[논문자료] 속경화용 탄소섬유/에폭시 프리프레그의 다단 압축 성형기술

출처: 픽사베이

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탄소섬유강화플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 일반적으로 오토클레이브 공법에 의해 제조되어 왔다. 오토클레이브는 높은 기계적 물성을 보장하지만 생산하는데 많은 시간과 비용이 든다. 또한 상당한 폐기물이 발생하여 자동차 산업에 적용하기는 어려웠다. 최근 이러한 단점을 해결하기 위해 오토클레이브와 유사한 품질을 지니면서 사이클 타임을 대폭 단축할 수 있는 PCM(Prepreg Compression Molding) 공법에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다. 해외의 경우 이미 양산차 부품에 PCM 공법을 적용하고 있으며 더 경제적이며 높은 품질의 소재와 공정기술을 지속적으로 연구하고 있다[1-6].

 

Pasco 등[7]은 PCM 공정의 품질을 높이기 위해 금형 내부에 압력센서, 온도센서, 유전체 센서를 부착하여 PCM 공정의 특성을 파악하였다. 중요한 공정인자로는 프리프레그의 Dwell time(프리프레그 투입 후 금형이 닫히는데 걸리는 시간)이 기공 발생유무를 결정짓는 중요한 요인으로 보았다. Lee 등[8]은 PCM 공정의 결함인 Void를 제거하기 위해 VAPCM(Vacuum-assisted PCM) 공법을 제안하였다. 기존의 PCM 공정과 VA-PCM 공정에 대한 기계적물성 결과를 비교 평가하였고 결과적으로 VA-PCM 공정이 Void를 감소시키고 미함침 영역이 없는 높은 품질의 제품을 제조할 수 있다고 밝혔다.

 

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202131941986903

본 연구를 통해 프리프레그의 경화거동을 따라 프레스의 압축압력을 단계별로 증가시키는 방법이 PCM 공정의 품질을 높일 수 있는 좋은 수단임을 확인하였다. 그리고 상온에서 적층된 프리프레그를 금형에 투입하여 예열과 성형을 동시에 함으로써 별도의 예열 공정없이 성형할 수 있었다. 또한 평판 성형에 최적화된 공정조건을 3차원 형상 물에 동일하게 적용한 결과 외관상 평판과 유사한 제품을 공정조건 수립 과정없이 만들 수 있었다. 다만, 두께와 면적이 커질 경우 공정조건을 재설정해야 한다. 따라서 향후 더 넓은 면적과 두꺼운 두께의 복잡한 성형품에도 적용할 수 있는지 고찰이 필요하다.

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복합재성형 오토클레이브 (CMAS/CMAM/CMAP)

Prepreg를 여러 겹으로 원하는 형상의 몰드에 적층한 후 진공을 유지하기 위해 진공백으로 제품 전체를 포장하여 기체 자압부와 차단하는 공정을 진행합니다. 내부 진공을 유지하게 되면 내부에 있는 수지로부터 발생되는 휘발성분을 제거할 수 있으며 여러 겹의 Prepreg를 접합할 때에도 기포가 발생되지 않아 치밀하게 접합된 제품을 얻을 수 있습니다. 오토클레이브 복합재성형은 등방향 압력을 가하고 가벼운 소재를 통해 금형 제작이 가능해 복잡한 형상의 제품을 제작하는데도 용이합니다.

 

이러한 장점으로 인해 항공기 복합재 부품이나 고품질이 요구되는 우주항공용 복합재료에 주로 사용되며 교통산업, 선박, 해양산업, 토목, 건축 등 다양한 산업에서도 활용이 가능합니다. 당사에서 제작되는 복합재성형 오토클레이브는 다양하고 복잡한 모양의 복합재 성형을 수행할 수 있는 설비로 제작되었습니다. 제픔의 성형 효율을 높히기 위해 소재의 냉각과 가열처리, 진공처리가 가능하게 구성하였으며 내부 온도 유지와 압력 제어로 정밀 공정 수행이 가능합니다.

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또한 미국 기계기술자협회 압력용기 인증인 ASME 규격에 적합한 설계와 제작, 한국가스안전공사와 산업안전관리공단의 인증을 통해 안전하게 제작되어 사용자의 편의는 물론 안전까지 고려하였습니다.

 

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