KR20100052914A - 방사선 조사로 경화된 탄소섬유, 에폭시 수지 및 방사선 개시제의 복합재를 포함하는 하이브리드 압력용기의 제조방법 - Google Patents

방사선 조사로 경화된 탄소섬유, 에폭시 수지 및 방사선 개시제의 복합재를 포함하는 하이브리드 압력용기의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 조사로 경화된 탄소섬유, 에폭시 수지 및 방사선 개시제의 복합재를 포함하는 하이브리드 압력용기의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 열 경화가 아닌, 방사선 조사 경화 공정을 사용하여 경화속도가 빠르고, 상온 경화가 가능하며, 경화 단계에서 발생할 수 있는 부산물에 의한 환경 오염을 방지할 수 있는 장점을 갖고, 개인용 압력용기로 사용하기 위하여 필요한 충분한 강도를 갖는 압력용기를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명에 따르면, 빠른 경화 속도에 의하여 압력용기를 배치(batch) 방식이 아닌 연속적(continuous) 방식에 의하여 제조할 수 있어, 제조 비용 절감이 가능한 장점 및 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.
압력용기, 하이브리드 압력용기, 필라멘트 와인딩, 전자선 조사 경화, 탄소 섬유

Description

방사선 조사로 경화된 탐소섬유, 에폭시 수지 및 방사선 개시제의 복합재를 포함하는 하이브리드 압력용기의 제조방법 {The method of fabricating carbon fiber composite for pressure vessel by radiation curing}
본 발명은 방사선 조사로 경화된 탄소 섬유, 에폭시 수지 및 방사선 개시제의 복합재를 포함하는 압력용기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 에폭시 수지 및 방사선 개시제가 도입된 탄소 섬유로 성형된 압력용기를 방사선 조사에 의하여 경화시킨 압력용기에 관한 것이다.
압력용기의 재료와 관련하여, 기존의 자동차용 LNG 연료통, 산소탱크, 항공기 연료통 및 기타 가압 가스 탱크 등은 통상적으로 강(steel)과 같은 금속재료를 이용하여 제조되었다. 그러나, 상기 금속재료 압력용기는 산이나 화학약품에 취약하고, 무게가 많이 나가는 단점이 있어 수송수단의 연료통이나 개인용 산소통 같은 제품에 적용하는데 많은 문제점이 있다. 따라서 최근에는 압력용기의 무게감소 및 내구성 (내약품성, 내식성 등) 향상을 위해서 복합재만 이용한 압력용기나 금속과 복합재를 혼용하여 제조되는 하이브리드 압력용기가 일반적으로 사용되는 추세이다. 복합재 압력용기는 일반적으로 에폭시, 폴리에스테르 등과 같은 열경화 수지와 유리섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유 등의 재료를 사용하여 제조된다.
압력용기의 성형과 관련하여, 성형 공정은 상기 원소재 중에서 보강 재료들의 특성에 따라서 섬유 스트랜드는 필라멘트 와인딩 공정, 페브릭 섬유는 테입레핑 (Tape-rapping) 공정, 및 단섬유를 사용할 경우는 가압몰드 공정을 이용하는 것이 일반적이다. 이때 성형 공정에서 수지 첨가는 섬유를 성형하면서 동시에 적용하거나, 보강재의 성형 후에 수지를 함침하는 방법을 사용한다. 또한 이미 수지가 보강 섬유에 적용되여 준비된 프리프레그를 사용하여 성형하기도 한다.
성형 공정이나 수지의 적용방법은 제품의 용도나 원재료의 특징에 따라서 다양한 방법이 적용되며, 각각의 공정에서 최적화된 방법을 선택하여 사용하고 있다. 상기의 기존 성형 공정 중에서 현재 가장 각광을 받고 사용되고 있는 방법은 섬유 스트랜드를 필라멘트 와인딩 공정을 이용하여 성형하는 방식이다. 이 방법은 제품의 형성에 있어서 금속이나 열가소성 수지의 멘드렐에 장섬유를 연속적으로 감는 방식으로 섬유에 인장력을 부여하여 성형하므로 보강재료의 특성을 최대로 나타낼 수 있으며, 복합재의 물성이 가장 우수한 성형방법이다.
복합재가 도입된 성형체의 경화와 관련하여, 기존의 경화 공정에서, 성형된 제품은 수지의 특성에 따라 온도를 상승시켜 경화하는데, 경화하는 방법에 따라서 오토크래이브 경화, 진공백 경화 그리고 몰드 가압 경화 방법 등이 사용된다. 오토크래이브 경화와 진공백 경화 방식은 제품의 크기에 따라서 장비의 구비에 큰 투자가 필요하며, 배치(batch)식 공정으로 대량생산에는 커다란 설비투자가 필요한 문제가 있다. 몰드가압 경화 방식은 압력용기의 특성상 몰드 제조의 어려움과 적용범위가 한정이 되는 단점을 가지고 있다.
이러한 상기의 경화 공정은 수지의 특성에 따라 그 차이는 있지만 상온보다 높은 온도에서 경화가 이루어진다. 즉, 복합재와 금속 맨드렐을 함께 이용하는 하이브리드 압력용기에 있어서는 복합재와 금속의 열팽창계수의 차이에 의한 제품의 결함이 쉽게 발생하는 단점을 가진다. 즉, 특정 온도에 민감한 재료와의 불화합성과 함께, 압력 용기의 사용시 압력 범위와 온도 범위를 제한하는 현저한 내부 잔류 응력을 가지고 있는 제품이 제조된다.
상기 단점을 해결하기 위하여 수지에 경화제나 촉매를 다량 사용하거나 저온 경화용 수지가 적용되기도 하지만, 이는 복합재의 물성을 약화시키고 경화제나 촉매에 의한 환경오염이나 작업자의 안전문제를 야기시킬 수 있다. 또한 저온에서 장시간 경화시키는 경우나 특정한 수지를 사용하는 경우는 재료와 공정비용의 증가로 인한 생산단가를 높이는 단점을 야기시키게 된다.
이에, 공지 기술이 갖는 상기 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명자들은 방사선 경화 공정을 압력용기 제조에 적용하여 하기와 같은 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 요구되는 강도 등의 물성을 유지하면서, 경량이면서도 상기 공지 기술의 단점들을 극복할 수 있는 하이브리드 압력용기의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 하이브리드 압력용기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지에 탄소 섬유를 도입하고, 이를 알루미늄 멘드렐에서 성형한 후, 방사선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하는 하이브리드 압력용기의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 하이브리드 압력용기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 복합재를 포함하는 압력용기를 방사선 경화방법에 의하여 경화함으로써, 금속 멘드렐과 복합재의 열팽창 계수 차이에서 발생할 수 있는 결함을 제거할 수 있고, 요구되는 강도를 유지하면서도 가벼운 압력용기가 제공되어 다양한 응용분야에 유용하게 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 개시제의 사용이 적어 친환경적이고, 경화 공정 시간이 짧으므로 압력용기의 생산 단가를 낮출 수 있으며, 제조 공정이 배치(batch)식이 아닌 연속(continuous)식이므로 압력용기의 대량 생산에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지에 탄소 섬유를 도입하고, 이를 알루미늄 멘드렐에서 성형한 후, 방사선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하는 하이브리드 압력용기의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하이브리드 압력용기를 제조하는 방법은
방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지에 탄소 섬유를 도입하는 단계(단계 1);
상기 방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지가 도입된 탄소 섬유를 알루미늄 멘드렐에서 성형하는 단계(단계 2);
상기 성형체에 비닐팩을 조립하고 질소 퍼징하는 단계(단계 3); 및
상기 성형체를 방사선을 조사하여 경화시키는 단계(단계 4)
를 포함한다.
상기 단계 1에서 방사선 개시제 및 에폭시 수지는 다양한 군으로부터 선택될 수 있으나, 각각, 트리아릴 설포니움 헥사-플루오로 안티모네이트(Tri-aryl Sulfonium Hexa-fluoro Antimonate), 트리아릴 설포니움 헥사-플루오로 포스페이트(Tri-aryl Sulfonium Hexa-fluoro Phosphate) 및 비스페놀-A형, 비스페놀-F형을 사용하는 것이 바람직하고, 개시제의 경우 트리아릴 설포니움 헥사-플루오로 안티모네이트를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 하기 실시예에서 설명되는 바와 같이, 복합재의 경화도 및 하이브리드 압력용기의 강도 데이터에 따른 것이다.
상기 단계 2에서 방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지가 도입된 탄소 섬유가 알루미늄 멘드렐에서 성형된다. 성형 방법은 제품의 용도 및 원재료의 특징에 따라 다양하나, 필라멘트 와인딩 공정이 바람직하다. 탄소 섬유의 와인딩은 후프(Hoop) 방식과 헬리카(Helica) 방식을 혼용하여 수행된다. 이때 필라멘트 와인딩된 복합재의 두께가 6 mm 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 복합재의 두께와 금속 멘드렐의 두께는 응용 분야에 필요한 압력용기에 대하여 설계된 압력 및 용적에 비례하여 증가하지만, 본 발명이 상정하고 있는 개인용 압력용기의 경우 1000 kgf/㎠ 이하의 압력에서 사용되기 때문에 금속 멘드렐의 두께는 3 mm 이하, 복합재의 두께는 6 mm 이하인 것이 바람직하다. 상기 금속 멘드렐 및 복합재의 두께가 이보다 두꺼워지는 경우 압력용기의 강도가 커지는 장점이 있지만, 개인용 압력용기로 사용하기에 무게가 무거워지고, 방사선 조사로 완전한 경화가 이루어지기 위하여 지나치게 많은 시간이 필요한 단점이 있다.
상기 단계 3에서는 단계 2에 따른 성형체에 비닐팩을 조립하고 내부로 질소를 퍼징하여 성형체 주변의 산소를 제거한다. 방사선 조사에 의한 복합재의 경화 반응은 일반적으로 방사선에 의하여 개시제가 라디칼이나 이온으로 분리되면서 반응이 개시되고, 상기 개시반응은 발열반응이므로 반응이 완전히 종료될 때까지 계속해서 반응이 이루어져서 경화 반응을 완성한다. 한편, 공기중에 존재하는 산소는 상기 개시 반응에서 발생한 라디칼이나 이온과 반응하여 반응 속도를 늦추는 역할을 하기 때문에 방사선 조사시 이를 제거할 필요가 있으며, 따라서, 방사선 조사 단계 이전에 상기 성형체에 비닐팩을 조립하고 질소 퍼징을 하여 산소를 제거하는 것이 필요하다.
상기 단계 4에서 복합재를 알루미늄 멘드렐에 성형한 성형체가 방사선 조사에 의하여 경화된다. 방사선 조사에 이한 성형체의 경화는 기존의 열경화와 비교하여 가열이 불필요하므로 알루미늄 멘드렐과 복합재의 열팽창 계수 차이에 의하여 발생할 수 있는 결함을 제거할 수 있다. 또한, 개시제의 사용을 줄여 환경적 오염이 적고, 보다 안전한 작업 환경을 조성할 수 있는 장점이 있다.
상기 조사되는 방사선은 전자선인 것이 바람직하다. 수지를 경화시키는 방법으로 전자선은 다른 방사선과 비교하여 빛의 투과 깊이가 적다는 단점이 있으나, 조사선량이 크고, 경화 속도가 빠르다는 장점이 있다. 따라서, 압력용기의 두께가 본 발명이 상정하는 응용분야에 적합한 두께일 경우 전자선을 사용하는 것이 빠른 경화 공정에 따른 능률을 고려할 때 바람직하다.
상기 전자선 조사와 관련하여, 전자선의 조사선량은 150 kGy에서 300 kGy 사이인 것이 바람직하고, 200 kGy에서 300 kGy 사이인 것이 더욱 바람직하고, 250 kGy에서 300 kGy 사이인 것이 가장 바람직하다. 하기 실험예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 조사선량이 150 kGy 미만인 경우, 복합재의 경화가 완전히 이루어지지 않는 문제점이 있고, 조사선량이 300 kGy를 초과하는 경우, 이에 따른 장점이 없으므로, 전자선의 조사선량은 상기 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 하이브리드 압력용기의 제조 공정은 도 2 및 도 4를 참조하여 이해될 수 있다. 도 2는 하이브리드 압력용기의 제조와 관련한 본 발명의 제조 공정을 나타낸다. 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기는 원소재 입고에서 성형, 경화, 코팅, 가공 및 각종 시험을 거쳐서 제품이 완성된다. 상기 시험은 팽창 시험, 내시경 검사, 파열 시험, 압력 반복 시험, 화염 노출 시험 및 환경 시험 등을 포함한다. 또한, 도 4는 성형체에 비닐팩이 조립되고, 전자선 조사 치구가 조립된 후, 성형체가 회전하면서 경화되는 공정 단계를 나타낸다. 상기 성형체가 저속으로 회전하는 동안 성형체 상부에 조립된 전자선 조사 치구에서 전자선이 조사되어 성형체의 경화가 골고루 일어나게 된다.
본 발명에 따른 다른 구체예는 상기 성형체의 상부에 방사선 가속기가 평면상으로 존재하고, 상기 성형체는 하부의 이송장치에 고정되어 이동함에 의하여 연속적으로 하이브리드 압력용기를 제조할 수 있는 연속적인 하이브리드 압력용기의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기의 제조방법은 열경화 공정이 아닌, 방사선 조사에 의한 경화 공정을 이용하기 때문에 경화 공정 시간이 짧으므로 배치(batch)식 공정이 아닌 연속적(continuous) 공정에 의한 하이브리드 압력용기의 제조방법을 제공할 수 있다. 이는 하이브리드 압력용기의 생산 단가를 낮출 수 있고, 대량 생산이 가능하다는 장점을 갖는다. 상기 연속적 공정은 도 7을 참조하여 이해될 수 있다. 비닐팩이 조립된 성형체가 방사선 가속기가 존재하는 평면 하부에 일정 시간 위치하고, 경화가 완전히 이루어진 후 이동하면서 동시에 새로운 성형체가 방사선 가속기가 존재하는 평면 하부로 이동하는 방식으로 연속적으로 하이브리드 압력용기가 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되어 방사선 조사로 경화된 탄소 섬유, 에폭시 수지 및 방사선 개시제의 복합제를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기를 제공한다.
본 발명은 압력용기를 제조함에 있어서 기존의 열경화 방법이 아닌, 방사선 조사에 의한 경화 방법을 사용한다. 방사선 경화는 열경화와 비교하여 경화속도가 빠르고, 상온 경화가 가능하며, 경화시 발생할 수 있는 부산물에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 장점이 있다. 즉, 상온 경화가 가능하므로 경화 공정시 열팽창계수의 차이에 의한 복합재와 금속 사이에서 발생할 수 있는 탈리(delamination)를 방지할 수 있고, 압력용기의 사용시 압력 범위와 온도 범위를 제한하는 현저한 내부 잔류 응력을 제거할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 방사선 경화는 반응 촉매 또는 개시제의 사용을 최소화하고, 반응 온도가 낮기 때문에 기존의 열경화 방식과 비교하여 부산물 발생을 최소화할 수 있다. 즉, 공지 기술은 경화 공정의 문제점을 해결하기 위하여 경화제 또는 촉매를 다량 사용하거나 저온 경화용 수지를 적용하지만, 이는 복합재의 물성을 약화시키고 경하제나 촉매에 의한 환경오염 및 작업자 안전문제를 야기시키고, 재료 및 공정비용의 증가로 생산단가가 높아짐에 반하여, 본 발명은 방사선 경화 방법의 사용을 통하여 상기 문제점의 발생을 방지시킨다.
본 발명에 따른 압력용기의 구조와 관련하여 도 1을 참조할 수 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기는 후프(Hoop) 방식과 헬리카(Helica) 방식을 혼용하여 제조된다. 탄소 섬유의 적용시 상기와 같이 후프 방식과 헬리카 방식을 혼용하는 것이 하이브리드 압력용기의 강도를 높이는 장점이 있다.
이하 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 : 하이브리드 압력용기의 제조 1>
에폭시 수지로 비스페놀-A형 에폭시 수지 2 리터(L)와 전자선 개시제로 트리아릴 설포니움 헥사-플루오로 안티모네이트(이하, TASHFA라고 함) 1 wt%를 혼합하여 수지통(bath)에 담았다. 상기 혼합물에 고탄성 탄소 섬유를 도입하여 복합재를 형성하였다. 상기 복합재를 기존에 제조된 알루미늄 멘드렐에 필라멘트 와인딩 공법으로 성형하였으며, 이때 후프(Hoop) 방식과 헬리카(Helica) 방식을 혼용하여 성형하였다. 상기 성형체 외부에 비닐팩을 조립하고, 질소 퍼징하여 전자선 조사 전에 성형체 주변의 산소를 제거하였다. 상기 성형체를 회전시키면서 전자선을 조사하여 경화킴으로써 하이브리드 압력용기를 제조하였다.
<실시예 2: 하이브리드 압력용기의 제조 2>
TASHFA를 2 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 3: 하이브리드 압력용기의 제조 3>
TASHFA를 3 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일하게 하이브리드 압 력용기가 제조되었다.
<실시예 4: 하이브리드 압력용기의 제조 4>
에폭시 수지로 비스페놀-A형 에폭시 수지 2 리터(L)와 전자선 개시제로 트리아릴 설포니움 헥사-플루오로 포스페이트(이하, TASHFP라고 함) 1 wt%를 혼합하여 수지통(bath)에 담았다. 상기 혼합물에 고탄성 탄소 섬유를 도입하여 복합재를 형성하였다. 상기 복합재를 기존에 제조된 알루미늄 멘드렐에 필라멘트 와인딩 공법으로 성형하였으며, 이때 후프(Hoop) 방식과 헬리카(Helica) 방식을 혼용하여 성형하였다. 상기 성형체 외부에 비닐팩을 조립하고, 질소 퍼징하여 전자선 조사 전에 성형체 주변의 산소를 제거하였다. 상기 성형체를 회전시키면서 전자선을 조사하여 경화시킴으로써 하이브리드 압력용기를 제조하였다.
<실시예 5: 하이브리드 압력용기의 제조 5>
TASHFP를 2 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 6: 하이브리드 압력용기의 제조 6>
TASHFP를 3 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 7: 하이브리드 압력용기의 제조 7>
에폭시 수지로 비스페놀-F형 에폭시 수지 2 리터(L)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 8: 하이브리드 압력용기의 제조 8>
TASHFA를 2 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 7와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 9: 하이브리드 압력용기의 제조 9>
TASHFA를 3 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 7와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 10: 하이브리드 압력용기의 제조 10>
TASHFA 대신에 TASHFP를 1 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 7와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 11: 하이브리드 압력용기의 제조 11>
TASHFA 대신에 TASHFP를 2 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 7와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실시예 12: 하이브리드 압력용기의 제조 12>
TASHFA 대신에 TASHFP를 3 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 7와 동일하게 하이브리드 압력용기가 제조되었다.
<실험예 1: 전자선 조사된 복합재 경화도의 측정>
Soxhlet 추출 장치에 의하여 겔함량을 측정하는 방법인 Soxhlet 추출 방법으로 전자선 조사선량을 달리하며 상기 실시예 2, 8, 및 11에 따른 하이브리드 압력용기의 경화도를 측정하였다. 상기 측정시의 조건은 전자선 경화된 복합재료를 적당한 크기로 절단하고, 끓는 아세톤 용액으로 경화되지 않은 에폭시 수지를 24시간 추출, 건조하여 무게 변화를 측정하였다. 상기 측정 결과는 하기 표 1에 나타난 바와 같고, 이를 도 5에 도시하였다.
조사선량
(kGy)		 50 100 150 200 250 300
실시예 2 84 97 100 100 100 100
실시예 8 73 88 95 99.5 100 100
실시예 11 53 79 89 96.4 100 100
상기 표 1 및 도 5에 의하면, 실시예 8의 경우 전자선 조사선량 150 kGy에서, 실시예 2의 경우 전자선 조사선량 200 kGy에서, 실시예 11의 경우 전자선 조사선량 250 kGy에서 완전한 경화가 이루어짐을 알 수 있다. 따라서, 성형체의 경화를 위하여 조사되는 전자선의 조사선량은 150 kGy 이상인 것이 바람직하고, 200 kGy 이상인 것이 더욱 바람직하고, 250 kGy 이상인 것이 가장 바람직하다. 또한, 조사선량이 300 kGy를 초과하여도 이에 따른 장점이 없으므로 300 kGy이하인 것이 바람직하다.
<실험예 2: 제조된 하이브리드 압력용기의 강도 측정>
INSTRON사의 만능재료 시험기 4484에 의하여 ASTM D790의 방법으로 25℃의 상온과 습도 40%의 조건 하에서 상기 실시예 1~3 및 실시예 7~9에 따른 하이브리드 압력용기의 굴곡강도를 측정하였다. 상기 측정 결과는 하기 표 2에 나타난 바와 같고, 이를 도 6에 도시하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 7 실시예 8 실시예 9
강도(MPa 580 524 532 543 541 516
상기 표 2 및 도 6에 의하면, 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기의 강도가 경화제의 함량이 낮을수록 강도는 높았으며, 비스페놀 A형 수지의 강도가 높다는 것을 알 수 있다. 또한 압력용기의 압력파열 시험에서도 실시예 9의 강도에서도 최대압력 (130MPa)에서 파열되지 않았다. 즉 실시된 모든 복합재가 압력용기에 적당한 강도를 보유하고 있다는 것을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기의 제조 공정을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기를 위한 알루미늄 멘드렐을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기의 제조 공정 중 방사선 조사에 의한 경화 공정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 전자선 조사선량을 달리하면서 복합재의 경화도를 측정한 도표이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 하이브리드 압력용기의 강도를 측정한 도표이다.
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 압력용기의 연속적 제조 공정을 나타내는 개략도이다.
<도면 부호의 설명>
10........................알루미늄 멘드렐
20........................압력조절 장치와 연결되는 나사부
30........................후프(Hoop) 방식으로 와인딩한 부분
31........................헬리카(Helica) 방식으로 와인딩한 부분
40........................압력조절 장치
50........................성형된 복합재
60........................비닐팩
70........................전자선 가속기
71........................전자선
80........................전자선 조사 치구
81........................모터
90........................이송장치
91........................롤러

Claims (12)

  1. 방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지에 탄소 섬유를 도입하는 단계;
    상기 방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지가 도입된 탄소 섬유를 알루미늄 멘드렐에서 성형하는 단계;
    상기 성형체에 비닐팩을 조립하고 질소 퍼징하는 단계; 및
    상기 성형체를 방사선을 조사하여 경화시키는 단계
    를 포함하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방사선은 전자선인 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀-A형인 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀-B형인 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 방사선 개시제는 트리-아릴 설포니움 헥사-플루오로 안티모네이트(Tri-aryl Sulfonium Hexa-fluoro Phosphate Antimonate)인 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 성형하는 단계는 방사선 개시제가 녹아있는 에폭시 수지가 도입된 탄소 섬유의 두께가 6 mm 이하로 성형되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 성형하는 단계는 필라멘트 와인딩 공정에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 방사선을 조사하여 성형체를 경화시키는 단계는 방사선 조사선량이 150 kGy 이상 300 kGy 이하인 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 방사선을 조사하여 성형체를 경화시키는 단계는 방사선 조사선량이 200 kGy 이상 300 kGy 이하인 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 방사선을 조사하여 성형체를 경화시키는 단계는 방사선 조사선량이 250 kGy 이상 300 kGy 이하인 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 성형체의 상부에 방사선 가속기가 평면상으로 존재하고, 상기 성형체는 하부의 이송장치에 고정되어 이동함으로써 연속적으로 하이브리드 압력용기를 제조할 수 있음을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기의 제조방법.
  12. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압력용기.
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