KR102405868B1 - 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 에프알피 플랜지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공성형공법을 이용한 FRP 플랜지 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 FRP 플랜지에 관한 것으로, 상기 수지 주입단계에서 금형 내부공간의 음압 상태를 소정 압력으로 일정하게 유지시키기 위해, 상기 메인배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량과 상기 보조배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량의 비율이 60~70% : 30~40% 비율을 유지시킴으로써 상기 감압단계와 수지 주입단계에서 상기 금형 내부공간에서 임의로 선택된 두 위치의 압력 편차를 최소화하면서 상기 수지주입구로 주입되는 수지가 상기 금형 내부공간의 몸체 성형용 공간 및 확장부 성형용 공간에 적층된 상기 제1 보강재와 제2 보강재 및 제3 보강재에 균일하게 함침되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 에프알피 플랜지{FRP Flange manufactured by Infusion and Method thereof}

본 발명은 진공성형공법을 이용한 FRP 플랜지 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 FRP 플랜지에 관한 것이다.

FRP(Fiber-reinforced plastic)는 섬유로 강화한 플라스틱으로서, 일반적으로 반도체 공장 및 화학공장 등에서는 덕트 및 화학탱크가 사용되고 있으며, 유독가스 및 산배기 가스의 이송 덕트, 화학약품 저장탱크 등의 소재로 우수한 내식성을 갖는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 재질을 많이 이용하고 있다.

이러한 FRP 배관 또는 FRP 덕트를 시공하는 경우에, 두 배관의 끝단을 서로 연결하기 위해 FRP플랜지가 사용되고 있다. 배관 연결용 FRP 플랜지는 배관의 단부가 끼워지는 중공부를 구비한 몸체와, 상기 몸체부의 외경보다 확장된 단면을 갖는 확장부를 갖는다.

지금까지 FRP플랜지의 성형가공은, 수작업에 의한 적층방식(hand lay-up process)에 의해 이루어져 오고 있다.

본 발명은, 기존의 FRP 성형 적층공법인 수작업 적층공법 등에 비해 우수한 품질의 제품 생산과 깨끗한 작업환경 제공 등의 특징을 갖고 있는 진공성형공법(infusion)에 의해 FRP플랜지를 성형하는 방법을 제안한다.

진공성형공법은 작업 중인 성형제품이 대기에 노출되지 않는 닫힌 몰드 공법(Closed moulding method)의 하나로, Vacuum infusion(혹은 Bagging) 등으로도 불리고 있다. 진공성형공법의 원리는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 이형 처리된 몰드에 유리섬유 등의 강화재(Reinforcement material)를 배치하고 진공비닐을 덮고 진공펌프(Vacuum pump)를 연결하여 몰드에 진공을 걸어 몰드 내부의 압력을 낮추고, 진공펌프 반대편에 합성수지(Resin)를 연결하여 몰드 내의 기압차를 이용하여 합성수지를 몰드에 주입하는 것이다.

일반적으로 진공성형공법(infusion)은 기존의 유리섬유 적층 성형공법인 수작업 성형공법에 비해, 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 균등한 강도를 확보할 수 있다. 수작업 적층 공법은 작업자가 롤러를 이용하여 합성수지를 함침(Infusion) 시키면서 가압하여 강도를 유지하므로 작업자의 경험 및 숙련도에 따라 품질이 좌우된다. 하지만 진공성형공법은 진공펌프로 몰드(금형) 내부의 압력을 유지하기 때문에 균등한 강도를 낼 수 있다.

두번째, 미려한 표면마감이 가능해진다. 수작업 적층 공법은 몰드의 반대쪽 표면이 거칠게 나와 사상 작업을 거친 후 겔코트를 도포한다. 하지만 진공성형공법은 표면마감섬유(Peel ply) 또는 이형필름을 사용하여 몰드 반대쪽 표면을 마치 사상 작업을 한 것처럼 만들어 주기 때문에 사상 작업을 줄여주거나 생략할 수 있게 한다.

세번째, 경량화 및 고강도 제품을 얻을 수 있다. 수작업 적층 공법은 수작업의 한계로 인해 합성수지와 섬유의 비율을 7 : 3 정도로 유지할 수밖에 없는 반면에, 진공성형공법은 합성수지와 유리섬유(보강재)의 비율을 3 : 7 정도까지 유지하더라도 합성수지가 섬유조직 내부에 골고루 함침이 가능하다. FRP 성형제품에서 합성수지 함유율이 낮으면 적층 판의 두께가 얇아지고 제품 중량이 가벼워지고, 또한 섬유의 비율이 높일 수 있으므로 인장강도와 굽힘 강도를 높일 수 있다.

그러나, 진공성형공법은 합성수지를 주입하여 섬유강화재가 합성수지를 흡수하는 방식으로 함침이 진행되기 때문에, 섬유 강화재 내부에 공동(空洞)이 발생될 가능성이 높은 단점이 있다.

특히, 배관 연결용 FRP 플랜지는, 몸체의 외경보다 확장된 단면을 갖는 확장부(체결나사 삽입공이 방사상으로 여러 개가 형성된 날개부분)가 배관 단부가 끼워지는 중공부를 구비한 몸체에 대해 직각을 이루는 형상의 특성으로 인해, 수지주입구 및 에어배출구의 배치가 중요할 뿐만 아니라, 섬유 강화재(유리섬유)의 적층이 매우 중요하다.

대한민국 특허등록 제10-2176913호 대한민국 특허등록 제10-2325433호 대한민국 특허등록 제10-2288285호 대한민국 공개특허 제10-2020-0134525호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

기존의 FRP 성형 적층공법인 수작업 적층공법에 비해 우수한 품질의 제품 생산과 깨끗한 작업환경 제공 등의 특징을 갖고 있는 진공성형공법(infusion)에 의해 FRP 플랜지를 성형하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 몸체의 외경보다 확장된 단면을 갖는 확장부(체결나사 삽입공이 방사상으로 여러 개가 형성된 날개부분)가 배관 단부가 끼워지는 중공부를 구비한 몸체에 대해 직각을 이루는 플랜지의 형상적인 특성에 최적으로 부합하는 제조방법을 제안함으로써, 합성수지가 금형 내부공간에 주입되면서 섬유강화재에 흡수 및 함침되는 동안에 발생될 수 있는 섬유강화재 내부의 공동(空洞) 발생을 최소화할 수 있는 FRP 플랜지 제조방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법은,

배관의 단부가 끼워지는 중공부를 구비한 몸체와, 상기 몸체부의 외경보다 확장된 단면을 갖는 확장부를 갖는 배관 연결용 FRP 플랜지를 성형하는 방법에 있어서,

상기 확장부의 외부 테두리를 형성하는 외곽턱과, 상기 확장부의 하단면을 형성하는 바닥부를 구비한 제1 금형(110)을 설치하는 제1 금형 준비단계와;

상기 확장부의 단면형상에 대응하도록 제1 보강재를 재단 및 가공하여 상기 제1 금형 위에 적층하는 제1 보강재 적층단계와;

상기 몸체의 중공부를 형성하는 제2 금형을 상기 제1 금형의 바닥부 위에 안착시켜 설치하는 제2 금형 설치단계와;

상기 제1 보강재의 상부면에 대해 수직한 상기 제2 금형의 외주면에 제2 보강재를 적층하는 제2 보강재 적층단계와;

직각으로 절곡된 제3 보강재를, 상기 제1 금형의 상부면에 적층된 제1 보강재와 상기 제2 금형의 외주면에 적층된 제2 보강재 위에 동시에 적층하는 제3 보강재 적층단계와;

상기 제1 금형의 외곽턱에 결합되고, 상기 확장부의 상면과 상기 몸체의 외면을 형성하는 제3 금형을 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형과 결합하여 밀폐하는 금형 밀폐단계와;

상기 제1 금형, 제2 금형, 제3 금형에 의해 형성되는 금형 내부공간과 합성수지용기를 연결하는 연결관로의 수지공급 밸브를 차단하고, 상기 금형 내부공간과 연통된 에어 배출구에 압축기를 연결하고 에어배출 밸브를 개방하여 상기 금형 내부공간의 압력을 낮추는 감압단계와;

상기 제1 금형, 제2 금형, 제3 금형에 의해 형성되는 금형 내부공간으로 연통된 수지주입구와 합성수지용기를 연결하는 연결관로의 수지공급 밸브를 개방하여, 상기 합성수지를 상기 수지주입구로 주입하는 주입단계와;

설정된 용량의 합성수지가 상기 금형 내부공간으로 주입되면, 상기 감압단계를 중지하고 상기 수지공급 밸브를 차단한 상태로, 약 1 ~ 2시간 동안을 유지하는 경화단계와;

상기 경화단계 완료 후에, 상기 제1 금형, 제2 금형, 제3 금형을 분리하여 제품을 탈형하는 탈형단계와;

상기 탈형된 제품의 가장자리를 가공처리하는 후처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 수지주입구는 상기 제3 금형의 수직방향 중심축선을 기준으로 방사상 위치에 등간격으로 이격된 위치의 상기 제3 금형에 형성되며,

상기 에어 배출구는, 상기 제 3금형의 수직방향 중심축선에 형성되는 메인배출구와, 상기 제1 금형의 수직방향 중심축선에 형성되는 보조배출구로 이루어지되, 상기 메인배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량과 상기 보조배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량의 비율이 60~70% : 30~40% 비율을 유지시킴으로써 상기 감압단계와 수지 주입단계에서 상기 금형 내부공간에서 임의로 선택된 두 위치의 압력 편차를 최소화하면서 상기 수지주입구로 주입되는 수지가 상기 금형 내부공간의 몸체 성형용 공간 및 확장부 성형용 공간에 적층된 상기 제1 보강재와 제2 보강재 및 제3 보강재에 균일하게 함침되도록 하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 본 발명은 상기 제2 금형의 상부면 또는 상기 제3 금형의 내부면 에는 상기 몸체부를 성형하는 금형 내부공간과 상기 메인배출구를 연통시키는 다수의 요홈이 방사상으로 형성되어, 상기 감압단계에서 상기 금형 내부공간의 공기가 상기 메인배출구로 배출되는 동안에 상기 금형 내부공간에서 임의로 선택되는 두 위치의 압력 편차를 최소화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또다른 과제 및 이의 구체적인 해결수단은 후술하는 ‘발명을 실시하기 위한 구체적인 내용’ 및 첨부도면에서 더욱 구체적으로 설명될 것이다.

본 발명에 따른 FRP 플랜지 제조방법에 의해, 작업 인원을 최소화할 수 있다. 즉, 기존 수작업(핸드 레이업 프로세스)에서는 각각의 공정마다 최소 4~6명의 인원이 투입되었으나, 상기한 본 발명의 각 단계에서 2명의 작업인력 만으로도 FRP 플랜지 제조가 가능하므로, 약 50% 이상의 인건비 절감효과를 얻을 수 있다.

그리고, 기존 수작업(핸드 레이업 프로세스)에서는 FRP 플랜지 1개를 제작하는 데에 최소 8시간(경화에 소요되는 최소 3시간 포함)이 걸렸으나,

본 발명에 따른 제조방법에 의해서는 동일 크기의 FRP 플랜지 1개를 제작하는 데에 최대 3시간(경화에 소요되는 최소 1시간 포함)의 작업시간이 걸리므로, 약 3배의 생산성을 높일 수 있다.

나아가, 기존 수작업(핸드 레이업 프로세스)에서는 초프트 스트랜드 매트를 수지에 적셔 Mould에 감싸면서 FRP플랜지를 성형하게 되므로, 작업자에 따라 제품의 표면 두께가 일정치 않아, 성형제품의 두께를 일정하게 연마하는 '표면 후가공작업'이 필요하였으나, 본 발명에 따른 제조방법으로는 금형 내부공간으로 수지가 주입되어 금형 내부공간의 형태로 일정한 두께의 제품을 얻을 수 있으므로, 후가공에 필요한 시간을 대폭 감축할 수 있다.

그리고, 기존 수작업 시에는 제품의 크기가 커짐에 따라 초프트 스트랜드 매트의 적층 시간과 경화 시간 등이 크게 늘어났었으나, 본 발명에 따른 제조방법으로는 다양한 크기의 금형을 준비해야 하는 준비기간 및 금형 비용이 요구되기는 하지만, 금형 준비 완료 후에는 초프트드 스트랜드 매트의 적층 시간과 수지 주입 시간 등에 소폭의 소요시간 증가만으로도 대형의 제품생산이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법은, 몸체의 외경보다 확장된 외경을 갖는 확장부(체결나사 삽입공이 방사상으로 여러 개가 형성되는 날개부분)가 배관 단부가 끼워지는 중공부를 구비한 몸체에 대해 직각을 이루는 플랜지의 형상적인 특성을 고려하여, 직각으로 절곡된 절곡부를 구비한 제3 보강재를, 상기 제1 보강재의 상부면에 적층된 제1 보강재와 상기 제2 금형의 외주면에 적층된 제2 보강재 위에 동시에 적층시킴으로써 확장부와 몸체의 연결부위의 강도를 향상시키고,

나아가 확장부가 몸체에 대해 직각을 이루는 플랜지의 성형과정에서 수지가불균일하게 함침됨에 의해 발생될 수 있는 공동(空洞)을 최소화하기 위해, 상기 금형 내부공간의 공기를 배출하는 감압단계에서 메인배출구와 별개로 복수개의 보조배출구를 더 형성하고, 상기 메인배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량과 상기 보조배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량을 60~70% : 30~40% 비율을 갖도록 함으로써, 상기 감압단계와 수지 주입단계에서 상기 금형 내부공간에서 임의로 선택된 두 위치의 압력 편차를 최소화하면서 주입되는 수지가 보강재에 균일하게 함침되므로 고품질의 FRP 플랜지를 생산할 수 있다.

본 발명의 또다른 작용효과는 후술하는 ‘발명을 실시하기 위한 구체적인 내용’에서 더 자세하게 설명될 것이다.

도 1은 진공성형공법의 기본 원리를 설명하는 설명도
도 2는 진공성형공법에 의해 본 발명이 제작하고자 하는 FRP 플랜지 외형도
도 3은 본 발명에 따른 FRP 플랜지 제조방법의 실시예로서의 금형 사시도
도 4는 상기 도 3에 도시된 금형의 조립상태에서의 수직 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 금형을 촬영한 사진
도 6은 본 발명에 따른 FRP 플랜지 제조방법에서 제1 보강재를 재단 및 가공하여 상기 제1 금형 위에 적층하는 제1 보강재 적층단계를 설명하는 사진
도 7은 제2 금형 설치단계를 촬영한 사진
도 8 및 도 9는 직각으로 절곡된 제3 보강재를, 상기 제1 금형 위에 적층된 제1 보강재와 상기 제2 금형의 외주면에 적층된 제2 보강재 위에 동시에 적층하는 제3 보강재 적층단계를 설명하는 사진
도 10은 제2 보강재(52) 적층단계와 제3 보강재(53) 적층단계를 번갈아서 여러번 반복하는 작업단계를 설명하는 사진
도 11은 금형 밀폐단계를 설명하는 사진
도 12는 금형 내부공간을 감압하면서 합성수지를 수지주입구로 주입하는 주입단계를 설명하는 사진

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함한다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 FRP 플랜지 제조방법을 첨부도면과 함께 설명함에 있어서, 편의를 위하여 대략의 방향 기준을 도 2를 참고하여 특정하면,

몸체(11)의 내부 중공부(12) 중심축선(z)의 방향을 ‘상하방향’으로 정의하고, 상기 중심축선(z)에서 멀어지는 방향을 '외측' 또는 바깥방향으로, 그 반대의 방향을 '내측' 또는 안쪽방향으로 지칭한다. 그리고 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

이하에서는 본 발명에 따른 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법에 대해, 바람직한 실시예를 중심으로 도시된 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법에 의해 제조되는 FRP 플랜지 제품의 개략적인 외형을 도시한 것이다. 도 2에는 원통형상을 갖는 FRP 플랜지가 도시되어 있으나, 사각형상의 FRP 플랜지 제조에도 본 발명에 따른 제조방법이 적용될 수 있음은 당연하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법에 의해 제조되는 FRP 플랜지(10)는, 배관의 단부가 끼워지는 중공부(12)를 구비한 몸체(11)와, 상기 몸체(11)의 외경보다 확장된 외경을 갖는 확장부(13)를 갖는다. 상기 몸체(11)와 상기 확장부(13)는 직각을 이룬다. 상기 확장부(13)에는 상기 중심축선(z)에서 일정하게 이격되고 방사상으로 다수 개의 체결공(17)이 형성된다. 그리고, 상기 확장부(13)의 내측방향으로는 돌출턱(15)이 형성된다. 상기 몸체(11)는 상하방향으로 일정한 두께를 가질 수도 있으나, 상기 확장부와 몸체와의 연결부에서의 강성 확보 및 탈형의 용이성 확보를 위해 확장부에서부터 상부쪽으로 올라갈수록 점진적으로 두께가 얇아지도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 예시와 같은 구조의 FRP 플랜지를 진공성형공법에 의해 제조하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 금형(110)과, 제2 금형(120) 그리고 제3 금형(130)으로 구성되는 몰드(금형)를 준비한다.

제1 금형(110)은 FRP플랜지의 확장부(13)를 성형하기 위한 금형으로서, 상기 확장부(13)의 바깥쪽 테두리를 형성하는 외곽턱(113)과, 상기 확장부의 하단면을 형성하는 바닥부(115)를 구비한다. 그리고, 상기 제1 금형(110)의 바닥부(115) 중앙에는, 상기 제1 금형(110)과, 제2 금형(120) 그리고 제3 금형(130)으로 구성되는 금형 내부공간으로부터 공기를 빼기 위한 보조배출구(112)가 더 구비된다. 도 3에서 도면부호 117은 다수 개의 체결공(17)을 성형하기 위해 상기 제1 금형(110)에 형성된 돌기를 도시한 것이다.

제2 금형(120)은 FRP 플랜지의 중공부(12)를 성형하기 위한 금형으로서, 상기 제2 금형의 상부면에는, 상기 제2 금형의 가장자리로부터 중앙을 향해 형성된 복수 개의 제1 요홈(122a)이 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 제2 금형의 하부에는 도 2에 도시된 내측방향으로의 돌출턱(15)을 형성하기 위한 돌출턱성형부(125)를 구비한다. 상기 돌출턱성형부(125)는 상기 돌출턱(15)의 높이와 돌출량에 대응하는 높이와 외경을 갖는다. 그리고, 상기 돌출턱성형부(125) 밑면에는 상기 돌출턱성형부(125)의 가장자리로부터 중앙을 향해 형성된 복수 개의 제2 요홈(122b)이 형성된다.

제3 금형(130)은 상기 제1 금형(110)의 외곽턱에 결합되어 상기 확장부(13)의 상면을 성형하는 날개부(131)와, 상기 몸체(11)의 외면을 형성하는 바디부(132)를 구비한다. 그리고, 상기 제3 금형(130)의 날개부(131)에는 상기 제1 금형(110)과, 제2 금형(120) 그리고 제3 금형(130)으로 구성되는 금형 내부공간으로 수지를 주입하기 위한 수지주입구(133)가 복수개 형성된다. 상기 복수 개의 수지주입구(133) 각각은 상기 중심축선(z)에 대해 동일한 거리에 위치하도록 구성되며, 등간격으로 이격 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 2개의 수지주입구(133)로 구성되는 경우, 두 수지주입구를 연결하는 가상선이 상기 중심축선(z)과 교차하도록, 대향 위치에 배치한다.

그리고 상기 제3 금형(130)의 상부 중앙에는, 상기 제1 금형(110)과, 제2 금형(120) 그리고 제3 금형(130)으로 구성되는 금형 내부공간으로부터 공기를 빼기 위한 메인배출구(134)가 더 구비된다. 상기 메인배출구(134)는 상기한 수지주입구들(133)로부터 동일한 이격거리를 갖도록 하기 위해, 상기 제3 금형(130)의 중앙부 즉, 상기 중심축선(z) 상에 위치하는 것이 바람직하다.

도 4는 상기 도 3에 도시된 제1 금형(110), 제2 금형(120) 및 제3 금형(130)을 조립한 상태에서 수직 절단한 단면을 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 금형 내부공간으로 주입되는 합성수지가 확장부(13)가 성형될 공간 내에 충진된 이후에 서서히 상부로 이동하면서 몸체가 성형될 공간 내에 충진되는데, 성형될 FRP플랜지 제품의 몸체 높이에 비해 상기 제2 금형(120) 및 제3 금형(130)의 높이가 약간 더 높도록 즉, 추가높이(H)를 갖도록 상기 제2 금형(120) 및 제3 금형(130)의 높이를 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 몸체의 상단부에 대한 간단한 후처리 가공만으로 정확하고 균일한 제품 성형이 가능하다.

지금까지 설명한 제1 금형(110), 제2 금형(120) 및 제3 금형(130)을 이용하여 진공성형공법에 의해 FRP 플랜지를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

도 3 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 외곽턱(113)과 바닥부(115) 및 상기 바닥부의 중앙에 공기 빼기를 위한 보조배출구(112)를 구비한 제1 금형(110)을 준비한다(제1 금형 준비단계).

다음 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 확장부의 단면형상에 대응하도록 제1 보강재(51)를 가공 및 재단하여 상기 제1 금형 위에 적층한다(제1 보강재 적층단계). 상기 제1 보강재로는 쵸프드 스트랜드 매트(Chopped Strand Mat)를 사용하며, 성형될 확장부의 넓이에 대응하는 크기로 재단하며, 상기 돌기(117)를 수용하기 위한 구멍을 가공한다.

참고로 도 5 및 도 6은, 상기 제1 금형(110)과 제2 금형(120)이 서로 맞닿는 밀착 부위와, 상기 제1 금형(110)과 제3 금형(130)이 서로 맞닿는 밀착 부위에, 씰링부재를 각각 배치한 것을 촬영한 사진으로서, 상기 씰링부재는 생략될 수도 있으나, 후술하게 되는 감압단계에서의 금형 내부공간의 밀폐성능 향상을 위해 상기 씰링부재를 설치하는 것이 더 바람직하다.

다음 단계로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 몸체의 중공부(12)를 성형하는 제2 금형(120)을 상기 제1 금형(110)의 바닥부 위에 안착시킨다(제2 금형 설치단계).

그리고, 상기 제1 보강재(51)의 상부면에 대해 수직한 외주면을 구비한 상기 제2 금형의 외주면에 제2 보강재(52)를 적층한다(제2 보강재 적층단계). 상기 제2 보강재(52)는 직조 로빙 유리섬유(Woven Roving Glass Fiber)로 구성함으로써, 수지의 원할한 함침을 확보할 수 있다.

진공성형공법에 있어서는, 섬유 보강재를 금형 내부에 적층 배치한 상태에서 진공 압력에 의해 합성수지를 흐르게 하여 섬유 보강재에 합성수지를 침투시키는 방식이므로, 합성수지의 점도와 더불어, 강화재의 간격률과 침투성이 매우 중요하다. 상기 제1 및 제2 보강재의 간격률은 섬유의 직조 간격 또는 섬유가닥 사이 간격을 말하며 보통 0.5 ~ 0.85 정도이다. 침투성은 섬유자체의 유체흐름 정도를 의미하는데, 본 발명에 따른 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법에서는 직조 로빙 유리섬유(Woven Roving Glass Fiber)를 제2 보강재(52)로 적용하였다.

다음 단계는, 확장부(13)와 직각을 이루는 몸체(11)의 연결부위 강도를 향상시키기 위해, 제3 보강재(53)를 직각으로 절곡시킨 후에 수평한 면은 상기 제1 보강재(51)의 상부면에 적층시키고 수직한 면은 상기 제2 금형의 외주면에 적층된 제2 보강재(52) 위에 동시에 적층시킨다(제3 보강재 적층단계). 도 8 및 도 9는 제3 보강재(53)를 적층하는 '제3 보강재 적층단계'를 설명하는 사진이다. 상기 제3 보강재(53)는 상기 제2 보강재(52)에 비해 간격률과 침투성이 낮은 쵸프드 스트랜드 매트(Chopped Strand Mat)를 적용함으로써 확장부와 직각을 이루는 몸체의 연결 부위에서의 강도를 증대할 수 있다.

특히, 상기 확장부와 직각을 이루는 몸체의 연결 부위에서의 강성을 더욱 강화하기 위해 상기 제2 보강재(52) 적층단계와 제3 보강재(53) 적층단계를 번갈아서 여러번 반복하여, 성형될 FRP 플랜지의 두께에 대응하도록 보강재를 적층하는 것이 바람직하다. 도 10은 제2 보강재(52) 적층단계와 제3 보강재(53) 적층단계를 번갈아서 여러번 반복하는 작업단계를 설명하는 사진이다.

제1 보강재 적층단계, 제2 보강재 적층단계, 그리고 제3 보강재 적층단계가 완료되면, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제3 금형(130)을 상기 제1 금형(110) 및 상기 제2 금형(120)과 결합하여 밀폐한다(금형 밀폐단계).

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 금형 준비단계 또는 상기 금형 밀폐단계에서는, 상기 제1 금형(110)과 제2 금형(120)이 서로 맞닿는 밀착 부위에 또는 상기 제1 금형(110)과 제3 금형(130)이 서로 맞닿는 밀착 부위에 씰링부재를 각각 배치하는 씰링부재 설치단계를 더 포함할 수도 있다.

다음 단계는, 상기 제1 금형(110), 제2 금형(120), 제3 금형(130)에 의해 형성되는 금형 내부공간과 합성수지 저장용기를 서로 연결하는 연결관로의 수지공급 밸브(134)를 차단하고, 상기 금형 내부공간과 연통되어 금형 내부공간의 공기를 배출하기 위한 메인배출구(134)에 압축기를 연결하고 에어배출 밸브를 개방하여 상기 금형 내부공간의 압력을 낮춘다(감압단계). 상기 감압단계에서의 감압 정도는 성형될 제품의 크기와 보강재의 간격률과 침투성, 그리고 합성수지의 점도 등에 따라 조절하게 되는데, 본 발명에서는 쵸프드 스트랜드 매트(Chopped Strand Mat)를 제1 보강재(51) 및 제3 보강재(53)로 적용하고, 직조 로빙 유리섬유(Woven Roving Glass Fiber)를 제2 보강재로 채택하였으며, 250~450mPas의 점도를 갖는 합성수지를 적용한 실시예를 기준으로, 약 0.08 ~ 0.09 MPa의 음압을 형성함으로써 최적의 품질을 확보할 수 있음을 확인하였다.

상기 감압단계에서 금형 내부공간 전체에 걸쳐 균일한 음압이 형성되도록 함과 동시에 감압과정에서 적층된 보강재의 흐트러짐 발생을 방지하기 위해, 본 발명에서는 상기 제 3금형(130)의 수직방향 중심축선에 메인배출구(134)를 형성하고, 상기 제1 금형(110)의 수직방향 중심축선에 보조배출구(112)를 추가로 더 구비하였다. 도 12는 금형 내부공간을 감압하면서 합성수지를 수지주입구로 주입하는 주입단계를 설명하는 사진으로서, 도 12의 도면부호 112a는 보조배출구(112)를 통해 공기를 배출하는 공기배출 호스이다.

그리고, 상기 제2 금형의 가장자리로부터 상기 메인배출구(134)를 향하여 형성되는 복수 개의 제1 요홈(122a)을 상기 제2 금형의 상부면에 형성하고,

상기 제2 금형의 상기 돌출턱성형부(125) 밑면에도 상기 돌출턱성형부(125)의 가장자리로부터 상기 보조배출구(112)를 향하여 형성되는 복수 개의 제2 요홈(122b)을 형성함으로써,

금형 내부공간과 상기 메인배출구(134) 사이, 그리고 금형 내부공간과 상기 보조배출구(112) 사이의 공기 유로를 충분히 확보하는 것이 바람직하다.

상기 감압단계 이후에, 수지공급 밸브를 개방하여 수지주입구(133)를 통해 상기 제1 금형(110), 제2 금형(120) 및 제3 금형(130)에 의해 형성되는 금형 내부공간으로 합성수지를 주입한다(수지 주입단계). 이 단계에서 적용된 합성수지의 점도는 350mPas를 적용하여 실시하였다.

상기 수지 주입단계에 있어서, 상기 수지주입구의 위치 설계가 매우 중요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수지주입구(133)는 상기 제3 금형의 수직방향 중심축선을 기준으로 방사상 위치에 등간격으로 이격된 위치에 형성시킴으로써, 금형 내부공간의 부압에 의해 수지가 몰드 내부로 주입되면서 보강재에 함침될 때에 일정하고 균일하게 함침되도록 한 것을 또 다른 특징으로 한다.

특히, 상기 수지 주입단계에서 상기 감압단계를 지속함으로써 금형 내부공간의 음압 상태를 약 0.08 ~ 0.09 MPa으로 일정하게 유지시키는 것이 특히 중요하다. 본 발명에서는 이를 위해, 상기 메인배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량과 상기 보조배출구를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량의 비율이 60~70% : 30~40% 비율을 유지시킴으로써 상기 감압단계와 수지 주입단계에서 상기 금형 내부공간에서 임의로 선택된 두 위치의 압력 편차를 최소화하면서 상기 수지주입구로 주입되는 수지가 상기 금형 내부공간의 몸체 성형용 공간 및 확장부 성형용 공간에 적층된 상기 제1 보강재와 제2 보강재 및 제3 보강재에 균일하게 함침되도록 하는 것을 특징으로 한다.

설정된 용량의 합성수지가 상기 금형 내부공간으로 주입이 완료되면, 상기 감압단계 및 수지 주입단계를 중지하고, 약 1 ~ 2시간 동안을 유지하는 경화단계를 갖는다.

상기 경화단계 완료 후에는, 상기 제1 금형(110), 제2 금형(120), 제3 금형(130)을 분리하고, 제품을 금형으로부터 탈형하는 탈형단계를 거친다.

마지막 공정으로 상기 탈형된 제품의 가장자리를 가공처리하는 후처리단계를 거치면, 본 발명에 따른 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지가 완료된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10: FRP 플랜지 11: 몸체
12: 중공부 13: 확장부
110: 제1 금형 112: 보조배출구
120: 제2 금형 125: 돌출턱성형부
130: 제3 금형 133: 수지주입구
134: 메인배출구

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 배관의 단부가 끼워지는 중공부를 구비한 몸체와, 상기 몸체의 외경보다 확장된 단면을 갖는 확장부를 갖는 배관 연결용 FRP 플랜지를 성형하는 방법으로서,
   상기 확장부의 외부 테두리를 형성하는 외곽턱과, 상기 확장부의 하단면을 형성하는 바닥부를 구비한 제1 금형(110)을 설치하는 제1 금형 준비단계와;
   상기 확장부의 단면형상에 대응하도록 제1 보강재를 재단 및 가공하여 상기 제1 금형 위에 적층하는 제1 보강재 적층단계와;
   상기 몸체의 중공부를 형성하는 제2 금형을 상기 제1 금형의 바닥부 위에 안착시켜 설치하는 제2 금형 설치단계와;
   상기 제1 보강재의 상부면에 대해 수직한 상기 제2 금형의 외주면에 제2 보강재를 적층하는 제2 보강재 적층단계와;
   직각으로 절곡된 제3 보강재를, 상기 제1 금형의 상부면에 적층된 제1 보강재와 상기 제2 금형의 외주면에 적층된 제2 보강재 위에 동시에 적층하는 제3 보강재 적층단계와;
   상기 제1 금형의 외곽턱에 결합되고, 상기 확장부의 상면과 상기 몸체의 외면을 형성하는 제3 금형을 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형과 결합하여 밀폐하는 금형 밀폐단계와;
   상기 제1 금형, 제2 금형, 제3 금형에 의해 형성되는 금형 내부공간과 합성수지용기를 연결하는 연결관로의 수지공급 밸브를 차단하고, 상기 금형 내부공간과 연통된 에어 배출구에 압축기를 연결하고 에어배출 밸브를 개방하여 상기 금형 내부공간의 압력을 낮추는 감압단계와;
   상기 제1 금형, 제2 금형, 제3 금형에 의해 형성되는 금형 내부공간으로 연통된 수지주입구와 합성수지용기를 연결하는 연결관로의 수지공급 밸브를 개방하여, 상기 합성수지를 상기 수지주입구로 주입하는 주입단계와;
   설정된 용량의 합성수지가 상기 금형 내부공간으로 주입되면, 상기 감압단계를 중지하고 상기 수지공급 밸브를 차단한 상태로, 1 ~ 2시간 동안을 유지하는 경화단계와;
   상기 경화단계 완료 후에, 상기 제1 금형, 제2 금형, 제3 금형을 분리하여 제품을 탈형하는 탈형단계와;
   상기 탈형된 제품의 가장자리를 가공처리하는 후처리단계;를 포함하되,
   
   상기 제2 보강재 적층단계와 제3 보강재 적층단계는 번갈아서 2회 이상 반복하되, 상기 제1 보강재는 쵸프드 스트랜드 매트(Chopped Strand Mat)이고, 상기 제2 보강재는 직조 로빙 유리섬유(Woven Roving Glass Fiber)이고, 제3 보강재는 쵸프드 스트랜드 매트(Chopped Strand Mat)인 것을 특징으로 하며;
   
   상기 수지주입구는 상기 제3 금형의 수직방향 중심축선을 기준으로 방사상 위치에 등간격으로 이격된 위치의 상기 제3 금형에 형성되며;
   상기 에어 배출구는, 상기 제 3금형의 수직방향 중심축선에 형성되는 메인배출구(134)와, 상기 제1 금형의 수직방향 중심축선에에 형성되는 보조배출구(112)로 이루어지며;
   
   상기 감압단계에 있어서 0.08 ~ 0.09 MPa의 음압을 형성하되, 상기 메인배출구(134)를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량과 상기 보조배출구(112)를 통해 배출되는 단위시간당 배출공기량의 비율이 60~70% : 30~40% 비율이 되도록 제어하여, 상기 금형 내부공간의 음압 상태를 일정하게 유지시킴으로써;
   상기 금형 내부공간에서 임의로 선택된 두 위치의 압력 편차를 최소화하면서 상기 주입단계에서 주입되는 상기 수지가 상기 금형 내부공간의 몸체 성형용 공간 및 확장부 성형용 공간에 적층된 상기 제1 보강재와 제2 보강재 및 제3 보강재에 균일하게 함침되도록 하는 것을 특징으로 하는 진공성형공법을 이용한 에프알피 플랜지 제조방법.
   
4. 제3항의 제조방법에 의해 제조된 에프알피 플랜지.
   

Images