KR101939335B1 - Apparatus and method of monitoring alignment of fibers using smart mold - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전극이 구비된 스마트 몰드를 통해 섬유강화복합재를 제조함으로써, 전도성 섬유를 미리 설정된 방향으로 정렬시킨 후 수지를 주입시, 전극을 통해 전기저항 변화를 측정함으로써 전도성 섬유의 정렬 방향의 변화를 모니터링할 수 있는 이점이 있다. 또한, 몰드에 전극을 구비함으로써, 하나의 몰드를 이용하여 섬유강화복합재의 제조시마다 모니터링이 가능하기 때문에, 섬유강화복합재에 전극을 구비하는 경우에 비해 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다. The present invention relates to a method for fabricating a fiber-reinforced composite material by means of a smart mold having electrodes, by measuring a change in electrical resistance through electrodes after injecting resin after arranging the conductive fibers in a predetermined direction, Can be monitored. In addition, since the electrodes are provided in the mold, monitoring can be performed at the time of manufacturing the fiber-reinforced composite material by using one mold, which is advantageous in that the cost can be reduced as compared with the case of providing the electrodes in the fiber-reinforced composite material.
Description
본 발명은 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극을 구비한 스마트 몰드를 이용하여 섬유강화복합재의 제조 공정에서 섬유의 정렬 불량을 확인할 수 있는 스마트 몰드를 이용한 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법 및 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 탄소섬유강화복합재의 제조시 몰드의 내부에 탄소섬유를 미리 정해진 정렬 방향으로 정렬되게 배열한 후 수지를 주입하여 제조한다. 이 때, 상기 탄소섬유들이 상기 정렬 방향을 벗어날 경우 탄소섬유강화복합재의 기능성을 저하시키기 때문에 정렬 방향을 유지하는 것이 중요하다.Generally, the carbon fiber-reinforced composite material is prepared by arranging the carbon fibers in the mold in a predetermined alignment direction and then injecting the resin. In this case, when the carbon fibers are out of the alignment direction, it is important to maintain the alignment direction because the functionality of the carbon fiber-reinforced composite material is lowered.
그러나, 제조공정 동안 몰드의 내부에서 탄소섬유들이 상기 정렬 방향을 유지하고 있는지 확인할 수 없다. 또한, 탄소섬유강화복합재의 제조가 완료된 이후 저항변화 등을 측정하여 정렬 방향을 판단할 경우, 제조 시간과 제조 비용이 낭비되는 문제점이 있다. However, it can not be confirmed whether the carbon fibers are maintaining the alignment direction inside the mold during the manufacturing process. Further, when the alignment direction is determined by measuring the resistance change or the like after the production of the carbon fiber-reinforced composite material is completed, manufacturing time and manufacturing cost are wasted.
한국등록특허 10-0563130호에서는 섬유강화복합재 내부에 저항변화를 측정하는 금속선을 포함시켜 변형을 확인하는 방법을 개시하고 있으나, 금속선을 보강용 탄소섬유 기재 내부에 미리 배치하여야 하므로, 제조가 까다롭고 비용이 많이 드는 문제점이 있다.Korean Patent Registration No. 10-0563130 discloses a method of confirming deformation by incorporating a metal wire for measuring a change in resistance in a fiber-reinforced composite material. However, since metal wires must be disposed in advance in the reinforcing carbon fiber substrate, There is a problem in that it is costly.
본 발명의 목적은, 섬유강화복합재의 제조단계에서 섬유의 정렬 불량을 확인할 수 있는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for monitoring the alignment of fibers using a smart mold capable of confirming defective alignment of the fibers in the manufacturing step of the fiber-reinforced composite material.
본 발명에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법은, 전도성 섬유에 대한 정보, 상기 전도성 섬유의 적층 정보, 적어도 한 쌍의 전극들이 배치된 스마트 몰드의 형상 정보를 입력하는 단계와; 상기 정보들이 입력되면, 입력된 정보를 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터를 산출하는 단계와; 상기 스마트 몰드에 상기 전도성 섬유를 미리 설정된 설정 각도로 정렬시켜 배치한 후, 상기 스마트 몰드에 수지를 주입하여 섬유강화복합재를 제조하는 단계와; 상기 수지를 주입하는 동안, 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정하는 단계와; 상기 수치해석 데이터로부터 상기에서 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도를 도출하고, 상기 도출 각도와 상기 설정 각도를 비교하여, 상기 수지 주입에 따른 상기 전도성 섬유의 정렬 상태를 모니터링하는 단계를 포함한다.A method for monitoring alignment of fibers using a smart mold according to the present invention comprises the steps of: inputting information on conductive fibers, information on lamination of conductive fibers, and shape information of a smart mold in which at least one pair of electrodes are arranged; The simulation model is constructed by using the input information, and numerical analysis is performed through the simulation model, and the electrical resistance value according to the angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode is converted into numerical analysis data ; Aligning and arranging the conductive fibers in the smart mold at predetermined preset angles, and injecting resin into the smart mold to produce a fiber-reinforced composite material; Measuring an electrical resistance value between the electrodes during the injection of the resin; From the numerical analysis data, the angle of inclination of the conductive fiber according to the electric resistance value measured in the above is derived, and the alignment angle of the conductive fiber according to the resin injection is monitored by comparing the derived angle with the set angle .
본 발명에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치는, 적어도 한 쌍의 전극들이 서로 이격되게 배치되고, 내부에 전도성 섬유와 수지가 투입되도록 형성된 스마트 몰드와; 상기 전도성 섬유에 대한 정보, 상기 전도성 섬유의 적층 정보, 상기 스마트 몰드의 형상 정보를 입력하는 입력부와; 상기 정보들이 입력되면, 입력된 정보를 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터를 산출하는 연산부와; 상기 스마트 몰드에 상기 전도성 섬유를 미리 설정된 설정 각도로 정렬시켜 배치한 후 수지를 주입하는 동안, 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정하는 측정부와; 상기 수치해석 데이터로부터 상기에서 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도를 도출하고, 상기 도출 각도와 상기 설정 각도를 비교하여, 상기 수지 주입에 따른 상기 전도성 섬유의 정렬 불량을 검출하는 검출부를 포함한다.An apparatus for monitoring the alignment of fibers using a smart mold according to the present invention includes: a smart mold having at least a pair of electrodes disposed to be spaced apart from each other, the conductive fibers and resin being inserted therein; An input unit for inputting information on the conductive fibers, information on lamination of the conductive fibers, and shape information of the smart mold; The simulation model is constructed by using the input information, and numerical analysis is performed through the simulation model, and the electrical resistance value according to the angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode is converted into numerical analysis data ; A measuring unit for measuring the electrical resistance value between the electrodes while arranging the conductive fibers in the smart mold by arranging the conductive fibers at a predetermined set angle, and injecting the resin; From the numerical analysis data, an inclination angle of the conductive fiber according to the electric resistance value measured as described above is derived, and the alignment error of the conductive fiber with the resin injection is detected by comparing the derived angle with the set angle And a detection unit.
본 발명은, 전극이 구비된 스마트 몰드를 통해 섬유강화복합재를 제조함으로써, 전도성 섬유를 미리 설정된 방향으로 정렬시킨 후 수지를 주입시, 전극을 통해 전기저항 변화를 측정함으로써 전도성 섬유의 정렬 방향의 변화를 모니터링할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a method for fabricating a fiber-reinforced composite material by means of a smart mold having electrodes, by measuring a change in electrical resistance through electrodes after injecting resin after arranging the conductive fibers in a predetermined direction, Can be monitored.
또한, 몰드에 전극을 구비함으로써, 하나의 몰드를 이용하여 섬유강화복합재의 제조시마다 모니터링이 가능하기 때문에, 섬유강화복합재에 전극을 구비하는 경우에 비해 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다. In addition, since the electrodes are provided in the mold, monitoring can be performed at the time of manufacturing the fiber-reinforced composite material by using one mold, which is advantageous in that the cost can be reduced as compared with the case of providing the electrodes in the fiber-reinforced composite material.
또한, 섬유강화복합재의 제조단계에서 전도성 섬유의 정렬 불량을 신속하게 판단할 수 있는 이점이 있다. In addition, there is an advantage that it is possible to quickly judge the misalignment of the conductive fibers in the step of manufacturing the fiber-reinforced composite material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 3은 전기적 경로의 설정에 따른 수치해석 데이터의 차이를 나타낸다.
도 4는 단방향 연속 탄소섬유의 정렬시 적층수별 전기 전기저항값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 평직 연속 탄소섬유의 정렬시 적층수별 전기 전기저항값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 탄소섬유와 유리섬유가 직조된 평직 연속 하이브리드 섬유의 정렬시 적층수별 전기 전기저항값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an apparatus for monitoring fiber alignment using a smart mold according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart illustrating a method of monitoring fiber alignment using a smart mold according to one embodiment of the present invention.
3 shows the difference of the numerical analysis data according to the setting of the electric path.
FIG. 4 is a graph showing the electric resistance values of the unidirectional continuous carbon fibers by the number of stacked layers. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the electric resistance values of the plain carbon continuous carbon fibers in accordance with the number of laminated layers. FIG.
FIG. 6 is a graph showing the electrical resistance values of the plain continuous hybrid fibers, in which the carbon fiber and the glass fiber are woven, by the number of laminated layers.
7 is a schematic diagram of an apparatus for monitoring fiber alignment using a smart mold according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an apparatus for monitoring fiber alignment using a smart mold according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치는, 스마트 몰드(10), 입력부(미도시), 연산부(미도시), 측정부(30) 및 검출부(미도시)를 포함한다.1, an apparatus for monitoring the alignment of fibers according to the present invention includes a
상기 스마트 몰드(10)는, 섬유강화복합재를 제조하기 위해 형성된 몰드이다. 상기 스마트 몰드(10)는, 내부에 전도성 섬유(2)와 수지(미도시)가 투입되도록 형성된다. 상기 스마트 몰드(10)는 직육면체 형상인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 제조하고자 하는 섬유강화복합재에 대응되는 형상이면 가능하다.The
상기 스마트 몰드(10)에는 적어도 한 쌍의 전극들(20)이 구비된다. The
상기 전극들(20)은, 2쌍의 제1,2전극들(21)(22)을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제1전극들(21)은 서로 소정간격 이격되고 서로 평행하게 배치된다. 상기 제2전극들(22)은 상기 제1전극들(21)보다 외측에 배치되고 서로 소정간격 이격되고 서로 평행하게 배치된다. 상기 제1전극들(21)과 상기 제2전극들(22)은 서로 동일한 방향으로 길게 배치되고, 서로 동일한 높이에 배치된 것으로 예를 들어 설명하나, 서로 다른 높이에 형성되거나 서로 다른 방향으로 길게 배치되는 것도 물론 가능하다. The
상기 전극들(20)은, 상기 스마트 몰드(10)의 내부 바닥면에 배치된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 전극들(20)은, 상기 스마트 몰드(10)의 측면에 배치되는 것도 가능하다. 상기 전극들(20)은 구리 호일 테이프를 사용할 수 있다. The
상기 입력부(미도시)는, 사용자가 상기 전도성 섬유(2)에 대한 정보, 상기 전도성 섬유의 적층 정보, 상기 스마트 몰드(10)의 형상 정보를 입력하도록 구비된다. The input unit (not shown) is provided to allow a user to input information on the
상기 전도성 섬유(2)에 대한 정보는, 상기 전도성 섬유(2)의 종류, 상기 전도성 섬유(2)의 토우(tow) 단위 길이당 전기저항값, 상기 토우들간의 거리에 따른 전기저항값을 포함한다. 상기 전도성 섬유(2)에 대한 정보는 상기 전도성 섬유(2)의 기본적인 전기적 특성을 나타낼 수 있는 정보를 더 포함할 수 있다. 상기 전도성 섬유(2)에 대한 정보는 섬유 제조업체나 판매처에서 제공받을 수 있다. The information on the
상기 전도성 섬유(2)의 적층 정보는, 상기 전도성 섬유(2)의 적층 플라이(ply) 수를 의미하고, 상기 섬유강화복합재의 설계시 설정될 수 있다.The stacking information of the
상기 스마트 몰드(10)의 형상 정보는, 상기 스마트 몰드(10)의 형상에 따른 크기, 부피, 면적 등을 포함할 수 있다.The shape information of the
상기 연산부(미도시)는, 상기 입력된 정보를 바탕으로 시뮬레이션 모델을 구축한다. 상기 시뮬레이션 모델은, 상기 스마트 몰드(10)에서 상기 전극들(20)과 상기 전도성 섬유(2)의 관계를 전기저항 등가회로로 변환한 모델이다. The operation unit (not shown) constructs a simulation model based on the input information. The simulation model is a model in which the relationship between the
상기 연산부(미도시)는, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여, 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터로 산출한다.The calculation unit (not shown) performs a numerical analysis through the simulation model, and calculates an electrical resistance value according to an angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode, as numerical analysis data.
상기 수치해석 데이터는, 상기 전극(20)의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유(2)가 기울어진 각도(θ)에 대한 전기저항값들을 나타내는 데이터이다. The numerical analysis data is data representing electrical resistance values with respect to an angle [theta] at which the
상기 측정부(미도시)는, 상기 섬유강화복합재의 제조 공정시 상기 전극들(20) 사이의 전기저항값을 측정한다. 상기 측정부(미도시)는, 멀티미터(Multimeter)가 사용된다. The measurement unit (not shown) measures the electrical resistance value between the
상기 검출부(미도시)는, 상기 측정부(미도시)에서 상기 전극들(20)사이의 전기저항값을 측정하면, 상기 수치해석 데이터를 참고하여 상기 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유(2)의 기울어진 각도를 도출한다. 또한, 상기 검출부(미도시)는, 상기 도출 각도와 설계시 미리 설정된 설정 각도를 비교하여, 그 차이에 따라 상기 전도성 섬유(2)의 정렬 불량을 판단한다.
When the measurement unit (not shown) measures the electrical resistance value between the
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법을 설명하면, 다음과 같다.A method of monitoring alignment of fibers using a smart mold according to an embodiment of the present invention will now be described.
도 2를 참조하면, 모니터링하는 검사자나 상기 섬유강화복합재를 제조하기 위한 제조자 등을 포함하는 사용자는 상기 입력부를 통해 기본 정보를 입력한다.(S1)Referring to FIG. 2, a user including a monitoring inspector or a manufacturer for manufacturing the fiber-reinforced composite material inputs basic information through the input unit. (S1)
상기 기본 정보는, 상기 전도성 섬유(2)에 대한 정보, 상기 전도성 섬유(2)의 적층 수, 상기 스마트 몰드(10)의 형상 정보 및 상기 전극들(20)의 개수 등을 포함한다. The basic information includes information on the
상기 전도성 섬유(2)는 상기 섬유강화복합재의 제조공정시 사용되는 섬유이다. 상기 전도성 섬유(2)는, 단방향 연속 탄소섬유, 평직 연속 탄소섬유, 탄소섬유와 유리섬유가 직조된 평직 연속 하이브리드 섬유 중 하나를 사용할 수 있다. The conductive fiber (2) is a fiber used in the manufacturing process of the fiber-reinforced composite material. The
상기 전도성 섬유(2)의 전기적 특성에 대한 정보는, 상기 전도성 섬유(2)의 토우 단위 길이당 전기저항값, 상기 토우들간의 거리에 따른 전기저항값을 포함한다.The electrical properties of the
상기 전도성 섬유(2)의 적층 수는, 상기 섬유강화복합재의 설계시 상기 섬유강화복합재의 성능에 맞춰 설정될 수 있다. The number of stacks of the
상기 스마트 몰드(10)의 형상 정보는, 상기 섬유강화복합재의 설계시 설정될 수 있다. The shape information of the
상기 연산부(미도시)는, 상기 입력된 기본 정보들을 이용해 시뮬레이션 모델을 구축한다.The operation unit (not shown) constructs a simulation model using the input basic information.
상기 시뮬레이션 모델은, 상기 스마트 몰드(10)에서 상기 전도성 섬유(2)와 상기 전극들(20)의 구조를 전기저항 등가회로로 변환된 것이다. In the simulation model, the structure of the
상기 시뮬레이션 모델은, 상기 전도성 섬유(2)의 종류, 전기적 특성, 적층 정보, 상기 스마트 몰드(10)의 형상 정보, 상기 전극들(20)의 개수 등에 따라 다르게 구축될 수 있다. The simulation model can be constructed differently depending on the type of the
본 실시예에서는 한 쌍의 전극들 사이에 배치된 복수의 전도성 섬유들의 전기적 연결 경로를 모두 고려하지 않고, 가장 전기가 흐르기 쉬운 하나의 대표 경로(dominant path)만을 고려하여, 상기 전기저항 등가회로로 모델링하는 것으로 예를 들어 설명한다. 한 쌍의 전극들(20)사이에 복수의 전도성 섬유들(2)이 배치되면, 상기 전극들(20)사이에서 상기 전도성 섬유들(2)을 통해 전기가 흐르는 전기적 경로는 복수개이나, 복수의 전기적 연결 경로들 중에서 대표 경로만을 고려한다. In the present embodiment, considering only one dominant path through which electricity is most likely to flow without considering all the electrical connection paths of the plurality of conductive fibers disposed between the pair of electrodes, the electrical resistance equivalent circuit For example, by modeling. When a plurality of
도 3은 전기적 경로의 설정에 따른 수치해석 데이터의 차이를 나타낸다.3 shows the difference of the numerical analysis data according to the setting of the electric path.
도 3a는, 하나의 대표 경로만을 고려하여 모델링한 경우 수치해석 데이터(Numerical)는 실험 데이터(4-probe)를 나타내고, 도 3b는 모든 전기적 경로를 고려하여 모델링한 경우 수치해석 데이터(Numerical)는 실험 데이터(4-probe)를 나타낸다. FIG. 3A shows numerical analysis data (4-probe) when modeling considering only one representative path, FIG. 3B shows numerical analysis data (Numerical) when modeling considering all electrical paths, Experimental data (4-probe) is shown.
여기서, 상기 실험 데이터(4-probe)는 상기 수치해석 데이터의 정확도를 확인하기 위해 직접 실험을 통해 측정한 데이터이다. Here, the experimental data (4-probe) is data measured directly through experiments to confirm the accuracy of the numerical analysis data.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 대표 경로(P1)만을 고려하여 모델링한 수치해석 데이터와 실험 데이터는 거의 유사하나, 상기 모든 전기적 연결 경로(P2)를 고려하여 모델링한 수치해석 데이터는 실험 데이터와 차이가 많이 나는 것을 알 수 있다. 따라서, 복수의 전기적 연결 경로들 중에서 상기 하나의 대표 경로(P1)만을 고려하여 모델링하여 수치해석 데이터를 구축하는 것이 바람직하다. 3A and 3B, the numerical analysis data modeled by considering only the representative path P1 is almost similar to the experimental data, but the numerical analysis data modeled in consideration of all the electrical connection paths P2 are the same as the experimental data And the difference is much. Therefore, it is preferable to construct the numerical analysis data by modeling only one representative path (P1) among a plurality of electrical connection paths.
또한, 상기 시뮬레이션 모델은, 상기 전도성 섬유(2)의 종류나 적층 수에 따라 다르게 구축될 수 있다. In addition, the simulation model can be constructed differently depending on the type and the number of layers of the
도 4a 내지 도 4f는, 상기 전도성 섬유(2)가 단방향 연속 탄소섬유(Uni-directional carbon fiber)일 때, 상기 단방향 연속 탄소섬유의 적층수(Ply)별 상기 전도성 섬유(2)의 기울어진 각도(θ)에 따른 전기저항값을 나타내는 수치해석 데이터(Numerical analysis) 이다. 4A to 4F are graphs showing the relationship between the angle of inclination of the
도 5a 내지 도 5f는, 상기 전도성 섬유(2)가 평직 연속 탄소섬유(Plain-weave carbon fiber)일 때, 상기 평직 연속 탄소섬유의 적층수(Ply)별 상기 전도성 섬유(2)의 기울어진 각도(θ)에 따른 전기저항값을 나타내는 수치해석 데이터(Numerical analysis)와 4-프로브(4-probe) 데이터를 나타낸다.5A to 5F are graphs showing the relationship between the angle of inclination of the
도 6a 내지 도 6f는, 상기 전도성 섬유(2)가 평직 연속 하이브리드 섬유(Carbon-glass hybrid fiber)일 때, 상기 평직 연속 하이브리드섬유의 적층수(Ply)별 상기 전도성 섬유(2)의 기울어진 각도(θ)에 따른 전기저항값을 나타내는 수치해석 데이터(Numerical analysis)와 4-프로브(4-probe) 데이터를 나타낸다. 6A to 6F are graphs showing the relationship between the angle of inclination of the
상기 평직 연속 하이브리드 섬유는, 일 방향은 탄소섬유 토우들이 배치되고 상기 탄소섬유 토우들에 수직한 방향으로는 유리섬유 토우들이 배치된다. The plain weave continuous hybrid fibers have carbon fiber tows arranged in one direction and glass fiber tows arranged in a direction perpendicular to the carbon fiber tows.
상기와 같이, 상기 전도성 섬유(2)의 종류와 적층 수에 따라 서로 다른 시뮬레이션 모델이 구축될 수 있다.As described above, different simulation models can be constructed depending on the type and stacking number of the
상기 연산부는, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여, 상기 전극들(20)의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유(2)가 기울어진 각도(θ)에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터로 산출한다.(S2)(S3)The calculation unit performs a numerical analysis through the simulation model and calculates an electrical resistance value according to an angle (?) At which the conductive fibers (2) are inclined with respect to the longitudinal direction of the electrodes (20) as numerical analysis data. (S2) (S3)
상기 수치해석 데이터를 산출하고 나면, 상기 섬유강화복합재를 제조한다.After calculating the numerical analysis data, the fiber-reinforced composite material is produced.
상기 섬유강화복합재를 제조하는 공정은, 상기 스마트 몰드(10)에 상기 전도성 섬유(2)를 미리 설정된 설정 각도(θ1)로 정렬시켜 배치하는 과정과, 상기 스마트 몰드(10)에 수지를 주입하는 과정을 포함한다.(S4)(S5)The step of fabricating the fiber-reinforced composite material comprises the steps of arranging the
상기 설정 각도(θ1)는 상기 섬유강화복합재의 설계시 설정된다.The setting angle? 1 is set when designing the fiber-reinforced composite material.
상기 수지는 RTM(Resin Transfer Molding)공법으로 고압으로 주입된다. 상기 스마트 몰드(10)에 상기 수지를 주입시 고압으로 인해 상기 전도성 섬유(2)의 정렬이 변화될 수 있다.The resin is injected at a high pressure by RTM (Resin Transfer Molding) method. When the resin is injected into the
따라서, 상기 수지를 주입하는 동안 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정한다.(S6)Therefore, the electrical resistance value between the electrodes is measured during the injection of the resin. (S6)
상기 측정시간이나 측정 횟수는 조절가능하다.The measurement time or the number of times of measurement can be adjusted.
상기 전기저항값을 측정하면, 상기 수치해석 데이터로부터 상기 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유(2)의 기울어진 각도를 도출한다.(S7)When the electrical resistance value is measured, the tilted angle of the
예를 들어, 상기 전도성 섬유(2)가 단방향 연속 탄소섬유이고 상기 전도성 섬유(2)의 적층수가 1층(1-Ply)이면, 도 4a의 수치해석 데이터로부터 상기 전도성 섬유의 각도를 도출할 수 있다. 즉, 도 4a의 수치해석 데이터로부터 상기에서 측정된 전기저항값이 약 5.8이면, 상기 전도성 섬유(2)의 각도(θ2)는 20도인 것을 알 수 있다. For example, if the
상기 수치해석 데이터로부터 도출한 도출 각도(θ2)를 상기 설정 각도(θ1)와 비교한다.(S8)And compares the derived angle [theta] 2 derived from the numerical analysis data with the set angle [theta] 1 (S8)
상기 도출 각도(θ2)와 상기 설정 각도(θ1)의 차이에 따라 상기 전도성 섬유(2)의 정렬 상태를 판단할 수 있다. (S9)The alignment state of the
상기 도출 각도(θ2)와 상기 설정 각도(θ1)의 차이가 미리 설정된 설정 오차 범위 이내이면, 상기 전도성 섬유(2)의 정렬 상태가 유지되고 있다고 판단할 수 있다. It can be determined that the alignment state of the
한편, 상기 도출 각도(θ2)와 상기 설정 각도(θ1)의 차이가 상기 설정 오차 범위를 벗어나면, 상기 전도성 섬유(2)의 정렬이 흐트러졌다고 판단할 수 있다. On the other hand, if the difference between the derived angle [theta] 2 and the set angle [theta] 1 is out of the set error range, it can be determined that the alignment of the
따라서, 상기 수지를 주입하는 동안, 상기 전도성 섬유(2)의 정렬 상태 변화나 정렬 불량을 판단할 수 있다. Therefore, during the injection of the resin, it is possible to determine the alignment state change or the misalignment of the
상기 정렬 불량이라고 판단되면, 상기 수지 주입을 중단하거나, 상기 수지를 주입하는 조건을 변경할 수 있다. If it is determined that the alignment is poor, the resin injection can be stopped or the conditions for injecting the resin can be changed.
상기 섬유강화복합재의 제조단계에서 상기 전도성 섬유(2)의 정렬 상태를 모니터링할 수 있으므로 정렬 불량을 보다 신속하게 판단할 수 있다. Since the alignment state of the
한편, 상기 모니터링 장치는, 상기 도출 각도(θ2)와 상기 설정 각도(θ1)의 차이, 상기 전도성 섬유(2)의 정렬 상태를 별도의 표시부를 통해 표시할 수 있다.
On the other hand, the monitoring apparatus can display the difference between the derived angle [theta] 2 and the set angle [theta] 1 and the alignment state of the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치의 개략도이다.7 is a schematic diagram of an apparatus for monitoring fiber alignment using a smart mold according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 몰드(110)는 상부 몰드(111)와 하부 몰드(112)를 포함하고, 상기 스마트 몰드(110)에 구비된 전극들(120) 중 적어도 일부는 서로 다른 높이에 구비되는 것이 상기 일 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성은 상기 일 실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. Referring to FIG. 7, a
본 실시예에서는, 상기 전극들(120)은, 상기 상부 몰드(111)에 구비된 적어도 한 쌍의 상부 전극들(121)과, 상기 하부 몰드(112)에 구비된 적어도 한 쌍의 하부 전극들(122)을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다.The
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 스마트 몰드(110)에서 제1높이에 한 쌍의 전극들이 구비되고, 상기 제1높이와 다른 높이에 또 다른 한 쌍의 전극들이 구비되는 것도 가능하다. 또한, 상기 전도성 섬유(2)의 적층 플라이에 대응되는 높이마다 전극을 배치하는 것도 물론 가능하다. 따라서, 서로 다른 높이에 구비된 전극들은 각각의 높이에 배치된 전도성 섬유층의 정렬 방향을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
However, the present invention is not limited to this, and a pair of electrodes may be provided at a first height in the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
2: 전도성 섬유 10: 스마트 몰드
20: 전극 21: 제1전극
22: 제2전극 30: 측정부 2: conductive fiber 10: smart mold
20: electrode 21: first electrode
22: second electrode 30: measuring part
Claims (13)
상기 정보들이 입력되면, 입력된 정보를 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터를 산출하는 단계와;
상기 스마트 몰드에 상기 전도성 섬유를 미리 설정된 설정 각도로 정렬시켜 배치한 후, 상기 스마트 몰드에 수지를 주입하여 섬유강화복합재를 제조하는 단계와;
상기 수지를 주입하는 동안, 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정하는 측정 단계와;
상기 수치해석 데이터로부터 상기 측정단계에서 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도를 도출하고, 상기 도출 각도와 상기 설정 각도를 비교하여, 상기 수지 주입에 따른 상기 전도성 섬유의 정렬 상태를 모니터링하는 단계를 포함하고,
상기 전극들은,
상기 스마트 몰드의 하부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 하부 전극들과, 상기 스마트 몰드의 상부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 상부 전극들을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.Information on conductive fibers, information on lamination of the conductive fibers, shape information of a smart mold in which at least a pair of electrodes are arranged,
The simulation model is constructed by using the input information, and numerical analysis is performed through the simulation model, and the electrical resistance value according to the angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode is converted into numerical analysis data ;
Aligning and arranging the conductive fibers in the smart mold at predetermined preset angles, and injecting resin into the smart mold to produce a fiber-reinforced composite material;
A measuring step of measuring an electrical resistance value between the electrodes during the injection of the resin;
From the numerical analysis data, a tilted angle of the conductive fiber in accordance with the electric resistance value measured in the measuring step, and comparing the derived angle and the set angle to determine an alignment state of the conductive fiber according to the resin injection Monitoring,
The electrodes,
At least a pair of lower electrodes disposed at a predetermined distance from each other at a lower portion of the smart mold and at least a pair of upper electrodes spaced apart from each other at an upper portion of the smart mold, Lt; / RTI >
상기 정보들이 입력되면, 입력된 정보를 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터를 산출하는 단계와;
상기 스마트 몰드에 상기 전도성 섬유를 미리 설정된 설정 각도로 정렬시켜 배치한 후, 상기 스마트 몰드에 수지를 주입하여 섬유강화복합재를 제조하는 단계와;
상기 수지를 주입하는 동안, 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정하는 측정 단계와;
상기 수치해석 데이터로부터 상기 측정단계에서 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도를 도출하고, 상기 도출 각도와 상기 설정 각도를 비교하여, 상기 수지 주입에 따른 상기 전도성 섬유의 정렬 상태를 모니터링하는 단계를 포함하고,
상기 전도성 섬유에 대한 정보는, 상기 전도성 섬유의 토우 단위 길이당 전기저항값, 상기 토우들간의 이격 거리에 따른 전기저항값을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.Information on conductive fibers, information on lamination of the conductive fibers, shape information of a smart mold in which at least a pair of electrodes are arranged,
The simulation model is constructed by using the input information, and numerical analysis is performed through the simulation model, and the electrical resistance value according to the angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode is converted into numerical analysis data ;
Aligning and arranging the conductive fibers in the smart mold at predetermined preset angles, and injecting resin into the smart mold to produce a fiber-reinforced composite material;
A measuring step of measuring an electrical resistance value between the electrodes during the injection of the resin;
From the numerical analysis data, a tilted angle of the conductive fiber in accordance with the electric resistance value measured in the measuring step, and comparing the derived angle and the set angle to determine an alignment state of the conductive fiber according to the resin injection Monitoring,
Wherein the information about the conductive fibers includes electrical resistance values of the conductive fibers per unit length of tow and distance between the tows.
상기 전극들은,
상기 스마트 몰드의 하부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 하부 전극들과, 상기 스마트 몰드의 상부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 상부 전극들을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.The method of claim 2,
The electrodes,
At least a pair of lower electrodes disposed at a predetermined distance from each other at a lower portion of the smart mold and at least a pair of upper electrodes spaced apart from each other at an upper portion of the smart mold, Lt; / RTI >
상기 수치해석 데이터는,
상기 전도성 섬유의 적층 수마다 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.The method according to claim 1 or 2,
The numerical analysis data includes,
Wherein the electrical resistance value of the conductive fiber according to an angle of inclination of the conductive fiber is varied for each stacked number of the conductive fibers.
상기 전도성 섬유는, 단방향 연속 탄소섬유를 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the conductive fiber is a smart mold comprising unidirectional continuous carbon fibers.
상기 전도성 섬유는, 평직 연속 탄소섬유를 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the conductive fiber is a smart mold comprising plain continuous carbon fibers.
상기 전도성 섬유는, 탄소섬유와 유리섬유가 직조된 평직 연속 하이브리드 섬유를 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the conductive fiber is a smart mold comprising plain continuous seamless fibers in which carbon fibers and glass fibers are woven.
상기 정보들이 입력되면, 입력된 정보를 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터를 산출하는 단계와;
상기 스마트 몰드에 상기 전도성 섬유를 미리 설정된 설정 각도로 정렬시켜 배치한 후, 상기 스마트 몰드에 수지를 주입하여 섬유강화복합재를 제조하는 단계와;
상기 수지를 주입하는 동안, 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정하는 측정 단계와;
상기 수치해석 데이터로부터 상기 측정단계에서 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도를 도출하고, 상기 도출 각도와 상기 설정 각도를 비교하여, 상기 수지 주입에 따른 상기 전도성 섬유의 정렬 상태를 모니터링하는 단계를 포함하고,
상기 전극은 구리 호일 테이프를 사용하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.Information on conductive fibers, information on lamination of the conductive fibers, shape information of a smart mold in which at least a pair of electrodes are arranged,
The simulation model is constructed by using the input information, and numerical analysis is performed through the simulation model, and the electrical resistance value according to the angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode is converted into numerical analysis data ;
Aligning and arranging the conductive fibers in the smart mold at predetermined preset angles, and injecting resin into the smart mold to produce a fiber-reinforced composite material;
A measuring step of measuring an electrical resistance value between the electrodes during the injection of the resin;
From the numerical analysis data, a tilted angle of the conductive fiber in accordance with the electric resistance value measured in the measuring step, and comparing the derived angle and the set angle to determine an alignment state of the conductive fiber according to the resin injection Monitoring,
Wherein said electrode is a smart mold using copper foil tape.
상기 도출 각도와 상기 설정 각도의 차이를 표시하는 단계를 더 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 방법.The method according to claim 1 or 2,
Further comprising the step of displaying a difference between said derived angle and said set angle.
상기 전도성 섬유에 대한 정보, 상기 전도성 섬유의 적층 정보, 상기 스마트 몰드의 형상 정보를 입력하는 입력부와;
상기 정보들이 입력되면, 입력된 정보를 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터를 산출하는 연산부와;
상기 스마트 몰드에 상기 전도성 섬유를 미리 설정된 설정 각도로 정렬시켜 배치한 후 수지를 주입하는 동안, 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정하는 측정부와;
상기 수치해석 데이터로부터 상기 측정부에서 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도를 도출하고, 상기 도출 각도와 상기 설정 각도를 비교하여, 상기 수지 주입에 따른 상기 전도성 섬유의 정렬 불량을 검출하는 검출부를 포함하고,
상기 전극들은,
상기 스마트 몰드의 하부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 하부 전극들과, 상기 스마트 몰드의 상부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 상부 전극들을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치.A smart mold in which at least a pair of electrodes are arranged so as to be spaced apart from each other, and into which conductive fibers and resin are injected;
An input unit for inputting information on the conductive fibers, information on lamination of the conductive fibers, and shape information of the smart mold;
The simulation model is constructed by using the input information, and numerical analysis is performed through the simulation model, and the electrical resistance value according to the angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode is converted into numerical analysis data ;
A measuring unit for measuring the electrical resistance value between the electrodes while arranging the conductive fibers in the smart mold by arranging the conductive fibers at a predetermined set angle, and injecting the resin;
Calculating an inclination angle of the conductive fiber according to an electrical resistance value measured by the measuring unit from the numerical analysis data, comparing the derived angle with the set angle, and determining an alignment defect of the conductive fiber And a detecting unit for detecting the light,
The electrodes,
At least a pair of lower electrodes disposed at a predetermined distance from each other at a lower portion of the smart mold and at least a pair of upper electrodes spaced apart from each other at an upper portion of the smart mold, To monitor the alignment of the substrate.
상기 전도성 섬유에 대한 정보, 상기 전도성 섬유의 적층 정보, 상기 스마트 몰드의 형상 정보를 입력하는 입력부와;
상기 정보들이 입력되면, 입력된 정보를 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고, 상기 시뮬레이션 모델을 통해 수치해석하여 상기 전극의 길이 방향에 대해 상기 전도성 섬유가 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 수치해석 데이터를 산출하는 연산부와;
상기 스마트 몰드에 상기 전도성 섬유를 미리 설정된 설정 각도로 정렬시켜 배치한 후 수지를 주입하는 동안, 상기 전극들 사이의 전기저항값을 측정하는 측정부와;
상기 수치해석 데이터로부터 상기 측정부에서 측정한 전기저항값에 따른 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도를 도출하고, 상기 도출 각도와 상기 설정 각도를 비교하여, 상기 수지 주입에 따른 상기 전도성 섬유의 정렬 불량을 검출하는 검출부를 포함하고,
상기 전도성 섬유에 대한 정보는, 상기 전도성 섬유의 토우 단위 길이당 전기저항값, 상기 토우들간의 이격 거리에 따른 전기저항값을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치.A smart mold in which at least a pair of electrodes are arranged so as to be spaced apart from each other, and into which conductive fibers and resin are injected;
An input unit for inputting information on the conductive fibers, information on lamination of the conductive fibers, and shape information of the smart mold;
The simulation model is constructed by using the input information, and numerical analysis is performed through the simulation model, and the electrical resistance value according to the angle of inclination of the conductive fiber with respect to the longitudinal direction of the electrode is converted into numerical analysis data ;
A measuring unit for measuring the electrical resistance value between the electrodes while arranging the conductive fibers in the smart mold by arranging the conductive fibers at a predetermined set angle, and injecting the resin;
Calculating an inclination angle of the conductive fiber according to an electrical resistance value measured by the measuring unit from the numerical analysis data, comparing the derived angle with the set angle, and determining an alignment defect of the conductive fiber And a detecting unit for detecting the light,
Wherein the information about the conductive fibers includes an electrical resistance value of the conductive fibers per unit length of the tow and an electrical resistance value according to the distance between the tows.
상기 전극들은,
상기 스마트 몰드의 하부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 하부 전극들과, 상기 스마트 몰드의 상부에서 서로 소정간격 이격되게 배치된 적어도 한 쌍의 상부 전극들을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치.The method of claim 11,
The electrodes,
At least a pair of lower electrodes disposed at a predetermined distance from each other at a lower portion of the smart mold and at least a pair of upper electrodes spaced apart from each other at an upper portion of the smart mold, To monitor the alignment of the substrate.
상기 수치해석 데이터는,
상기 전도성 섬유의 적층 수마다 상기 전도성 섬유의 기울어진 각도에 따른 전기저항값을 포함하는 스마트 몰드를 이용하여 섬유의 정렬을 모니터링하는 장치.The method according to claim 10 or 11,
The numerical analysis data includes,
Wherein the electrical resistance value of the conductive fiber according to the tilted angle of the conductive fiber for each number of the conductive fibers is monitored.
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