제조 장치에 적용될 수 있는 바, 이하에서는 레진 주입 장치가 적용된 복합재 제조 장치 위주로 설명한다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제조 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제조 장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 레진 주입 장치를 나타낸 개략도이며, 도 3은 도 2의 승강부가 상승한 상태를 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 복합재 제조 장치(1)는 레진 주입 장치(20) 및 오븐(10)을 포함한다.
오븐(10)의 내부에는 건조된 섬유 시트들이 적층될 수 있는 금형이 배치되어 있다. 금형에는 발열체(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 적층된 섬유 시트들을 진공백이 덮을 수 있다. 진공백의 내부는 레진 주입 장치(20)와 연결되어 있다.
한편, 오븐(10)은 진공장치(도시하지 않음)을 통해 진공도를 확보할 수 있으며 진공, 온도 등을 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
이러한 오븐(10)의 세부 구조는 널리 공지된 VA-RTM(Vacuum assisted resin transfer molding) 방식으로 이루어진 복합재 제조 장치의 구성이 적용될 수 있는바, 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.
레진 주입 장치(20)는, 베이스(B), 본체부(21), 승강부(22), 교반부(23), 가열부(24), 탈포부(25) 및 이송부(26)를 포함하며 레진 성형시간을 최소화하고 오븐(10)에 주입을 위해 이송되는 용융된 레진의 온도가 저하되지 않도록 한다. 레진 주입 장치(20)는 온도 감지부(27) 및 제어부(28)를 더 포함한다.
베이스(B)는 기설정된 넓이를 가지며 상면에는 본체부(21), 승강부(22) 및 제어부(28)가 배치되어 있으며, 하면에는 레진 주입 장치(20)의 이동을 도모하기 위한 캐스터(C)가 장착되어 있다. 베이스(B)의 넓이 등의 규격은 레진 주입 장치(20)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
제어부(28)는 본체부(21), 승강부(22), 교반부(23), 가열부(24), 탈포부(25), 이송부(26) 및 온도 감지부(27)와 연결되어 있으며 레진의 온도, 이송, 용량, 진공도 등을 감지하고 레진의 데이터를 표시한다. 또한, 제어부(28)를 통해 온도, 압력, 교반부(23), 가열부(24), 탈포부(25), 이송부(26) 등을 제어한다.
본체부(21)와 승강부(22)는 베이스(B) 상면에서 이웃하게 배치되어 있다.
승강부(22)는, 승강구동부(222) 및 승강몸체(223)를 포함한다.
승강구동부(222)는 베이스(B) 상면에 수직하게 배치되어 있다. 승강구동부(222)는 액추에이터(actuator)를 포함한다. 액추에이터는 작동유, 압축공기 등의 작동유체 압력으로 작동할 수 있다. 액추에이터의 하우징은 베이스(B)에 지지되어 있으며 로드는 작동유체 작동에 따라 하우징에서 인출될 수 있다.
승강몸체(223)는 승강구동부(222)를 사이에 두고 베이스(B)와 마주하며 로드와 연결되어 있다. 승강몸체(223)는 로드의 작동에 따라 그 위치가 달라질 수 있다. 이에 로드가 하우징에서 인출되면 승강몸체(223)는 상승하여 베이스(B)에서 멀어지는 방향으로 이동한다. 이와 반대로 인출된 로드가 하우징으로 인입되면 승강몸체(223)는 하강하여 베이스(B)와 가까워지는 방향으로 이동한다.
위 설명에서 승강구동부(222)를 작동유체를 작동유 또는 압축공기로 사용하는 액추에이터로 설명하였으나, 승강구동부(222)는 전동 실린더, 볼 스크류 등을 포함할 수 있다. 승강구동부(222)는 승강몸체(223)를 승강시킬 수 있는 것이라면 다양한 구조가 적용될 수 있다.
본체부(21)는 용기(211), 덮개(212) 및 연결로드(213)를 포함한다.
용기(211)는 베이스(B)에 결합되어 있고 내부에는 상면 방향으로 개방된 제조공간(211a)이 형성되어 있다. 개방된 상면을 통해 제조공간(211a)으로 2종 이상의 레진의 소재가 공급될 수 있다. 그러나 용기(211)에는 레진의 소재가 공급되는 별도의 공급홀(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 레진의 소재는 에폭시(Epoxy) 등과 같은 열경화성 플라스틱(Thermopset plastic)으로 일액형, 이액형 등 일 수 있다. 레진의 소재는 제조공간(211a)에서 용융되고 혼합될 수 있다. 용기(211)의 하부에는 용융된 소재를 배출하기 위한 배출구(211b)가 형성되어 있다.
이와 같은 용기(211)는 레진의 소재에 따라 용량에 따라 그 크기가 다양하게 변경될 수 있다.
덮개(212)는 용기(211)의 개방된 상면에 배치되어 있으며 기밀을 유지하도록 용기(211)와 덮개(212)가 접하는 부분에는 기밀부재(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 덮개(212)는 클램프(도시하지 않음) 따위의 고정수단을 통해 용기(211)와 결합될 수 있다.
덮개(212)에는 투명한 점검창(212a)이 형성되어 있다. 덮개(212)와 용기(211)가 결합된 상태에서 점검창(212a)을 통해 제조공간(211a)의 소재 상태를 육안으로 점검할 수 있다. 그러나 점검창(212a)은 용기(211)에도 형성될 수 있다.
한편, 덮개(212)는 소재 용량에 따라 변경되는 용기(211)들에 맞도록 범용적으로 형성되어 있다. 즉, 하나의 덮개(212)를 여러 개의 용기(211)에 사용할 수 있다. 이에 덮개(212)의 하면은 평면으로 형성되어 있다. 또는 용기(211)들에 맞게 덮개(212) 하면에는 밀착돌기부(도시하지 않음)가 형성될 수 있다.
연결로드(213)는 덮개(212)와 승강몸체(223)를 연결한다. 연결로드(213)는 덮개(212) 중앙에 위치하여 승강몸체(223)와 연결되어 있다. 그러나 연결로드(213)는 덮개(212) 상면 가장자리에서 원주방향을 따라 배열되어 승강몸체(223)와 덮개(212)를 연결할 수 있다. 승강몸체(223) 상승으로 덮개(212)는 용기(211)로부터 분리될 수 있다. 이와 반대로 용기(211)에서 분리된 덮개(212)는 승강몸체(223) 하강으로 용기(211)와 결합된다.
한편, 승강부(22)의 하강 압력에 의해 덮개(212)는 용기(211)에 더욱 밀착되어 기밀을 유지할 수 있다. 그리고 용기(211)와 덮개(212)는 제조공간(211a) 진공 시 변형되지 않는 강도를 갖는다.
교반부(23)는, 교반구동부(231), 샤프트(232) 및 블레이드(233)를 포함하며 제조공간(211a)에 수용된 소재를 혼합한다.
교반구동부(231)는 모터를 포함하며 승강몸체(223)에 배치되어 있다.
샤프트(232)는 일단이 교반구동부(231)의 구동축(도시하지 않음)과 연결되어 있으며 타단은 덮개(212)를 관통하여 제조공간(211a)에 위치하여 소재와 접촉할 수 있다. 여기서 샤프트(232)는 덮개(212) 중앙에 위치한 연결로드(213) 내부를 관통하여 제조공간(211a)에 위치한다. 샤프트(232)의 흔들림을 방지하고, 샤프트(232) 회전 시 연결로드(213) 내부와 마찰되지 않도록 연결로드(213) 내부둘레와 샤프트(232) 사이에는 베어링(도시하지 않음)이 배치되어 있다.
블레이드(233)는 제조공간(211a)에 위치하여 샤프트(232) 타단에 분리할 수 있게 결합되어 있다. 블레이드(233)는 용기(211)에 따라 교체될 수 있으며, 그 형상 또한 용기(211)에 따라 달라질 수 있다.
한편, 블레이드(233)에는 용기(211) 내부 바닥과 접하는 스크레이퍼(scraper)가 결합되어 있다. 스크레이퍼는 용융된 소재가 용기(211) 내부 바닥에 붙지 않도록 한다. 아울러, 도면 [도 3]에서 블레이드(233)가 샤프트(232) 하단에 1개 있는 것으로 도시하였으나, 블레이드(233)는 샤프트(232)의 상하길이 방향을 따라 배열될 수 있다. 이 경우 제조공간(211a)에 수용된 소재는 전체적으로 더욱 고르게 혼합할 수 있다.
교반구동부(231) 구동으로 회전하는 샤프트(232)에 의해 블레이드(233)는 제조공간(211a)에서 소재를 혼합한다. 이때 교반부(23)는 공급된 소재를 기설정된 시간 동안 혼합하여 소재들이 고르게 섞일 수 있도록 한다.
가열부(24)는 용기(211) 둘레면을 따라 전체적으로 배치되어 있다. 가열부(24)는 가열코일(heating coil), 오일, 물, 열매체, 면상발열체 따위를 포함할 수 있다. 이때 가열부(24)는 40℃ 내지 150℃ 열을 제조공간(211a)으로 가하여 혼합된 소재를 용융시킨다. 가열부(24)의 온도가 40℃ 미만인 경우 소재의 용융이 원활하게 이루어지지 않아 최종 복합재의 성능이 저하되어 성형 부품으로 사용될 수 없다.
가열부(24) 가열로 혼합된 소재는 기설정된 점도를 갖는 용융상태가 되어 유동할 수 있다.
한편, 용융된 소재의 점도에 따라 블레이드(233)는 샤프트(232)에서 교체될 수도 있다. 그리고 용기(211)의 외부둘레에는 단열재(도시하지 않음)가 배치되어 있으며, 단열재는 용기(211) 내부 열이 외부로 전달되는 것을 차단한다.
탈포부(25)는 진공배관(251) 및 진공펌프(252)를 포함하며 제조공간(211a)의 공기를 배출하여 제조공간(211a)을 진공상태로 형성한다.
진공배관(251)은 일단이 덮개(212)에 결합되어 그 내부가 제조공간(211a)과 연결되어 있다. 그러나 진공배관(251) 일단은 용기(211)에 분리할 수 있게 연결될 수 있다. 이 경우 교체되는 용기(211)에 결합될 수 있다.
진공펌프(252)는 진공배관(251) 타단에 결합되어 있다. 진공펌프(252) 작동으로 제조공간(211a)의 공기가 배출되며 제조공간(211a)은 진공상태가 될 수 있다. 이때 제조공간(211a)의 진공압력은 740 내지 760 mmHg일 수 있다. 제조공간(211a)의 압력은 작업 상태에 따라 달라질 수 있다.
한편, 진공펌프(252)는 교반부(23) 작동 시 동시에 작동하여 제조공간(211a)의 공기를 배출할 수 있다. 교반부(23) 작동으로 공기 배출 효율이 높아질 수 있다.
이송부(26)는, 이송배관(261), 온도 유지부(262)를 포함한다.
이송배관(261)은 용기(211)와 오븐(10)을 연결하여 용융된 소재(이하 레진이라 함)를 오븐(10)의 금형으로 공급한다. 이송배관(261)의 일단은 용기(211)의 배출구(211b)와 연결되어 있다. 이송배관(261)에는 이송펌프(도시하지 않음)가 결합되어 있다. 또한, 이송배관(261)에는 레진의 이송을 제어하기 위한 밸브(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 탈포부(25) 작동으로 제조공간(211a)이 진공상태를 유지하므로 공기가 제거된 레진만이 오븐(10)으로 공급될 수 있다.
온도 유지부(262)는 이송배관(261)에 전체적으로 배치되어 있으며 용융된 소재가 이송배관(261)을 따라 이송될 때 온도가 떨어지지 않도록 한다. 온도 유지부(262)는 가열코일, 면상발열체 따위를 포함할 수 있으며 이송배관(261) 둘레를 감싸고 있을 수 있다. 또한, 온도 유지부(262)는 오일, 물, 열매체 따위의 작동유체일 수 있으며 이 경우 이송배관(261)의 둘레에는 작동유체가 유동하는 배관이 설치될 수 있다.
그러나 온도 유지부(262)는 이송배관(261) 내부둘레에 배치될 수 있다. 한편, 이송배관(261) 외부둘레에는 온도 유지부(262)의 열이 외부로 전달되는 것을 차단하기 위한 단열재(도시하지 않음)가 배치될 수 있다.
한편, 이송배관(261)에는 제어부(28)와 연결되어 있으며 이송되는 용융 소재의 온도를 측정하는 온도 감지부(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 온도 감지부는 제어부(28)와 연결되어 있다. 이에 이송배관(261)의 통해 이동되는 레진의 온도를 실시간으로 점검할 수 있다.
온도 감지부(27)는 제조공간(211a)에 위치하여 소재의 온도를 감지하고 데이터를 제어부(28)로 전송한다. 온도 감지부(27)는 덮개(212)에 결합되어 제조공간(211a)에 위치한다. 그러나 온도 감지부(27)는 샤프트(232) 내부에 배치되거나, 용기(211)의 내부둘레에 위치할 수 있다. 온도 감지부(27)는 블레이드(233)와 간섭되지 않는 범위 내에서 제조공간(211a)에 자유롭게 배치될 수 있다. 이에 온도 감지부(27) 결합구조 및 위치에 대해 특별히 한정하지 않는다.
한편, 제어부(28)를 통해 제조공간(211a)으로 공급되는 소재의 유입량과 이송부(26)를 통해 오븐(10)으로 주입되는 소재(레진)의 주입량을 기록 저장할 수 있다. 또한 제어부(28)를 통해 소재의 데이터를 실시간으로 확인할 수 있다.
다음은 위에서 설명한 복합재 제조 장치의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 승강부(22) 상승으로 용기(211)와 덮개(212)가 분리된 상태에서 제조공간(211a)으로 레진의 소재들을 공급한다. 그리고 레진의 소재 용량 및 용기(211) 규격에 따라 블레이드(233)는 교체한다.
레진의 소재 공급이 완료되면 승강부(22)를 하강시켜 용기(211)와 덮개(212)를 결합하여 제조공간(211a)을 밀폐시킨다.
용기(211)의 제조공간(211a)에 레진의 소재가 수용된 상태에서 가열부(24)는 제조공간(211a)으로 열을 가한다. 열에 의해 레진의 소재가 용융되면 교반부(23)를 이용하여 용융된 소재를 혼합한다. 이에 레진의 소재들이 전체적으로 균일하게 혼합될 수 있다. 한편, 교반부(23)는 가열부(24)가 제조공간(211a)으로 열을 가하기 전에 레진의 소재들을 혼합할 수 있다.
레진의 소재가 용융되고 혼합되면 탈포부(25)를 작동시켜 제조공간(211a)을 진공상태로 형성하여 제조공간(211a)의 공기를 배출한다. 이때 교반부(23)를 작동시켜 용융된 레진의 소재 내의 공기도 배출시킨다. 이에 공기의 배출 효율이 높아질 수 있다.
한편, 레진의 소재를 용융하고 혼합할 때 온도 감지부(27)를 이용하여 제조공간(211a)의 온도를 측정하며, 제어부(28)는 온도 감지부(27)에서 감지된 온도를 저장하고 데이터화한다.
점검창(212a)을 통해 제조공간(211a)에서 레진의 소재가 용융되고, 혼합되는 것을 확인한다. 또한 탈포부(25) 작동으로 제조공간(211a)의 진공 상태를 육안으로 확인한다.
제조공간(211a)의 진공으로 공기가 배출되면 이송배관(261)을 통해 용융된 소재를 오븐(10)을 이송하여 금형에 공급한다. 이때 온도 유지부(262)가 이송배관(261) 내부로 열을 가하고 있어 이송되는 소재의 온도는 저하되지 않는다. 용융된 소재(레진)는 최적의 온도를 유지한 상태로 금형에 공급될 수 있다.
한편, 제어부(28)는 용기(211)에서 오븐(10)으로 이송되는 레진의 용량을 기록하고 저장할 수 있으며 모니터로 나타낼 수 있다. 기록된 데이터를 통해 추후 제품에 대한 소재 소요 예측이 가능하고, 소재 소모를 최소화할 수 있다. 또한 적절한 양이 주입되는 것을 확인하여 제품의 품질을 모니터링 할 수 있다.
금형에 레진의 주입이 완료되면 이송배관(261)의 제어부(28) 제어로 밸브가 작동하여 레진의 주입이 중단될 수 있다.
금형은 레진 주입 시 진공상태가 되며 금형으로 주입된 레진은 금형에 적층된 섬유시트 또는 프리폼에 침투되어 복합재를 형성한다.
본 실시예에 따르면, 용기로 공급된 레진의 소재들이 용기 내에서 가열, 혼합, 탈포 공정이 진행되면서 공정 시간이 짧아지며 레진의 열 손실을 최소화할 수 있다. 이에 레진을 최적의 상태로 유지한 상태에서 오븐에 공급하여 성형품의 성형 품질이 향상될 수 있다.
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.

Claims (9)

  1. 베이스,
    상기 베이스에 배치되어 있고, 레진의 소재가 수용될 수 있는 제조공간을 가지며 일면이 개방된 본체부,
    상기 베이스에 배치되어 상기 본체부와 이웃한 승강부,
    상기 승강부와 연결되어 있으며 일부분이 상기 제조공간에 위치하여 상기 소재를 혼합하는 교반부,
    상기 본체부에 배치되어 있고 혼합된 상기 소재를 용융시키는 가열부,
    상기 제조공간의 공기를 배출하는 탈포부 및
    상기 본체부와 연결되어 있고 상기 제조공간에서 용융된 소재를 이송하는 이송부
    를 포함하는 레진 주입 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제조공간에 배치되어 있는 온도 감지부를 더 포함하는 레진 주입 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 본체부는,
    상면이 개방되어 있으며 내부에 상기 제조공간이 형성된 용기,
    상기 용기의 개방된 상면에 배치되어 있으며 상기 용기 내부를 확인할 수 있는 덮개 및
    상기 덮개와 상기 승강부를 연결하는 연결로드
    를 포함하는
    레진 주입 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 가열부는 상기 용기의 둘레면을 따라 배치되어 있는 레진 주입 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 승강부는,
    상기 베이스에 수직하게 배치되어 있는 승강구동부 및
    상기 본체부 위에 위치하고, 상기 승강구동부와 상기 연결로드를 연결하는 승강몸체
    를 포함하는
    레진 주입 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 교반부는,
    상기 승강몸체에 배치되어 있는 교반구동부,
    상기 교반구동부와 연결되어 있고 일부분이 상기 제조공간에 위치하는 샤프트 및
    상기 제조공간에 위치하고 상기 샤프트와 분리할 수 있게 연결된 블레이드
    를 포함하는
    레진 주입 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 샤프트는 상기 연결로드를 관통하는 레진 주입 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 본체부, 상기 승강부, 상기 교반부, 상기 가열부, 상기 탈포부 및 온도 유지부와 연결되어 있고, 상기 소재를 제어하고 상태를 표시하는 제어부를 더 포함하는 레진 주입 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 선택된 어느 한 항에 정의 되어 있는 레진 주입 장치 및
    상기 레진 주입 장치와 연결되어 있으며 섬유시트 또는 프리폼이 적층될 수 있는 오븐
    을 포함하며,
    상기 레진 주입 장치는 용융된 레진을 적층된 상기 섬유시트 또는 프리폼으로 주입하는
    복합재 제조 장치.
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