JP6828905B2 - Ｓｍｃ製造方法及びその製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ＳＭＣ製造方法及びその製造装置に係り、より詳細には、ラージトウ（Ｌａｒｇｅ Ｔｏｗ）炭素繊維の幅をスプレッドによって拡大して樹脂含浸性を増大させることにより、物性が向上した高品質のＳＭＣを低価格で生産することができるようにした、ＳＭＣ製造方法及びその製造装置に関する。
「繊維強化プラスチックシート（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：ＳＭＣ）」は、熱硬化性樹脂からなるシート本体にガラス短繊維などを分散させたものであって、複層のプラスチックフィルムと、前記フィルム同士の間に介在する繊維補強層とから構成される。
このようなＳＭＣは、耐熱性、柔軟性及び水分抵抗性に優れるだけではなく、優れた物性及び電気絶縁性を有するため、建築用、自動車用、各種産業用製品を製造する複合材料として広く用いられている。
図１は一般なＳＭＣ製造装置を示す構成図である、図１に示すように、プラスチック素材の下部フィルムを供給する下部フィルム供給部１と、前記下部フィルムの上面に樹脂を塗布する下部樹脂塗布部２と、前記下部フィルムの上面に所定の厚さで塗布された樹脂の上部に切断繊維を散布する繊維カット部３と、繊維の散布された下部フィルムの上部に重なるようにプラスチック素材の上部フィルムを供給する上部フィルム供給部４と、前記上部フィルムの下面に樹脂を塗布する上部樹脂塗布部５と、下部フィルムと上部フィルムとを圧着してラミネート加工するフィルムラミネート部６と、ラミネート加工されたフィルムを最終的に巻き取る巻取部７とを含んで構成される。
下部フィルムの上面に所定の厚さで樹脂を塗布した後、樹脂塗布面の上部に短い長さに切断されたガラス繊維を均一に散布し、ガラス繊維に樹脂が含浸されるようにすることにより、物性が向上するようにした。
このようなＳＭＣは、散布された繊維の種類、及び繊維に含浸される樹脂の含浸性によって物性が左右される。
このため、従来は、天然繊維に比べて直径が細く、重量対比物性に優れたガラス繊維（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ）を主に使用したが、近年では、ガラス繊維よりもさらに細く、重量対比物性にさらに優れた炭素繊維（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）を用いたＳＭＣの製造が増加している。
炭素繊維は、直径５〜１０μｍの連続または所定の長さのフィラメントが１，０００（１Ｋ）乃至５０，０００（５０Ｋ）個ずつ撚り合わせられて束からなるフラットヤーンとして製造される。
ＳＭＣの製造に用いられる炭素繊維は、フィラメントの数が１，０００（１Ｋ）乃至３０００（３Ｋ）個であるスモールトウ（Ｓｍａｌｌ Ｔｏｗ）を使用すればするほど、フィラメントの間に樹脂が均一に含浸されてＳＭＣの物性が向上する。
しかし、炭素繊維は、最大３００，０００個のフィラメントから構成される合成繊維に炭素を改質させて製造した後、フィラメントの数を４８Ｋ、２４Ｋ、１２Ｋ、６Ｋ、３Ｋ、１Ｋ単位で減らしながら生産する製造工程の特性上、フィラメントの数が少ないほど製造コストが大幅に上がる。
したがって、スモールトウの炭素繊維を用いてＳＭＣを製造する場合に、製造コストの上昇が避けられないという欠点がある。
このため、従来は、ＳＭＣの製造の際に、フィラメントの数が１２，０００（１２Ｋ）乃至２４，０００（２４ｋ）個であるラージトウ（Ｌａｒｇｅ Ｔｏｗ）炭素繊維を用いるようになったが、この場合は、製品の物性に劣るという欠点がある。
すなわち、ラージトウ炭素繊維は、フィラメントの数が多いためフィラメントの間に樹脂が浸透し難くて含浸性に劣るため、成形時の気孔または樹脂凝集などの不良率が増加することにより、ＳＭＣの物性及び耐久寿命に劣り、審美性にも優れていないという欠点がある。
また、従来のＳＭＣ製造装置は、フィルムの表面に樹脂を塗布するときにドクターブレードを用いるが、ドクターブレードは、フィルムの表面に樹脂を一定量排出した後、ブレードを用いて所定の厚さに掻き出すものであって、樹脂の微細塗布及び精度の良い定量制御が困難であるという欠点がある。
さらに、樹脂の種類によって樹脂の塗布厚さが不均一なので、完成品であるＳＭＣの厚さを均一に形成することが困難であるという欠点だけでなく、フィルムの表面に供給された樹脂を掻き出す方式で塗布厚さの調節が行われるので、フィルムの表面に繊維を分散させた後は樹脂の塗布が不可能であって、多層構造の繊維補強層を有するＳＭＣを製造することができないという欠点もある。
韓国特許第１０−１４５９１４５号公報
本発明のＳＭＣ製造方法及びその製造装置は、上述した従来技術の問題点を解消するためになされたもので、その目的は、ラージトウ炭素繊維の幅を広げて樹脂含浸性が増大するようにすることにある。
本発明の他の目的は、ラージトウ炭素繊維を複数本に分割してスモールトウ炭素繊維に形成することにより、樹脂含浸性を増大させて完成品の物性を向上させることにある。
本発明の別の目的は、スロットダイを用いて樹脂を塗布することにより、多層構造の繊維補強層を有するＳＭＣの製造を可能にすることにある。
上述したような本発明の目的を達成するために、本発明のＳＭＣ製造方法は、巻き取られた下部フィルムを繰り出して連続供給する下部フィルム供給段階と、
前記供給される下部フィルムの上面に下部樹脂を塗布する下部樹脂塗布段階と、
巻き取られたラージトウ炭素繊維を繰り出して連続供給する炭素繊維供給段階と、
前記供給されるラージトウ炭素繊維を広げてその幅を拡大するスプレッド段階と、
前記幅が拡大されたラージトウ炭素繊維をカット部へ供給して所定の長さにカットするとともに、前記下部樹脂上に散布する切断散布段階と、
巻き取られた上部フィルムを繰り出して連続供給する上部フィルム供給段階と、
前記供給される上部フィルムの下面に上部樹脂を塗布する上部樹脂塗布段階と、
前記下部樹脂上に分散散布された炭素繊維に上部樹脂が覆われるように反転されて供給される前記上部フィルムを、下部フィルム上に積層されるように同時に供給しながら、下部フィルムと上部フィルムの上下部から所定の圧力で圧着して下部フィルムと上部フィルムとをラミネート加工して炭素繊維に樹脂を含浸させるフィルムラミネート段階とを含んでなる。
前記切断散布段階は、前記幅が拡大されたラージトウ炭素繊維を前記下部フィルムの移送方向に沿って所定の間隔で隔設された複数のカット部へ供給して、前記下部樹脂の上部から所定の間隔だけ離隔する位置上に分散散布されるようにするが、前記離隔するように分散散布された炭素繊維同士の間に中間樹脂が塗布されるようにすることを特徴とする。
また、前記スプレッド段階で幅広く広げられたラージトウ炭素繊維を繊維長さ方向に多重分割するデバイド段階をさらに含むことを特徴とする。
また、巻き取られた補強織物を連続的に繰り出し、前記下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂の上部に下部フィルムの長さ方向に沿って連続的に積層されるようにする補強織物供給段階をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のＳＭＣ製造装置は、フィルムロールを備え、巻き取られた下部フィルムを繰り出して供給する下部フィルム供給部と、
前記下部フィルム供給部から供給される下部フィルムの上面に下部樹脂を塗布する第１スロットダイと、
クリールを備え、巻き取られたラージトウ炭素繊維を繰り出して供給する炭素繊維供給部と、
前記炭素繊維供給部から供給されるラージトウ炭素繊維を広く広げてその幅を拡大するスプレッド部と、
前記スプレッドされた炭素繊維の供給を受け、所定の長さに切断して前記下部樹脂の上部に散布するカット部と、
フィルムロールを備え、巻き取られた上部フィルムを繰り出して供給する上部フィルム供給部と、
前記上部フィルム供給部から供給される上部フィルムの下面に上部樹脂を塗布する第２スロットダイと、
前記下部フィルムにラミネート加工されるように反転供給される上部フィルムと下部フィルムとを所定の圧力で加圧してラミネート加工するフィルムラミネート部とを含む。
前記カット部は、所定の間隔で隔設され、炭素繊維がそれぞれ供給される第１カット機と第２カット機から構成されるが、
前記第１カット機と第２カット機との間には、前記第１カット機から所定の長さに切断されて前記下部樹脂の上部に分散散布された炭素繊維の上部に中間樹脂を塗布する第３スロットダイをさらに備えることを特徴とする。
また、前記スプレッド部によって幅広く広げられたラージトウ炭素繊維を繊維長さ方向に沿って複数のストランドに振り分けて複数本のスモールトウ炭素繊維に分割するデバイド部をさらに備えることを特徴とする。
また、繊維ロールを備え、巻き取られた補強織物を繰り出して、前記下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂の上部に積層されるように連続供給する補強織物供給部をさらに備えることを特徴とする。
前記補強織物供給部は、所定の間隔で離隔するように複数を配置するが、各補強織物供給部から互いに異なる種類の補強織物が同時に供給されるようにし、
複数の補強織物供給部同士の間には、切断された炭素繊維を散布するカット部、及び樹脂を塗布するスロットダイが配置されることを特徴とする。
前記補強織物は、一方向織物（Ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ：ＵＤ）、ノンクリンプ織物（Ｎｏｎ Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃｓ：ＮＣＦ）、炭素繊維織物（Ｃａｒｂｏｎ Ｆａｂｒｉｃｓ）、ガラス織物、アラミド織物及び合成繊維織物のいずれかであることを特徴とする。
本発明のＳＭＣ製造方法及びその製造装置は、ラージトウ炭素繊維の幅をスプレッドによって拡大して樹脂含浸性を増大させることにより、物性が向上した高品質のＳＭＣを製造することができるという効果がある。
また、本発明は、ラージトウ炭素繊維をデバイドによって複数本のスモールトウ炭素繊維に分割して樹脂含浸性を増大させることにより、物性が向上した高品質のＳＭＣを製造することができるという効果がある。
また、本発明は、スロットダイを用いてフィルムの表面に樹脂を所定の圧力で吐出して塗布することにより、吐出圧力制御によって樹脂の塗布厚さを精密に制御することができるだけでなく、炭素繊維の散布されたフィルム上にも樹脂の塗布が可能となることにより、多層構造の繊維補強層が形成されたＳＭＣの製造が可能となるという効果がある。
さらに、本発明は、低いコストのラージトウ炭素繊維を利用しながらも、高いコストのスモールトウ炭素繊維を用いて製造した製品と同じ物性の高品質のＳＭＣを生産することにより、製造コストの削減及び品質向上を同時に達成することができるという効果がある。
従来のＳＭＣ製造装置の構成を示す例示図である。 本発明のＳＭＣ製造方法の実施形態に係る製造工程を示すブロック図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態に係る構成を示す構成図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態に係る第１スロットダイを示す側断面図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態に係るスプレッド部を示す平面例示図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態によってカット部を示す側断面図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態によって製造されたＳＭＣの側断面図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の第２実施形態に係る構成を示す構成図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の第２実施形態によって製造されたＳＭＣの側断面図である。 本発明のＳＭＣ製造方法の第３実施形態による製造工程を示すブロック図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の第３実施形態に係る構成を示す構成図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の第３実施形態に係るデバイド部を示す平面例示図である。 本発明のＳＭＣ製造方法の第４実施形態による製造工程を示すブロック図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の第４実施形態に係る構成を示す構成図である。 本発明のＳＭＣ製造装置の第４実施形態によって製造されたＳＭＣの側断面図である。
以下、本発明のＳＭＣ製造方法及びその製造装置を詳細に説明するにあたり、以降の説明は本文書に記載された技術を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の実施形態の多様な変更（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）、均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）、および／または代替物（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ）を含むものと理解されるべきである。
図面の説明に関連して、類似の構成要素については類似の参照符号が使用できる。本発明で使用された「第１」、「第２」などの表現は、多様な構成要素を順序および／または重要度に関係なく修飾することができ、ある構成要素を他の構成要素と区分するためのものに過ぎず、当該構成要素を限定しない。
たとえば、「第１部分」と「第２部分」は、順序または重要度に関係なく、互いに異なる部分を示すことができる。例えば、本発明に記載された権利範囲から外れることなく、第１構成要素は第２構成要素と命名することが可能であり、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名することが可能である。
また、本発明で使用された用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものであって、他の実施形態の範囲を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上、明白に別の意味で記載しない限り、複数の表現を含むことができる。
技術的や科学的な用語を含めてここで使用される用語は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同一の意味を持つことができる。本発明で使用された用語のうち、一般的な辞典に定義された用語は、関連技術の文脈上持つ意味と同一または類似する意味で解釈でき、本発明で明白に定義されない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。場合によって、本発明で定義された用語であっても本発明の実施形態を排除するように解釈できないのはもちろんである。
図２は本発明のＳＭＣ製造方法の実施形態に係る製造工程を示すブロック図、図３は本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態に係る構成を示す構成図である。
次に、図２及び図３を参照して説明する。
本発明のＳＭＣ製造方法は、下部フィルム供給段階（Ｓ１０）、下部樹脂塗布段階（Ｓ２０）、炭素繊維供給段階（Ｓ３０）、スプレッド段階（Ｓ４０）、切断散布段階（Ｓ５０）、上部フィルム供給段階（Ｓ６０）、上部樹脂塗布段階（Ｓ７０）、及びフィルムラミネート段階（Ｓ８０）を含む。
前記下部フィルム供給段階（Ｓ１０）は、フィルムロールに巻き取られた下部フィルムがフィルムロールから繰り出されて連続供給される。
前記下部樹脂塗布段階（Ｓ２０）は、前記下部フィルム供給段階（Ｓ１０）で連続供給される下部フィルムの上面に下部樹脂が塗布される。このとき、下部樹脂の塗布はスロットダイを用いることが好ましい。
従って、前記スロットダイを通過した下部フィルムの上面には、所定の厚さに下部樹脂が塗布された状態となる。
前記炭素繊維供給段階（Ｓ３０）は、繊維ボビンに巻き取られたラージトウ炭素繊維が繊維ボビンから繰り出されて連続供給される。
前記スプレッド段階（Ｓ４０）は、前記炭素繊維供給段階（Ｓ３０）で連続供給されるラージトウ炭素繊維を広げて幅を拡大する。このとき、ラージトウ炭素繊維の幅を拡大するスプレッドは、多数のスプレッドローラー４０１を備えたスプレッドマシンを用いることが好ましい。
前記炭素繊維供給段階（Ｓ３０）と前記スプレッド段階（Ｓ４０）で行われる前記炭素繊維に対する工程は、前記下部フィルム供給段階（Ｓ１０）及び下部樹脂塗布段階（Ｓ２０）の行われる前記フィルムに対する工程が行われるフィルム移送ラインとは別の炭素繊維ラインで行われた後、前記炭素繊維が前記フィルムラインへ供給される。
前記切断散布段階（Ｓ５０）は、前記スプレッド段階（Ｓ４０）で幅が拡大されて連続供給される炭素繊維を、所定の長さにカットすると同時に、前記下部フィルムの上部に塗布された下部樹脂の上部に分散散布する。このとき、炭素繊維の切断は、カットローラー５０２を備えたカット機を使用することが好ましい。
よって、前記下部フィルムの上部に塗布された下部樹脂の上部に自然落下して散布される炭素繊維の分散が均一に行われることにより、樹脂の含浸性が増大する。
前記切断散布段階（Ｓ５０）は、前記スプレッド段階（Ｓ４０）で幅が拡大されたラージトウ炭素繊維を、相互に隔設された複数のカット部５０へ供給して、前記下部樹脂の上部から所定の間隔だけ離隔する位置上に分散散布されるようにすることができる。
このとき、前記複数のカット部５０は、前記下部フィルムの移送方向に沿って所定の間隔で設置される。
理解を助けるために、図８を参照することが好ましい。
所定の間隔で隔設された複数のカット部５０からそれぞれ分散散布された炭素繊維の間には、スロットダイを用いて、中間樹脂Ｆが塗布されるようにすることが好ましい。このため、前記スロットダイは前記複数のカット部５０同士の間に位置することが好ましい。
すなわち、一定の速度で下部フィルムが送られる過程で、互いに隔設された複数のカット部５０によって前記下部樹脂の上部から所定の間隔だけ離隔する位置上に炭素繊維が分散散布されるとき、複数のカット部５０のうち前方に位置したカット部５０から炭素繊維が散布された直後、スロットダイから排出される中間樹脂Ｆが前記下部樹脂の上部に分散散布された炭素繊維の上部に塗布される。
次いで、複数のカット部５０のうち後方に位置したカット部５０から排出される炭素繊維が前記中間樹脂Ｆの上部に分散散布される。
よって、前記フィルムラミネート部７０によって下部フィルムと上部フィルムとがラミネート加工されると、下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂、上部フィルムの下面に塗布された上部樹脂および中間樹脂Ｆの間々に炭素繊維が位置する。
そのため、フィルムラミネート部７０で与えられる圧力によって下部樹脂と上部樹脂と中間樹脂Ｆが炭素繊維の上中下部から炭素繊維のフィラメントの間に浸透して樹脂含浸性が大幅に増大することにより、樹脂含浸過程で気泡の発生が抑制されるのみならず、フィルムラミネート部７０で加えられる圧力によって樹脂自体に形成できる気泡も除去され、ＳＭＣ製品成形時の不良を最小限に抑えることができるだけでなく、物性を向上させることができる。
前記上部フィルム供給段階（Ｓ６０）は、フィルムロールに巻き取られた上部フィルムがフィルムロールから繰り出されて連続供給される。
前記上部樹脂塗布段階（Ｓ７０）は、前記上部フィルム供給段階（Ｓ６０）で連続供給される上部フィルムの下面に上部樹脂が塗布される。このとき、上部樹脂の塗布はスロットダイを用いることが好ましい。
従って、前記スロットダイを通過した上部フィルムの下面には、所定の厚さで上部樹脂が塗布された状態となる。
前記フィルムラミネート段階（Ｓ８０）は、前記下部樹脂上に分散散布された炭素繊維に上部樹脂が覆われるように反転されて供給される前記上部フィルムが下部フィルム上に積層され、下部フィルムと上部フィルムが上下に配置されたラミネートローラー７０１の間に同時に投入されることにより、ラミネートローラー７０１によって加圧されて下部フィルムと上部フィルムとがラミネート加工される。
このとき、ラミネートローラー７０１によって加えられる圧力によって下部樹脂と上部樹脂が炭素繊維の上下部から炭素繊維のフィラメントの間に浸透しながら樹脂の含浸が行われる。
本発明のＳＭＣ製造方法はデバイド段階（Ｓ９０）をさらに含むことができる。
理解を助けるために、図１０及び図１１を参照することが好ましい。
前記デバイド段階（Ｓ９０）は、前記スプレッド段階（Ｓ４０）で幅広く広げられたラージトウ炭素繊維を繊維長さ方向に多重分割する。
前記ラージトウ炭素繊維を繊維長さ方向に多重分割するときは、炭素繊維の移送方向と直角方向に沿って所定の間隔で設置された多数のリングナイフ８０１を使用することが好ましいが、これに限定するものではないことを予め明らかにしておく。上述のように多数のリングナイフ８０１を用いてラージトウ炭素繊維を繊維長さ方向に多重分割すると、複数本のスモールトウ炭素繊維となる。
すなわち、前記炭素繊維供給段階（Ｓ３０）で、１２Ｋ乃至２４Ｋのフィラメントを有するラージトウ炭素繊維が供給されると、前記デバイド段階（Ｓ９０）を行った後には、３乃至６本に分割されたスモールトウ炭素繊維となる。
したがって、分割された各スモールトウ炭素繊維は、３，０００乃至４，０００個のフィラメントを有することにより、樹脂の含浸性が大きく増大する。
また、複数本のスモールトウ炭素繊維に分割され、前記切断散布段階（Ｓ５０）を行うカット機へ供給されることにより、スモールトウ炭素繊維に分割された状態でカットが行われた後に散布され、これにより樹脂の含浸性が増大する。
発明のＳＭＣ製造方法は補強織物供給段階（Ｓ１００）をさらに含むことができる。
理解を助けるために、図１３及び図１４を参照することが好ましい。
前記補強織物供給段階（Ｓ１００）は、繊維ロールに巻き取られた補強織物が連続的に繰り出され、前記下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂の上部から下部フィルムの長さ方向に沿って連続的に積層される。
このとき、前記補強織物は、一方向織物（Ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ：ＵＤ）、ノンクリンプ織物（Ｎｏｎ Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃｓ：ＮＣＦ）、炭素繊維織物（Ｃａｒｂｏｎ Ｆａｂｒｉｃｓ）、ガラス織物及びアラミド織物のいずれかを使用することができる。
前記補強織物供給段階（Ｓ１００）で行われる補強織物に対する工程は、前記下部フィルム供給段階（Ｓ１０）及び下部樹脂塗布段階（Ｓ２０）の行われる前記フィルムに対する工程が行われるフィルム移送ラインとは別の補強織物ラインで行われた後、前記補強織物が前記フィルムラインへ供給される。
従って、前記フィルムラミネート段階（Ｓ８０）でラミネートローラー７０１によって加圧されて下部フィルムと上部フィルムとがラミネート加工されるとき、前記補強織物が樹脂に含浸されることにより、ＳＭＣの引張強度や曲げ強度などの物性が大幅に向上する。
すなわち、前記切断散布段階（Ｓ５０）でカット機によって所定の長さにカットされてストランドの形で下部樹脂の上部に散布される炭素繊維は、短い長さにカットされて樹脂に含浸されることにより、ＳＭＣの物性と成形性を同時に向上させる。
一方、補強織物供給段階（Ｓ１００）で供給される補強織物は、所定の幅で形成された織物形態になって下部フィルムの長さ方向に沿って供給されながら下部樹脂の上部に積層された後、前記フィルムラミネート段階（Ｓ８０）を介して樹脂に含浸されることにより、ＳＭＣの引張強度や曲げ強度などの物性が大幅に向上する。
したがって、補強織物供給段階（Ｓ１００）をさらに行うことにより、ＳＭＣの引張強度や曲げ強度などの物性を同時に向上させることができる。
図３は本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態による構成を示す構成図である。
次に、図３を参照して説明する。
本発明のＳＭＣ製造装置は、下部フィルム供給部１０、第１スロットダイ２０ａ、炭素繊維供給部３０、スプレッド部４０、カット部５０、上部フィルム供給部６０、第２スロットダイ２０ｂ、及びフィルムラミネート部７０を含む。
前記下部フィルム供給部１０は、フィルムロールを備え、フィルムロールに巻き取られた下部フィルムを繰り出して供給する。
前記下部フィルムは、Ｐ．Ｅ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、Ｐ．Ｐ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）Ｐ．Ｖ．Ｄ．Ｆ（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、またはＰ．Ｅ．Ｔ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などのプラスチックフィルムを使用することが好ましい。
図４は本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態に係る第１スロットダイを示す側断面図である。
次に、図３及び図４を参照して説明する。
前記第１スロットダイ２０ａは、前記下部フィルム供給部１０から供給される下部フィルムの移送経路上に設置され、下部フィルムの上面に下部樹脂を塗布する。
前記第１スロットダイ２０ａはダイブロック２０１とシムプレート２０２を含む。
前記ダイブロック２０１は、一対が対称に形成されるが、一側のダイブロック２０１にはマニホールド２０１ａが形成され、樹脂供給装置（図示せず）を介して供給される樹脂が前記マニホールド２０１ａに充填され、ダイブロック２０１の下端部には、樹脂が吐出される吐出口２０１ｂが形成される。
前記シムプレート２０２は、前記一対のダイブロック２０１の間に設置され、シムプレート２０２の厚さ調整または高さ調整によって、前記ダイブロック２０１の吐出口２０１ｂから吐出される樹脂の排出量を精密に制御することができる。
また、前記第１スロットダイ２０ａは、下部フィルムの上面または上部フィルムの下面に所定の間隔で離隔した状態で樹脂を塗布することにより、樹脂排出量の精密制御とフィルムの移送速度制御によって樹脂の塗布厚さを精密に制御することができる。
特に、第１スロットダイ２０ａは、構造的に樹脂が吐出される吐出口２０１ｂの構造が左右高さの偏差なしで正確に一直線に形成されるため、樹脂の吐出の際に吐出口２０１ｂから吐出される樹脂が下部フィルムの上部に塗布されるとき、樹脂塗布面の左右厚さの偏差を最小化することができる。
また、樹脂の排出圧力制御によって極少量の吐出が可能なので、精度の確保にも容易である。
前記炭素繊維供給部３０は、多数の炭素繊維ボビンが装着されるクリールを備え、炭素繊維ボビンに巻き取られたラージトウ炭素繊維を繰り出して供給する。
図５は本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態に係るスプレッド部を示す平面例示図である。
次に、図３乃至図５を参照して説明する。
前記スプレッド部４０は、加熱手段と振動手段を有する多数のスプレッドローラー４０１が所定の間隔で隔設され、前記炭素繊維供給部３０から供給されるラージトウ炭素繊維を繊維長さ方向に移送しながら広く広げて左右幅を拡大する。
このとき、前記炭素繊維供給部３０から供給されるラージトウ炭素繊維は、１２Ｋ乃至２４Ｋのフィラメントを有することが好ましく、前記スプレッド部４０によって幅が１５乃至２５ｍｍに拡大される。
したがって、前記炭素繊維供給部３０から供給されるラージトウ炭素繊維がスプレッド部４０を通過すると、高さが低くなり、左右の幅は広くなりながら、ラージトウ炭素繊維を構成するフィラメント間の間隔が拡大されることにより、樹脂含浸性が増大する。
図６は本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態によってカット部を示す側断面図である。
次に、図３乃至図６を参照して説明する。
前記カット部５０は、前記スプレッド部４０で幅が拡大されて供給された炭素繊維を所定の長さに切断して、前記下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂の上部に分散散布する。
前記カット部５０は、炭素繊維の切断のために支持ローラー５０１、カットローラー５０２及び駆動モーター５０３を含む。
前記支持ローラー５０１は、第１回転軸５０１ａが備えられ、外周面上に複数のカット溝が所定の間隔で設けられる。
前記カットローラー５０２は、前記第１回転軸５０１ａの方向と同じ方向に配置された第２回転軸５０２ａが備えられ、炭素繊維を支持する複数の加圧部材５０２ｂと炭素繊維をカットする複数のカッター５０２ｃとが外周面上に交番して所定の間隔で結合される。
前記駆動モーター５０３は、前記支持ローラー５０１及びカットローラー５０２に回転動力を提供する。
したがって、前記スプレッド部４０で幅が拡大されて移送される炭素繊維が前記支持ローラー５０１とカットローラー５０２との間に供給されると、炭素繊維が前記加圧部材５０２ｂと前記支持ローラー５０１の外周面との間に固定されながら、前記支持ローラー５０１とカットローラー５０２とが互いに噛み合う方向に回転することにより、前記カッター５０２ｃが前記カット溝に投入されながら炭素繊維がカットされ、カットされた炭素繊維は、下方に自然落下して、下部フィルムの上部に塗布された下部樹脂の上面に分散散布される。
前記上部フィルム供給部６０は、フィルムロールを備えて、フィルムロールに巻き取られた上部フィルムを繰り出して供給する。
前記上部フィルムは、前記下部フィルムと同じ素材のプラスチックフィルムを使用することが好ましいが、これに限定するものではないことを予め明らかにしておく。
前記第２スロットダイ２０ｂは、前記上部フィルム供給部６０から供給される上部フィルムの移送経路上に設置され、上部フィルムの下面に上部樹脂を塗布する。
第２スロットダイ２０ｂは、前記第１スロットダイ２０ａと同じ構造で形成されることにより、第１スロットダイ２０ａのように樹脂排出量の精密制御とフィルムの移送速度制御によって樹脂の塗布厚さを精密に制御することができるので、樹脂塗布面の左右厚さの偏差の最小化及び精度の確保にも容易である。
図７は本発明のＳＭＣ製造装置の実施形態によって製造されたＳＭＣの側断面図である。
次に、図３乃至図７を参照して説明する。
前記フィルムラミネート部７０は、前記下部樹脂上に炭素繊維が上部樹脂によって覆われるように反転供給される上部フィルムと下部フィルムを、上下に配置されたラミネートローラー７０１同士の間に同時に通過させながら、所定の圧力で加圧してラミネート加工する。
フィルムラミネート部７０によって下部フィルムＡと上部フィルムＤとがラミネート加工されると、下部フィルムＡの上面に塗布された下部樹脂Ｂと上部フィルムＤの下面に塗布された上部樹脂Ｅとの間に炭素繊維Ｃが位置しながら、フィルムラミネート部７０で加わる圧力によって下部樹脂Ｂと上部樹脂Ｅが炭素繊維Ｃの上下部から炭素繊維Ｃのフィラメントの間に浸透しながら樹脂の含浸が行われる。
図８は本発明のＳＭＣ製造装置の第２実施形態に係る構成を示す構成図、図９は本発明のＳＭＣ製造装置の第２実施形態によって製造されたＳＭＣの側断面図である。
次に、図８及び図９を参照して説明する。
前記カット部５０は、第１カット機５０ａと第２カット機５０ｂから構成し、第３スロットダイ２０ｃをさらに備えることができる。
前記第１カット機５０ａ、第２カット機５０ｂは、前記下部フィルムの移送方向に沿って所定の間隔で隔設されることにより、前記スプレッド部４０で幅が拡大されて供給されるラージトウ炭素繊維は、第１カット機５０ａ、第２カット機５０ｂにそれぞれ供給される。
従って、前記第１カット機５０ａ、第２カット機５０ｂでそれぞれ所定の長さに切断された炭素繊維は、前記下部フィルムの上部に塗布された下部樹脂の上部に分散散布されるとき、所定の距離で離隔した位置から分散散布されることにより、散布される炭素繊維の凝集性と方向性が抑制されてより均一な散布が可能となる。
ＳＭＣの製造過程で、炭素繊維は、一箇所に凝集して散布されず、均一に広がるように散布されてこそ、樹脂含浸性が増大してＳＭＣの物性向上に有利である。
したがって、一定の速度で移送される下部フィルムの上部に塗布された１ｍ区間の下部樹脂の上部に一定量、例えば１００ｇの切断された炭素繊維を分散散布しなければならないとき、単一地点で１００ｇの切断された炭素繊維を散布する場合に、単一地点の散布量が多いため、散布される炭素繊維の凝集性及び方向性が大きくなり、それにより、散布された炭素繊維の分散が制限されて樹脂の含浸性の増大に制限が伴うことがある。
一方、一定の速度で移送される下部フィルムの上部に塗布された１ｍ区間の下部樹脂の上部に一定量、例えば１００ｇの切断された炭素繊維を分散散布しなければならないとき、複数の地点で５０ｇずつの切断された炭素繊維を分けて散布する場合に、単一地点の散布量が相対的に少ないため、散布される炭素繊維の凝集性及び方向性が小さくなる。
すなわち、一定の速度で下部フィルムが移送される過程で、互いに隔設された第１カット機５０ａ、第２カット機５０ｂからそれぞれ炭素繊維が分散散布されても、全体炭素繊維散布量は同一であるが、全体散布量を２回に分けて散布した形態となるので、散布される炭素繊維の凝集性及び方向性が小さくなりながら、さらに均一な散布が可能となり、それにより樹脂含浸性がさらに増大する。
前記第３スロットダイ２０ｃは、所定の間隔で隔設された前記第１カット機５０ａと第２カット機５０ｂとの間に設置され、前記第１カット機５０ａと第２カット機５０ｂでそれぞれの炭素繊維が分散散布されるとき、第１カット機５０ａと第２カット機５０ｂとの間で中間樹脂Ｆを塗布する。
すなわち、一定の速度で下部フィルムが移送される過程で、下部フィルムの上部に塗布された下部樹脂の上部に、第１カット機５０ａから排出される炭素繊維が分散散布された直後に、第３スロットダイ２０ｃから排出される中間樹脂Ｆが、前記下部樹脂の上部に分散散布された炭素繊維の上部に塗布され、次いで、前記第２カット機５０ｂから排出される炭素繊維が前記中間樹脂Ｆの上部に分散散布される。
したがって、前記フィルムラミネート部７０によって下部フィルムと上部フィルムとがラミネート加工されると、下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂、上部フィルムの下面に塗布された上部樹脂及び中間樹脂Ｆの間々に炭素繊維が位置する。
そのため、フィルムラミネート部７０で加わる圧力によって下部樹脂と上部樹脂と中間樹脂Ｆが炭素繊維の上中下部から炭素繊維のフィラメントの間に浸透して樹脂含浸性が大幅に増大することにより、樹脂含浸過程で気泡の発生が抑制されるだけでなく、フィルムラミネート部７０で加えられる圧力によって樹脂自体に形成できる気泡も除去され、ＳＭＣ製品成形時の不良を最小限に抑えることができるうえ、物性を向上させることができる。
図１０は本発明のＳＭＣ製造方法の第３実施形態による製造工程を示すブロック図、図１１は本発明のＳＭＣ製造装置の第３実施形態による構成を示す構成図、図１２は本発明のＳＭＣ製造装置の第３実施形態に係るデバイド部を示す平面例示図である。
次に、図１０乃至図１２を参照して説明する。
本発明のＳＭＣ製造装置はデバイド部８０をさらに備えることができる。
前記デバイド部８０は、繊維の長さ方向に対して直角方向に所定の間隔で設置された多数のリングナイフ８０１を含む。
前記デバイド部８０は、前記スプレッド部４０によって幅広く広げられたラージトウ炭素繊維を前記多数のリングナイフ８０１を用いて繊維の長さ方向に沿って複数のストランドに振り分けて複数本のスモールトウ炭素繊維に分割する。
このとき、前記炭素繊維供給部３０から供給される、１２Ｋ乃至２４Ｋのフィラメントを持つラージトウ炭素繊維は、３〜６本に分割することが好ましい。
したがって、幅広く広げられた炭素繊維を前記カット部５０へ供給する過程で、フィラメント間の絡み合いによって、幅広く広げられた炭素繊維が再び凝集することが防止される。
また、ラージトウ炭素繊維をさらに複数のストランドに振り分けて複数本のスモールトウ炭素繊維に分割してカット部５０へ供給することにより、炭素繊維の供給過程でフィラメント間の絡み合い等により部分的に凝集が発生しても、スモールトウ炭素繊維のフィラメント数を持つため、ラージトウ炭素繊維をそのまま使用することに比べて樹脂の含浸性が増大する。
一方、前記デバイド部８０を用いてラージトウ炭素繊維を分割するとき、２本に分割することは、分割による効果が微々であって追加工程に比べ効率性に劣り、７本以上に分割する場合には、ラージトウ炭素繊維の分割過程で発生する粉塵の発生量が増加し、これを処理するための別途の粉塵処理装備が必要とされ、粉塵処理装備の運用に伴う製造コストの上昇要因が発生する。
また、デバイド部８０によるラージトウ炭素繊維の分割過程で、炭素繊維を構成するフィラメントの糸切れが発生することがあるが、７本以上に分割する場合にフィラメントの糸切れ量が増加することがある。
図１３は本発明のＳＭＣ製造方法の第４実施形態による製造工程を示すブロック図、図１４は本発明のＳＭＣ製造装置の第４実施形態による構成を示す構成図、図１５は本発明のＳＭＣ製造装置の第４実施形態によって製造されたＳＭＣの側断面図である。
次に、図１３乃至図１５を参照して説明する。
本発明のＳＭＣ製造装置は補強織物供給部９０をさらに備えることができる。
前記補強織物供給部９０は、繊維ロールを備え、繊維ロールに巻き取られた補強織物を繰り出して、前記下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂の上部から下部フィルムの長さ方向に沿って連続的に積層されるように供給する。
また、前記補強織物供給部９０は、互いに異なる種類の補強織物を同時に供給する複数の補強織物供給部９０を離隔するように配置することができる。
このとき、補強織物供給部９０は、前記下部フィルムの移送方向に沿って所定の間隔で離隔するように配置するが、複数の補強織物供給部９０同士の間に、切断された炭素繊維を散布するカット部５０と樹脂を塗布するスロットダイとを一緒に配置することが好ましい。
前記補強織物は、一方向織物（Ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ：ＵＤ）、ノンクリンプ織物（Ｎｏｎ Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃｓ：ＮＣＦ）、炭素繊維織物（Ｃａｒｂｏｎ Ｆａｂｒｉｃｓ）、ガラス織物及びアラミド織物のいずれかを使用することができる。
したがって、前記フィルムラミネート部７０でラミネートローラー７０１によって加圧されて下部フィルムと上部フィルムとがラミネート加工されるとき、前記補強織物に樹脂が含浸されることにより、ＳＭＣの引張強度や曲げ強度などの物性が大幅に向上する。
すなわち、補強織物は、所定の幅に形成された織物形態からなり、下部フィルムの長さ方向に沿って供給されながら下部樹脂の上部に積層されることにより、所定の長さにカットされた炭素繊維のみを樹脂に含浸して製造したＳＭＣと比較して引張強度や曲げ強度などの物性を大幅に向上させることができる。
以上、本発明に係る実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で当業者によって多様な変形が加えられ得ることは自明であり、本発明の実施形態を説明しながら本発明の構成による作用効果を明示的に記載して説明していないとしても、該当構成によって予測可能な効果も認められなければならないことは当然である。
Ａ 下部フィルム
Ｂ 下部樹脂
Ｃ 炭素繊維
Ｃ１ ラージトウ炭素繊維
Ｃ２ スモールトウ炭素繊維
Ｄ 上部フィルム
Ｅ 上部樹脂
Ｆ 中間樹脂
Ｇ 補強織物
Ｓ１０ 下部フィルム供給段階
Ｓ２０ 下部樹脂塗布段階
Ｓ３０ 炭素繊維供給段階
Ｓ４０ スプレッド段階
Ｓ５０ 切断散布段階
Ｓ６０ 上部フィルム供給段階
Ｓ７０ 上部樹脂塗布段階
Ｓ８０ フィルムラミネート段階
Ｓ９０ デバイド段階
Ｓ１００ 補強織物供給段階
１０ 下部フィルム供給部
２０ａ 第１スロットダイ
２０ｂ 第２スロットダイ
２０ｃ 第３スロットダイ
２０１ ダイブロック
２０１ａ マニホールド
２０１ｂ 吐出口
２０２ シムプレート
３０ 炭素繊維供給部
４０ スプレッド部
４０１ スプレッドローラー
５０ カット部
５０ａ 第１カット機
５０ｂ 第２カット機
５０１ 支持ローラー
５０１ａ 第１回転軸
５０１ｂ カット溝
５０２ カットローラー
５０２ａ 第２回転軸
５０２ｂ 加圧部材
５０２ｃ カッター
５０３ 駆動モーター
６０ 上部フィルム供給部
７０ フィルムラミネート部
７０１ ラミネートローラー
８０ デバイド部
８０１ リングナイフ
９０ 補強織物供給部

Claims (4)

  1. フィルムロールを備え、巻き取られた下部フィルムを繰り出して供給する下部フィルム供給部と、
    前記下部フィルム供給部から供給される下部フィルムの上面に下部樹脂を塗布する第１スロットダイと、
    クリールを備え、巻き取られたラージトウ炭素繊維を繰り出して供給する炭素繊維供給部と、
    前記炭素繊維供給部から供給されるラージトウ炭素繊維を広く広げてその幅を拡大するスプレッド部と、
    前記スプレッドされた炭素繊維の供給を受け、所定の長さに切断して前記下部樹脂の上部に散布するカット部と、
    フィルムロールを備え、巻き取られた上部フィルムを繰り出して供給する上部フィルム供給部と、
    前記上部フィルム供給部から供給される上部フィルムの下面に上部樹脂を塗布する第２スロットダイと、
    前記下部フィルムにラミネート加工されるように反転供給される上部フィルムと下部フィルムとを所定の圧力で加圧してラミネート加工するフィルムラミネート部とを含み、
    更に、繊維ロールを備え、巻き取られた補強織物を繰り出して、前記下部フィルムの上面に塗布された下部樹脂の上部に積層されるように連続供給する補強織物供給部をさらに備え、
    前記補強織物供給部は、所定の間隔で離隔するように複数を配置し、各補強織物供給部から互いに異なる種類の補強織物が同時に供給されるようにし、
    複数の補強織物供給部同士の間には、切断された炭素繊維を散布するカット部、及び樹脂を塗布するスロットダイが配置されることを特徴とするＳＭＣ製造装置。
  2. 前記カット部は、
    所定の間隔で隔設され、炭素繊維がそれぞれ供給される第１カット機と第２カット機から構成され、
    前記第１カット機と前記第２カット機との間には、
    前記第１カット機から所定の長さに切断されて前記下部樹脂の上部に分散散布された炭素繊維の上部に中間樹脂を塗布する第３スロットダイをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のＳＭＣ製造装置。
  3. 前記スプレッド部によって幅広く広げられたラージトウ炭素繊維を繊維長さ方向に沿って複数のストランドに振り分けて複数本のスモールトウ炭素繊維に分割するデバイド部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のＳＭＣ製造装置。
  4. 前記補強織物は、一方向織物（Ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ：ＵＤ）、ノンクリンプ織物（Ｎｏｎ Ｃｒｉｍｐ Ｆａｂｒｉｃｓ：ＮＣＦ）、炭素繊維織物（Ｃａｒｂｏｎ Ｆａｂｒｉｃｓ）、ガラス織物、アラミド織物及び合成繊維織物のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載のＳＭＣ製造装置。
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