FRP조형물의 모든 것!-③ FRP성형

FRP조형물의 모든 것 제 3탄!!! FRP성형과 FRP공법에 대해 알아보도록 하겠습니다!

앞서 조형물 제작방법 중 디자인과 스티로폼원형제작에 대해 포스팅했었는데요, 대부분 조형물의 경우 스티로폼으로 원형을 제작하는데 그 이유가 바로 조각하기 쉽기 때문입니다.

원형 다음 단계는 바로 FRP성형인데요, 몰드를 제작한 후 성형체에 제작에 들어가게 되는데 FRP조형물의 경우에는 한 번에 제작하기보다는 조각을 내서 성형체를 만드는데요, 한 번에 조각을 하면 작업도 어렵고, 퀄리티가 많이 떨어져 번거롭더라도 파트를 나눠서 진행한다고 합니다.

그리고 FRP성형에도 여러 가지 공법이 있다고 하는데요, 지금부터 차근차근 설명을 할테니 천천히 따라오세요!

 

1. FRP???

앞서 설명을 많이 했더니 이제는 질릴 것 같지만 한 번 더 짚고 넘어갈게요!

복합재료는 둘 이상의 다른 재료로 만들어진 물질을 말하며 결합되었을 때 각각의 재료들 보다 더 강해지는데요, 간단히 말해서 복합재료는 요소들의 조합으로 구성 재료들이 혼합되는 것도 아니고, 그 특성을 잃는 것도 아닙니다.

최종 제품을 개선하기 위해 결합되고, 가장 유용한 특성을 기여하는 것이라고 할 수 있습니다. 이는 일반적으로 추가 강도, 효율 또는 내구성을 추가하기 위해 설계되는데요, FRP 또한 복합재료 중 하나입니다.

 

Fiber Reinforced Plastic 섬유강화플라스틱으로 인공적으로 만들어지거나 글라스, 카본, 아라미드와 같은 보강재로 강화된 고분자 매트릭스에서 만들어지는데요, 이 매트릭스는 환경과 외부 손상으로부터 섬유를 보호하고, 섬유 사이의 부하를 전달하는 역할을 하며 매트릭스를 강화하기 위해 강도 및 강성, 균열과 파열에 저항을 가지게 합니다.

 

이러한 복합재료는 항공 우주, 건축, 자동차, 에너지, 사회 기반 시설, 해양, 군사, 스포츠 등 다양한 시장에서 활용되고 있으며 장점으로는 강하고, 가벼우며, 저항력, 유연성 및 내구성이 있습니다.

 

2. FRP공법

복합소재를 성형하는 방법은 여러 가지가 있는데 크게 오픈몰딩(open molding)과 클로즈드몰딩(closed molding), 캐스트 폴리머 몰딩으로 나누어지는데 이 중 오픈몰딩 방법을 가장 많이 사용합니다.

 

오픈몰딩은 복합재료를 경화 시킬 장소 혹은 개방형 몰드에 배치되는 공법으로 핸드레이업, 스프레이업, 필라멘트 와인딩 공법이 있습니다.

가장 많이 활용하는 이 3가지 방법에 대해 포스팅해 볼게요!

1) 핸드레이업 (Hand Lay Up) 공법

- 핸드레이업 공법은 간단한 형상의 제품 제조에 주로 사용되는 공정으로 가장 오래된 방법 중 하나입니다.

매우 간단하며 모든 섬유의 형태를 사용할 수 있고, 일반적으로 나무나 FRP금형을 사용하여 작업합니다.

판재상의 강화재를 한 장씩 금형 위에 늘어놓고, 재료를 함침시키면서 적층하는 방법으로 모두 수작업으로 이루어지기 때문에 수량이 적고, 간단한 제품에 많이 응용되는 작업법입니다.

적층된 시트의 개수로 제품의 두께가 결정되고, 상온 경화와 가열장치를 통해 경화시간을 줄이는 방법을 병용할 수 있으며 압착을 위해서 롤러를 사용할 수 있지만 이럴 경우 성유의 방향이 흐트러질 가능성이 있습니다.

이 공법은 주로 보트 외판, 작은 수영장, 특수 종이를 제작할 때 많이 활용하는 방법입니다.

그렇다면 Hand Lay Up 공정 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

① 탈형을 위해 이형제를 몰드에 바른 후, 표면을 매끄럽게 하기 위해서 수지에 맞는 겔 코트 처리를 한다.

② 매트 또는 패브릭을 1장씩 몰드에 맞게 재단 및 적층한다.

③ 브러쉬를 사용해 수지를 함침한다.

④ 롤러를 사용해 매트 또는 패브릭의 기포를 제거하고 압착한다.

⑤ 사용 수지에 맞는 시간동안 경화를 시킨 후 탈형한다.

 

이 공법의 핸드레이업 공법의 특징은 무엇일까?

① 가장 오래된 공법 중 하나로 공정이 매우 간단하지만 대량 생산에 불리하다.

② 일반적으로 나무나 FRP금형을 사용한다.

③ 모든 섬유의 형태 사용이 가능하고, 적층된 시트의 수로 제품의 두께가 결정된다.

④ 상온 경화와 가열장치를 통해 경화시간을 줄이는 방법을 병용할 수 있습니다.

⑤ 롤러로 압착할 때 섬유의 방향이 흐트러질 수 있다.

 

2) 스프레이업 (Spray Up) 공법

- 스프레이업 공법은 핸드레이업보다 복잡한 형상 제조에 적합하며 스프레이 건에서 로빙을 분쇄하여 수지와 함께 동시에 분사하는 방식입니다.

강화재는 10-30mm의 짧은 성유만 가능하며 핸드레이업보다 수지 사용량이 많기 때문에 무게는 증가하고, 강도는 감소합니다.

이 공법은 주로 보트 외판, 큰 덮개, 탱크 용기, 수영장 등에 활용됩니다.

스프레이업 (Spray Up) 공정 방법은?

① 탈형을 위해 이형제를 몰드에 바른 후 표면을 매끄럽게 하기 위해 수지에 맞는 겔코트 처리를 한다.

② 매트 또는 패브릭을 1장씩 몰드에 맞게 재단 및 적층한다.

③ 브러쉬를 사용해 수지를 함침시킨다.

④ 롤러를 사용하여 매트 또는 패브릭의 기포를 제거하고 압착한다.

⑤ 사용 수지에 맞는 시간동안 경화를 시킨 후 탈형을 한다.

 

스프레이업 특징알아보기.

① 강화재는 짧은 섬유만 가능하다.

② 최근에는 스프레이 건에서 로빙을 분쇄하여 수지와 함께 동시에 분사한다.

③ 핸드레이업보다 수지사용량이 많기 때문에 무게는 증가하고 강도는 감소한다.

④ 분사방식으로 숙련된 작업자가 아닌 이상 두께 조절이 어렵다.

 

오픈 몰딩 중 마지막!!! 필라멘트 와인딩 공법에 대해 알아볼게요!

3) 필라멘트 와인딩(Fillament Winding) 공법

- 필라멘트 와인딩 공법은 실린더 혹은 구형의 강한 압력용기류 제작에 사용되는 공정으로 연속 섬유를 감아서 제작하는 방식으로 와인딩 장력, 와인딩 각도, 섬유 종류에 따른 물성을 설계합니다.

와잉딩 각도가 작은 것은 성형이 어려우며 필라멘트 와인딩으로 제작한 제품은 형상이 단조롭고, 연속 섬유의 종류에 따라 용도가 달라집니다.

탄소, 아라미드 섬유는 항공기 재료로 사용되고 유리섬유는 군수품에 사용되며 주로 파이프, 튜브, 압력탱크 제작 시 활용됩니다.

필라멘트 와인딩(Fillament Winding) 공정 방법.

① 길게 이어진 섬유를 감아서 사용한다.

② 고강도 대 중량비의 제품의 쉘(shell)을 얻기 위해 고강도 수지와 글라스를 사용하는 것이 좋다.

③ 패턴은 선반식, 회전 암식, 레스트락식으로 나눠진다.

④ 작업물을 고온 또는 실온데서 경화시킨다.

 

필라멘트 와인딩 특징.

① 길게 이어진 섬유를 계속 감아서 제작한다.

② 와인딩 장력, 와이딩 각도, 섬유 종류에 따른 물성을 설계한다.

③ 와인딩 각도가 작은 것은 성형이 어렵다.

④ 제품의 형상이 단조롭다.

 

지금까지 개방형몰드에 해당되는 공법인 핸드레이업, 스프레이업, 필라멘트 와인딩 공법에 대해 설명해봤는데요, 그렇다면 조형물을 제작하기 위한 FRP성형은 어떻게 제작되는 것인지 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

3. FRP성형 (제작방법)

보통 성형체 제작방법을 알아볼까요?

① 원형제작

② 성형용 우레탄 코팅

③ 샌딩작업 - 고르기 작업

④ 퍼티작업

⑤ 샌딩작업

⑥ 우레탄도료 도장 – 면의 고르기를 알기 쉽게 하기 위함.

⑦ 수정작업 및 퍼티, 샌딩작업

⑧ 이형제 도포

⑨ 플랜지 작업

⑩ 겔코트 적층작업

⑪ 상형몰드 이형처리 및 코팅

⑫ 적층작업

⑬ 탈형 및 플랜지 수정작업

⑭ 몰드 표면 광택작업

⑮ 몰드 이형제 작업

FRP성형체 제작 과정도 반복되는 작업이 많아 힘들도 엄청 까다롭네요, 거의 막노동 수준

ㅜㅜ 걔다가 샌딩작업 시 FRP를 갈아내는데 갈아지는 이 가루가 몸에 닿으면 어쩜 가렵대요! 진짜 작업자분들이 고생하시는 덕분에 보트도 만들고, 귀엽고, 예쁜 조형물과 사진을 찍을 수 있고, 일상생활에서 사용되는 용품 등도 편리함도 느낄 수 있는 것 같아요.

오늘은 FRP조형물의 모든 것 제3탄!! FRP성형 공법에 대해 알아보았어요!

이 성형체 제작 이후는 표면작업 후 예쁘게 색을 입혀서 코팅까지 해주면 끝~! 조형물이 완성된답니다.

 

조형물을 만드는데 사실 예전에는 기계로 뚝딱! 하면 만들어지는 줄 알았는데 알고 보니 대부분 수작업으로 이루어지고 고된 작업이라는 것을 이렇게 포스팅을 하면서 알게 되었네요ㅠㅠ 다음 포스팅은 좀 더 유익한 정보를 가지고 찾아오겠습니다~!