KR102275118B1 - High Temperature Blow Asistied Fabrication Method For Fiber Reinforced Thermoplastic Composites and That Apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 및 그 성형장치에 관한 것으로, 강화재와 기지재로 이루어진 원재료를 용융시키는 원재료 용융단계와, 상기 원재료 용융단계 후 그 일면에 성형제품의 외형에 부합하는 캐비티가 형성된 고정 금형에 상기 용융된 원재료를 주입하는 주입단계와, 상기 주입단계 후 상기 고정 금형에 마련된 이젝트 핀의 작동을 안내하는 작동 홀에 형성된 유로를 통해 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이로 고온의 공기를 공급하는 열풍 공급단계와, 상기 열풍 공급단계 후 상기 고정 금형의 캐비티에 부합하는 형상을 갖는 가동 금형이 상기 고정 금형을 향해 이동하여 상기 캐비티에 위치한 용융된 원재료를 가압하여 제품을 성형하는 프레스 성형단계와, 상기 프레스 성형단계 후 상기 고정 금형과 가동 금형에 마련된 냉각채널을 통해 냉매를 순환시켜 상기 캐비티에 위치한 제품을 냉각시키는 냉각단계 및 상기 냉각단계 후 상기 고정 금형과 가동 금형이 개방된 상태에서 상기 이젝트 핀이 작동하여 상기 캐비티에 위치한 제품을 상기 고정 금형으로부터 취출하는 취출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법이 개시된다.The present invention relates to a molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite assisted with high-temperature air and a molding apparatus thereof, comprising a raw material melting step of melting a raw material consisting of a reinforcing material and a base material, and a molded product on one surface after the raw material melting step An injection step of injecting the molten raw material into a fixed mold in which a cavity conforming to the outline is formed, and after the injection step, the cavity and the molten raw material through a flow path formed in an operation hole for guiding the operation of an eject pin provided in the fixed mold After the hot air supply step of supplying high-temperature air between the hot air supply steps, a movable mold having a shape matching the cavity of the fixed mold moves toward the fixed mold and pressurizes the molten raw material located in the cavity to produce a product After the press forming step of molding, the cooling step of cooling the product located in the cavity by circulating a refrigerant through a cooling channel provided in the fixed mold and the movable mold after the press forming step, and the fixed mold and the movable mold after the cooling step Disclosed is a molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite assisted with high temperature air, comprising the step of taking out the product located in the cavity from the fixed mold by operating the eject pin in an open state.
Description
본 발명은 고온의 공기 발생장치와 이 장치에서 발생되는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 및 그 성형장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high-temperature air generator, a method for forming a thermoplastic fiber-reinforced composite assisted by the high-temperature air generated by the apparatus, and a molding apparatus thereof.
복합재(Composite)란 2종 이상의 재료가 거시적 결합해 있는 형태의 재료이다. 그 형태로는 섬유강화 복합재료, 미립자 강화 복합재료, 적층 복합재료, 플레이크 복합재료, 골격형 복합재료이다.Composite is a type of material in which two or more materials are macroscopically combined. Its types are fiber-reinforced composites, particulate-reinforced composites, laminated composites, flake composites, and skeletal composites.
구체적으로 복합재는 강화재(Reinforcement)와 기지재(Matrix)로 구성되는데, 강화재는 대부분의 외력을 담당하며, 기지재는 강화재 사이에서의 응력전달, 외부 유해환경으로부터 강화재의 보호, 그리고 기계적 마모로부터 강화재를 보호하는 역할을 한다.Specifically, a composite material is composed of reinforcement and a matrix. The reinforcement is responsible for most of the external force, and the matrix is used to transmit stress between the reinforcement, to protect the reinforcement from external harmful environments, and to protect the reinforcement from mechanical wear. plays a protective role.
본 발명의 배경이 되는 복합재는 섬유강화 복합재료 기술이다. 이때 강화재는 유리 섬유(Fiberglass), 탄소 섬유(Carbon fiber), 아라미드 섬유(Aramid fiber), 실리콘카바이드 섬유(SiC fiber), 산화알루미늄 섬유(Al2O3 Fiber), 그리고 보론 섬유(Boron fiber)가 주로 이용된다.Composites against which the present invention is based are fiber-reinforced composites technology. At this time, the reinforcing material is made of fiberglass, carbon fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber (SiC fiber), aluminum oxide fiber (Al 2 O 3 fiber), and boron fiber. Mainly used
또한, 기지재는 열경화성 고분자 수지(Thermosetting polymer), 열가소성 고분자 수지(Thermoplastic polymer), 금속(Metalic), 세라믹(Ceramic), 탄소(Carbon) 등이 이용될 수 있다.In addition, as the base material, a thermosetting polymer, a thermoplastic polymer, a metal, a ceramic, carbon, or the like may be used.
복합재는 2종 이상의 재료가 거시적 결합을 통해 그 상을 이루므로 다양한 조건에 따라 그 특성이 좌우된다. 원재료적 특성으로는 강화재의 특성, 기지재의 특성, 강화재와 기지재의 계면특성을 좌우하는 커플링제(Coupling agent)의 특성 등이 있다. 원재료적 특성 외에 완성품의 품질을 좌우하는 요인은 성형성이다. 열가소성 복합재 성형시 용융온도, 용융시간, 금형온도, 성형압력, 시간 등 복합적인 요소로 인한 성능의 차이가 발생한다.Since two or more materials form a phase through macroscopic bonding, the properties of a composite material depend on various conditions. The raw material properties include the properties of the reinforcing material, the properties of the base material, and the properties of the coupling agent that influences the interface properties between the reinforcing material and the base material. In addition to the characteristics of raw materials, the factor that determines the quality of the finished product is the formability. When molding thermoplastic composites, performance differences occur due to complex factors such as melting temperature, melting time, mold temperature, molding pressure, and time.
이 중, 본 발명에 중요 요소는 주요 기지재인 열가소성 수지의 특성에 기인한다. 열가소성 수지는 상온에서 고화상태로 존재하며 용융점 이상에서 액체상태 다시 결정화 온도 이하에서 고화되는 특징을 갖는다. 고화 속도는 주변 환경에 의해 좌우되며 열가소성 수지 표면과 접촉되는 대상물의 온도 및 열전달계수에 기인한다. 따라서 열가소성 복합재 성형간 표면의 급속한 고화를 방지하기 위한 방법이 필요하다.Among them, an important factor in the present invention is due to the characteristics of the thermoplastic resin, which is the main base material. Thermoplastic resins exist in a solidified state at room temperature and are solidified in a liquid state above the melting point and solidified below the crystallization temperature. The solidification rate is influenced by the surrounding environment and is due to the temperature and heat transfer coefficient of the object in contact with the surface of the thermoplastic resin. Therefore, there is a need for a method for preventing rapid solidification of the surface between moldings of a thermoplastic composite.
본 발명의 목적인 열가소성 복합재의 성형을 달성하기 위한 선행기술로 미국공개특허 제2007-0160822호와 같이 금형 자체의 급속한 가열 및 냉각을 위한 장치를 추가하는 방법이 있다. 상기의 방법은 고품질의 표면품질을 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만, 성형물 대비 큰 부피를 갖는 금형을 가열하고 냉각시키는 행위에 많은 에너지와 시간이 소요되는 단점이 있다.As a prior art for achieving the object of the present invention, molding of a thermoplastic composite, there is a method of adding a device for rapid heating and cooling of the mold itself, as in US Patent Publication No. 2007-0160822. The above method has the advantage of obtaining a high-quality surface quality. However, there is a disadvantage in that it takes a lot of energy and time to heat and cool a mold having a large volume compared to the molding.
다른 예로는 대한민국공개특허 제10-2010-0112167호가 있다. 상기 발명은 금속재의 인서트를 삽입하여 복합재를 성형하는 방법이며 미국공개특허 제2007-0160822호와 같이 금형 자체의 급속한 가열 및 냉각을 이용하는 방법이다.Another example is Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0112167. The invention is a method of molding a composite material by inserting an insert of a metal material, and is a method using rapid heating and cooling of the mold itself as in US Patent Publication No. 2007-0160822.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 열가소성 복합재의 성형방법의 문제점인 복합재 표면의 급속한 고화로 발생하는 성형품질의 저하를 막고, 급속한 금형의 가열 및 냉각 시 소요되는 시간 및 에너지를 줄이며 구조적 안전성이 높은 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 및 그 성형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, to prevent the deterioration of molding quality caused by the rapid solidification of the surface of the composite, which is a problem of the conventional molding method of thermoplastic composites, and to reduce the time and energy required for rapid heating and cooling of the mold. An object of the present invention is to provide a molding method and a molding apparatus for a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted by high-temperature air with high structural safety.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 강화재와 기지재로 이루어진 원재료를 용융시키는 원재료 용융단계와, 상기 원재료 용융단계 후 그 일면에 성형제품의 외형에 부합하는 캐비티가 형성된 고정 금형에 상기 용융된 원재료를 주입하는 주입단계와, 상기 주입단계 후 상기 고정 금형에 마련된 이젝트 핀의 작동을 안내하는 작동 홀에 형성된 유로를 통해 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이로 고온의 공기를 공급하는 열풍 공급단계와, 상기 열풍 공급단계 후 상기 고정 금형의 캐비티에 부합하는 형상을 갖는 가동 금형이 상기 고정 금형을 향해 이동하여 상기 캐비티에 위치한 용융된 원재료를 가압하여 제품을 성형하는 프레스 성형단계와, 상기 프레스 성형단계 후 상기 고정 금형과 가동 금형에 마련된 냉각채널을 통해 냉매를 순환시켜 상기 캐비티에 위치한 제품을 냉각시키는 냉각단계 및 상기 냉각단계 후 상기 고정 금형과 가동 금형이 개방된 상태에서 상기 이젝트 핀이 작동하여 상기 캐비티에 위치한 제품을 상기 고정 금형으로부터 취출하는 취출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법에 의해 달성된다.In the technical idea of the present invention for achieving the above object, a raw material melting step of melting a raw material consisting of a reinforcing material and a base material, and a cavity in which a cavity conforming to the shape of the molded product is formed on one surface after the raw material melting step After the injection step of injecting the molten raw material into the mold, and after the injection step, a hot air supplying hot air between the cavity and the molten raw material through a flow path formed in an operation hole guiding the operation of the eject pin provided in the fixed mold A press forming step in which a movable mold having a shape matching the cavity of the fixed mold is moved toward the fixed mold to press the molten raw material located in the cavity to form a product after the supplying step and the hot air supply step; After the press molding step, a cooling step of cooling the product located in the cavity by circulating a refrigerant through a cooling channel provided in the fixed mold and the movable mold, and after the cooling step, the ejection pin is It is achieved by a molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted by high-temperature air, characterized in that it comprises an ejection step of operating and taking out the product located in the cavity from the fixed mold.
여기서, 상기 강화재는 탄소 섬유, 유리 섬유, 실리콘카바이드 섬유, 보론 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.Here, the reinforcing material is preferably any one selected from carbon fiber, glass fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, aramid fiber, and natural fiber.
또한, 상기 기지재는 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸에테르케톤, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the base material is preferably any one selected from polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyamide, polyacetal, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyethyl ether ketone, linear low-density polyethylene, and high-density polyethylene. .
그리고, 상기 열풍 공급단계는 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이에 공급되는 고온의 공기가 상기 원재료의 용융 온도보다 5~10℃ 높은 온도로 공급되는 것이 바람직하다.And, in the hot air supply step, it is preferable that the high-temperature air supplied between the cavity and the molten raw material is supplied at a temperature 5 to 10° C. higher than the melting temperature of the raw material.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 사상으로는, 그 일면에 성형제품의 외형에 부합하는 캐비티가 형성된 고정 금형과, 상기 고정 금형의 일면과 대향하여 위치되고 상기 고정 금형의 캐비티를 향해 이동하여 상기 캐비티에 위치한 용융된 원재료를 가압하는 가동 금형과, 상기 고정 금형과 가동 금형 각각에 형성되는 냉각채널과, 상기 고정 금형의 캐비티에 강화재와 기지재로 이루어진 원재료를 용융된 상태로 주입하는 주입수단과, 상기 고정 금형에 마련되어 성형이 완료된 제품을 상기 캐비티로부터 취출하는 이젝트 핀과, 상기 고정 금형에 형성되고 상기 이젝트 핀의 작동을 안내하는 작동 홀과, 상기 이젝트 핀과 작동 홀 사이에 형성되는 유로 및 상기 유로를 통해 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이로 고온의 공기를 불어 넣는 블로워를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형장치에 의해 달성된다.On the other hand, in another technical idea of the present invention for achieving the above object, a fixed mold having a cavity on one surface that matches the shape of the molded product is formed, and located opposite to one surface of the fixed mold, the fixed mold A movable mold moving toward the cavity to pressurize the molten raw material located in the cavity, a cooling channel formed in each of the fixed mold and the movable mold, and a raw material composed of a reinforcement and a base material in the cavity of the fixed mold in a molten state an injection means for injecting into a furnace, an eject pin provided in the fixed mold to take out a molded product from the cavity, an operation hole formed in the fixed mold and guiding the operation of the eject pin, and the eject pin and the operation hole It is achieved by a molding apparatus for a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted with high temperature air, characterized in that it comprises a flow path formed therebetween and a blower for blowing high temperature air between the cavity and the molten raw material through the flow path.
여기서, 상기 유로는 상기 이젝트 핀 또는 작동 홀 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상기 블로워를 통해 공급되는 고온의 공기를 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이로 안내하는 안내 홈인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the flow path is a guide groove formed in at least one of the ejection pin and the operation hole to guide the high-temperature air supplied through the blower between the cavity and the molten raw material.
또한, 상기 안내 홈은 상기 이젝트 핀의 둘레 또는 작동 홀의 둘레를 따라 다수 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a plurality of the guide grooves are formed along the circumference of the ejection pin or the circumference of the operation hole.
본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 및 그 성형장치에 의하면, 열가소성 섬유강화 복합재 성형 방법에 있어 가압 전 표면 고화에 따른 성형품질 저하 및 급속한 금형의 가열 및 냉각에 필요한 에너지 소모를 줄임으로써 높은 품질의 성형제품을 얻을 수 있다.According to the method for molding a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted by high-temperature air according to the present invention and a molding apparatus thereof, in the method for molding a thermoplastic fiber-reinforced composite material, it is necessary to lower the molding quality due to surface solidification before pressing and to rapidly heat and cool the mold By reducing energy consumption, high quality molded products can be obtained.
도 1은 본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 중 용융된 열가소성 섬유강화 복합재를 삽입하기 위해 가동 금형을 여는 단계를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 중 용융된 열가소성 섬유강화 복합재를 고정 금형 내부에 삽입하는 단계를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 중 열가소성 섬유강화 복합재의 용융온도 이상의 공기를 불어 넣는 단계를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 중 용융된 열가소성 섬유강화 복합재 및 가열된 금형을 냉각하는 단계를 나타낸 개략도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 성형장치 중 고정 금형에 마련된 이젝트 핀의 작동을 안내하는 작동 홀에 형성된 유로를 나타낸 개략도로, 도 7의 (A)는 이젝트 핀에 형성된 안내 홈을 나타낸 사시도이고, (B)는 작동 홀에 형성된 안내 홈을 나타낸 사시도이다.1 is a flowchart illustrating a molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted with high-temperature air according to the present invention.
Figure 2 is a schematic view showing the step of opening the movable mold to insert the molten thermoplastic fiber-reinforced composite material in the molding method of the thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted with high-temperature air according to the present invention.
3 is a schematic view showing the step of inserting the molten thermoplastic fiber-reinforced composite material into the fixed mold in the molding method of the thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted with high temperature air according to the present invention.
4 is a schematic view showing the step of blowing air above the melting temperature of the thermoplastic fiber-reinforced composite in the molding method of the thermoplastic fiber-reinforced composite assisted with high-temperature air according to the present invention.
5 is a schematic view showing the step of cooling the molten thermoplastic fiber-reinforced composite material and the heated mold in the molding method of the thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted with high-temperature air according to the present invention.
6 and 7 are schematic views showing a flow path formed in an operation hole for guiding the operation of an eject pin provided in a fixed mold in the molding apparatus according to the present invention, and FIG. 7 (A) is a perspective view showing a guide groove formed in the eject pin and (B) is a perspective view showing a guide groove formed in the operation hole.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor can properly define the concept of the term to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법을 나타낸 순서도이다. 그리고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 성형방법에 의한 성형장치의 작동을 나타낸 개략도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명에 다른 성형장치 중 고정 금형에 마련된 이젝트 핀의 작동을 안내하는 작동 홀에 형성된 유로를 나타낸 개략도이다.1 is a flowchart showing a molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite assisted with high-temperature air according to the present invention. And, FIGS. 2 to 5 are schematic views showing the operation of the molding apparatus according to the molding method of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are operation holes for guiding the operation of the eject pin provided in the fixed mold among the molding apparatuses according to the present invention. It is a schematic diagram showing the flow path formed in .
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법은 열가소성 섬유강화 복합재를 용융하는 원재료 용융단계(S100), 용융된 원재료(S)를 고정 금형(110)에 주입하는 주입단계(S200), 금형에 주입된 용융된 원재료(S)에 고온의 공기를 공급하는 열풍 공급단계(S300), 고정 금형(110)에 위치한 용융된 원재료(S)를 가동 금형(120)이 가압하여 제품을 성형하는 프레스 성형단계(S400), 가동 금형(120)과 고정 금형(110)에 냉매를 순환시켜 성형된 제품을 냉각시키는 냉각단계(S500), 성형된 제품을 고정 금형(110)으로부터 분리하는 취출단계(S600)로 이루어진다.Referring to the drawings, the molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite assisted with high-temperature air according to the present invention includes a raw material melting step (S100) of melting the thermoplastic fiber-reinforced composite material, and a fixing mold (110) of the molten raw material (S). ) in the injection step (S200), the hot air supply step (S300) of supplying high-temperature air to the molten raw material (S) injected into the mold (S300), the molten raw material (S) located in the fixed
또한, 상기와 같은 성형방법을 실시하기 위한 성형장치는 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 그 일면에 성형제품의 외형에 부합하는 캐비티(111)가 형성된 고정 금형(110)과, 고정 금형(110)의 일면과 대향하여 위치되고 고정 금형(110)의 캐비티(111)를 향해 이동하여 캐비티(111)에 위치한 용융된 원재료(S)를 가압하는 가동 금형(120)과, 고정 금형(110)과 가동 금형(120) 각각에 형성되는 냉각채널(112)(122)과, 고정 금형(110)의 캐비티(111)에 강화재와 기지재로 이루어진 원재료를 용융된 상태로 주입하는 주입수단(200)과, 고정 금형(110)에 마련되어 성형이 완료된 제품을 캐비티(111)로부터 취출하는 이젝트 핀(300)과, 고정 금형(110)에 형성되고 이젝트 핀(300)의 작동을 안내하는 작동 홀(113)과, 이젝트 핀(300)과 작동 홀(113) 사이에 형성되는 유로 및 유로를 통해 상기 캐비티(111)와 용융된 원재료 사이로 고온의 공기를 불어 넣는 블로워(400)로 구성된다.In addition, as shown in FIGS. 2 to 7, the molding apparatus for carrying out the molding method as described above includes a fixed
이때, 이젝트 핀(300) 또는 작동 홀(113) 중 적어도 어느 하나는 블로워(400)를 통해 공급되는 고온의 공기를 캐비티(111)와 용융된 원재료(S) 사이로 안내하는 안내 홈(130)이 형성된다.At this time, at least one of the
또한, 안내 홈(130)은 도 7의 (A)와 (B)에 도시된 바와 같이 이젝트 핀(300)의 둘레 또는 작동 홀(113)의 둘레를 따라 다수 형성될 수 있다.In addition, a plurality of
부연하자면, 원재료 용융단계(S100)는 강화재와 기지재로 이루어진 원재료를 용융시키는 것으로, 이때 강화재는 탄소 섬유, 유리 섬유, 실리콘카바이드 섬유, 보론 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유 중 선택된 어느 하나일 수 있다.In other words, the raw material melting step (S100) is to melt the raw material consisting of a reinforcing material and a base material, in which case the reinforcing material may be any one selected from carbon fiber, glass fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, aramid fiber, and natural fiber. .
또한, 기지재는 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸에테르케톤, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 중 선택된 어느 하나일 수 있다.In addition, the base material may be any one selected from polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyamide, polyacetal, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyethyl ether ketone, linear low-density polyethylene, and high-density polyethylene.
이와 같은 강화재와 기지재는 IR 히터, 열풍 오븐, 금속 히터, 전자기유도 히터, 대류 오븐과 같은 용융 장치를 통해 용융되는데, 강화재와 기지재는 호퍼와 같은 원재료를 저장하는 저장탱크에서 용융 장치로 공급되어 용융된다. 이때, 강화재와 기지재는 층을 이루도록 용융 장치로 공급되어 용융되거나 또는 강화재와 기지재가 혼합된 상태로 용융장치로 공급되어 용융될 수도 있다.These reinforcing materials and base materials are melted through melting devices such as IR heaters, hot air ovens, metal heaters, electromagnetic induction heaters, and convection ovens. do. At this time, the reinforcing material and the base material may be supplied to the melting apparatus to form a layer and melted, or the reinforcing material and the base material may be supplied to the melting apparatus in a mixed state and melted.
주입단계(S200)는 가동 금형(120)과 고정 금형(110)으로 이루어진 한 벌의 금형 중 그 일면에 성형제품의 외형에 부합하는 캐비티(111)가 형성된 고정 금형(110)에 용융된 원재료(S)를 주입하는 단계로, 이때 앞서 설명한 용융장치에서 용융된 원재료(S)는 다관절 로봇과 같은 이동수단이 마련되고 주입노즐을 갖는 주입수단(200)을 통해 고정 금형(110)의 캐비티(111)에 주입된다.The injection step (S200) is a raw material melted in the fixed
또한, 경우에 따라서 주입단계(S200)는 고정 금형(110)에 용융된 원재료(S)를 캐비티(111)로 공급하는 노즐이 형성되어 상기 고정 금형(110)에 형성된 노즐을 통해 캐비티(111)에 주입될 수도 있을 것이다.In addition, in some cases, in the injection step (S200), a nozzle for supplying the molten raw material S to the
이와 같은 주입단계(S200)는 용융된 원재료(S)가 대기 중에 노출되어 냉각되는 것을 방지하기 위해 고정 금형(110)의 캐비티(111)에 신속하게 주입된다. 바람직하게 3~5초 내에 고정 금형(110)의 캐비티(111)에 용융된 원재료(S)가 주입되는 것이 바람직하다.Such an injection step (S200) is rapidly injected into the
열풍 공급단계(S300)는 주입단계(S200) 후 고정 금형(110)에 마련된 이젝트 핀(300)의 작동을 안내하는 작동 홀(113)에 형성된 유로를 통해 캐비티(111)와 용융된 원재료 사이로 고온의 공기를 공급하는 것으로, 이때 작동 홀(113)에 형성된 유로, 즉 안내 홈(130)을 통해 캐비티(111)와 용융된 원재료(S) 사이로 공급되는 고온의 공기는 바람직하게 원재료의 용융 온도보다 5~10℃ 높은 온도로 공급된다.The hot air supply step (S300) is a high temperature between the
이와 같이, 열풍 공급단계(S300)에 의해 원재료의 용융 온도보다 높은 온도의 공기가 이젝트 핀(300)의 작동 홀(113)에 형성된 안내 홈(130)을 통해 캐비티(111)와 원재료 사이로 공급되면 캐비티(111)의 표면과 접촉하면서 열을 빼앗겨 냉각된 원재료가 고온의 공기에 의해 용융된 상태를 유지하게 된다.As such, when air having a temperature higher than the melting temperature of the raw material is supplied between the
프레스 성형단계(S400)는 열풍 공급단계(S300) 후 고정 금형(110)의 캐비티(111)에 부합하는 형상을 갖는 가동 금형(120)이 고정 금형(110)을 향해 이동하여 캐비티(111)에 위치한 용융된 원재료(S)를 가압하여 제품을 성형하게 된다.In the press forming step (S400), after the hot air supply step (S300), the
그리고, 냉각단계(S500)는 프레스 성형단계(S400) 후 고정 금형(110)과 가동 금형(120)에 마련된 냉각채널(112)(122)을 통해 냉매를 순환시켜 캐비티(111)에 위치한 제품을 냉각시키는 것으로, 가동 금형(120)과 고정 금형(110)에 형성된 냉각채널(112)(122)에 냉매를 순환시켜 프레스 성형단계(S400)에 의해 성형된 제품 및 가열된 금형(110)(120)을 성형제품의 취출 온도까지 낮추게 된다.And, the cooling step (S500) is a product located in the
상기와 같은 냉각단계(S500)에서 금형(110)(120)에 제각기 형성된 냉각채널(112)(122)을 순환하는 냉매는 바람직하게 합성파라핀, 디아릴알칸(Diaryl alkane), 폴리페닐유도체(Polyphenyl derivatives), 아릴에테르(Arylether), 디메틸실록산폴리머 (Dimethyl siloxane polymer)와 질산나트륨, 아질산나트륨, 아질산칼륨 등으로 구성된 무기염류 등이 될 수 있다.In the cooling step (S500) as described above, the refrigerant circulating through the cooling
그리고, 상기와 같이 냉각단계(S500)가 완료된 후에는 취출단계(S600)가 수행되는데, 취출단계(S600)는 고정 금형(110)과 가동 금형(120)이 개방된 상태에서 상기 이젝트 핀(300)이 작동하여 상기 캐비티(111)에 위치한 제품을 상기 고정 금형(110)으로부터 취출하게 된다.And, after the cooling step (S500) is completed as described above, the ejecting step (S600) is performed, and the ejecting step (S600) is the
상기와 같은 본 발명에 따른 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법 및 그 성형장치에 의하면, 열가소성 섬유강화 복합재 성형 방법에 있어 가압 전 표면 고화에 따른 성형품질 저하 및 급속한 금형의 가열 및 냉각에 필요한 에너지 소모를 줄임으로써 높은 품질의 성형제품을 얻을 수 있다.According to the molding method and the molding apparatus of the thermoplastic fiber-reinforced composite material according to the present invention as described above, in the thermoplastic fiber-reinforced composite molding method, the reduction in molding quality due to surface solidification before pressurization and energy consumption required for rapid heating and cooling of the mold are reduced. By reducing it, high quality molded products can be obtained.
한편, 상기와 같은 성형방법 및 그 성형장치에 의한 제조된 성형제품(실시예 1, 실시예 2)을 종래의 성형방법과 성형장치에 의해 제조된 성형제품(비교예 1)과 비교하였다. 이때, 실시예 1,2 및 비교예 1은 공통적으로 다음과 같은 조건을 갖는다.On the other hand, the molded products (Example 1, Example 2) manufactured by the molding method and the molding apparatus as described above were compared with the molded products manufactured by the conventional molding method and the molding apparatus (Comparative Example 1). In this case, Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 have the following conditions in common.
원재료의 강화재와 기지재는 각각 GF/PA6 60% UD Tape로 하였으며, 적층패턴은 [0/90]2S이고, 용융 환경은 대류 오븐이다. 또한, 원재료의 용융 온도 및 시간은 200℃에서 3분을 하였고, 성형 압력은 2 MPa이고, 탈형 온도는 30℃이다.The reinforcing material and the base material of the raw material were each made of GF/PA6 60% UD Tape, the lamination pattern was [0/90] 2S , and the melting environment was a convection oven. In addition, the melting temperature and time of the raw materials were 3 minutes at 200°C, the molding pressure was 2 MPa, and the demolding temperature was 30°C.
그리고, 실시예 1은 열풍 공급단계에서 고정 금형(110)에 공급되는 고온의 공기 온도를 120℃로 하였으며, 실시예 2는 고정 금형(110)에 공급되는 고온의 공기 온도를 180℃로 하였다.In Example 1, the high-temperature air temperature supplied to the fixed
반면, 종래의 성형방법과 성형장치에 의해 제조되는 비교예 1은 고온의 공기가 공급되지 않는 일반 금형에서 성형한 것으로 이때 금형의 온도는 30℃ 이다.On the other hand, Comparative Example 1 manufactured by the conventional molding method and molding apparatus was molded in a general mold to which high-temperature air is not supplied, and the temperature of the mold is 30°C.
<측정예><Example of measurement>
ASTM D790에 의거 시편은 실시예와 비교예의 방법으로 성형한 260 * 260 mm 패널에서 72 * 12.7 * 2 mm의 크기로 다이아몬드 휠커터를 이용해 채취하였으며, 상기 시편의 길이방향은 패널의 최각층의 섬유방향과 일치함. 상기 방법으로 채취한 시편은 UTM(Universal testing machine)을 사용하여 지간거리 64 mm, 시험속도는 3.41 mm/min를 적용하여 측정 되었다.According to ASTM D790, the specimen was taken from the 260 * 260 mm panel molded by the methods of Examples and Comparative Examples with a size of 72 * 12.7 * 2 mm using a diamond wheel cutter, and the longitudinal direction of the specimen is the fiber of the outermost layer of the panel. coincides with the direction. The specimens collected by the above method were measured using a UTM (Universal testing machine) by applying a span distance of 64 mm and a test speed of 3.41 mm/min.
또한 패널로부터 30*30*2의 크기로 시편을 채취하여 비중을 측정하였다. 이들의 측정 결과는 하기의 표 1 내지 표 3과 같다.In addition, the specific gravity was measured by taking a specimen with a size of 30*30*2 from the panel. These measurement results are shown in Tables 1 to 3 below.
표 1은 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2에 대한 굽힘강도의 측정 결과이고, 표 2는 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2에 대한 굴곡탄성률의 측정 결과이며, 표 3은 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2에 대한 비중의 측정 결과이다.Table 1 is the measurement result of the flexural strength for Comparative Example 1, Example 1, and Example 2, Table 2 is the measurement result of the flexural modulus for Comparative Example 1, Example 1, Example 2, Table 3 is the comparison It is the measurement result of specific gravity with respect to Example 1, Example 1, and Example 2.
상기 표 1 내지 표 3서 나타난 바와 같이, 본 발명의 성형방법 및 성형장치에 의해 성형된 실시예 1 및 실시예 2는 굽힘강도, 굴곡탄성률, 비중이 종래의 성형방법 및 성형장치에 의해 성형된 비교예 1에 의해 우수한 것을 알 수 있다.As shown in Tables 1 to 3, in Examples 1 and 2 molded by the molding method and molding apparatus of the present invention, the bending strength, flexural modulus, and specific gravity were formed by the conventional molding method and molding apparatus. It can be seen that Comparative Example 1 is excellent.
즉, 본 발명에 의하면, 열가소성 섬유강화 복합재 성형 방법에 있어 가압 전 표면 고화에 따른 성형품질 저하 및 급속한 금형의 가열 및 냉각에 필요한 에너지 소모를 줄임으로써 높은 품질의 성형제품을 얻을 수 있다.That is, according to the present invention, in the method for molding a thermoplastic fiber-reinforced composite material, high quality molded products can be obtained by reducing molding quality deterioration due to surface solidification before pressurization and reducing energy consumption required for rapid heating and cooling of the mold.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be implemented with modifications and variations without departing from the gist of the present invention, and it should be considered that such modifications and variations are also included in the technical spirit of the present invention. .
110 : 고정 금형 111 : 캐비티
112,122 : 냉각채널 113 : 작동 홀
120 : 가동 금형 130 : 안내 홈
200 : 주입수단 300 : 이젝트 핀
400 : 블로워110: fixed mold 111: cavity
112,122: cooling channel 113: operation hole
120: movable mold 130: guide groove
200: injection means 300: eject pin
400: blower
Claims (7)
상기 원재료 용융단계 후 그 일면에 성형제품의 외형에 부합하는 캐비티가 형성된 고정 금형에 상기 용융된 원재료를 주입하는 주입단계;
상기 주입단계 후 상기 고정 금형에 마련된 이젝트 핀의 작동을 안내하는 작동 홀에 형성된 유로를 통해 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이로 고온의 공기를 공급하는 열풍 공급단계;
상기 열풍 공급단계 후 상기 고정 금형의 캐비티에 부합하는 형상을 갖는 가동 금형이 상기 고정 금형을 향해 이동하여 상기 캐비티에 위치한 용융된 원재료를 가압하여 제품을 성형하는 프레스 성형단계;
상기 프레스 성형단계 후 상기 고정 금형과 가동 금형에 마련된 냉각채널을 통해 냉매를 순환시켜 상기 캐비티에 위치한 제품을 냉각시키는 냉각단계; 및
상기 냉각단계 후 상기 고정 금형과 가동 금형이 개방된 상태에서 상기 이젝트 핀이 작동하여 상기 캐비티에 위치한 제품을 상기 고정 금형으로부터 취출하는 취출단계;를 포함하고,
상기 열풍 공급단계는,
상기 캐비티와 용융된 원재료 사이에 공급되는 고온의 공기가 상기 원재료의 용융 온도보다 5~10℃ 높은 온도로 공급되는 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법.
A raw material melting step of melting the raw material consisting of a reinforcing material and a base material;
an injection step of injecting the molten raw material into a fixed mold having a cavity formed on one surface conforming to the shape of the molded product after the raw material melting step;
a hot air supply step of supplying high-temperature air between the cavity and the molten raw material through a flow path formed in an operation hole for guiding the operation of the eject pin provided in the fixed mold after the injection step;
a press molding step of forming a product by moving a movable mold having a shape corresponding to the cavity of the fixed mold after the hot air supply step toward the fixed mold to press the molten raw material located in the cavity;
a cooling step of cooling the product located in the cavity by circulating a refrigerant through a cooling channel provided in the fixed mold and the movable mold after the press forming step; and
After the cooling step, in a state in which the fixed mold and the movable mold are opened, the eject pin operates to take out the product located in the cavity from the fixed mold; and
The hot air supply step is
The molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted by high temperature air, characterized in that the high temperature air supplied between the cavity and the molten raw material is supplied at a temperature 5 to 10 ° C higher than the melting temperature of the raw material.
상기 강화재는
탄소 섬유, 유리 섬유, 실리콘카바이드 섬유, 보론 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법.
The method according to claim 1,
The reinforcement is
Carbon fiber, glass fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, aramid fiber, a molding method of a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted with high temperature air, characterized in that any one selected from natural fibers.
상기 기지재는
폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸에테르케톤, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형방법.
The method according to claim 1,
The base material is
Polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyamide, polyacetal, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyethyl ether ketone, linear low-density polyethylene, high-temperature air, characterized in that any one selected from high-density polyethylene A method of forming an auxiliary thermoplastic fiber-reinforced composite.
상기 고정 금형의 일면과 대향하여 위치되고 상기 고정 금형의 캐비티를 향해 이동하여 상기 캐비티에 위치한 용융된 원재료를 가압하는 가동 금형;
상기 고정 금형과 가동 금형 각각에 형성되는 냉각채널;
상기 고정 금형의 캐비티에 강화재와 기지재로 이루어진 원재료를 용융된 상태로 주입하는 주입수단;
상기 고정 금형에 마련되어 성형이 완료된 제품을 상기 캐비티로부터 취출하는 이젝트 핀;
상기 고정 금형에 형성되고 상기 이젝트 핀의 작동을 안내하는 작동 홀;
상기 이젝트 핀과 작동 홀 사이에 형성되는 유로; 및
상기 유로를 통해 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이로 고온의 공기를 불어 넣는 블로워;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 블로워는,
상기 원재료의 용융 온도보다 5~10℃ 높은 온도로 이루어진 고온의 공기를 상기 유로를 통해 공급하는 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형장치.
A fixed mold in which a cavity is formed on one surface to match the shape of the molded product;
a movable mold positioned opposite to one surface of the fixed mold and moving toward the cavity of the fixed mold to pressurize the molten raw material located in the cavity;
a cooling channel formed in each of the fixed mold and the movable mold;
an injection means for injecting a raw material made of a reinforcing material and a base material into the cavity of the fixed mold in a molten state;
an eject pin provided in the fixed mold to take out a molded product from the cavity;
an operation hole formed in the fixed mold and guiding the operation of the eject pin;
a flow path formed between the eject pin and the operation hole; and
and a blower for blowing high-temperature air between the cavity and the molten raw material through the flow path; and
The blower is
A molding apparatus for a thermoplastic fiber-reinforced composite assisted by high-temperature air, characterized in that the high-temperature air having a temperature 5 to 10° C. higher than the melting temperature of the raw material is supplied through the flow path.
상기 유로는
상기 이젝트 핀 또는 작동 홀 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상기 블로워를 통해 공급되는 고온의 공기를 상기 캐비티와 용융된 원재료 사이로 안내하는 안내 홈인 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형장치.
6. The method of claim 5,
the flow path
Molding of a thermoplastic fiber-reinforced composite assisted with high temperature air, characterized in that it is formed in at least one of the eject pin or the operation hole and guides the high temperature air supplied through the blower between the cavity and the molten raw material. Device.
상기 안내 홈은
상기 이젝트 핀의 둘레 또는 작동 홀의 둘레를 따라 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 고온의 공기로 보조되는 열가소성 섬유강화 복합재의 성형장치.7. The method of claim 6,
The guide home
A molding apparatus for a thermoplastic fiber-reinforced composite material assisted by high-temperature air, characterized in that a plurality are formed along the circumference of the ejection pin or around the operation hole.
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