KR101278528B1

KR101278528B1 - Hollow composite structural articles formed by incremental pressure assisted resin transfer molding and method for making the same

Info

Publication number: KR101278528B1
Application number: KR1020110033106A
Authority: KR
Inventors: 김조권
Original assignee: 김진형; 김치형
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2013-06-25
Also published as: KR20120115665A

Abstract

본 발명은 수지 함침 섬유 복합재료로 이루어진 전주나 풍력발전 타워 등의 중공형 구조재에 관한 것이다.
본 발명에서는 중공 복합재료 구조재의 성형시 보강섬유가 위치한 몰드 내로 주입된 수지의 내주면 전체 영역에 걸쳐 시트상의 유연 몰드를 통해서 점증적인 압력이 가해지도록 하는 한편 몰드를 회전시켜 보강섬유를 재정돈함으로써 원활한 수지의 함침이 이루어지도록 함에 기술적 특징을 두고 있다.
본 발명의 복합재료 구조재는 내면에 유연몰드가 일체로 융착 또는 부착되어 매끄러운 내부 표면을 확보할 수 있음과 아울러 그 내부 표면에 의해 수분의 침투가 방지됨으로써 제품의 내구성 향상을 도모할 수 있다.The present invention relates to hollow structural materials such as electric poles and wind power towers made of resin impregnated fiber composites.
In the present invention, when the hollow composite structural member is molded, the pressure is applied gradually through the sheet-like flexible mold over the entire inner peripheral surface of the resin injected into the mold where the reinforcing fibers are located, while the mold is rotated to smooth the reinforcing fibers. The technical characteristics of the resin impregnation is to be made.
In the composite structural material of the present invention, the flexible mold is integrally fused or attached to the inner surface to secure a smooth inner surface, and the penetration of moisture is prevented by the inner surface, thereby improving the durability of the product.

Description

점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재 및 그 제조 방법{Hollow composite structural articles formed by incremental pressure assisted resin transfer molding and method for making the same} Hollow composite structural articles formed by incremental pressure assisted resin transfer molding and method for making the same}

본 발명은 수지 함침 섬유 복합재료로 이루어진 전주나 풍력발전 타워 또는 상,하수관 등의 대형의 중공 구조재에 관한 것으로, 특히 구조재의 성형시 보강섬유가 위치한 몰드 내로 주입된 수지의 내주면 전체 영역에 걸쳐 있는 고분자 플라스틱 필름(film)이나 시트(sheet) 상의 유연몰드를 통해서 점증적인 압력이 가해지도록 하여 수지의 원활한 함침이 이루어지도록 한 중공 복합재료 구조재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to large hollow structural members such as electric poles, wind power towers or water and sewage pipes made of a resin impregnated fiber composite material. The present invention relates to a hollow composite structural material and a method of manufacturing the same, wherein a progressive pressure is applied through a flexible mold on a polymer plastic film or sheet.

통상적으로 전주로 대표되는 길이가 긴 중공형 복합재료 성형물의 제조방법으로는 인발법(pultrusion process), 필라멘트 와인딩법(filament winding process) 및 원심주조법(centrifugal casting process)이 알려져 있다.Conventionally, a pultrusion process, a filament winding process, and a centrifugal casting process are known as a method of manufacturing a long hollow composite molded article represented by electric poles.

먼저, 인발법은 연속 보강섬유에 수지를 함침시켜 단면이 일정한 형상의 가열된 다이(die)를 통과시켜 성형하는 방법으로, 자동화 및 대량생산에 유리함과 아울러 길이방향을 따라 단면이 일정한 파이프 형상의 제품에 적합하다. 그러나, 인발법에서는 제품 단면의 변화가 어렵고 보강섬유도 주로 길이방향으로 정렬되어 취약한 후프 응력(hoop stress)를 나타내기 때문에 길이방향을 따라 직경을 달리하는 테이퍼상의 전주나 타워의 제조방법으로는 적합하지 않다.First, the drawing method is a method in which a continuous reinforcing fiber is impregnated with resin and formed by passing a heated die having a constant cross section, which is advantageous for automation and mass production, and has a constant cross section along the longitudinal direction. Suitable for the product However, in the drawing method, it is difficult to change the cross section of the product, and the reinforcing fibers are mainly aligned in the longitudinal direction to show a weak hoop stress. Therefore, it is suitable as a method of manufacturing tapered poles or towers of different diameters along the longitudinal direction. Not.

다음, 필라멘트 와인딩법은 완제품의 내주면 형상과 일치하는 외주면을 갖는 맨드렐의 표면부에 수지통을 통과시킨 보강섬유를 권회시키는 방식으로서, 테이퍼를 갖는 전주 등의 제품 생산에 주로 이용되고 있다. 필라멘트 와인딩법에서는 보강섬유의 권회각(helical degree) 조절을 통해서 주어진 범위 내에서 최적의 강도가 유지되도록 하게 되나, 그러한 권회각도는 일정 범위 내로 제한될 수밖에 없기 때문에 완성제품에서 요구되는 품질특성으로서의 굽힘하중에 저항할 수 있을 정도의 고강도를 유지하기 위해서는 필요 이상의 원료 소모가 불가피하게 된다. Next, the filament winding method is a method of winding the reinforcing fibers passed through the resin barrel on the surface portion of the mandrel having an outer circumferential surface that matches the shape of the inner circumferential surface of the finished product, and is mainly used for production of products such as electric poles having a taper. In the filament winding method, the optimal strength is maintained within a given range by adjusting the helical degree of the reinforcing fiber, but such a winding angle is inevitably limited to a certain range, and thus bending as a quality characteristic required in the finished product. In order to maintain a high strength enough to withstand loads, it is inevitable to consume more raw materials than necessary.

또한, 필라멘트 와인딩법은 개방형 몰드를 사용하기 때문에 수지의 소모가 많고 휘발성 유기화합물(VOC)가 대기 중에 그대로 방출되어 환경문제를 초래하는 문제점이 있다. 이에 더하여, 상기 방법에서는 수지의 점성을 고려하여 권회공정 중에 원심력에 의해 수지가 비산되지 않을 정도의 권회속도를 유지하여야 함에 따른 생산효율의 저하라는 단점도 아울러 지적되고 있다.In addition, since the filament winding method uses an open mold, there is a problem in that a lot of resin is consumed and volatile organic compounds (VOC) are released in the air as it is, causing environmental problems. In addition, the above method is also pointed out that the production efficiency is lowered by maintaining the winding speed such that the resin is not scattered by the centrifugal force in consideration of the viscosity of the resin.

한편, 원심주조법은 보강섬유가 권회된 맨드렐을 몰드에 장입하고, 이를 원심주조기에 장착하여 회전상태에서 몰드 내부로 수지를 주입함으로써 원심력에 의해 섬유와 수지의 일체화가 이루어지도록 하는 방식이다. 이와 같은 원심주조법에서는 테이퍼를 갖는 제품의 경우에는 길이방향 반경 변화로 인한 원심력의 차이로 수지의 쏠림현상이 초래되어 보강섬유에 수지를 원활하게 함침시키기 어려울 뿐만 아니라, 비교적 낮은 섬유체적율(fiber volume fraction)를 갖게 되어 고강도와 고강성의 실현이 어렵게 되어 고하중을 받는 구조재의 제조 방법으로는 적합하지 못한 것으로 지적되고 있다.On the other hand, the centrifugal casting method is a method of charging the mandrel wound around the reinforcing fibers in the mold, mounted on the centrifugal caster and injecting the resin into the mold in a rotating state so that the fiber and the resin are integrated by centrifugal force. In the centrifugal casting method, in the case of a tapered product, the resin tends to be pulled out due to the difference in centrifugal force due to the change in the radius of the longitudinal direction. It is pointed out that it is difficult to realize high strength and high rigidity, and thus it is not suitable for the method of manufacturing a structural material subjected to high load.

상기 종래의 필라멘트 와인딩법과 원심주조법에서 지적되고 있는 문제점들을 감안하여 본원인이 개발한 "공기압을 이용한 섬유강화 플라스틱재 전신주 및 그 제조방법"이 특허 제852682호에 개시되고 있다.In view of the problems pointed out in the conventional filament winding method and centrifugal casting method, the present invention discloses a "telegen fiber reinforced plastic material pole using air pressure and its manufacturing method" disclosed in Patent No. 852682.

상기 본원인의 선등록 특허에서는 공기압을 이용하여 중공 구조재로 이루어진 섬유강화플라스틱재 전신주를 성형함에 있어서, 보강섬유가 권회된 상태로 몰드에 장입되는 맨드렐의 중공부에 튜브재를 삽입하고, 맨드렐을 몰드에서 이탈시킨 후 튜브재는 그대로 남겨두고, 상기 튜브재에 공기를 주입하여 팽창시킴으로써 수지의 내주면을 압착하도록 하는 데에 기술적 특징을 두고 있다. In the pre-registered patent of the present applicant, in forming the fiber-reinforced plastic material pole of the hollow structural material by using the air pressure, the tube material is inserted into the hollow part of the mandrel inserted into the mold with the reinforcing fibers wound, The technical feature is to press the inner circumferential surface of the resin by inflation by injecting air into the tube material and leaving the tube material as it is after the reel is removed from the mold.

상기 특허에서는 튜브재의 팽창에 의한 내주면 압착이 더해짐으로써 몰드와 튜브재 사이의 보강섬유로 주입된 수지의 보다 치밀한 함침이 이루어지게 되어 섬유체적율의 개선효과에 따른 보다 증대된 강도와 강성을 지닌 구조재를 제작할 수 있다는 장점이 기대되고 있다.In this patent, the compression of the inner circumferential surface by expansion of the tube material is added, resulting in a more dense impregnation of the resin injected into the reinforcing fiber between the mold and the tube material, thereby increasing the strength and rigidity of the structural material. The advantage of being able to produce is expected.

그런데, 상기 특허에서의 이러한 장점들은 어디까지나 튜브재가 제대로 역할을 수행하는 것을 전제로 할 때에 비로서 발현되는 것인바, 문제는 튜브재가 그와 같은 기능을 제대로 수행하도록 하는 데에는 아래와 같은 어려움이 있다는 데 있다.By the way, these advantages in the patent is expressed only when the premise that the tube material to play a role to the last, the problem is that the tube material has the following difficulties in properly performing such a function. have.

먼저, 튜브재는 신축성이 있는 고분자수지 필름이나 시트로 제작되는데, 그 형상은 팽창시에 몰드의 내주면 형상과 정확하게 일치하여야할 것이 요구된다. 그러나, 튜브재를 몰드의 내주면 형상에 정확히 맞추어 제작하는 것은 사실상 불가능하다. 그리고, 튜브재는 공기주입에 의한 팽창시 길이방향의 몸체부와 양측단 커버부분에서 팽창 방향이 틀리고, 이로 인해서 가열경화시 열팽창 정도에 차이가 발생하는 이음부에서 파열의 빈도가 특히 높게 된다. 또한, 필름형 튜브재는 열에 의한 성능의 열화로 인해서 재사용이 불가능하여 폐기물의 발생이 불가피하며, 시트형 튜브재의 경우 수회 정도의 재사용은 가능하나 이 역시 폐기물의 발생을 피할 수는 없다. First, the tube material is made of a stretchable polymer resin film or sheet, the shape of which is required to exactly match the shape of the inner peripheral surface of the mold upon expansion. However, it is virtually impossible to manufacture the tube material exactly to the shape of the inner peripheral surface of the mold. In addition, the tube material has a different expansion direction in the longitudinal body portion and both end cover portions when inflated by air injection, thereby causing a particularly high frequency of rupture at joints where a difference in thermal expansion occurs during heat curing. In addition, the film-like tube material is impossible to reuse due to the deterioration of performance due to heat, and the generation of waste is inevitable.

본 발명은 상기 종래의 중공형 구조재 제조방법에서 제기되는 제반 단점과 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 폐쇄형 몰드를 이용한 중공형 구조재를 성형함에 있어서 몰드의 내부벽에 보강섬유를 위치시키고 고분자 플라스틱 필름이나 시트로 이루어진 유연몰드가 보강섬유의 내주면 영역 전체에 밀착되도록 몰드 내부로 공기를 주입한 상태에서 상기 몰드의 내벽과 유연몰드 사이로 수지를 주입한 다음 몰드 내부의 공기압을 점증적으로 증가시켜 유연몰드를 통해 주입수지에 가해지는 압착력의 변화를 유도하여 보강섬유 내로 수지의 함침이 원활하게 이루어지도록 한 점증 압력 수지 성형에 의한 중공 복합재료 구조재 및 그 제조방법을 제공하는 데 발명의 목적을 두고 있다. The present invention was devised in view of all the disadvantages and problems raised in the conventional hollow structural member manufacturing method, in forming a hollow structural member using a closed mold, the reinforcing fibers are placed on the inner wall of the mold and the polymer plastic film or Injecting the resin between the inner wall of the mold and the flexible mold in a state in which air is injected into the mold so that the flexible mold made of sheet adheres to the entire inner circumferential surface area of the reinforcing fiber, and then gradually increasing the air pressure in the mold to form the flexible mold. It is an object of the present invention to provide a hollow composite structural material by an incremental pressure resin molding and a method of manufacturing the same by inducing a change in the compressive force applied to the injection resin to facilitate the impregnation of the resin into the reinforcing fibers.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 중공 복합재료 구조재 제조방법은 다음과 같다.Hollow composite material manufacturing method for achieving the above object of the present invention is as follows.

본 발명의 제조방법은, 완성제품의 형상과 일치하는 형태의 맨드렐 외면에 보강섬유직물을 권회하는 공정; 맨드렐의 중공부 내로 유연몰드와 에어자켓을 삽입하는 공정; 맨드렐을 회전기 상에 장착된 몰드 내부에 장입하는 공정; 회전기 구동에 의한 몰드의 회전으로 보강섬유가 몰드 내벽에 정렬되도록 하는 1차 성형과 아울러 맨드렐을 몰드로부터 이탈시키는 공정; 유연몰드의 양측 단부를 몰드에 고정시키고 에어자켓을 몰드로부터 이탈시키는 공정; 몰드의 양측부에 밀폐용 커버를 체결하여 몰드 내부를 밀폐시키고 몰드의 일측으로부터 몰드 내부로 공기를 주입하는 공정; 몰드의 길이방향을 따라 구비된 다수 개의 에어벤트를 통해 몰드 내벽과 유연몰드 사이의 공간이 진공상태로 되도록 하는 공정; 몰드의 길이방향을 따라 구비된 다수개의 수지 주입구를 통해 상기 진공상태의 몰드 내부 영역으로 수지를 주입하는 공정; 수지의 주입 완료후 몰드의 일측으로부터 몰드 내부로 시차를 두고 점증적으로 압력이 증가되도록 단계적으로 공기를 주입하여 유연몰드를 통해 주입 수지로 점증 압력이 가해지도록 하는 공정; 몰드 내부의 압력을 낮추고 회전기를 통해 저속으로 회전시켜 보강 섬유의 재배열이 이루어지도록 하는 공정; 몰드 내부의 압력을 높여 수지 여유분과 에어 트랩을 에어벤트를 통해 배출시키는 공정; 경화로에서의 주입 수지의 고온경화가 이루어지도록 하는 공정을 포함하여 이루어진다.The manufacturing method of the present invention comprises the steps of winding a reinforcing fiber fabric on the outer surface of the mandrel of a shape consistent with the shape of the finished product; Inserting the flexible mold and the air jacket into the hollow portion of the mandrel; Charging a mandrel into a mold mounted on a rotator; A step of detaching the mandrel from the mold as well as the primary molding so that the reinforcing fibers are aligned with the mold inner wall by rotation of the mold by driving the rotor; Fixing both ends of the flexible mold to the mold and removing the air jacket from the mold; Fastening a sealing cover to both sides of the mold to seal the inside of the mold and injecting air into the mold from one side of the mold; Making a space between the mold inner wall and the flexible mold into a vacuum state through a plurality of air vents provided along the longitudinal direction of the mold; Injecting the resin into the mold inner region of the vacuum state through a plurality of resin inlets provided along the longitudinal direction of the mold; Injecting air step by step so that pressure increases gradually from one side of the mold to the inside of the mold after completion of the injection of the resin, such that incremental pressure is applied to the injection resin through the flexible mold; Lowering the pressure inside the mold and rotating at a low speed through the rotor to rearrange the reinforcing fibers; Increasing the pressure in the mold to discharge the resin margin and the air trap through the air vent; It includes a step of allowing high temperature curing of the injection resin in the curing furnace.

상기의 본 발명 제조방법을 통해 제조되는 중공 복합재료 구조재는 내벽에 유연몰드가 일체로 융착 또는 부착되어 매끄러운 내면층을 형성하며, 보강섬유와 그 주위의 수지 사이에는 성형공정 중에 가해지는 유연몰드를 통한 점증 압력에 의해서 원활한 수지의 함침이 이루어짐에 기인하여 70% 이상의 높은 섬유체적율을 나타낸다.The hollow composite structural material produced by the above-described manufacturing method of the present invention is a flexible mold integrally fused or attached to the inner wall to form a smooth inner layer, and a flexible mold applied during the forming process between the reinforcing fibers and the resin around it. It shows a high fiber volume ratio of 70% or more due to the smooth impregnation of the resin by the increasing pressure through.

본 발명의 일차적인 기술적 특징은 내부가 밀폐된 상태로 회전가능하게 설치된 몰드의 원통형 내벽면에 대하여 유연몰드가 균일한 압력을 점증적으로 가하도록 함으로써 보강섬유의 주위로 주입된 수지의 함침이 원활하게 이루어지도록 한 데에 있다.The primary technical feature of the present invention is to smoothly impregnate the resin injected around the reinforcing fiber by gradually applying a uniform pressure to the flexible mold against the cylindrical inner wall of the mold rotatably installed with the inside sealed. To be done.

이때, 상기 유연몰드가 몰드 내부의 보강섬유 배면에 위치하도록 하기 위한 운반수단으로서 에어자켓이 사용되는 바, 이때 사용되는 에어자켓은 유연몰드를 일시적으로 소정의 위치에 위치시키도록 하는 역할만을 수행하는 것으로서, 앞서 언급된 바의 본인의 선등록 특허에서의 튜브재와는 아래의 점에서 기술적 차이점을 보인다.In this case, an air jacket is used as a conveying means for positioning the flexible mold on the rear surface of the reinforcing fiber in the mold, and the air jacket used only serves to temporarily position the flexible mold at a predetermined position. As the above, it shows a technical difference from the tube material in my own pre-registered patent as mentioned above in the following points.

상기 선등록 특허에서의 튜브재는 그 자체가 공기 주입에 의한 팽창으로 몰드 내부의 주입수지 내면에 직접 접촉하여 수지에 대하여 압력을 가함에 따라 팽창상태의 튜브재 외주면 형상이 완성제품의 내주면을 형성하는 일종의 몰드로 작용하게 되나, 본 발명에서의 에어자켓은 유연몰드를 몰드 내부의 보강섬유 배면에 위치시키기 위한 운반 및 고정체로서의 역할을 하고 나서 몰드로부터 이탈되기 때문에 상기 선등록 특허에서의 튜브재와는 그 기능을 달리하고 있다. The tube member in the above-mentioned patent is itself in direct contact with the inner surface of the injection resin inside the mold by expansion by air injection and pressurizes the resin so that the shape of the outer peripheral surface of the tube member in the expanded state forms the inner peripheral surface of the finished product. It acts as a kind of mold, but the air jacket in the present invention acts as a carrier and stationary body for placing the flexible mold on the back of the reinforcing fibers inside the mold, and is then removed from the mold. Has a different function.

즉, 본 발명에서는 주입 수지에 대하여 직접적인 압력을 가함과 아울러 완성제품의 내면을 형성하는 부재는 에어자켓이 아닌 유연몰드라는 점에서 선등록 특허와 차이가 있다. 이와 같이, 본 발명의 에어자켓은 단순히 유연몰드의 운반 및 고정체 역할만을 하기 때문에 선등록 특허에서의 튜브재와 같이 그 형상에 대한 정밀성을 요하지 않음은 물론 상대적으로 저압이 작용되기 때문에 재질특성이 우수한 고가의 시트나 필름의 사용을 필요로 하지도 않는다.That is, in the present invention, the member that directly applies the pressure to the injection resin and forms the inner surface of the finished product is different from the pre-registered patent in that it is a flexible mold rather than an air jacket. As such, since the air jacket of the present invention merely serves as a carrier and a fixed body of the flexible mold, it does not require the precision of its shape like the tube material in the pre-registered patent, and of course, the material characteristics are low because the relatively low pressure is applied. It does not even require the use of excellent expensive sheets or films.

본 발명의 방법에서 유연몰드를 통해 주입 수지에 가해지는 압력의 변화를 통한 수지의 함침효율 증대 매커니즘을 설명하면 다음과 같다. The mechanism of increasing the impregnation efficiency of the resin through the change of the pressure applied to the injection resin through the casting mold in the method of the present invention is as follows.

일반적으로 섬유강화 복합재료는 보강섬유가 기지재료에 비해 우수한 물리적 특성을 지니고 있기 때문에 섬유함유율이 높을수록 바람직하다. 그러나 섬유함유율이 증가하면 섬유 사이의 미세관로(micro-channel)는 감소하여 수지가 섬유 사이로 채워지는 것이 어렵게 된다. 한편, 미세관로를 보상하기 위하여 높은 주입압력을 가하게 되면 파이버 와쉬(fiber wash) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 파이버 와쉬는 압력구배가 충분히 커서 보강섬유를 원하는 위치 또는 방향으로 밀어낼 때 발생하게 되며, 그 결과로 최종 성형 제품에 불완전한 부분을 남기게 된다.In general, fiber-reinforced composite materials are preferred because the fiber content is higher because the reinforcing fibers have superior physical properties compared to the known materials. However, as the fiber content increases, the micro-channels between the fibers decrease, making it difficult for the resin to fill between the fibers. On the other hand, when a high injection pressure is applied to compensate for the micro-channel, a fiber wash phenomenon may occur. These fiber washes occur when the pressure gradient is large enough to push the reinforcing fibers in the desired position or direction, leaving incomplete parts in the final molded product.

본 발명에서는 이러한 파이버 와쉬를 제거하기 위한 방편으로 수지 주입 후 유연몰드를 통해 고압을 작용시킴과 아울러 몰드 전체를 회전기에서 적절한 회전수로 회전시킴으로써 보강섬유를 재정돈시켜 파이버 와쉬를 근원적으로 제거하는 한편 고압에 의한 주입시간을 현저하게 단축시키고 있다.In the present invention, as a means for removing such a fiber wash, while reinforcing the reinforcing fibers by resetting the reinforcing fibers by rotating the entire mold at an appropriate rotation speed in the rotating machine after the injection of the resin and the high pressure through the flexible mold while The injection time by high pressure is shortened significantly.

한편, 주입된 수지가 최소 저항의 경로를 따를 때 흐름전선(flow fronts)이 건조부분 주위에서 정지하는 경우라면, 높은 섬유밀도와 낮은 섬유밀도 사이에서, 주입 발생하는 공간적으로 불균일한 흐름전선은 미소 공간과 기공을 증가시킬 수 있다. On the other hand, if the flow fronts stop around the dry portion when the injected resin follows the path of least resistance, the spatially nonuniform flow wire that occurs between the high and low fiber densities is very small. It can increase space and pore.

통상적으로 파이버 와쉬를 피하기 위해 주입압력을 감소시키면서 신속한 주입을 위해 다중 주입구를 사용하게 되는데, 이와 같이 다중 주입구를 통해서 수지의 주입이 이루어지게 되면 다중 흐름전선이 발생하게 되고, 그에 따라 공기의 포집이 증가되어 기공이나 동공의 형성이 심해지게 된다.In general, multiple injection holes are used for rapid injection while reducing injection pressure to avoid fiber wash. When the injection of resin is performed through the injection holes, multiple flow wires are generated, and thus air collection is performed. This increases the formation of pores or pupils.

본 발명에서는 상기와 같은 다중 주입에 따른 문제점을 제거하기 위하여, 수지 주입 전에 몰드를 진공상태로 유지시킨 후 고압력으로 수지를 주입한다. 주입된 수지는 초기에 주입구 근방에서 파이버 와쉬를 형성하면서 보강섬유와 몰드 사이로 빠르게 전달된다. 인접하는 주입구 사이에서 흐름전선의 합류가 이루어지면 주입압력을 1기압 정도로 증가시킨다. In the present invention, in order to eliminate the problems caused by the multiple injection, the resin is injected at a high pressure after maintaining the mold in a vacuum state before the resin injection. The injected resin initially transfers quickly between the reinforcing fibers and the mold, forming a fiber wash near the inlet. When the flow wires are joined between adjacent injection ports, the injection pressure is increased to about 1 atmosphere.

이에 따라 기 형성된 파이버 와쉬가 소실되면서 수지는 더욱 빠르게 전체 보강섬유와 몰드 사이로 전달된다. 이후 압력을 증가시키게 되면 수지의 이동이 면내 이동에서 두께 방향으로 바뀌게 되어 신속한 수지의 함침이 가능하게 된다. As a result, the preformed fiber wash is lost and the resin is transferred more quickly between the entire reinforcing fiber and the mold. After the pressure is increased to move the resin from the in-plane movement to the thickness direction it is possible to quickly impregnate the resin.

본 발명에서는 수지의 두께방향 이동에서도 더욱 신속한 수지의 함침이 이루어지도록 하기 위해 두께방향 수지 투과속도를 결정하는 아래의 다르시의 법칙 (Darcy's Law)에서 압력조절(ΔP)과 이로 인한 κ의 조절에 의하여 2변수 제어를 적절히 함으로써 두께방향 수지함침을 신속하고 완전하게 한다.In the present invention, by the pressure control (ΔP) and the resulting κ in the Darcy's Law to determine the resin permeation rate in the thickness direction in order to achieve a faster resin impregnation even in the movement of the resin in the thickness direction Appropriate two-parameter control makes the thickness direction resin impregnation quick and complete.

여기서, q는 보강수지를 통과하는 수지량Where q is the amount of resin passing through the reinforcement resin

κ는 보강섬유의 유체 투과계수 κ is the fluid permeation coefficient of the reinforcing fiber

μ는 수지 점성 μ is resin viscosity

ΔP는 압력구배 ΔP is the pressure gradient

통상적인 수지 주입방법에서는 κ를 상수로 보고 오직 수지 주입압력 ΔP만에 의존한다. κ는 투과계수로서 물질 고유상수이지만 본 발명에서는 보강섬유의 투과계수를 유연몰드를 통한 압력조절로 조절할 수 있게 한다. 즉, 적층된 보강섬유에 압력이 가해지지 않으면 보강섬유 사이가 넓어져서 κ가 증가하고, 압력이 증가함에 따라 보강섬유 사이가 좁아져서 κ가 감소하게 된다.In the conventional resin injection method, κ is regarded as a constant and only depends on the resin injection pressure ΔP. κ is a material intrinsic constant as the permeability coefficient, but in the present invention, it is possible to control the permeability coefficient of the reinforcing fiber by pressure control through the flexible mold. That is, if pressure is not applied to the laminated reinforcing fibers, the reinforcing fibers are widened to increase κ, and as the pressure increases, the reinforcing fibers are narrowed to decrease κ.

이와 같이 본 발명에서는 1기압의 압력 증감속도를 ΔP=±1기압/30sec 내외로 유지함으로써 유연몰드를 통한 압력 조절로 상수인 κ를 변수화할 수 있게 된다. κ와 ΔP의 적절한 조절에 의하여 수지 주입속도를 향상시키는 새로운 메커니즘으로, 수지 주입 직전의 몰드는 진공상태이므로 상기와 같이 유연몰드에 압력의 증감을 주어 κ를 조절하면 수지의 주기적 흐름이 발생하여 흐름전선 사이의 보강섬유에 수지는 쉽게 함침이 이루어지게 된다.As described above, in the present invention, the pressure increase / deceleration rate of 1 atm is maintained at ΔP = ± 1 atm / 30 sec. Thus, the constant κ may be variable by adjusting the pressure through the flexible mold. As a new mechanism to improve the resin injection speed by appropriate control of κ and ΔP, the mold just before the resin injection is in a vacuum state. The resin is easily impregnated into the reinforcing fibers between the wires.

이후 유연몰드의 압력을 다시 1기압 이하로 낮추어 회전기 위의 몰드를 50rpm 정도로 회전시킴으로써 보강섬유의 위치를 재정돈하여 파이버 와쉬를 제거하고, 수지의 흐름전선에 나타날 수 있는 불완전 함침을 다시 한번 완전히 제거하여 완전함침이 이루어지게 한다.After lowering the pressure of the flexible mold to below 1 atm again, rotate the mold on the rotor by about 50rpm to reposition the position of the reinforcing fiber to remove the fiber wash and completely remove the incomplete impregnation that may appear on the flow line of the resin. To complete impregnation.

다시 유연 몰드 내 압력을 3기압 이상으로 높여 닫혀 있던 에어벤트를 개방하여 수지 여유분을 배출시킴으로서 보강섬유 체적함유량이 70% 이상으로 향상된다. In addition, by increasing the pressure in the flexible mold to 3 atm or more to open the closed air vent to discharge the resin margin, the volume of the reinforcing fiber is improved to 70% or more.

상기의 본 발명 제조방법을 통해 제조되는 중공 복합재료 구조재는 내벽면에 유연몰드가 일체로 융착 또는 부착되어 매끄러운 내부 표면을 확보할 수 있음과 아울러 그 내부 표면에 의해 수분의 침투가 방지됨으로써 제품의 내구성 향상을 도모할 수 있다.The hollow composite structural material manufactured through the above-described manufacturing method of the present invention can ensure a smooth inner surface by integrally fusion or attachment of a flexible mold on the inner wall, and also prevent the penetration of moisture by the inner surface of the product. Durability can be improved.

그리고 본 발명에서는 보강섬유와 그 주위의 수지 사이에는 성형공정 중에 가해지는 유연몰드를 통한 점증 압력에 의해서 원활한 수지의 함침이 이루어짐에 기인하여 70% 이상의 높은 섬유체적함유율을 나타냄으로써 중공의 길이가 긴 복합재료 구조재를 항공우주급의 품질로 제작할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, the hollow fiber has a high fiber volume content of 70% or more due to the smooth impregnation of the resin due to the increase in pressure through the flexible mold applied during the molding process between the reinforcing fiber and the surrounding resin. It is effective to manufacture composite structural materials with aerospace quality.

또한 본 발명에서는 맨드렐과 함께 몰드 내부로 장입되는 에어자켓은 단순히 유연몰드를 몰드 내벽측에 운반하기 위한 운반 및 고정체로서의 역할을 하고 나서 수지 주입 전단계에서 몰드 외부로 이탈되기 때문에 특별히 고가의 재질로 제작될 필요가 없으며 또한 그 형상의 정밀성도 요하지 않음은 물론 반복 재사용이 가능하다는 점에서 본원인 선등록 특허에서의 튜브재에서 초래되는 문제점과는 무관하다. In addition, in the present invention, the air jacket, which is charged into the mold together with the mandrel, serves as a carrier and a fixed body for simply conveying the flexible mold to the inner wall of the mold, and then is separated out of the mold in the pre-injection step of the resin. It does not need to be manufactured and also does not require the precision of the shape as well as it is possible to repeat reuse is irrelevant to the problems caused by the tube material in the pre-registered patent herein.

첨부된 도면은 본 발명 방법의 단계별 공정을 설명하기 위하여 공정 순서에 따른 성형과정을 예시적으로 보여주는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상이 이들 도면에 도시된 사항에 의해 한정되는 것은 아니다. 도시된 몰드 등을 포함한 장치는 본 발명의 방법을 수행함에 있어 바람직한 일실시예 구조를 보여주고 있는 것으로서, 그 구조는 공정 수행에 지장을 초래하지 않는 범위 내에서 본 발명이 속한 분야의 기술자에 의해 다양하게 변형 또는 수정되어 적용될 수 있을 것이다.
도1은 보강섬유가 적층된 맨드렐이 몰드 내부에 장착된 상태에 대한 단면도.
도2는 맨드렐 이탈 후 유연몰드와 에어자켓의 장착상태를 보인 단면도.
도3은 유연몰드의 양측 단부가 몰드에 고정된 상태를 보인 단면도.
도4는 에어자켓 이탈 후 밀폐구조의 몰드에 1차 압력이 가해진 상태에 대한 단면도.
도5는 수지 주입 초기의 유연몰드 상태를 보인 몰드에 대한 단면도.
도6은 압력 증가 후 유연몰드 상태를 보인 몰드에 대한 단면도.The accompanying drawings are shown as an example of the molding process according to the process sequence in order to explain the step-by-step process of the method of the present invention, the technical spirit of the present invention is not limited by the matter shown in these drawings. Apparatus including the illustrated mold and the like shows a preferred embodiment structure in carrying out the method of the present invention, the structure of the present invention by those skilled in the art to the extent that does not interfere with the performance of the process Various variations or modifications may be applied.
1 is a cross-sectional view of a state in which a mandrel on which reinforcing fibers are stacked is mounted in a mold;
Figure 2 is a cross-sectional view showing the mounting state of the flexible mold and the air jacket after leaving the mandrel.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a state in which both ends of the flexible mold is fixed to the mold.
Figure 4 is a cross-sectional view of a state in which the primary pressure is applied to the mold of the closed structure after the air jacket is released.
5 is a cross-sectional view of a mold showing a flexible mold state at the beginning of resin injection;
Figure 6 is a cross-sectional view of the mold showing a flexible mold state after increasing the pressure.

이하, 본 발명의 일 실시예 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도1 내지 도6은 본 발명의 중공 복합재료 구조재 제조방법의 단계별 공정을1 to 6 is a step-by-step process of the hollow composite structural material manufacturing method of the present invention

보인 것이다. It is seen.

먼저 첫번째 공정으로서, 테이퍼상의 외주면을 갖는 길이가 긴 중공형의 맨드렐 외주면에 보강섬유를 적층권회한다. 이어서, 보강섬유의 적층이 완료되면 맨드렐의 중공부 내로 유연몰드와 에어자켓을 삽입한다.First, as a first process, reinforcing fibers are laminated and wound on a long hollow mandrel outer circumferential surface having a tapered outer circumferential surface. Subsequently, when the lamination of the reinforcing fibers is completed, the flexible mold and the air jacket are inserted into the hollow part of the mandrel.

도1은 중공부 내로 유연몰드와 에어자켓이 삽입되고 외주면에는 보강섬유가 적층된 맨드렐이 몰드 내부에 장착된 상태에 대한 단면도이다. 도시된 바와 같이 외표면 전 영역에 걸쳐 보강섬유(F)가 적층 권회되고, 그 내부의 중공부로는 유연몰드(2)와 에어자켓(3)이 삽입된 상태의 맨드렐(1)이 몰드(4) 내부에 장착된다.1 is a cross-sectional view of a state in which a flexible mold and an air jacket are inserted into a hollow part and a mandrel having a reinforcing fiber laminated on an outer circumferential surface thereof is mounted in a mold. As shown, the reinforcing fibers F are laminated and wound around the entire outer surface, and the mandrel 1 in which the flexible mold 2 and the air jacket 3 are inserted into the hollow portion therein is molded ( 4) It is mounted inside.

이때, 맨드렐(1)의 외주면 형상은 최종 성형제품의 형태와 거의 일치된 외형을 취하도록 설계된다. 즉, 맨드렐(1)의 길이는 최종 성형제품의 길이와 대략 동일하도록 하고, 그 외주면 형태는 최종 성형 제품의 내주면 형상과 대략 동일하도록 설계되는 것이 바람직하다. At this time, the outer circumferential surface shape of the mandrel 1 is designed to take an appearance that is almost consistent with the shape of the final molded product. That is, the length of the mandrel 1 is preferably made to be substantially the same as the length of the final molded product, the outer peripheral surface shape is preferably designed to be approximately the same as the inner peripheral surface shape of the final molded product.

유연몰드(2)는 유연성을 지닌 고분자 플라스틱 필름이나 시트 재질로서,폴리프로필렌(PP), 피브이씨(PVC) 또는 폴리에틸렌(PE) 등으로 이루어지며, 그 형태는 대략 최종 성형제품의 내주면 형태와 근사한 테이퍼상의 원통형으로서 양 단부가 개방된 모양을 취하게 된다.The flexible mold 2 is a flexible polymer plastic film or sheet material, and is made of polypropylene (PP), PVC (PVC), polyethylene (PE), etc., and its shape is roughly the shape of the inner peripheral surface of the final molded product. It is an approximate tapered cylindrical shape that is open at both ends.

에어자켓(3)은 단순히 상기 유연몰드(2)에 대한 운반 및 고정체 역할을 하는 것으로서, 일측에 공기 주입구(3a)가 구비된 밀폐형으로서 고분자 플라스틱 필름 재질로 구성하는 것이 바람직하나, 공기가 주입된 상태가 일시적으로 유지되도록 하는 재질이라면 어떠한 재질이라도 적용이 가능하다.Air jacket (3) simply serves as a carrier and a fixed body for the flexible mold (2), it is preferable that the air inlet (3a) is provided with a closed type made of a polymeric plastic film material, but air is injected Any material can be applied as long as the material is temporarily maintained.

한편, 몰드(4)는 최종 성형제품의 길이와 대략 동일한 길이로 설계되며, 그 내주면의 형태는 최종 성형제품의 외주면과 대략 동일한 형태를 취하게 된다. 몰드(4)에는 그 길이방향을 따라 다수 개의 수지주입구(5)가 대략 등간격으로 구비되고, 이들 수지주입구(5)의 반대편으로는 역시 다수 개의 에어벤트(6)가 형성된다. 그리고, 몰드(4)의 외주면 양편으로는 그 길이방향에 수직인 방향으로 휠(7)이 연장형성된다. 상기 휠(7)은 회전기(도면 미도시)로부터 회전구동력을 전달받아 몰드(4)를 회전시키기 위한 구성부재로서, 이들 휠(5)이 회전기의 한 쌍의 원통형 회전몸체와 접촉하여 회전구동력을 전달받게 되므로, 상대적으로 적은 직경부 상에 형성된 휠(7)은 그 연장길이가 길게 형성되도록 하여 회전기의 회전몸체 상에 장착되었을 때 양쪽 휠 모두가 회전몸체에 접촉하도록 하여야 한다. On the other hand, the mold 4 is designed to have a length substantially the same as the length of the final molded product, the shape of the inner peripheral surface is to take approximately the same shape as the outer peripheral surface of the final molded product. The mold 4 is provided with a plurality of resin inlets 5 along the longitudinal direction at substantially equal intervals, and a plurality of air vents 6 are also formed on the opposite side of the resin inlets 5. Then, wheels 7 extend on both sides of the outer circumferential surface of the mold 4 in a direction perpendicular to the longitudinal direction. The wheel 7 is a constituent member for rotating the mold 4 by receiving rotational driving force from a rotator (not shown), and these wheels 5 come into contact with a pair of cylindrical rotating bodies of the rotator to generate rotational driving force. As it is received, the wheel 7 formed on the relatively small diameter part should have its extension length formed long so that both wheels contact the rotating body when mounted on the rotating body of the rotor.

한편, 회전기를 구동시켜 몰드(4)의 회전이 이루어지도록 함으로써 맨드렐 (1)상에 적층권회된 보강섬유(F)가 원심력에 의해서 맨드렐의 표면으로부터 떨어져 몰드(4)의 내면으로 이동시키는 1차 성형과 동시에 맨드렐(1)을 몰드(4)로부터 이탈시킨다.On the other hand, by driving the rotator to rotate the mold (4) is made so that the reinforcing fibers (F) laminated on the mandrel (1) is moved away from the surface of the mandrel by the centrifugal force to the inner surface of the mold (4) At the same time as the primary molding, the mandrel 1 is released from the mold 4.

도2는 맨드렐(1)이 이탈된 상태의 몰드(4)에서의 유연몰드(2)와 에어자켓(3)을 보여주고 있다. 도시된 바와 같이, 맨드렐(1)이 제거되면 보강섬유(F)는 자중에 의해 위쪽에 위치하는 부분이 이에 접촉하고 있는 유연몰드(2)와 함께 중력방향으로 쳐지게 되는 데, 이를 방지하기 위하여 에어자켓(3)의 내부를 0.8기압 정도로 유지하게 된다. 2 shows the flexible mold 2 and the air jacket 3 in the mold 4 with the mandrel 1 detached. As shown, when the mandrel (1) is removed, the reinforcing fiber (F) is struck in the direction of gravity with the flexible mold (2) in contact with the upper portion by its own weight, to prevent this In order to maintain the inside of the air jacket (3) about 0.8 atm.

도3은 유연몰드(2)를 몰드(4)에 고정시키는 과정을 보인 것으로서, 도시된 바와 같이, 몰드(4)의 대구경부측에 원통형상의 플랜지 커버(8)를 장착함과 아울러 그 플랜지 커버(8)의 내경에 비해 약간 적은 직경을 갖는 원판상의 조절판(9)을 설치하여 조절판(9)의 외측면과 플랜지 커버(8) 사이의 틈새에 유연몰드(2)의 단부측이 밀착상태로 끼워지도록 하여 유연몰드(2)의 일측(도면상에서는 좌측)을 고정시킨다. 이때 상기 플랜지 커버(8)는 몰드(4)의 일측단부 상에 수직으로 연장된 연결용 플랜지(4a) 상에 플랜지 커버(8)의 수직 연장단부(8a)가 결합되어 몰드(4)에 고정이 이루어지게 된다. 그리고 유연몰드(2)의 반대쪽 단부는 몰드(4)의 타단부상에 장착되는 커버(10)를 통해서 고정되도록 한다. 상기 커버(10)는 몰드(4)의 일측 단부상에 연장된 연결용 플랜지(4b)를 통해서 고정됨에 있어서 두 개의 분할편 (10a)(10b)으로 구성되어 이들 분할편의 결합면상에 유연몰드(2)의 단부가 압착고정된다. 3 shows a process of fixing the flexible mold 2 to the mold 4, and as shown, the cylindrical flange cover 8 is mounted on the large diameter side of the mold 4 and the flange cover thereof. A disk-shaped adjusting plate 9 having a diameter slightly smaller than the inner diameter of 8 is provided so that the end side of the flexible mold 2 is in close contact with the gap between the outer surface of the adjusting plate 9 and the flange cover 8. One side (the left side in the figure) of the flexible mold 2 is fixed by being fitted. At this time, the flange cover 8 is coupled to the vertical extension end 8a of the flange cover 8 is fixed to the mold 4 on the connection flange 4a extending vertically on one side end of the mold 4. This is done. And the opposite end of the flexible mold 2 is fixed through the cover 10 mounted on the other end of the mold (4). The cover 10 is composed of two divided pieces 10a and 10b in that it is fixed through a connecting flange 4b extending on one end of the mold 4 so that the flexible mold ( The end of 2) is pressed and fixed.

이어서, 유연몰드(2)의 양측 단부에 대한 고정작업이 완료되면 에어자켓(3)을 몰드(4) 내부로부터 이탈시킨다. 도3에 도시된 구조에서는 몰드(4)의 우측단부상에 장착된 커버(10)로 둘러싸인 개구부를 통해서 에어자켓(3)을 빼내게 된다.Subsequently, the air jacket 3 is detached from the mold 4 when the fixing operation to both ends of the flexible mold 2 is completed. In the structure shown in FIG. 3, the air jacket 3 is pulled out through an opening surrounded by a cover 10 mounted on the right end of the mold 4.

에어자켓(3)의 이탈이 완료된 후에는 몰드(4)의 소경부 단부상에 장착된 커버(10) 사이의 개구부에 밀폐용 커버(11)를 장착하여 몰드(4)의 소경부측이 밀폐상태가 되도록 한다. 이어서, 플랜지 커버(8)의 외측단부에 원판상의 밀폐용 커버 (12)를 장착하여 몰드(4)의 대경부측까지도 밀폐상태가 되도록 함으로써 결과적으로 몰드(4) 내부가 완전한 밀폐구조가 되도록 한다. 이와 같이, 몰드(4)의 내부가 완전한 밀폐구조가 되도록 하기 위해서는 몰드(4)의 양단부측에 결합된 커버들과 몰드의 결합부 사이에 씰링이 개재되도록 할 수 있을 것이다.After the separation of the air jacket 3 is completed, the sealing cover 11 is attached to an opening between the covers 10 mounted on the small diameter end of the mold 4 so that the small diameter side of the mold 4 is sealed. To be in a state. Subsequently, a disc-shaped sealing cover 12 is attached to the outer end of the flange cover 8 so that even the large diameter side of the mold 4 is closed, so that the inside of the mold 4 is completely sealed. . As such, in order for the interior of the mold 4 to be completely sealed, the sealing may be interposed between the covers coupled to both ends of the mold 4 and the coupling portions of the mold.

한편, 상기 조절판(9)은 그 중앙부에 공기주입관(13)과 연결된 공기주입공 (9a)이 형성되어 밀폐상태의 몰드(4) 내부로 공기의 주입 및 배출이 이루어지도록 구성되어 있다.On the other hand, the control plate 9 is formed so that the air injection hole (9a) connected to the air injection pipe 13 in the center thereof is formed to be injected and discharged air into the mold (4) in a sealed state.

상기와 같이 밀폐된 상태를 유지하는 몰드(4)의 내부로 공기주입관(13)과 연결된 조절판(9)의 공기주입공(9a)을 통해서 공기를 주입하여 내부압력을 높이게 되면, 조절판(9)이 원래의 위치로부터 플래지 커버(8)의 원통형 내주면을 따라 외측으로(도면상으로는 좌측으로) 밀려나감으로써 느슨하게 쳐졌던 유연몰드(2)가 팽팽하게 당겨지면서 보강섬유(F)의 배면에 접촉하게 된다.When the air is injected through the air injection hole 9a of the control plate 9 connected to the air injection pipe 13 into the mold 4 maintaining the sealed state as described above, and the internal pressure is increased, the control plate 9 ) Is pushed outward from the original position along the cylindrical inner circumferential surface of the flange cover 8 (to the left in the drawing) so that the loosely squeezed flexible mold 2 is pulled taut to contact the back of the reinforcing fiber F. do.

도4는 상기와 같이 몰드 내부에 위치하는 유연몰드가 공기주입의 결과로 보강섬유(F)의 배면 전체 영역에 걸쳐 구김이나 쳐짐이 없이 접촉된 상태를 보여주고 있다. 이때 몰드 내부의 압력은 0.8기압 정도로 유지하는 것이 바람직하다.FIG. 4 shows a state in which the flexible mold positioned inside the mold is in contact with each other without wrinkles or sagging over the entire area of the rear surface of the reinforcing fiber F as a result of the air injection. At this time, the pressure inside the mold is preferably maintained at about 0.8 atm.

다음, 유연몰드(2)가 보강섬유(F)의 배면에 접촉된 상태로 정렬된 후에는, 몰드(4) 외측에 형성된 수지주입구(5)에 수지 주입장치를 연결함과 아울러 에어벤트(6)를 통해서 유연몰드(2)와 몰드 내면 사이의 공간이 진공상태가 되도록 공기를 빼내게 된다.Next, after the flexible mold 2 is aligned in contact with the rear surface of the reinforcing fiber F, the resin injection device is connected to the resin inlet 5 formed outside the mold 4 and the air vent 6 Air is drawn out so that the space between the flexible mold 2 and the mold inner surface becomes a vacuum state.

이어서, 진공상태에 이르게 되면 에어벤트(6)를 닫고, 수지주입구(5)를 통해서 진공상태의 공간에 고압으로 수지를 주입한다. 이때 수지의 주입압력은 3 내지 5기압 정도가 바람직하다. 수지의 주입이 완료되면 수지주입구(7)를 닫는다.Then, when it reaches a vacuum state, the air vent 6 is closed and resin is inject | poured at high pressure into the space of a vacuum state through the resin inlet 5. At this time, the injection pressure of the resin is preferably about 3 to 5 atm. When the injection of the resin is completed, the resin inlet 7 is closed.

도5는 수지주입이 완료된 직후의 몰드 내부를 보인 단면도로서, 도시된 바와 같이 수지주입구(7) 부근의 파이버 와쉬가 발생하여 해당 부위의 유연몰드(2)와 강화섬유(F)가 몰드(4)의 내면으로부터 들떠있음을 알 수 있다.5 is a cross-sectional view showing the inside of the mold immediately after the resin injection is completed, as shown in FIG. You can see that it is excited from the inner surface.

다음, 몰드(4) 내부로 공기를 주입하여 주입 전 0.8기압 정도이던 내부압력이 1기압 정도가 되도록 하면 도6에서와 같이 유연몰드(2)를 통해 가해지는 압력에 의해서 파이버 와쉬가 소실되면서 주입된 수지는 더욱 빠르게 전체 보강섬유와 몰드 사이로 전달된다.Next, when the air is injected into the mold 4 so that the internal pressure, which is about 0.8 atm before injection, is about 1 atm, the fiber wash is lost by the pressure applied through the flexible mold 2 as shown in FIG. The resin is transferred more quickly between the entire reinforcing fiber and the mold.

이후, 내부압력을 단계적으로 증가시키게 되는데, 먼저 2 내지 3기압 정도로 압력을 높여서 약 3분 내지 5분가량 유지하다가, 다시 압력을 3기압 이상으로 높여 적정시간(약 3분 내지 5분 가량) 유지하게 된다.Thereafter, the internal pressure is increased step by step. First, the pressure is increased to about 2 to 3 atmospheres to maintain about 3 to 5 minutes, and then the pressure is increased to 3 atmospheres or more to maintain the proper time (about 3 to 5 minutes). Done.

이와 같이 시차를 두고 행해지는 점증적인 압력의 증가에 의해서 수지의 면내 이동이 두께방향으로 바뀌게 되어 신속한 함침이 이루어지게 된다. 즉, 주입된 수지는 앞서 설명한 바의 다르시의 법칙에 따른 거동으로 신속한 함침이 이루어지게 된다. 도6은 이와 같은 점증적인 압력의 증가에 의해 주입 수지가 보강섬유 (F)에 함침된 상태를 보여주고 있다. In this way, the in-plane movement of the resin is changed in the thickness direction by the incremental increase in pressure, which is performed at a time difference, and rapid impregnation is achieved. That is, the injected resin is quickly impregnated with the behavior according to Darcy's law as described above. 6 shows a state in which the injection resin is impregnated in the reinforcing fiber (F) by such an increase in pressure.

다음, 몰드 내부의 압력을 1기압 이하로 낮추고 회전기를 구동시켜 몰드가 30 내지 50rpm 정도의 회전속도로 회전하도록 함으로써 보강섬유(F)의 위치를 재정돈시킴과 아울러 파이버 와쉬를 제거하는 한편, 수지의 흐름전선에서 나타날 수 있는 불완전 함침을 완전히 제거하여 완전한 함침이 이루어지도록 한다.Next, the pressure inside the mold is lowered to 1 atm or less and the rotor is driven to rotate the mold at a rotational speed of about 30 to 50 rpm, thereby rearranging the position of the reinforcing fiber (F) and removing the fiber wash. Complete impregnation is achieved by completely eliminating any incomplete impregnation that may appear in the flow line.

이어서, 수지의 함침이 완료되면 다시 몰드 내부의 압력을 3기압 이상으로 높인 상태에서 에어벤트(6)를 열어 수지 여유분을 배출시키게 된다. 이와 같은 여유 수지분의 배출에 따라 섬유체적 함유량이 70% 이상으로 향상된다.Subsequently, when impregnation of the resin is completed, the air vent 6 is opened in a state in which the pressure inside the mold is raised to 3 atm or higher to discharge the resin margin. According to the discharge of the marginal resin powder, the fiber volume content is improved to 70% or more.

마지막 단계로서, 상기 몰드(4)를 경화로(도면 미도시)에 장입하여 수지의 경화가 이루어지도록 한다. 경화로에 장입되는 몰드 내부의 유연몰드로 가해지는 압력을 3기압 이상이며, 90∼110℃ 정도의 온도에서 1시간 정도 유지함으로써 경화가 이루어지게 된다. 이때 유연몰드(2)를 이루고 있는 고분자 플라스틱은 수지의 경화온도보다 낮은 유리온도를 지님으로써 경화과정에서 수지와의 융착이 일어나게 되거나 일체로 접착된다.As a final step, the mold 4 is charged into a curing furnace (not shown) to allow curing of the resin. The pressure applied to the flexible mold inside the mold charged into the curing furnace is 3 atm or higher, and curing is performed by maintaining the temperature at about 90 to 110 ° C. for about 1 hour. At this time, the polymer plastic forming the flexible mold 2 has a glass temperature lower than the curing temperature of the resin, thereby causing fusion with the resin in the curing process or being integrally bonded.

경화가 완료되면 몰드로부터 성형물을 탈형함으로써 본 발명에 따른 중공 복합재료 구조재가 얻어지게 된다.
When curing is complete, the hollow composite structural material according to the present invention is obtained by demolding the molding from the mold.

1. 맨드렐
2. 유연몰드
3. 에어자켓
4.몰드
5. 수지주입구
6. 에어벤트
7. 휠
8. 플랜지 커버
9. 조절판
10. 커버
11, 12. 밀폐용 커버
13. 공기주입관1. Mandrel
2. Flexible Mold
3. Air jacket
4.Mold
5. Resin inlet
6. Air Vent
7. Wheel
8. Flange Cover
9. throttle
10. Cover
11, 12. Sealing cover
13. Air injection pipe

Claims

맨드렐 외면에 보강섬직물을 권회하는 공정;
맨드렐의 중공부 내로 유연몰드와 에어자켓을 삽입하는 공정;
맨드렐을 회전기 상에 장착된 몰드 내부에 장입하는 공정;
회전기 구동에 의한 몰드의 회전으로 보강섬유가 몰드 내벽에 정렬되도록 하는 1차 성형과 아울러 맨드렐을 몰드로부터 이탈시키는 공정;
유연몰드의 양측 단부를 몰드에 고정시키고 에어자켓을 몰드로부터 이탈시키는 공정;
몰드의 양 측부에 밀폐용 커버를 체결하여 몰드 내부를 밀폐시키고 몰드의 일측으로부터 몰드 내부로 공기를 주입하는 공정;
몰드의 길이방향을 따라 구비된 다수 개의 에어벤트를 통해 몰드 내벽과 유연몰드 사이의 보강섬유가 위치한 공간이 진공상태로 되도록 하는 공정;
몰드의 길이방향을 따라 구비된 다수 개의 수지 주입구를 통해 상기 진공상태의 공간으로 수지를 주입하는 공정;
수지의 주입 완료 후 몰드의 일측으로부터 몰드 내부로 시차를 두고 점증적으로 압력이 증가되도록 단계적으로 공기를 주입하여 유연몰드를 통해 주입 수지로 점증 압력이 가해지도록 하는 공정;
몰드 내부의 압력을 낮추고 회전기를 통해 몰드를 저속으로 회전시켜 보강 섬유의 재정돈이 이루어지도록 하는 공정;
몰드 내부의 압력을 높여 에어벤트를 통해 수지 여유분을 배출시키는 공정; 경화로에서 수지의 고온경화와 함께 유연수지의 융착 또는 접착이 이루어지도록 하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재의 제조방법.Winding the reinforcing fiber on the outer surface of the mandrel;
Inserting the flexible mold and the air jacket into the hollow portion of the mandrel;
Charging a mandrel into a mold mounted on a rotator;
A step of detaching the mandrel from the mold as well as the primary molding so that the reinforcing fibers are aligned with the mold inner wall by rotation of the mold by driving the rotor;
Fixing both ends of the flexible mold to the mold and removing the air jacket from the mold;
Fastening a sealing cover to both sides of the mold to seal the inside of the mold and injecting air into the mold from one side of the mold;
A process of allowing the space in which the reinforcing fibers between the mold inner wall and the flexible mold are positioned to be in a vacuum state through a plurality of air vents provided along the longitudinal direction of the mold;
Injecting the resin into the vacuum space through a plurality of resin inlets provided along the longitudinal direction of the mold;
Injecting air step by step so that the pressure increases gradually from one side of the mold to the inside of the mold after the injection of the resin is performed so that an increasing pressure is applied to the injection resin through the flexible mold;
Lowering the pressure inside the mold and rotating the mold at a low speed through the rotator so as to rearrange the reinforcing fibers;
Increasing the pressure in the mold to discharge the resin margin through the air vent; A method of manufacturing a hollow composite structural material by incremental pressure resin transfer molding, comprising a step of fusion or adhesion of a flexible resin with high temperature curing of a resin in a curing furnace.

제1항에 있어서, 상기 유연몰드는 유연성을 갖는 고분자 플래스틱 필름이나 시트로서 최종 성형제품의 내주면 형태와 동일한 형상을 구비함을 특징으로 하는 점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재의 제조방법.The method of claim 1, wherein the flexible mold is a flexible polymer plastic film or sheet having the same shape as the inner peripheral surface of the final molded product.

제1항에 있어서, 상기 에어자켓은 일측에 공기주입구가 구비된 밀폐형으로서 팽창시 형태가 몰드의 내부 공간과 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재의 제조방법. The method of claim 1, wherein the air jacket is a sealed type having an air inlet on one side thereof, and has a shape identical to an internal space of the mold when inflated.

제1항에 있어서, 상기 진공상태의 공간으로 수지를 주입하는 공정에서 수지의 주입 압력은 3 내지 5기압이고, 유연몰드 내부의 압력은 0.8기압인 것을 특징으로 하는 점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재의 제조방 법. The method of claim 1, wherein the injection pressure of the resin in the process of injecting the resin into the vacuum space is 3 to 5 atm, the pressure inside the casting mold is 0.8 atm, characterized in that the hollow by the incremental pressure resin transfer molding Method of manufacturing composite structural materials.

제1항에 있어서, 상기 점증 압력이 가해지도록 하는 공정에서의 유연몰드 내부 압력은 최종적으로 3기압 이상이 되도록 단계적으로 압력을 증가시키된 각 단계 마다 3분 내지 5분을 유지하는 것을 특징으로 하는 점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재의 제조방법. The method of claim 1, wherein the pressure inside the flexible mold in the process of applying the incremental pressure is maintained for 3 to 5 minutes for each step of increasing the pressure stepwise to be at least 3 atm. Method for manufacturing hollow composite structural material by increasing pressure resin transfer molding.

제1항에 있어서, 상기 경화 공정에서 유연몰드 내부 압력은 3기압 내지 5기압인 것을 특징으로 하는 점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재의 제조방법.The method of claim 1, wherein the pressure inside the flexible mold in the curing process is 3 to 5 atmospheres.

제1항에 있어서, 상기 경화공정에서 유연몰드 내부압력을 조절하는 조절판이 사용됨을 특징으로 하는 점증 압력 수지 이송 성형에 의한 중공 복합재료 구조재의 제조방법.The method of claim 1, wherein the control plate for adjusting the internal pressure of the flexible mold is used in the curing process.

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