성형 공정은 일정량의 프리프레그를 금속 금형 캐비티에 넣고, 열원이 있는 프레스를 사용하여 특정 온도와 압력을 가해 금형 캐비티 내의 프리프레그를 열과 압력에 의해 연화시켜 유동성을 높이고, 캐비티를 가득 채운 후 제품을 성형하고 경화시키는 공정 방법입니다.
성형 공정은 가열이 필요하다는 특징이 있는데, 가열의 목적은 프리프레그를 연화시켜 유동성을 높이는 것입니다.수지프리프레그를 금형 캐비티에 채우면 수지 매트릭스 재료의 경화 반응이 가속화됩니다. 프리프레그를 금형 캐비티에 채우는 과정에서 수지 매트릭스뿐만 아니라 보강재도 함께 흐르며, 수지 매트릭스와 보강 섬유가 금형 캐비티 전체를 동시에 채웁니다.
오직수지매트릭스의 점도가 매우 높고 결합력이 매우 강하기 때문에 보강 섬유와 함께 흐르려면 성형 공정에 더 높은 성형 압력이 필요하며, 이는 고강도, 고정밀 및 내식성을 갖춘 금속 금형을 필요로 하고, 경화 성형 온도, 압력, 유지 시간 및 기타 공정 변수를 제어하기 위해 특수 열압착기를 사용해야 합니다.
금형 성형 방식은 생산 효율이 높고 제품 크기 정확도와 표면 마감이 우수하며, 특히 복잡한 구조의 복합 재료 제품의 경우 일반적으로 한 번에 성형이 가능하여 복합 재료 제품의 성능 저하를 방지할 수 있습니다. 하지만 금형 설계 및 제작이 복잡하고 초기 투자 비용이 크다는 단점이 있습니다. 이러한 단점에도 불구하고 금형 성형 공정은 복합 재료 성형 공정에서 여전히 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
1. 준비
잘 해내세요프리프레그금형 제작 시에는 용광로 시험편을 이용한 보조 작업을 수행하고, 마지막 사용 시에는 금형에 남아 있는 수지나 잔여물을 제거하여 금형을 깨끗하고 매끄럽게 유지해야 합니다.
2. 프리프레그 절단 및 배치
탄소 섬유 원료가 준비되면, 프리프레그는 검토를 거쳐 원료의 면적, 재료, 시트 수를 계산하고, 원료를 층층이 쌓아 올린 후, 동시에 재료의 적층에 예비 압력을 가하여 규칙적인 모양과 일정 개수의 조밀한 구조체로 압착하여 제품을 만듭니다.
3. 성형 및 경화
적층된 원료를 금형에 넣고 동시에 내부 플라스틱 에어백에 넣은 다음 금형을 닫고 전체를 성형기에 넣습니다. 그러면 내부 플라스틱 에어백에 일정한 압력과 온도가 유지되고 일정한 시간이 설정되어 경화됩니다.
4. 냉각 및 탈형
금형 외부에 일정 시간 동안 압력을 가한 후, 먼저 일정 시간 동안 냉각시킨 다음 금형을 열고 금형 외부의 구멍을 통해 금형을 분리하여 공구를 청소합니다.
5. 성형 공정
제품을 탈형한 후에는 스틸 브러시나 구리 브러시로 잔여 플라스틱을 긁어내고 압축 공기로 불어내어 성형된 제품의 표면을 매끄럽고 깨끗하게 연마해야 합니다.
6. 비파괴 검사 및 최종 검사
제품에 대한 비파괴 검사 및 최종 검사는 설계 문서의 요구 사항에 따라 수행됩니다.
프리프레그 성형 공정의 기술적 핵심 사항 분석
탄소섬유 복합재는 탄생 이후 제조 비용과 생산 과정에서의 충격으로 인해 항상 제한을 받아 대량 생산에 적용되지 못했습니다. 탄소섬유 생산 비용과 충격을 결정하는 핵심 요소는 바로 성형 공정입니다.탄소 섬유 복합 재료프리프레그 성형 공정에는 RTM, VARI, 열압착 탱크, 오븐 경화 프리프레그(OOA) 등 여러 가지가 있지만, 두 가지 병목 현상이 있습니다. 첫째, 성형 사이클 시간이 길고, 둘째, 금속이나 플라스틱에 비해 가격이 비쌉니다. 프리프레그 압축 성형은 이러한 문제점을 해결하고 대량 생산을 가능하게 하여 생산 비용을 절감할 수 있는 성형 공정으로, 점점 더 널리 사용되고 있습니다.
프리프레그 성형 공정은 특정 온도와 압력 조건에서 프리프레그를 펼쳐 미리 성형된 형태의 제품을 압축 성형하는 공정입니다. 이 공정은 성형 속도가 빠르고 장비 요구 사항이 간단하며 조작이 용이합니다. 열압착 탱크, VARI, OOA 공정과 비교했을 때, 제품의 표면 품질이 우수하고 치수 안정성이 뛰어나며 공정 관리가 용이합니다.
▲프리프레그 성형 공정 흐름도
성형 공정의 네 가지 요소
1. 온도 및 균일성: 반응 정도를 반영함수지그리고경화제반응 위치의 균일성은 주로 성형 표면의 품질과 경화 정도를 제어하는 데 중요한 역할을 합니다.
2. 압력 및 균일성: 수지 내 공기 배출 및 유동 효과를 반영하여 성형 표면 품질 및 기계적 특성을 제어합니다.
3. 경화 시간: 경화 정도를 반영하여 생산 효율을 확보합니다.
4. 금형 캐비티 두께: 제품의 두께를 반영하여 탄소 섬유 소재 자체의 특성을 고려하여 합리적인 캐비티 두께를 설계합니다.
프로세스 적용 가능성
프리프레그성형 공정은 이론적으로 제품의 모든 구조를 제조할 수 있지만, 역방향 버클이나 과도한 플랜지 영역과 같이 제품 구조가 너무 복잡하면 금형 비용이 크게 증가하고 생산이 어려워집니다. 따라서 특히 복잡한 구조의 부품에는 성형 공정의 적용성이 떨어지지만, 구조 최적화 또는 블록 설계 + 접합 솔루션을 통해 복잡한 부품을 제조할 수 있습니다.
관련 기술
1. 다층 절단 기술: 다층 프리프레그를 한 번에 절단합니다. 각도가 다른 프리프레그도 한 번에 절단하여 절단 효율을 향상시킵니다.
2. 핫인/핫아웃 기술: 금형을 경화 온도까지 직접 가열한 후, 프리폼을 금형에 넣고 압착하여 모양을 만듭니다. 이는 성형 시간을 단축하고 에너지 소비를 줄입니다.
3. 네트 사이즈 성형 기술: 프리폼을 먼저 네트 사이즈로 펀칭한 후 네트 사이즈 금형에 넣어 경화시키므로 절단 공정을 줄일 수 있습니다.
프로세스상의 어려움
복잡한 구조 제품의 금형 설계 난이도: 제품에 역굽힘이나 음각 모서리가 많으면 금형 제작이 어려워질 뿐만 아니라, 금형을 장기간 사용하면 인서트 위치 정밀도가 저하됩니다. 따라서 제품 설계 시 역굽힘이나 음각 모서리를 최소화해야 합니다.
참고: 제품 표면 품질에 대한 외피 부분의 요구 사항은 매우 높으며, 탄소 섬유 소재 부품에서 흔히 발생하는 문제점은 다음과 같습니다. 제품 표면에 이슬 맺힌 듯한 질감의 부분에 흰 반점이 생기는 것, 제품의 질감이 고르지 않은 것, 표면에 미세한 구멍이 생기는 것, 접착력이 부족한 것 등입니다. 이러한 문제의 원인은 프리프레그 내 경화제가 균일하게 혼합되지 않았거나 반응이 불완전한 경우, 금형의 온도가 균일하지 않은 경우, 온도와 압력이 적절하지 않은 경우, 금형 설계 및 가공이 잘못된 경우, 성형 공정이 제대로 관리되지 않은 경우 등입니다.방출제반응하고, 기타 등등.
게시 시간: 2025년 1월 17일