KR100203471B1 - A method for continous fiber coating and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 섬유필라멘트에 수지를 코팅하기 위해 제조된 수지조 내에 최소한 3개 이상의 홀수개의 도너츠형상기구를 장착시킨 수지 함침장치를 이용하여, 노즐에서 방사된 섬유필라멘트를 상기 도너츠 형상기구의 가상의 원뿔 꼭지점을 향해 이 도너츠형상기구의 내주면과 외주면을 번갈아 일정한 길이와 장력으로 용융 수지와 접촉 통과시켜 수지조 내에서 섬유의 수지 침투면적을 최대한 증가시켜 수지를 연속적으로 코팅시키고, 코팅된 수지섬유필라멘트를 집속하여 원하는 직경의 노즐로 압출시켜 수지가 코팅된 복합 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention uses a resin impregnating device in which at least three odd donut shaped tools are mounted in a resin tank manufactured to coat a resin on a fiber filament, and a fiber cone filament emitted from a nozzle is a virtual cone of the donut shaped device. The inner and outer circumferential surfaces of the donut shaper are alternately contacted with the molten resin by alternating lengths and tensions toward the vertices to increase the resin penetration area of the fiber in the resin tank as much as possible, thereby continuously coating the resin and coating the coated resin fiber filament. The present invention relates to a method for producing a resin-coated composite fiber by focusing and extruding with a nozzle having a desired diameter.
Description
제1도는 본 발명의 섬유필라멘트 코팅에 사용되는 도너츠 형상의 기구와 이 기구를 이용하여 섬유필라멘트를 펼쳐서 수지에 용이하게 함침시킬 수 있도록 섬유 다발이 펼쳐지거나 모아지는 모양을 보여주는 입체도로써, 펼쳐지거나 모아지는 섬유의 분포 형상이 가상의 꼭지점을 중심으로 원뿔의 모양을 나타내고 있는 도면이다.FIG. 1 is a three-dimensional view showing a donut-shaped device used for coating the fiber filament of the present invention and a shape in which the fiber bundle is unfolded or collected so that the fiber filament can be easily impregnated in the resin using the device. It is a figure in which the distribution shape of the collected fiber shows the shape of a cone centering on an imaginary vertex.
제2도는 제1도에서 도시된 도너츠 형상 기구의 측면도 및 단면도이다.2 is a side view and a cross-sectional view of the donut shaped device shown in FIG.
제3도는 제1도에서 도시된 도너츠 형상 기구들 중 임의 3개의 도너츠 형상을 통과하는 섬유의 경로를 개괄적으로 보여주는 개략도로서, 첫 번째 도너츠의 내경표면을 통과한 섬유가 두 번째 도너츠의 외경표면을 걸쳐 넓게 펼쳐지고 다시 세 번째 도너츠의 내경표면을 통과하는 경로를 나타내는 개략도이다.FIG. 3 is a schematic view showing the path of the fiber passing through any three of the donut shaped instruments shown in FIG. 1 in which the fiber passing through the inner diameter surface of the first donut has an outer diameter surface of the second donut. It is a schematic diagram showing a path that spreads out widely and passes through the inner diameter surface of the third donut.
제4도는 제1도에서 도시된 도너츠 형상 기구를 임의로 배열하여 장섬유 복합재 펠렛 제조 공정에 도입한 개략도이다.FIG. 4 is a schematic diagram of the donut-shaped apparatus shown in FIG. 1 arbitrarily arranged and introduced into a long fiber composite pellet manufacturing process.
제5도는 제1도에서 도시된 다수의 섬유강화 스트랜드를 동시 다발적으로 제조하기 위해 도너츠 형상 기구의 내경표면에 요철을 준 도너츠 형상 기구의 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view of a donut shaped instrument in which an unevenness is applied to the inner diameter surface of the donut shaped instrument in order to simultaneously produce a plurality of fiber-reinforced strands shown in FIG.
제6도는 제1도에서부터 제5도까지 도시된 도너츠 형상 기구의 그림에서 생략된 체결방법을 도시한 그림으로써 제4도의 짝수번째 놓이는 모든 도너츠 형상 기구(1)의 내측 음각 부위(27)에 십자핀 부품(28)을 조립하여 십자 핀 중앙홀(29)에 축(도면생략)을 관통시켜 모든 짝수번째 놓이는 도너츠 형상기구(1)들을 연결시키고자 사용되는 세부적인 도너츠 형상 기구와 체결핀을 도시한 분해 사시도이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a fastening method omitted from the drawing of the donut shaped apparatus shown in FIGS. 1 to 5, and crosses the inner intaglio portions 27 of all the donut shaped apparatuses 1 placed in the even number of FIG. Detailed donut-shaped mechanism and fastening pins used to assemble the pin components 28 to connect the even-numbered donut-shaped mechanisms 1 through the shaft (not shown) to the cross pin central hole 29. An exploded perspective view.
본 발명은 섬유를 액상 수지조 및 용융 수지조 또는 다이 내를 통과시켜 연속적으로 코팅시키는 방법 및 코팅장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는, 섬유 다발을 구성하는 각각의 섬유필라멘트들을 액상 수지조 및 용융 수지조 또는 다이 내에 설치된 도너츠형상기구의 내주면과 외주면을 연속적으로 통과 코팅시키고, 이들 잘 코팅된 섬유필라멘트들을 집속하여 다수의 스트랜드로 동시에 성형할 수 있는 경제성이 우수한 코팅방법 및 그의 코팅장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a coating apparatus for continuously coating a fiber through a liquid resin tank and a molten resin tank or a die, and more specifically, each of the fiber filaments constituting the fiber bundle is a liquid resin tank and The coating method and its coating apparatus having excellent economical efficiency which can continuously form the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the donut shaped device sphere installed in the molten resin tank or die, and focusing these well-coated fiber filaments into a plurality of strands simultaneously will be.
섬유다발을 코팅하기 위해서는 섬유 다발이 다이 내부의 수지에 머물러 있는 동안에 매우 많은 섬유필라멘트로 구성되어 있는 섬유 다발의 베드층 내로 수지가 침투해 들어가서 가능한 한 많은 섬유필라멘트가 적시어 지는, 즉 함침이 되는 것이 가장 중요하게 되므로 섬유의 함침도를 향상시키기 위해서는 수지가 섬유 다발내로 침투되어 들어가는 시간(A), 섬유필라멘트들 사이의 공극(B), 섬유다발 내로의 수지의 침투 압력(C), 섬유 다발의 베드 외층과 수지간의 접촉면접(D)등이 증가되어야 하고, 반면에 수지의 점도(E), 수지가 침투되어 들어가야 할 거리(F)등은 감소되어야만이 만족스러운 수지로 코팅된 섬유필라멘트 다밤을 얻을 수 있다.To coat a fiber bundle, the resin penetrates into the bed layer of the fiber bundle, which is made up of very many fiber filaments, while the fiber bundle stays in the resin inside the die, so that as much fiber filament as possible is wetted, ie, impregnated. Most importantly, in order to improve the degree of impregnation of the fibers, the time (A) for the resin to penetrate into the fiber bundle, the voids between the fiber filaments (B), the penetration pressure of the resin into the fiber bundle (C), and the fiber bundle The contact interview between the bed outer layer and the resin (D) should be increased, while the viscosity (E) of the resin and the distance (F) through which the resin should be penetrated should be reduced to achieve satisfactory resin filament coated filaments. You can get it.
이러한 원리에 의거하여, 현재까지 널리 사용되는 섬유 코팅방법을 크게 3가지로 분류할 수 있는 바, 수지의 흐름을 이용하는 방법, 다이 내에 실린더 핀 등과 같은 단순한 형상의 볼록면을 조합하여 사용하는 방법, 다이 내에 볼골핀과 오목핀을 조합하여 사용하는 방법 등이 있다.Based on this principle, the fiber coating method widely used to date can be largely classified into three types: a method using a resin flow, a method using a combination of simple convex surfaces such as cylinder pins in a die, And a ball pin and a concave pin in a die.
이들 방법 중 수지흐름을 이용하는 방법은 C를 증재시켜 코팅효과를 향상시키고자 하였고, 다이 내에 실린더 핀 등과 같은 단순한 형상의 볼록면을 조합하여 사용하는 방법과 다이 내에 볼록핀과 오목핀을 조합하여 사용하는 방법은 E의 감소와 A,C,D등의 증대를 유발시킴으로써 수지에 의한 섬유필라멘트들의 코팅효과를 향상시키는 방법들이다.Among these methods, the resin flow method is intended to improve the coating effect by adding C, and to use a combination of simple convex surfaces such as cylinder pins in the die and a combination of convex pins and concave pins in the die. The method is to improve the coating effect of the fiber filaments by the resin by causing a decrease in E and increase in A, C, D and the like.
첫 번째 방법의 경우, 단순히 다이 내부의 압력 증가에 의해 섬유다발 내로의 수지 침투압력을 증가시킬 수는 있으나 동시에 섬유다발의 베드 외층 전체에 가해지는 등방압력에 의해 섬유다발의 공극도 감소하게 되므로 서로 상반된 효과가 발생되고 이로 인해 많은 양의 수지를 섬유다발 베드층 내로 침투시키는 데는 한계가 있다. 그러나 두 번째와 세 번째 방법의 경우에는 단순 곡면 부위나 실린더 핀, 볼록핀 등의 지그재그 조합을 이용해 섬유들이 이들 곡면 부위 표면에서 펼쳐지는 효과를 지니게 됨으로써 첫 번째 방법이 노출하고 있는 문제점을 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 첫번째 방법이 지니지 못한A,D,E에 관련된 효과를 기대할 수 있어 상대적으로 많은 양의 수지를 함침시킬 수 있다는 장점을 지니고 있다. 특히 세 번째의 방법을 사용하게 되면, 두번째의 방법보다도 더 넓은 면적에 걸쳐 섬유 다발이 펼쳐지므로 수지가 침투되어 들어가야 할 실제 거리가 크게 짧아질 뿐만 아니라 섬유다발 베드 외층이 넓어짐으로써 한번에 많은 양의 수지가 섬유다발 베드층으로 투입되는 효과를 기대할 수 있다. 따라서 이들 방법중, 다이 내에 볼록핀과 오목핀을 조합하여 사용하는 방법이 가장 좋은 함침효과를 기대할 수 있다.In the first method, it is possible to increase the resin penetration pressure into the fiber bundle simply by increasing the pressure inside the die, but at the same time the voids of the fiber bundle are also reduced by the isotropic pressure applied to the entire outer layer of the bed of the fiber bundle. The opposite effect occurs, which limits the penetration of large amounts of resin into the fiber bundle bed layer. However, the second and third methods can overcome the problem of the first method by exposing the fibers to unfold on the surface of these curved areas by using a combination of simple curved areas, cylinder pins, or convex pins. In addition, it is possible to expect the effects related to A, D, and E, which the first method does not have, and has the advantage of impregnating a relatively large amount of resin. In particular, when the third method is used, the bundle of fibers is spread over a larger area than the second method, which not only shortens the actual distance for the resin to penetrate, but also increases the outer layer of the fiber bundle bed, thereby increasing the amount of resin at once. It can be expected that the effect is added to the fiber bundle bed layer. Therefore, among these methods, a method of using a convex pin and a concave pin in the die in combination can expect the best impregnation effect.
세 번째의 방법을 이용한 장섬유 복합재료 제조방법으로써 미국특허 제4,728,387호는 적어도 1개의 볼록면과 수지를 주입할 수 있는 오리피스를 가진 적어도 1개의 오목한 면을 사용해, 유리섬유 다발을 구성하는 각각의 섬유필라멘트를 어느 정도의 장력 하에 펼침으로써 수지에 코팅시키고자 하였다. 그러나 섬유다발을 구성하는 각각의 섬유필라멘트들이 항상 일정하게 펼쳐지지 않는 즉, 볼록면의 정점에 섬유들이 모이거나 핀의 양 끝부분 또는 핀의 여러 곳으로 나뉘어 모이게 되는 문제점이 발생하게 된다. 더욱이 여러개의 오목면과 볼록면의 설계를 섬유경로 길이의 보존 개념을 고려하지 않고 제작하게 되면, 섬유다발내 무수히 많은 각각의 섬유필라멘트들이 제각기 다른 속도를 지니게 됨으로써 이에 따른 인접섬유간의 마찰이 발생되러 섬유파쇄의 문제점이 있게 된다. 따라서 수지가 섬유들 사이로 충분히 침투 됨으로써 얻을 수 있는 균일한 코팅을 가진, 섬유파쇄로 인한 최종성형품의 물성저하를 방지할 수 있는 섬유강화 스트랜드 제조를 기대하기가 어렵다.As a method for producing a long fiber composite material using a third method, US Pat. No. 4,728,387 uses at least one convex surface and at least one concave surface having an orifice capable of injecting resin, thereby forming each fiberglass bundle. It was intended to coat the resin by unfolding the fiber filament under some tension. However, each fiber filament constituting the fiber bundle does not always spread uniformly, that is, a problem occurs that the fibers are gathered at the apex of the convex surface or divided into both ends of the pin or several places of the pin. Furthermore, if the design of several concave and convex surfaces is made without considering the concept of preserving the length of the fiber path, the numerous fiber filaments in the fiber bundle have different speeds and thus friction between adjacent fibers is generated. There is a problem of fiber fracture. Therefore, it is difficult to expect the production of fiber-reinforced strands having a uniform coating obtained by sufficiently infiltrating the resin between the fibers and preventing the degradation of properties of the final molded product due to fiber breakage.
한편 이런 문제점을 개선하기 위해 개발되었던 미국특허 제5,133,282호 에서는 첫 번째 오는 오목핀에 의해 투입된 섬유를 한 점에서 모아주게 하고, 이들 섬유를 두 번째 오는 볼록핀, 즉 수평축을 중심으로 반경의 분포를 갖고 이들 반경의 분포가 중앙의 최대 반경을 중심으로 좌우가 대칭이 되게 한 볼록핀을 거쳐가게 함으로써 볼록핀 위에 놓이는 섬유가 최대로 펼쳐지게 근사식을 유도하였다. 그러나 볼록면 위에서의 섬유의 펼침조건을 최대로 하기 위해서는 볼록핀과 오목핀의 기하학적 구조에 관련된 설계변수와 볼록핀과 오목핀의 수평 및 수직거리 등 최적화되어야 할 변수가 너무 많게 되는 단점이 발생되고, 또한 오목핀을 거의 강제적으로 한 개의 섬유접점으로 만들어 주게 되면 이 부분에서 섬유와 오목핀표면 사이의 극도의 마찰이 발생하게 되어 현저한 섬유 파쇄가 초래되므로 최종 생산품의 기계적 물성을 급격히 감소시킬 뿐만아니라 생산속도를 증가시키는 데도 많은 한계를 노출하게 된다. 더욱이 다수의 섬유 강화 스트랜드를 제조하는데 있어 이러한 형상의 핀들을 조합하여 사용하게 되면 다이 또는 수지조 내의 부피를 비효율적으로 증대시켜야 하므로 이로 인한 다이 또는 수지조 내 수지 체류시간이 증가되므로 수지분해의 위험성이 있게 된다.On the other hand, US Patent No. 5,133,282, which was developed to improve this problem, collects the fibers introduced by the first coming concave pins at one point, and the fibers are distributed on the second coming convex pin, that is, around the horizontal axis. And the distribution of these radii passes through the convex pins, which are symmetrical left and right about the central maximum radius, leading to an approximation of the unfolding of the fibers lying on the convex pins. However, in order to maximize the unfolding condition of the fiber on the convex surface, there are disadvantages that there are too many variables that need to be optimized, such as design variables related to the geometry of the convex and concave pins, and horizontal and vertical distances of the convex and concave pins. In addition, if the concave pin is made almost as one fiber contact, extreme friction between the fiber and the concave pin surface is generated at this part, which leads to significant fiber fracture, which not only drastically reduces the mechanical properties of the final product. Increasing production speed also exposes many limitations. Moreover, the combination of fins of this shape in manufacturing a large number of fiber-reinforced strands has to increase the volume of the die or the resin tank inefficiently, which increases the residence time of the resin in the die or resin bath. Will be.
본 발명은 상술한 바와같은 종래기술의 문제점을 극복하여 이루어진 것으로, 도너츠 형상의 기구를 단순히 일렬로 조합함으로써 도너츠 형상 내외주 부분을 통과하는 모든 섬유들을 도너츠 내외주면을 따라 고르고 넓게 펼쳐줄 수 있고, 오목핀에 무리하게 한 개의 집점을 두게 됨으로써 발생되는 섬유의 극도의 파쇄 현상이나 인접섬유 간의 속도차로 발생하게 되는 마찰에 기인한 섬유 파쇄현상을 방지할 수 있게 되어 생산속도 향상은 물론이고 섬유파쇄에 의한 최종성형품의 물성저하를 방지할 수 있게 되고, 오목핀과 볼록핀의 조합으로써 섬유를 최대로 펼쳐주고자 할 때 발생되는 설계의 어려움을 극복할 수 있게 되고, 다수의 섬유 강화 스트랜드를 동시에 성형하는데 매우 용이하게 함으로써 경제성이 우수한 고품질의 장섬유 복합재를 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데에 그 목적이 있다.The present invention has been made to overcome the problems of the prior art as described above, by simply combining the donut-shaped mechanism in a row, all the fibers passing through the donut-shaped inner and outer circumferential portion can be unfolded and spread widely along the inner and outer peripheral surface of the donut, By placing a single focal point on the concave pins, it is possible to prevent fiber fractures caused by extreme fractures of fibers or friction caused by speed differences between adjacent fibers. It is possible to prevent the deterioration of the physical properties of the final molded product, and to overcome the design difficulties that occur when trying to unfold the fiber to the maximum by the combination of concave pins and convex pins, forming a plurality of fiber reinforced strands at the same time It is very easy to manufacture high quality long fiber composite with excellent economic efficiency. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method which can be used.
따라서 본 발명은 섬유 필라멘트에 수지를 코팅하기 위해 제조된 수지조 내에 최소한 3개 이상의 홀수개의 도너츠형상기구를 장착시킨 수지 함침장치를 이용하여, 노즐에서 방사된 섬유필라멘트를 상기 도너츠형기구의 가상의 원뿔 꼭지점을 향해 이 도너츠형상기구의 내주면과 외주면을 번갈아 일정한 길이와 장력으로 용융 수지와 접촉 통과시켜 수지조 내에서 섬유와 수지의 침투 면적을 최대한 증가시켜 수지를 연속적으로 코팅시키고, 코팅된 수지섬유필라멘트를 집속하여 원하는 직경의 노즐로 압출시켜 수지가 코팅된 복합 섬유펠렛트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention uses a resin impregnation device equipped with at least three odd number of donut shaped tools in a resin tank manufactured for coating a resin on the fiber filament, and the fiber filament spun from the nozzle is simulated. The inner and outer circumferential surfaces of this donut shaped tool sphere are alternately contacted with the molten resin at a constant length and tension to conical vertices to increase the penetration area of the fiber and the resin in the resin tank as much as possible and to continuously coat the resin. It is to provide a method for producing a resin-coated composite fiber pellets by focusing filaments and extrusion by nozzles of the desired diameter.
섬유필라멘트로 사용할 수 있는 섬유의 종류는 특별히 한정되지는 않으나. 직경이 1㎛∼1㎜의 유기섬유 또는 무기섬유 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 유기섬유로는 카본섬유, 아라미드 섬유, 폴리아릴레이트 섬유(Polyarylate fiber), 폴리비닐알코올 섬유(PVA), UHMWPE 폴리에틸렌 섬유, PEN(Polyethylene Naphthalate)섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, PET(Polyethylene terephtalate)섬유, PBT(polybutylene terephtalate)섬유, PAN(Polyacrylonitrile)섬유, 그래파이트(Graphite)섬유, 천연유기섬유 등을 사용할 수 있으며, 무기섬유로는 유리섬유, 보론섬유, 알루미늄섬유, 스틸섬유, 천연무기섬유 등을 사용할 수 있다.The type of fiber that can be used as the fiber filament is not particularly limited. Organic fibers or inorganic fibers having a diameter of 1 μm to 1 mm can be used. Preferably, the organic fibers include carbon fibers, aramid fibers, polyarylate fibers, polyvinyl alcohol fibers (PVA), and UHMWPE. Polyethylene fiber, Polyethylene Naphthalate (PEN) fiber, Nylon fiber, Polyester fiber, Polyethylene terephtalate (PET) fiber, Polybutylene terephtalate (PBT) fiber, Polyacrylonitrile (PAN) fiber, Graphite (Graphite) fiber, Natural organic fiber, etc. In addition, as the inorganic fiber, glass fiber, boron fiber, aluminum fiber, steel fiber, natural inorganic fiber and the like can be used.
또한 코팅에 사용할 수 있는 수지는 점도가 10∼400,000포아즈(Poise) 이내의 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 모두 사용할 수 있는바, 그 바람직한 예를 들면 다음과 같다.In addition, the resin that can be used for coating can be used both a thermosetting resin or a thermoplastic resin having a viscosity of 10 to 400,000 poise (Poise), the preferred examples thereof are as follows.
열경화성 수지로는 불포화폴리에스테르, 에폭시 수지, 페놀수지, 멜라민 수지, 우레탄수지 등을 사용할 수 있고, 열가소성수지로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아세탈수지, 폴리페닐렌파이드 수지, 나일론, 폴리 우레탄, 폴리카보네이트(PC), ABS, PC／ABS, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, PC／PRT등을 사용할 수 있다.Unsaturated polyester, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urethane resin, etc. may be used as the thermosetting resin, and as the thermoplastic resin, polypropylene, polyethylene, acetal resin, polyphenylenepyde resin, nylon, polyurethane, polycarbonate (PC), ABS, PC / ABS, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, PC / PRT and the like can be used.
또한 본 발명은 수지가 코팅된 복합 섬유를 제조하기 위한 최소한 3개 이상의 홀수개 도너츠 형상기구를 장착시키고 코팅하려는 섬유 필라멘트를 노즐에서 방사시킨후 도너츠형상기구의 내주면과 외주면에 번갈아 일정한 길이와 장력으로 수지조내의 용융 수지와 접촉 코팅시키고 원하는 직경의 노즐로 코팅된 수지섬유필라멘트를 집속 압출시켜 수지섬유 복합 펠렛트를 제조할 수 있는 연속적 수지섬유 코팅장치를 제공하는 것이다.In addition, the present invention is equipped with at least three or more odd donut-shaped device for producing a resin-coated composite fiber and spinning the fiber filament to be coated in the nozzle and then alternately on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the donut shaped device with a constant length and tension The present invention provides a continuous resin fiber coating apparatus capable of producing a resin fiber composite pellet by contact coating with molten resin in a resin bath and focusing extrusion of a resin fiber filament coated with a nozzle having a desired diameter.
본 장치에 있어서, 도너츠형상기구중 첫 번째 도너츠형상기구와 마지막 도너츠형상기구의 내주면에 섬유필라멘트의 방사와 집속을 용이하게 하기 위하여 요철형상을 준 것을 특징으로 하고, 도너츠형상기구는 섬유필라멘트가 도너츠형상기구의 내주면을 통과할 때는 외측 수지조와 연결된 관에 의해 고정되고 섬유필라멘트가 도너츠형상기구의 외주면을 통과할 때는 수지조에 장착된 중심축에 고정되어 있음을 특징으로 한다.In the present device, the donut-shaped sphere is provided with an uneven shape to facilitate spinning and focusing of the fiber filament on the inner circumferential surface of the first donut-shaped sphere and the last donut-shaped sphere, and the donut-shaped sphere has a fiber filament When passing through the inner peripheral surface of the shape mechanism is fixed by a tube connected to the outer resin tank, and the fiber filament is fixed to the central axis mounted to the resin tank when passing through the outer peripheral surface of the donut shaped upper tool.
한편, 본 장치는 섬유필라멘트를 노즐을 통하여 수지조에 방사시키기 전에 예열기를 통해 수지의 온도와 동일한 온도로 섬유를 예열시킴을 특징으로 하고, 수지에 코팅된 섬유필라멘트가 출구 노즐을 통과한 후, 다이를 빠져나오는 봉상의 스트랜드들을 수조에 냉각시켜 고화시킨 후 펠렛타이져를 이용하여 일정한 길이로 봉상 스트랜드를 제조할 수 있음을 특징으로 한다.On the other hand, the device is characterized in that the fiber pre-heated at the same temperature as the resin temperature through the preheater before spinning the fiber filament through the nozzle, and after the fiber filament coated on the resin passes through the outlet nozzle, It is characterized in that the rod-like strands coming out of the solidified by cooling in a water tank can be produced to the rod-shaped strands to a constant length using a pelletizer.
이하 본 발명의 섬유의 연속코팅 방법 및 장치에 관하여 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the method and apparatus for continuous coating of fibers of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 제1도에 도시된그림은 섬유필라멘트(2)가 도너츠 형성 기구(1)의 내주면과 외주면을 반복적으로 접촉 통과하면서 섬유필라멘트(2)가 펼쳐지게 하는, 즉 첫 번째 놓이는 도너츠 형상기구(1)의 내주면을 접촉 통과하는 수 많은 섬유필라멘트가 두 번째의 도너츠 형상기구(1)의 외주 면을 접촉 거쳐가면서 최대한 넓게 펼쳐지게 되고(3) 다시 세 번째 도너츠형상기구(1)의 내주면을 접촉 통과하면서 비교적 좁게 펼쳐진(4) 섬유필라멘트(2)가 네 번째와 다섯 번째 도너츠 형성기구(1)를 두 번째와 세 번째 도너츠형상기구(1)를 거쳐갈 때와 같은 방법으로 섬유 필라멘트(2)를 넓게(5) 또는 좁게(6) 펼쳐주게 된다. 따라서 도너츠 형상기구(1)의 외주면에 섬유필라멘트(2)가 놓일 때에는 최대한 넓게 펼쳐지고 섬유필라멘트(2)가 도너츠형상기구(1)의 내주면에 놓일 때는 상대적으로 좁게 펼쳐지게 됨으로써 실제로 도너츠 형상기구(1)와 섬유필라멘트(2) 사이에 수지가 놓여질 경우 그 침투해 들어갈 거리가 최대한 짧아지게 되고 섬유필라멘트간의 거리가 넓어져 수지의 침투가 용이해 지게 될 뿐만 아니라, 모든 섬유필라멘트(2)의 분포가 가상의 꼭지점을 중심으로 원뿔의 모양을 유지하게 함으로써 모든 섬유필라멘트들이 임의의 두 개의 도너츠 형상기구들과 만나는 두 접점간의 거라, 즉 섬유 경로길이가 보존되어 인접 섬유 필라멘트간의 마찰에 의한 섬유 파쇄를 극소화 할 수 있게 된다는 것을 설명해 주고 있다.In order to achieve the object of the present invention, the figure shown in FIG. 1 shows that the fiber filament 2 is unfolded while the fiber filament 2 is repeatedly contacted with the inner and outer peripheral surfaces of the donut forming mechanism 1. A large number of fiber filaments, which pass through the inner circumferential surface of the first donut shaped mechanism 1, are spread out as wide as possible by contacting the outer circumferential surface of the second donut shaped mechanism 1, and (3) the third donut shaped tool ( The same method as when the fiber filament (2), which is relatively narrowly spread (4) through the inner circumferential surface of 1), passes through the fourth and fifth donut forming mechanisms (1) through the second and third donut shaper (1). As a result, the fiber filaments 2 are spread out (5) or narrowly (6). Therefore, when the fiber filament 2 is placed on the outer circumferential surface of the donut shaped device 1, the fiber filament 2 is spread out as wide as possible when the fiber filament 2 is placed on the inner circumferential surface of the donut shaped tool 1. When the resin is placed between the fiber filament and the fiber filament (2), the distance to penetrate is made as short as possible, and the distance between the fiber filaments is widened to facilitate the penetration of the resin, and the distribution of all the fiber filaments (2) is virtual. By maintaining the cone shape around the vertex of, the gap between the two contacts where all the fiber filaments meet any two donut shaped mechanisms, i.e. the fiber path length is preserved, minimizing fiber fracture by friction between adjacent fiber filaments. Explain that you will be able to.
제2도의 좌측 그림과 우측 그림은 상기 제1도에서 도시한 도너츠 형상 기구의 측면도와 단면도를 도시한 도면으로써, r2의 증가에 따라 인접한 섬유 필라멘트(2)간의 거리는 넓어지고 수지가 침투해 들어가야 할 거리는 짧아지게 되고 주어진 r에서 r 의 감소 또는 r3의 증가에 따라 단일 섬유필라멘트(2)가 도너츠 형상기구(1)와 접촉하는 길이는 증가하게 된다. 따라서 단지 r2와 r1또는 r3의 단순한 변화로써 수지에 의한 섬유코팅도를 제어할 수 있게 된다.Fig. 2 shows a side view and a cross-sectional view of the donut-shaped mechanism shown in Fig. 1, wherein the distance between adjacent fiber filaments 2 increases with increasing r 2 and the resin must penetrate. The distance to be shortened becomes shorter and the length of the single fiber filament 2 in contact with the donut shaped mechanism 1 increases with a decrease in r or an increase in r 3 at a given r. Therefore, it is possible to control the degree of fiber coating by the resin with only a simple change of r 2 and r 1 or r 3 .
제3도는 상기 제2도의 우측 그림을 실제보다 다소 과장하여 도시한 도너츠 형상기구(1)의 내주면과 외주면을 지나가는 섬유필라멘트(2)의 진행경로를 도시한 그림으로써, 제1도의 설명과 관련하여 전술한 바와 같이 A에서 B까지의 모든 섬유필라멘트(2)가 동일한 경로 길이를 가지게 됨을 설명해 주고 있다. 즉 제2도에서 도시된 도너츠 형상기구(1)의 치수 r1,r2,r3나 도너츠 형상기구 사이의 길이 L1,L2와 무관하게 모든 섬유필라멘트(1)들은 동일한 경로길이(I1=I2=I3=I4=I5)를 갖게 된다.FIG. 3 is a diagram showing a traveling path of the fiber filament 2 passing through the inner and outer circumferential surfaces of the donut-shaped mechanism 1, which is exaggerated slightly from the right side of FIG. 2, in relation to the description of FIG. As described above, it is explained that all the fiber filaments 2 from A to B have the same path length. That is, regardless of the lengths r 1 , r 2 , r 3 of the donut shaped device 1 shown in FIG. 2 or the lengths L 1 , L 2 between the donut shaped devices 1 , all the fiber filaments 1 have the same path length (I). 1 = I 2 = I 3 = I 4 = I 5 ).
제4도는 상기 제1도에서 도시된 도너츠 형상 기구들을 끌어당김 성형공정에 도입한 그림으로써, 로빙형섬유(7)로부터 끌어 낸 다수의 섬유다발(8)을 섬유의 장력제어가 가능한 섬유꼬임방지장비(16)를 거쳐 섬유의 꼬임이 제거된 상태로 장력이 부가된 다수의 섬유다발(9)이 예열기(17)를 통과하게하여 수지 주입부(22)로부터 유입된 코팅시킬 수지(23)와 유사한 온도로 유지된 예열 섬유다발(10)을 얻게되고, 이를 히터(20)에 의해 가열된 입구 노즐부위(18)를 통과시켜 이들 다수의 섬유다발 외층 부위를 다이배럴(19) 입구 부위에서 히터에 의해 가열된 수지(23)로 표면코팅시킨 섬유다발(11)을 얻음으로써 첫 번째 도너츠 형상기구(la) 내주면 부위와 접촉 마찰시에 섬유파쇄를 방지하게 된다. 첫 번째 도너츠 형상 기구를 통과한 섬유 필라멘트는 세 번째 놓이게 되는 도너츠 형상 기구(1) 사이에 위치하게 되는 두 번째 도너츠 형상기구(1)의 외주면을 접촉하면서 최대한 펼쳐지게 되는데, 이러한 일련의 섬유 펼침현상을 출구 노즐(21)에 이르기 전까지 반복해서 발생시킴으로써 거의 완전히 코팅된 섬유필라멘트로 구성된 섬유 강화스트랜드(12)가 출구 노즐부(21)를 통과하게 된다. 전술한 바와 같이 얻어진 봉상 섬유강화스트랜드(13)의 냉각을 위해 수조(24) 내를 통과시키고 이들 고화된 봉상스트랜드(14)를 펠렛타이져(25)에 의해 연속적으로 다양한 길이를 가진 스트랜드 제조가 가능하게 된다.FIG. 4 is a drawing in which the donut-shaped devices shown in FIG. 1 are introduced into a pulling molding process, and a plurality of fiber bundles 8 drawn from the roving fibers 7 can prevent the fiber from being twisted. Resin 23 to be coated and introduced from the resin injecting part 22 by passing through the pre-heater 17 a plurality of fiber bundles 9 are tensioned in the state that the fiber is twisted through the equipment (16) and A preheated fiber bundle 10 maintained at a similar temperature is obtained, which is passed through an inlet nozzle portion 18 heated by a heater 20 so that a plurality of these fiber bundle outer layer portions are heated at the inlet portion of the diaphragm 19. By obtaining the fiber bundle 11 surface-coated with the resin 23 heated by means of the first donut shape mechanism (la) to prevent the fiber fracture during contact friction with the inner peripheral surface portion. The fiber filament passing through the first donut shaped device is spread out as much as possible by contacting the outer circumferential surface of the second donut shaped device 1 positioned between the third placed donut shaped device 1. By repeatedly generating until reaching the outlet nozzle 21, the fiber reinforcement strand 12 composed of almost completely coated fiber filaments passes through the outlet nozzle portion 21. For cooling the rod-like fiber-reinforced strand 13 obtained as described above, the solidified rod-like strand 14 is passed through the pelletizer 25 to produce strands having various lengths continuously. It becomes possible.
제5도에 도시된 그림은 상기 제4도에서 생략된 첫 번째 도너츠 형상 기구(la)와 마지막에 위치하는 도너츠 형상 가구(la)의 내주면 부위를 상세히 나타낸 그림으로써, 첫 번째 오는 도너츠 형상기구(la) 내주면의 요철부위(26)는 투입되는 섬유다발의 위치를 고정시킴으로써 연속성형 중 위치이동에 의한 입구노즐부위에서의 섬유파쇄현상을 방지하고자 사용되었고, 마지막에 위치하는 도너츠 형상 기구(la) 내측의 요철부위(26)는 거의 코팅된 섬유필라멘트들을 다수의 봉상스트랜드로 분리 및 1차 성형하는 역할을 하고 동시에 요철부위(26)에서의 압축효과를 통해 코팅효과도 가능하게 한다.FIG. 5 is a detailed view of the inner portion of the inner portion of the first donut-shaped appliance la and the donut-shaped furniture la positioned at the end of FIG. la) The concave-convex portion 26 of the inner circumferential surface was used to prevent fiber fracture at the inlet nozzle portion by position movement during continuous molding by fixing the position of the fiber bundle to be introduced, and the donut-shaped mechanism (la) positioned at the end. The inner concave-convex portion 26 serves to separate and primaryly form almost coated fiber filaments into a plurality of rod-like strands, and at the same time, to enable a coating effect through the compression effect at the concave-convex portion 26.
제6도는 상기 제4도에서 생략된 체결방법을 도시한 그림으로써, 섬유가 도너츠 형상 기구의 외주면을 지나게 되는 모든 도너츠 형상 기구 내측에 음각부위(27)를 만들어 십자핀(28)을 고정하고, 다시 십자핀 구멍(29) 부분에 축을 관통하여 연결 고정시킬 수 있게 된다. 이때 도너츠 형상 기구 내주면을 섬유가 통과하게 되는 도너츠 형상기구는 다이배럴(19)에 고정하게 된다.FIG. 6 is a drawing illustrating a fastening method omitted from FIG. 4, and the inverted portion 27 is formed inside all the donut-shaped devices through which the fiber passes the outer circumferential surface of the donut-shaped device, thereby fixing the cross pin 28. Again, the cross pin hole 29 can be connected and fixed through the shaft. At this time, the donut-shaped mechanism through which the fiber passes through the inner peripheral surface of the donut-shaped mechanism is fixed to the die barrel 19.
상술한 구조 및 코팅방법을 갖는 본 발명의 연속코팅방법 및 장치는 다음과 같은 방법으로 코팅 향상을 기할 수 있다.Continuous coating method and apparatus of the present invention having the above-described structure and coating method can improve the coating in the following method.
용융수지를 섬유에 코팅시키고자 하는 경우에, 일차적으로 상기 제4도의 수지 주입부(22)로부터 유입되는 수지와 과잉수지 유출부(30) 사이의 중량수지식을 통한 계산에 의해 주입되는 수지의 양을 제어하고, 이들 수지에 코팅시키고자 하는 섬유다발이 풀려 나오면서 발생시키는 섬유의 꼬임현상을 섬유꼬임방지장비(16)에 의해 최대한 억제함과 동시에 초기장력을 부여하여 다이 내부에서의 섬유코팅 효과를 극대화 시켜줄 수 있는 바, 이와같이 임의 장력이 부여된 섬유들이 예열기(17)를 통해 각각의 섬유필라멘트에 처리되어 있는 조제들이 분해되지 않으면서 주입된 수지(23)의 온도와 동일하게 예열시킴으로써 섬유의 표면에 접촉하게되는 수지가 섬유 표면으로의 코팅을 최대한 용이하게 하여 준다.In the case where the molten resin is to be coated on the fiber, the resin injected by the calculation through the weight balance equation between the resin flowing from the resin inlet 22 and the excess resin outlet 30 of FIG. The amount is controlled and the fiber twist effect is suppressed as much as possible by the anti-twisting device 16 and the initial tension is given to the fiber twist effect generated by the fiber bundle to be coated on these resins. In this way, the fibers given the arbitrary tension are preheated at the same temperature as the resin 23 injected without disassembling the preparations processed on the respective fiber filaments through the preheater 17. The resin that comes into contact with the surface makes the coating on the fiber surface as easy as possible.
예열된 다수의 섬유다발들이 상기 제5도에서 도시된 바와같이 첫 번째 접촉하게 되는 도너츠 형상기구(la)의 요철부위(26)를 만나게 됨으로써 항상 정해진 경로를 이동하게 되는데, 이와같이 고정된 요철부위를 이용하여 섬유다발의 위치를 고정하게 됨으로써 입구노즐부위(18)에서 발생할 수 있는 섬유와 금속표면과의 마찰을 방지할 수 있게 된다. 첫 번째 도너츠 형상 기구(la)의 내주면 부위를 통과한 섬유필라멘트는 두 번째 도너츠 형상 기구(1a)의 외주면 부위를 접촉하게 되면서 최대한 펼쳐지게 됨과 동시에 펼쳐진 섬유필라멘트들 사이로 수지가 스며들어 가게 되는데, 이때 스며들어가게 하는 수지의 양을 섬유꼬임장비(16)에 의한 장력, 펠렛타이져(25)에 부착된 끌어당김 장비에 의한 끌어당김 속도, 도너츠 형상 기구의 치수(r1,r2,r3) 및 배열(L1,L2) 등에 의해 조절할 수 있게 되고, 이와같이 수지침투가 잘 조절된 섬유들이 다시 세 번째의 도너츠 형상기구(1)의 내주 면 부위의 접촉에 의해 섬유필라멘트들을 집속함으로써 장력 부가에 의한 코팅향상 효과와 부드러운 원의 곡선을 따라 자연스런 섬유분산이 이루어져 강제적인 집속방법과는 달리 과다한 마찰 발생을 방지할 수 있게 된다.A plurality of pre-heated fiber bundles meet the concave-convex portion 26 of the donut-shaped mechanism la, which is first contacted, as shown in FIG. 5, and thus always move a predetermined path. By fixing the position of the fiber bundle by using it is possible to prevent the friction between the metal surface and the fiber that may occur in the inlet nozzle portion 18. The fiber filament that has passed through the inner circumferential surface portion of the first donut-shaped instrument la is unfolded as much as it comes into contact with the outer circumferential surface portion of the second donut-shaped instrument 1a, and resin penetrates between the unfolded fiber filaments. The amount of resin to be entered is tensioned by the fiber twisting equipment 16, the pulling speed by the pulling equipment attached to the pelletizer 25, the dimensions of the donut-shaped mechanism (r 1 , r 2 , r 3 ) and Arrangements L 1 , L 2 and the like can be adjusted, and thus the resin penetrating well-adjusted fibers concentrate the fiber filaments again by contacting the inner circumferential surface portion of the third donut-shaped mechanism 1. Due to the coating improvement effect and natural fiber dispersion along the curve of the smooth circle, unlike the forced focusing method, excessive friction can be prevented.
이와 같은 일련의 도너츠 형상기구들을 성형다이 내에 도입함으로써 수지의 섬유로서의 코팅효과를 극대화할 수 있고 동시에 이들 도너츠 형상 기구의 치수, 개수, 배열 등을 이용해 생산속도와 코팅효과간의 최적조건을 설정할 수 있게 된다. 이상의 잘 코팅된 섬유필라멘트들을 봉상의 스트랜드로 제조하기 위해서는 상기 제4도에 도시한 바와 같이 제일 마지막에 위치하는 도너츠 형상 기구(1a)의 내주면에 상기 제5도의 요철부위를 통과시켜 1차적으로 봉상의 모양을 만들고 다시 상기 제4도의 출구노즐부위(21)를 지나게 하여 2차성형을 한 뒤, 다이를 빠져나오는 봉상의 스트랜드(13)들을 수조(24)에 냉각시켜 고화시킨 뒤 펠렛타이져(25)를 이용해 2㎜ 이상의 일정한 길이로 봉상스트랜드를 제조할 수 있다.By introducing such a series of donut shaped devices into a molding die, it is possible to maximize the coating effect of the resin as a fiber, and at the same time, it is possible to set the optimum conditions between the production speed and the coating effect by using the dimensions, number and arrangement of these donut shaped devices. do. In order to manufacture the above well-coated fiber filaments into rod-like strands, the uneven portions of FIG. 5 are first passed through the inner circumferential surface of the donut-shaped mechanism 1a, which is located at the end as shown in FIG. After the second molding by passing through the outlet nozzle portion 21 of FIG. 4, the rod-like strands 13 exiting the die are cooled in the water tank 24 and solidified. 25) can be used to produce a rod-like strand to a constant length of 2mm or more.
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