KR20180097184A - Method of forming fiber reinforced plastic - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수지 이송 성형을 이용한 섬유강화 플라스틱 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic using a resin transfer molding.
최근 신소재에 대한 관심이 높아지면서, 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있는데, 특히 저비중, 고강도의 복합소재에 대한 관심이 증대되고 있다. 또한 복합소재를 이용한 제품의 양산 단계까지 연구가 진행되면서, 이를 위한 복합소재의 신속한 성형, 경화에 대한 공법 개발에 초점이 모아지고 있다.As interest in new materials has increased recently, research and development have been actively carried out. Especially, interest in composite materials with low specific gravity and high strength is increasing. In addition, as the research progresses to the stage of mass production of products using composite materials, focus is being focused on the development of a method for rapid molding and curing of composite materials.
복합재료란 성분이나 형태가 다른 두 종류 이상의 소재가 거시적으로 서로 구분되는 계면을 가지도록 조합되어 유효한 기능을 가지는 재료를 일컫는다. 그러나 두 종류 이상의 재료가 미시적으로 조합되어 미시적으로 균질성을 가지는 합금들은 복합재료라 하지 않으며, 복합재료는 구성소재들 사이에 거시적으로 경계면이 있다는 점이 합금과 다르다. 복합재료의 구성요소로는 강화재(reinforcement)와 기지재(matrix)로 크게 볼 수 있으며, 이러한 요소들로 구성된 복합재료는 일반적으로 층상 복합재료, 입자강화 복합재료, 섬유강화 복합재료 등으로 구분할 수 있다. 복합재료로서 개선할 수 있는 특성은 강도 및 강성도, 내식성, 피로수명, 내마모성, 충격특성, 내열성, 전기 절연성, 단열성, 경량화, 외관 등을 들 수 있다. 이러한 특성이 동시에 모두 개선되는 것은 아니고 목적에 맞게 필요에 따라 선택하여 쓸 수 있으며, 최근 복합재료가 신소재로서 가장 주목받고 있는 특성은 무게 비 강도 및 강성도라 할 수 있다. A composite material refers to a material having two or more kinds of materials having different compositions or shapes and having an effective function by being combined so as to have macroscopically separated interfaces. However, alloys with microscopic homogeneity of more than two kinds of materials are not called composites, and composites differ from alloys in that there is a macroscopic interface between the constituent materials. Composite materials can be broadly classified into reinforcement and matrix. Composite materials composed of these elements can be generally classified into layered composite materials, particle reinforced composite materials, and fiber reinforced composite materials. have. Properties that can be improved as a composite material include strength and stiffness, corrosion resistance, fatigue life, abrasion resistance, impact properties, heat resistance, electrical insulation, heat insulation, light weight, appearance and the like. These properties are not all improved at the same time, but can be selected according to the purpose as desired. Recently, the characteristic that the composite material has attracted the most attention as the new material is the weight ratio strength and rigidity.
예컨대 차량의 외관은 전통적으로 스틸 재질의 무거운 금속 소재를 사용하고 있는데, 이러한 재질은 차량의 연비를 감소시키는 주요 요소가 되므로, 스틸 소재의 외관 및 부품을 대체하기 위한 복합소재, 제조공법의 개발이 진행되고 있다. 스틸 대체재로서의 복합소재로는, 섬유강화 플라스틱(FRP)이 대표적으로 제안되고 있다. For example, the appearance of a vehicle is traditionally made of a heavy metal material made of steel. Since such a material is a major factor in reducing fuel consumption of a vehicle, development of a composite material and a manufacturing method for replacing the appearance and components of a steel material It is progressing. As a composite material as a steel substitute, fiber reinforced plastic (FRP) has been typically proposed.
섬유 강화 플라스틱은 예컨대 탄소 섬유, 유리섬유, 아라미드(Aramid) 등과 같은 섬유(fiber)와 수지(열가소성 또는 열경화성)를 결합하여 만들어진 복합 소재의 한 가지이다. FRP는 예컨대 전기 분야의 인쇄회로기판, 휴대폰 케이스, IT 기기 케이스 등의 원료로 사용되고, 최근에는 자동차 분야(경량화 차체, 차량 인테리어 부품 등), 스포츠 레저 분야(낚싯대, 모터사이클 장갑, 스키 헬멧, 축구화 등)와 여러 공업 부품(유도탄 부품, 무인항공기 부품 등)의 경량화 추세에 잘 맞는 재료적 특징을 가지고 있어서, 그런 분야에서도 큰 관심을 받고 있는 소재이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Fiber-reinforced plastics are one of composites made by combining resins (thermoplastic or thermosetting) with fibers such as carbon fiber, glass fiber, aramid, and the like. BACKGROUND OF THE INVENTION FRP is used as a raw material for, for example, a printed circuit board for an electric field, a cellular phone case, an IT device case and the like. Recently, the FRP has been widely used in the fields of automobiles (lightweight car bodies, interior parts for automobiles, etc.), sports and leisure (fishing rods, Etc.) and various industrial parts (missile parts, unmanned airplane parts, etc.) have a material characteristic that is well suited to the lightweight trend of such parts.
이를 생산하기 위한 공법 중 폴리에스터, 비닐에스터, 에폭시 수지 등을 활용한 핸드 레이업(HAND LAY UP) 법이 사용되고 있다. 이는 제품의 외형 형상의 반쪽 형틀 위에 드라이 촙 스트랜드 매트를 한 장씩 놓고, 그 위에 액체로 된 수지를 부은 후 롤러를 이용하여 섬유매트에 수지를 투과시킨 후 경화시켜 성형하는 방법으로, 주로 수작업으로 이루어진다. 이 공법은 수작업에 의한 것이다 보니 제품의 내구성, 표면 불량과 같은 품질 문제를 내포하고 있으며, 대량 생산의 어려움으로 인한 부품단가 상승문제를 유발한다. 또한 작업자의 숙련도에 따라 제품의 질이 좌우되므로, 균일한 품질 확보가 어렵고, 생산량에 한계가 있다는 문제가 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 개발된 공법이, 수지 이송 성형(RESIN TRANSFER MOLDING, RTM) 방법이다. 수지 이송 성형 공법은 제품의 외부 형상을 지닌 성형틀 사이의 공간 내에 강화섬유로 된 제품 형상의 예비 성형체를 위치시킨 후, 상하 성형틀을 닫고 수지 주입기를 이용하여 고압으로 수지를 주입함으로써, 예비 성형체에 액체 수지가 주입된 상태로 경화시켜 원하는 형상의 섬유강화 플라스틱을 제조하는 방법이다.HAND LAY UP method using polyester, vinyl ester, epoxy resin, and the like is being used as a method for producing this. This is a method in which a dry strand mat is placed one by one on a mold half of the outer shape of the product, a liquid resin is poured on the dry strand mat, the resin is passed through a fiber mat using a roller, . This method is based on manual work, which implies quality problems such as durability and surface defects of the product, and raises the cost of parts due to the difficulty of mass production. Moreover, since the quality of the product depends on the skill level of the operator, it is difficult to obtain uniform quality, and there is a problem that the production amount is limited. To solve this problem, a resin transfer molding (RESIN TRANSFER MOLDING, RTM) method has been developed. In the resin transfer molding method, a preform having a product shape made of reinforcing fibers is placed in a space between the molds having an outer shape of the product, the upper and lower molds are closed, and resin is injected at a high pressure using a resin injector, Is cured in a state where a liquid resin is injected into the fiber reinforced plastic to produce a fiber reinforced plastic having a desired shape.
본 발명은 복잡한 형상의 섬유강화 플라스틱을 결함 없이 제조할 수 있으면서도, 섬유강화 플라스틱 내부 또는 외부에 결함이 거의 없는 섬유강화 플라스틱을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a method for producing a fiber-reinforced plastic having a complicated shape without defects and having little defects inside or outside the fiber-reinforced plastic.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법은A method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention comprises:
금형 상부에 섬유 보강재를 배치하는 단계(단계 1);Placing a fiber reinforcement on the mold top (step 1);
상기 섬유 보강재 상부의 복수 위치에 드랍 형태로 수지를 적하하는 단계(단계 2); 및Dropping the resin in a drop form at a plurality of positions on the fiber reinforcing member (step 2); And
금형을 밀폐시킨 후 금형 내부를 감압하는 단계(단계 3);을 포함한다. And closing the mold and decompressing the inside of the mold (step 3).
또한, 상기 단계 1의 섬유 보강재는 탄소섬유, 탄소 섬유 복합체, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 구조용 유리섬유, 합성 섬유, 금속 섬유, 천연 섬유, 셀룰로스, 보론 섬유, 실리콘 카바이드 섬유 및 올레핀계 섬유 중에서 하나 이상일 수 있다. The fiber reinforcing material of step 1 may be at least one of carbon fiber, carbon fiber composite, aramid fiber, glass fiber, structural glass fiber, synthetic fiber, metal fiber, natural fiber, cellulose, boron fiber, silicon carbide fiber and olefin- .
또한, 상기 단계 2의 수지는 열경화성수지, 열가소성수지 및 이들의 단량체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the resin of step 2 may include at least one of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a monomer thereof.
또한, 상기 단계 1 수행 전에 이형제(parting material)를 금형에 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include a step of applying a parting material to the mold before the step 1 is performed.
또한, 상기 단계 2의 방울 형태 수지는 양이 1 마이크로그램 내지 10 그램일 수 있다. In addition, the drop type resin of step 2 may have an amount of 1 microgram to 10 grams.
또한, 상기 단계 2에서 방울 형태로 수지를 적하한 후에, 상기 섬유 보강재 상에 다른 섬유 보강재를 배치하고, 상기 다른 섬유 보강재 상에 방울 형태로 수지를 적하하는 공정을 더 포함할 수 있다. The method may further include a step of dropping a resin in a droplet form in the step 2, disposing another fiber reinforcement on the fiber reinforcement, and dropping the resin on the other fiber reinforcement in a droplet form.
또한, 상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 크기를 조절할 수 있다. Further, in order to control the volume of the droplet-shaped resin in the step 2, the size of the nozzle for dropping the resin can be adjusted.
또한, 상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 모양을 조절할 수 있다. Further, in order to control the volume of the droplet-shaped resin in the step 2, the shape of the nozzle for dropping the resin can be adjusted.
또한, 상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 수지 분사 압력을 조절할 수 있다. Further, in order to control the volume of the droplet-shaped resin in the step 2, the resin jetting pressure of the nozzle for dropping the resin can be adjusted.
또한, 상기 단계 3의 진행 중 가열 공정을 더 포함할 수 있다. Further, the
또한, 상기 금형 내부 부피에 대한 섬유 보강재의 체적 비는 20% 내지 70% 일 수 있다. In addition, the volume ratio of the fiber reinforcement to the inner volume of the mold may be 20% to 70%.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법은 하나의 지점에서 수지를 연속적으로 주입하는 종래 기술에 비해 섬유 보강재 내부로 투과가 용이하고, 2차원 평면 방향으로의 유동을 최소화할 수 있으므로 주입 압력을 대폭 낮출 수 있는 장점이 있다. The fiber reinforced plastic manufacturing method according to the embodiment of the present invention is easier to penetrate into the fiber reinforcement and minimizes the flow in the two-dimensional plane direction compared with the prior art in which resin is continuously injected at one point, Can be greatly reduced.
도 1은 종래의 섬유강화 플라스틱 제조방법의 공정 모식도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법의 공정도이고,
도 3은 종래의 수지가 섬유 보강재 내로 침적하는 패턴의 모식도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 수지가 섬유 보강재 내로 침적하는 패턴의 모식도이다. 1 is a schematic process diagram of a conventional method of manufacturing a fiber-reinforced plastic,
FIG. 2 is a process diagram of a method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention,
3 is a schematic view of a pattern in which a conventional resin is deposited in a fiber reinforcing material,
Figure 4 is a schematic diagram of a pattern in which a resin according to an embodiment of the present invention is deposited into a fiber reinforcement.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings. In addition, "including" an element throughout the specification does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법은A method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention comprises:
금형 상부에 섬유 보강재를 배치하는 단계(단계 1);Placing a fiber reinforcement on the mold top (step 1);
상기 섬유 보강재 상부의 복수 위치에 수지주입노즐을 통하여 방울(drop) 형태로 수지를 적하하는 단계(단계 2); 및(Step 2) dropping the resin in a drop form through a resin injection nozzle at a plurality of positions on the fiber reinforcing member; And
금형을 밀폐시킨 후 금형 내부를 감압하는 단계(단계 3);을 포함한다. And closing the mold and decompressing the inside of the mold (step 3).
이하, 본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법을 도면을 참조하여 각 단계 별로 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 단계 1은 금형(201) 내부에 섬유 보강재(202)를 배치하는 단계이다. In the method for manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, step 1 is a step of disposing a
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법의 공정도이다. 2 is a process diagram of a method for manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention.
상기 단계 1의 섬유 보강재는 탄소섬유, 탄소 섬유 복합체, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 구조용 유리섬유, 합성 섬유, 금속 섬유, 천연 섬유, 셀룰로스, 보론 섬유, 실리콘 카바이드 섬유 및 올레핀계 섬유 중에서 하나 이상 일 수 있다.The fiber reinforcement of step 1 may be at least one of carbon fiber, carbon fiber composite, aramid fiber, glass fiber, structural glass fiber, synthetic fiber, metal fiber, natural fiber, cellulose, boron fiber, silicon carbide fiber and olefin- have.
상기 단계 2의 수지는 열경화성수지 또는 열가소성수지일 수 있다. The resin of step 2 may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 상기 단계 2의 수지는 열경화성수지 또는 열가소성수지 중 적어도 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 전단하중(shear stress)이 가해질 때에는 주로 기지재료가 하중을 지탱하므로, 그 기계적 성질이 매우 중요하며, 파괴진행에 결정적인 영향을 미친다. 또, 대부분의 섬유 보강재가 외부요소(열, 화학물질 등)에 대해 안정되어 있으므로, 이러한 외부요소에 대한 기지재료의 저항성이 중요한 경우가 많다. In the method for producing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, the resin of step 2 may be selected from at least one of a thermosetting resin and a thermoplastic resin. When the shear stress is applied, the mechanical properties of the matrix are very important because the matrix material mainly supports the load, which has a decisive influence on the progress of the fracture. In addition, since most fiber reinforcements are stable to external elements (heat, chemicals, etc.), resistance of the matrix to such external elements is often important.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 상기 단계 2의 수지는 열경화 수지가 사용될 수 있다. 열경화성 수지로서는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 페놀 수지, 비스말레이미드 수지 및 시아네이트 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In the method for producing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, the resin of step 2 may be a thermosetting resin. The thermosetting resin may include at least one of an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, a bismaleimide resin and a cyanate resin.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 상기 단계 2의 수지는 열가소성 수지가 사용될 수 있다. 열가소성 수지는 폴리올레핀류, 폴리할로올레핀류, 폴리방향족류, 폴리(알케닐방향족류), 폴리스티렌, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지류, 폴리아미드류, 나일론, 폴리(카르복실산류), 폴리아민류, 폴리에테르류, 폴리아세탈류, 폴리술폰류, 폴리(유기술파이드류), 폴리(유기옥사이드류), 폴리에스테르류, 폴리카르보네이트류, 폴리이미드류, 폴리우레탄류, 폴리에테르에테르케톤 수지류 및 스티렌/말레산 무수물 수지류 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 또한 이들의 단량체를 포함할 수 있다. In the method for producing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, the resin of step 2 may be a thermoplastic resin. The thermoplastic resin may be selected from the group consisting of polyolefins, polyhaloolefins, polyaromatics, poly (alkenyl aromatic), polystyrene, acrylonitrile / butadiene / styrene resins, polyamides, nylon, poly (carboxylic acids) (Polyesters), polyethers, polyethers, polyethers, polyethers, polyethers, polyethers, polyethers, polyethers, Ketone resins and styrene / maleic anhydride resins, and may also include monomers thereof.
상기 단계 1 수행 전에 이형제(parting material)를 금형에 도포하거나, 수지에 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include a step of applying a parting material to the mold or mixing the resin with the resin before the step 1 is performed.
이형제는 본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 의해 제조되는 섬유강화 플라스틱이 금형으로부터 분리될 시에, 금형으로부터 원활하게 분리가 되도록 금형에 도포를 하거나, 수지에 혼합하는 것이 바람직하다. 이때, 이형제의 도포 또는 수지와 혼합 없이 섬유강화 플라스틱을 제조한다면, 섬유강화 플라스틱 프리폼 또는 완성품의 일부가 금형에 부착되어 결함이 발생하는 문제점이 있을 수 있다. 적합한 이형제는 널리 공지되어 있고 상업적으로 입수가능하다. 상기 이형제는 렉스코-유에스에이(Rexco-USA)에 의한 마발리스 (Marbalease™), 악셀 플라스틱스 리서치 래보러토리스 인코포레이티드(Axel Plastics Research Laboratories,Inc.)에 의한 몰드-위즈(Mold-Wiz™ ), 켐-트렌드(Chem-Trend)에 의한 켐리스(Chemlease™ ), 뷔르츠 게엠베하(Wurtz GmbH)에 의한 팻(PAT™ ), 지박스(Zyvax)에 의한 워터웍스 에어로스페이스 릴리즈(Waterworks Aerospace Release) 및 스페셜티 프로덕츠 캄파니(Specialty Products Co.)에 의한 칸츠틱(Kantstik™ ) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. When the fiber-reinforced plastic produced by the fiber-reinforced plastic manufacturing method according to the embodiment of the present invention is separated from the mold, the mold release agent is preferably applied to the mold or mixed with the resin so as to be smoothly separated from the mold. At this time, if fiber-reinforced plastic is produced without applying a release agent or mixing with a resin, a part of the fiber-reinforced plastic preform or the finished product may adhere to the mold and cause defects. Suitable release agents are well known and commercially available. The release agent may be selected from the group consisting of Marbalease (TM) by Rexco-USA, Mold-Wiz (TM) by Axel Plastics Research Laboratories, Chemlease ™ by Chem-Trend, PAT ™ by Wurtz GmbH, and Waterworks Aerospace by Zyvax. Release) and Kantstik (TM) by Specialty Products Co.).
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 섬유 보강재 상부의 복수 위치에 방울(drop) 형태의 수지(203)를 적하하는 단계로, 섬유강화 플라스틱 구성 물질 중 하나인 수지를 섬유 보강재 상부로 배치하는 단계이다. In the method for producing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, Step 2 is a step of dropping a
도 1은 종래의 섬유강화 플라스틱 제조방법의 공정 모식도이다. 1 is a process schematic diagram of a conventional method of manufacturing a fiber-reinforced plastic.
종래의 복합재료 성형방법은 액상수지를 적층된 섬유 보강재의 내부를 따라 수평 및 수직 방향으로 이송되면서 섬유 보강재의 상하방향으로 섬유 보강재 내부로 액상수지가 투과되는 과정이 필요하기 때문에 성형공정 시간이 길고, 잉여수지의 배출이 많고, 특히 수지의 이송거리가 길어질수록 수지의 이송속도 저하로 인해 성형제품(복합재료)내 수지 투과 균일도가 떨어져 품질이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 상기의 종래 성형방법은 탄소섬유와 같이 투습성(Permeability)이 낮은 섬유 보강재를 사용할 경우에는 수지공급 라인(103)에서 수지의 이송시간이 길어지고 섬유 보강재 내부 수지의 투과시간이 급증하게 된다. 그로 인해 종래 방법은 탄소섬유와 같이 투습성이 낮은 직물을 사용해서 복합재료를 성형하는 경우에는 특히 적합하지 않을 수 있다.The conventional method of forming a composite material requires a process in which the liquid resin is passed through the fiber reinforcing material in the vertical direction of the fiber reinforcing material while being transported in the horizontal and vertical directions along the inside of the laminated fiber reinforcing material, , There is a problem that the surplus resin is discharged in a large amount, and in particular, as the transfer distance of the resin becomes longer, the uniformity of the resin in the molded product (composite material) is lowered due to the reduction of the transfer speed of the resin. In addition, in the above conventional molding method, when a fiber reinforcing material having low permeability such as carbon fiber is used, the time for transferring the resin in the
상기 단계 2에 의한 적가된 수지 방울(204)의 양이 1 마이크로그램 내지 10 그램일 것이 바람직할 수 있다. It may be preferable that the amount of the resin droplets 204 dropped by the step 2 is 1 microgram to 10 grams.
상기의 "적하"는 방울 형태의 수지를 한 방울씩 보강재 상에 배치함을 의미한다. 도 3에서 나타난 바와 같이, 종래의 섬유강화 플라스틱 제조방법은 수지의 적하 또는 주입을 복수의 위치에서 수행되는 것이 아니라, 단수의 위치에서 수지 적하 또는 주입을 수행하여 수지가 섬유 보강재 내부 또는 측면으로 충분히 투과되지 않고 결함부(304)가 발생할 수 있다. 수지 방울의 양이 1 마이크로그램 미만이라면, 방울 형태의 수지의 양이 부족해 섬유 보강재 하부로 충분히 투과가 되지 못하는 문제점이 있을 수 있고, 다수의 수지노즐(203)을 준비하기 위한 복잡성 및 비용이 증가하게 되고, 수지 방울의 양이 10 그램을 초과한다면, 복잡한 형상의 제품에서 결함부(304)가 발생하기 쉬운 문제점이 있다. The above "dripping" means placing a droplet of resin on the stiffener by one drop. As shown in Fig. 3, the conventional method for producing fiber-reinforced plastic is not performed at a plurality of positions, but the resin is dripped or injected at a single position so that the resin is sufficiently The
상기 단계2에서 방울 형태로 수지를 적하한 후에, 상기 섬유 보강재 상에 다른 섬유 보강재를 배치하고, 상기 다른 섬유 보강재 상에 방울 형태로 수지를 적하하는 공정을 더 포함할 수 있다.The method may further include a step of dropping a resin in a droplet form in the step 2, disposing another fiber reinforcement on the fiber reinforcement, and dropping the resin on the other fiber reinforcement in a droplet form.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 섬유강화 플라스틱은 섬유 보강재와 기지재료인 수지로 구성이 되는데, 상기 섬유강화 플라스틱은 1개의 섬유 보강재 내부에 투과된 수지로 구성이 될 수도 있고, 2개 또는 그 이상의 섬유 보강재가 층층이 쌓인 구조와 섬유 보강재 사이에 수지 방울을 배치하고, 투과시켜 구성 될 수 있다. 이를 통해 섬유 보강재가 복수의 층으로 구성된 섬유강화 플라스틱 제조가 가능하다. 이때 상기 섬유 보강재를 동일한 종류를 사용하지 않고, 서로 다른 이종의 섬유 보강재를 사용함으로써 서로 다른 물리적 성질을 지닌 섬유 보강재를 사용하거나 그에 대응되는 수지를 사용함으로써, 본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱은 손쉽게 기계적 성질이 제어되는 장점이 있다. In the method for manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, the fiber-reinforced plastic is composed of a fiber reinforcing material and a resin as a matrix material. The fiber-reinforced plastic may be composed of resin permeated into one fiber reinforcement And two or more fiber reinforcements may be arranged by arranging and transmitting resin droplets between the layered structure and the fiber reinforcement. This makes it possible to manufacture fiber-reinforced plastics in which the fiber reinforcement is composed of a plurality of layers. By using fiber reinforcing materials having different physical properties by using different kinds of fiber reinforcing materials without using the same type of fiber reinforcing material or by using resins corresponding thereto, the fiber reinforced plastic according to the embodiment of the present invention Has the advantage that the mechanical properties are easily controlled.
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 크기와 개수를 조절할 수 있다. In order to control the volume of the droplet-shaped resin in the step 2, the size and the number of the nozzles to which the resin is dropped can be adjusted.
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 모양을 조절할 수 있다. In order to control the volume of the droplet-shaped resin in the step 2, the shape of the nozzle for dropping the resin can be adjusted.
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 수지 분사 압력을 조절할 수 있다. In order to control the volume of the drop type resin in the step 2, the resin injection pressure of the nozzle to which the resin is dropped can be adjusted.
상기 단계 2에서 적하하는 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 일정한 압력 또는 일정한 유속이 형성될 수 있는 장비를 사용할 수 있다. In order to control the volume of the droplet-shaped resin to be dropped in the step 2, it is possible to use a resin in which a constant pressure or a constant flow rate can be formed.
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여 적절한 방울을 만들어 줄 수 있는 별도의 저장공간을 사용할 수 있다. It is possible to use a separate storage space for making a proper droplet to control the volume of the droplet-shaped resin of the step 2.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 단계 3은 금형을 밀폐시킨 후 금형내부를 감압하는 단계로, 섬유 보강재의 내부 및 빈공간으로 수지의 투과를 촉진시키고, 섬유강화 플라스틱 최종 생산물의 품질을 향상시키는 단계이다. In
종래 성형방법은 탄소섬유와 같이 투과성(Permeability)이 낮은 직물을 사용할 경우에는 섬유보강재의 하부까지 액상수지의 이송시간이 길어지고 섬유 보강재 내부로 액상수지의 투과 시간이 급증하게 된다. 그로 인해 종래 성형방법은 탄소섬유와 같이 투과성이 낮은 직물을 사용해서 복합재료를 성형하는 경우에는 특히 적합하지 않았다. 본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서 섬유보강재에 수지를 투과시키는 것은 상기와 같은 금형내부를 감압하는 단계를 포함한다. 상기 단계에 의해 진공의 힘을 이용하여 수지가 주입되면서 금형 내부의 기포를 배출시키며 대기압만큼의 힘으로 진공백 면을 통하여 수직의 압력이 가해져 제품 내부의 기공을 줄여주고 섬유 체적율을 높여준다. 또한, 금형 내부의 압력이 금형 외부의 대기압보다 낮게되어 금형에 배치되어 있는 섬유보강재 내부로 수지의 투과가 원활하게 될 수 있다. In the conventional molding method, when a fabric having low permeability such as carbon fiber is used, the transfer time of the liquid resin to the lower portion of the fiber reinforcement becomes long and the time of the liquid resin permeates into the fiber reinforcement rapidly. Therefore, the conventional molding method is not particularly suitable for forming a composite material by using a fabric having low permeability such as carbon fiber. In the method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, permeation of the resin to the fiber reinforcement includes decompressing the inside of the mold as described above. In this step, the resin is injected by using the vacuum force, and the bubbles in the mold are discharged, and the vertical pressure is applied through the vacuum surface with the force of the atmospheric pressure, thereby reducing the pores in the product and increasing the fiber volume ratio. Further, since the pressure inside the mold is lower than the atmospheric pressure outside the mold, permeation of the resin to the inside of the fiber reinforcing material disposed in the mold can be smooth.
상기 단계 3의 진행 중 가열 공정을 더 포함할 수 있다.And may further include a heating step in progress of
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법에 있어서, 일반적으로 수지의 경화반응은 고온에서 일어나므로, 상기의 가열 공정을 포함하지 않거나 일부만 포함하여 일부의 반응만 진행시킨다면 이에 의해 제조되는 섬유강화 플라스틱은 완성품이 아닌 중간재의 형태로 제작되거나 이를 이용하여 향후 추가 성형 공정을 거쳐서 완성품으로 제조될 수 있다. 또한, 상기와 같이 가열 공정을 거친 섬유강화 플라스틱은 완전히 경화되어 완성품으로 제조 된다.In the method for producing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention, since the curing reaction of the resin generally occurs at a high temperature, if only a part of the reaction is carried out with no or only a part of the heating step, Plastics may be produced in the form of intermediate materials rather than finished products, or may be made into finished products through further molding processes in the future. In addition, the fiber-reinforced plastic that has been subjected to the heating process as described above is completely cured to be a finished product.
한편, 금형을 가열하여 수지를 경화시킬 때, 금형의 온도를 급상승 시키면 수지 내부에서 가스가 발생하여 포어 발생으로 이어질 수 있다. 그러므로 금형의 온도를 순차적으로 상승시켜 가스 발생을 최대한 억제하는 것이 바람직하다. On the other hand, when the mold is heated to cure the resin, if the temperature of the mold rapidly increases, gas may be generated inside the resin, leading to pouring. Therefore, it is preferable to increase the temperature of the mold sequentially so as to suppress gas generation as much as possible.
구체적으로, 액상 수지 혼합물의 온도를 그것의 완전 경화에 필요한 최소 온도 즉, 경화 온도(T2)까지 한 번에 상승시키지 않고, 2단계로 나누어 서서히 상승시키는 것이 바람직하다. 즉, 경화를 위한 가열 직전의 금형의 표면 온도(T0)와 상기 경화온도(T2) 간의 온도차의 대략 절반 정도의 온도 범위 즉, [(T2-T0)/2]± 15 만큼 1단계로 상승시켜 소정 시간 유지한 다음, 다시 대략 나머지 온도만큼 추가 상승시켜 상기 경화 그 액상 수지 혼합물이 완전히 경화할 때까지 유지한다.Specifically, it is preferable to gradually raise the temperature of the liquid resin mixture in two stages without raising the temperature to the minimum temperature required for complete curing, that is, the curing temperature (T 2 ) at one time. That is, the temperature range of approximately half of the temperature difference between the surface temperature (T 0 ) of the mold and the curing temperature (T 2 ) immediately before the heating for curing, that is, [(T 2 -T 0 ) / 2] And is held for a predetermined time, and is further raised again approximately by the remaining temperature until the cured liquid resin mixture is completely cured.
사용하는 수지가 에폭시 수지인 경우를 예로 들어 설명한다. 앞서 언급한 것처럼 수지 혼합물 주입 시 금형의 표면 온도는 약 50 내지 60 (T0)로 유지된다. 그 온도로 수지 혼합물 주입이 완료된 후, 경화를 위해 금형을 가열하여 금형의 표면 온도를 약 80~100 (T1) 정도로 1차 상승시킨다. 1차 온도상승에 걸리는 시간(t1)은 대략 3~7분 정도 이내가 되도록 한다. 1차 온도 상승 후에는 대략 3~7분 정도의 시간(t1~t2) 동안 그 온도(T1)로 유지한다. 이 기간 동안 수지 는 겔화가 진행된다. 겔화가 진행될 때, 급격한 온도 상승은 가스 및 기포를 발생시키는 원인이 된다.The case where the resin used is an epoxy resin will be described as an example. As mentioned above, the surface temperature of the mold is maintained at about 50 to 60 (T 0 ) when the resin mixture is injected. After the injection of the resin mixture is completed at that temperature, the mold is heated for curing to raise the surface temperature of the mold to about 80 to 100 (T 1 ). The time (t1) required for the first temperature rise is within about 3 to 7 minutes. After the first temperature rise, the temperature is maintained at the temperature (T 1 ) for about 3 to 7 minutes (t 1 to t 2 ). During this period, the resin is gelled. When the gelation proceeds, a sudden temperature rise causes gas and bubbles to be generated.
이와 같은 1단계 온도 상승 후, 수지 혼합물의 완전 경화에 필요한 온도까지 다시 한 번 상승시킨다. 이 2단계 온도 상승은 대략 3~7분 동안에 대략 120~150 (T2)까지 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 사용하는 수지 혼합물의 경화 시간(t3~t4)만큼 그 온도를 유지해준다. 에폭시 수지를 사용하는 경우 대략 5~10분 정도이다.After the first-stage temperature rise, the temperature is raised again to the temperature required for complete curing of the resin mixture. This two-step temperature rise is preferably about 120 to 150 (T 2 ) for about 3 to 7 minutes. The temperature is maintained for the curing time (t 3 to t 4 ) of the resin mixture to be used. When an epoxy resin is used, it is about 5 to 10 minutes.
상기 금형 내부 부피에 대한 섬유 보강재의 체적비는 20 % 내지 70 %인 것이 바람직하다. The volume ratio of the fibrous reinforcement to the inner volume of the mold is preferably 20% to 70%.
본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법의 금형 내부 부피에 대한 섬유 보강재의 체적비가 과도하거나, 과소한 경우 섬유강화 플라스틱 물성이 저하될 수 있다. 따라서, 금형 내부 부피에 대한 섬유 보강재의 체적비는 20 % 내지 70 %인 것이 바람직하다. If the volume ratio of the fiber reinforcing material to the internal volume of the mold of the fiber reinforced plastic manufacturing method according to the embodiment of the present invention is excessive or insufficient, the properties of the fiber reinforced plastic may be deteriorated. Therefore, it is preferable that the volume ratio of the fiber reinforcing material to the inner volume of the mold is 20% to 70%.
도 3은 종래에 수지가 섬유 보강재 내로 침적하는 패턴의 모식도이다.3 is a schematic diagram of a pattern in which a resin is deposited in a fiber reinforcement in the prior art.
도 3 에 나타난 바와 같이, 종래의 섬유강화 플라스틱 제조방법은 수지의 침적 주입이 단일 노즐을 통해 수행 되어, 복잡한 형상의 금형(301)이거나 투과성이 떨어지는 섬유보강재의 경우, 수지 적하부(302)로부터 섬유보강재의 수평 방향 또는 하부 방향으로 수지의 충분한 투과가 어려워 결함부(304)가 섬유강화 플라스틱 내에 존재할 수 있다. As shown in Fig. 3, the conventional method for manufacturing a fiber-reinforced plastic is a method in which deposition of resin is carried out through a single nozzle to form a complicated-shaped
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 수지가 섬유 보강재 내로 침적하는 패턴의 모식도이다. Figure 4 is a schematic diagram of a pattern in which a resin according to an embodiment of the present invention is deposited into a fiber reinforcement.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시 예를 따르는 섬유강화 플라스틱 제조방법은 금형(401)의 형상에 맞춰서 최적화된 복수의 수지 방울을 섬유보강재 상부에 도포함으로써, 섬유보강재의 수평 방향 또는 하부 방향으로 결함부 없이 수지의 투과가 충분히 일어나게 된다. As shown in FIG. 4, a method for manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention includes applying a plurality of resin droplets optimized in accordance with the shape of a
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
101: 금형
102: 섬유 보강재
103: 수지 주입구
104: 수지
201: 금형
202: 섬유 보강재
203: 수지노즐
204: 수지
301: 금형
302: 수지 적하부
303: 수지 투과부
304: 결함부
401: 금형
402: 수지 적하부
404: 수지 투과부101: Mold
102: Fiber reinforcement
103: Resin inlet
104: Resin
201: Mold
202: Fiber reinforcement
203: resin nozzle
204: Resin
301: Mold
302:
303: Resin transmission portion
304: Defective part
401: Mold
402:
404: resin-
Claims (11)
상기 섬유 보강재 상부의 복수 위치에 방울(drop) 형태로 수지를 적하하는 단계(단계 2); 및
금형을 밀폐시킨 후 금형 내부를 감압하는 단계(단계 3);를 포함하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
Placing a fiber reinforcement within the mold (step 1);
(Step 2) dropping the resin in a drop form at a plurality of positions on the fiber reinforcing material; And
And a step of decompressing the inside of the mold after sealing the mold (step 3).
상기 단계 1의 섬유 보강재는 탄소섬유, 탄소 섬유 복합체, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 구조용 유리섬유, 합성 섬유, 금속 섬유, 천연 섬유, 셀룰로스, 나무 및 올레핀계 섬유 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the fiber reinforcing material of step 1 is at least one of carbon fiber, carbon fiber composite, aramid fiber, glass fiber, structural glass fiber, synthetic fiber, metal fiber, natural fiber, cellulose, wood and olefin- Gt;
상기 단계 2의 수지는 열경화성수지, 열가소성수지 및 이들의 단량체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the resin of step 2 comprises at least one of a thermosetting resin, a thermoplastic resin and a monomer thereof.
상기 단계 1 수행 전에 이형제(parting material)를 금형에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of applying a parting material to the mold before the step 1 is performed.
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 무게는 1 마이크로그램 내지 10 그램인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight of the drop type resin in step 2 is 1 microgram to 10 grams.
상기 단계2에서 방울형태로 수지를 적하한 후에, 상기 섬유 보강재 상에 다른 섬유 보강재를 배치하고, 상기 다른 섬유 보강재 상에 방울 형태로 수지를 적하하는 공정을 더 포함하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of dropping a resin in a droplet form in the step 2, disposing another fiber reinforcing material on the fiber reinforcing material, and dropping the resin on the other fiber reinforcing material in a droplet form.
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 크기와 개수를 조절하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the size and number of the nozzles to which the resin is dropped are controlled in order to control the volume of the droplet-shaped resin in the step (2).
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 모양을 조절하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the shape of the nozzle for dripping the resin is adjusted in order to control the volume of the droplet-shaped resin in the step (2).
상기 단계 2의 방울 형태 수지의 부피를 제어하기 위하여, 수지를 적하하는 노즐의 수지 분사 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the resin injection pressure of the nozzle for dripping the resin is controlled so as to control the volume of the droplet-shaped resin of the step (2).
상기 단계 3의 진행 중 가열 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising a heating step in progress of step 3 above.
상기 금형 내부 부피에 대한 섬유 보강재의 체적비는 20% 내지 70%인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the volume ratio of the fiber reinforcement to the inner volume of the mold is 20% to 70%.
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| KR102152089B1 (en) * | 2020-05-20 | 2020-09-07 | 송과모터스 주식회사 | Manufacturing method for glass fiber reinforced plastic and glass fiber reinforced plastic using the same, and building panel and manufacturing method thereof |
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