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KR102312636B1 - 튜브형 고속 성형장치 - Google Patents

튜브형 고속 성형장치 Download PDF

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KR102312636B1
KR102312636B1 KR1020210082427A KR20210082427A KR102312636B1 KR 102312636 B1 KR102312636 B1 KR 102312636B1 KR 1020210082427 A KR1020210082427 A KR 1020210082427A KR 20210082427 A KR20210082427 A KR 20210082427A KR 102312636 B1 KR102312636 B1 KR 102312636B1
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South Korea
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tubular
oil
tubular mold
thermal
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윤선희
김준호
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주식회사 하이인텍
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Abstract

본 발명의 튜브형 고속 성형장치는 내부에 열매체유를 수용하는 공간이 구비되며 하부 방향이 개방된 하우징 및 상기 하우징의 개방된 하부 방향에 위치하여 개방된 하부를 막는 플렉시블 막으로 구성되고, 일측 위치에 열매체유가 주입되는 주입구가 위치하고 타측 대응하는 위치에 열매체유가 배출되는 배출구가 위치하고, 내부를 상부의 제1 영역과 하부의 제2 영역으로 구분하는 수평 파티션이 구비된 튜브형 몰드; 상부면에 성형품의 형상에 대응하는 캐비티(cavity)가 형성되며, 상기 튜브형 몰드와 치합되는 하부 몰드; 및 열매체유를 기 설정된 온도와 압력으로 상기 튜브형 몰드에 공급하는 열매체 순환부;를 포함한다.

Description

튜브형 고속 성형장치{TUBE TYPE HIGH SPEED MOLDING DEVICE}
본 발명은 탄소섬유 복합소재를 이용한 고속 성형장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 등방성 압력분포를 가지는 탄소섬유 복합소재를 이용한 고속 압착 성형장치에 관한 것이다.
탄소섬유는 다수의 탄소 원자가 결정 구조를 이루어 분자 사슬 형태를 가지는 섬유로서, 매우 가늘면서도 인장강도와 강성도가 높고 내열성이 강하며 화학물질에 대한 내성 또한 높아 매우 우수한 기계적 물성을 보유한 소재이다. 이와 같은 탄소섬유는 높은 기계적 물성과 경량화를 동시에 달성할 수 있어 항공기, 자동차, 스포츠 장비 등에 사용되고 있으며 점차 다양한 분야에 보급이 이루어지고 있다. 일반적으로 탄소섬유는 그 자체만으로 사용되기 보다는 열경화성 수지에 함침되어 성형된 탄소섬유 복합소재인 프리프레그 형태로 대상 성형품을 제조하는데 사용된다.
탄소섬유 복합소재를 이용한 성형방법으로는 핸드 레이업(Hand lay-up) 성형, SMC(Sheet molding compound) 성형, RTM(Resin transfer molding), 오토클레이브 성형(Autoclave molding) 등의 성형방법이 사용되고 있다. 핸드 레이업 성형은 몰드 내에 탄소섬유와 열경화성 수지를 교대로 적층하여 탄소섬유 복합소재를 제조하는 것으로 단순한 공정을 가져 초기 낮은 투자비용으로 제품을 생산할 수 있지만, 균일한 품질의 제품을 생산할 수 없으며 대량 생산이 어렵다. SMC 성형과 RTM은 시트 형태의 탄소섬유 복합소재를 몰드 내에 투입한 후 고온/고압을 가하거나 고온/고압 상태에서 수지를 주입하여 제품을 성형하는 방법으로, 핸드 레이업보다는 균일한 품질의 성형품을 고속으로 생산할 수 있으나 고정밀 및 고품질을 달성하기 어려워 제조된 성형품의 물성이 떨어진다.
특히, SMC 성형이나 RTM 성형은 특정 방향에서 가해지는 압력을 통해 성형을 진행하기 때문에, 압력을 제어하기 어려우며, 제조되는 성형품(또는 프리폼)의 표면 형상이 직선 형상이 아닌 곡선이나 다양한 형상을 가질 경우 압력이 가해지는 방향과 제품의 표면이 수직을 이루지 않아 구조 전체에 걸쳐 불균일성을 보여 제조되는 성형품의 물성이 저하된다. 또한, RTM 기술은 VA-RTM(Vacuum Assist-RTM), HP-RTM(High Pressure RTM), C-RTM (Compression RTM), I-RTM(Injection RTM), S-RTM(Surface RTM) 등으로 지속적인 기술 발전을 하고 있으나, 탄소섬유 복합소재 성형품의 탄소섬유 함량을 높이기에는 한계가 있으며, 성형품 형상에 따른 수지 유동성 확보필요, 수지 유동성에 따른 성형품의 표면품질 확보의 난해함 및 주입과정 중 탄소섬유의 배열 유지 어려움 있으며, 압력의 불균일 문제를 해결하지 못한다.
오토클레이브 성형은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도입된 공정으로, 프리프레그를 여러 겹으로 몰드 상에 적층한 후 진공백으로 전체를 감싼 후 내부 진공을 유지하여 성형품을 제조하는 공정이다. 오토클레이브 성형은 진공을 이용함으로써 성형품의 형상과 관계없이 표면에 수직 방향으로 압력을 가할 수 있어 등방성 압력분포를 달성하여 고정밀 및 고품질의 성형품을 제조할 수 있다. 그러나 오토클레이브 성형은 성형공정에 많은 시간이 요구되고 내부 진공을 유지시키기 위한 장비를 별도로 필요로 하여 매우 큰 비용과 공간을 필요로 한다.
한국공개특허공보 10-2020-0034046호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 탄소섬유 복합소재를 이용한 성형에 있어서, 고정밀 및 고품질을 달성하면서도 고속 성형이 가능한 성형장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 내부에 열매체유를 수용하는 공간이 구비되며 하부 방향이 개방된 하우징 및 상기 하우징의 개방된 하부 방향에 위치하여 개방된 하부를 막는 플렉시블 막으로 구성되고, 일측 위치에 열매체유가 주입되는 주입구가 위치하고 타측 대응하는 위치에 열매체유가 배출되는 배출구가 위치하고, 내부를 상부의 제1 영역과 하부의 제2 영역으로 구분하는 수평 파티션이 구비된 튜브형 몰드; 상부면에 성형품의 형상에 대응하는 캐비티(cavity)가 형성되며, 상기 튜브형 몰드와 치합되는 하부 몰드; 및 열매체유를 기 설정된 온도와 압력으로 상기 튜브형 몰드에 공급하는 열매체 순환부;를 포함하는 튜브형 고속 성형장치에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 튜브형 몰드는 상기 수평 파티션의 상부에 위치한 상기 제1 영역에 먼저 열매체유가 주입되어 분산된 후, 수평 파티션에 형성된 미세홀을 통해 열매체유가 제2 영역으로 이동하여 플렉시블 막을 팽창시키는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 튜브형 몰드는 상기 수평 파티션의 상부면에 형성된 둘 이상의 격벽을 더 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 둘 이상의 격벽은 한쪽 끝단과 다른 쪽 끝단이 각각 교대로 개방되어 상기 열매체유가 상하 또는 좌우로 이동하도록 유로를 형성하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 영역에 주입된 열매체유는 상기 수평 파티션 상부면에 위치한 격벽이 형성한 유로를 통해 분산된 후, 수평 파티션의 미세홀을 통해 상기 제2 영역으로 이동하여 플렉시블 막을 팽창시키는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 격벽은 열매체유가 통과하는 둘 이상의 터널을 구비한 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 튜브형 고속 성형장치는 상기 튜브형 몰드와 상기 하부 몰드가 분리된 상태에서 상기 하부 몰드의 캐비티에 탄소섬유 프리프레그가 적층되고, 상기 튜브형 몰드가 상기 하부 몰드 상에 치합된 후, 가열부를 통해 가열된 열매체유를 상기 튜브형 몰드의 하우징 내부에 주입하여 열매체유의 압력을 통해 상기 플렉시블 막을 팽창시켜 상기 캐비티 상의 탄소섬유 프리프레그를 압착시키면서 열매체유가 가지는 열에너지를 전달하여 탄소섬유 프리프레그를 경화시키는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 열매체 순환부는 유체 펌프를 이용하여 상기 튜브형 몰드 내부의 열매체유를 배출시키는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 열매체 순환부는 상기 튜브형 몰드 내부에 위치한 온도센서를 통해 상기 튜브형 몰드 내부의 열매체유 온도를 측정하여 기 설정된 온도로 열매체유 온도를 조절하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 플렉시블 막은 상기 튜브형 몰드에 주입된 열매체유에 의해 팽창하여 상기 하부 몰드의 캐비티 내부에 위치한 탄소섬유 프리프레그와 접촉한 상태에서 상기 캐비티 내부 형상의 모든 위치에서 캐비티 내부 형상에 수직인 방항으로 동일한 크기의 압력을 전달하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치는 튜브형 구조와 열매체유를 이용하여 열과 압력을 탄소섬유 복합소재에 가하는 공정 방법을 이용하여 균일한 압력을 전달함으로써, 짧은 성형 사이클을 가져 고속 성형을 가능하게 하면서도, 상대적으로 저비용으로 공극이 매우 적은 고정밀 및 고품질의 성형품을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치는 튜브형 몰드 내부에 열매체유를 분산시키기 위한 구조를 구비하여 열매체유가 플렉시블 막을 균일하게 팽창시켜 탄소섬유 프리프레그를 균일하게 성형할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 튜브형 몰드 및 하부 몰드의 사시도이다.
도 3은 도 1의 튜브형 몰드 내부에 위치한 수평 파티션의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 성형 중 변형 모습을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 등방성 압력 분포 구조를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 튜브형 몰드 및 하부 몰드의 사시도이다.
도 3은 도 1의 튜브형 몰드 내부에 위치한 수평 파티션의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 성형 중 변형 모습을 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치는 튜브형 몰드(100) 및 하부 몰드(200)로 구성된 몰드부와 열매체유 탱크(310) 및 가열부(320)로 구성된 열매체 순환부(300)를 포함한다. 본 발명은 열매체 순환부(300)를 통해 가열된 열매체유(30)가 튜브형 몰드(100) 내부에 주입되어 튜브형 몰드(100) 및 하부 몰드(200) 사이에 위치한 탄소섬유 프리프레그를 가열 및 가압하여 성형품을 제조한다.
튜브형 몰드(100)는 하우징(110), 플렉시블 막(120), 공기 가압부(130) 및 수평 파티션(140)으로 구성된다.
하우징(110)은 내부에 열매체유(30)를 수용하는 공간이 구비되며 하부 방향(하부 몰드 치합 방향)이 개방된 형태를 가진다. 그리고 플렉시블 막(120)은 하우징(110)의 개방된 하부 방향에 위치하여 개방된 하부를 막는 구조를 가진다.
하우징(110)은 하부 방향이 개방된 형태로서, 내부에는 열매체유(30)를 수용하는 공간을 구비하여 일방향이 개방된 용기 형태를 가질 수 있다. 이때, 하우징(110)은 내부에 주입되는 열매체유(30)의 압력과 온도에 의해 변형 및 파손되지 않도록 강성을 가지는 재료로 제조된다. 일례로서, 하우징(110)은 니켈 합금, 강철 합금, 인바(Invar) 합금 등의 다양한 금속소재로 제조될 수 있다.
하우징(110)의 일측 위치에는 열매체유(30)가 열매체 순환부(300)로부터 주입되는 주입구가 위치하고 타측 대응하는 위치에는 주입된 열매체유(30)가 배출되는 배출구가 위치한다. 주입구와 배출구의 위치는 하우징(110) 내부로 주입된 열매체유(30)의 순환을 방해하지 않으면서, 플렉시블 막(120)을 통해 탄소섬유 프리프레그(10)에 열과 압력을 효과적으로 전달할 수 있도록 서로 대응하는 방향에 위치하는 것이 바람직하다.
플렉시블 막(120)은 하우징(110)의 개방된 하부 방향(하부 입구)에 위치하며, 하우징(110)의 개방된 하부 방향을 완전하게 막아 차단하는 형태로 하우징(110) 상에 고정된다.
플렉시블 막(120)은 형태가 고정된 강성 소재가 아닌 유연성을 가지는 소재의 막으로 형성되어, 하우징(110)에 주입된 열매체유에 의해 팽창하는 구조를 가진다. 일례로서, 플렉시블 막(120)은 높은 열전도율을 가지는 실리콘 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 플렉시블 막(120)의 두께 및 내구성은 제조되는 탄소섬유 복합소재의 종류 및 형태에 따라 달라질 수 있다.
플렉시블 막(120)은 열매체유(30)에 의한 물리적 파손 및 열변형을 방지하기 위하여 고강도 및 인열 강도 특성을 가지며, 열매체유(30)에 의한 압력을 탄소섬유 프리프레그(10)에 효과적으로 전달하기 위하여 높은 연신율을 가지는 것이 바람직하다. 일례로서, 플렉시블 막(120)은 쇼어 경도가 30~40이고, 인장 강도가 1400~1800 psi이며, 인열 강도가 200 ppi 이상이고, 연신율이 900%인 것이 바람직하다.
튜브형 몰드(100)의 하우징(110)은 수평 파티션(140)에 의해 상부의 제1 영역과 하부의 제2 영역으로 구분된다. 튜브형 몰드(100)로 주입되는 열매체유(30)는 먼저 수평 파티션(140) 상부의 제1 영역으로 주입된 후, 수평 파티션(140)에 형성된 다수의 미세홀(141)을 통해 수평 파티션(140) 하부의 제2 영역으로 이동하여 플렉시블 막(120)을 팽창시킨다. 이와 같이, 본원발명에서는 튜브형 몰드(100) 내부를 수평 파티션(140)을 통해 상부의 제1 영역과 하부의 제2 영역으로 구분하고, 제1 영역에 먼저 열매체유(30)가 주입된 후 미세홀(141)을 통해 제2 영역으로 이동하여 플렉시블 막(120)에 열과 압력을 가하도록 함으로써, 튜브형 몰드(100)로 주입된 열매체유(30)가 주입과 동시에 플렉시블 막(120)에 열과 압력을 전달하는 것을 지연시켜, 열매체유(30)가 플렉시블 막(120) 전체에 걸쳐 고르게 열과 압력을 전달하도록 한다. 이때, 미세홀(141)의 크기 및 개수를 통해 제1 영역에서 제2 영역으로 열매체유(30)가 이동하는 속도를 조절할 수 있다.
만일, 수평 파티션(140)이 없이 열매체유(30)가 튜브형 몰드(100)로 주입되는 경우, 주입된 열매체유(30)가 투입 직후 바로 플렉시블 막(120)에 접촉하여 열과 압력을 전달하게 된다. 이와 같이 주입된 열매체유(30)가 투입 직후 플렉시블 막(120)에 열과 압력을 전달하게 되면, 열매체유가 투입된 위치부터 플렉시블 막(120)이 팽창하여 탄소섬유 프리프레그(10)에 열과 압력을 먼저 전달하여 성형을 시작하게 되므로, 탄소섬유 프리프레그(10)가 균일하게 성형되지 않는다. 따라서, 본 발명에서는 수평 파티션(140)을 통해 상부의 제1 영역과 하부의 제2 영역을 구분하고, 제1 영역에 먼저 열매체유(30)가 투입된 후 미세홀(141)을 통해 제2 영역으로 이동하게 함으로써, 탄소섬유 프리프레그(10)가 균일하게 성형되도록 한다.
수평 파티션(140)의 상부면에는 둘 이상의 격벽(142)을 포함할 수 있다. 격벽(142)은 소정의 간격을 이격하여 배치되며, 수평 파티션(140) 상에 열매체유(30)의 유로를 형성하여, 튜브형 몰드(100) 내부에서 열매체유가 균일하게 분산되도록 한다. 이때, 둘 이상의 격벽(142)은 한쪽 끝단과 다른 쪽 끝단이 각각 교대로 개방되도록 하여, 격벽(142)의 개방된 위치를 통해 열매체유(30)가 지그재그로 이동하도록 한다. 열매체유(30)가 튜브형 몰드(100)의 주입구로 주입되는 경우, 열매체유(30)가 튜브형 몰드(100) 내부에 분산되기 전에 열매체유(30)가 배출구에 도달하여 열매체유(30)가 고르게 분포되지 않는다. 따라서, 본 발명에서는 수평 파티션(140)의 상부면에 하나 이상의 격벽(142)을 배치하여 유로를 형성함으로써, 열매체유(30)가 튜브형 몰드(100) 내부에 고르게 분포되도록 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 튜브형 몰드(100) 내부에 주입된 열매체유(30)는 격벽(142)에 의해 형성된 유로를 따라 이동하여, 튜브형 몰드(100) 내부에 균일하게 분포된다. 이때, 격벽(142)의 개수와 간격은 튜브형 몰드(100)의 크기, 성형대상 등에 따라 자유롭게 설계가 가능하다.
또한, 격벽(142)에는 열매체유(30)가 통과할 수 있는 하나 이상의 터널을 구비하여, 열매체유(30)가 격벽(140)에 의한 유로를 이동하는 과정에서 열매체유(30) 일부가 터널을 통해 이동하여 균일하게 분산되도록 할 수 있다. 격벽(140)에 형성된 터널의 형태는 원형, 반원형, 타원형, 오메가형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 터널의 형태, 개수 및 크기는 설계 목적과 성형 대상에 따라 자유로운 설계가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치는 열매체 순환부(300)에 의해 소정의 온도로 가열된 열매체유(30)를 튜브형 몰드(100) 내부로 소정의 압력으로 주입하여 플렉시블 막(120)을 팽창시켜 탄소섬유 프리프레그(10)를 소정의 열과 압력으로 성형하는 장치이다. 이를 위해 튜브형 몰드(100)로 열매체유(30)가 주입되는 위치에는 유체 펌프(331)가 위치하고, 튜브형 몰드(100)의 주입부와 배출부에는 압력 밸브(341, 342)가 위치하여, 열매체유(30)의 압력을 제어한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치는 유체 펌프(331)를 이용한 가압 구조 이외에 공기 가압부(130)를 통한 공기 가압 구조를 더 포함한다. 열매체유(30)는 고온으로 가열되므로, 유체 펌프(331)를 이용하여 열매체유(30)를 가압하는 경우 요구되는 압력이 커짐에 따라 유체 펌프(331) 또한 그에 상응하는 내구성이 요구된다. 특히, 고온의 열매체유(30)를 가압하는 경우 유체 펌프(331)에서 누수가 발생하거나 요구되는 압력을 달성하지 못할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 튜브형 몰드(100)에 공기 가압부(130)를 부가하여 추가 압력을 전달하여 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유 압력을 증가시킨다.
공기 가압부(130)는 공기막(131) 및 공기펌프(132)를 포함한다. 튜브형 몰드(100)의 하우징(110) 상부 개방된 공간에 공기막(130)이 위치하고, 구비된 공기펌프(132)에서 공급된 공기의 압력에 의해 공기막(130)이 튜브형 몰드 내부 방향으로 팽창하여 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30) 압력을 증가시킨다. 공기막(130)이 공기펌프(132)에 의해 튜브형 몰드(100) 내부 방향으로 팽창하면서, 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30)에 압력을 전달하여, 플렉시블 막(120)이 탄소섬유 프리프레그(10)를 성형하는 압력을 증가시킨다. 이와 같이, 본 발명에서는 튜브형 몰드(100) 내부의 압력을 증가시키기 위하여 공기펌프(132)를 이용하여 공기막(130)을 팽창시키는 방법을 사용한다. 이는, 열매체유(30)가 산화되는 것을 방지하기 위한 것으로, 고온의 열매체유(30)가 공기와 직접 접촉하는 경우 열매체유(30)가 산화되기 때문에, 공기막(131)을 통해 열매체유(30)와 공기 사이의 직접 접촉을 차단하여 열매체유(30)의 산화를 방지할 수 있다.
즉, 본 발명은 유체펌프(331)를 통해 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30) 압력을 조절할 뿐 아니라, 공기 가압부(130)를 통해 추가적인 압력을 공급하여 열매체유(30) 압력을 조절할 수 있다. 따라서, 성형에 필요한 전체 압력을 유체펌프(331) 및 공기 가압부(130)로 분산하여, 유체펌프(331)에 가해지는 피로를 줄일 수 있으며, 공기 가압부(130)의 간단한 구조로 높은 압력을 달성할 수 있어 제조비용을 줄일 수 있다.
일례로서, 본 발명의 튜브형 고속 성형장치가 동시에 둘 이상의 성형품을 제조하는 경우, 즉 하부 몰드(200)에 둘 이상의 캐비티가 형성되는 경우, 각각의 캐비티에 1:1로 대응하도록 개별 캐비티와 수직 방향으로 대응하는 위치에 둘 이상의 공기 가압부(130)를 배치시킬 수 있다.
또한, 공기 가압부(130)는 보조 가이드를 더 포함할 수 있다. 보조 가이드는 공기막(131) 주변에 위치하여 공기막(131)이 팽창하는 방향과 부피를 제한하는 것으로, 공기막(131)이 공기펌프(132)에 의해 팽창하는 과정에서 과도하게 팽창하거나 잘못된 방향으로 압력을 전달하는 것을 방지한다.
튜브형 몰드(100)는 주입된 열매체유(30)가 플렉시블 막(120)을 팽창시켜 탄소섬유 프리프레그(10)를 성형하는 공정 중 열매체유(30) 온도를 유지시키기 위한 가열 구조를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 튜브형 몰드(100) 내부에 삽입되는 가열 구조는 히터, 열선, 카트리지히터 등을 사용할 수 있으며, 형태와 구조는 제한되지 않는다. 이와 같은 가열 구조는 튜브형 몰드(100) 내부에서 공정 중 열매체유(30)의 온도가 떨어지는 것을 방지하여, 열매체유(30)의 온도를 성형 온도로 유지시키는 역할을 수행한다.
하부 몰드(200)는 튜브형 몰드(100)와 하부 방향에서 치합되는 몰드로서, 상부면에 캐비티(cavity)가 형성된 구조를 가진다. 하부 몰드(200)의 캐비티는 성형하고자 하는 성형품의 형상과 대응하는 형태로 구성된다. 그리고 캐비티 내부에 탄소섬유 프리프레그가 위치하고 튜브형 몰드(100)에 의해 전달된 열과 압력에 의해 성형된다.
하부 몰드(200)는 튜브형 몰드(100)와 달리 외력에 의해 변형되지 않는 강성 구조를 가지며, 니켈 합금, 강철 합금, 인바 합금 등의 다양한 금속소재로 제조될 수 있다.
또한, 하부 몰드(200)는 성형 과정에서 튜브형 몰드(100)의 온도(열매체유 온도)와 동일한 온도를 가지기 위한 가열 구조를 포함할 수 있다. 이와 같은 하부 몰드(200)의 가열 구조는 히터, 열선, 카트리지히터 등을 사용하거나 열매체유가 통과할 수 있는 유로를 통해 열매체유를 통과시키는 구조를 사용할 수 있다. 이때, 하부 몰드(200)의 가열 구조는 히터, 열선, 카트리지히터나 유로를 통과하는 열매체유에 의한 구조로 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 몰드를 가열 또는 냉각할 때 사용되는 히터 등의 기타 구조를 사용할 수 있다.
또한, 하부 몰드(200)는 성형 완료 후 몰드를 분리하기 전 성형품을 냉각시키기 위한 냉각구조를 더 포함할 수 있다. 이때, 하부 몰드(200)의 냉각 구조는 하부 몰드(200) 내부에 위치한 파이프에 냉매를 통과시키는 구조를 가질 수 있으며, 이외에 몰드를 냉각시키기 위한 다양한 기구 및 구조가 적용될 수 있다.
본 발명에서 튜브형 몰드(100)는 주입구를 통해 주입된 열매체유(30)에 의해 플렉시블 막(120)이 팽창하는 구조를 가진다. 이와 같이 튜브형 몰드(100) 및 하부 몰드(200)가 치합된 상태에서 튜브형 몰드(100)의 하우징(110) 내부로 주입된 열매체유(30)에 의해 플렉시블 막(120)이 팽창하면서 하부 몰드(200)의 캐비티 상에 위치한 탄소섬유 프리프레그에 압력을 전달한다. 또한 열매체유(30)는 열매체 순환부(300)에 의해 가열된 상태이므로 플렉시블 막(120)의 열전도율에 따라 하부 몰드(200)의 캐비티 상에 위치한 탄소섬유 프리프레그(10)에 열을 전달한다. 또한, 성형 시 더욱 높은 압력이 요구되는 경우 공기 가압부(130)를 통해 추가 압력을 전달하여 성형 압력을 증대시킨다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 압착 성형장치에서는 열매체유(30) 및 플렉시블 막(120)을 통해 열과 압력을 전달하여 탄소섬유 프리프레그인 탄소섬유 프리프레그(10)를 성형하여 성형품을 제조한다.
본 발명에서 사용되는 열매체유의 일례로 미네랄 오일, 글리콜 계열 오일, 고온용 열매체유(합성 파라핀, 디아릴알칸, 폴리페닐 유도체, 아릴에테르, 디메틸실록산 등)이 사용될 수 있다. 미네랄 오일의 경우 사용온도가 150~300℃로 일반적인 용도에 사용할 수 있으며, 글리콜 계열 오일은 사용온도가 -50~180℃로 용기 자켓, 배관 트레이싱 등 2차 냉각 및 가열용으로 사용될 수 있고, 고온용 열매체유는 사용온도가 275~375℃로 고온이 필요한 공정에 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열매체 순환부(300)는 열매체유(30)를 소정의 온도로 가열하고 소정의 압력으로 튜브형 몰드(100)로 공급한다. 도 1에 도시된 열매체 순환부(300)는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 압착 성형장치의 성형과정을 설명하기 위해 도시된 구성으로, 열매체 순환부(300)의 세부 구조는 생략하였다.
열매체 순환부(300)는 열매체유 탱크(310), 가열부(320), 제1 유체펌프(331), 제2 유체펌프(332), 제1 압력밸브(341), 제2 압력밸브(342)를 포함하고, 칠러(350)를 더 포함할 수 있다.
열매체 순환부(300)는 튜브형 몰드(100)의 하우징(110) 내부 공간에 열매체유(30)를 공급한다. 이때, 열매체 순환부(300)는 가열기구를 통해 열매체유(30)를 캐비티에 적층된 탄소섬유 프리프레그(10)에 함침된 열경화성 수지의 경화 온도에 맞춰 가열하여 튜브형 몰드(100)로 공급한다.
열매체유 탱크(310)는 공정에 사용되는 열매체유(30)를 공급하는 것으로, 하나 이상의 탱크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열매체유 탱크(310)가 둘 이상의 탱크로 구성되는 경우, 둘 이상의 탱크 각각의 온도를 서로 달리하여 튜브형 몰드(100)에 공급되는 열매체유(30)의 온도에 대응하는 어느 하나의 특정 탱크에서 열매체유(30)를 공급하도록 구성할 수 있다. 만일, 열매체유 탱크(310)가 저온, 중온, 고온의 세 탱크로 구성되는 경우 1차 성형 온도로 가공 시 중온 탱크에서 열매체유를 공급하고 사용된 열매체유 또한 중온 탱크로 회수되며, 1차 성형 온도보다 높은 2차 성형 온도로 가공이 시작되면 고온 탱크에서 열매체유를 공급 및 회수하고, 필요에 따라 저온 탱크의 열매체유를 냉각수로 활용하는 형태로 운용될 수 있다.
가열부(320)는 열매체유 탱크(310)의 열매체유(30)를 설정된 온도로 가열하여 튜브형 몰드(100)로 공급한다. 열매체 순환부(300)에 구비된 가열부(320)의 일례로 보일러 구조를 사용할 수 있다. 열매체 순환부(300)는 하나 또는 둘 이상의 열매체유 탱크(310)를 구비하고, 열매체유 탱크(310) 내부의 열매체유(30)를 목적하는 온도로 가열하여 공급관을 통해 튜브형 몰드(100)의 하우징(110) 내부 공간에 공급한다.
이때, 가열부(320)에서 가열된 열매체유(30)는 튜브형 몰드(100)의 전단(주입구)에 위치한 제1 유체펌프(331)에 의하여 설정된 압력으로 튜브형 몰드(100)로 공급된다. 그리고 튜브형 몰드(100)에서 사용한 열매체유(30)는 튜브형 몰드(100)의 후단(배출구)에 위치한 제2 유체펌프(332)에 의해 배출되어 다시 열매체유 탱크(310)로 전달된다. 이와 같이, 열매체 순환부(300)는 튜브형 몰드(100)의 배출구를 통해 배출된 열매체유(30)를 다시 가열하여 튜브형 몰드(100)의 주입구로 공급하여, 튜브형 압착 성형장치에서 열매체유의 순환을 관리 및 제어한다.
또한, 열매체 순환부(300)는 튜브형 몰드(100) 내부(하우징 내부)에 위치한 온도센서를 통해 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30) 온도를 측정하여 열매체유(30)의 온도를 조절함으로써, 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30) 온도를 일정하게 제어할 수 있다.
열매체 순환부(300)는 열매체유(30)를 튜브형 몰드(100)에 공급할 때 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30) 압력이 기 설정된 압력 상태를 유지하도록 제1 유체펌프(331)를 통해 공급한다. 그리고 열매체 순환부(300)는 튜브형 몰드부 내부의 열매체유(30) 압력을 조절하는 압력 밸브(341, 342)를 구비한다. 특히, 제2 압력 밸브(342)는 튜브형 몰드(100)의 배출구 단에 위치하며, 설정된 압력 조건에 따라 배출구의 압력이 설정 압력 이하인 경우 밸브를 차단하고, 배출구의 압력이 설정 압력을 초과하는 경우 밸브를 개방하여 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30)를 설정된 압력으로 일정하게 유지시킨다.
고온 고압에서 탄소섬유 프리프레그를 성형한 후 이를 냉각하기 전에 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30)를 빠르게 배출시키기 위해 제2 유체펌프(332)를 이용하여 열매체유(30)를 빠르게 배출시킨다. 예를 들어, 250℃의 열매체유를 공급하여 탄소섬유 프리프레그(10)를 성형한 후, 상온의 열매체유를 공급하여 냉각시킬 경우 250℃의 열매체유가 남아있어 상온의 열매체유가 기존의 250℃의 열매체유를 모두 배출시킬 때까지 높은 온도를 유지하게 된다. 따라서 열매체 순환부(300)는 제2 유체펌프(332)를 이용하여 튜브형 몰드(100)의 하우징(110) 내부에 있는 이전 온도의 열매체유를 모두 배출시킨 후 새로운 온도의 열매체유를 하우징(110) 내부로 공급하여 튜브형 몰드(100)를 보다 빠르게 냉각시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 열매체 순환부(300)가 튜브형 몰드(100)에 소정의 온도를 가지는 열매체유(30)를 전달할 때, 하부 몰드(200)는 열매체유(3)와 동일한 온도를 유지한다. 튜브형 몰드(100) 및 하부 몰드(200) 사이에 삽입된 탄소섬유 프리프레그(10)는 상부면이 플렉시블 막(120)과 접촉하고 하부면에 하부 몰드(200)와 접촉하기 때문에 상부면과 하부면 사이에 온도차이가 발생할 경우 경화 과정에서 왜곡과 불량이 발생하게 된다. 따라서, 열매체 순환부(300)는 하부 몰드(200)를 튜브형 몰드(100)와 동일한 온도(열매체유와 동일한 온도)의로 조절하여 온도 차이에 의한 문제를 방지한다.
또한, 탄소섬유 프리프레그(10)가 완전하게 경화되고 튜브형 몰드(100)가 냉각된 후, 튜브형 몰드(100) 및 하부 몰드(200)를 분리하기 전 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30)를 완전하게 배출시키는 것이 필요하다. 본 발명에서 튜브형 몰드(100)의 하부 방향은 플렉시블 막(120)에 의해 막혀 있으므로, 튜브형 몰드(100) 내부에 열매체유(30)가 남아있는 상태에서 튜브형 몰드(100) 및 하부 몰드(200)를 분리한다면 열매체유(30)의 자중에 의해 플렉시블 막(120)이 중력 방향으로 쳐지게 되어 과도한 팽창이 발생하거나 손상될 수 있다. 따라서, 열매체 순환부(300)는 튜브형 몰드(100) 및 하부 몰드(200)를 분리하기 전 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30)를 완전하게 배출시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30)가 완전하게 배출되면, 도 4의 (a) 성형 전/후에 도시된 바와 같이, 플렉시블 막(120)이 수평 파티션(140)에 밀착되게 되어, 몰드 분리를 용이하게 하며 플렉시블 막(120)의 손상을 방지할 수 있다.
튜브형 몰드(100) 내부의 열매체유(30)를 배출시키는 것은 튜브형 몰드(100)의 후단(배출구) 방향에 위치한 제2 유체펌프(332)를 통해 배출시키는 것이 바람직하다. 또한, 제2 유체펌프(332)를 이용하는 방법 이외에 질소가스를 이용하여 튜브형 몰드(100)의 하우징(110) 내부에 존재하는 열매체유(30)를 완전하게 배출시키는 방법을 사용할 수 있다.
이와 같은 열매체 순환부(300)는 열매체유를 순환시키기 위한 각부 구동용 모터를 구비하며 열매체유 순환을 위한 드라이브 모델의 열량을 계산하여 설계된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치의 등방성 압력 분포 구조를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도시된 화살표의 방향은 가해지는 압력을 방향을 나타내며, 화살표의 크기는 상대적인 압력 차이를 나타낸다. 좌측에 위치한 종래의 성형장치(510)와 우측에 위치한 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 압착 성형장치(520)는 도 5에 도시된 바와 같이 압력분포에서 명백한 차이를 가진다.
종래의 성형장치(510)는 상부와 하부의 몰드가 모두 강성을 가지는 소재로 형성되며, 필요한 압력을 적용하기 위해 일반적으로 프레스를 사용한다. 평판 또는 평면 형태의 성형품의 경우 일반적인 프레스를 이용하여 압력 전달하여도 압력 균일도가 크게 떨어지지 않지만, 곡면이나 경사면과 같은 복잡한 형상을 가지는 경우 평면과 곡면/경사면에 전달되는 압력의 차이가 발생하게 된다. 종래의 성형장치(510)에 도시된 화살표와 같이, 평면 형상인 부분은 압력 전달 방향(수직방향)과 성형품의 표면각도가 수직을 이루어 강한 압력이 전달되는 반면에, 곡면 또는 경사면에서는 압력 전달 방향(수직방향)과 성형품의 표면각도가 수직을 이루지 않아 상대적으로 적은 압력이 전달된다. 더욱이, 곡면이나 경사면의 곡률/각도가 큰 경우에는 압력 전달 방향(수직방향)과의 차이가 과도하여 수직방향 압력에 의해 내부에 적층된 탄소섬유의 적층 형태에 변형이 발생할 수 있다. 또한, 종래의 성형장치(510)와 같이 프레스 성형을 이용하는 경우 중앙 부분이 외곽 부분보다 높은 압력을 받게 된다. 이와 같이 종래의 성형장치(510)는 탄소섬유 프리프레그에 가해지는 압력이 형상과 위치에 따라 달라지므로, 압력 분포가 불균일하여 내부 탄소섬유에 왜곡이 발생하고 이는 제조된 성형품의 물성 저하를 야기한다.
반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치(520)는 튜브형 몰드의 플렉시블 막을 열매체유를 통해 팽창시켜 탄소섬유 프리프레그에 압력을 가하는 구조를 통해, 모든 위치에서 압력 전달 방향이 성형품의 표면과 수직인 각도를 이루는 등방성 압력 분포를 가져 모든 위치에서 수직방향으로 동일한 크기의 압력을 전달함으로써, 내부 탄소섬유에 왜곡이 발생하지 않아 고정밀 및 고품질의 탄소섬유 복합소재 성형품을 제조할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형방법은 하부 몰드에 프리프레그를 적층하고 튜브형 몰드와 하부 몰드를 치합하는 제1 단계(S601), 튜브형 몰드 상부에 열매체유를 주입하는 제2 단계(S602), 플렉시블 막을 팽창시켜 프리프레그를 성형하는 제3 단계(S603), 튜브형 몰드 내부의 열매체유를 배출시키는 제4 단계(S604) 및 하부 몰드를 냉각하는 제5 단계(S605)를 포함한다.
하부 몰드에 프리프레그를 적층하고 튜브형 몰드와 하부 몰드를 치합하는 제1 단계(S601)에서는 하부 몰드 상의 캐비티에 탄소섬유 프리프레그를 적층하고, 탄소섬유 프리프레그가 적층된 하부 몰드 상에 튜브형 몰드를 일치시켜 치합한다. 이때, 하부 몰드 상에 둘 이상의 캐비티가 존재하는 경우 각각의 캐비티 모두에 탄소섬유 프리프레그를 적층하거나, 일부 캐비티에만 탄소섬유 프리프레그를 적층할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형장치는 튜브형 몰드와 하부 몰드를 치합 시 치합 위치를 정확하게 일치시키는 가이드 구조를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 가이드 구조는 튜브형 몰드와 하부 몰드의 네 모서리 부분에 수직 가이드바 형태로 위치하고, 별도의 동력장치나 유압장치를 통해 튜브형 몰드를 수직방향(상하방향)으로 이동시켜 튜브형 몰드와 하부 몰드를 치합 및 분리하도록 한다.
적층되는 탄소섬유 프리프레그에서 사용되는 탄소섬유의 종류는 특별히 한정되지는 않으며, 일례로서 PAN계 또는 피치(Pitch)계의 탄소섬유를 사용할 수 있다. 또한, 일반적인 탄소섬유 이외에 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 사용하거나, 탄소섬유와 탄소나노튜브를 혼합하여 사용할 수 있다.
탄소섬유 프리프레그에 함침된 열경화성 수지로는 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 구체적으로 탄소섬유에 함침된 열경화성 수지는 고형 에폭시 수지 및 액상의 비스페놀 A형 에폭시 수지를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하고, 개질 고무(Modified Rubber)를 더 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지는 열경화성 플라스틱의 하나로 기계적인 강도와 내수성/전기적 특성이 뛰어나며 치수안정성이 우수하여 고품질 및 고정밀의 탄소섬유 복합소재 성형품을 제조하는데 유리하다. 하지만 이러한 특성들은 높은 수준의 가교구조를 가지는 경우 취성이 파괴되는 문제를 가진다. 따라서, 개질 고무를 첨가하여 취성 파괴 문제를 해결할 수 있다.
다음으로, 튜브형 몰드 상부에 열매체유를 주입하는 제2 단계(S602)에서는 소정의 온도로 가열된 열매체유를 제1 유체펌프를 이용하여 튜브형 몰드로 주입한다.
이때, 튜브형 몰드로 열매체유를 주입하는 제2 단계(S602)는 두 가지 단계로 수행되는 것이 바람직하다. 열매체유는 튜브형 몰드로 주입 시, 수평 파티션의 상부에 위치한 제1 영역으로 먼저 주입된다. 그리고 튜브형 몰드의 제1 영역으로 주입된 열매체유는 수평 파티션의 상부면에 위치한 격벽에 의해 제1 영역 내부에 균일하게 분산된다. 그리고 제1 영역에 분산된 열매체유를 수평 파티션에 형성된 미세홀을 통해 수평 파티션 하부의 제2 영역으로 이동시켜 플렉시블 막에 접촉하도록 한다. 이와 같이, 본 발명에서는 열매체유를 튜브형 몰드에 주입 시, 주입된 열매체유가 바로 플렉시블 막을 팽창시켜 탄소섬유 프리프레그가 주입구와 가까운 부분부터 성형되어 불균일하게 성형되는 것을 방지하기 위하여, 튜브형 몰드 내부를 수평 파티션을 통해 제1 영역과 제2 영역으로 구분하고, 열매체유가 제1 영역에 먼저 주입되어 격벽을 통해 균일하게 분산된 후 수평 파티션의 미세홀을 통해 제2 영역으로 이동하게 하여 플렉시블 막을 균일하게 팽창시켜 탄소섬유 프리프레그가 전제 부분에서 균일한 성형이 되도록 한다.
다음으로, 플렉시블 막을 팽창시켜 프리프레그를 성형하는 제3 단계(S603)에서는 제2 영역으로 이동된 열매체유가 플렉시블 막을 팽창시켜, 플렉시블 막이 하부 몰드의 캐비티에 위치한 탄소섬유 프리프레그에 열과 압력을 가하여 성형한다. 이때, 튜브형 몰드로 주입되는 열매체유는 제1 유체펌프와 압력 밸브에 의해 기 설정된 소정의 압력을 유지하여, 설정된 압력으로 탄소섬유 프리프레그를 성형한다.
이때, 열매체유로 플렉시블 막을 팽창시켜 탄소섬유 프리프레그를 성형하는 제3 단계(S603)는 다음의 두 가지 단계로 수행되는 것이 바람직하다.
먼저, 열매체유가 안정적인 압력을 가질 수 있도록 튜브형 몰드의 전단(주입구) 방향에 위치한 제1 유체펌프를 이용하여 열매체유를 소정의 압력으로 튜브형 몰드에 주입한다. 그리고 더욱 큰 압력이 요구되거나, 성형 단계가 상대적으로 낮은 압력의 1차 성형과 상대적으로 높은 압력의 2차 성형 이상의 다단 압력 성형이 요구되는 경우, 공기 가압부의 공기펌프를 이용하여 튜브형 몰드 상부에 위치한 공기막을 팽창시켜 튜브형 몰드 내부의 압력을 증가시킨다. 또한, 본 발명은 압력 뿐 아니라 온도 또한 하나의 고정된 온도가 아닌 둘 이상의 서로 다른 온도로 성형을 수행할 수 있다. 일례로서, 1차로 100℃ 온도의 열매체유를 유체펌프를 이용하여 3bar의 압력으로 튜브형 몰드에 공급하여, 100℃ 및 3bar의 조건에서 탄소섬유 프리프레그를 3분간 1차 성형한 후, 250℃ 온도의 열매체유를 튜브형 몰드에 공급한 상태에서 공기 가압부가 추가로 2bar의 압력을 튜브형 몰드로 전달하여 전체 5bar의 압력으로 250℃에서 탄소섬유 프리프레그를 2차 성형할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 유체펌프를 이용한 1차 가압 공정과 공기 가압부를 이용한 2차 가압 공정을 함께 사용함으로써, 압력 조절이 자유로우며 저비용으로 높은 압력을 달성할 수 있다.
다음으로, 튜브형 몰드 내부의 열매체유를 배출시키는 제4 단계(S604)에서는 탄소섬유 프리프레그를 기 성정된 온도 및 압력 조건에서 성형한 후 튜브형 몰드 내부에 존재하는 열매체유를 배출시킨다. 이때, 튜브형 몰드 후단(배출구) 방향에 위치한 유체펌프를 이용하여 튜브형 몰드 내부의 열매체유를 배출시키는 것이 바람직하다. 또는 고온의 열매체유와 접촉하여도 열매체유를 산화시키지 않는 질소가스를 주입하여 튜브형 몰드 내부의 열매체유를 배출시키는 방법을 사용할 수 있다. 만일, 열매체유가 배출되지 않은 상태에서 튜브형 몰드를 하부 몰드에서 분리시킬 경우 튜브형 몰드 내부의 열매체유가 플렉시블 막을 과도하게 팽창시켜 플렉시블 막이 손상되거나 이 과정에서 제조된 성형품이 손상될 수 있다. 따라서, 치합된 몰드를 분리하기 전에 튜브형 몰드 내부의 열매체유를 배출시키는 것이 요구된다.
다음으로, 하부 몰드를 냉각하는 제5 단계(S605)에서는 탄소섬유 프리프레그가 소정의 온도 및 압력으로 성형되어 제조된 성형품을 냉각시킨다. 이와 같은 냉각과정을 통해 성형된 탄소섬유 복합소재 성형품의 변형을 방지하고 몰드로부터의 이탈을 용이하게 한다. 그리고 냉각 공정이 종료되면, 튜브형 몰드 및 하부 몰드를 분리하여 제조된 탄소섬유 복합소재 성형품을 몰드에서 이탈시킨다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 고속 성형방법에서 압착 성형장치와 중복되는 설명은 생략하였다.
이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10: 탄소섬유 프리프레그 30: 열매체유
100: 튜브형 몰드 110: 하우징
120: 플렉시블 막 130: 공기 가압부
131: 공기막 132: 에어펌프
140: 수평 파티션 141: 미세홀
142: 격벽
200: 하부 몰드
300: 열매체 순환부 310: 열매체유 탱크
320: 가열부 331: 제1 유체펌프
332: 제2 유체펌프 341, 342: 압력 밸브
510: 종래의 성형장치 520: 튜브형 압착 성형장치

Claims (10)

  1. 내부에 열매체유를 수용하는 공간이 구비되며 하부 방향이 개방된 하우징 및 상기 하우징의 개방된 하부 방향에 위치하여 개방된 하부를 막는 플렉시블 막으로 구성되고, 일측 위치에 열매체유가 주입되는 주입구가 위치하고 타측 대응하는 위치에 열매체유가 배출되는 배출구가 위치하고, 내부를 상부의 제1 영역과 하부의 제2 영역으로 구분하는 수평 파티션이 구비된 튜브형 몰드;
    상부면에 성형품의 형상에 대응하는 캐비티(cavity)가 형성되며, 상기 튜브형 몰드와 치합되는 하부 몰드; 및
    열매체유를 기 설정된 온도와 압력으로 상기 튜브형 몰드에 공급하는 열매체 순환부;
    를 포함하는, 튜브형 고속 성형장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜브형 몰드는 상기 수평 파티션의 상부에 위치한 상기 제1 영역에 먼저 열매체유가 주입되어 분산된 후, 수평 파티션에 형성된 미세홀을 통해 열매체유가 제2 영역으로 이동하여 플렉시블 막을 팽창시키는, 튜브형 고속 성형장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 튜브형 몰드는 상기 수평 파티션의 상부면에 형성된 둘 이상의 격벽을 더 포함하는, 튜브형 고속 성형장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 둘 이상의 격벽은 한쪽 끝단과 다른 쪽 끝단이 각각 교대로 개방되어 상기 열매체유가 지그재그로 이동하도록 유로를 형성하는, 튜브형 고속 성형장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 영역에 주입된 열매체유는 상기 수평 파티션 상부면에 위치한 격벽이 형성한 유로를 통해 분산된 후, 수평 파티션의 미세홀을 통해 상기 제2 영역으로 이동하여 플렉시블 막을 팽창시키는, 튜브형 고속 성형장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 격벽은 열매체유가 통과하는 둘 이상의 터널을 구비한, 튜브형 고속 성형장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 튜브형 고속 성형장치는 상기 튜브형 몰드와 상기 하부 몰드가 분리된 상태에서 상기 하부 몰드의 캐비티에 탄소섬유 프리프레그가 적층되고, 상기 튜브형 몰드가 상기 하부 몰드 상에 치합된 후, 가열부를 통해 가열된 열매체유를 상기 튜브형 몰드의 하우징 내부에 주입하여 열매체유의 압력을 통해 상기 플렉시블 막을 팽창시켜 상기 캐비티 상의 탄소섬유 프리프레그를 압착시키면서 열매체유가 가지는 열에너지를 전달하여 탄소섬유 프리프레그를 경화시키는, 튜브형 고속 성형장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열매체 순환부는 유체 펌프를 이용하여 상기 튜브형 몰드 내부의 열매체유를 배출시키는, 튜브형 고속 성형장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열매체 순환부는 상기 튜브형 몰드 내부에 위치한 온도센서를 통해 상기 튜브형 몰드 내부의 열매체유 온도를 측정하여 기 설정된 온도로 열매체유 온도를 조절하는, 튜브형 고속 성형장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플렉시블 막은 상기 튜브형 몰드에 주입된 열매체유에 의해 팽창하여 상기 하부 몰드의 캐비티 내부에 위치한 탄소섬유 프리프레그와 접촉한 상태에서 상기 캐비티 내부 형상의 모든 위치에서 캐비티 내부 형상에 수직인 방항으로 동일한 크기의 압력을 전달하는, 튜브형 고속 성형장치.
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