KR100769848B1 - 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법 및 그 증진구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 튜브의 내압에 의한 구조 파괴 성능을 증진시키고자 등방성 재료인 금속 튜브의 구조적으로 취약한 원주 방향에 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층 보강할 때, 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 필라멘트 와인딩 공법으로 원주 방향으로 장력 하에서 적층하면 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 에폭시 수지 층이 매우 얇게 된다. 이어서 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 오븐경화 후에 냉각할 때 금속 튜브와 경화된 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층은 상호간에 열팽창계수의 심한 차이에 의해 접착 경계면에 완충 역할을 하는 수지층이 얇게 되면 금속 튜브와 경화된 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 미접착이 발생된다. 본 발명은 이에 대한 대비책으로 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 접착 계면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층과 동일한 에폭시 수지를 갖는 일정두께의 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 유지하여 접착력을 증진시킬 수 있도록 한 것이다.
Description
도 1은 본 발명에 의한 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진구조를 보인 개략 종단면도.
[도면에 나타난 주요 부호에 대한 설명]
1 : 금속 튜브 2 : 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층
3 : 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층
본 발명은 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법 및 그 증진구조에 관한 것으로, 금속 튜브의 내압에 의한 구조 파괴 성능을 증진시키고자 등방성 재료인 금속 튜브의 구조적으로 취약한 원주 방향에 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층 보강할 때, 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 접착 계면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층과 동일한 에폭시 수지를 갖는 일정두께의 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 유지하여 접착력을 증진시킬 수 있도록 한 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법 및 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진구조에 관한 것이다.
일반적으로 등방성 재료인 금속 튜브는 내압을 받게 되면 축방향보다 원주방향으로 2배의 응력이 가해지며, 금속 튜브의 구조적으로 취약한 원주 방향에 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층 보강하면 내압을 받는 조건에서 축방향과 원주방향으로 동일한 응력이 가해지도록 할 수 있다.
그러나 금속 튜브 외면에 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 원주방향으로 적층하게 되면 탄소섬유에 가해지는 장력에 의해 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 에폭시 수지 층은 탄소섬유 사이로 통해서 외부 쪽으로 많이 몰리게 되고 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 에폭시 수지 층은 얇아진다.
이어서 에폭시 수지를 오븐(1500C)에서 경화시키게 되면 금속 튜브가 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층보다 높은 열팽창계수를 가지므로 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이의 에폭시 수지는 재차 탄소섬유 사이로 해서 표면 쪽으로 밀리게 된다.
그러므로 에폭시 경화공정에 의해 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이의 에폭시 수지층은 더욱더 얇아지게 된다.
이어서 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 경화공정 후에 냉각할 때 금속 튜브가 경화된 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층보다는 열팽창계수가 큰 값을 가지므로 경화온도(1500C)에서 상온으로 냉각할 때 금속 튜브는 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층보다 더욱 많이 줄어들려고 한다. 이때 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 에폭시 수지 층은 완충 역할을 하게 되는데, 앞서 기술한 이유로 해서 접착 경계면에 완충 역할을 하는 수지층이 얇게 되면 금속 튜브와 경화된 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 미접착이 발생된다. 기존에 이러한 문제점을 해결하고자 아래와 같이 여러 가지 방법들이 수행되었다.
금속 튜브 외면에 접착제를 도포하고 미리 경화시킨다. 이어서 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층한다. 단점으로는 미리 접착제를 도포하고 경화해야 하므로 공정시간이 길어지고 경화된 접착제 표면은 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층과 접착력이 떨어진다. 다른 공법으로는 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 별도로 제작하고 이것을 금속 튜브에 접착제로 이용하여 조립한다. 단점으로는 접착제 자체를 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이를 100% 채우는 것이 매우 어려우므로 접착강도의 저하를 유발한다. 또 다른 공법으로는 금속 튜브 외면에 에폭시 접착제 필름을 설치하고 이어서 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층하고 동시 경화하는 방법이다. 단점으로는 에폭시 접착제 필름과 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층과 동일한 화학구조를 아니므로 에폭시 접착 필름과 필라멘트 와인딩에 사용되는 에폭시 수지와의 계면에서 접착력 저하를 유발할 수 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고 효율적인 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 접착력 증진 방안을 개발하기 위하여 연구 노력하였으며, 이와 같은 본 발명의 목적은 금속 튜브의 내압에 의한 구조 파괴 성능을 증진시키고자 등방성 재료인 금속 튜브의 구조적으로 취약한 원주 방향에 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층 보강할 때, 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 접착 계면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층과 동일한 에폭시 수지를 갖는 일정두께의 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 유지하여 접착력을 증진시킬 수 있게 되는 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법 및 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진구조를 제공하기 위한 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이의 접착 계면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층과 동일한 에폭시 수지를 갖는 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 갖도록 제조하는 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법을 제공한다.
그리고 상기 부직포의 두께를 조절하여 원하는 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층 두께를 갖도록 제조하는 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진구조를 보인 개략 종단면도로서 금속 튜브(1)의 외면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3)을 적층되고, 금속 튜브(1)와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3) 사이에 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2)이 적층된 구성으로 되어 있으며, 상기 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2)은 필라멘트 와인딩 공법으로 원주방향으로 적층된 구성으로 되어 있다.
본 발명에 의한 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법은 금속 튜브(1)의 외면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3)을 적층함에 있어서, 상기 금속 튜브(1)의 외면에 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2)을 적층하는 단계와, 상기 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2)의 외면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3)을 적층함을 특징으로 하고 있다.
공법의 순서로는 우선 금속 튜브(1) 외면에 필라멘트 와인딩에 사용되는 에폭시 수지를 바른다. 이어서 일정한 두께를 갖는 부직포를 1장 튜브에 감싸고 압착하면 부직포 안으로 에폭시 수지가 침투되어 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2)이 형성된다. 이어서 필라멘트 와인딩 공법으로 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3)을 금속 튜브(1)의 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2) 표면에 원주방향으로 적층하면 탄소섬유에 가하여지는 장력에 의해 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 압착하지만 부직포 자체의 압착 두께 이상으로는 누를 수는 없다.
이어서 에폭시 수지를 오븐(1500C)에서 경화를 하게 되면 금속 튜브(1)가 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3) 보다 높은 열팽창계수를 가지므로 금속 튜브(1)와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3) 사이의 에폭시 수지를 재차 탄소섬유 사이로 해서 표면 쪽으로 밀게 되더라도 부직포 압착 두께 이상은 압착되게 할 수 없다.
그러므로 부직포 압착 두께의 안에 있는 에폭시 수지는 자연스럽게 일정한 에폭시 접착 두께를 유지 할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진구조를 채용하여 금속 튜브(1)와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3) 사이의 접착 계면에 일정한 두께의 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2)을 적층한 후, 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3)을 적층하게 되면 에폭시 수지가 경화(1500C)된 후 상온으로 냉각되는 동안에 금속 튜브(1)와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3)의 열팽창계수의 차이에 의해 계면에 발생하는 잔류 응력을 일정한 두께를 갖는 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층(2)이 흡수하게 되어 금속 튜브(1)와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층(3) 사이에 발생하는 미 접착을 방지한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 열팽창계수의 차이에 의해 계면에 발생하는 잔류 응력을 일정한 두께를 갖는 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층이 흡수하게 되어 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층 사이에 발생하는 미 접착을 방지하여 접착력을 증진하는 이점이 있다.
Claims (4)
- 금속 튜브의 외면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층함에 있어서, 상기 금속 튜브의 외면에 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층하는 단계와, 상기 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 외면에 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층함을 특징으로 하는 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 적층하는 단계에서는 상기 금속 튜브 외면에 에폭시 수지를 바른 후, 일정한 두께를 갖는 부직포를 튜브에 감싸고 압착함으로써 부직포 안으로 에폭시 수지를 침투시켜 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서 상기 부직포의 두께를 조절하여 원하는 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층 두께를 갖도록 제조함을 특징으로 하는 금속 튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력 증진방법.
- 금속튜브;상기 금속튜브의 외면에 적층된 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층; 및상기 부직포 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 외면에 적층된 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속튜브와 탄소섬유 및 에폭시 수지로 이루어진 층의 접착력이 증진된 금속튜브 구조물.
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