KR100278254B1 - 장섬유 보강 수지 구조물의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 실제상 무한의 장섬유 집속체를 용융 수지 조(槽) 속에 침지시키는 동시에 장섬유를 양측으로부터 협지하는 위치에 배치된 한 쌍의 개섬 핀 사이를 어떠한 개섬 핀과도 접촉시키지 않고 통과시키면서 개섬하는 동시에, 생성된 장섬유 사이에 수지를 함침시켜 장섬유 보강 수지 구조물을 제조하는 방법이다. 또한, 당해 장섬유 보강 수지 구조체를 소정의 길이로 절단함으로써 주상체(住狀體)를 제조할 수 있다.

본 발명의 장섬유 보강 수지 구조체는 용융 수지가 소정량 저장되면서 유동하는 구역의 상류측의 말단 벽 또는 상류측에 위치하는 천판(天板)에 장섬유 집속체 도입구를 갖고, 용융 수지에 침지시키는 동시에 도입되는 장섬유 집속체가 비접촉 상태에서 통과하도록 대략 수직 방향으로 특정한 간격으로 배치된 적어도 1쌍 또는 복수 쌍의 개섬 핀을 갖고, 추가로 도입되는 장섬유 집속체를 한 쌍의 개섬 핀 사이에서 당해 개섬 핀에 비접촉 상태에서 통과하는 부형 노즐 및 장섬유 보강 수지 구조물의 인취기구를 갖는 개섬 수지 함유 장치로 제조할 수 있다.

Description

장섬유 보강 수지 구조물의 제조방법 및 제조장치

보강재로서 작용하는 장섬유 집속체를 개섬 및 수지 함침용 장치 내에 연속적으로 배열된 다수의 개섬(opening) 장치 표면과 지그재그 형태로 접촉(또는 이들을 장치 주변에서 작동시키고)시키는 동시에, 개섬된(또는 느슨해진) 장섬유를 용융 수지로 함침시킴으로써, 장섬유로 보강된 수지 함침 구조물을 제조하는 다수의 방법 및 장치가 이미 공지되어 있다. 예를 들어, 다양한 기술이 하기에 제시되는 특허공보에 기술되어 있다.

이의 기술로부터, 장섬유 집속체는 이들 기술 중의 하나로 이들을 개섬 및 수지 함침시키기 위한 (개섬) 핀 또는 (개섬) 로울(roll)과 접촉시킴을 알 수 있다. 그 결과, 장섬유는 상당한 정도로 손상되어 플러프(fluff)를 형성하기에, 안정하게 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물을 제조하기 어렵게 된다는 것이 입증되었다. 각각의 선행 기술이 이후에 보다 상세히 기술된다.

(R1) 일본 특허공보 제63(1988)-37694호(공보 명세서) 및 관련 심결문(심판 번호 제2(1990)-17153호)

공보 명세서 및 심결문은 밴드 형 패턴으로 배열된 보강 섬유 집속체를 인장력의 작용하에서 집속체와 스프레더(spreader)의 표면을 접촉시키면서, 스프레더를 통하여 통과시키는 동시에, 용융 점도가 100Ns/㎡ 미만인 열가소성 중합체를 보강 섬유 집속체와 스프레더 사이에 형성된 닙(nip)으로 공급함으로써, 섬유 집속체를 중합체로 함침시킴을 포함하는 방법을 기술하거나 제안하고 있다.

(R2) 일본 공개특허공보 제63(1988)-264326호(공보 명세서)

이 공보 명세서에서는, 웹 형태(출원인의 주: 이 용어는 "밴드 형"과 동일하다)인 섬유 집속체를 배열하거나 전개시킨 다음, 집속체를 용융 수지로 피복한 후에, 피복된 섬유 집속체를 개섬 및 수지 함침용 장치 내에서 특정 지그재그 차단 영역을 통해 통과시킴을 포함하는 함침법을 제안하고 있다.

(R3) 심사된 일본 특허공보 제5(1993)-68327호(공보 명세서)

이 공보 명세서는 용융 수지를 압출기의 보우 헤드(bow head)의 팁(tip)을 통하여 압출시키는 동시에, 인장력의 작용하에서 일련의 섬유를 보우 헤드를 통해 통과시키면서, 섬유를 보우 헤드와 접촉시킴을 포함하는 함침법을 제안하고 있다.

(R4) 일본 공개특허공보 제4(1992)-278311호(공보 명세서)

이 공보 명세서는 쵸킹 구조물(choking structure)을 개섬 및 수지 함침용 장치에서 섬유의 유동 경로에 따라 제공하고, 섬유를 쵸킹 구조물과 접촉시킴으로써, 섬유를 개섬시키는 동시에, 이들을 수지로 함침시키는 함침법을 제안하고 있다.

<(R1) 내지 (R4)에 대한 발명자의 견해>

이들 방법은 확실히 수지 함침 능력이 우수한, 단일 방향으로 보강된 수지 함침 구조물을 제공할 수 있다. 그러나, 이들 방법은 모두 섬유가 심하게 손상되는데, 이는 보강 섬유 집속체가 핀 또는 돌출 부분(주위)을 통하여 통과하면서, 집속체가 핀 또는 돌출 부분과 접촉되기 때문이다. 그 결과, 당해 방법들은 섬유의 파손으로 인하여 플러프(fluff)가 용이하게 형성되는 문제점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 플러프의 형성으로 의도하는 수지 함침된 구조물의 안정한 생산성이 저하되며, 궁극적으로 개섬 및 수지 함침용 장치가 고장나게 한다.

(R5) 일본 공개특허공보 제6(1994)-254857호(공보 명세서)

이 공보 명세서는 섬유 집속체를 다이 박스(die box)를 통하여 압축시키면서, 지그재그 형태인 다이 박스 내에 위치한 회전 로울에 대해 이를 압축시켜, 섬유의 개섬을 유도한 다음 수지를 공급하여, 섬유를 개섬함으로써 이를 수지로 함침시킴을 포함하는 함침법을 제안하고 있다.

이 방법은 로울을 회전시켜 섬유의 손상을 감소시키고, 제거 속도를 특정한 정도(20m/min)로 증가시킬 수 있도록 고안되었다. 그러나, 연구 결과, 섬유 집속체는 마찬가지로, 이 방법에서 로울과 접촉(또는 로울에 대해 압축)되면서, 이에 인장력을 가하게 된다. 따라서, 이 방법은 플러프를 형성하기가 용이하고, 여전히 안정한 생산성을 보장하기가 어렵다.

(R6) 일본 공개특허공보 제6(1994)-91645호(공보 명세서)

이 공보 명세서는 섬유 집속체를 S형 다이로 공급하여, 섬유 집속체가 인장력하에서 S형 영역의 돌출 부분(주위)을 통하여 통과하면서, 집속체가 이와 접촉되는 동시에, 돌출 부분의 끝에 형성된 배출 개구를 통하여 용융 수지를 방출함으로써, 집속체를 세 개의 위치에서 단계적으로 함침시킬 수 있도록 함을 포함하는 함침법을 제안하고 있다.

(R7) 일본 공개특허공보 제6(1994)-143440호(공보 명세서)

이 공보 명세서는 보강 섬유를 미리 가열한 다음, 이들을 용융 수지로 피복시키고, 섬유를 교대로 배열된 8개 이상의 돌출 부분(주위)을 통하여 통과시키면서, 섬유를 이와 접촉시킴을 포함하는 함침법을 제안하고 있다.

<(R6) 내지 (R7)에 대한 발명자의 견해>

이들 방법들은 보강 섬유를 단계적으로 함침시키는 방법 및 섬유를 미리 가열하는 방법과 같은 개선된 방법으로 인하여, 20m/min 이상의 인취 속도를 성취할 수 있다고 밝히고 있다.

그러나, 발명자의 연구 결과, 이들 방법은 종종 플러프를 형성함을 알았다. 따라서, 안정한 생산성을 보장하기가 어렵다. 이는 섬유 집속체가 인장력의 작용하에서 돌출 부분(주위)을 통하여 통과하면서 집속체가 이와 접촉되기 때문이다.

(R8) 일본 공개특허공보 제63(1989)-132036호(공보 명세서)

이 공보 명세서는 개섬 및 수지 함침용 장치 내에서 상부 로울과 하부 로울 사이에 형성된 공간에 수지와 함께 제공된 섬유 집속체를 공급함으로써 보강 섬유 집속체를 수지로 기계적으로 함침시켜, 집속체를 압축시킴을 포함하는 함침법을 제안하고 있다.

(R9) 일본 공개특허공보 제1(1989)-208118호(공보 명세서)

이 공보 명세서는 개섬 및 수지 함침용 장치 내에서 상부 로울과 하부 로울, 즉 볼록 로울과 오목 로울의 조합을 사용하여 수지와 함께 제공된 섬유 집속체를 압축시킴으로써 보강 섬유 집속체를 수지로 기계적으로 함침시킴을 포함하는 함침법을 제안하고 있다.

<(R8) 내지 (R9)에 대한 발명자의 견해>

전술한 각각의 기술에 있어서, 장섬유 집속체의 개섬 및 생성된 개섬 섬유 집속체를 수지로 함침시키는 과정은 모두 상부 로울과 하부 로울 사이의 접촉 지점에서만 집속체에 작용하는 압축력에 의해 수행되므로, 섬유와 로울 사이의 접촉 시간은 심지어 두 쌍 이상의 로울을 사용하더라도 아주 짧다. 결과적으로, 함침 능력의 개선에 대한 여지가 여전히 존재함을 알 수 있다. 또한, 섬유 집속체는 상부 로울과 하부 로울에 의해 직접 압축되므로, 집속체는 이의 개섬 동안에 심하게 손상된다. 그 결과, 섬유는 심하게 플러프를 형성하고, 생산성이 저하되는 것으로 밝혀졌다.

본 발명은 실제상의 무한 장섬유 집속체(長纖維 集束體)를 개섬(opening)시킨 다음, 생성된 개섬 집속체(開纖 集束體)를 수지로 함침시킴을 포함하는 수지 함침 구조물의 제조방법 및 장섬유로 이루어진 집속체를 개섬하는 동시에 이를 수지로 함침시키는 장치에 관한 것이다.

제1도는 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 수지 함침 구조물(장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물)의 제조를 위한 양태를 도시한 것으로, 장섬유 로우빙(roving)을 첫 번째 양태에 따른 장치의 상부 스트림 면 위의 말단 벽에 위치한 장섬유 집속체 도입용 개구를 통하여 장치로 도입시키는 본 발명의 첫 번째 양태에 따르는 장치의 수직 단면도이다.

제2도는 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 본 발명의 방법에 의해 제조되며, 이때 장섬유 로우빙을 상부 스트림 면 위의 장치의 상부 부분에서 장치로 도입시키는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한, 본 발명의 두 번째 양태에 따르는 장치의 양태의 수직 단면도이다.

제3도는 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한 본 발명의 세 번째 양태에 따르는 장치를 도시한 것으로, 보다 보다 구체적으로, 장섬유 로우빙을 장치의 상부 스트림 면 위의 말단 벽에 위치한 장섬유 집속체 도입용 개구를 통하여 장치로 도입시키고, 상부 개섬 핀은 하부 개섬 핀에 비하여 상부 스트림 면에 대해 평행하게 이동되는(한 면은 제외시킴) 양태에 따르는 장치의 수직 단면도이다.

제4도는 각각이 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 본 발명의 방법에 의해 제조되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한 본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치의 기본적인 양태의 수직 단면도이다.

제5도는 각각이 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 본 발명의 방법에 의해 제조되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한 본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치의 변형된 양태 1의 수직 단면도이다.

제6도는 각각이 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 본 발명의 방법에 의해 제조되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한 본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치의 변형된 양태 2의 수직 단면도이다.

제7도는 각각이 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 본 발명의 방법에 의해 제조되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한 본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치의 변형된 양태 3의 수직 단면도이다.

제8도는 장섬유 로우빙이 지그재그 형태인 단지 하나의 단일 연속만을 포함하는 개섬 핀 주위에서 작동하는, 비교실시예의 방법에 따라 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한 통상적인 개섬 및 수지 함침 장치의 종단면도이다.

제9도는 비교실시예의 방법에 따라 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한, 다른 양태에 따르는 통상적인 개섬 및 수지 함침 장치의 종단면도이다.

제10도는 비교실시예의 방법에 따라 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한, 또 다른 양태에 따르는 통상적인 개섬 및 수지 함침 장치의 종단면도이다.

제11도는 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 비교실시예의 방법에 의해 제조되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한 또 다른 양태에 따르는 통상적인 개섬 및 수지 함침 장치의 종단면도이다.

제12도는 비교실시예의 방법에 따라 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조를 위한, 다른 양태에 따르는 통상적인 개섬 및 수지 함침 장치의 종단면도이다.

[발명을 수행하는 최적의 양태]

장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조방법, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물로 구성된 주상체의 제조방법 및, 본 발명에 따르는 수지 함침 구조물의 제조를 위하여 사용되는 장치가 하기에서 구체적으로 기술될 것이다.

먼저, 본 발명에 따르는 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조방법 (이후에는, 종종 장섬유 보강 구조물이라고 함)은 본 발명에 첨부된 도 1을 참조로 설명한다.

도 1은 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물, 즉 장섬유 보강 수지 구조물의 제조를 위하여 사용되는 장치(본 발명의 첫 번째 양태에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치)의 수직 단면도이다.

도 1에서, 도면 부호 1은 장섬유 집속체(2)를 장섬유 집속체(2)의 이동 방향에 대하여 상부 스트림 면의 말단벽 위에서 장치(1)로 도입시키기 위한 개구(3) 및 장치(1)로부터 개섬되고 수지로 함침된 장섬유 보강 수지 구조물(7)을 연신시키기 위한, 장섬유 집속체(2)의 이동 방향에 대하여 하부 스트림 면의 다른 말단벽 위에 위치하는 형태 부여 노즐(6)이 제공된 제1 개섬 및 수지 함침 장치를 나타낸다.

도 1에 도시된 장치(1)에서, 장섬유 집속체 도입용 개구(3) 및 형태 부여 노즐(6)은 장섬유 집속체(2)가 장치(1)을 통하여 통과되는 도중에 개섬 및 수지 함침 됨으로써, 섬유 집속체가 장섬유 보강 수지 구조물(7)로 전환되는 경우에, 장섬유 집속체(2)가 장치(1) 내에 배열된 개섬 핀(4)와 접촉되지 않도록 하는 방식으로 형성된다.

장치(1)에서 사용되는 장섬유 집속체 도입용 개구(3)은 바람직하게는 장섬유 집속체(3)의 단면 형태, 즉 장방형에 부합되거나 상응하는 치수와 형태를 갖는다. 또한, 장섬유 집속체의 사용이 생성된 장섬유 보강 수지 구조물의 장섬유 함량에 있어서 불충분한 경우에, 서로에 대해 측면으로 및 평행하게 배열된 다수의 장섬유 집속체(2)가 이 장치(1)로 도입될 수 있다. 이러한 경우에, 섬유 집속체 도입용 개구(3)는 바람직하게는 한 줄로 측면으로 배열된 섬유 집속체의 단면 형태를 위하여 채택될 수 있는 장방형의 형태를 갖는다.

제1 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 있어서, 용융 수지 공급 시스템(도시되지 않음)에서 형성된 용융 수지는 장치(1) 위에 형성된 도입용 개구(5)를 통하여 제1 장치(1)로 도입된다. 압출기는 일반적으로 용융 수지 공급 장치로서 사용되며, 그 중에서도, 스크류 압출기가 통상 사용된다. 다양한 종류의 스크류 압출기가 본 발명에서 사용될 수 있으며, 1축 스크류 압출기 또는 다중 스크류 압출기(예: 2축 스크류 압출기)일 수 있다.

도 1에 도시된 장치(1)의 장섬유 집속체 도입용 개구(3)를 통하여 장치(1)로 도입되는 장섬유 집속체(2)는 "사실상 무한하다(substantially endless)". 이는 장섬유 집속체(2)가 장치(1)로 공급되는 경우에, 로우빙(roving)이라 불리우는 형태를 갖지만, 실제로 로우빙의 길이는 물론 유한하고, 길이가 약 m1 이하인 비교적 짧은 것은 아님을 의미하는 것이다.

장치의 작동시, 유리 섬유 로우빙(2)의 타래 마지막 부분은 로우빙의 첫 번째 타래의 완전한 소비 직전 단계에서 이어지는 로우빙의 처음 부분과 꼬이거나, 이에 연결됨으로써 장시간 동안 장치가 계속해서 작동될 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 개섬된 장섬유 집속체(2)는 무기 장섬유 집속체, 유기 장섬유 집속체 및 무기와 유기 섬유 집속체를 포함하는 복합 장섬유 집속체를 포함한다.

무기 장섬유 집속체 중에서, 유리 섬유가 가장 통상적으로 사용되며, 실리케이트에 속하는 E 유리는 이에 대한 유리 원료 물질로서 종종 사용된다. 그러나, 유리 원료 물질은 이러한 특정의 것으로 제한되지 않으며, 이의 예로는 물론, 용도에 따라 선택될 수 있는 포타시 유리, 내열 유리(예: 보로실리케이트 유리) 및 석영 유리를 포함하는 섬유가 포함된다. 다른 무기 섬유에는, 예를 들면, 금속 섬유, 암면 및 탄소 섬유가 포함된다.

한편, 유기 장섬유의 예로는 전방향족 폴리아미드(상표명: 아라미드 등)섬유, 전방향족 폴리에스테르[상표명: 케블라(Kevlar)] 섬유 또는 나일론 MXD6(m-크실릴렌디아민과 아디프산의 공중합체)이 있으며, 이들은 인장 강도, 휨(굴곡) 강도, 인장 충격 강도 및 내열성(높은 융점) 등의 물리적 특성이 우수하다.

이들 무기 및 유기 장섬유는 단섬유로서 뿐만 아니라, 다수의 단섬유를 결합제를 사용하여 집속체로 결합시킴으로써 각각 수득되는 로우빙의 형태로 사용된다.

본 발명은 또한, 한 예로서, 일반적으로 광범위하게 사용되는 유리 장섬유를 사용하여 설명할 것이지만, 보강재로서의 다른 장섬유가 유리 장섬유에 대해 채택된 것과 동일한 방식으로 사용될 수 있고, 단 특별한 요건이 만족되어야 하는 경우는 예외이다.

수지용 보강재로서 본 발명에서 사용되는 유리 장섬유는 통상의 유리 로우빙이며, 적절하게 평균 섬유 직경은 6 내지 30㎛의 범위이고, 결합된 섬유의 수는 500 내지 6000의 범위이며, 바람직하게는 평균 섬유 직경이 9 내지 23㎛이고, 단섬유(결합 섬유)의 수는 1000 내지 4000의 범위이다. 이러한 두 개 이상의 유리 로우빙이 용도에 따라 이들을 서로 합친 후에 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치(1)를 사용하여 제조한 장섬유 보강 수지 구조물에 존재하는 보강 섬유의 길이는 대략 장섬유 보강 수지 구조물의 것과 동일하다. 환언하면, 장섬유 보강 수지 구조물(7)은 실질적으로 무한 장섬유 집속체(2)를 개섬시켜 수지로 함침시킨 다음, 펄트루션(pultrusion)에 의해 제조되므로, 생성된 구조물의 섬유 길이는 일반적으로 구조물의 것과 동일하다.

또한, 개섬 및 수지 함침 장치(1)로 이렇게 도입되는 장섬유 집속체(2)는 하부 스트림 방향으로 움직이면서 개섬되는 반면에, 점차로 거의 단섬유로 전환된다. 본 발명에서 사용된 용어 "장섬유(continuous fiber)"의 개념은 일반적으로 개섬 및 수지 함침 장치(1)로 도입되는 "장섬유 집속체" 및 주요한 개섬 단계에 있는 "장섬유"로 이해한다.

개섬 및 수지 함침 장치(1)로 도입하고, 장섬유 집속체(2)를 개섬하면서 장섬유(2)를 함침시키기 위하여 사용되는 용융 수지로서, 열가소성 수지가 적절히 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 이러한 열가소성 수지의 예로는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지(나일론) 및 폴리에스테르 수지 등의 결정성 열가소성 수지가 있다. 이들 결정성 열가소성 수지는 단독으로 또는 이의 혼합물로 사용될 수 있다. 이들 결정성 열가소성 수지 중에서, 이들의 특성 및 가격 면에서 통상의 적용을 위한 폴리올레핀 수지가 바람직하다. 본 발명에서 사용된 용어 "폴리올레핀 수지"의 개념은, 예를 들면, 대개 탄소수가 약 2 내지 10인 α-올레핀의 결정성 단독 중합체 또는 공중합체; 두 개 이상의 이러한 결정성 단독 중합체를 각각 포함하는 조성물; 두 개 이상의 이러한 결정성 공중합체를 각각 포함하는 조성물 또는 하나 이상의 이러한 결정성 단독 중합체 및 하나 이상의 이러한 결정성 공중합체를 각각 포함하는 조성물로 이해한다.

탄소수가 2 내지 10인 α-올레핀의 예로는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐 및 1-데센이 포함되며, 이는 단독 중합되거나, 이들 중의 두 개 이상이 공중합될 수 있다.

이들 결정성 폴리올레핀(소위, "폴리-α-올레핀"이라 칭함) 중에서, 결정성 폴리프로필렌 수지가 실제 사용 면에서 가장 광범위하게 사용된다. 더욱이, 본 발명에 따라 제조된 장섬유 보강된 수지 구조물이 저온에서 사용되는 경우에, 폴리프로필렌 수지보다는 오히려 폴리에틸렌 수지가 바람직한 반면에, 고온 조건하에서 사용되면, 폴리-4-메틸-1-펜텐 수지가 적절하게 사용된다. 또한, 온도가 200 ℃보다 높은 조건하에서 사용되는 경우에, 내열성이 큰 다양한 종류의 폴리아미드 수지 또는 폴리에스테르 수지가 적절하게 사용된다. 본 발명에 유용한 폴리아미드 수지의 예로 개환 부가 중합형 나일론(예: 6-나일론) 및 중축합형 나일론(예: 6,6-나일론)이 있다. 또한, 구조물의 내열성이 보다 높아야 하는 경우에, 예를 들면, 반방향족(semi-aromatic) 폴리아미드 수지 또는 전방향족(all-aromatic) 폴리아미드 수지(아라미드 수지)가 사용되어 왔다. 바람직한 반방향족 폴리아미드 수지의 예로는 m-크실릴렌디아민 및 아디프산의 공중축합 중합체(소위, "나일론 MXD6"으로 불림)가 있으며, 바람직한 전방향족 폴리아미드의 예로는 m-크실릴렌디아민과 테레프탈산의 공중축합 중합체(예: "켈리미드(Kelimide)"라는 상표명으로 시판되는 것)가 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 폴리에스테르(수지)는 지방족 디올과 방향족 디카복실산의 공중축합물(copolycondensate)이며, 가장 통상적으로 사용되는 것은, 예를 들면, 에틸렌 글리콜[또는 "에틸렌 옥사이드(옥실란)"]과 테레프탈산의 공중축합물["폴리에틸렌 테레프탈레이트"("PET"로서 약칭함)]이다. 내열성이 보다 큰 폴리에스테르의 예로 1,4-부탄디올이 지방족 디올 성분으로서 에틸렌 글리콜 대신에 치환된 테레프탈산의 공중축합물["폴리-1,4-부탄디올 테레프탈레이트"("PBT"로서 약칭함)]이 있다.

전술한 제1 개섬 및 수지 함침 장치(1)에는 장섬유 집속체(2)가 핀과 접촉되지 않도록 원하는 거리로 내부에 배열된 한쌍 이상의 개섬 핀(41)이 제공된다.

쌍을 이룬 개섬 핀(41)을 구성하는 고정된 개섬 핀(4)은 장섬유 집속체(2)에 의해 혼입된 수지의 유동을 막아서 수지의 난류를 생성하는 기능을 실현하는데 필요한 부재 및 특성을 갖는다. 도 1에서, 장치에는 각각 개섬 핀(4)의 세로축에 대해 수직인 원형 단면을 갖는 고정된 개섬 핀이 제공된다. 전술한 원형 형태 이외에, 고정된 개섬 핀(4)의 단면 형태는, 예를 들면, 이의 끝이 절단되어 둥글게 됨으로써, 소위 "둥근 다각형 형태"라 불리우는 것과 같은 볼록 다각형 형태를 제공하는 삼각형 또는 사각형 형태일 수 있다. 이와 관련하여, 단면 형태는 마찬가지로, 그 중에서도 오히려 오각형, 육각형 또는 팔각형과 같이 다수의 꼭지점을 갖는 다각형 형태일 수 있거나, 가장 광범위한, 가능한 핀 영역에 의해 수지의 흐름을 막도록 하는 단면을 갖는 다각형 형태가 본 발명에서 효과적으로 사용된다.

핀은 원형 형태 이외에, 이의 하나의 꼭지점(또는 가장자리) 부분이 둥근 육각형, 팔각형 또는 십이각형과 같은 다각형의 단면, 즉 소위 "둥근 다각형 형태"의 단면을 가질 수 있다. 따라서, 핀은 가장 광범위한, 가능한 핀의 영역에 의해 수지 유동을 막을 수 있는 단면 형태를 가질 수 있다.

고정된 개섬 핀(4)의 표면은 보다 구체적으로 부드럽게 가공될 필요가 없으며, 예를 들면, 선반을 사용하여 막대를 간단히 절단하여 수득한 표면 평활도는 대부분의 경우에 충분할 수 있다. 또한, 삼각형의 단면을 갖는 고정된 개섬 핀(4)를 사용하는 경우에, 앵글 바아(angle bar)는 이의 가장자리가 상부 가장자리로서 작용(즉, 지붕의 형태로)되도록 배열함으로써 막대로부터 절단된 부분 대신에 대체될 수 있다.

도 1은 각각의 쌍이 상응하는 개섬 핀 쌍(41)을 만드는 고정된 개섬 핀 41u와 41d, 개섬 핀 42u와 42d 또는 고정된 개섬 핀 43u와 43d를 갖는, 세 세트의 쌍을 이루는 개섬 핀(41)을 포함하는 장치(1) 내에 세 개의 개섬 영역을 포함하는 양태를 도시한 것이다.

쌍을 이룬 개섬 핀(41)은 장섬유 집속체(2)의 이동 방향을 따라 상부 스트림 면으로부터 출발하여 배열됨으로써, 쌍을 이루는 고정된 개섬 핀(4)이 장섬유 집속체의 상부 및 하부면에 위치하도록 하며, 이때 핀(41)은 섬유 집속체의 진행 방향에 대하여 대략 수직이다. 이들 개섬 핀(4)은 일반적으로 개섬 및 수지 함침 장치(1)의 측벽(도시되지 않음)에 고정되며, 이 벽은 대략 섬유 집속체의 진행 방향에 대하여 수직이고, 장섬유 집속체(2)의 이동 방향에 평행하다.

본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치에 있어서, 용어 "상부 및 하부, 우측 및 좌측과 전면 및 후면" 등은 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위하여 단순히 사용되며, 장치(1)의 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다.

더욱이, 본 발명에서 사용된 용어 "개섬 단계(opening stage)"는 위에서 먼저 논의된 바와 같은 방법으로 개섬 및 수지 함침 장치로 도입되는 장섬유 집속체가 쌍을 이룬 개섬 핀 사이에 형성된 간극을 통하여 섬유 집속체가 점차 마지막 쌍의 개섬 핀을 통하여 개섬 통과되는 위치로 통과되는 시점으로부터 연장된 단계를 의미한다.

장섬유 집속체(2)는 고정된 이들 개섬 핀(4)과 모두 접촉됨이 없이 두 개의 고정된 개섬 핀(4) 사이에 형성된 간극을 통하여 이동되며, 형태 부여 노즐(6) 쪽으로 용융 수지로 이동된다. 따라서, 초기에 집속체의 형태인 장섬유는 장섬유 집속체(2)가 형태 부여 노즐(6) 쪽으로 하부 이동하는 도중에, 점차로 개섬된다. 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 용융 수지를 충전시키며, 수지는 섬유 집속체(2)의 개섬이 진행됨에 따라 개섬된 장섬유로 침투된다.

고정된 개섬 핀과 관련하여, 각각의 개섬 핀 쌍은 상부 및 하부 위치에 배열된 두 세트의 핀을 포함한다. 도 1에 있어서, 장섬유 집속체가 먼저 접하게 되는 한쌍의 개섬 핀(41)은 섬유 집속체(2) 위에 위치하는 고정된 개섬 핀(41u) 및 섬유 집속체(2) 아래에 위치하는 고정된 개섬 핀(41d)를 포함한다. 이들 고정된 개섬 핀(41u 및 41d)은 이들 사이에 간극을 형성하며, 간극은 섬유 집속체(2)가 이들 핀(41u 및 41d)과 접촉 없이 이를 통과할 수 있도록 하는 방식으로 고안되었다.

이러한 양태에 있어서, 이러한 고정된 개섬 핀(41u 및 41d)은 장섬유 집속체에 가장 근접하고 섬유 집속체에 대략 평행한 고정된 상부 개섬 핀(41u)의 표면 위의 평면("상부면(Pu)") 및 장섬유 집속체에 가장 근접하고 섬유 집속체에 대략 평행한 고정된 하부 개섬 핀(41d)의 표면 위의 평면("하부면(Pd)")을 연결하는 수직선의 길이(H: 이후에는, "제한 거리"로서 또한 칭함), 및 장섬유 집속체를 구성하는 단섬유의 평균 직경(D)가 일반적으로 수학식 1, 바람직하게는 수학식 2를 만족하도록 배열된다.

더욱이, 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 쌍을 이룬 개섬 핀이 제공되는 경우에, 고정된 개섬 핀(42u 및 42d) 사이의 제한 거리 및 고정된 개섬 핀(43u 및 43d) 사이의 제한 거리(H)는 장섬유 집속체(2)를 구성하는 단섬유 각각의 제한 거리 및 평균 직경(D)과 관계식: 10D ≤ H ≤ 500D, 바람직하게는 20D ≤ H ≤ 300D 를 만족하도록 하는 값으로 고정된다.

본 발명의 개섬 단계에 있어서, 개섬되는 장섬유 집속체(2)는 용융 수지로 함침시키면서, 개섬을 위한 장치로서의 한쌍의 개섬 핀(41)과의 접촉 없이, 용융 수지로 충전된 조(저장소 영역)를 통해 통과시킨다. 이를 위하여, 한쌍의 개섬 핀(41)의 제한 거리(H)는 개섬에 의해 형성된 단섬유의 평균 직경(D) 보다 충분히 큰 것이 중요하다. 전술한 요건이 만족되지 않으면, 장섬유 집속체(2)는 개섬 핀과의 접촉 없이 한쌍의 개섬 핀(41)을 구성하는 개섬 핀 사이에 형성된 간극을 통하여 통과되기가 상당히 어려워진다.

장섬유 집속체가 각각 섬유 집속체를 구성하는 단섬유의 결합수가 4000이고, 직경(D)가, 예를 들면, 약 17㎛으로 예상되는 유리 로우빙인 경우에, 제한 거리(H)의 범위는 일반적으로 170㎛ ≤ H ≤ 8500㎛, 바람직하게는 340㎛ ≤ H ≤5100㎛이다. 적어도 이들 중의 하나가 위에서 명시된 것과 상이한 섬유의 결합수 및 평균 직경을 갖는 다양한 장섬유 집속체 제품이 물론 제안되어 왔고, 오히려 단섬유의 평균 직경(D)가 9 내지 23 ㎛이고, 결합수가 1000 내지 4000의 범위인 많은 제품이 공지되어 있다.

장섬유 집속체(2)는 고정된 개섬 핀과의 접촉 없이 적어도 한 번에 개섬 핀 쌍을 통해 통과됨으로써 개섬된다.

도 1은 세 쌍의 개섬 핀(41)이 상부 스트림 면으로부터 시작하여 장섬유 집속체(2)의 이동 방향을 따라 배열된 양태를 도시하는 것이다. 이러한 장치(1)에서, 장섬유 집속체(2)는 고정된 개섬 핀(41u, 41d, 42u, 42d, 43u, 43d)과의 접촉 없이, 이들 세 쌍의 개섬 핀(3) 사이에 형성된 간극을 통하여 통과됨으로써 점차 개섬된다. 이와 관련하여, 장섬유 집속체(2)는 장치(1) 내로 충전된 용융 수지로 함침되면서, 섬유 집속체는 점차 개섬 단계를 통과하고, 이에 따라 본 발명에 따르는 장섬유 보강 수지 구조물(7)이 형성된다.

도 1에 제시된 바와 같은 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 있어서, 한쌍의 개섬 핀(41)은 바람직하게는 상부 개섬 핀(41u) 및 하부 개섬 핀(41d)을 포함하며, 이들이 이들의 상부 및 하부면으로부터 장섬유 집속체(2)를 샌드위치시키고, 회전되지 않으며, 또한 바람직하게는, 하부 방향에 대하여 세 쌍 이상의 핀이 체계적으로 제공되도록 하는 방법으로 배열된다.

더욱이, 5개 이상의 쌍을 이룬 개섬 핀이 바람직하게 제공되어, 개섬 정도 및 수지로 함침되는 개섬된 장섬유의 능력을 개선시킨다.

전술한 제조 장치에서 각각의 이웃하는 한쌍의 개섬 핀 사이의 최소 거리는 특별히 제한되지 않지만, 최소 거리(예: 고정된 개섬 핀(41u 및 41d)을 포함하는 한쌍의 개섬 핀 사이의 최소 거리 및 고정된 개섬 핀(42u 및 42d)을 포함하는 한쌍의 개섬 핀 사이의 최소 거리)는 각각의 개섬 핀이 원형 단면을 갖고 직경이 10mm인 막대의 경우를 예로서 고려할 때, 일반적으로 15mm 이상, 바람직하게는 25mm 이상의 수준으로 고정된다.

섬유 집속체(2)(로우빙)가 개섬되는 경우에, 장섬유 집속체(2)가 개섬 핀(4)과 접촉되는 방법이 통상적으로 사용되어 왔다. 그러나, 본 발명에서는, 장섬유 집속체(2)가 개섬되면서, 이것이 회전되지 않는 한쌍의 개섬 핀(41u 및 41d) 사이에 형성된 간극을 통하여 개섬 핀 표면과 전혀 접촉되지 않으면서, 용융 수지 저장 영역으로 통과된다. 수지는 장섬유의 개섬에 따라 개섬된 장섬유 사이에 형성된 공간으로 침투된다.

장섬유 집속체(2)는 섬유 집속체(2) 및 개섬된 장섬유가 핀과의 접촉 없이 고정된 개섬 핀(4) 근처에서만 진행될 지라도 충분히 개섬된다. 이러한 사실은 통상적인 이해에 반하는 것이다. 개섬 메카니즘이 아직까지 밝혀지지 않았지만, 용융 수지는 개섬 및 수지 함침 장치(1)를 통해 장섬유 집속체(2)가 통과되는 도중에 고정된 한쌍의 개섬 핀(4)의 상부 스트림 면 위에 생성됨을 알 수 있다.

이러한 사실로부터, 섬유 집속체(2)의 이동은 집속체의 이동 방향에 따라 이의 표면 근처에서 용융 수지의 유동에 의해 성취되는 것으로 예상된다. 동시에, 이렇게 생성된 수지 유동은 한쌍의 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u 및 4d)의 상부 스트림 면 벽에 충돌됨으로써, 유동 방향의 변화를 유발하고, 섬유 집속체로부터 벗어나서 수평축이 이의 중심으로서 작용하는 소용돌이를 생성한다.

고정된 개섬 핀(4u)를 한 예로서 고려하는 경우에, 수지 유동은 상부 스트림 면에 대한 반시계 방향 소용돌이(counterclockwise vortex flow)를 생성하고, 상부 스트림 면으로 되돌아 간 다음 강하되어, 장섬유 집속체(2)와 거의 수직으로 충돌하는 반면에, 고정된 하부 개섬 핀(4u) 근처의 수지 유동의 거동은 상부 개섬 핀 근처의 것과는 반대된다. 보다 구체적으로, 고정된 하부 유동 핀(4u)와 충돌하는 수지 유동은 시계 방향 소용돌이를 생성하고, 상부 스트림 면으로 되돌아 간 다음 상승되어, 장섬유 집속체(2)와 대략 상부 쪽에서 충돌한다. 따라서, 후자의 수지 유동은 집속체와 하부 쪽에서 충돌하는 수지 유동과 함께, 섬유 집속체(2)를 개섬시키는 작용을 하는 것으로 해석된다.

또한, 심지어 하기에서 상세히 기술될 세 쌍 이상의 고정된 개섬 핀(4)(각각의 쌍은 상부 및 하부 핀의 조합을 포함함)가 존재하는 다중 개섬 및 수지 함침 장치에 있어서도, 위에서 기술한 동일한 소용돌이가 각 쌍의 개섬 핀 근처에서 생성될 수 있으므로, 장섬유 집속체의 개섬은 소용돌이의 작용에 의해 수행되리라 여겨진다.

보다 구체적으로, 다음 요건이 본 발명의 방법에서 충족되어야 한다:

장섬유 집속체는 개섬 단계 도중에 핀과의 접촉 없이 개섬 핀 사이에 형성된 간극을 통하여 통과되며; 장섬유의 평균 직경에 대한 수직 거리(또는 제한 거리), 즉 쌍을 이루는 핀 사이의 거리의 비는 특정 범위로 고정되어야 하고; 장섬유 집속체는 이동 방향의 변화없이 개섬 도중에 대략 직선으로 진행되어야 한다.

위에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 있어서, 접촉되지 않는 개섬 및 함침법은 예상밖으로, 심지어 플러핑(fluffing)과 같은 다양한 결점으로 인하여 용이하게 실현될 수 있다고 결코 여겨지지 않는 고속 개섬 및 고석 인취시에도 높은 함침 능력 및 높은 생산성을 허용한다.

위에서 상세히 논의된 바와 같이, 본 발명에 따르는 장섬유 보강 수지 구조물 및 주상체는 본 발명에 따라 도 1에 제시된 첫 번째 개섬 및 수지 함침 장치를 사용하여 제조할 수 있지만, 장섬유 보강 수지 구조물은 마찬가지로, 본 발명에 따라 도 2에 제시된 두 번째 개섬 및 수지 함침 장치(11)를 사용하여 제조할 수 있다.

도 2에서, 도면 부호 11은 이러한 두 번째 개섬 및 수지 함침 장치를 나타내며, 이 장치에는 장섬유 집속체(2)를 섬유 집속체(2)의 이동 방향에서 상부 스트림 상판 위에서 제2 장치(11)로 도입시키기 위한 개구(3)가 제공된다.

장섬유 집속체 도입용 개구(3)을 통하여 두 번째 개섬 및 수지 함침 장치(11)로 도입되는 장섬유 집속체(2)의 이동 방향은 회전 핀(8)에 의해 변화시킴으로써, 섬유 집속체(2)가 고정된 이들 개섬 핀(4)과의 접촉 없이, 상부 및 하부 개섬 핀(41u 및 41d) 사이에 형성된 간극을 통하여 통과되고, 장섬유 보강 수지 구조물(7)의 형태로 형태 부여 노즐(6)을 통하여 인취될 수 있도록 한다.

도 2에서, 각 쌍의 개섬 핀의 위치 및 통상의 부재의 배열은 도 1에 도시된 것과 동일하며, 도 1에 제시된 것에 대해 통상적인 모든 부재는 동일한 도면 부호를 갖는다.

더욱이, 본 발명의 개섬 및 수지 함침 장치(11)에 있어서, 한쌍의 고정된 개섬 핀(4)는 도 3에 제시된 바와 같이, 반드시 수직으로 배열될 필요는 없다.

도 3에 제시된 바와 같이, 예를 들면, 한쌍의 고정된 개섬 핀은 마찬가지로, 대략 이의 수평 상태를 유지하면서 수평 방향으로 움직이는 섬유 집속체(2)를 상부 및 하부 방향으로부터 샌드위치시키는 개섬 핀 쌍(41)을 구성하는 고정된 상부 개섬 핀(41u)이 기울어진 위치에서 하부로부터 상부 스트림 면으로 섬유 집속체(2)와 접촉되는 반면에, 고정된 하부 개섬 핀(41d)은 기울어진 위치에서 상부 방향으로부터 하부 스트림 면으로 섬유 집속체(2)와 접촉되도록 하는 방법으로 장섬유 집속체(2)를 샌드위치시킬 수 있다.

동일한 방법으로, 고정된 하부 개섬 핀(42d 및 43d) 뿐만 아니라, 고정된 상부 개섬 핀(42u 및 43u)이 배열된다. 본 발명에서, 섬유 집속체(2)의 이러한 샌드위치된 상태를 "경사 샌드위칭(oblique sandwiching)"으로서 또한 칭한다.

따라서, 두 개의 고정된 개섬 핀 4u와 4d는 섬유 집속체(2)가 이러한 방법으로 경사지게 샌드위치되도록 배열되는 경우에, 도 3에 제시된 바와 같이, 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(41u 및 41d)는 섬유 집속체(2)가 움직이는 것에 수직인 면이 관계식: 대개는 -45° ≤ α ≤ +45° , 바람직하게는 -35° ≤ α ≤ +35° 를 만족하는 각도에서 고정된 개섬 핀(41u 및 41d)의 중심축을 모두 포함하는 평면 u-d를 교차하도록 배열된다.

따라서, 고정된 개섬 핀(4)이 도 3에 제시된 양태와는 대조적으로 장섬유 집속체(2)를 경사지게 샌드위치되도록 배열되는 양태로서, 고정된 하부 개섬 핀(41d)는 섬유 집속체(2)의 이동에 의해 생성되는 용융 수지 유동의 상부 스트림 면 위에 위치하는 반면에, 고정된 상부 개섬 핀(41u)은 섬유 집속체(2)의 이동에 의해 생성되는 용융 수지 유동의 하부 스트림 면 위에 위치한다. 이 경우에, 고정된 개섬 핀(42u, 43u) 뿐만 아니라, 고정된 다른 개섬 핀(42d, 43d)과 동일한 방법으로 배열된다.

더욱이, 확대된 양태에 있어서, 모든 고정된 개섬 핀(4)은 한쌍의 개섬 핀(41)에서 고정된 상부 개섬 핀(4u1) 및 고정된 하부 개섬 핀(4d1)이 이의 상부 스트림 및 하부 스트림 면으로부터 각각 섬유 집속체(2)를 샌드위치시키고, 다른 한쌍의 개섬 핀(42)에서 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(42u, 42d)이 이의 상부 스트림 및 하부 스트림 면으로부터 각각 섬유 집속체(2)를 샌드위치시키며, 세 번째 쌍의 개섬 핀(43)에서 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(43u, 43d)이 집속체(2)의 바로 위 및 바로 아래인 방향으로부터 각각 섬유 집속체(2)를 샌드위치시킬 수 있도록 배열될 수 있다. 도 2 및 도 3에서, 도 1에 도시된 것에 대해 통상적인 모든 부재는 동일한 도면 부호를 갖는다.

위에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 장섬유 보강 수지 구조물(7)은, 예를 들면, 도 1 내지 도 3에 도시된 개섬 및 수지 함침 장치를 사용하여 제조할 수 있지만, 하기에서 상세히 기술되는 다중 개섬 및 수지 함침 장치를 본 발명의 장섬유 보강 수지 구조물(7)의 제조방법에 사용할 수 있다.

본 발명의 방법에 사용되는 다중 개섬 및 수지 함침 장치는 적어도, 용융 수지 공급 시스템에서 형성된 용융 수지가 이를 통하여 유동되고, 용융 수지가 도입용 개구를 통하여 공급되며, 소정량으로 저장되는 영역; 침지용 영역의 상부 스트림 면에 배열된 말단벽 또는 상판에 위치한 장섬유 집속체를 도입시키기 위한 두 개 이상의 개구; 내부로 도입되는 장섬유 집속체가 핀과의 접촉 없이 용융 수지에 침지되고, 이를 통하여 통과될 수 있도록 영역 내에 대략 수직으로 위치하는 세 개 이상(세 쌍)의 고정된 개섬 핀(4); 도입용 개구(3)으로부터 영역으로 도입된 섬유 집속체(2)를 연신시키면서, 핀(4)와의 접촉 없이 개섬 핀(4) 사이에 형성된 공간을 통하여 집속체를 통과시키기 위하여 장섬유 집속체(2)의 이동 방향에 따라 하부 스트림 면에 위치한 형태 부여 노즐(6) 및 형태 부여 노즐로부터 연신되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물(7)을 위한 인취 시스템을 포함한다.

도 4는 제1 개섬 및 수지 함침 장치의 양태의 단면도이다.

다수의 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)가 도 4에 제시된 바와 같이, 본 발명에 따라 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)("다중 장치(1)"로서 약칭함)로 도입된다.

도 4에서, 상부에 위치하는 상부 장섬유 집속체(2u1)는 장치(1)의 좌측 측벽(1wl)에 위치한 상부 장섬유 집속체 도입용 개구(3u1)을 통하여 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)로 도입되는 반면에, 하부에 위치하는 하부 장섬유 집속체(2d1)는 장치(1)의 좌측 측벽(1wl)의 상부 장섬유 집속체 도입용 개구(3u1) 아래에 위치한 하부 장섬유 집속체 도입용 개구(3u1)을 통하여 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)로 도입된다. 이 양태에서 사용되는 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)은 도 1에 도시된 개섬 및 수지 함침 장치에서 사용된 것과 동일할 수 있다. 또한, 고정된 개섬 핀(4)의 형태, 구조, 재료 또는 크기 등은 도 1에 제시된 양태와 관련하여 위에서 논의한 것과 동일하다.

다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)은 도 1에 제시된 양태와 관련하여 위에서 기술한 바와 같이 용융 수지로 충전시킨다. 내부로 충전되는 용융 수지는 용융 수지 공급 시스템(도시되지 않음)에서 수득되며, 수지 도입용 개구(5)를 통하여 다중 장치(1)로 공급된다.

이러한 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)에는 대략 수직으로 배열되는 다수의 고정된 개섬 핀(4)이 제공된다. 보다 구체적으로, 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)은 고정된 상부 개섬 핀(4u1), 중간 개섬 핀(4m1) 및 고정된 하부 개섬 핀(4d1)을 포함하며, 이는 수직선으로 대략 배열된다. 이와 관련하여, 고정된 상부 개섬 핀(4u1) 및 중간 개섬 핀(4m1)은 상부 장섬유 집속체(2u1)이 이들 핀과의 접촉 없이 통과될 수 있는 간극을 형성하도록 배열된다. 고정된 중간 개섬 핀(4m1) 및 고정된 하부 개섬 핀(4d1)은 하부 장섬유 집속체(2d1)가 이들 핀과의 접촉 없이 통과될 수 있도록 위치한다. 상부 장섬유 집속체(2u1)에 있어서, 고정된 상부 개섬 핀(4u1) 및 중간 개섬 핀(4m1)은 쌍을 이루고, 상부 장섬유 집속체(2u1)의 개섬을 수행한다.

한편, 하부 장섬유 집속체(2d1)에 있어서, 고정된 중간 개섬 핀(4m1) 및 고정된 하부 개섬 핀(4d1)은 쌍을 이루고, 이들 두 개의 고정된 개섬 핀 사이에 형성된 간극을 통하여 통과되는 하부 장섬유 집속체(2d1)의 개섬을 수행한다.

본 발명의 다중 장치(1)에 고정된 개섬 핀(4)은 일반적으로 대략 원통형(중공형) 또는 칼럼형(고체) 몸체와 같은, 관형 또는 막대형 몸체(이후에는, 포괄적으로 "막대형 몸체(rod-like body)"라고 함)이다. 고정된 이들 개섬 핀(4)의 생성라인은 일반적으로 대략 직선이다. 더욱이, 고정된 개섬 핀(4)의 직경은 일반적으로 약 5 내지 50mm이며, 이의 길이는 주로, 본 발명의 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)의 양태 내부 치수와 동일할 수 있고, 예를 들면, 약 200 내지 500mm의 범위일 수 있으며, 단 고정된 개섬 핀(4)의 길이는 또한, 평행하게 배열된 로우빙의 수(수평으로 배열된, 장치로 동시에 도입되는 로우빙의 수)에 의해 영향을 받는다.

더욱이, 쌍을 이루는 고정된 상부 개섬 핀(4u), 고정된 중간 개섬 핀(4m) 및 고정된 하부 개섬 핀(4d)는 장섬유 집속체(2u1, 2d1)가 진행됨에 따라 이들이 회전되지 않도록 하는 방법으로 고정된다. 고정된 이들 개섬 핀(4u, 4m 및 4d)이 장치에 회전되지 않도록 고정된다는 사실은 상부 스트림 면에서 용융 수지의 소용돌이를 생성하기 위하여 매우 중요하다.

그러나, 보다 강력한 소용돌이가 고정된 상부 개섬 핀(4u)과 고정된 중간 개섬 핀(4m)을 포함하는 쌍을 이룬 개섬 핀 및, 고정된 중간 개섬 핀(4m)과 고정된 하부 개섬 핀(4d)를 포함하는 쌍을 이룬 개섬 핀의 상부 스트림에서 생성되어야 하는 경우에, 고정된 이들 개섬 핀(4u, 4m 및 4d)는 장섬유 집속체(2u1, 2d1)의 진행 벡터에 대해 반대인 벡터를 생성하기에 충분한 각속도에서 회전되며, 이러한 양태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.

본 발명의 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 있어서, 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)는 각각 도 4의 좌측 측벽(1wL)에 위치한 상응하는 장섬유 집속체 도입용 개구(3u1 또는 3d1)을 통하여 우측으로부터(하부 스트림 면) 장치로 도입되며, 섬유 집속체는 고정된 개섬 핀(4u1, 4m1 및 4d1)과의 접촉 없이, 함께 쌍을 이루는 두 개의 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u1 및 4m1)에 의해 샌드위치되는 통로를 통하여 통과하거나, 함께 쌍을 이루는 고정된 개섬 핀(4m1 및 4d1)에 의해 샌드위치되는 통로를 통하여 통과함으로써 개섬되고, 용융 수지는 이렇게 분리된 다수의 장섬유로 및/또는 이들 사이에 침투된다. 이와 관련하여, 상부 및 하부 개섬 핀(4u1 및 4d1)이 모두 회전 가능한 경우에는, 중간 고정 개섬 핀(4m1)이 일반적으로 고정되어 회전 운동이 유발되지 않도록 한다.

본 발명의 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)에서의 주요 개섬 단계에 있어서, 개섬되는 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)는 고정된 개섬 핀(4)과의 접촉 없이 용융 수지를 통하여 통과되고, 한쌍의 개섬 핀을 구성하는 고정된 개섬 핀(4) 중의 어느 하나로부터 특정 범위내에 속하는 거리로 떨어져 있다. 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)가 통과되는 한쌍의 개섬 핀 사이에 형성된 간극은 장섬유 집속체(2)가 위에서 기술한 바와 같이 특정의 고정된 개섬 핀(4)과 접촉되지 않음에도 불구하고, 섬유 집속체의 개섬이 보장되도록 하기 위하여 원하는 범위에 속하는 것이 바람직하다. 특정한 한 쌍의 개섬 핀을 구성하는 핀 사이의 수직 거리(H)는 본 발명에서 "제한 거리(definition distance)(H)"로서 명시된다. 개섬되는 장섬유 집속체(2)을 구성하는 단섬유의 제한 거리(H)와 평균 직경(D)은 바람직하게는 부등호로 표시되는 다음의 관계식을 만족한다.

즉, 장섬유의 제한 거리 H와 평균 직경 D 사이에는 일반적으로는 수학식 1, 바람직하게는 수학식 2가 성립한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

본 발명의 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 있어서, 대략 수직 방향으로 배열된 세단계의 개섬 핀(4u, 4m 및 4d)를 선택하는 경우에, 상부 및 중간 고정 개섬 핀(4u 및 4m)이 쌍을 이루며, 중간 및 하부 고정 개섬 핀(4m 및 4d)가 쌍을 이룬다. 이 경우에, 전자의 쌍의 제한 거리(Hu) 및 후자의 쌍의 제한 거리(Hd)는 동일하거나 상이할 수 있다. 본 발명의 효과, 즉 "플러핑을 유발하지 않는 개섬 및 함침"은 종종 장섬유 집속체(2)의 개섬이 진행됨에 따라 거리(H)를 감소시킴으로써 특정 쌍에서 확실히 성취될 수 있다.

도 4에는, 세 개(또는 세 단계)의 고정된 개섬 핀(4)이 수직 방향으로 배열된 양태를 도시하고 있다. 수직 방향으로 배열된 고정된 개섬 핀(4)는 물론, 3개 이상(또는 3단계), 바람직하게는 3 내지 5개일 수 있다.

도 4에서, 세 개(홀수)의 고정된 개섬 핀(4)은 수직 방향으로 배열됨으로써, 고정된 중간 개섬 핀(4m1)은 상부 장섬유 집속체(2u1)에 대한 쌍을 구성하는 고정된 하부 개섬 핀으로서 뿐만 아니라, 하부 장섬유 집속체(2d1)에 대한 쌍을 구성하는 고정된 상부 개섬 핀으로서 작용하지만, 짝수의 고정된 개섬 핀(4)가 수직 방향으로 배열되는 경우에는, 개섬 핀 쌍이 각각 두 개의 특별히 고안된 고정된 개섬된 핀으로부터 형성될 수 있다.

도 4에 제시된 양태는 세 개의 고정된 개섬 핀이 수직 방향으로 배열되고, 각 그룹의 핀이 수직 방향을 따라 배열됨으로써 쌍을 이룬 개섬 핀을 제공하는 두 개의 고정된 개섬 핀의 부가 그룹은 장섬유 집속체(2)의 이동 방향을 따라 하부 스트림 면에 제공되는 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 상응한다. 고정된 개섬 핀의 제2 그룹은 4u2, 4m2 및 4d2로 표시되는 세 개의 고정된 개섬 핀을 포함하며, 고정된 개섬 핀의 제3 그룹은 4u1, 4m1 및 4d1으로 표시되는 세 개의 고정된 개섬 핀을 포함한다. 고정된 개섬 핀의 이들 제2 및 제3 그룹에 있어서, 각각의 고정된 개섬 핀에 대한 설치 위치는 고정된 개섬 핀의 제1 그룹과 관련하여 위에서 기술한 것과 유사하다. 도 4는 고정된 개섬 핀의 세 개의 그룹이 제공된 다중 개섬 및 수지 함침 장치를 나타내지만, 장치는 물론, 고정된 개섬 핀의 1 내지 3개의 그룹 또는 4개 이상의 그룹, 바람직하게는 5개 이상의 고정된 개섬 핀의 그룹이 제공될 수 있다.

전술한 방법으로 배열된 개섬 핀 사이에 형성된 간극(H)를 통하여 통과함으로써 개섬되는 동시에, 수지로 함침되는 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)은 두 단계로, 즉 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)의 하부 스트림 말단벽(1wR)에 형성된 상부 및 하부 형태 부여 노즐(6u1 및 6d1)을 통하여 제거됨으로써, 장섬유 보강된 수지 구조물(7u1 및 7d1)이 제공된다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 사용된 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)은 상부 스트림 말단벽(1wL), 하부 스트림 말단벽(1wR), 이의 우측 및 좌측 측벽(도시되지 않음), 바닥판(1wB) 및 상판(1wA)으로 구성된 저장 부분; 상부 스트림 말단벽(1wL)에 형성된 다수의 장섬유 집속체 도입용 개구(3u1 및 3d1); 수직 방향을 따라 배열된 세 개 이상의 고정된 개섬 핀(4u1, 4m1 및 4d1)을 포함하는 쌍을 이루는 개섬 핀 및 쌍을 이루는 개섬 핀을 통하여 통과함으로써 개섬되고, 수지로 함침되는 장섬유 집속체(2)를 제거하기 위한 하부 스트림 말단 벽(1wR)에 형성된 형태 부여 노즐(6u1 및 6d1)을 포함한다. 본 발명의 다중 개섬 및 수지 함침 장치(11)에 있어서, 장섬유 집속체 도입용 개구(3)는 도 5에 제시된 바와 같이 상판(1wA)에 형성될 수 있다. 장섬유 집속체 도입용 개구(3)이 상판(1wA)에 형성되는 경우에, 장치로 도입되는 장섬유 집속체(2)의 이동 방향을 섬유 집속체(2)가 처음 한 쌍의 개섬 핀과 접하기 전에 집속체가 고정된 개섬 핀과 접촉되지 않는 방향으로 변화시킴으로써, 핀(4)과의 접촉 없이 고정된 개섬 핀(4) 사이에 형성된 간극을 통하여 통과되어 섬유 집속체를 개섬시킨 후에, 형태 부여 노즐(6)을 통하여 개섬된(필라멘트화된) 섬유 집속체(2)를 인취해야 한다.

도 5에서, 도면 부호 11은 이러한 두 번째 다중 개섬 및 수지 함침 장치를 나타내며, 장치에는 섬유 집속체(2)의 이동 방향에 따라 상부 스트림 면 위의 상판(1wA)에 형성되는 두 번째 다중 개섬 및 수지 함침 장치(11)로 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)을 도입시키기 위한 개구(3)가 제공된다.

또한, 장섬유 집속체 도입용 개구(3)를 통하여 두 번째 개섬 및 수지 함침 장치(11)로 도입되는 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)의 이동 방향은 회전 핀(8u 및 8d)에 의해 변화시킴으로써, 섬유 집속체가 이들 핀과의 접촉 없이, 고정된 상부와 중간 개섬 핀(4u1 및 4m1) 사이 및 고정된 중간과 하부 개섬 핀(4m1 및 4d1) 사이에 형성된 간극을 통하여 통과되고, 형태 부여 노즐(6u1 및 6d1)을 통하여 인취될 수 있도록 한다. 이들 회전 핀(8)의 수는 일반적으로 다중 장치(11)로 도입되는 상응하는 장섬유 집속체(2)의 수에 따라 결정된다.

더욱이, 도 6은 상부 스트림 말단벽(1wL)에 형성된 다수의 장섬유 집속체 도입용 개구(3u1 및 3d1)이 제공된 세 번째 다중 개섬 및 수지 함침 장치(12)를 나타내고 있는데, 여기서 도 4에 제시된 장치와 관련하여 위에서 설명한 것과 동일한 방법으로 장치로 도입되는 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)는 고정된 개섬 핀(4)과의 접촉 없이 장치를 통해 통과됨으로써 개섬된 다음, 단일 장섬유 보강 수지 구조물(71)은 형태 부여 노즐(61)을 통하여 단위화된 단일체 형태로 인취된다.

세 번째 다중 개섬 및 수지 함침 장치(12)의 경우에, 하부 스트림 회전 핀(9u1 및 9d1)을 고정된 최종 개섬 핀(4u1, 4m1 및 4d1)의 하부 스트림 면 위의 장치로 고정시킴으로써, 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)가 고정된 개섬 핀(4)과의 접촉 없이 고정된 개섬 핀(41, 42 및 43)을 포함하는 쌍을 이루는 개섬 핀 사이에 형성된 간극을 통하여 통과한 다음, 형태 부여 노즐(61)을 통하여 단일 장섬유 보강 수지 구조물(71)로서 섬유 집속체를 인취할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 다중 개섬 및 수지 함침 장치 등에 있어서, 쌍을 이루는 고정된 개섬 핀(4u, 4m 및 4d)은 장섬유 집속체(2)의 이동 방향에 대해 수직인 방향으로 배열될 필요가 없다.

도 7은 고정된 개섬 핀(4)가 장섬유 집속체(2)의 이동 방향에 대해 수직인 면 위의 위치로부터 이동(이탈)된 위치에 배열되는 양태에 상응하는 네 번째 다중 개섬 및 수지 함침 장치(13)를 나타내는 것이다.

보다 구체적으로, 도 7에서, 쌍을 이루는 개섬 핀(4)에 있어서, 두 개의 고정된 개섬 핀(41)은 쌍을 이루고, 고정된 이들 개섬 핀(4u1, 4m1 및 4d1)은 일반적으로 회전되지 않도록(회전 운동이 없음) 이에 거의 수직인 개섬 및 수지 함침 장치의 측벽에 고정된다. 환언하면, 개섬 핀 쌍을 이루는 이들 고정된 개섬 핀(4u1, 4m1 및 4d1)의 설치 위치는 고정된 개섬 핀(4)의 중심축이 섬유 집속체가 이동되는 면에 대해 대략 수직인 면내에서 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)에 대해 대칭이 되도록 하는 방법으로 선택된다.

그러나, 섬유 집속체(2u1 및 2d1)가 고정된 개섬 핀(4)과 접촉되지 않도록 하는 방법으로 이들 쌍을 이루는 개섬 핀을 배열하는 것이 충분하고, 섬유 집속체(2u1 및 2d1)의 개섬은 섬유 집속체 2u1 및 2d1이 고정된 개섬 핀 4u1과 4m1 사이 및 고정된 개섬 핀 4m1과 4d1 사이에 형성된 두 개의 간극 Hu와 Hd를 통하여 통과 되면서 하부 스트림 면으로 이동되는 경우에, 용융 수지의 유동에 의해 영향을 받는다.

환언하면, 도 7에 제시된 바와 같이, 대략 수평 상태를 유지하면서, 수평 방향을 따라 이동되는 장섬유 집속체(2u1 및 2d1)를 상부로 또는 하부로 샌드위치시키는 고정된 개섬 핀(4u1, 4m1 및 4d1)은, 예를 들면, 상부 스트림 및 하부 스트림 방향으로 각각 다소 이동된 위치로부터 섬유 집속체(2u1 및 2d1)에 근접하도록 고안될 수 있다. 보다 구체적으로, 고정된 개섬 핀은 마찬가지로, 고정된 개섬 핀(4u1)이 다소 상부 스트림 면으로부터 섬유 집속체(2u1)로 근접하는 반면에, 고정된 개섬 핀(4m1)은 다소 하부 스트림 면으로부터 섬유 집속체(2u1)로 근접하고, 고정된 개섬 핀(4m1)이 다소 하부 스트림 면으로부터 섬유 집속체(2d1)로 근접하는 반면에, 고정된 개섬 핀(4d1)은 다소 상부 스트림 면으로부터 섬유 집속체(2d1)로 근접하도록 하는 방법으로 배열될 수 있다. 본 발명에 있어서, 섬유 집속체(2)를 샌드위치시키는 양태는 하기에서 "다중 경사 샌드위칭(multiple oblique sandwiching)"으로서 또한 칭한다.

그리하여, 고정된 개섬 핀이 이러한 방법으로 장섬유 집속체를 경사지게 샌드위치시키도록 다수의 고정된 개섬 핀이 배열되는 경우에, 도 7에 제시된 바와 같이, 수직 방향을 따라 서로 인접한 두 개의 고정된 개섬 핀(4u)는 섬유 집속체(2)가 움직이는 것에 수직인 면이 관계식: 대개는 -45° ≤ α ≤ +45° , 바람직하게는 -35° ≤ α ≤ +35° 를 만족하는 각도 "α"에서 이들 고정된 개섬 핀의 중심축을 모두 포함하는 면을 교차하도록 배열된다.

그러므로, 고정된 개섬 핀이 장섬유 집속체의 이러한 다중 경사 샌드위칭을 실현하도록 배열되는 양태로서, 고정된 하부 개섬 핀은 도 7에 제시된 양태와는 다른 위치에서 설치될 수 있다. 또한, 전술한 내용은 도면 부호(4u1, 4m1 및 4d1)로 표시되는 고정된 개섬 핀의 설치 위치를 기본으로 하여 기술되었다. 장섬유 집속체가 다중 경사 샌드위칭되는 경우에, 다른 고정된 개섬 핀이 위에서 기술한 것과 동일한 방법으로 배열된다.

또한, 도 5 내지 도 7에 있어서, 도 4에 도시된 것과 동일한 모든 부재는 동일한 도면 부호를 갖는다.

주상체는 바람직하게는, 전술한 개섬 및 수지 함침 장치 또는 다중 개섬 및 수지 함침 장치의 하부 스트림 면에 위치한 형태 부여 노즐을 통해 인취된 장섬유 보강 수지 구조물을 냉각시킨 후에, 수지 함침 구조물은 형태 부여 노즐에 인접하게 배열된 구조물을 절단하기 위한 장치(도시되지 않음)를 사용하여 원하는 길이를 갖는 조각으로 절단함으로써 제조할 수 있다. 주상체의 일반적인 평균 길이의 범위는 3 내지 50mm, 바람직하게는 5 내지 25mm이다. 이러한 길이를 갖는 주상체는 대부분의 적용시 사용될 수 있다. 절단 장치는 전술한 특정한 것으로 제한되지 않는다. 대개는, 개섬 및 수지 함침 장치로부터 인취한 장섬유 보강 수지 구조물은 물로 냉각시킨 다음, 스트랜드 절단기를 사용하여 단편으로 절단하여 주상체를 수득한다.

[장섬유 보강된 수지 구조물]

개섬 및 수지 함침 장치 내에서 용융 수지로 함침된 장섬유는 적절히 선택된 형태 부여 노즐을 통하여 장치로부터 인취되고, 경우에 따라, 다른 형태 부여 노즐 또는 형태 부여 로울을 통하여 진행됨으로써 장섬유 보강된 수지 구조물에 다양한 형태를 부여할 수 있다.

장섬유 보강된 수지 구조물은, 예를 들면, 막대형 형태(이는 종종 스트랜드 또는 막대로서 언급될 수 있다)(예: 원형 또는 네모의 단면을 갖는 막대); 테이프 형 몸체; 시트형 몸체; 판 물질 및 다른 다양한 형태의 단면과 같은 다양한 형태를 갖는 다양한 물질일 수 있다. 이들 장섬유 보강된 수지 구조물은 그 자체로 또는 재가열에 의해 원하는 형태로 성형한 후에 다양한 용도에 사용될 수 있다. 더욱이, 원형 단면을 갖고 직경이 약 1 내지 3mm인 막대를 절단하여 수득한 주상체는 사출 성형 또는 압출 성형용 물질로서 사용될 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 통상적인 기술과 관련된 다양한 단점을 제거하고, 높은 수준의 안정한 생산성을 유지하면서, 높은 인취 속도로 장섬유로 보강된 연속 수지 함침 구조물을 계속해서 제조하는 기술을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치(이후에는, 종종 "본 발명의 장치"라고 함) 뿐만 아니라, 본 발명의 전술한 기술 내용(이후에는, 종종 본 "발명의 방법"이라고 함)과 같은 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 장섬유 집속체를 용융 수지 욕에 침지시키는 동시에, 장섬유 집속체를 장섬유가 핀과의 접촉 없이 핀에 의해 샌드위치되는 방식으로 집속체의 양면에 위치하는 한 쌍의 개섬 핀 사이에 형성된 간극(공간)을 통해 통과시킴으로써, 섬유가 개섬되어 개섬된 섬유 집속체가 함침되도록 하는, 사실상 무한 장섬유 집속체를 개섬시키면서 집속체를 용융 수지로 함침시킴을 포함하는, 실질적으로 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 장섬유 집속체를 용융 수지 욕에 침지시키는 동시에, 장섬유가 핀과의 접촉 없이 핀에 의해 샌드위치되는 방식으로 집속체의 양면에 위치하는 한 쌍의 개섬 핀 사이에 형성된 간극(공간)을 통해 통과시킴으로써, 섬유가 개섬되어 개섬된 섬유 집속체가 수지로 함침되도록 한 다음, 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강된 생성된 수지 함침 구조물을 원하는 길이의 단편으로 절단하는 단계를 포함하는, 실질적으로 단일 방향으로 배열된 장섬유에 의해 보강되고, 사실상 무한 장섬유 집속체를 개섬시키면서 집속체를 용융 수지로 함침시킴으로써 제조되는 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물로 구성된 주상체의 제조 방법이 또한 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 용융 수지 공급 시스템에서 형성된 용융 수지가 이를 통하여 유동되고, 용융 수지가 도입용 개구를 통하여 공급되며, 소정량으로 저장되는 영역; 영역의 상부 스트림 면에 배열된 말단 벽 또는 상판에 위치한 장섬유 집속체 도입용 개구; 내부로 도입되는 장섬유 집속체가 핀과의 접촉 없이 용융 수지에 침지되고, 이를 통하여 통과될 수 있도록 영역 내에 대략 수직으로 위치하는 한 쌍 이상의 개섬 핀; 도입용 개구로부터 영역으로 도입된 섬유 집속체를 연신시키면서, 핀과의 접촉 없이 쌍을 이룬 개섬 핀 사이에 형성된 공간을 통하여 집속체를 통과시키기 위한 장섬유 집속체의 이동 방향에 따라 하부 스트림 면에 위치한 형태 부여 노즐 및 형태 부여 노즐로부터 연신되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물을 위한 인취기구(take-off mechanism)를 적어도 포함하는, 단일 방향으로 배열된 보강 섬유 및 이들 사이에 존재하는 수지를 포함하는 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물을 제조하기 위한 장치(개섬 및 수지 함침용 장치)가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 용융 수지 공급 시스템에서 형성된 용융 수지가 이를 통하여 유동되고, 용융 수지가 도입용 개구를 통하여 공급되며, 소정량으로 저장되는 영역; 침지용 영역의 상부 스트림 면에 배열된 말단 벽 또는 상판에 위치한 장섬유 집속체를 도입시키기 위한 두 개 이상의 개구; 내부로 도입되는 장섬유 집속체가 핀과의 접촉 없이 용융 수지에 침지되고, 이를 통하여 통과될 수 있도록 영역 내에 대략 수직으로 위치하는 세 개 이상의 개섬 핀; 도입용 개구로부터 영역으로 도입된 섬유 집속체를 연신시키면서, 핀과의 접속 없이 개섬 핀 사이에 형성된 공간을 통하여 집속체를 통과시키기 위한 장섬유 집속체의 이동 방향에 따라 하부 스트림 면에 위치한 형태 부여 노즐 및 형태 부여 노즐로부터 연신되는, 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물을 위한 인취기구를 적어도 포함하는, 단일 방향으로 배열된 보강 장섬유 및 이들 사이에 존재하는 수지를 포함하는 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물을 제조하기 위한 장치(다중 개섬 및 수지 함침용 장치)가 제공된다.

본 발명은 이후에 예로서, 본 발명의 개섬 및 수지 함침 장치(1)을 사용하여 장섬유에 의해 보강되는, 단일 방향으로 보강된 수지 구조물의 제조방법을 고려하면서 기술할 것이다.

(1) 수지에 의한 함침 능력

스트랜드 또는 막대형 등의 형태인 생성된 단일 방향으로 보강된 수지 구조물은 길이가 약 100mm인 조각으로 절단한 다음, 이의 한 말단(10mm)을 프로판올 중의 메틸 레드 용액(염산 1㎖를 발색 지시제로서의 메틸 레드의 포화 프로판올 용액 50㎖에 가하여 용액의 pH를 조절하고, 이에 따라 이의 발색 능력을 개선시켜 수득한 용액)에 30분 동안 침지시킨 다음, 발색 지시제 용액의 상승된 액체 표면 수준을 측정한다. 따라서, 액체 표면의 수준이 낮은 샘플은 수지 함침 능력이 우수한 것으로 정의된다. 측정된 각각의 값은 10개의 샘플에 대해 관찰된 10개의 독립적인 측정치의 산술평균이다. 상세한 평가는 표 1에 제시되어 있다.

다음 표 1 및 2에 제시된 측정 및 평가에 대한 평가 기준은 다음과 같다:

(1.1) 액체 표면의 높이(mm) 평가

20 미만 우수함

20 이상 내지 40 미만 양호함

40 이상 내지 60 미만 양호하지 않음

60 이상 내지 80 미만 불량함

80 이상 허용되지 않음

(1.2) 굴곡 강도(㎫): JIS K-7203에 따름.

(1.3) 안정한 생산성(이는 형태 부여 노즐을 통하여 통과된 후에 플러핑을 유발하는 수를 기준으로 평가한다)

관찰되지 않음 우수함

1 이상 내지 5 미만 양호함

5 이상 내지 10 미만 양호하지 않음

11 이상 불량함

중단 발생 허용되지 않음

(1.4) 연결 부분의 통과에 대한 견해(보다 구체적으로, 고정된 개섬 핀 사이의 간극을 통하여 통과되는 경우에 연결 부분의 거동)

문제없이 통과됨 양호한 상태

분리에 의해 중단 분리

(본 발명에서 사용된 용어 "연결 부분(connected portion)"은 두 개 이상의 섬유가 서로에 대해 부가되는 유리 섬유 로우빙의 꼬인 말단 부분을 의미한다).

[실시예 1]

5개의 유리 섬유 로우빙(2)[평균 단섬유 직경: 17㎛, 텍스: 2310g/㎞; 다발수(number of bundling): 4000]을 평행한 방향으로 배열하고, 슬릿 형 섬유 공급 개구(3)를 통하여 도 1에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(1)로 공급하여, 장치를 통해 진행시킨 다음, 하부 스트림 면으로부터 계속해서 인취한다. 동시에, 개질된 폴리프로필렌의 용융물[결정의 융점(Tm: DSC법으로 측정함): 160℃; MFR(21.2N; 230℃): 130g/10min; 말레산 무수물로 개질됨]을 압출기(도시되지 않음)를 통하여 장치(1)로 도입시키고, 필라멘트화 장섬유(2F)를 용융 수지로 충분히 함침시킨다.

세 쌍의 고정된 개섬 핀(41u 및 41d),(42u 및 42d) 및 (43u 및 43d)의 각각에 있어서, 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u) 및(4d) 사이의 제한 거리(틈새)는 모두 (H41, H42 및 H43) 1mm(=60D)로 고정한다. 개섬 및 수지 함침 장치(1)의 온도는 270℃로 조절하고, 유리 장섬유에 의해 단일 방향으로 보강된 수지 함침 구조물(7)은 막대 형태로 30m/min의 속도로 인취한다.

장치는 약 10시간 동안 로우빙의 로울당 약 2.5시간의 속도로 작동시키면서, 유리 섬유 로우빙(2)의 마지막 부분은 꼬임을 통하여 이의 한 로울이 완전히 소비되기 직전 단계에 이어지는 로우빙의 처음 부분과 연결한다. 그 결과, 로우빙의 플러핑이 작동 도중에 생성되지 않으며, 로우빙 사이의 연결 부분은 장치(1)을 통하여 양호하게 통과되는 것으로 관찰되었다.

개섬 및 수지 함침 장치(1)로 도입된 유리 섬유 로우빙(2)은 장치(1)의 하부 스트림 말단벽(1wR)에 위치한 배출구인 형태 부여 노즐(6: 내경 4mm)을 통하여 대략 원형 단면으로 성형된 장섬유 보강된 수지 막대(7)의 형태로 인취한다.

막대(7)의 유리 섬유 함량은 61중량%인 것으로 밝혀졌으며, 수지 함침 능력은 "우수"한 것으로 판단되었고, 막대의 굴곡 강도는 398㎫이다. 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었고, 연결 부분의 통과에 대한 견해 또한 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 다음의 표 1에 요약되어 있다.

[실시예 2]

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 개섬 및 수지 함침 장치(11)과 같은 도 2에 제시된 장치를 사용하여, 측정된 이의 다양한 특성을 평가한다. 전술한 장치(11)은 다음과 같이 작동한다: 유리 장섬유 로우빙(2)를 상부의 상부 스트림 면으로부터 장치(11)로 도입시킨 다음, 장치(11)의 가장 상부 스트림 면에 위치한 회전 핀(8) 주위에서 로우빙을 진행시켜, 로우빙을 대략 수평 방향으로 이동시킨다. 그 다음에, 로우빙은 핀과의 접촉 없이 세 쌍의 고정된 개섬 핀(41u 및 41d; 42u 및 42d; 43u 및 43d)를 통하여 통과시켜 로우빙을 개섬시키고 함침시킨 다음, 장치(1)의 배출구에 위치한 형태 부여 노즐(6)(내경: 4mm)을 통하여 장섬유 보강된 수지 막대(7)로서 인취한다. 본 실시예에서는, 쌍을 이루는 고정된 상부 개섬 핀(4u) 및 고정된 하부 개섬 핀(4d) 사이의 제한 거리(H41, H42 및 H43)를 모두 1mm(=60D) 수준으로 고정한다.

생성된 막대(7)의 유리 섬유 함량은 61중량%인 것으로 밝혀졌으며, 수지 함침 능력은 "우수"한 것으로 판단되었고, 막대의 굴곡 강도는 404㎫이다. 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 평가되었고, 로우빙(7)의 연결 부분의 통과에 대한 견해 또한 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

장치의 작동 도중에 유리 섬유 로우빙(2)의 플러핑이 관찰되지 않으며, 실시예 1에 사용된 것과 동일한 로우빙(2)의 연결 부분은 심지어 고정된 개섬 핀(4) 및 형태 부여 노즐(6) 주위의 영역에서도 문제점없이 통과될 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예에 사용된 장치는 개섬 및 수지 함침 장치(12)로서 도 3에 제시된 것이다. 도 3에 제시된 장치(12)는 도 1에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(1)과 유사하지만, 단 세 쌍의 고정된 개섬 핀(41u 및 41d; 42u 및 42d; 43u 및 43d)의 고정된 세 개의 상부 개섬 핀(41u, 42u 및 43u)는 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(41u 및 41d)모두의 중심축을 연결하는 직선(종종, "직선 u-d"로 칭함)이 30° (왼손쪽으로)(상부 스트림 면으로 경사짐)의 각도(교각)에서 통상의 유리 섬유 로우빙(2)를 교차하도록 유리 섬유 로우빙(2) 공급면(상부 스트림 면) 쪽으로 평행하게 이동하는 반면에, 다른 쌍의 핀, 즉 42u와 42d 및 43u와 43d에 대한 교각도 또한 30° (왼손쪽으로)로 고정되며, 또한 모든 상응하는 쌍을 이루는 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u 및 4d) 사이의 제한 거리(H41, H42 및 H43)는 1mm(=60D)로 고정한다.

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 도 3에 제시된 바와 같은 개섬 및 수지 함침 장치(12)를 사용하여, 측정된 이의 다양한 특성을 평가한다.

생성된 막대(7)의 유리 섬유 함량은 61중량%인 것으로 밝혀졌으며, 이의 안정한 생산성 및 수지 함침 능력은 모두 "우수"한 것으로 판단되었고, 막대의 굴곡 강도는 392㎫이다. 로우빙(7)의 연결 부분의 통과에 대한 견해 또한 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

장치의 작동 도중에 심지어 고정된 개섬 핀(4) 및 형태 부여 노즐(6) 주위의 영역에서도 유리 섬유 로우빙(2)의 플러핑이 관찰되지 않는다.

[실시예 4]

본 실시예에 사용된 개섬 및 수지 함침 장치(13)에 있어서, 모든 상응하는 쌍, 즉 도 1에 제시된 바와 같은 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 고정된 세 쌍의 고정된 개섬 핀(41u 및 41d; 42u 및 42d; 43u 및 43d)을 형성하는 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u 및 4d) 사이의 제한 거리(H41, H42 및 H43)는 모두 0.43mm(=25D)로 고정한다. 장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 개섬 및 수지 함침 장치(13)을 사용하여, 측정된 이의 다양한 특성을 평가한다.

생성된 막대(7)의 유리 섬유 함량은 61중량%인 것으로 밝혀졌으며, 이의 안정한 생산성 및 수지 함침 능력은 모두 "우수"한 것으로 판단되었고, 막대의 굴곡 강도는 410㎫이다. 로우빙(7)의 연결 부분의 통과에 대한 견해 또한 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

전술한 장치(13)의 작동 도중에 심지어 고정된 개섬 핀(4) 및 형태 부여 노즐(6) 주위의 영역에서도 유리 섬유 로우빙(2)의 플러핑이 관찰되지 않는다.

[실시예 5]

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 본 실시예에 사용된 개섬 및 수지 함침 장치(14)에서는, 모든 상응하는 쌍, 즉 도 1에 제시된 바와 같은 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 고정된 세 쌍의 고정된 개섬 핀(4u1 및 4d1; 42u 및 42d; 43u 및 43d)를 형성하는 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u 및 4d) 사이의 제한 거리(H41, H42 및 H43)를 모두 43mm(=250D)로 고정한다.

생성된 막대(7)의 유리 섬유 함량은 61중량%인 것으로 밝혀졌으며, 이의 안정한 생산성 및 수지 함침 능력은 모두 "우수"한 것으로 판단되었고, 막대의 굴곡 강도는 388㎫이다. 로우빙(7)의 연결 부분의 통과에 대한 견해 또한 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

전술한 장치(14)의 작동 도중에 심지어 고정된 개섬 핀(4) 및 형태 부여 노즐(6) 주위의 영역에서도 유리 섬유 로우빙(2)의 플러핑이 관찰되지 않는다.

[실시예 6]

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 본 실시예에 사용된 개섬 및 수지 함침 장치(15)에서는, 도 1에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(1)에 고정된 세 쌍의 고정된 개섬 핀(41u 및 41d; 42u 및 42d; 43u 및 43d)의 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u 및 4d) 사이의 제한 거리(H41, H42 및 H43)를 모두 6.8mm(=400D)로 조절하고, 인취 속도는 35m/min으로 상승시킨다.

막대(7)의 유리 함량은 61중량%인 것으로 밝혀졌으며, 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었고, 이의 수지 함침 능력은 "양호"한 것으로 판단되었으며, 이의 굴곡 강도는 379㎫이다. 이의 연결 부분의 통과에 대한 견해는 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 다음의 표 1에 제시되어 있다.

전술한 장치(15)의 작동 도중에 심지어 고정된 개섬 핀(4) 및 형태 부여 노즐(6) 주위의 영역에서도 로우빙(2)의 플러핑이 관찰되지 않는다.

[실시예 7]

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 도 1에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(1)을 사용하여 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 장치(1)의 온도는 240℃로 변화시키고, 모든 상응하는 쌍(4ud)을 형성하는 고정된 개섬 핀 사이의 제한 거리(H4)는 모두 1.7mm(=100D)로 각각 고정한다. 막대(7)의 다양한 특성을 측정하여 평가한다.

생성된 막대(7)의 유리 섬유 함량은 61중량%인 것으로 밝혀졌으며, 이의 안정한 생산성 및 수지 함침 능력은 모두 "우수"한 것으로 판단되었고, 막대의 굴곡 강도는 390㎫이다. 로우빙(7)의 연결 부분의 통과에 대한 견해 또한 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

[실시예 8]

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 도 1에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(1)을 사용하여 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 열가소성 수지로서 6,6-폴리아미드 수지[상대 점도: 2.50(JIS K6810으로 정의된 바와 같은 98% 황산 용액을 사용함); 상표명: 나일론 2015B; 제조원: 우베 인더스트리즈, 리미티드(Ube Industries, Ltd.)]를 사용한다.

생성된 막대(7)의 유리 섬유 함량은 56중량%인 것으로 밝혀졌으며, 이의 수지 함침 능력은 "우수"한 것으로 판단되었고, 이의 안정한 생산성은 "양호"한 것으로 판단되었으며, 막대의 굴곡 강도는 477㎫이다. 로우빙(7)의 연결 부분의 통과에 대한 견해 또한 "양호한 상태"로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

[실시예 9]

도 1에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(1)을 사용하여 실시예 1에 사용된 것과 동일한 조건에 따라 실시예 1에 사용된 동일한 방법을 반복하되, 단 열가소성 수지로서, 말레산 무수물 개질된 폴리프로필렌[(MAH-PP) MFR(21.2N; 230℃) 130g/10min]을 이의 용융 상태에서 장치(1)로 공급하고, 평행하게 배열된 5개의 유리 섬유 로우빙(2)의 동시 도입으로 평행하게 배열된 5개의 장섬유 집속체(2)를 도입시킬 수 있는 장섬유 집속체 도입용 개구(3)을 사용하며, 단면이 원형이 노즐(내경: 2.4mm)이 거의 평행한 관계로 배열되어 있고, 네 쌍의 고정된 개섬 핀(4ud)을 형성하는 고정된 개섬 핀 사이의 제한 거리(H41, H42 H43 및 H44)는 모두 1.4mm(=85D)로 조절되며, 온도는 260℃로 바꾼다.

생성된 5개의 장섬유 보강된 수지 스트랜드(7)의 유리 섬유 함량은 모두 40중량%인 것으로 밝혀졌으며, 이의 수지 함침 능력 및 안정한 생산성은 모두 "우수"한 것으로 판단되었고, 연결 부분의 통과에 대한 견해도 "양호한 상태"로 판단되었다. 보강된 스트랜드(7)를 길이가 10mm인 조각으로 절단(또는 펠릿화)한 다음, 사출 성형에 사용하여 시험편(test piece)을 수득한다. 시험편(두께 4mm x 길이 10mm x 너비 100mm)의 굴곡 강도는 201㎫로 밝혀졌다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

[실시예 10]

실질적으로 단일 방향으로 배열된 시트 형 유리 장섬유로 보강된 구조물(7)은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 성형을 위한 직사각형 노즐의 치수는 길이 0.24mm x 너비 60mm로 바꾼다.

이의 안정한 생산성은 개섬 및 수지 함침 장치(1)의 작동 도중에 플러핑이 관찰되지 않았으므로 "우수"한 것으로 판단되었다. 더욱이, 앞의 유리 로우빙(7)의 말단 부분 및 이어지는 유리 로우빙(7)의 처음 부분 사이의 연결 부분은 전술한 장치(1)을 통하여 만족스럽게 통과한다. 생성된 보강 시트의 유리 함량은 60중량%인 것으로 밝혀졌다. 보강 시트(7)은 임의의 위치에서 내부에 포함된 보강 섬유의 방향을 따라 절단하여 스트립(길이 100mm x 너비 10mm)을 수득한 다음, 이의 수지 함침 능력을 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법을 반복하여 평가하며, 이는 "우수"한 것으로 판단되었다.

유사하게, 보강 시트(7)는 다른 임의의 위치에서 내부에 포함된 보강 섬유의 방향을 따라 절단하여 스트립(길이 10mm x 너비 10mm)을 수득한다.

이들 12개의 시트를 층으로 겹치면서, 포함된 보강 섬유를 한 방향으로 배열한 다음, 200℃의 온도 및 0.2㎫의 압력에서 가열하에 압축시켜 보강 라미네이트를 수득한다. 라미네이트의 굴곡 강도는 이를 샘플(길이 100mm x 너비 10mm x 두께 2.8mm)로서 사용하여 측정하며, 608 ㎫로 밝혀졌다.

[비교실시예 1]

장섬유 보강된 수지 막대(7)을 제조하고, 이의 특성을 측정하여 이렇게 측정된 결과를 평가하기 위하여, 실시예 1에 사용된 것과 동일한 조건에 따라 실시예 1에 사용된 것과 동일한 방법을 반복하되, 단 도 4에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(16)과 같은 다음 구조를 갖는 장치를 사용하고, 유리 섬유 로우빙(2)는 지그재그 형태인 각각의 고정된 개섬 핀(4)의 말단면 주위에서 진행되도록 하는 방법으로 진행시킨다. 그 결과, 20m/min의 보강 막대(7)의 인취 속도에서 플러핑이 종종 관찰되었고, 개섬 및 수지 함침 장치(16)의 작동은 불가능하게 된 것으로 밝혀졌다.

또한, 도 4에서 파선으로 고정된 개섬 핀(4)의 상부 부분에 도시한 원은 본 발명의 개섬 및 수지 함침 장치(16)에 상기 위치에서 원하는 간격으로 배열된 고정된 상부 개섬 핀(4u)가 제공될 수 있음을 나타내는 것이다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

[비교실시예 2]

도 2에 제시된 바와 같은 개섬 및 수지 함침 장치(11)로부터 가장 상부 스트림 면에 위치한 회전 핀(8)을 제외한, 고정된 개섬 핀(4)를 모두 제거(또는 이들 핀을 유리 섬유 로우빙으로부터 멀리 떨어진 위치로 옮길 수 있다)함으로써 시험 장치(17)을 조립한다.

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 2에 기술된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 도 4에 제시된 시험 장치(17)을 사용한다. 장치(17)의 작동 도중에 유리 섬유 로우빙(2)의 플러핑이 관찰되지 않으며, 로우빙(2)의 연결 부분은 장치를 통하여 만족스럽게 통과됨으로써 장섬유 보강된 수지 막대(7)을 제공한다.

그러나, 막대(7)의 수지 함침 능력은 "불량"한 것으로 판단되었고, 이의 굴곡 강도는 231㎫로 만족스럽지 않은 수준인 것으로 밝혀진 반면에, 안정한 생산성만은 "양호"한 것으로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

[비교 실시예 3]

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 사용된 장치(1)과 기계적으로 유사한 개섬 및 수지 함침 장치(18)을 사용하여, 실시예 1에 기술된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 도 1에 제시된 장치(1)에 고정된 세 쌍의 고정된 개섬 핀(41u 및 41d; 42u 및 42d; 43u 및 43d)에 대한 쌍을 이루는 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u 및 4d) 사이의 제한 거리(H41, H42 및 H43)를 0.1mm(=6D)로 조절한다. 이 막대(7)의 수지 함침 능력은 "우수"한 것으로 평가되었고, 이의 굴곡 강도는 385㎫인 것으로 밝혀졌지만, 이의 안정한 생산성이 하기 기술되는 바와 같이 "불량"한 것으로 판단되었으므로, 장치의 작동이 불충분하다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

전술한 장치(18)을 작동시키는 경우에, 장치로 도입되는 유리 섬유 로우빙(2)는 하나 이상의 고정된 개섬 핀(4)과 접촉하게 되고, 로우빙(2)의 심한 플러핑이 관찰된다. 이는 전술한 최소한의 거리(H)가 너무 작다는 사실을 나타내는 것이다. 더욱이, 로우빙(2)의 연결 부분은 장치(18) 내에서 서로로부터 분리되므로, 일시적으로 장치를 중단시키면서 로우빙을 대체해야 하는 경우가 관찰된다.

[비교실시예 4]

장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 사용된 장치(1)과 기계적으로 유사한 개섬 및 수지 함침 장치(19)를 사용하여, 실시예 1에 기술된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 도 1에 제시된 장치(1)에 고정된 세 쌍의 고정된 개섬 핀(41u 및 41d; 42u 및 42d; 43u 및 43d)에 대한 쌍을 이루는 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u 및 4d) 사이의 제한 거리(H41, H42 및 H43)를 10.2mm(=600D) 수준으로 조절한다.

이 막대(7)의 수지 함침 능력은 "불량"한 것으로 평가되었고, 이의 굴곡 강도는 243㎫인 것으로 밝혀졌지만, 이의 안정한 생산성만은 "우수"한 것으로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

[비교실시예 5]

시험 장치(20)은 도 1에 제시된 바와 같은 개섬 및 수지 함침 장치(1)로부터 세 개의 고정된 상부 개섬 핀(41u, 42u 및 43u)를 제거함으로써 조립한다. 장섬유 보강된 수지 막대(7)은 실시예 1에 기술된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 제조하되, 단 도 4에 제시된 개섬 및 수지 함침 장치(20)을 사용하고, 제조방법은 유리 로우빙(2)이 나머지 고정된 개섬 핀(41d, 42d 및 43d) 위를 통과하도록 고안한다.

생성된 막대(7)의 유리 함량은 61중량%이며, 이의 수지 함침 능력은 "불량"한 것으로 판단되었고, 이의 굴곡 강도는 260㎫로 밝혀졌지만, 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다. 이들 결과가 표 1에 요약되어 있다.

전술한 시험 장치(20)을 사용하여 작동시키는 경우에, 심지어 막대의 인취 속도가 30m/min의 수준으로 고정되더라도, 로우빙(2)의 플러핑은 관찰되지 않으며, 로우빙의 연결 부분은 장치(4)를 통하여 만족스럽게 통과되고, 장치의 기술한 작동이 완결된다.

C. 조건 및 결과

H: 쌍을 이루는 개섬 핀 사이의 거리;

D: 유리 섬유 로우빙을 구성하는 단섬유의 평균 직경(본 경우에는, 17mm);

MAH-PP: 말레산 무수물 개질된 PP;

6,6-NL: 6,6-나일론(6,6-폴리아미드 수지);

연결 부분: 유리 섬유 로우빙이 서로 연결되는 부분;

분리: 유리 섬유 로우빙의 연결 부분의 분리;

*: 시험편(샘플)을 사용하여 측정한 값, 본 명세서에 기술된 설명에 따라 안정한 생산성, 수지 함침 능력, 굴곡 강도 및 연결 부분의 통과에 대한 상태를 측정하고/하거나 평가한다;

**: 적층된 생성물에 대한 측정치.

[실시예 11]

도 4는 다중 개섬 및 수지 함침 장치의 세로 방향 단면도이다. 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1: 개섬 및 수지 함침 다이)로서, 너비(세로 방향에 수직인 방향의 길이)가 200mm이고, 박스 형태(이의 단면은 도 4에 제시된 바와 같이 직사각형이다)인 용기; 각 세트의 핀이 용기를 구성하는 측벽(세로 방향을 따라 연장된 벽; 도시되지 않음) 사이에 3단계로 수직으로 배열되는, 하부 스트림 방향에 대해 배열된 세 세트의 고정된 개섬 핀(4) 및 두단계로 상부 스트림 말단벽(1wL)에 배열된 상부 로우빙 공급 노즐(3u)과 하부 로우빙 공급 노즐(3d)를 갖는 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)를 사용한다. 12개의 유리 섬유 로우빙(4)은 두 그룹으로 나누는데, 수평으로 배열된 6개의 로우빙을 포함하는 한 그룹은 상부 로우빙 공급 노즐(u)를 통하여 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)로 도입시키는 반면에, 마찬가지로 수평으로 배열된 6개의 로우빙을 포함하는 다른 그룹은 하부 로우빙 공급 노즐(d)를 통하여 장치로 도입된다.

다음의 기술에 있어서, 본 발명은 한 예로서, 상부 및 하부의 2단 로우빙(2u1 및 2d1); 상부 및 하부의 2단 보강 스트랜드(7u 및 7d) 및 장치(1)의 하부 스트림 말단벽(1wR)에 형성된 상부 및 하부의 2단 형태 부여 노즐(6u1 및 6d1)을 포함하는 장치를 고려하면서 설명될 것이다. 보다 보다 구체적으로, 도 4에 제시된 장치의 보다 깊은 부분에는, 장치(1)의 하부 스트림 측벽(1wR)에 형성된 5개의 일련의 상부 및 하부 2단 로우빙(2u2 내지 2u6 및 2d2 내지 2d5); 상부 및 하부 2단 보강 스트랜드(7u2 내지 7u6 및 7d2 내지 7d6) 및 상부 및 하부 2단 형태 부여 노즐(6u2 내지 6u6 및 6d2 내지 6d6)이 부가로 존재한다.

그러나, 이후에는 각각의 도에 제시된 이의 맨 처음 것만을 본 발명에서 기술할 것이다. 이는 상황이 다른 5개의 연속물에 또한 일치하므로, 후자의 설명은 설명의 반복을 피하기 위하여 생략한다.

보다 구체적으로, 상기의 배열은 다음과 같다:

[로우빙 도입용 노즐]: 그 중에서도, 도 4에 제시된 상부 로우빙 도입용 노즐(약칭: "상부 노즐")은 상부 노즐(3u1)인 반면에, 하부 노즐(3d1)은 도면에 제시되어 있다.

[고정된 개섬 핀]: 상기의 패턴으로 배열된 고정된 개섬 핀(4)는 고정된 상단 개섬 핀(4u1, 4u2 및 4u1); 고정된 중간단 개섬 핀(4m1, 4m2 및 4m1) 및 고정된 하단 개섬 핀(4d1, 4d2 및 4d1)으로 구성된다.

[로우빙]: 전술한 유리 장섬유 로우빙(2)은 대략 두 그룹, 즉 상단 로우빙(2u) 및 하단 로우빙(2d)로 나뉘며, 도 4에 제시된 것은 상단 로우빙(2u1) 및 하단 로우빙(2d1)이다.

장치(1)에, 장치(1)의 바닥판(1wb)에 형성된 용융 수지 도입용 개구(5)를 통하여 용융 및 혼련 장치(도시되지 않음)(예: 압출기)에 형성된 용융된 열가소성 수지를 공급한다. 장치로 도입되는 12개의 로우빙(2) 중에서 상단에 위치하는 상단 로우빙(2u1)은 모든 핀과의 접촉 없이, 고정된 상단 개섬 핀(4u1) 및 고정된 중간단 개섬 핀(4m1) 사이의 공간을 통하여 통과시키는 반면에, 하단에 위치한 하단 로우빙(2d1)은 모든 핀과의 접촉 없이, 고정된 중간단 개섬 핀(4m1) 및 고정된 하단 개섬 핀(4d1) 사이의 공간을 통하여 통과시킨다.

이어서, 이렇게 형성된 필라멘트 생성물(2u1 및 2d1)은 용융 수지로 함침시켜 장섬유(2) 및 수지를 포함하는 복합체(7: "보강 스트랜드"로서 또한 칭함)를 수득하고, 상단에 위치한 상부 보강 스트랜드(7u1) 및 하단에 위치한 하부 보강 스트랜드(7d1)은 인취 장치(도시되지 않음)를 사용하여 다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)의 하부 스트림 말단벽(1wR)에 위치한 상단 형태 부여 노즐(6u1; 내경 2.4mm) 및 하단 형태 부여 노즐(6d1)을 통하여 인취함으로써, 두 개의 보강 스트랜드, 즉 상단 및 하단 보강 스트랜드(7u1) 및(7d1)을 수득한다.

이와 관련하여, 장치에는 로우빙마다 하나의 형태 부여 노즐이 제공되며, 도 4에 제시된 것(도 4에 제시된 장치의 맨 처음 노즐)은 상단 및 하단 형태 부여 노즐(6u1 및 6d1)에 상응한다.

다중 개섬 및 수지 함침 장치(1)의 작동 도중에 플러핑이 관찰되지 않으며, 로우빙의 제1 및 제2 로울의 연결 부분도 또한 만족스럽게 장치를 통하여 통과된다(이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다).

상단 및 하단 보강 스트랜드(7ud)는 작은 조각으로 절단하여 보강된 펠릿(평균 길이 10mm)을 수득한다.

보강 펠릿(7)은 사출 성형에 사용되어 샘플을 형성한다. 보강 스트랜드(7)의 수지 함침 능력 및 이렇게 형성된 샘플의 굴곡 강도를 측정 및 평가해 보면, 전자는 "우수"한 것으로 판단되었고, 굴곡 강도는 "215㎫"인 것으로 밝혀졌다. 이들 결과가 표 2에 요약되어 있다.

이와 관련하여, 압출기로부터 공급되는 열가소성 수지는 말레산 무수물 개질된 폴리프로필렌[MFR(230℃; 21.2N) 130g/10min]이며; 사용된 유리 섬유 로우빙(2)는 평균 단섬유 직경(D)이 17㎛이고, 텍스가 2310g/㎞인 제품(제조원: Nippon Electric Glass Co., Ltd.)이며; 쌍을 이루는 고정된 상부 및 하부 개섬 핀 사이의 공간(모두 6개의 부분)은 1mm(=60D)로 고정되고; 다중 개섬 및 수지 함침(1)는 270℃의 온도에서 작동하며; 생성된 복합체의 인취 속도는 30m/min으로 조절한다.

[실시예 12]

실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 단 도 5에 제시된 다중 개섬 및 수지 함침 장치(11)을 사용하여 보강 스트랜드(7)을 수득한 다음, 이렇게 형성된 스트랜드를 작게 절단하여 보강 펠릿(평균 길이 10mm)을 수득한다. 보다 보다 구체적으로, 12개(각각의 단에는 6개의 로우빙이 존재)의 유리 장섬유 로우빙(2u1 및 2d1)을 장치의 상판의 상부 스트림 면에 위치한 장섬유 공급용 개구(3)을 통하여 다중 개섬 및 수지 함침 장치(11)로 도입시킨 다음, 각각의 로우빙은 이들이 각 핀의 하부면 주위에서 진행되도록 하는 방법으로 상응하는 상부 스트림 회전 핀(8u 또는 8d; 장치의 상단 및 하단에 위치하는 두 개의 당해 핀이 존재함)과 접촉시켜 이동 방향을 수평 방향으로 전환시킨다.

이어서, 로우빙을 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법에 의해 처리하여 두 개의 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)을 수득한다. 로우빙(2)가 항상 장치의 작동 도중에 상부 스트림 회전 핀과 접촉하지만, 장치(1)의 작동 도중에 플러핑은 관찰되지 않고, 로우빙(2)의 제1 및 제2 로울의 연결(꼬인) 부분은 장치를 통하여 만족스럽게 통과할 수 있다(이의 안정한 생산성은 "양호"한 것으로 판단되었다).

생성된 두 개의 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)은 수지 함침 능력에 대해 평가하고, 조각으로 작게 절단하여 보강 펠릿을 수득한 다음, 보강 펠릿을 사출 성형시킴으로써 샘플(시험편)을 수득하고, 이의 굴곡 강도를 측정한다. 그 결과, 양호한 결과가 수득되는데, 즉 전자는 "우수"한 것으로 판단되었고, 굴곡 강도는 "222㎫"인 것으로 밝혀졌다. 이들 결과가 다음의 표 2에 제시되어 있다.

[실시예 13]

도 6에 제시된 다중 개섬 및 수지 함침 장치(12; "개섬 및 함침 다이"로서 또한 칭함)는 도 4에 제시된 장치(1)에 고정된 하부 스트림 말단 개섬 핀의 하부 스트림에 수직으로 배열된 상부 및 하부의 두 개의 하부 스트림 회전 핀(9u1 및 9d1)이 추가로 제공되는 장치이다.

다중 장치(12)를 사용하여, 12개의 유리 섬유 로우빙(2)을 두 개의 상부 및 하부 그룹(각각은 6개의 로우빙을 포함함)으로 나누고, 각각의 그룹에 속하는 로우빙을 수평으로 배열한 다음, 장치(12)의 상부 스트림 말단벽(12wL)에 형성된 두 개의 상단 및 하단 로우빙 도입용 개구(3u1)를 통하여 이들 그룹을 다중 개섬 및 수지 함침 장치(12)로 도입시킨다.

이어서, 용융 및 혼련 장치(도시되지 않음)에서 제조된 말레산 무수물 개질된 폴리프로필렌 수지[MFR(230℃; 21.2N) 130g/10 min]를 다중 장치(12)로 도입시켜 실시예 11과 동일한 방법으로 개섬 및 수지 함침시킨다.

쌍을 이루는(모두 6쌍) 고정된 상부 및 하부 개섬 핀 사이에 형성된 공간(4ud)는 이들 쌍 모두의 경우에 1mm(=60D)로 고정한다. 전술한 다중 장치(12)에 있어서, 고정된 상단(핀의 위치에 관한 상대적인 관계) 개섬 핀 및 고정된 하단(핀의 위치에 관한 상대적인 관계) 개섬 핀(모두 6개의 위치)은 모두 1mm(=60D)의 단일값으로 고정한다. 이러한 다중 장치(12)는 270℃의 온도 및 30m/min의 생성된 보강 스트랜드(71)의 인취 속도에서 작동한다.

전술한 유리 장섬유 로우빙(2) 중 한 로울은 약 4시간 이내에 소비되므로, 로우빙(2)의 두 번재 로울이 제공된다. 보다 보다 구체적으로, 공정 도중에, 로우빙(2)의 말단 부분은 처음 로우빙이 이의 말단 지점에 이르는 순간에 꼬임을 통하여 두 번째 로우빙(2)의 처음 말단에 연결함으로써 장치를 계속해서 작동시킨다.

본 실시예 13에서는 장치의 작동 도중에 플러핑이 관찰되지 않으며, 이어지는 두 개의 로우빙 사이의 연결 부분은 다중 장치(12)를 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다(즉, 이의 안정한 생산성은 "양호"한 것으로 판단되었다).

장치(12)에서 개섬 및 용융 수지로 함침시킨 이들 상단 및 하단 장섬유 복합체 물질의 이동 방향(2u1 및 2d1)은 이들을 고정된 최종 개섬 핀 및 핀의 형태 부여 노즐(61; 내경 6.3mm) 하부 스트림 사이에 배열된 각각 상응하는 상부 또는 하부의 하부 스트림 회전 핀(9u1 또는 9d1)의 표면과 접촉시켜 변화시킴으로써, 동일한 형태 부여 노즐(61)로 이들 복합체를 모을 수 있다.

수득한 단일 보강 스트랜드(71; 보강 막대)의 유리 장섬유 함량은 60중량%이다. 이러한 보강 막대(71)은 이들을 처리하지 않고 수지 함침 능력 및 굴곡 강도에 대해 검사한다.

따라서, 보강 막대는 수지 함침 능력 및 굴곡 강도에 대해 측정하거나 평가한 결과, 양호한 결과가 수득되는데, 즉 전자는 "우수"한 것으로 판단되었고, 후자는 "403㎫"로 밝혀졌다. 이들 결과가 다음의 표 2에 제시되어 있다.

[실시예 14]

본 실시예에서 사용되는 다중 개섬 및 수지 함침 장치(13)은 도 5에 제시된 다중 장치(1)에서, 상단에 체계적으로 배열된 세 개의 고정된 개섬 핀(4u1, 4u2 및 4u1) 및 하단에 체계적으로 배열된 세 개의 고정된 개섬 핀(4d1, 4d2 및 4d1)이 장치(1)의 하부 스트림 방향에 대해 수평으로 이동되고, 고정된 상단 및 하단 개섬핀(4u) 및(4d)의 중심을 연결하는 선과 장섬유(2)의 진행 방향에 수직인 선(모두 3개임) 사이에 형성된 모든 교각(α)은 +40° (역시침 방향은 도면에서 "+"로 나타낸다)로 고정된 장치이다.

실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 단 이러한 다중 장치(13)을 사용하여 상단 및 하단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)을 수득한 다음, 이들을 작게 절단하여 보강 펠릿(7; 평균 길이 10mm)을 수득한다. 보강 펠릿(7)은 실시예 11과 동일한 방법으로 사출 성형시켜 샘플을 수득한다.

스트랜드(7)은 수지 함침 능력에 대해 평가하고, 생성된 샘플은 굴곡 강도에 대해 검사한 다음, 이들 결과를 평가한다. 그 결과, 양호한 결과가 수득되는데, 즉 전자는 "우수"한 것으로 판단되었고, 후자는 200㎫로 밝혀졌다. 이들 결과가 다음의 표 2에 제시되어 있다.

다중 개섬 및 수지 함침 장치(13)의 작동 도중에 플러핑이 관찰되지 않으며, 유리 장섬유 로우빙(2) 사이의 연결 부분은 다중 장치(13)을 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다(즉, 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다).

[실시예 15]

본 실시예에서 사용되는 다중 개섬 및 수지 함침 장치(14)는 도 5에 제시된 다중 장치(1)에서, 고정된 상단 및 하단 개섬 핀 사이의 공간(틈새) 또는, 예를 들면, 고정된 상단 및 중간단 개섬 핀(4u1 및 4m1) 사이의 공간(Hu1) 또는 고정된 중간단 및 하단 개섬 핀(4m1 및 4d1) 사이의 공간(Hd1)(모두 6개임)이 0.5mm(=30D) 수준으로 고정된 장치이다.

실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 단 이러한 다중 장치(14)를 사용하여 두 개의 상단 및 하단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)을 수득한 다음, 이들을 작게 절단하여 보강 펠릿(7; 평균 길이 10mm)을 수득한다. 보강 펠릿(7)은 실시예 11과 동일한 방법으로 사출 성형시켜 샘플을 수득한다.

스트랜드(7)은 수지 함침 능력에 대해 평가하고, 생성된 샘플은 굴곡 강도에 대해 검사한 다음, 이들 결과를 평가한다. 그 결과, 양호한 결과가 수득되는데, 즉 전자는 "우수"한 것으로 판단되었고, 후자는 "224㎫"로 밝혀졌다. 이들 결과가 다음의 표 2에 제시되어 있다.

다중 개섬 및 수지 함침 장치(14)의 작동 도중에 플러핑이 관찰되지 않으며, 이들 두 개의 상단 및 하단 유리 장섬유 로우빙(2u1 및 2d1) 각각의 연결 부분은 다중 장치(14)를 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다(즉, 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다).

[실시예 16]

본 실시예에서 사용되는 다중 개섬 및 수지 함침 장치(15)는 도 5에 제시된 다중 장치(1)에서, 고정된 상단 및 하단 개섬 핀 사이의 공간(H), 즉 고정된 상단 및 중간단 개섬 핀(4u1 및 4m1) 사이의 공간(Hu1) 또는 고정된 중간단 및 하단 개섬 핀(4m1 및 4d1) 사이의 공간(Hd1)(모두 6개임)이 4.3mm(=250D) 수준으로 고정된 장치이다. 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 단 이러한 다중 장치(15)를 사용하여 두 개, 즉 상단 및 하단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)를 수득한 다음, 이들을 작게 절단하여 보강 펠릿(평균 길이 10mm)을 수득한다.

보강 펠릿(7)은 실시예 11과 동일한 방법으로 사출 성형시켜 샘플을 수득한다. 스트랜드(7)은 수지 함침 능력에 대해 평가하고, 생성된 샘플은 굴곡 강도에 대해 검사한 다음, 이들 결과를 평가한다. 그 결과, 양호한 결과가 수득되는데, 즉 전자는 "우수"한 것으로 판단되었고, 후자는 "210㎫"로 밝혀졌다.

다중 개섬 및 수지 함침 장치(15)의 작동 도중에 플러핑이 관찰되지 않으며, 유리 장섬유 로우빙(2) 사이의 연결 부분은 다중 장치(15)를 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다, 즉, 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다. 이들 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

[실시예 17]

본 실시예에서 사용되는 다중 개섬 및 수지 함침 장치(16)은 도 5에 제시된 다중 장치(1)에서, 고정된 상단 및 하단 개섬 핀 사이의 공간(Hu1 및 Hd1)(모두 6개임)이 6.8mm(=400D) 수준으로 고정된 장치이다. 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 단 이러한 다중 장치(16)를 사용하여 두 개, 즉 상단 및 하단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)을 수득한 다음, 이들을 작게 절단하여 보강 펠릿(평균 길이 10mm)을 수득한다.

보강 펠릿(7)은 실시예 11과 동일한 방법으로 사출 성형시켜 샘플을 수득한다. 스트랜드(7)은 수지 함침 능력에 대해 평가하고, 생성된 샘플은 굴곡 강도에 대해 검사한 다음, 이들 결과를 평가한다. 그 결과, 양호한 결과가 수득되는데, 즉 전자는 "양호"한 것으로 판단되었고, 후자는 "197㎫"로 밝혀졌다.

다중 개섬 및 수지 함침 장치(16)의 작동 도중에 플러핑이 관찰되지 않으며, 유리 장섬유 로우빙(2) 사이의 연결 부분은 다중 장치(15)를 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다, 즉, 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다. 이들 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

[비교실시예 6]

실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 따르되, 단 도 9에서 제시된 바와 같은 대략 박스 형태인 다중 개섬 및 수지 함침 장치(17)을 사용하여 상단 및 하단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)을 수득한다. 보다 구체적으로, 다중 장치(17)은 너비(수평면에서 장섬유의 진행 방향에 대해 수직인 방향의 길이)가 200mm이고, 우측 측벽(도시되지 않음) 및 좌측 측벽(도시되지 않음) 사이에 설치되며, 이들 두 개의 측벽 내에 지그재그 형태로 배열된 두 개의 고정된 상단 및 하단 개섬 핀(4u 및 4d)이 제공된다. 그러나, 생성된 스트랜드의 안정한 생산성은 다음과 같은 이유로 인하여 "허용되지 않는 것"으로 판단되었다.

전술한 두 개의 상단 및 하단 장섬유 보강재(2u1 및 2d1) 및 수지를 포함하는 복합 물질은 각각 다중 개섬 및 수지 함침 장치(17)의 하부 스트림 말단벽(17wR)에 형성된 두 개의 상단 및 하단 형태 부여 노즐(17u1 및 17d1)을 통하여 인취함으로써, 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)이 수득된다. 이와 관련하여, 스트랜드의 인취 속도는 30m/min으로 고정된다. 그러나, 장섬유 로우빙(2u1 및 2d1)에 적용되는 인장력이 상당히 높음으로, 로우빙의 플러핑이 종종 유발되며, 장치는 단시간 내에 작동될 수 없다.

따라서, 수지 함침 능력 및 굴곡 강도를 측정할 수 없다. 이들 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

[비교실시예 7]

상부 및 하부의 2단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)은 실시예 12에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 다중 장치(11)에서, 고정된 개섬 핀(4)는 모두 제거하면서 도 10에 제시된 바와 같은 상부 스트림 면의 두 개의 회전 핀(8u1 및 8d1)은 잔류시킨 다중 개섬 및 수지 함침 장치(18)을 사용하여 제조한 다음, 보강 스트랜드를 작게 절단하여 보강 펠릿(7)을 수득한다. 생성된 보강 펠릿(7)은 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하여 사출 성형에 사용함으로써 시험편을 제조한다. 이의 수지 함침 능력 및 굴곡 강도를 측정하여 평가한다.

보강 스트랜드(7)의 제조 도중에 플러핑은 그렇게 두드러지지 않으며, 로우빙(2)의 연결 부분은 다중 장치를 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다, 즉 안정한 생산성은 "양호"한 것으로 판단되었다. 그러나, 생성된 보강 스트랜드(7)의 수지 함침 능력은 "허용되지 않음"으로 판단되었고, 이의 굴곡 강도는 "121㎫"로 밝혀졌다. 이들 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

[비교실시예 8]

보강 스트랜드(71; 도에 제시된 맨 처음 스트랜드)은 실시예 12에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 다중 장치(12)에서, 고정된 개섬 핀(4)는 모두 제거하면서 도 11에 제시된 바와 같이 하부 스트림 면의 두 개의 회전 핀(9u 및 9d)는 잔류시킨 다중 개섬 및 수지 함침 장치(19)를 사용하여 제조한다. 생성된 보강 막대(71)의 수지 함침 능력 및 굴곡 강도를 측정하여 평가한다. 이렇게 수득된 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

보강 스트랜드(7)의 제조 도중에 플러핑은 그렇게 두드러지지 않으며, 로우빙(2)의 연결 부분은 다중 장치를 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다, 즉 안정한 생산성은 "양호"한 것으로 판단되었다. 그러나, 생성된 보강 막대(7)의 수지 함침 능력은 불충분한 것으로 판단되었고, 이의 굴곡 강도는 바람직한 수준이 아닌 "251㎫"로 밝혀졌다.

[비교실시예 9]

상부 및 하부의 2단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)은 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 실시예 10에서 사용된 다중 장치(1)에서, 쌍을 이루는 고정된 상단 개섬 핀 및 고정된 하단 개섬 핀 사이의 공간(Hu1 및 Hd1)을 모두 0.1mm(=6D)로 고정한 다중 개섬 및 수지 함침 장치(20)을 사용하여 제조한다. 생성된 보강 스트랜드를 보강 펠릿(7)로 작게 절단한 다음, 보강 펠릿(7)을 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건에 따라 사출 성형시켜 샘플을 제조한다.

보강 스트랜드(7)의 수지 함침 능력 및 생성된 샘플의 굴곡 강도를 측정하여 평가한다. 이에 따라, 양호한 결과가 수득되는데, 즉 전자는 "우수"한 것으로 판단되었고, 굴곡 강도는 "216㎫"로 밝혀졌지만, 이의 안정한 생산성은 "양호하지 않음"으로 판단되었다. 이렇게 수득된 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

로우빙(2)가 전술한 보강 스트랜드(7)의 제조 도중에 고정된 개섬 핀(4)와 종종 접촉되므로, 플러핑이 종종 생성된다. 더욱이, 로우빙(2)의 연결 부분이 다중 장치에서 분리되어, 다중 장치는 로우빙을 대체하기 위하여 갑자기 중단해야만 한다.

[비교실시예 10]

상부 및 하부의 2단 보강 스트랜드(7)은 실시예 10에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 실시예 11에서 사용된 다중 장치(1)에서, 쌍을 이루는 고정된 상단 개섬 핀 및 고정된 하단 개섬 핀 사이의 공간(Hu1 및 Hd1)을 모두 10.2mm(=600D)로 고정한 다중 개섬 및 수지 함침 장치(21)을 사용하여 제조한다. 생성된 보강 스트랜드를 보강 펠릿(7)로 작게 절단한 다음, 보강 펠릿(7)을 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 사용하여 사출 성형시킨다.

보강 스트랜드(7)의 수지 함침 능력 및 보강 펠릿(7)로부터 제조된 샘플의 굴곡 강도를 측정하여 평가한다. 이에 따라, 전자는 "양호하지 않음"으로 판단되었고, 굴곡 강도는 "138㎫"로 밝혀졌지만, 이의 안정한 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다. 이렇게 수득된 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

로우빙(2)는 전술한 보강 스트랜드(7)의 제조 도중에 고정된 개섬 핀(4)와 전혀 접촉되지 않는다. 그 결과 플러핑이 관찰되지 않으며, 로우빙(2)의 연결 부분은 다중 개섬 및 수지 함침 장치를 통하여 만족스럽게 통과될 수 있다. 그러나, 생성된 보강 스트랜드(7)의 수지 함침 능력이 불충분한 이유는 다중 장치(21) 내의 고정된 상단 및 하단 개섬 핀 사이의 거리가 너무 멀다는 사실에 기인할 수 있다.

[비교실시예 11]

본 실시예에서 사용된 다중 개섬 및 수지 함침 장치(22)는 도 12에 제시된 바와 같은 다중 장치(1)에서, 고정된 상부 및 하부 개섬 핀(4u와 4d; 모두 6개의 핀)은 모두 제거하면서, 상단 및 하단 장섬유 로우빙(2u1 및 2d1) 사이에 샌드위치되는 세 개의 고정된 중간단 개섬 핀(4m1, 4m2 및 4m1)은 잔류시킨 장치이다.

상단 및 하단 보강 스트랜드(7u1 및 7d1)은 실시예 12에서 사용된 것과 동일한 방법 및 조건을 반복하되, 전술한 다중 장치(22)를 사용하여 제조한다. 생성된 보강 스트랜드(7)을 보강 펠릿(7)로 작게 절단한 다음, 보강 펠릿(7)을 본 발명에서 사용된 동일한 조건하에서 실시예 11에서 사용된 것과 동일한 방법에 따라 사출 성형시킴으로써 샘플을 제조한다.

생성된 보강 스트랜드(7)의 수지 함침 능력 및 샘플의 굴곡 강도를 측정하여 평가한다. 그 결과, 전자는 "양호하지 않음"으로 판단되었고, 굴곡 강도는 "129㎫"로 밝혀졌다. 한편, 이의 안정산 생산성은 "우수"한 것으로 판단되었다. 이들 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.

주:^*1은 성형품을 수득할 수 없으므로, 특성을 측정할 수 없음을 의미하는 것인 반면에, "측정하지 않음"은 각각의 성형품을 제조할 수 있지만, 각각의 상응하는 특성을 측정하지 않았음을 의미하는 것이다.

본 발명의 장섬유 보강 수지 구조물[구조물은, 예를 들면, "시이트(sheet)" 또는 "막대(rod)"임]을 본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치를 사용하여 제조하는 경우에, 하기에 제시된 바와 같은 다양한 종류의 효과가 수득될 수 있다.

(1) 섬유는 심지어 장섬유 보강 수지 구조물의 인취 속도를 20 내지 30 m/min으로 증가시키는 경우에도 전혀 손상(결함)되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따라 수지 구조물의 연속적인 안정한 제조를 장시간 동안 플러핑의 생성없이 수행할 수 있다.

(2) 놀랍게도, 장섬유(집속체)는 고정된 개섬 핀과 접촉되지 않지만, 우수한 함침 능력이 성취될 수 있다. 따라서, 상기의 장섬유 보강 수지 구조물은 기계적 특성이 우수하다.

(3) 또한, 고정된 개섬 핀은 장섬유 집속체의 개섬으로 인하여 실질적으로 어떠한 손상 및 마모도 없다.

(4) 장섬유 로우빙을 사용하는 경우에, 본 발명에 따라 수지 구조물의 연속적인 제조를 장시간 동안 용이하게 수행할 수 있고, 이의 제조는 하나의 로우빙을 사용해서는 성취될 수 없다. 이는 본 발명에 따라 연결 부분에서 꼬인 로우빙의 분리 가능성이 완전히 제거될 수 있기 때문이고, 장치는 로우빙을 앞에 이어서 가하면서 계속해서 작동시킬 수 있다.

(5) 더욱이, 본 발명의 다중 개섬 및 수지 함침 장치를 사용하는 방법을 채태하는 경우에, 다수의 장섬유 집속체는 로우빙 사이의 방해로 인한 문제점의 유발없이 동시에 진행될 수 있고, 이에 따라 장섬유 보강 수지 구조물의 높은 수율로 제조될 수 있다.

(6) 또한, 이렇게 제조된 장섬유 보강 수지 구조물을 원하는 길이의 조각으로 절단하는 경우에, 주상체는 내부에 주상체의 것과 대략 동일한 길이의 장섬유가 단일 방향으로 배열된다.

(7) 본 발명에 따르는 개섬 및 수지 함침 장치와 다중 개섬 및 수지 함침 장치는 위에서 기술한 바와 같은 장섬유 보강 수지 구조물 및 주상체의 제조시 유용성이 매우 높다.

Claims (8)

1. 장섬유 집속체(長纖維 集束體)를 개섬(開纖)하고, 용융 수지로 함침시킴을 포함하는 장섬유에 의해 보강된 수지 함침 구조물을 제조하는 방법으로서, 장섬유 집속체를 용융 수지 욕에 침지시키는 동시에, 장섬유가 어떠한 개섬 핀과도 접촉하지 않은 채 개섬 핀에 의해 샌드위치되는 방식으로 장섬유 집속체의 양측에 위치하는 한 쌍의 개섬 핀 사이에 형성된 공간을 통해 통과시킴으로써, 장섬유를 개섬하고 개섬된 섬유 집속체를 용융 수지로 함침시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 쌍을 이루는 개섬 핀이 쌍을 이루는 상부 단계 개섬 핀과 하부 단계 개섬 핀을 포함하고, 상부 단계 개섬 핀과 하부 단계 개섬 핀 사이에 형성된 공간(H)과 장섬유 집속체를 구성하는 단섬유의 평균 직경(D)이 다음 수학식 1을 만족시키는 방법.

   [수학식 1]
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쌍을 이루는 개섬 핀이 쌍을 이루는 상부 단계 개섬 핀과 하부 단계 개섬 핀을 포함하고, 상부 단계 개섬 핀과 하부 단계 개섬 핀 사이에 형성된 공간(H)과 장섬유 집속체를 구성하는 단섬유의 평균 직경(D)이, 다음 수학식 2를 만족시키는 방법.

   [수학식 2]
4. 용융 수지 공급 시스템에서 형성된 용융 수지가 유동하는 영역(용융 수지는 도입용 개구를 통하여 당해 영역에 공급되어 소정량으로 저장된다), 용융 수지를 저장하는 영역의 상부 스트림 측에 배열된 말단 벽 또는 상판에 위치하는 장섬유 집속체 도입용 개구(開口), 영역으로 도입되는 장섬유 집속체가 개섬 핀과 접촉하지 않은 채 용융 수지에 함침되어 통과할 수 있도록 소정의 공간에서 영역의 내부를 향하여 내밀어진 한 쌍 이상의 개섬 핀, 장섬유 집속체의 이동 방향을 따라 하부 스트림 측에 위치하여, 장섬유 집속체가 개섬 핀과 접촉하지 않은 채 개섬 핀 사이에 형성된 공간을 통과하는 동안에, 도입용 개구를 통하여 도입되는 섬유 집속체를 영역 밖으로 빼내는 형태 부여 노즐 및 형태 부여 노즐로부터 연신된 장섬유 보강 수지 구조물용 인취기구(引取機構)를 포함하는, 보강재로서의 장섬유와 장섬유 사이를 침투하는 용융 수지를 포함하는 장섬유 보강 수지 함침 구조물을 제조하기 위한 장치.
5. 제4항에 있어서, 쌍을 이루는 개섬 핀이, 상부 단계 개섬 핀과 하부 단계 개섬 핀을 포함하고 장섬유 도입측으로부터 시작하여 하부 스트림 측을 향하는 방향을 따라 배열된 세 군데 이상의 위치에 제공되어 있는 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 쌍을 이루는 개섬 핀을 구성하는 상부 단계 개섬 핀과 하부 단계 개섬 핀 사이에 형성된 공간(H)과 장섬유 집속체를 구성하는 단섬유의 평균 직경(D)이 다음 수학식 1을 만족시키는 장치.

   [수학식 1]
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 쌍을 이루는 개섬 핀을 구성하는 상부 단계 개섬 핀과 하부 단계 개섬 핀 사이에 형성된 공간(H)과 장섬유 집속체를 구성하는 단섬유의 평균 직경(D)이 다음 수학식 3을 만족시키는 장치.
8. 제4항에 있어서, 세 개 이상의 개섬 핀이 영역의 내부를 향하여 내밀어져 개섬 핀의 그룹을 형성하고, 개섬 핀의 그룹이 장섬유 도입측으로부터 시작하여 하부 스트림측을 향하는 방향을 따라 배열된 세 군데 이상의 위치에 제공되어 있는 장치.