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KR101128652B1 - 하이브리드 프리폼 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

하이브리드 프리폼 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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KR101128652B1
KR101128652B1 KR1020090082415A KR20090082415A KR101128652B1 KR 101128652 B1 KR101128652 B1 KR 101128652B1 KR 1020090082415 A KR1020090082415 A KR 1020090082415A KR 20090082415 A KR20090082415 A KR 20090082415A KR 101128652 B1 KR101128652 B1 KR 101128652B1
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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 프리폼은, 일방향 탄소직물들로 구성된 몸체; 및 상기 몸체와 니들펀칭되어 결합되며, 웹 탄소직물들로 구성된 마찰층;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 니들펀칭만으로 하이브리드 프리폼의 몸체와 마찰층을 형성할 수 있다. 또한, 니들펀칭으로 하이브리드 프리폼의 몸체와 마찰층을 결합시키므로, 하이브리드 프리폼의 몸체와 마찰층이 강하게 결합된다.

Description

하이브리드 프리폼 및 이를 제조하는 방법 {HYBRID PREFORM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 하이브리드 프리폼에 관한 것이다.
자동차 브레이크는 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 구분된다.
디스크식 브레이크는 디스크와 패드로 구성된다.
디스크식 브레이크는 디스크의 표면과 패드의 마찰로 발생 되는 마찰력으로 디스크의 회전을 늦추거나 멈추게 함으로써, 바퀴의 회전을 늦추거나 멈추게 한다. 따라서, 디스크와 패드는 경량이면서, 내열충격성, 내식성, 내마모성, 고강도, 높은 마찰계수를 가져야 한다. 이를 위해, 경량이고, 내마모성 및 내열충격성을 가진 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 디스크와 패드를 만든다.
이하, 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 만들어진 디스크를 탄소-세라믹 브레이크 디스크라 칭한다.
탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 하이브리드 프리폼 제조단계, 증착단계, 성형단계, 규소를 녹여 침투시키는 단계, 연마단계를 거쳐 만들어진다.
상기 하이브리드 프리폼 제조단계에서 동일한 하이브리드 프리폼 2개가 제조 된다.
상기 하이브리드 프리폼은 몸체와 마찰층으로 구성된다.
상기 증착단계에서 2개의 하이브리드 프리폼 각각에 탄소를 증착한다.
상기 성형단계에서 2개의 하이브리드 프리폼을 각각 성형한다. 그리고, 성형된 하이브리드 프리폼 2개를 마찰층이 바깥쪽으로 향하게 하여 서로 마주 보게 붙인다. 하이브리드 프리폼 2개를 서로 마주 보게 붙인 것을 탄소프리폼이라 칭한다.
상기 규소를 녹여 침투시키는 단계에서, 탄소프리폼에 규소를 녹여서 침투시킨다.
상기 연마단계에서, 탄소프리폼을 연마한다.
도 1은 종래의 하이브리드 프리폼 제조 공정을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1공정(P1)에서 몸체를 만든다. 몸체는, 일방향 탄소직물들을 서로 적층한 다음, 일방향 탄소직물들을 니들펀칭(needle punching)하여 결합시켜 만든다. 여기서, 니들펀칭이란 바브(barb)들을 구비한 니들(needle)로, 적층된 섬유들을 뚫어서, 섬유들이 서로 얽히게 하는 것을 일컫는다.
제2공정(P2)에서 마찰층을 만든다. 마찰층은, 짧은 탄소섬유들을 서로 적층하고 가압하여 만든다.
제3공정(P3)에서 몸체의 상부에 마찰층을 접착제(페놀수지)로 접착한다.
상술한 바와 같이, 종래의 하이브리드 프리폼은 단일 공정이 아닌 3가지 공정(P1, P2, P3)을 거쳐서 만들어진다. 또한, 접착제로 몸체와 마찰층이 접착되어 있어, 몸체와 마찰층의 결합력이 약하다.
본 발명의 목적은, 니들펀칭만으로 하이브리드 프리폼을 만드는 데 있다.
또한, 몸체와 마찰층이 강하게 결합된 하이브리드 프리폼을 만드는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 프리폼은, 일방향 탄소직물들로 구성된 몸체; 및 상기 몸체와 니들펀칭되어 결합되며, 웹 탄소직물들로 구성된 마찰층;을 포함한다.
또한, 상기 목적은, 일방향 탄소직물들로 구성된 몸체; 상기 몸체와 니들펀칭되어 결합되며, 혼합 탄소직물들로 구성된 중간층; 및 상기 중간층과 니들펀칭되어 결합되며, 웹 탄소직물들로 구성된 마찰층;을 포함하는 하이브리드 프리폼에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은, 일방향 탄소직물들을 서로 적층하고, 니들펀칭하여 몸체를 형성하는 제1단계; 및 상기 몸체 위에 웹 탄소직물들을 적층하고 니들펀칭하여, 상기 몸체와 결합된 마찰층을 형성하는 제2단계;를 포함하는 하이브리드 프리폼 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은, 일방향 탄소직물을 서로 적층하고, 니들펀칭하여 몸체를 형성하는 제1단계; 상기 몸체 위에 혼합 탄소직물을 적층하고 니들펀칭하여, 상기 몸체와 결합된 중간층을 형성하는 제2단계; 및 상기 중간층 위에 웹 탄소직물을 적층하고 니들펀칭하여, 상기 중간층과 결합된 마찰층을 형성하는 제3단계;를 포함하 는 하이브리드 프리폼 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 니들펀칭만으로 하이브리드 프리폼의 몸체와 마찰층을 형성할 수 있다. 또한, 니들펀칭으로 하이브리드 프리폼의 몸체와 마찰층을 결합시키므로, 하이브리드 프리폼의 몸체와 마찰층이 강하게 결합된다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3(a) 내지 도 3(f)는 도 2의 제1단계 및 제2단계를 나타낸 도면이다. 도 3(c) 내지 도 3(f)에 도시된 검은 부분은 니들펀칭으로 인해 섬유가 얽힌 것을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법은, 일방향 탄소직물(C1)들을 서로 적층하고, 니들펀칭하여 몸체(CL)을 형성하는 제1단계(S11); 및 몸체(CL) 위에 웹 탄소직물(F1)들을 적층하고 니들펀칭하여, 상기 몸체(CL)과 결합된 마찰층(FL)을 형성하는 제2단계(S12);를 포함한다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 일방향 탄소직물(C1) 3장을 서로 적층한다.
일방향 탄소직물(C1)이란, 탄소섬유 1K(1000)개 내지 320K(320000)개를 일 방향으로 배열하고, 일 방향 배열이 흩어지지 않도록, 일 방향 배열 방향과 직교하는 방향으로, 일 방향으로 배열된 탄소섬유들을 탄소섬유로 서로 묶어 만든 직물이다.
일방향 탄소직물(C1)을 만드는 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계(PAN or oxi-PAN)계 섬유이다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 하강시켜 일방향 탄소직물(C1) 3장을 니들펀칭한다.
니들(N)에는 하향 경사진 8개의 바브(B, barb)들이 구비된다.
바브(B)들이, 일방향 탄소직물(C1) 3장을 서로 얽히게 한다.
이로 인해, 일방향 탄소직물(C1) 3장이 얽혀진 몸체(CL)이 형성된다.
상기 몸체의 밀도는 0.1~1.0g/㎤이다.
도 3(c)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 상승시켜, 일방향 탄소직물(C1)들로부터 니들(N)을 빼낸다. 바브(B)들은 하향 경사져 있으므로, 니들(N)을 상승시킬 때, 바브(B)에 일방향 탄소직물(C1)들이 걸리지 않는다.
물론, 일방향 탄소직물(C1)을 4장 이상 서로 적층할 수도 있을 것이다. 또한, 니들펀칭을 2회 이상 할 수도 있을 것이다. 또한, 일방향 탄소직물(C1)을 3장을 한꺼번에 적층하지 않고, 한 장씩 적층하고, 적층할 때마다 니들펀칭을 할 수도 있을 것이다. 또한, 니들(N)의 갯수가 2개 이상일 수도 있다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
도 3(d)에 도시된 바와 같이, 몸체(CL) 위에 웹 탄소직물(F1) 2장을 적층한다.
웹 탄소직물(F1)이란, 부직포 형태의 직물로서, 탄소섬유들을 무작위로 배열한 후 군데군데 니들펀칭하여, 무작위로 배열된 탄소섬유들을 서로 얽어 만든 직물이다.
웹 탄소직물(F1)을 만드는 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계(PAN or oxi-PAN)계 섬유이다.
도 3(e)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 하강시켜 웹 탄소직물(F1) 2장과, 일방향 탄소직물(C1) 3장을 니들펀칭한다.
바브(B)들이, 웹 탄소직물(F1) 2장을 서로 얽히게 한다. 이로 인해, 웹 탄소직물(F1) 2장이 얽혀진 마찰층(FL)이 형성된다. 상기 마찰층(FL)의 밀도는 0.01~0.5g/㎤이다.
또한, 바브(B)들이, 일방향 탄소직물(C1)과 웹 탄소직물(F1)을 서로 얽히게 한다. 이로 인해, 몸체(CL)과 마찰층(FL)이 강하게 결합된다.
물론, 웹 탄소직물(F1)을 3장 이상 적층할 수 있다. 또한, 니들펀칭을 2회 이상 할 수도 있을 것이다. 또한, 웹 탄소직물(F1) 2장을 한꺼번에 적층하지 않고, 한 장씩 적층하고, 적층할 때마다 니들펀칭할 수도 있을 것이다.
도 3(f)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 상승시켜, 일방향 탄소직물(C1)과 웹 탄소직물(C1)들로부터 니들(N)을 빼낸다. 바브(B)들은 하향 경사져 있으므로, 니들(N)을 상승시킬 때, 바브(B)에 웹 탄소직물(F1)들과 일방향 탄소직물(C1)들이 걸리지 않는다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5(a) 내지 도 5(i)는 도 4의 제1단계, 제2단계, 제3단계를 나타낸 도면이다. 도 3(c) 내지 도 3(i)에 도시된 검은 부분은 니들펀칭으로 인해 섬유가 얽힌 것을 나타낸다.
본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법은, 몸체와 마찰층 사이에, 몸체의 밀도와 마찰층의 밀도의 중간 정도의 밀도를 가진 중간층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법은, 일방향 탄소직물(C1)들을 서로 적층하고, 니들펀칭하여 몸체(CL)를 형성하는 제1단계(S21); 몸체(CL) 위에 혼합 탄소직물(M1)을 적층하고 니들펀칭하여, 몸체(CL)와 결합된 중간층(ML)을 형성하는 제2단계(S22); 및 중간층(ML) 위에 웹 탄소직물(F1)들을 적층하고 니들펀칭하여, 중간층(ML)과 결합된 마찰층(FL)을 형성하는 제3단계(S23);를 포함한다.
이하, 제1단계(S21)를 설명한다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 일방향 탄소직물(C1) 3장을 서로 적층한다.
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 하강시켜 일방향 탄소직물(C1) 3장을 니들펀칭한다.
바브(B)들이, 일방향 탄소직물(C1) 3장을 서로 얽히게 한다.
이로 인해, 일방향 탄소직물(C1) 3장이 얽혀진 몸체(CL)가 형성된다.
상기 몸체의 밀도는 0.1~1.0g/㎤이다.
도 5(c)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 상승시켜, 일방향 탄소직물(C1)들로부터 니들(N)을 빼낸다.
바브(B)들은 하향 경사져 있으므로, 니들(N)을 상승시킬 때, 바브(B)에 일방향 탄소직물(C1)들이 걸리지 않는다.
이하, 제2단계(S22)를 설명한다.
도 5(d)에 도시된 바와 같이, 몸체(CL) 위에 혼합 탄소직물(M1) 2장을 적층 한다. 혼합 탄소직물(M1)은 일방향 탄소직물(C1)과 웹 탄소직물(F1)을 혼합해서 만든다.
도 5(e)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 하강시켜 혼합 탄소직물(M1) 2장과, 일방향 탄소직물(C1) 3장을 니들펀칭한다.
바브(B)들이, 혼합 탄소직물(M1) 2장을 서로 얽히게 한다. 이로 인해, 혼합 탄소직물(M1) 2장이 얽혀진 중간층(ML)이 형성된다. 상기 중간층(ML)의 밀도는 0.1~0.8g/㎤이다.
또한, 바브(B)들이, 일방향 탄소직물(C1)과, 혼합 탄소직물(M1)을 서로 얽히게 한다. 이로 인해, 몸체(CL)과 중간층(ML)이 강하게 결합된다.
물론, 혼합 탄소직물(M1)을 3장 이상 적층할 수 있다. 또한, 니들펀칭을 2회 이상 할 수도 있을 것이다. 또한, 혼합 탄소직물(F1) 2장을 한꺼번에 적층하지 않고, 한 장씩 적층하고, 적층할 때마다 니들펀칭할 수도 있을 것이다.
도 5(f)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 상승시켜, 일방향 탄소직물(C1)들과 혼합 탄소직물(M1)들로부터 니들(N)을 빼낸다.
바브(B)들은 하향 경사져 있으므로, 니들(N)을 상승시킬 때, 바브(B)에 일방향 탄소직물(C1)들과 혼합 탄소직물(M1)들이 걸리지 않는다.
이하, 제3단계(S23)를 설명한다.
도 5(g)에 도시된 바와 같이, 중간층(CL) 위에 웹 탄소직물(F1) 2장을 적층한다.
도 5(h)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 하강시켜 웹 탄소직물(F1) 2장과, 혼합 탄소직물(M1) 2장과, 일방향 탄소직물(C1) 3장을 니들펀칭한다.
바브(B)들이, 웹 탄소직물(F1) 2장을 서로 얽히게 한다. 이로 인해, 웹 탄소직물(F1) 2장이 얽혀진 마찰층(FL)이 형성된다. 상기 마찰층(FL)의 밀도는 0.01~0.5g/㎤이다.
또한, 바브(B)들이, 혼합 탄소직물(M1)과, 웹 탄소직물(F1)을 서로 얽히게 한다. 이로 인해, 중간층(ML)과 마찰층(FL)이 강하게 결합된다.
도 5(i)에 도시된 바와 같이, 니들(N)을 상승시켜, 일방향 탄소직물(C1)들과 혼합 탄소직물(M1)들과, 혼합 탄소직물(M1)들로부터 니들(N)을 빼낸다.
바브(B)들은 하향 경사져 있으므로, 니들(N)을 상승시킬 때, 바브(B)에 일방향 탄소직물(C1)들과 혼합 탄소직물(M1)들과 웹 탄소직물(F1)들이 걸리지 않는다.
도 1은 종래의 하이브리드 프리폼 제조 공정을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3(a) 내지 도 3(f)는 도 2의 제1단계 및 제2단계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 프리폼을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5(a) 내지 도 5(i)는 도 4의 제1단계, 제2단계, 제3단계를 나타낸 도면이다.

Claims (11)

  1. 일방향 탄소직물들로 구성된 몸체; 및
    상기 몸체와 니들펀칭되어 결합되며, 웹 탄소직물들로 구성되며, 최외각에 위치된 마찰층;을 포함하며,
    상기 몸체의 밀도는 0.1~1.0g/㎤이고, 상기 마찰층의 밀도는 0.01~0.5g/㎤인 탄소-세라믹 브레이크 디스크용 하이브리드 프리폼.
  2. 일방향 탄소직물들로 구성된 몸체;
    상기 몸체와 니들펀칭되어 결합되며, 혼합 탄소직물들로 구성된 중간층; 및
    상기 중간층과 니들펀칭되어 결합되며, 웹 탄소직물들로 구성되며, 최외각에 위치된 마찰층;을 포함하며,
    상기 몸체의 밀도는 0.1~1.0g/㎤이고, 상기 중간층의 밀도는 0.1~0.8g/㎤ 이고, 상기 마찰층의 밀도는 0.01~0.5g/㎤인 탄소-세라믹 브레이크 디스크용 하이브리드 프리폼.
  3. 삭제
  4. 일방향 탄소직물들을 서로 적층하고, 니들펀칭하여 0.1~1.0g/㎤의 밀도를 가진 몸체를 형성하는 제1단계; 및
    상기 몸체의 최외각에 웹 탄소직물들을 적층하고 니들펀칭하여, 상기 몸체와 결합되며, 0.01~0.5g/㎤의 밀도를 가진 마찰층을 형성하는 제2단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크용 하이브리드 프리폼 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 일방향 탄소직물을 서로 적층하고, 니들펀칭하여 0.1~1.0g/㎤의 밀도를 가진 몸체를 형성하는 제1단계;
    상기 몸체 위에 혼합 탄소직물을 적층하고 니들펀칭하여, 상기 몸체와 결합되며, 0.1~0.8g/㎤의 밀도를 가진 중간층을 형성하는 제2단계; 및
    상기 중간층의 최외각에 웹 탄소직물을 적층하고 니들펀칭하여, 상기 중간층과 결합되며, 0.01~0.5g/㎤의 밀도를 가진 마찰층을 형성하는 제3단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크용 하이브리드 프리폼 제조방법.
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