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수지 사출펌프를 이용한 필라멘트 와인딩 복합재료 성형기술

전문가 제언: ○ 본 발명은 유리섬유나 탄소섬유 같은 강화섬유 필라멘트를 에폭시 같은 열경화성 수지에 함침시켜 회전원통에 감아서 성형하는 필라멘트 와인딩 복합재료 제조공정에서 섬유 필라멘트를 와인딩 공정 이전에 수지조에서 수지를 함침시키지 않고 회전원통에 와인딩 하면서 수지를 펌프로 사출해서 침투시키는 건식 필라멘트 와인딩(Filament Winding) 복합재료 성형공정기술에 관한 것이다.

○ 섬유강화 플라스틱은 일반산업에서는 물론 우주항공 분야에서도 사용되고 있는 소재로 필라멘트 와인딩은 원통형이나 구형의 압력용기, 탱크, 파이프 등 회전대칭인 구조물의 제조에 많이 사용되는 기술로 습식법과 건식법이 있다. 국내에서도 프리프레그를 사용하는 건식법과 수지를 함침시켜 와인딩하는 습식법이 모두 활용되고 있으나 골프채, 낚시대 프리프레그를 이용한 와인딩 성형기술이 주로 이용되고 있다.

○ 건식법은 제조품의 물성을 일정하게 유지하기가 용이하나 습식 필라멘트 와인딩은 수지의 점도와 필라멘트를 감는 속도에 따라 제조공정을 조절해야 하고 생산되는 수량도 영향을 받게 된다. 본 발명에서는 필라멘트를 감는 속도는 일정하고 침투시키는 수지량을 펌프와 조절밸브를 통해 조절하므로 제품의 물성을 균일하게 할 수 있고, 또한 프리프레그 건식 공정은 4축 성형이 곤란하나 본 기술은 4축 성형공정도 가능해 다양한 형상의 제품생산에 적용할 수 있다.

○ 습식 필라멘트 와인딩은 감기는 섬유의 장력에 의해 섬유와 수지의 함량비율 조정이 이루어지므로 원형단면이 아닌 다각형 단면에서는 수지와 섬유의 함량의 변화가 발생한다. 즉, 닥트와 같이 단면이 사각인 경우 습식공정에서는 평면부위와 모서리 부위에 걸리는 장력의 차이로 함침되는 수지와 섬유의 함량이 변화하나, 본 기술을 응용하면 필라멘트를 감으면서 동시에 수지를 사출시켜 필라멘트 사이로 침투시키므로 사각의 모서리부위에 추가로 수지 사출펌프를 연결해 이를 보완할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 수지사출펌프를 일괄적용하고 있으나 국내에서 부위별로 수지의 사출량을 조절하는 시스템을 구성하면 다양한 형상의 필라멘트 와인딩 성형기술을 독자적으로 개발할 수 있다.

저자: General Plastics & Composites, L.P.
자료유형: 특허정보