KR102027328B1 - 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 하이브리드 프로파일 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

섬유강화수지의 프리프레그를 케이블형으로 제작하는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 및 그 제조방법 그리고 이를 금속 프로파일에 결합하여 일체화한 하이브리드 프로파일 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 케이블형 프리프레그를 갖는 하이브리드 프로파일 제조방법은 금속프로파일을 마련하는 단계와, 상기 금속프로파일에 접착시킬 케이블형 프리프레그를 마련하는 단계와, 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 프리프레그 적층구조체를 형성한 다음 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계와, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계를 포함한다.

Description

섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 하이브리드 프로파일 및 그 제조방법{Hybrid profile having xFRPcable-type prepreg and preparing method for the same}
본 발명은 섬유강화수지의 프리프레그를 케이블형으로 제작하는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 및 그 제조방법 그리고 이를 금속 프로파일에 결합하여 일체화한 하이브리드 프로파일 및 그 제조방법에 관한 것이다
일반적으로, 섬유강화수지는 강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운 첨단소재로 다양한 산업에서 활용되고 있다. 프리프레그(Prepreg)는 Preimpregnated Materials의 약어로 결합재(Matrix)를 강화섬유(Reinforced Fiber)에 미리 함침시킨 시트(Sheet) 형태의 제품으로 복합재료 제품의 중간 재료이다. 강화섬유로는 주로 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등이 이용되고 있으며, 결합재로는 에폭시수지, 폴리에스테르수지, 열가소성수지 등이 사용되고 있다. 프리프레그는 섬유의 종류, 섬유의 배열형태, 사용된 결합재의 종류에 따라 다양한 제품군을 형성하고 있다. 프리프레그를 이용하여 생산된 복합재료는 타 재료에 비해 강도(strength), 강성도(stiffness), 내식성(corrosion resistance), 피로수명(fatigue), 내마모성(wear resistance), 내충격성(impact resistance), 경량화(weight reduction) 등의 다양한 특성을 개선할 수 있게 되므로 최근에는 우주항공산업, 일반산업, 스포츠, 레저용품 등의 생산에 다양하게 이용되고 있다.
물적 특성이 우수한 각종 섬유는 수지와 결합하여 강화되는데(예: 탄소섬유강화수지), 단섬유의 경우 사출과 같은 공정에 의해 수지와 혼합하여 금형과 같은 틀에서 가압과 열로 성형하고, 장섬유의 경우 유사하게 수지함침이나 수지주입방식을 사용하는 공정도 있지만, 주로 매트릭스 수지와 결합한 평판형의 프리프레그를 재단과 적층에 의해 임의 형상을 만든 후 금형과 같은 틀에서 가압과 열로 성형한다. 이때 섬유에 대한 수지혼합, 함침 및 주입 사용방식은 생산성은 우수하나 수지의 액상점도가 높으면 섬유와의 일체화가 원활치 않고 경화 후 기공따위가 발생하며 액상점도가 낮으면 물적 특성이 떨어진다.
섬유에 대한 매트릭스수지에 의한 프리프레그 사용방식은 이미 섬유와의 일체화의 전단계가 되어 있는 상태로 오토클레이브에서 균일하게 가압하며 경화시키므로 물적 특성 및 신뢰성은 우수하나 오토클레이브와 같은 고가의 비생산적인 설비를 사용하여야 하며, 섬유강화수지의 사용목적에 따라 프리프레그 상태의 끈끈한 평판형의 원단을 섬유배열의 방향에 맞추어 재단 및 적층하는 공정이 상당히 비생산적이다. 즉 생산성이 떨어진다.
수지필름주입방식은 상기 두 가지 방식의 장점을 택한 방법으로서, 성형하고자 하는 형상의 재단 및 적층에 있어 각 층의 드라이패브릭. 즉, 섬유패턴에 미리 수지필름을 밀착시켜 놓고 반복하여 완성 형상에 가까운 형태로 적층한 다음, 금형과 같은 틀에서 진공으로 가압하며 열을 가하여 경화 및 성형하는 것으로 액상의 수지 혼합, 함침 및 주입보다 물적 특성이 우수하고 신뢰성이 높으며, 오토클레이브와 같은 균일한 압력을 가하는 고가의 설비없이도 수지필름이 섬유패턴에 균일한 두께로 밀착하여 용융되어 주입되며, 드라이패브릭. 즉, 섬유패턴이 끈끈하지 않아 적층이 보다 수월하여 생산성이 상대적으로 우수하다.
다만, 수지필름주입방식은 드라이패턴. 즉, 섬유패턴이 끈끈하지 않아 작업할 때 용이한 점을 제외하고, 섬유패턴과 필름의 재단 및 적층이 매트형태로써 층마다 교대로 반복적으로 이루어져야 하는데 역시 용이하지 않으며, 성형의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다.
종래 프리프레그는 평판(매트)형태로서, 재단 및 적층할 때 매트의 층별 사이즈 및 정렬을 정확히 하여야 하는데 작업이 용이치 않고, 특히 프리프레그의 끈끈함 때문에 취급이 더욱 어렵다. 이를 해결하기 위하여 자동 적층 설비를 사용하기도 하는데 고가이고 성형품의 크기에 따라서 적용하기 곤란한 경우도 있다. 아울러, 성형 형상이 구석진 부분은 매트가 접히는 부분이 발생하는 등 매트의 적층으로 구석진 형상을 구현하기 어렵다.
따라서, 종래기술에 의한 하이브리드 프로파일, 예를 들면, 하이브리드 중공샤프트는 금속튜브 내부에 섬유강화수지 GFRP, CFRP, 또는 이들의 혼합층을 적용한 경우가 있는데 이러한 하이브리드 프로파일은 섬유강화수지와 금속튜브를 일체화함에 있어 제작이 어려운 문제점이 있었다.
등록특허 제1746026호
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 함침에 의한 섬유강화수지의 프리프레그 혹은 수지필름주입방식에 의한 섬유강화수지의 프리프레그를 매트타입이 아닌 내부의 끈끈한 수지필름과 외부의 드라이(건조)한 섬유 혹은 적정 재질의 외피로 이루어진 케이블형 프리프레그 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 있다.
아울러, 비효율적인 생산성 및 열악한 작업환경의 문제를 해소하기 위하여 케이블형 프리프레그를 사용하되, 물적 특성이 우수한 수지필름주입방식에 의한 섬유강화수지를 갖는 하이브리드 프로파일 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 있다.
또한, 종래의 금속 프로파일 및 섬유강화수지 프로파일을 사용함에 있어 전자의 경우 무겁고 물적 특성이 떨어지며, 후자의 경우 고가이며 작업성 및 주변과의 이음에 의한 활용성이 떨어지는 등, 각각 문제점을 보유하고 있어, 그 문제점을 해소하고 장점을 취하고자 금속 프로파일에 섬유강화수지를 별도 제작하여 접합 혹은 끼워맞춤으로 일체화시키거나 수지필름주입방식의 케이블형 프리프레그로 조합, 적층, 진공 가압 및 열경화 공정으로 금속프로파일과 섬유강화수지를 일체화시킨 케이블형 프리프레그를 갖는 하이브리드 프로파일 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 강화섬유와 수지필름을 병행하여 투입하는 단계; 상기 강화섬유와 수지필름을 밀착시키는 단계; 및 상기 강화섬유와 수지필름을 일체화시켜 케이블 형태로 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 강화섬유와 수지필름이 병행하여 투입되면서 에어로 세척될 수 있다.
바람직하게는, 상기 강화섬유와 수지필름을 케이블 형태로 형성한 다음, 외면에 외피를 감싸는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 강화섬유와 수지필름을 케이블 형태로 형성한 다음, 보빈에 감는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 다른 구체적인 수단으로서 본 발명은, 금속프로파일을 마련하는 단계; 상기 금속프로파일에 접착시킬 케이블형 프리프레그를 마련하는 단계; 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 프리프레그 적층구조체를 형성한 다음 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계; 및 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계는, 상기 케이블형 프리프레그를 미리 설계된 형태에 따라 복수개로 절단하는 단계; 절단된 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 상기 프리프레그 적층구조체를 형성하는 단계; 및 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 케이블형 프리프레그를 복수개로 절단하기 전, 상기 케이블형 프리프레그의 외피를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계에서 가압은 진공압으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키기 전, 상기 금속프로파일의 중공의 내측면에 상기 케이블형 프리프레그가 밀착되고, 중앙에는 진공백 또는 성형 후 제거될 수 있는 충진물이 삽입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 프리프레그 적층구조체와 상기 금속프로파일의 접합면에는 스크래치가 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키기 전, 상기 금속프로파일과 프리프레그 적층구조체의 열팽창 계수의 차이에 의한 분리현상을 방지하기 위하여 예압을 부여해 줄 수 있다.
바람직하게는, 상기 프리프레그 적층구조체는 서로 다른 직경을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속프로파일은 단면상 허니컴 구조처럼 금속 재질의 격벽에 의해 복수개의 구역으로 구획되고, 상기 복수개의 구역마다 상기 프리프레그 적층구조체가 가압 및 가열되어 밀착될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 구체적인 수단으로서 본 발명은, 중앙의 심지; 상기 심지의 외면을 감싸도록 밀착된 제1수지필름층; 상기 제1수지필름층 외면을 감싸도록 원형으로 배열되어 밀착된 복수개의 섬유; 및 상기 복수개의 섬유들의 외곽 끝단들을 둘러 싸도록 밀착된 제2수지필름층;을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2수지필름층을 감싸는 외피를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 심지와 상기 제1수지필름층 사이에는 진공배깅을 위한 진공필름이 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 복수개가 서로 밀착 적층되어 이루어진 프리프레그 적층구조체가 금속프로파일의 일측에 접착되어 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속프로파일은 단면상 허니컴 구조처럼 금속 재질의 격벽에 의해 복수개의 구역으로 구획되고, 상기 복수개의 구역마다 상기 프리프레그 적층구조체가 가압 및 가열되어 밀착될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명의 케이블형 프리프레그는 면으로 각 층을 재단하여 적층하는 것이 아니라 3D 프린팅의 필라멘트처럼 선으로 조합하여 면을 만들어 층을 이루고 그러한 층을 적층하는 것으로 보편화되어 있는 간단한 일련의 장치에 의하여 드라이한 외피 제거와 동시에 조합 적층할 수 있고, 경우에 따라서 외피를 제거하지 않고 사용할 수 있으며, 케이블 형태이므로 굵기를 다양하게 하여 적층의 횟수를 줄일 수도 있으며, 구석진 부분이 접히지 않도록 할 수 있는 등, 다양한 형상구현이 가능하며, 연속적인 작업으로 필라멘트 와인딩과 같은 공정을 적용할 수도 있다.
(2) 본 발명은 하이브리드 프로파일 제조방법에 있어, 케이블형 프리프레그 사용의 효과는 케이블형 프리프레그는 액상수지보다 취급이 용이하고, 다양한 적층이 가능하며 매트릭스수지의 평판형보다 케이블 형태이므로 필라멘트처럼 취급하여 절단, 조합 및 굵기에 따라 각 층 적층 두께 조정이 가능하므로 생산성이 우수하다.
(3) 본 발명에서 프리프레그의 성형을 위한 부자재로서, 진공백, 천공재, 필 플라이, 브리더 및 패킹 등이 설치되어야 하는데 케이블형 프리프레그는 상기 부자재 일부를 케이블의 구성요소로 하여 성형시 사용, 성형후 제거 혹은 그대로 사용할 수있어 매트형보다 단순한 공정을 갖는다.
(4) 본 발명의 하이브리드 프로파일 제조방법에 있어서, 금속프로파일의 폐쇄된 중공형태의 공간에 섬유강화수지를 일체화시킬 경우, 케이블형 프리프레그로 미리 제작 성형한 성형품을 앞부분을 금구로 압착하여 인출선으로 당겨 중공부분에 삽입하고, 이 성형품과 프로파일 사이의 간극을 적당한 접착물질로 일련의 장치에 의해 채워 넣어 금속프로파일과 섬유강화수지를 일체화시킬 수있는데 타 방법에 비해 생산성이 상당히 우수하다.
(5) 본 발명은에서 제품의 물적 특성을 보다 높혀야 할 경우, 미리 제작한 성형품을 삽입하는 것이 아니라 프리프레그 적층상태로 금속프로파일과 일체화시키는 것이 필요한데, 프리프레그 적층물을 금속프로파일 중공부분에 설치하려면 매트형이든 케이블형이든 프리프레그 적층물의 외부표면이 끈끈하므로 간극이 필요하고 지극히 얇은 드라이(건조)한 외피를 사용한다해도 기본적으로 삽입에 필요한 간극이 있어야하므로, 성형시 진공으로 가압하는 것만으로 메울 수없을 정도로 간극이 클 경우, 메트형은 각 요소의 크기를 변화시킬 수없어 간극을 메울 수없지만, 케이블형 프리프레그는 각 심지부분에 진공백을 보유한 케이블형을 사용하면 성형시 각 요소의 크기를 넓혀 간극을 메우고 가압할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 케이블형 프리프레그 구조를 도시한 종횡 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 케이블형 프리프레그로서, 외피를 제거한 상태에서, 중앙부에 진공배깅용필름 및 심지가 있는 케이블형 프리프레그 구조를 도시한 종횡 단면도이다.
도 3 및 도 4는본 발명에 의한 케이블형 프리프레그 제작공정도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 케이블형 프리프레그의 언코일링 및 적층 공정도이다
도 7은 본 발명에 의한 금속 프로파일의 폐쇄된 중공부분에 프리프레그 성형품의 삽입 혹은 프리프레그의 적층을 도시한 단면도이다.
도 8 은 본 발명에 의한 금속 프로파일의 개방된 부분에 프리프레그의 적층을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 의한 하이브리드 프로파일 제작공정도로서, 금속 프로파일에 프리프레그 성형품의 접합 혹은 삽입하는 공정도이다.
도 10은 본 발명에 의한 하이브리드 프로파일 제작공정으로서, 금속 프로파일에 프리프레그를 적층 혹은 삽입하는 공정도이다.
도 11은 본 발명에 의한 하이브리드 프로파일로서 허니컴 구조를 갖는 샌드위치 패널의 일례를 보여준다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 하이브리드 프로파일 및 그 제조방법을 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 제조방법은, 도 4를 참고하면, 케이블형 프리프레그의 굵기 및 형태 설계를 진행하는 단계(S10)와, 강화섬유와 수지필름을 병행하여 투입하는 단계(S20)와, 상기 강화섬유와 수지필름을 밀착시키는 단계(S30)와, 상기 강화섬유와 수지필름을 일체화시켜 케이블 형태로 형성하는 단계(S50)를 포함한다.
이때, 상기 강화섬유와 수지필름이 병행하여 투입되면서 에어로 세척될 수 있다.
이때, 상기 강화섬유와 수지필름을 케이블 형태로 형성한 다음, 외면에 외피를 감싸는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 강화섬유와 수지필름을 케이블 형태로 형성한 다음, 보빈에 감는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법은, 도 9와 도 10을 참고하면, 금속프로파일을 마련하는 단계(S110,S160)와, 상기 금속프로파일에 접착시킬 케이블형 프리프레그를 마련하는 단계(S120,S170)와, 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 프리프레그 적층구조체를 형성(S120,S170)한 다음 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계(S130,S180)와, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계(S140,S190)를 포함할 수 있다.
상기 금속프로파일을 마련하는 단계에서, 상기 금속프로파일은 일정한 횡단면을 가지고 길이방향으로 일정거리 연장된 형태로 제작된 부품을 지칭하고 동시에 금속재질을 가지는 것을 의미한다. 이러한 예로는 본 발명에서 제공하는 하이브리드 프로파일을 들 수 있고, 상기 형상으로 중간에 허니컴(벌집)구조를 갖는 샌드위치패널을 예로 들 수 있으며, 반드시 그러한 것은 아니지만 원통형, 즉 파이프 형태로 제작된 것이 주류를 이룰 것이다.
상기 금속프로파일의 예로서, 대표적으로 하이브리드 프로파일은 차량에서 엔진 구동력을후륜으로 전달하기 위한 축으로서 사용되는 것을 들 수 있다.
이때, 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계는, 상기 케이블형 프리프레그를 미리 설계된 형태에 따라 복수개로 절단하는 단계와, 절단된 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 상기 프리프레그 적층구조체를 형성하는 단계와, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 케이블형 프리프레그를 복수개로 절단하기 전, 상기 케이블형 프리프레그의 외피를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계에서 가압은 진공압으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키기 전, 상기 금속프로파일의 중공의 내측면에 상기 케이블형 프리프레그가 밀착되고, 중앙에는 진공백 또는 성형 후 제거될 수 있는 충진물이 삽입될 수 있다.
이때, 상기 프리프레그 적층구조체와 상기 금속프로파일의 접합면에는 스크래치가 형성될 수 있다. 이러한 스크래치에 의해 접합면의 면적이 증가하여 접착력을 증가시키게 된다.
이때, 상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키기 전, 상기 금속프로파일과 프리프레그 적층구조체의 열팽창 계수의 차이에 의한 분리현상을 방지하기 위하여 예압을 부여해 줄 수 있다.
이때, 상기 프리프레그 적층구조체는 서로 다른 직경을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그(10,10')는, 도 1과 도 2를 참고하면, 중앙의 심지(30,30')와, 상기 심지(30,30')의 외면을 감싸도록 밀착된 제1수지필름층(40,40')과, 상기 제1수지필름층 외면을 감싸도록 원형으로 배열되어 밀착된 복수개의 섬유(20,20')와, 상기 복수개의 섬유들의 외곽 끝단들을 둘러 싸도록 밀착된 제2수지필름층(41,41')을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2수지필름층을 감싸는 외피(50)를 더 포함할 수 있다.
이때, 패널부 중간에 허니컴(벌집)구조를 갖는 샌드위치패널과 같은 경우, 허니컴의 중공부에 케이블형 프리프레그를 충진하는데, 심지와 상기 제1수지필름층 사이에는 진공배깅을 위한 진공필름이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 섬유강화수지의 케이블형프리프레그는, 도 1, 2, 7을 참고하면, 외면이 서로 밀착된 복수개의 섬유와, 상기 복수개의 섬유들의 외곽을 둘러 싸도록 밀착된 수지필름층을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 프로파일은 복수개의 상기 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그가 서로 밀착 적층되어 이루어진 프리프레그적층구조체가 금속프로파일의 일측에 접착되어 이루어질 수 있다.
이때, 상기 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그가 허니컴 형태로 적층될 수도 있다.
도 3을 참고하면, 케이블형 프리프레그의 제작 공정도로서, 강화수지로서 강화될 수 있는 섬유(20) 혹은 드라이한 섬유매트를 일정한 각도로 투입하면서(100), 한편, 수지필름 제조장치를 통하여 제작한 일정두께의 수지필름(40a)이 병행하여 투입되고(110) 에어제트로 세척되며 밀착되는(120) 과정을 거쳐 심지(30) 및 기타 부자재와 함께 원통형의 케이블 형태로 통합된다(130).
이후 케이블형 프리프레그로 보관되어야 할 경우, 외피공급설비(140)로 외피(50)를 감싸 코일링(150)설비로 원통의 보빈에 감는다.
도 1과 도 2를 참고하면, 이렇게 감아둔 케이블형 프리프레그의 단면 구조도로서, 중심부의 심지(30,30'), 이를 감싸는 부재로서, 섬유(20,20') 혹은 섬유매트와 밀착된 수지필름(40,41,40',41'), 편조 혹은 띠형태의 드라이(건조)한 외피(50)로 구성되어 있거나, 도 2에서처럼 목적에 따라 심지(30,30')와 수지필름(40,41,40',41')사이에 궁극적으로 섬유강화수지를 진공으로 가압 및 열경화시킬 수 있는 진공배깅을 위한 부자재인 진공필름(60')과 소형의 진공배깅용 부자재층으로 대체 구성할 수 있다.
좀 더 상세하게 이것의 용도를 설명하면, 케이블형 프리프레그의 각각의 진공배깅의 진공라인(260a)을 메인 라인에 연결하여 가압으로 사용하면 형상의 안밖에서 가압하는 형태가 되고 원통형으로 인한 인접부사이의 공극을 최소화할 수있다.
도 5를 참고하면, 상기 케이블형 프리프레그를 코일형태로 보관하였다가 언코일링(160)하면서 단독으로 섬유강화수지 성형품을 제작하거나 하이브리드 프로파일을 제작하는 공정을 도시한 것이다.
케이블형 프리프레그 원자재(80)를 언코일링(160)하여 필요에 따라 외피 제거설비를 통과하면서(170) 미리 설계한 크기로 필라멘트로서, 정척절단기(180)로 절단하고 공급설비(190)로 각 층별로 면을 만들고, 그 다음 적층하여 프리프레그 적층구조체를 형성하여(200), 독립된 섬유강화수지 성형품을 제작하거나 혹은 금속프로파일의 섬유강화수지 설치부분에 이 성형품을 접합 혹은 삽입하여 하이브리드 프로파일을 제작한다. 혹은 이 프리프레그 적층구조체를 진공배깅 등의 부자재와 함께 금속 프로파일의 정해진 위치 혹은 형상에 설치 삽입한 후(210), 진공으로 가압하고 열로 경화하여 하이브리드 프로파일을 제작한다(220)(도 6, 9, 10참고).
도 7을 참고하면, 절단 및 적층된 다양한 케이블형 프리프레그(90: 90a, 90b, 90c)에 의한 성형품을 금속 프로파일(1)의 폐쇄된 중공부분에 삽입한 형태의 단면도이며, 절단 및 적층된 케이블형 프리프레그를 진공배깅을 위한 부자재(3)와 함께 구성된 형태로 금속프로파일의 폐쇄된 중공부분에 삽입한 단면 도시이다. 이러한 상태에서 진공압과 열을 제공하면 공극이 수지로 메워지면서 강화섬유와 함께 일체화가 이루어지게 된다. 물론 진공압 제공 후에는 도 7과 다른 형태를 단면으로 금속프로파일(1) 쪽으로 일그러질 것이다.
도 8을 참고하면, 절단 및 적층된 케이블형 프리프레그(90)를 진공배깅을 위한 부자재(3)와 함께 구성된 형태로 금속프로파일(1) 에 위치 설치한 단면도이다. 이 또한 진공압과 가열을 제공하면 일그러진 형태를 가지며 완성될 것이다. 이러한 하이브리드 프로파일은 컨베이어에 상시로 스틸 재질의 부품이 마찰 이동할 경우에 적용될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 하이브리드프로파일 제조방법에 있어, 금속프로파일(1)은 수지성형의 금형과 같은 틀의 역할을 대신하는 것으로, 금속프로파일(1)의 개방된 공간 및 폐쇄된 중공형태의 공간에 케이블형 프리프레그(80)로 제작한 성형품을 접합시키거나 열간끼워맞춤으로 삽입하여 일체화할 수도 있고, 해당부분에 적층하거나 삽입하여 진공으로 가압하고 열경화하여 일체화할 수도 있다.
한편, 보다 물적 특성을 높여야 할 경우, 미리 제작한 성형품이 아닌 프리프레그 적층상태로 금속프로파일(1)과 일체화시키는 것이 필요한데, 미리 제작한 성형품이 아닌 프리프레그 적층상태로 중공부분에 삽입할 경우, 외부 표면의 끈끈함은 삽입에 방해가 되므로 외부 표면에 드라이(건조)한 외피(50)로 감싸고 프리프레그적층 중앙부는 진공백(3)과 심지(30)로 중심부를 유연성있게 구성한 전체적인 프리폼형태를 제작하여 상술한 과정처럼 인출작업(도 7 참조)을 통하여 이를 삽입한 후, 외피(50)를 벗겨내고 유연성있게 구성한 중심부를 확장하도록 진공으로 가압과 열경화로 일체화시킨다.
아울러, 금속프로파일(1)과 프리프레그 적층물 사이의 간극이 진공으로 가압하는 것만으로 메울 수없을 정도로 클 경우, 중심부를 둘러 싼 케이블형 프리프레그(90) 요소들의 중심부도 동일하게 진공백(3)으로 만들어 양단 금구(240)로 패킹(4) 및 진공 처리하면 확장될 수 있는데, 이때 변하는 요소들의 크기 변화로 간극을 메울 수도 있다. 즉, 하이브리드 프로파일의 폐쇄된 중공형상은 금형과 같은 틀이므로 상기 형상의 안팎에서 가압하는 형태에서 다수의 진공라인을 형성할 수도 있다.
본 발명의 하이브리드 프로파일에서 대구경의 튜브형태를 형성할 때도 중앙부에 맨드렐형태를 두고 이를 중심으로 케이블형 프리프레그(90)로 주변을 둘러쌓은 다음 금속프로파일과 중심부의 진공백, 그리고 무수한 케이블형 프리프레그의 진공백을 연결한 상태로 만들어 진공으로 가압 처리할 수도 있다.
한편, 도 11을 참고하면, 본 발명에 의한 케이블형 프리프레그를 이용하여 허니컴 구조를 갖는 샌드위치 패널을 제작한 경우의 단면도를 보여준다.
도 11을 참고하면, 샌드위치 패널(300) 사이에 복수개의 하이브리드 프로파일이 삽입된 것과 유사하다. 또는 샌드위치 패널(300)은 두 개의 금속 패널(301) 사이에 단면상 허니컴 구조처럼 금속 재질의 격벽(310)에 의해 복수개의 구역(302)으로 구획되고, 상기 복수개의 구역(302)마다 도 7에서와 유사하게 케이블형 프리프레그(320)가 삽입된 후, 격벽(310) 내측으로 가압, 가열, 그리고 밀착되어 이루어진다. 따라서 프리프레그는 도 11과 같이 일그러질 것이다. 각 구역(302) 하나하나가 하이브리드 프로파일을 이루는 것과 유사하고, 그 효과 또한 동일하게 발휘하게 되어, 강성도를 최대치로 올릴 수 있게 된다.
이러한 허니컴 구조의 샌드위치 패널(300)은 각 구역(302)의 면적이 매우 작기 때문에 제작이 어려울 수 있으나, 단자를 제조하는 방식으로 구현할 수 있다.
이렇게 제작된 샌드위치 패널(300)은 차량의 차체, 도어 등, 일정한 두께와 강성도를 가지되 가벼운 재질을 필요로 하는 곳에 사용될 수 있을 것이다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 금속프로파일 2 : 중공 중앙부
3 :진공백 및 부자재층 4 : 진공패킹
10, 10' :케이블형프리프레그 20, 20' : 섬유
30, 30' : 심지 40, 40', 41, 41' : 수지필름층
50 : 외피 60 : 진공필름
80 :케이블형프리프레그(언코일링 상태)
90 , 90a, 90b,90c : 케이블형프리프레그(외피제거, 절단상태)
100: 섬유 공급설비 110: 수지필름 공급설비
120: 통합설비 130: 에어제트 세척 및 통합설비
140: 외피 공급설비 150 :코일링
160: 언코일링 170: 외피제거설비
180: 정척절단기 190: 프리프레그 공급설비
200: 적층작업설비 210: 진공배깅
220 :하이브리드프로파일 제작설비 230: 예압지그
240: 예압 금구 250: 접합 및 충진액체조
250a: 액상접합재 투입라인 260: 진공 펌프
260a: 진공 라인

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 금속프로파일을 마련하는 단계;
    상기 금속프로파일에 접착시킬 케이블형 프리프레그를 마련하는 단계;
    상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 프리프레그 적층구조체를 형성한 다음 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계; 및
    상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계;
    를 포함하되,
    상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키기 전, 상기 금속프로파일의 중공의 내측면에 상기 케이블형 프리프레그가 밀착되고, 중앙에는 진공백 또는 성형 후 제거될 수 있는 충진물이 삽입되는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계는,
    상기 케이블형 프리프레그를 미리 설계된 형태에 따라 복수개로 절단하는 단계;
    절단된 상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 상기 프리프레그 적층구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계;
    를 포함하는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 케이블형 프리프레그를 복수개로 절단하기 전, 상기 케이블형 프리프레그의 외피를 제거하는 단계를 포함하는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계에서 가압은 진공압으로 이루어지는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제5항에 있어서,
    상기 프리프레그 적층구조체와 상기 금속프로파일의 접합면에는 스크래치가 형성된 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키기 전, 상기 금속프로파일과 프리프레그 적층구조체의 열팽창 계수의 차이에 의한 분리현상을 방지하기 위하여 예압을 부여해 주는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 프리프레그 적층구조체는 서로 다른 직경을 갖는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법.
  13. 금속프로파일을 마련하는 단계;
    상기 금속프로파일에 접착시킬 케이블형 프리프레그를 마련하는 단계;
    상기 케이블형 프리프레그를 적층하여 프리프레그 적층구조체를 형성한 다음 상기 금속프로파일에 밀착시키는 단계; 및
    상기 프리프레그 적층구조체를 상기 금속프로파일에 가압 및 가열하여 접착시키는 단계;
    를 포함하되,
    상기 금속프로파일은 단면상 허니컴 구조처럼 금속 재질의 격벽에 의해 복수개의 구역으로 구획되고, 상기 복수개의 구역마다 상기 프리프레그 적층구조체가 가압 및 가열되어 밀착된 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일 제조방법.
  14. 중앙의 심지;
    상기 심지의 외면을 감싸도록 밀착된 제1수지필름층;
    상기 제1수지필름층 외면을 감싸도록 원형으로 배열되어 밀착된 복수개의 섬유;
    상기 복수개의 섬유들의 외곽 끝단들을 둘러 싸도록 밀착된 제2수지필름층;
    을 포함하는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2수지필름층을 감싸는 외피를 더 포함하는 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 심지와 상기 제1수지필름층 사이에는 진공배깅을 위한 진공필름이 구비된 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그.
  17. 제14항 내지 제16항 중의 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그 복수개가 서로 밀착 적층되어 이루어진 프리프레그 적층구조체가 금속프로파일의 일측에 접착되어 이루어진 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 금속프로파일은 단면상 허니컴 구조처럼 금속 재질의 격벽에 의해 복수개의 구역으로 구획되고, 상기 복수개의 구역마다 상기 프리프레그 적층구조체가 가압 및 가열되어 밀착된 섬유강화수지의 케이블형 프리프레그를 이용한 하이브리드 프로파일.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001303715A (ja) * 1999-11-18 2001-10-31 Nippon Steel Composite Co Ltd 金属管柱及び金属管柱の補強方法
JP2004306265A (ja) * 2003-04-01 2004-11-04 Mitsubishi Rayon Co Ltd 繊維強化樹脂中間材の製造方法及び製造装置
KR101746026B1 (ko) 2015-12-11 2017-06-13 주식회사 엑시아머티리얼스 다층 하이브리드 프리프레그 및 이의 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5279879A (en) * 1989-12-28 1994-01-18 Tonen Corporation Hybrid prepreg containing carbon fibers and at least one other reinforcing fiber in specific positions within the prepreg

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001303715A (ja) * 1999-11-18 2001-10-31 Nippon Steel Composite Co Ltd 金属管柱及び金属管柱の補強方法
JP2004306265A (ja) * 2003-04-01 2004-11-04 Mitsubishi Rayon Co Ltd 繊維強化樹脂中間材の製造方法及び製造装置
KR101746026B1 (ko) 2015-12-11 2017-06-13 주식회사 엑시아머티리얼스 다층 하이브리드 프리프레그 및 이의 제조방법

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