KR100299269B1 - A manufacturing device &method for mixing fiber by using brading weaving - Google Patents
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Classifications
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- D—TEXTILES; PAPER
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- D04C—BRAIDING OR MANUFACTURE OF LACE, INCLUDING BOBBIN-NET OR CARBONISED LACE; BRAIDING MACHINES; BRAID; LACE
- D04C3/00—Braiding or lacing machines
- D04C3/48—Auxiliary devices
Abstract
본 발명은 유리섬유, 탄소섬유, 아라마드 섬유와 같은 고강도 보강섬유에 폴리프로필렌 섬유와 같은 열가소성 섬유를 브레이딩(Braiding)함으로써, 상기 보강섬유와 열가소성 섬유를 일체화시키고 혼합시키기 위한 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention is a braided weaving for integrating and mixing the reinforcing fibers and thermoplastic fibers by brading thermoplastic fibers such as polypropylene fibers to high-strength reinforcing fibers such as glass fibers, carbon fibers, and aramid fibers. It relates to a mixed fiber production apparatus and method.
본 발명은 보빈(10)과, 상기 보빈(10)에서 공급되는 보강섬유(30)가 브레이딩되는 직조기계(15,21)와, 상기 직조기계(15,21)를 통해 만들어진 혼합섬유(31)가 통과하는 실린더(16) 및 캐터필러(17)와, 상기 혼합섬유(31)가 감겨지는 와인더(18)를 포함하는 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치에 있어서, 상기 보빈(10)과 직조부(15,21) 사이에 상기 섬유(30)가 브레이딩되는 섬유분기부가 설치된 것을 특징으로 한다.The present invention is a bobbin (10), weaving machine (15, 21) braiding the reinforcing fibers (30) supplied from the bobbin 10, and mixed fibers (31) made through the weaving machine (15, 21) In the braided mixed fiber manufacturing apparatus comprising a cylinder 16 and a caterpillar 17, and a winder 18 to which the mixed fiber 31 is wound, the bobbin 10 and It is characterized in that the fiber branch between the weaving section (15, 21) is provided with a fiber branch braiding.
또한, 본 발명은 브레이딩 직조에 의하여 혼합섬유를 제조하는 방법에 있어서, 보강섬유를 종축방향의 섬유로, 열가소성 섬유를 브레이딩 섬유로 사용하여 직조하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a method for producing a mixed fiber by braiding weave, characterized in that weaving using a reinforcing fiber in the longitudinal axis of the fiber, a thermoplastic fiber as the braiding fiber.
Description
본 발명은 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 유리섬유, 탄소섬유, 아라마드 섬유와 같은 고강도 보강섬유에 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유와 같은 열가소성 섬유를 브레이딩(Braiding)함으로써, 상기 보강섬유와 열가소성 섬유를 일체화시키고 혼합시키기 위한 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing mixed fibers by braiding weaving, and in particular, braiding thermoplastic fibers such as polypropylene fibers, nylon fibers, and polyethylene fibers to high-strength reinforcing fibers such as glass fibers, carbon fibers, and aramid fibers. The present invention relates to a mixed fiber manufacturing apparatus and method by braiding weave for integrating and mixing the reinforcing fibers and thermoplastic fibers.
도 1은 종래 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치의 일예를 나타낸 측면도로서, 보빈(Bobbin)(10)에서 공급되는 보강섬유(30)가 직조기계(15,21)를 통해 브레이딩되어 혼합섬유(31)가 만들어진 후, 가열압착용 실린더(16)를 통해 프리프레그(32)화되어 캐터필러(17)를 타고 와인더(18)에 감겨지는 것을 나타내고 있다.1 is a side view showing an example of an apparatus for manufacturing a mixed fiber by a conventional braiding weave, wherein the reinforcing fiber 30 supplied from the bobbin 10 is braided through the weaving machines 15 and 21 and the mixed fiber After the 31 is made, it is shown that the prepreg 32 is formed through the hot pressing cylinder 16 and is wound on the winder 18 by the caterpillar 17.
일반적으로 열가소성 복합재료는 열경화성 복합재료에 비하여 생산비가 낮고, 생산속도가 뛰어나며 연성이 우수하여 손상허용치나 충격강도 특성이 우수하다. 또한, 보수가 용이하여 제품의 수명이 향상되고 재활용이 가능하다는 점에서 최근 그 응용범위가 확대되고 있는 추세이다.In general, thermoplastic composites have lower production costs, excellent production speeds, and superior ductility than thermoset composites, and have superior damage tolerance and impact strength characteristics. In addition, since the service life is easy and the product can be recycled, the application range of the present invention is expanding.
전술한 장점에도 불구하고 상기 열가소성 복합재료가 구조용으로서 적용이 활발하지 못한 이유는 이 재료의 점도가 매우 높아서 성형상의 많은 어려움이 있기 때문이다. 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 형태는 일방향 프리프레그(Unidirectional Prepreg)인데, 이것은 보강섬유에 열가소성 필름이나 분말을 입힌 것으로서, 비교적 딱딱하고 한 방향으로만 섬유배열이 되어 있기 때문에 복잡한 형상을 제조하기 어렵고 쉽게 쪼개지는 경향이 있다.In spite of the above advantages, the thermoplastic composite material is inactive for structural use because the viscosity of the material is so high that there are many molding difficulties. The most widely used form so far is unidirectional prepreg, which is a thermoplastic film or powder coated on a reinforcing fiber, which is relatively hard and has a fiber array in only one direction. Tend to.
이러한 단점을 보완하기 위하여 보강섬유와 열가소성 섬유 각각을 서로 섞는 기술이 개발되어 있다. 이 기술에 의해 제조된 혼합섬유는 유연하고 작업성이 좋기 때문에 다양한 직조형태의 보강재를 제조할 수 있고, 복잡한 제품을 성형할 수 있으므로 그 응용이 확대되고 있다. 그러나, 이 방법은 보강섬유가 균일하게 분포되기 어렵고, 수지가 과다한 부분이 존재하므로 섬유체적율이 높은 복합재료 제품을 얻기 힘든 문제점이 있었으며, 도면 1중 미설명 부호 22는 베이스, 23은 프레임이다.In order to compensate for these disadvantages, a technology for mixing each of the reinforcing fibers and the thermoplastic fibers has been developed. The mixed fibers produced by this technique are flexible and have good workability, so that various woven reinforcement materials can be manufactured, and complex products can be molded, so that their applications are expanding. However, this method has a problem that it is difficult to uniformly distribute the reinforcing fibers, and there is an excessive portion of the resin, and thus it is difficult to obtain a composite product having a high fiber volume ratio. In FIG. 1, reference numeral 22 denotes a base and 23 denotes a frame. .
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 균일한 보강섬유 배열 분포와 함께 수지 함유량 조절에 의해 높은 섬유체적율을 얻을 수 있는 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was devised in view of the above problems of the prior art, and provides an apparatus and method for producing a mixed fiber by braiding weaving which can obtain a high fiber volume ratio by controlling a resin content with a uniform reinforcing fiber array distribution. Has its purpose.
도 1은 종래 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치의 일예를 나타낸 측면도,1 is a side view showing an example of a conventional fiber manufacturing apparatus by braiding weaving,
도 2는 본 발명에 따른 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치를 나타내는 측면도,Figure 2 is a side view showing a mixed fiber manufacturing apparatus by braiding weave according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치의 구성을 나타내는 분해사시도,Figure 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the mixed fiber production apparatus by braiding weave according to the present invention,
도 4a는 본 발명에 의한 보강섬유와 열가소성 섬유의 브레이드 구조를 나타내는 평면도,Figure 4a is a plan view showing the braid structure of the reinforcing fibers and thermoplastic fibers according to the present invention,
도 4b는 도 4a의 b-b'선 단면도,4B is a cross-sectional view taken along the line b-b 'of FIG. 4A;
도 5는 본 발명에 따른 유리섬유와 폴리프로필렌 섬유의 브레이드 구조를 나타내는 도면,5 is a view showing the braid structure of the glass fiber and the polypropylene fiber according to the present invention,
도 6은 경화 사이클을 나타내는 그래프,6 is a graph showing the curing cycle,
도 7은 본 발명에 따른 복합재료 평판을 나타내는 사진,7 is a photograph showing a composite plate according to the present invention,
도 8은 도 7에 도시된 복합재료 시편의 단면을 100배의 배율로 관찰한 사진이다.FIG. 8 is a photograph observing the cross section of the composite material specimen shown in FIG. 7 at a magnification of 100 times.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 보빈 11 : 제 1분기부10: bobbin 11: first quarter
12 : 제 2분기부 13,14 : 제 3분기부12: second quarter 13,14: third quarter
15,21 : 직조기계 16 : 실린더15,21: weaving machine 16: cylinder
18 : 와인더 30 : 보강섬유18: winder 30: reinforcing fiber
31 : 혼합섬유 32 : 프리프레그31: mixed fiber 32: prepreg
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 보빈과, 상기 보빈에서 공급되는 보강섬유가 브레이딩되는 직조기계와, 상기 직조기계를 통해 만들어진 혼합섬유가 통과하는 실린더 및 캐터필러와, 상기 혼합섬유가 감겨지는 와인더를 포함하는 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치에 있어서, 상기 보빈과 직조기계 사이에 섬유분기부가 설치된 것을 특징으로 하는 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치가 제공된다.The present invention for achieving the above object is a bobbin, a weaving machine braided reinforcing fibers supplied from the bobbin, a cylinder and a caterpillar through which the mixed fiber made through the weaving machine, and the mixed fiber wound In the apparatus for producing mixed fibers by braiding weaving comprising a paper winder, there is provided an apparatus for producing mixed fibers by braiding weave, characterized in that a fiber branch is provided between the bobbin and the weaving machine.
이와 같은 본 발명에서 상기 섬유분기부는 상기 섬유가 통과하는 제 1분기부와, 상기 제 1분기부를 통과한 섬유가 통과하는 제 2분기부와, 상기 제 2분기부를 통과한 섬유가 통과하는 제 3분기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention as described above, the fiber branching portion is a first branch portion through which the fiber passes, a second branch portion through which the fiber passing through the first branch portion passes, and a third fiber passing through the second branch portion. It characterized in that it comprises a branch.
또한, 이와 같은 본 발명에서 상기 제 3분기부는 링 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the third branch is characterized in that it has a ring shape.
또한, 본 발명에 따르면 브레이딩 직조에 의하여 혼합섬유를 제조하는 방법에 있어서, 보강섬유를 종축방향의 섬유로, 열가소성 섬유를 브레이딩 섬유로 사용하여 브레이딩 하는 것을 특징으로 하는 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조방법이 제공된다.In addition, according to the present invention, in the method for producing a mixed fiber by braiding weave, braiding weave characterized in that the braiding using the reinforcing fibers in the longitudinal axis, the thermoplastic fibers as the braiding fibers There is provided a method of producing mixed fibers.
이와 같은 본 발명에서 상기 보강섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라마드 섬유로 하고, 상기 열가소성 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유로 한 것을 특징으로 한다.In the present invention as described above, the reinforcing fibers are made of glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, and the thermoplastic fiber is made of polypropylene fiber, nylon fiber, polyethylene fiber.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 브레이딩 직조에 의한 혼합섬유 제조장치를 나타낸 것으로서, 보빈(10)과 직조기계(15,21) 사이에 보강섬유(30)가 분기되는 섬유분기부가 설치되어 있다.2 and 3 show the apparatus for producing a mixed fiber by braiding weave according to the present invention, wherein the fiber branch is provided between the bobbin 10 and the weaving machine (15, 21) branching the reinforcing fibers (30) have.
이때, 상기 섬유분기부는 상기 보빈(10)에서 공급되는 보강섬유(30)가 통과하는 제 1분기부(11)와, 상기 제 1분기부(11)를 통과한 보강섬유(30)가 통과하는 제 2분기부(12)와, 상기 제 2분기부(12)를 통과한 보강섬유(30)가 통과하는 제 3분기부(13,14)로 이루어져 있다.At this time, the fiber branch portion is passed through the first branch portion 11 through which the reinforcing fibers 30 supplied from the bobbin 10 and the reinforcing fiber 30 passed through the first branch portion 11 pass. The second branch part 12 and the third branch part 13 and 14 through which the reinforcing fibers 30 passing through the second branch part 12 pass.
상기 섬유분기부는 그 하부의 프레임(24)을 통하여 베이스(22)에 고정되고, 각각에 1개 및 2개의 구멍(11')(12')이 형성되어 있어서 보강섬유(30)가 제 1분기부(11)를 통과하면서 1/2로 분기되고, 제 2분기부(12)를 통과하면서 각각 1/2씩, 1/4로 분기된다.The fiber branch part is fixed to the base 22 through the frame 24 at the bottom thereof, and one and two holes 11 'and 12' are formed in each, so that the reinforcing fiber 30 is divided into the first part. It branches into 1/2 while passing through the base 11, and branches into quarters by 1/2, respectively, while passing through the second branch portion 12. FIG.
또한, 상기 제 3분기부(13,14)는 대략 링 형태로서 각각에 4개와 8개의 구멍(13',14')이 형성되어 있어서, 보강섬유(30)가 제 3분기부(13,14)를 통과하면서 1/8과 1/16로 각각 분기되도록 되어 있다.In addition, the third branch (13, 14) is a substantially ring-shaped four and eight holes (13 ', 14') are formed in each, so that the reinforcing fiber 30 is the third branch (13, 14) Branching into 1/8 and 1/16 respectively.
또한, 상기 직조기계(15)는 3축 브레이드(Triaxial Braid)를 제조할 수 있는 것으로서, 상기 제 3분기부(13,14)를 통과한 보강섬유(30)가 분기되는 구멍(20)이 다수개(16개) 형성되어 있다.In addition, the weaving machine 15 is to produce a triaxial braid (triaxial braid), a plurality of holes 20 through which the reinforcing fibers 30 passed through the third branch (13, 14) branched Dogs (16 pieces) are formed.
한편, 본 발명에 의한 혼합섬유 제조방법은 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 의한 장치에서 행해지며, 이를 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the method for producing a mixed fiber according to the present invention is carried out in the apparatus according to the present invention configured as described above, it will be described as follows.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 보빈(10)을 통하여 공급되는보강섬유(30)는 전술한 섬유분기부를 통해 그 섬유가닥이 1/2씩 분기된다.As shown in Figures 2 and 3, the reinforcing fibers 30 supplied through the bobbin 10 is divided into 1/2 of the fiber strands through the above-described fiber branch.
즉, 보강섬유(30)는 제 1 및 제 2분기부(11)(12)를 지나면서 점차 세분화되어 제 3분기부(13,14)에서는 원래 섬유 굵기의 1/16의 굵기로 되고, 최종 섬유 가닥수는 브레이딩 직조기계(15,21)의 종축섬유 갯수만큼 되도록 구성할 수 있다.That is, the reinforcing fibers 30 are gradually subdivided while passing through the first and second branch portions 11 and 12, and the third branch portions 13 and 14 have a thickness of 1/16 of the original fiber thickness. The number of fiber strands may be configured to be as long as the number of longitudinal fibers of the braiding weaving machines 15 and 21.
이러한 섬유분기부는 섬유다발이 큰 경우(예를 들어, 탄소섬유 12K 이상, K는 섬유 필라멘트 1000 가닥을 일컬음) 수지 함침을 용이하게 하기 위하여 섬유다발을 여러 가닥으로 분기할 필요가 있을 때 사용한다.This fiber branching section is used when the fiber bundle needs to branch into multiple strands to facilitate resin impregnation when the fiber bundle is large (e.g., more than 12K carbon fibers, K refers to 1000 filament fibers).
상기 함침공(11'∼20)을 통하여 종축섬유(A)가 관통되고(0도 방향), 직조기계(15,21)의 브레이딩 섬유(B)가 상기 종축섬유(A) 사이로 서로 엇갈리면서 ±θ 방향으로 직조된다.Longitudinal fiber A penetrates through the impregnation holes 11'-20 (0 degree direction), and braiding fibers B of the weaving machines 15 and 21 are staggered between the longitudinal fiber A. Weave in the ± θ direction.
본 발명에서는 종축섬유(A)로서 유리섬유, 탄소섬유, 아라마드 섬유와 같은 보강섬유를, 브레이딩 섬유(B)로서 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유와 같은 열가소성 섬유를 사용하였다. 이렇게 하여 직조된 혼합섬유(31)의 평면구조가 도 4a 와 도 4b에 나타나 있으며, 세 방향(0/±θ)의 섬유가 서로 교차되어 직조된 것을 알 수 있다.In the present invention, reinforcing fibers such as glass fibers, carbon fibers, and aramid fibers are used as longitudinal fibers (A), and thermoplastic fibers such as polypropylene fibers, nylon fibers, and polyethylene fibers are used as braiding fibers (B). The planar structure of the mixed fibers 31 woven in this way is shown in FIGS. 4A and 4B, and it can be seen that the fibers in three directions (0 / ± θ) intersect and are woven.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이 브레이딩 섬유(B)가 종축섬유(A) 아래위를 지나서 종축섬유(A) 사이로 열가소성 수지가 완벽하게 함침될 수 있는 구조를 나타내고 있다.In addition, as shown in FIG. 4B, the braiding fiber B has a structure in which the thermoplastic resin can be completely impregnated between the longitudinal fibers A beyond the vertical fibers A.
혼합섬유(31)가 직조기계(15,21)를 지나면 사용하는 브레이딩 직조기계(15,21)의 종류에 따라 튜브 형태나 띠 형태가 직조되고, 브레이딩 섬유(B) 캐리어 수를 조정하거나 사용섬유의 다발 크기에 따라 혼합섬유(31) 폭과 두께를 조정할 수 있다.When the mixed fibers 31 pass through the weaving machines 15 and 21, the tube or strip form is woven according to the type of braiding weaving machines 15 and 21 used, and the number of braiding fibers B carriers is adjusted. The width and thickness of the mixed fiber 31 can be adjusted according to the bundle size of the fiber used.
흔히, 열가소성 복합재료 성형에 필라멘트 와인딩이나 인발성형법이 사용되고 있는데, 이런 성형법은 띠 형상의 프리프레그를 주로 사용하고, 본 발명에 의한 제품을 프리프레그로 사용하고자 할 때는 도 2에서와 같이 직조된 혼합섬유(31)를 가열된 두 개의 실린더(16) 중간에서 압축하고, 이렇게 제조된 혼합섬유(31)나 프리프레그(32)는 캐터필러(17)를 통과시킨 후 와인더(18)를 이용하여 원하는 길이로 보빈(10)에 감아서 사용할 수 있다.Frequently, filament winding or pultrusion is used for molding thermoplastic composites, and this forming method mainly uses a band-shaped prepreg, and when the product according to the present invention is to be used as a prepreg, a woven blend as shown in FIG. The fibers 31 are compressed in the middle of two heated cylinders 16, and the mixed fibers 31 or prepregs 32 thus prepared are passed through the caterpillar 17, and then the desired winders 18 are used. It can be used by winding the bobbin 10 in length.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples.
(실시예)(Example)
도 5는 유리섬유와 폴리프로필렌 섬유를 사용하여 브레이드된 혼합섬유를 보인 것으로서, 사용한 유리섬유는 202 Tex, 폴리프로필렌 섬유는 29 Tex 이며, 사용한 브레이딩 직조부는 종축섬유로서 16가닥의 유리섬유를, 브레이딩 섬유로서 폴리프로필렌 섬유를 32가닥 사용하였다.Figure 5 shows a mixed fiber braided using a glass fiber and a polypropylene fiber, used glass fiber is 202 Tex, polypropylene fiber is 29 Tex, the braiding weave used is 16 strands of glass fiber as longitudinal fibers, 32 strands of polypropylene fibers were used as braiding fibers.
이 혼합섬유를 평판위에 감아서 한 층을 만들고 여기에 여러 층을 적층하여 도 6과 같은 경화 사이클에 따라 복합재료로 제조한 것이 도 7에 나타나 있다.It is shown in Figure 7 that the mixed fibers were wound on a flat plate to form one layer, and several layers were laminated thereon and made of a composite material according to the curing cycle as shown in FIG.
이 복합재료의 단면을 관찰해보면 도 8에 도시된 바와 같이, 보강섬유의 분포가 매우 균일하고 기포 생성도 거의 없음을 알 수 있다.Observing the cross section of the composite material, as shown in FIG. 8, it can be seen that the distribution of the reinforcing fibers is very uniform and there is almost no bubble generation.
기존의 혼합 섬유는 수지함유량이 많아서 섬유체적율이 대체로 20-30 %에 머물고 있으나 본 발명에 의한 혼합섬유를 사용한 복합재료는 약 50-60 % 까지 가능하므로 고성능 복합재료 제품에 응용 가능하다.Existing mixed fiber has a large resin content, so the fiber volume ratio is generally 20-30%, but the composite material using the mixed fiber according to the present invention can be applied to high-performance composite products because it can be up to about 50-60%.
이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 기존의 제조법보다 훨씬 저렴한 방법으로 혼합섬유를 제조할 수 있고, 브레이딩 각도나 이송 속도를 조절함으로써 열가소성 섬유의 포함량을 조절하여 복합재료의 압축 성형시 보강섬유 체적율을 높이기 위해 다량의 수지를 짜낼 필요가 없이 적정한 압력을 가하면 되므로 전체적인 복합재료 성형시간 공정을 단축할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture the mixed fiber in a much cheaper method than the conventional manufacturing method, and to control the amount of thermoplastic fiber by controlling the braiding angle or the feed rate to reinforce the fiber during compression molding of the composite material. In order to increase the volume ratio, it is not necessary to squeeze a large amount of resin, and it is necessary to apply an appropriate pressure, thereby shortening the overall composite molding time process.
또한, 기존 혼합 섬유의 보강섬유 체적율이 20-30 %임에 비하여 본 발명에 의한 혼합섬유는 약 50-60% 까지 가능하므로 고성능 복합재료의 중간재로 응용할 수 있고, 혼합섬유에 로울러에 의한 열과 압력을 가하여 다양한 폭의 프리프레그 스트립으로 제조할 수 있으므로 필라멘트 와인딩이나 인발성형에 직접 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the reinforcing fiber volume ratio of the existing mixed fiber is 20-30%, compared to the mixed fiber according to the present invention is possible up to about 50-60% can be applied as an intermediate material of high-performance composite material, and By applying pressure, it can be made into prepreg strips of various widths, which can be directly used for filament winding or drawing.
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