KR102423992B1 - 복합소재 인발 성형 장치 - Google Patents

Abstract

복합소재 인발 성형 장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치는, 섬유사 정렬기에서 정렬된 섬유사를 연속적으로 공급받아 섬유사에 수지를 함침하며, 중공을 지닌 폐 단면 형상의 복합소재 부품을 성형하기 위한 것으로서, ⅰ)섬유사가 통과할 수 있는 제1 이송 통로를 형성하는 수지 함침 다이와, ⅱ)섬유사의 이송 방향을 따라 제1 이송 통로와 연결되는 제2 이송 통로를 형성하며, 수지 함침 다이와 연결되는 경화 다이와, ⅲ)제1 및 제2 이송 통로에 배치되며, 복합소재 부품의 중공을 형성하는 코어 다이와, ⅳ)수지 함침 다이에 구비되며, 수지를 제1 이송 통로로 주입하는 수지 주입부와, ⅴ)경화 다이에 설치되며, 경화 다이에 열을 인가하는 히팅부를 포함할 수 있다.

Description

복합소재 인발 성형 장치{COMPOSITE MATERIAL PULTRUSION DEVICE}

본 발명의 실시 예는 플라스틱 복합소재 부품 제조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풀트루전(pultrusion) 방식으로 중공을 지닌 폐 단면의 복합소재 부품을 인발 성형하기 위한 복합소재 인발 성형 장치에 관한 것이다.

최근에는 차체의 고강도 경량화 추세에 따라 차체 소재로서, 초 고장력강 등과 같은 강판, 알루미늄 또는 마그네슘 등과 같은 비철 금속판재, 이 뿐만 아니라 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 또는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 등과 같은 플라스틱 복합소재의 차체 부품을 적용하는 사례가 빈번해 졌다.

플라스틱 복합소재는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 항공 분야나 자동차 분야에서 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 당 업계에서는 플라스틱 복합소재의 향후 사용이 더욱 확대되고, 제조량 또한 비약적으로 증가될 것으로 기대하고 있다.

한편, 플라스틱 복합소재의 차체 부품은 예를 들어 인발 성형 시스템을 통해 제조될 수 있다. 복합소재의 인발 성형은 당 업계에서 풀트루전(pultrusion)이라고도 한다.

풀트루전은 일정한 단면을 가진 제품을 균일하게 연속생산 가능하게 하는 공법이다. 풀트루전 방식을 이용한 플라스틱 복합소재의 인발 성형은 직조된 섬유 원단 소재나 섬유 원단 소재의 1차 성형을 거친 프리프레그를 사용하는 것이 아니라, 섬유 소재 원사들을 수지조를 통과시키며, 섬유 소재 원사들에 수지를 함침시키고, 수지가 함침된 섬유 소재 원사들을 일정 금형을 통과시키며 경화함으로써, 플라스틱 복합소재 부품을 제조하는 공법이다

이와 같은 플라스틱 복합소재 부품의 인발 성형 방식은 일정 방향을 갖는 부품의 제조에 적합한 방식으로 대량생산 시에 경제적이며, 예를 들면 폐 단면으로 형성되는 중공형 빔 등과 같은 플라스틱 복합소재 차체 부품을 제조하는데 주로 적용되고 있다.

한편, 종래 기술의 일 예에 따른 플라스틱 복합소재의 인발 성형 방식은 섬유 소재 원사들을 오픈된 수지조로 통과시키며, 섬유 소재 원사들에 수지를 함침시키고, 수지가 함침된 섬유 소재 원사들을 별도의 금형에서 경화시키는 과정으로 플라스틱 복합소재 부품을 제조하는 오픈형 수지 함침 방식을 예로 들 수 있다.

그런데, 종래 기술에 따른 오픈형 수지 함침 방식을 적용한 플라스틱 복합소재 인발 성형 공정에서는 수지조에 수용된 수지가 외부 환경에 노출됨에 따라, 작업 공정상 인체에 유해한 영향을 끼치고, 수지가 공기 중의 이물질과 반응하여 성형 제품의 품질 편차가 발생할 수 있다.

더 나아가, 종래 기술에서는 인발 성형된 중공형 부품의 경우, 수지 경화 후 뒤틀림 변형이 발생되거나 굽힘 강성이 취약하기 때문에, 폐 단면의 두께를 증대시키고 있으나, 이는 제조 원가의 상승을 초래할 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 단일 금형 조립체에서 수지를 주입하며 섬유사에 수지를 함침시키고, 수지가 함침된 섬유사를 경화시키며, 중공을 지닌 폐 단면의 복합소재 부품을 연속적으로 인발 성형할 수 있도록 한 복합소재 인발 성형 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예들은 폐 단면의 두께 증대없이 강성이 증대된 복합소재 부품을 연속적으로 인발 성형할 수 있도록 한 복합소재 인발 성형 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치는, 섬유사 정렬기에서 정렬된 섬유사를 연속적으로 공급받아 상기 섬유사에 수지를 함침하며, 중공을 지닌 폐 단면 형상의 복합소재 부품을 성형하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 섬유사가 통과할 수 있는 제1 이송 통로를 형성하는 수지 함침 다이와, ⅱ)상기 섬유사의 이송 방향을 따라 상기 제1 이송 통로와 연결되는 제2 이송 통로를 형성하며, 상기 수지 함침 다이와 연결되는 경화 다이와, ⅲ)상기 제1 및 제2 이송 통로에 배치되며, 상기 복합소재 부품의 중공을 형성하는 코어 다이와, ⅳ)상기 수지 함침 다이에 구비되며, 수지를 상기 제1 이송 통로로 주입하는 수지 주입부와, ⅴ)상기 경화 다이에 설치되며, 상기 경화 다이에 열을 인가하는 히팅부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 코어 다이는 상기 제1 및 제2 이송 통로와 연결되는 수지 유동 통로를 길이 방향을 따라 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 코어 다이는 상기 수지 함침 다이에서 섬유사 투입구 측에 배치되는 코어 블록과, 상기 코어 블록에 일체로 연결되며, 상기 경화 다이로 연장되는 복수 개의 파팅 코어들과, 상기 파팅 코어들 사이에 상기 제1 및 제2 이송 통로와 연결되게 형성되는 수지 유동 통로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 수지 유동 통로는 상기 파팅 코어들 사이에서 격자 형태로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 수지 유동 통로는 상기 수지 주입부를 통해 주입되는 수지가 유동하며, 상기 복합소재 부품의 폐 단면에 리브를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 파팅 코어들은 상기 코어 블록에 외팔보 형태로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 수지 주입부는 상기 제1 이송 통로 및 상기 수지 유동 통로와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 수지 함침 다이는 하측에 위치하는 로어 다이와, 상측에 위치하는 어퍼 다이를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 수지 함침 다이는 상기 로어 다이와 어퍼 다이 사이에 상기 제1 이송 통로를 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치는, 섬유사 정렬기에서 정렬된 섬유사를 연속적으로 공급받아 상기 섬유사에 수지를 함침하며, 수지가 함침된 섬유사를 경화하여 중공을 지닌 폐 단면 형상의 복합소재 부품을 성형하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 섬유사가 통과할 수 있는 제1 이송 통로를 형성하는 수지 함침 다이와, ⅱ)상기 제1 이송 통로에 배치되며, 상기 복합소재 부품의 중공을 형성하는 코어 다이와, ⅲ)상기 수지 함침 다이에 구비되며, 수지를 상기 제1 이송 통로로 주입하는 수지 주입부를 포함하며, 상기 코어 다이에는 상기 복합소재 부품의 폐 단면에 리브를 형성하도록 되어 있는 수지 유동 통로가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치는, 상기 수지 함침 다이와 연결되며, 상기 섬유사의 이송 방향을 따라 상기 제1 이송 통로와 연결되는 제2 이송 통로를 형성하는 경화 다이를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치는, 상기 경화 다이에 설치되며, 상기 경화 다이에 열을 인가하는 히팅부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 코어 다이는 상기 섬유사의 이송 방향을 따라 서로 연결된 상기 제1 및 제2 이송 통로에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 코어 다이는 상기 수지 함침 다이에서 섬유사 투입구 측에 배치되는 코어 블록과, 설정된 간격을 두고 상기 코어 블록에 외팔보 형태로 연결되는 복수 개의 파팅 코어들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 수지 유동 통로는 상기 파팅 코어들 사이에 상기 제1 및 제2 이송 통로와 연결되게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치에 있어서, 상기 수지 유동 통로는 상기 파팅 코어들 사이에 격자 형태로 형성되며, 상기 제1 이송 통로를 통해 상기 수지 주입부와 연결될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에서는 수지 함침 다이에 수지를 연속적으로 주입하여 섬유사에 수지를 함침시키고, 수지가 함침된 섬유사를 경화 다이를 통해 경화하는 단일 금형 조립체로 구성됨에 따라, 복합소재 부품의 인발 압출 속도를 증대시킬 수 있고, 설비 투자비의 절감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서는 복합소재 부품의 중공 내부에 폐 단면과 일체로 연결된 격자형의 리브를 형성함에 따라, 복합소재 부품의 폐 단면 두께를 늘리지 않고서도 복합소재 부품의 강성을 증대시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치를 도시한 금형 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치에 적용되는 코어 다이를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치에 의해 성형된 복합소재 부품을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치(100)는 차체 패널, 차체 멤버, 차체 프레임 등과 같은 차체 조립용 부품을 제조하는 공정에 적용될 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치(100)는 차체 부품으로서 중공을 지닌 폐 단면 형상의 플라스틱 복합소재 부품(1)(이하에서는 편의 상 '복합소재 부품'이라고 한다.)을 성형하는 공정에 적용될 수 있다.

그러나, 본 발명의 보호범위가 차체 부품으로서의 복합소재 부품(1)을 성형하는 것에 반드시 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 플라스틱 복합소재를 적용한 다양한 종류 및 용도의 부품이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기에서 플라스틱 복합소재는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있고, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있으며, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수도 있다.

이와 같은 플라스틱 복합소재는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성이 있다.

이하에서는 상하 방향을 기준으로 본 장치(100)에 대한 구성 요소들을 설명하는데, 상측을 향하는 부분을 상부, 상단, 상면 및 상단부로 정의하며, 하측을 향하는 부분을 하부, 하단, 하면 및 하단부로 정의하기로 한다.

더 나아가, 하기에서의 단(일측 단, 다른 일측 단, 일단, 타단 등)은 어느 한쪽의 끝으로 정의될 수 있고, 그 끝을 포함하는 일정 부분(일측 단부, 다른 일측 단부, 일단 부, 타단 부 등)으로 정의될 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치(100)는 섬유 소재 원사(이하에서는 '섬유사(3)' 라고 한다)에 수지를 함침 및 경화시키면서 연속적으로 복합소재 부품(1)을 성형하는 공법을 적용한다.

이러한 공법에서는 다수의 로빙 크릴(도면에 도시되지 않음)로부터 공급되는 섬유사(3)들을 가이드(도면에 도시되지 않음)를 통해 복합소재 부품(1)의 단면 형상으로 정렬하는 섬유사 정렬기(5)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치(100)는 단일 금형 조립체에서 수지를 주입하며 섬유사(3)에 수지를 함침시키고, 수지가 함침된 섬유사(3)를 경화할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 부품(1)의 강성을 증대시키는 등 복합소재 부품(1)의 품질 확보를 도모할 수 있는 복합소재 인발 성형 장치(100)를 제공한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치를 도시한 금형 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 인발 성형 장치(100)는 기본적으로, 수지 함침 다이(10), 경화 다이(20), 코어 다이(30), 수지 주입부(50), 그리고 히팅부(70)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수지 함침 다이(10)는 섬유사 정렬기(5)로부터 섬유사(3)를 공급받고, 수지를 미리 정해진 양만큼 제공받으며, 섬유사(3)에 수지를 함침시키고, 수지가 함침된 섬유사(3)를 설정된 형태로 성형하는 성형-분사 금형으로 구비된다.

상기 수지 함침 다이(10)는 섬유사 정렬기(5)에서 복합소재 부품(1)의 단면 형상으로 정렬된 섬유사(3)를 투입하는 섬유사 투입구(11)를 형성하며, 그 섬유사(3)가 통과할 수 있는 제1 이송 통로(13)를 형성하고 있다.

이러한 수지 함침 다이(10)는 하측에 위치하는 로어 다이(15)와, 그 로어 다이(15)의 상측에 위치하는 어퍼 다이(17)를 포함하고 있다. 여기서 상기 제1 이송 통로(13)는 로어 다이(15)와 어퍼 다이(17) 사이에 형성된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 경화 다이(20)는 수지 함침 다이(10)로 투입되면서 수지가 함침된 섬유사(3)를 설정된 형상으로 성형하면서 그 섬유사(3)를 히팅 경화시키기 위한 것이다. 상기 경화 다이(20)는 섬유사(3)의 이송 방향을 따라 수지 함침 다이(10)와 일체로 연결된다.

상기 경화 다이(20)는 섬유사(3)의 이송 방향을 따라 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13)와 연결되는 제2 이송 통로(21)를 형성하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 코어 다이(30)는 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13) 및 경화 다이(20)의 제2 이송 통로(21)를 따라 이송되는 섬유사(3)를 가이드 하면서 복합소재 부품(1)의 중공을 형성하기 위한 것이다.

상기 코어 다이(30)의 전체적인 형상은 복합소재 부품(1)의 중공에 대응하는 형상이며, 이러한 코어 다이(30)는 제1 이송 통로(13) 및 제2 이송 통로(21)에 섬유사(3)의 이송 방향을 따라 배치된다. 즉, 상기 코어 다이(30)는 섬유사(3)의 이송 방향을 따라 서로 연결된 제1 및 제2 이송 통로(13, 21)에 배치된다.

상기와 같이 제1 이송 통로(13) 및 제2 이송 통로(21)에 코어 다이(30)를 배치함에 따라, 이러한 제1 및 제2 이송 통로(13, 21)는 코어 다이(30)의 외 표면에 의해 복합소재 부품(1)의 단면에 대응되는 섬유사(3) 이송 구간으로서의 캐비티를 형성한다.

이와 같은 코어 다이(30)의 구체적인 구성은 뒤에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수지 주입부(50)는 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13)로 수지(R)를 주입하기 위한 것으로서, 하나의 예에서, 수지 함침 다이(10)의 상부 및 하부에 각각 구비된다.

상기 수지 주입부(50)는 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13)에 수지(R)를 섬유사(3)의 이송 방향을 따라 주입하는 수지 주입 헤드로서, 수지 함침 다이(10)의 로어 다이(15) 및 어퍼 다이(17)에 설치된다. 상기 수지 주입부(50)는 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13)와 연결된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 히팅부(70)는 수지 함침 다이(10)에서 수지(R)가 함침된 상태로 경화 다이(20)로 이송된 섬유사(3)를 경화시킬 수 있도록 그 경화 다이(20)에 열을 인가하기 위한 것이다.

상기 히팅부(70)는 경화 다이(20)에 설치되는데, 예를 들면 고주파 가열 코일, 히터 봉, 히팅 카트리지 등과 같이 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 히팅장치를 포함할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 의한 코어 다이(30)는 복합소재 부품(1)의 중공(3)(이하 도 6 참고)을 형성함과 아울러, 복합소재 부품(1)의 폐 단면(4)(이하 도 6 참고) 내부에 일체로 연결된 리브(6)(이하 도 6 참고)를 형성할 수 있는 구조를 갖는다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치에 적용되는 코어 다이를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치에 의해 성형된 복합소재 부품을 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 코어 다이(30)는 코어 블록(31), 복수 개의 파팅 코어(33)들, 그리고 수지 유동 통로(35)를 포함하고 있다.

상기 코어 블록(31)은 수지 함침 다이(10)의 섬유사 투입구(11) 측에 배치된다.

상기 복수 개의 파팅 코어(33)들은 설정된 간격을 두고 코어 블록(31)에 일체로 연결되며, 경화 다이(20)로 연장된다. 이러한 파팅 코어(33)들은 코어 블록(31)에 외팔보 형태로 연결된다.

상기 수지 유동 통로(35)는 수지 주입부(50)를 통해 주입되는 수지(R)가 유동하는 통로로서, 복합소재 부품(1)의 중공(2)에서 폐 단면(4)에 일체로 연결된 수지 소재의 리브(6)를 형성하도록 되어 있다.

상기 수지 유동 통로(35)는 코어 다이(30)의 길이 방향을 따라 파팅 코어(33)들 사이에 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13) 및 경화 다이(20)의 제2 이송 통로(21)와 연결되게 형성된다.

여기서, 상기 수지 유동 통로(35)는 파팅 코어(33)들 사이에 격자 형태로 형성되며, 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13)와 연결된다. 더 나아가, 상기한 바와 같은 수지 주입부(50)는 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13) 및 코어 다이(30)의 수지 유동 통로(35)와 연결된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치(100)의 작용을 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 예에서는 다수의 로빙 크릴로부터 공급되는 섬유사(3)들을 섬유사 정렬기(5)에서 복합소재 부품(1)의 설정된 단면 형상으로 정렬하고, 그 섬유사(3)들을 설정된 이송 경로를 따라 이송시키며, 수지 함침 다이(10)의 섬유사 투입구(11)로 투입한다.

그러면, 상기 섬유사(3)들은 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 경로(13)를 따라 이송하게 되는데, 제1 이송 경로(13)에서 코어 다이(30)를 중심 측에 두고 그 코어 다이(30)의 외 표면에 의해 복합소재 부품(1)의 단면에 대응되는 섬유사(3) 이송 구간으로서의 캐비티를 통해 이송된다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 수지 주입부(50)를 통해 수지(R)를 수지 함침 다이(10)의 제1 이송 통로(13)로 주입한다. 이에 상기 수지(R)는 제1 이송 통로(13)를 통해 섬유사(3)의 이송 방향을 따라 그 섬유사(3)와 함께 유동하며, 섬유사(3)에 함침된다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 수지 주입부(50)에 의하여 제1 이송 통로(13)로 주입된 수지(R)를 코어 다이(30)의 수지 유동 통로(35)를 통해 그 코어 다이(30)의 길이 방향을 따라 유동시킨다. 즉, 상기 수지(R)는 코어 다이(30)의 파팅 코어(33)들에 의해 구획된 격자 형태의 수지 유동 통로(35)를 따라 경화 다이(20) 측으로 유동된다.

한편, 상기한 바와 같이 수지 함침 다이(10)에서 이송되는 섬유사(3)에 수지(R)를 함침시킨 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 수지(R)가 함침된 섬유사(3)를 경화 다이(20)의 제2 이송 통로(21)로 이송시킨다.

이때, 상기 수지(R)가 함침된 섬유사(3)는 제2 이송 통로(21)에서 코어 다이(30)를 중심 측에 두고 그 코어 다이(30)의 외 표면에 의해 복합소재 부품(1)의 단면에 대응되는 섬유사(3) 이송 구간으로서의 캐비티를 통해 이송된다.

이와 동시에, 본 발명의 실시 예에서는 상기 경화 다이(20)의 제2 이송 통로(21)에서 코어 다이(30)의 수지 유동 통로(35)를 통해 수지(R)를 코어 다이(30)의 길이 방향을 따라 유동시킨다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 히팅부(70)를 통해 경화 다이(20)에 열을 인가한다. 그러면, 상기 수지(R)가 함침된 섬유사(3)가 경화 다이(20)를 통해 설정된 형상으로 히팅 경화되면서 후 공정으로 이송하게 된다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는 수지(R)가 함침된 섬유사(3)가 히팅부(70)를 통해 히팅 경화되는 과정에, 수지 함침 다이(10) 측에서 코어 다이(30)의 수지 유동 통로(35)를 따라 경화 다이(20) 측으로 유동되는 수지(R)를 히팅부(70)를 통해 히팅 경화시킨다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 수지(R)가 함침된 섬유사(3)가 경화 다이(20)에서 히팅 경화되고, 수지 유동 통로(35)에서의 수지(R)가 히팅 경화되면서 성형된 복합소재 부품(1)을 경화 다이(20)로부터 취출하며, 커팅 공정과 같은 후 공정으로 이송한다.

상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 인발 성형된 복합소재 부품(1)은 도 6에 도시된 바와 같이, 중공(2)을 지닌 폐 단면(4)으로 형성된다. 여기서, 상기 복합소재 부품(1)의 중공(2)에는 폐 단면(4)에 일체로 연결된 격자형의 리브(6)가 형성되어 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 인발 성형 장치(100)에 의하면, 수지 함침 다이(10)와 경화 다이(20)를 일체로 연결한 단일 금형 조립체에서, 수지(R)를 수지 함침 다이(10)에 주입하여 섬유사(3)에 함침시키고, 그 수지(R)가 함침된 섬유사(3)를 경화 다이(20)를 통해 경화시키며, 중공(2)을 지닌 폐 단면(4)으로 형성된 복합소재 부품(1)을 연속적으로 인발 성형할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 수지 함침 다이(10)와 경화 다이(20)의 단일 금형 조립체로 구성함에 따라, 복합소재 부품(1)의 인발 압출 속도를 증대시킬 수 있고, 설비 투자비의 절감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 종래 기술에 따른 오픈형 수지 함침 방식과 달리, 수지 함침 다이(10)의 내부로 수지를 연속 주입하는 방식을 적용함에 따라, 수지조를 삭제할 수 있고, 수지가 외부 환경에 노출됨에 따른 인체의 유해성과, 수지와 이물질이 반응함에 따른 성형 제품의 품질 편차 발생을 방지할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 부품(1)의 중공(2) 내부에 폐 단면(4)과 일체로 연결된 격자형의 리브(6)를 형성함에 따라, 복합소재 부품(1)의 폐 단면 두께를 늘리지 않고서도 복합소재 부품(1)의 강성을 증대시킬 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 경화 후에 복합소재 부품(1)이 뒤틀리는 등의 변형 발생을 방지하는 등 복합소재 부품(1)의 품질 확보를 도모할 수 있고, 복합소재 부품(1)의 제조 원가를 절감할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 복합소재 부품 2: 중공
3: 섬유사 4: 폐 단면
5: 섬유사 정렬기 6: 리브
R: 수지 10: 수지 함침 다이
11: 섬유사 투입구 13: 제1 이송 통로
15: 로어 다이 17: 어퍼 다이
20: 경화 다이 21: 제2 이송 통로
30: 코어 다이 31: 코어 블록
33: 파팅 코어 35: 수지 유동 통로
50: 수지 주입부 70: 히팅부
100: 복합소재 인발 성형 장치

Claims (15)

1. 섬유사 정렬기에서 정렬된 섬유사를 연속적으로 공급받아 상기 섬유사에 수지를 함침하며, 중공을 지닌 폐 단면 형상의 복합소재 부품을 성형하기 위한 복합소재 인발 성형 장치로서,
   상기 섬유사가 통과할 수 있는 제1 이송 통로를 형성하는 수지 함침 다이;
   상기 섬유사의 이송 방향을 따라 상기 제1 이송 통로와 연결되는 제2 이송 통로를 형성하며, 상기 수지 함침 다이와 연결되는 경화 다이;
   상기 제1 및 제2 이송 통로에 배치되며, 상기 복합소재 부품의 중공을 형성하는 코어 다이;
   상기 수지 함침 다이에 구비되며, 수지를 상기 제1 이송 통로로 주입하는 수지 주입부; 및
   상기 경화 다이에 설치되며, 상기 경화 다이에 열을 인가하는 히팅부;
   를 포함하는 복합소재 인발 성형 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 코어 다이는,
   상기 제1 및 제2 이송 통로와 연결되는 수지 유동 통로를 길이 방향을 따라 형성하는 복합소재 인발 성형 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 코어 다이는,
   상기 수지 함침 다이에서 섬유사 투입구 측에 배치되는 코어 블록과,
   상기 코어 블록에 일체로 연결되며, 상기 경화 다이로 연장되는 복수 개의 파팅 코어들과,
   상기 파팅 코어들 사이에 상기 제1 및 제2 이송 통로와 연결되게 형성되는 수지 유동 통로
   를 포함하는 복합소재 인발 성형 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 수지 유동 통로는,
   상기 파팅 코어들 사이에서 격자 형태로 형성되는 복합소재 인발 성형 장치.
5. 제3 항에 있어서,
   상기 수지 유동 통로는,
   상기 수지 주입부를 통해 주입되는 수지가 유동하며, 상기 복합소재 부품의 폐 단면에 리브를 형성하는 복합소재 인발 성형 장치.
6. 제3 항에 있어서,
   상기 파팅 코어들은,
   상기 코어 블록에 외팔보 형태로 연결되는 복합소재 인발 성형 장치.
7. 제3 항에 있어서,
   상기 수지 주입부는,
   상기 제1 이송 통로 및 상기 수지 유동 통로와 연결되는 복합소재 인발 성형 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 수지 함침 다이는,
   하측에 위치하는 로어 다이와, 상측에 위치하는 어퍼 다이를 포함하며,
   상기 로어 다이와 어퍼 다이 사이에 상기 제1 이송 통로를 형성하는 복합소재 인발 성형 장치.
9. 섬유사 정렬기에서 정렬된 섬유사를 연속적으로 공급받아 상기 섬유사에 수지를 함침하며, 수지가 함침된 섬유사를 경화하여 중공을 지닌 폐 단면 형상의 복합소재 부품을 성형하기 위한 복합소재 인발 성형 장치로서,
   상기 섬유사가 통과할 수 있는 제1 이송 통로를 형성하는 수지 함침 다이;
   상기 제1 이송 통로에 배치되며, 상기 복합소재 부품의 중공을 형성하는 코어 다이; 및
   상기 수지 함침 다이에 구비되며, 수지를 상기 제1 이송 통로로 주입하는 수지 주입부;
   를 포함하며,
   상기 코어 다이에는 상기 복합소재 부품의 폐 단면에 리브를 형성하도록 되어 있는 수지 유동 통로가 형성되는 복합소재 인발 성형 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 수지 함침 다이와 연결되며, 상기 섬유사의 이송 방향을 따라 상기 제1 이송 통로와 연결되는 제2 이송 통로를 형성하는 경화 다이
    를 더 포함하는 복합소재 인발 성형 장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 경화 다이에 설치되며, 상기 경화 다이에 열을 인가하는 히팅부를 더 포함하는 복합소재 인발 성형 장치.
12. 제10 항에 있어서,
    상기 코어 다이는,
    상기 섬유사의 이송 방향을 따라 서로 연결된 상기 제1 및 제2 이송 통로에 배치되는 복합소재 인발 성형 장치.
13. 제9 항에 있어서,
    상기 코어 다이는,
    상기 수지 함침 다이에서 섬유사 투입구 측에 배치되는 코어 블록과,
    설정된 간격을 두고 상기 코어 블록에 외팔보 형태로 연결되는 복수 개의 파팅 코어들
    을 포함하는 복합소재 인발 성형 장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 수지 유동 통로는,
    상기 파팅 코어들 사이에 상기 제1 및 제2 이송 통로와 연결되게 형성되는 복합소재 인발 성형 장치.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 수지 유동 통로는,
    상기 파팅 코어들 사이에 격자 형태로 형성되며, 상기 제1 이송 통로를 통해 상기 수지 주입부와 연결되는 복합소재 인발 성형 장치.

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