KR100836748B1 - 복합매트 제조장치 - Google Patents

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박찬환
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(주)리앤에스
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Abstract

본 발명은 복합매트 제조장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 복합매트 제조장치는 서로 이격 배치되는 상부 컨베이어와 하부 컨베이어; 상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어의 이동 방향을 따라 복수 개로 배치되어 상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어 사이에 투입되어 이동하는 복합 섬유층을 가압하는 가압 롤러; 상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어에 열풍을 가하여 상기 복합 섬유층을 용융시키는 열풍 발생기; 및 상기 용융된 복합 섬유층을 냉각시켜 복합매트를 형성하는 냉각기를 포함한다.
Figure R1020070021018
복합매트, 용융, 컨베이어, 롤러, 열풍

Description

복합매트 제조장치{APPARATUS FOR PRODUCING A COMPOUND MAT}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합매트 제조장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 복합매트 제조장치의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합매트 제조장치의 작동 원리를 나타낸 개념도이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
10: 상부 컨베이어 12: 상부 컨베이어벨트
14: 상부 회전드럼 20: 하부 컨베이어
22: 하부 컨베이어벨트 24: 하부 회전드럼
30: 상부 프레임 40: 하부 프레임
50: 가압 롤러 60: 지지 롤러
70: 열풍 발생기 71: 보일러
72: 열 집적부 73: 송풍부
74: 재생부 80: 냉각기
81: 급수관 82: 스프링쿨러
83: 열교환기 100: 복합매트 제조장치
본 발명은 복합매트 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 컨베이어 사이에 밀착되어 이동하는 복합 섬유층을 가열, 용융 및 냉각시켜 복합매트로 제조하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 복합매트는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나이론, 비닐론, 폴리에스테르 등과 같은 유기계 섬유와 유리섬유, 카본섬유의 무기계 강화섬유가 결합된 시트 형상의 복합재료이다.
상기와 같은 복합매트는 금속보다 가볍고, 강도, 강성 및 내구성이 우수하여 항공기나 선박 및 자동차 부품, 정밀 전기 및 전자 제품 등 각 산업분야에 널리 활용되고 있다.
복합재료의 대표적인 것으로는 불포화 폴리에스테르와 같은 열경화성 수지 및 유리섬유와 같은 강화섬유를 결합한 섬유강화 플라스틱(FRP) 및 열가소성 수지와 강화섬유를 결합한 섬유강화 열가소성 플라스틱(FRTP)이 제안되어 있다. 상기와 같은 복합재료는 금속을 초월하는 우수한 성능을 포함하기 때문에 전술한 용도에 주로 사용된다.
통상 복합매트 제조장치는 컨베이어 사이로 투입되는 복합 섬유층을 예열하 는 예열부, 예열된 복합 섬유층을 롤러를 이용하여 가압하면서 용융시키는 가압부 및 용융된 복합 섬유층을 고화시키는 냉각부를 포함한다.
종래 복합매트 제조장치는 복합 섬유층을 용융시킴에 있어서, 롤러의 내부에 직접 가열된 열매유를 순환시켜 컨베이어 벨트를 통하여 복합 섬유층을 용융시키는 방식을 사용하였다. 그런데, 이러한 종래의 방식에서는 컨베이어 벨트 전체에 고른 열전도가 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
이를 개선하기 위해, 특허출원 제2004-69197호는 컨베이어 벨트를 가스버너로 직접 가열하여 복합 섬유층을 용융시키는 방식을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같은 직접 발화식 용융방법은 복합 섬유층을 가열함에 있어 화재의 위험성을 내포하고 있고, 직접 가열로 인하여 신속한 용융은 가능하지만 국부적인 가열로 제품의 불균일성을 초래하고, 온도의 조절이 어럽게 되는 문제점이 있다.
또한, 종래 복합매트 제조장치는 용융된 복합 섬유층을 급격히 냉각시킴으로써, 복합매트 제품의 물성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 열풍에 의한 간접적인 가열 방식으로 복합재료를 용융하여 균일한 성질의 복합매트를 제조하며, 용융 온도를 용이하게 제어하고, 냉각에 의한 복합매트의 물성 변화를 최소화할 수 있는 복합매트의 제조장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복합매트 제조장치는 서로 이격 배치되는 상부 컨베이어와 하부 컨베이어; 상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어의 이동 방향을 따라 복수 개로 배치되어 상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어 사이에 투입되어 이동하는 복합 섬유층을 가압하는 가압 롤러; 상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어에 열풍을 가하여 상기 복합 섬유층을 융융시키는 열풍 발생기; 및 상기 용융된 복합 섬유층을 냉각시켜 복합매트를 형성하는 냉각기를 포함한다.
또한, 상기 열풍 발생기는, 열전달 유체를 가열하는 보일러; 상기 보일러로부터 가열된 열전달 유체를 전달받아 열을 수집하는 열 집적부; 및 상기 열 집적부로부터 상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어로 열풍을 불어주는 송풍부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열풍 발생기는 상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어로 유입되는 열풍의 일부를 흡입하여 상기 열 집적부로 피드백시키는 재생부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 송풍부는 송풍팬 및 상기 송풍팬에 의해 이동하는 열풍을 가이드하는 송풍 덕트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열 집적부 및 송풍부는 상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어에 각각 위치할 수 있다.
또한, 상기 열풍 발생기는 상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어의 이동 방 향을 따라 소정 구획마다 변하는 온도로 열풍을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 열풍 발생기는, 상기 복합 섬유층을 용융시키는 용융존 및 상기 용융존 보다 낮은 온도의 열풍을 발생시키는 예비 냉각존을 형성할 수 있다.
또한, 상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어 사이의 간격은 이동 방향을 따라 점진적으로 감소할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 복합매트 제조장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 본 발명에서 복합매트는 복합 재료를 이용하여 압축된 박형의 모든 부재(보드 등)를 포함하도록 해석될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합매트 제조장치의 개략적인 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 복합매트 제조장치의 부분 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합매트 제조장치(100)는 소정 간격으로 이격 배치되는 상부 컨베이어(10)와 하부 컨베이어(20), 상기 상부 컨베이어(10) 측에 위치하는 상부 프레임(30), 상기 하부 컨베이어(20) 측에 위치하는 하부 프레임(40), 및 상기 상부 및 하부 컨베이어(10)(20)를 누르는 가압 롤러(50)를 포함한다.
상부 및 하부 컨베이어(10)(20)는, 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)와, 상기 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)를 감으면서 회전하는 상부 및 하부 회전드럼(14)(24)을 포함한다. 상기 상부 컨베이어벨트(12)와 하부 컨베이어벨트(22) 사이에는 복합 섬유층이 밀려 들어가면서 일 방향으로 이동한다.
상기 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)는 열전달률이 우수하고, 부식에 강한 스테인레스 재질로 이루어지는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 탄소강 등 그 재질은 다양하게 변형될 수 있다.
상부 및 하부 프레임(30)(40)은 각각 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)의 이동을 허용하는 공간부를 구비하며, 장치의 부품을 지지한다. 상부 컨베이어벨트(12)와 하부 컨베이어벨트(22) 사이로 복합 섬츄층이 투입될 때, 상부 프레임(30)은, 복합 섬유층의 두께만큼 상승하여 원활한 복합 섬유층의 이동을 확보하게 된다. 여기서, 상부 프레임(30)은 승강시 상부 프레임(30)과 하부 프레임(40) 사이에 설치된 가이드 부재(32)에 의해 일정한 경로를 따라 움직일 수 있다.
그리고, 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)의 길이 방향을 따라 복수개의 가압 롤러(50)가 설치되어 상부 컨베이어벨트(12)와 하부 컨베이어벨트(22) 사이에 개재되어 있는 복합 섬유층을 가압한다.
가압 롤러(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 가압 롤러(50A) 및 하부 가압 롤러(50B)로 이루어진다. 상부 가압 롤러(50A)는 상부 프레임(30)에 고정되어 상부 컨베이어벨트(12)의 내면에 접촉하면서 회전하고, 하부 가압 롤러(50B)는 상부 가압 롤러(50A)에 대향 배치되면서 하부 프레임(40)에 고정되고, 하부 컨베이어벨트(22)의 내면에 접촉하면서 회전한다.
상부 가압 롤러(50A)와 하부 가압 롤러(50B) 사이의 간격은 자유롭게 조절될 수 있으며, 일례로 이 간격은 상부 및 하부 컨베이어(10)(20)의 이동 방향으로 따 라 점진적으로 작아질 수 있다. 이는 복합 섬유층이 용융된 후 냉각되는 과정에서 점진적으로 압력을 증가시켜 균일한 복합매트를 제조할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)는 처짐 등을 방지하기 위해, 복수 개의 지지 롤러(60)에 의해 지지된다.
복합 섬유층은 상기와 같은 구조를 가지는 상부 컨베이어(10)와 하부 컨베이어(20) 사이에 밀착되어 용융 과정 및 냉각 과정을 거친다. 용융 과정은 열풍 발생기(70, 도 3에 도시)에 의해 이루어지고, 냉각 과정은 냉각기(80, 도 3에 도시)에 의해 이루어진다.
냉각기(80)는 연속되는 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)로 용융된 복합 섬유층을 전달받아 고화시킨다. 여기서, 냉각기(80)가 설치된 구역에도 가압 롤러가 설치된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합매트 제조장치의 작동 원리를 나타낸 개념도로서, 복합 섬유층의 가열 및 냉각 원리를 나타내고 있다.
도 3을 참고하면, 상부 컨베이어벨트(12)와 하부 컨베이어벨트(22) 사이에 투입되어 이동하는 복합 섬유층은 먼저 열풍 발생기(70)에서 생성된 열풍에 의해 용융된다. 열풍 발생기(70)는 순환하는 열전달 유체의 열 에너지를 이용하여 고온의 열풍을 발생시켜 복합 섬유층을 가열하는 것으로서, 보일러(71), 열 집적부(72) 및 송풍부(73)를 포함한다.
보일러(71)는 열전달 유체를 버너 등을 이용하여 가열하며, 가열된 열전달 유체를 펌프를 이용하여 열 집적부(72)로 보낸다. 열전달 유체로는 실리콘 오일과 같은 열매유를 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다양한 열전달 유체가 사용될 수 있다.
열 집적부(72)는 보일러(71)로부터 전달받은 열전달 유체의 에너지를 수집 및 보관하며, 상부 및 하부 컨베이어(10)(20)의 이동방향을 따라 복수 개로 배열된다. 이때, 열 집적부(72)도 상부 열 집적부 및 하부 열 집적부로 이루어져 서로 대향하여 배치될 수 있다.
송풍부(73)는 상기 열 집적부(72)에 보유된 열을 상부 및 하부 컨베이어 벨트(12)(22) 측으로 보내어 열풍을 생성한다. 이 열풍은 일례로, 송풍팬(731)에 의해 형성될 수 있으며, 송풍 덕트(732)를 통하여 용융 챔버(S) 내로 배출된다. 열풍은 최대 270 ℃까지 가열되며, 상부 및 하부 컨베이어 벨트(12)(22)에 그대로 전달된다. 이에 따라, 상기 가열된 상부 및 하부 컨베이어 벨트(12)(22)는 복합 섬유층을 용융시킨다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열풍 발생기(70)는 용융 챔버(S) 내의 열풍을 재활용하는 재생부(74)를 포함한다. 재생부(74)는 용융 챔버(S) 내의 열풍을 일부 흡입하여 다시 열 집적부(72)로 보낸다. 재생부(74)에 의해 열 집적부(72)의 열 수집 효율이 개선된다.
열풍 발생기(70)에서, 열전달 유체의 경로 및 열풍의 발생 경로를 살펴보면 다음과 같다.
보일러(71)에서 가열된 열전달 유체는 제1 라인(75)으로 유출되며, 제1 라인(75)에서 갈라진 제1 분기 라인(76)을 통하여 각각 열 집적부(72)로 보내진다. 열 집적부(72)에 열을 전달한 열전달 유체는 제2 분기 라인(77)으로 유출되고, 제2 라인(78)에서 만난 후 보일러(71)로 유입되어 다시 가열된다. 열전달 유체는 이와 같은 과정의 반복에 의해서 지속적으로 가열된다.
상기와 같은 과정에서, 열 집적부(72)에 축적된 열은 송풍팬(731)에 의해 열풍으로 형성되어 용융 챔버(S) 내측으로 유입된다. 이 열풍에 의해 용융 챔버(S) 내부는 전체적으로 균일한 온도를 가지는 분위기로 이루어진다.
한편, 용융 챔버(S) 내의 열풍 일부는 재생부(74)에 의해 다시 열 집적부(72)로 반송되어 재가열된 후 다시 용융 챔버(S) 내측으로 유입된다.
상기와 같은 열풍 발생기(70)의 작용에 의해, 복합 섬유층(FRTP의 복합 재료의 경우)에서 열가소성 수지는 용융되어 강화섬유에 함침된다.
그리고, 열풍 발생기(70)는 소정 구획마다 서로 다른 온도의 열풍을 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 열풍 발생기(70)는 용융 챔버(S) 내로 유입된 열풍의 온도보다 낮은 온도의 열풍을 발생시켜 용융 챔버(S)로부터 나오는 복합 섬유층을 예비 냉각시킬 수 있다.
즉, 열풍 발생기(70)는 열풍의 온도를 변화시켜 용융존(Z1)과 예비 냉각존(Z2)을 형성할 수 있다. 예비 냉각존(Z2)의 열풍 온도는 100 ℃ 내지 180 ℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 이에 따라, 용융된 복합 섬유층은 급격한 냉각에 의한 물성 저하가 방지된다. 또한, 본 발명은 점진적인 냉각에 의해 복합 섬유층을 원하는 두께로 용이하게 가압할 수 있다. 이는 용융 상태에서 두께 조절은 어렵고, 냉각기(80)에 의해 고화된 복합 섬유층의 두께를 조절하는 것도 어려우므로, 그 중간 단계에서 두께를 조절하는 것이 가장 용이하기 때문이다.
열풍 발생기(70)의 열풍 온도 조절은 송풍 덕트(732)에 설치되는 온도 센서 및 열 집적부(72)와 제1 분기 라인(76) 사이에 설치되는 컨트롤 밸브에 의해 이루어진다. 즉, 온도 센서가 용융 챔버(S) 내측으로 공급되는 열풍의 온도를 측정하면, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 컨트롤 밸브는 열 집적부(72)에 공급되는 열전달 유체의 유량을 조절한다. 이 열전달 유체의 유량이 변함으로써, 열풍의 온도도 변하게 된다. 상기 컨트롤 밸브로는 공기식 또는 전기식 컨트롤 밸브가 사용될 수 있다.
상기한 용융존(Z1)과 예비 냉각존(Z2)을 거친 복합 섬유층은 다음의 수냉식 냉각기(80)를 거치면서 고화된 후 복합매트로 완성된다.
냉각기(80)는 가압 롤러(50) 사이에 설치된 급수관(81)을 통해 상부 및 하부 컨베이어벨트(12)(22)로 냉각수를 분출시킨다. 일례로, 급수관(81)의 단부에는 스프링쿨러(82)가 설치되어 냉각수를 분사시킬 수 있다. 냉각수는 열교환기(83)에 의해 저온으로 형성된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 복합매트 제조장치는 열풍 발생기에 의해 복합 섬유층을 용융시킴으로써, 복합 섬유층의 위치에 관계없이 일정한 온도를 유지하여 복합 섬유층을 균일하게 용융하여 제품의 균일성 및 생산성을 향상시키고, 직접 가열에 의한 방식보다 화재의 위험성을 감소시킨다.
또한, 본 발명에 따른 복합매트 제조장치는 예비 냉각에 의해 복합매트의 급냉에 의한 물성 저하를 방지한다.

Claims (8)

  1. 용융 챔버;
    상기 용융 챔버 내에서 서로 이격 배치되는 상부 컨베이어와 하부 컨베이어;
    상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어의 이동 방향을 따라 복수 개로 배치되어 상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어 사이에 투입되어 이동하는 복합 섬유층을 가압하는 가압 롤러;
    상기 용융 챔버 내로 열풍을 가하여 상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어를 가열함으로써 상기 복합 섬유층을 용융시키는 열풍 발생기; 및
    상기 용융된 복합 섬유층을 냉각시켜 복합매트를 형성하는 냉각기를 포함하며,
    상기 열풍 발생기는, 열전달 유체를 가열하는 보일러와, 상기 보일러로부터 가열된 열전달 유체를 전달받아 열을 수집하는 복수 개의 열 집적부와, 상기 열 집적부로부터 상기 용융 챔버로 열풍을 불어주는 송풍부, 및 상기 용융 챔버 내 열풍의 일부를 흡입하여 상기 열 집적부로 피드백시키는 재생부를 포함하고,
    상기 열풍 발생기는, 상기 섬유층을 용융시키는 용융존 및 상기 용융존 보다 낮은 100 ℃ 내지 180 ℃ 온도의 열풍을 발생시키는 예비 냉각존을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합매트 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송풍부는 송풍팬 및 상기 송풍팬에 의해 이동하는 열풍을 가이드하는 송풍 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합매트 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열 집적부 및 송풍부는 상기 상부 컨베이어 및 하부 컨베이어 측에 각각 위치하며,
    상기 보일러에서 가열된 열전달 유체는, 제1 라인으로 유출되며, 상기 제1 라인에서 갈라진 제1 분기 라인을 통하여 각각 상기 열 집적부로 보내지며,
    상기 열 집적부에 열을 전달한 열전달 유체는 제2 분기 라인으로 유출된 후 제2 라인에서 만나 상기 보일러로 다시 유입되는 것을 특징으로 하는 복합매트 제조장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 상부 컨베이어와 하부 컨베이어 사이의 간격이 이동 방향을 따라 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 복합매트 제조장치.
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