KR100880805B1 - 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 - Google Patents

섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인발성형에 의하여 연속 장섬유로 강화된 합성수지로 제조하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 및 그 방법에 관한 것이다.
수지용액을 섬유사에 도포할 시 우레탄 수지 용액이 작업장에 노출되지 않도록 하여 작업장의 유해개스의 발생을 방지하고, 섬유사를 우레탄 수지 용액에 함침시키지 않고 일정량 분사하여 항상 일정량이 섬유사에 도포되도록 하여 수지 성형제품의 균일성을 유지하여 제품의 질을 높일 수 있으며, 섬유사에 우레탄 수지 용액을 도포할 시 우레탄 수지가 흘러내리지 않도록 하여 설비의 오염을 방지하여 별도로 세정할 필요가 없어 제조비용을 절감하기 위한 본 발명의 합성수지의 인발성형방법은, 다수의 로빙 크릴에 권취된 섬유사를 성형하기 위한 형태로 공급되도록 가이드 복수의 구멍을 통해 안내하여 적층 배열하는 단계와, 상기 적층 배열한 섬유사를 공급받아 미리 정해진 양만큼 수지를 분사하면서 미리 정해진 형태로 성형하는 단계와, 상기 성형된 성형품을 공급받아 히팅에 의해 경화시키는 단계와, 상기 경화된 성형품을 인장시키면서 배출하는 단계와, 상기 배출된 성형품을 미리 정해진 크기로 절단하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 인발성형에 의한 합성수지 성형제품 제조 시 섬유사에 수지용액을 일정한 양으로 분사하여 수지용액이 작업장에 노출되지 않도록 하여 작업장의 유해가스의 발생을 방지하고, 섬유사를 수지 용액에 함침시키지 않고 일정량 분사하여 항상 일정량이 섬유사에 도포되도록 하여 수지성형제품의 균일성을 유지하여 제품 의 성능을 향상시킬 수 있다.
인발성형, 합성수지, 함침, 직물배열기, 수지함침

Description

섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치{Equipment for pultrusion molding of fiber reinforced composites by closed-type injection}
본 발명은 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인발성형에 의하여 연속 장섬유로 강화된 합성수지로 제조하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 인발성형은 섬유 로빙 또는 매트에 수지를 함침시켜, 단면이 일정한 형상을 지닌 가열된 금형을 통하여 경화 시키면서 연속적으로 제품을 성형하는 공법으로, 긴 튜브, 막대 및 채널등과 같이 길이방향으로 똑같은 단면을 지닌 제품을 제조하는데 사용된다. 인발성형기는 보강섬유 크릴(Creel), 수지 함침조(Resin Bath), 형상제어장치(Forming Guide), 가열금형, 당김장치(Puller) 및 절단기 등으로 구성되며, 크릴로부터 공급되는 보강섬유가 수지 함침 장치를 거치면 서 보강섬유에 수지가 함침되게 된다. 수지가 함침된 보강섬유는 가열된 금형을 통과하면서 복합재료로 경화되며, 금형을 빠져 나온 복합재료 제품은 당김 장치에 의해 연속적으로 당겨지게 된다. 성형된 복합재료 제품은 절단기에 의해 원하는 길이만큼 절단되어 최종 완성된다. 인발성형은 생산성이 높고, 제품의 섬유부피 함유율이 높은 제품의 생산이 가능하며 제품의 길이가 무제한인 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다. 인발성형을 통한 제품들은 성형품의 특성상 단면적이 일정하므로 건축분야, 수송기 및 항공/우주분야의 구조물 적용 등에 많이 쓰이고 있다. 적용 제품으로는 냉동트럭, 콘테이너 구조물, 창문틀, 자전거 프레임 등 매우 다양하다.
로빙은 수개의 연속 기본 섬유들의 배합물로부터 제조된다. 인발성형공정에서는 수개의 로빙을 함침시킨 다음 이를 가열된 턴넬에 통과시키고 여기서 이들을 서로 괴상으로 배합시켜 부피가 큰 섬유 다발 또는 그룹을 제조한다. 조사가열은 다발의 코어에서 열가소성 수지의 용융 및 이에 의한 기본섬유의 함침이 곤란하다. 함침 균일성의 결핍 및 이에 따르는 비함침 섬유간 공기 잔류는 최종 제품의 기계적 특성의 결함원인으로 될 수 있다. 이러한 효과는 로빙의 개수가 증가하고 최종 성형물이 대형화될수록 더 현저해진다.
최근에 열가소성 물질을 사용하여 복합재료를 제조하고자 하는 시도가 있어 왔다. 예를 들면 호울리(Hawely)는 미국 특허 4,439,387호에서 용융된 열가소성 수지물질을 매봉시킨 다이를 통해 압출시키는 것을 개시하고 있다. 미국특허 4,559,262호에서 콕스웰 등(Cogswell et al.)은 다수의 섬유를 함침욕을 통해 계속해서 인취함으로 수득되는 성형품을 개시하고 있다.
도 1은 종래의 인발성형에 의한 섬유강화복합소재의 성형품을 제조하기 위한 장치의 구성도이다.
로빙크릴(10)에서 가이드(12)의 복수구멍을 통해 섬유사가 당겨지면서 공급된다. 상기 가이드(12)의 복수구멍을 통해 공급된 섬유사는 직물배열기(14)를 통해 수직으로 적층되면서 배열된다. 상기 직물배열기(14)를 통해 적층된 섬유사는 다수의 롤러가 구비되고 우레탄 수지(Urethane Resin)가 담겨진 함침조(16)에 함침된다. 상기 함침조(16)에 담겨진 섬유사는 압축성형기(18)에서 수지와 함께 압축되고 미리 정해진 형태로 성형되면서 인발(Pulling)된다. 상기 압축성형기(18)로부터 성형된 제품은 히팅부(20)를 통해 히팅되어 경화된다. 상기 히팅부(20)로부터 경화된 성형제품은 풀러(Puller)(22)를 통해 인발되면서 원하는 제품으로 제조되고, 풀러(22)를 통과한 제품을 원하는 크기로 절단기(24)를 이용하여 절단하게 된다.
상기와 같이 우레탄 수지가 담겨진 함침조(16)를 통해 직물배열기(14)를 통과한 섬유사를 함침시켜 우레탄수지를 고착시킴으로 인해 함침조(16)가 작업장에 노출되어 있어 함침조(16)로부터 유해 가스가 발생되고 섬유사에 도포된 우레탄 수지가 흘러내려 작업설비를 오염시키고, 또한 사용하고 남은 함침조(16)의 우레탄 수지를 처리하는데 비용이 소요되며, 그 우레탄 수지를 처리하는데 환경오염을 발생하는 문제가 있었다.
그리고 직물배열기(14)를 통과하는 섬유사가 함침조(16)를 통해 함침되어 도포되므로 균일한 양이 도포되지 않고 불규칙하여 성형제품의 균일성이 떨어지는 문제가 있었다.
또한 함침조(16)와 압축성형기(18)에 의해 수지가 도포되도록 하여 원하는 모양으로 성형하고 있어 설비의 제작비용이 높아지는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 수지 용액을 섬유사에 도포할 시 우레탄 수지 용액이 작업장에 노출되지 않도록 하여 작업장의 유해 가스의 발생을 방지하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 섬유사를 우레탄 수지 용액에 함침시키지 않고 일정량 분사하여 항상 일정량이 섬유사에 도포되도록 하여 수지성형제품의 균일성을 유지하여 제품의 질을 높일 수 있는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 섬유사에 우레탄 수지 용액을 도포할 시 우레탄 수지가 흘러내리지 않도록 하여 설비의 오염을 방지하여 별도로 세정할 필요가 없어 제조비용을 절감할 수 있는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 섬유사에 수지 용액과 성형을 하나의 장치에서 이루어지도록 하여 설비제작비용을 줄일 수 있는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치는, 섬유사를 권회하고 있는 다수의 로빙크릴과, 다수의 로빙크릴로부터 공급되는 섬유사를 성형하기 위한 형태로 공급되도록 복수의 구멍을 통해 안내하는 가이드와, 상기 가이드의 복수구멍을 통해 당겨지면서 공급되는 섬유사를 적층배열하는 직물배열기와, 상기 직물배열기를 통해 적층된 섬유사를 공급받아 수지를 미리 정해진 양만큼 분사하면서 상기 섬유사에 수지를 미리 정해진 형태로 성형을 하는 성형 및 분사기와, 상기 성형 및 분사기로 경화제가 혼합된 수지를 공급하여 분사되도록 제어하는 수지공급기와, 상기 성형 및 분사기를 통해 성형된 성형품을 공급받아 히팅에 의해 경화시키는 히팅부와, 상기 히팅부로부터 경화된 성형품을 인장시키면서 배출하는 풀러와, 상기 풀러를 통해 배출된 성형품을 미리 정해진 크기로 절단하는 절단기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수지 공급기는, 서로 다른 종류 또는 동일한 종류의 수지를 저장하고 있는 수지 탱크와, 서로 다른 종류 또는 동일한 종류의 경화제를 저장하고 있는 경화제탱크와, 상기 수지탱크로부터 공급되는 수지과 상기 경화제탱크로부터 공급되는 경화제의 토출압력을 각각 제어하는 토출압력조절기와, 상기 토출압력조절기로부터 공급되는 수지와 경화제를 혼합하여 배출하는 혼합기와, 상기 혼합기로부터 경화제와 혼합된 수지를 상기 성형 및 분사기로 분사할 수 있도록 수지의 공급통로를 형성하는 연결관을 포함함을 특징으로 한다.
상기 섬유사는 유리 섬유 또는 아리미드 섬유 또는 카본 섬유임을 특징으로 한다.
상기 수지는 폴리에스테르 또는 에폭시 또는 폴리 우레탄임을 특징으로 한다.
상기 성형 및 분사기는, 중앙부분이 삼각형형태로 오목하게 관통홈이 형성된 상부부재와, 상기 상부부재가 얹혀질 수 있도록 중앙부분위 삼각형태로 볼록하게 돌출부를 갖으며, 상기 삼각형태의 돌출된 꼭지점의 연장선상에 일정간격마다 복수의 분사노즐이 형성된 하부부재를 구비하고,
상기 상부부재의 상부면 가장자리부분에 일정간격으로 제1 나사구멍이 형성되어 있고, 삼각형 형태로 오목하게 형성된 꼭지점의 연장선상에 일정간격마다 복수의 분사노즐이 형성되어 있으며, 상기 하부부재의 가장자리부분에 일정간격으로 제2 나사구멍이 형성되어 있으며, 상기 제1 나사구멍을 관통하여 상기 제2 나사구멍에 체결되는 복수의 볼트를 구비함을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치의 성형 및 분사기는, 성형품의 형태에 대응하여 내부에 관통홀이 형성된 챔버와, 상기 챔버의 관통홀의 길이방향으로 일정간격마다 상기 관통홀의 내부면에 형성된 복수의 노즐과, 상기 복수의 노즐과 연통되도록 상기 챔버의 내부에 형성되어 수지 용액이 유동되도록 하는 관통로를 구비함을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형방법은, 다수의 로빙크릴에 권취된 섬유사를 성형하기 위한 형태로 공급되도록 가이드 복수의 구멍을 통해 안내하여 적층배열하는 단계와, 상기 적층배열한 섬유사를 공급받아 미리 정해진 양만큼 수지를 분사하면서 미리 정해진 형태로 성형하는 단계와, 상기 성형된 성형품을 공급받아 히팅에 의해 경화시키는 단계와, 상기 경화된 성형품을 인장시키면서 배출하는 단계와, 상기 배출된 성형품을 미리 정해진 크기로 절단하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 인발성형에 의한 합성수지 성형제품 제조 시 섬유사에 수지용액을 일정한 양으로 분사하여 수지용액이 작업장에 노출되지 않도록 하여 작업장의 유해개스의 발생을 방지하고, 섬유사를 수지 용액에 함침시키지 않고 일정량 분사하여 항상 일정량이 섬유사에 도포되도록 하여 수지성형제품의 균일성을 유지하여 제품의 질을 높일 수 있다.
또한 섬유사에 수지 용액을 도포할 시 수지 용액이 흘러내리지 않도록 하여 설비의 오염을 방지하여 별도로 세정할 필요가 없어 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
한편 섬유사에 수지용액의 도포와 성형을 하나의 장치에서 이루어지도록 하여 설비제작비용을 줄이고, 또한 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비개방형 인젝션 인발성형에 의한 섬유강화복합소재의 성형품을 제조하기 위한 장치의 구성도이다.
섬유사를 권취하고 있는 다수의 로빙크릴(100)과, 다수의 로빙크릴(100)로부터 공급되는 섬유사를 성형하기 위한 형태로 공급되도록 복수의 구멍을 통해 안내하는 가이드(102)와, 상기 가이드(102)의 복수구멍을 통해 당겨지면서 공급되는 섬유사를 수직으로 적층배열하는 직물배열기(104)와, 상기 직물배열기(104)를 통해 적층된 섬유사를 공급받아 수지를 미리 정해진 양만큼 분사하면서 상기 섬유사에 수지를 미리 정해진 형태로 성형을 하는 성형 및 분사기(106)와, 상기 성형 및 분사기(106)로 경화제가 혼합된 수지를 공급하여 분사되도록 제어하는 수지공급기(108)와, 상기 성형 및 분사기(106)를 통해 성형된 성형품을 공급받아 히팅에 의해 경화시키는 히팅부(110)와, 상기 히팅부(110)로부터 경화된 성형품을 인장시키면서 배출하는 풀러(112)와, 상기 풀러(112)를 통해 배출된 성형품을 미리 정해진 크기로 절단하는 절단기(114)로 구성되어 있다.
도 3은 도 2중 수지공급기(108)의 상세 구성도이다.
서로 다른 종류 또는 동일한 종류의 수지를 저장하고 있는 수지탱크(120, 122)와, 서로 다른 종류 또는 동일한 종류의 경화제를 저장하고 있는 경화제탱크(124, 126) 와, 상기 수지탱크(120, 122)로부터 공급되는 수지과 상기 경화제탱크(124, 126)로부터 공급되는 경화제의 토출압력을 각각 제어하는 토출압력조절기(128)와, 상기 토출압력조절기(128)로부터 공급되는 수지와 경화제를 혼합하여 배출하는 혼합기(130)와, 상기 혼합기(130)로부터 경화제와 혼합된 수지를 상기 성형 및 분사기(106)로 분사할 수 있도록 수지의 공급통로를 형성하는 연결관(132)으로 구성되어 있다.
도 4는 도 2중 성형 및 분사기(106)의 분리사시도이고,
도 5는 도 2중 성형 및 분사기(106)의 결합사시도이며,
도 6은 도 4의 상부부재(140)에 대한 A-A'절개 단면도이다.
성형품의 형태에 대응하여 관통홀(154)이 형성된 챔버와,
상기 챔버의 관통홀(154)의 길이방향으로 일정간격마다 상기 관통홀(154)의 내부면에 형성된 복수의 노즐(152a, 152b)과,
상기 복수의 노즐과 연통되도록 상기 챔버의 내부에 형성되어 수지용액이 유동되도록 하는 관통로(145)로 구성되어 있다.
상기 챔버는, 중앙부분이 삼각형형태로 오목하게 관통홈(141)이 형성된 상부부재(140)와, 상기 상부부재(140)가 얹혀질 수 있도록 중앙부분위 삼각형태로 볼록하게 돌출부(143)를 갖으며, 상기 삼각형태의 꼭지점의 연장선상에 일정간격마다 복수의 분사노즐(152b)이 형성된 하부부재(142)로 구성되어 있다.
상기 상부부재(140)의 상부면 가장자리부분에 일정간격으로 나사구멍(148)이 형성되어 있고, 상기 하부부재(142)의 가장자리부분에 일정간격으로 나사구멍(150) 이 형성되어 있다. 상기 상부부재(140)가 얹혀질 수 있도록 중앙부분이 삼각형태로 볼록하게 돌출부(143)를 갖으며, 상기 삼각형태의 돌출부(143)의 꼭지점 연장선상에 일정간격마다 복수의 분사노즐(152b)이 형성되어 있고 그 분사노즐(152b)은 돌출부(143)내부에 관통로(145)와 연통되도록 구성되어 있다.
그리고 상기 상부부재(140)의 나사구멍(148)을 관통하여 상기 하부부재(142)의 나사구멍(152)에 체결되는 복수의 볼트(또는 스크류)(146)를 구비하고 있다.
상술한 도 2 내지 도 6를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예의 인발성형에 의한 합성수지 성형제품을 제조방법에 대한 동작을 상세히 설명한다.
다수의 로빙크릴(100)에는 유리섬유 혹은 아라미드섬유 또는 카본섬유 등이 권회되어 있다. 상기 아라미드섬유 또는 카본섬유 등은 고강도를 요구하는 합성수지 성형품을 제조할 시 사용한다. 카본섬유를 이용하여 합성수지 성형제품을 제조할 경우 고강도를 요구하는 성형제품에 적용되고, 아라미드섬유를 이용하여 합성수지 성형제품을 제조할 경우 고강도를 요구하면서 방염성 기능을 갖는 합성수지 성형제품에 적용될 수 있다. 상기 유리섬유 혹은 아라미드 섬유 또는 카본섬유를 사용하는 합성수지 성형제품은 예를 들어 정수장에 설치되는 앵글 또는 교량의 교각 상판 및 구조부재로 사용될 수 있다.
로빙크릴(100)에서 가이드(102)의 복수구멍을 통해 섬유사가 당겨지면서 공급된다. 상기 가이드(102)의 복수구멍을 통해 공급된 섬유사는 직물배열기(104)를 통해 수직으로 적층되면서 배열된다. 상기 직물배열기(104)는 합성수지 성형제품의 형상에 대응하여 섬유사를 배열하는 구조를 갖는다. 상기 직물배열기(104)를 통해 적층된 섬유사는 성형 및 분사기(106)로 공급되어 진다. 성형 및 분사기(106)는 도 5에서 보는 바와 같이 길이방향으로 길게 ∧형태로 관통홀(154)이 형성되어 그 관통홀(154)로 섬유사가 공급된다. 상기 성형 및 분사기(106)로 섬유사가 공급되면 경화제가 혼합된 수지가 분사되어 섬유사에 도포된다. 이때 성형 및 분사기(106)에서는 합성수지 성형제품의 형태가 이루어지도록 금형이 형성되어 있다. 따라서 하나의 성형 및 분사기(106)에서 성형과 수지의 도포가 가능하여 제조설비의 비용을 줄일 수 있다. 상기 성형 및 분사기(106)는 상부부재(140)와 하부부재(142)로 결합되어 있다. 상부부재(140)는 중앙부분이 삼각형형태로 오목하게 관통홈(141)이 형성되어 있고, 삼각형 형태로 오목하게 형성된 관통홈(141)의 꼭지점의 연장선상에 도 6과 같이 일정간격마다 복수의 분사노즐(152a)이 형성된다. 그리고 복수의 분사노즐(152a)은 관통로(155)와 연통되도록 형성되어 있다.
하부부재(142)는 상기 상부부재(140)가 얹혀질 수 있도록 중앙부분이 삼각형태로 볼록하게 돌출부(143)를 갖으며, 상기 삼각형태의 돌출부(143)의 꼭지점의 연장선상에 일정간격마다 복수의 분사노즐(152b)이 형성된 구성되어 있다.
그리고 상기 상부부재(140)의 상부면 가장자리부분에 일정간격으로 나사구멍(148)이 형성되어 있고, 상기 하부부재(142)의 가장자리부분에 일정간격으로 나사구멍(150)이 형성되어 있다. 그리고 상기 상부부재(140)의 나사구멍(148)을 관통하여 상기 하부부재(142)의 나사구멍(15)에 체결되는 복수의 볼트(또는 스크류)(146)를 구비하고 있다. 상부부재(140)와 하부부재(142)는 도 5와 같이 체결된다. 상기 상부부재(140)와 하부부재(142)가 체결되면 도 5와 같이 길이 방향으로 길게 ∧형태로 관통홀(154)이 형성된다.
이와 같이 형성된 성형 및 분사기(106)가 형성되며, 수지공급기(108)는 성형 및 분사기(106)로 경화제가 혼합된 수지를 분사하도록 제어하는 동작을 도 3을 참조하여 설명하면, 복수의 수지탱크(120, 122)에는 동일한 종류의 수지가 저장될 수도 있고, 복수의 수지탱크(120)에는 예를들어 우레탄 수지가 저장될 수 있으며, 복수의 수지탱크(122)에는 예를 들어 폴리에스테르 수지나 에폭시 수지가 저장될 수도 있다. 동일한 수지가 저장될 경우에는 복수의 수지탱크(120)만이 구비될 수도 있다. 복수의 수지탱크(120)가 2개로 연결되어 있는 것은 하나의 수지탱크에서 공급되는 수지가 모두 소진되어 떨어질 경우 다른 수지탱크에서 수지가 중단되지 않고 연속적으로 공급되도록 하였다.
복수의 경화제탱크(124, 126)에는 동일한 종류의 경화제가 저장될 수도 있고, 복수의 경화제탱크(124, 126)에는 서로 다른 종류의 경화제가 저장될 수 있다. 동일한 경화제가 저장될 경우에는 복수의 경화제탱크(124)만이 구비될 수도 있다. 복수의 경화제탱크(124)가 2개로 연결되어 있는 것은 하나의 경제화탱크에서 공급되는 경화제가 모두 소진되어 떨어질 경우 다른 경화제탱크에서 경화제가 공급 중단 없이 연속적으로 공급되도록 하였다.
토출압력 조절기(128)는 상기 복수의 수지탱크(120)이나 (122)와 복수의 경화제탱크(124)나 (126)로부터 수지와 경화제를 일정한 양으로 토출되도록 펌핑하면서 압력을 조절한다. 제품의 사양에 따라 토출양이 달라질 수 있으나, 본 발명의 일 실시 예에서는 예컨대 앵글성형제품을 생산할 시 분당 9Kg이 토출되도록 제어한 다. 그리고 토출압력 조절기(128)에 대한 유체의 작동압력은 예를 들어 725psi(5MPa, 50bar)~2175Ppsi(15MPa, 150bar)가 될 수 있다. 여기서 앵글형태의 성형제품으로 성형할 시 유체의 작동압력은 예컨대 2000psi가 적절하다. 예를들어 유체의 작동압력이 2000psi미만일 경우 성형 및 분사기(106)에서 제품의 성형이 이루어질 때 토출량이 적어 완전한 형태의 앵글형태가 만들어지지 않고 울퉁불퉁한 모양으로 성형이 된다. 또한 유체의 작동압력이 2000psi를 초과하는 경우 성형 및 분사기(106)의 앵글형태의 모양으로 수지가 채워진 후 더 이상이 채워지지 않고 성형 및 분사기(106)의 원사 인입부를 통해 흘러내리는 문제가 발생한다. 따라서 토출압력조절기(128)에서 유체의 작동압력은 2000psi로 적절히 유지되어야 한다. 그리고 성형제품의 종류 예를들어 사각통형, ㄷ자통형, 원통형, 다각통형 등에 따라 그 작동압력은 달라질 수 있다.
이때 사각통형일 경우 수지의 토출양은 예컨대 200~500mm/min 이고, 작동압력은 5~10 MPa가 된다. ㄷ자통형일 경우 수지의 토출양은 예컨대 300~800 mm/min 이고, 작동압력은 예컨데 3~5 MPa가 된다. 원통형일 경우 수지의 예컨대 토출양은 200~300 mm/min이고, 작동압력은 5~15 MPa가 된다. 다각통형일 경우 수지의 토출양은 예컨대 200~300 mm/min이고, 작동압력은 예컨대 10~15 MPa가 된다.
상기 토출압력 조절기(128)에서 각각 토출되는 수지와 경화제는 혼합기(30)로 인가되어 혼합된다. 혼합기(30)로부터 경화제가 혼합된 수지는 연결관(132)을 경유하여 성형 및 분사기(106)의 분사노즐(152a, 152b)을 통해 성형된 섬유사로 분사된다. 이때 연결관(132)은 관통로(145, 155)에 각각 연결되어 수지가 관통 로(145, 155)를 통해 분사노즐(152a, 152b)로 공급되도록 한다. 상기 성형 및 분사기(106)로 미리 설정된 수지의 양이 분사되며, 설정된 수지양의 분사가 완료되면 관통홀(154)의 형태로 수지가 도포되어 성형이 된다. 상기 성형 및 분사기(106)로부터 성형된 성형품은 히팅부(110)를 통해 히팅되어 경화된다. 상기 히팅부(110)로부터 경화된 성형제품은 풀러(Puller)(112)를 통해 인발되면서 원하는 제품으로 제조되고, 풀러(112)를 통과한 제품을 원하는 크기로 절단기(114)를 이용하여 절단하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 성형 및 분사기(106)의 관통홀(154)을 ∧형태로 모양으로 형성하였으나 원통형이나 사각통 형상 혹은 ㄷ자형상으로 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서는 성형 및 분사기(106)를 도 5와 같이 상부부재(140)와 하부부재(142)로 분리하여 ∧형상의 관통홀(154)을 갖도록 하고 있으나, 본 발명의 다른 실시 예로는 성형 및 분사기(106)를 일체형으로 형성하고 그 중앙부위에 도 5와 같은 ∧형상의 관통홀(154)을 형성하며, 그 관통홀(154)의 상부 및 하부 꼭지점 연장라인에 일정간격으로 노즐들을 설치하고, 그 노즐들에 길이방향으로 연통되도록 형성된 관통로를 통해 수지가 공급되도록 할수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예로는 성형 및 분사기(106)의 챔버를 일체형으로 형성하고 그 중앙부위에 도 5와 같은 ∧형상의 관통홀(154)을 형성하고 있으나, 그 관통홀(154)을 예컨대 원통홀 또는 사각통홀 혹은 ㄷ자형홀 또는 다양한 형태의 홀을 형성하고 그 관통홀 내부에 상하 또는 좌우 방향으로 복수의 노즐을 각각 설치 하거나 상, 하, 좌, 우 방향으로 복수의 노즐을 각각 설치하는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래의 인발성형에 의한 섬유강화복합소재의 성형품을 제조하기 위한 장치의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비개방형 인젝션 인발성형에 의한 섬유강화복합소재의 성형품을 제조하기 위한 장치의 구성도
도 3은 도 2중 수지공급기(108)의 상세 구성도
도 4는 도 2중 성형 및 분사기(106)의 분리사시도
도 5는 도 2중 성형 및 분사기(106)의 결합사시도
도 6은 도 4의 상부부재(140)에 대한 A-A'절개 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 로빙크릴 102: 가이드
104: 직물배열기 106: 성형 및 분사기
108: 수지공급기 110: 히팅부
112: 풀러 114: 절단기
120, 122: 복수의 수지탱크 124, 126: 복수의 경화제탱크
128: 토출압력조절기 130: 혼합기

Claims (9)

  1. 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치에 있어서,
    섬유사를 권회하고 있는 다수의 로빙크릴과,
    다수의 로빙크릴로부터 공급되는 섬유사를 성형하기 위한 형태로 공급되도록 복수의 구멍을 통해 안내하는 가이드와,
    상기 가이드의 복수구멍을 통해 당겨지면서 공급되는 섬유사를 적층배열하는 직물배열기와,
    상기 직물배열기를 통해 적층된 섬유사를 공급받아 수지를 미리 정해진 양만큼 분사하면서 상기 섬유사에 수지를 미리 정해진 형태로 성형을 하는 성형 및 분사기와,
    상기 성형 및 분사기로 경화제가 혼합된 수지를 공급하여 분사되도록 제어하는 수지공급기와,
    상기 성형 및 분사기를 통해 성형된 성형품을 공급받아 히팅에 의해 경화시키는 히팅부와,
    상기 히팅부로부터 경화된 성형품을 인장시키면서 배출하는 풀러와,
    상기 풀러를 통해 배출된 성형품을 미리 정해진 크기로 절단하는 절단기를 포함하며,
    상기 수지공급기는,
    서로 다른 종류 또는 동일한 종류의 수지를 저장하고 있는 수지탱크와,
    서로 다른 종류 또는 동일한 종류의 경화제를 저장하고 있는 경화제탱크와,
    상기 수지탱크로부터 공급되는 수지와 상기 경화제탱크로부터 공급되는 경화제의 토출압력을 각각 제어하는 토출압력조절기와,
    상기 토출압력조절기로부터 공급되는 수지와 경화제를 혼합하여 배출하는 혼합기와,
    상기 혼합기로부터 경화제와 혼합된 수지를 상기 성형 및 분사기로 분사할 수 있도록 수지의 공급통로를 형성하는 연결관을 포함함을 특징으로 하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬유사는 유리섬유 또는 아라미드섬유 또는 카본섬유임을 특징으로 하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 폴리에스테르 또는 에폭시 또는 폴리 우레탄임을 특징으로 하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 성형 및 분사기는,
    성형품의 형태에 대응하여 관통홀이 형성된 챔버와,
    상기 챔버의 관통홀의 길이방향으로 일정간격마다 상기 관통홀의 내부면에 형성된 복수의 노즐과,
    상기 복수의 노즐과 연통되도록 상기 챔버의 내부에 형성되어 수지용액이 유동되도록 하는 관통로를 구비함을 특징으로 하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 챔버는,
    중앙부분이 삼각형형태로 오목하게 관통홈이 형성된 상부부재와,
    상기 상부부재가 얹혀질 수 있도록 중앙부분위 삼각형태로 볼록하게 돌출부를 갖으며, 상기 삼각형태의 돌출된 꼭지점의 연장선상에 일정간격마다 복수의 분사노즐이 형성된 하부부재를 구비하고,
    상기 상부부재의 상부면 가장자리부분에 일정간격으로 제1 나사구멍이 형성되어 있고, 상기 상부부재는 삼각형 형태로 오목하게 형성된 상기 관통홈의 꼭지점의 연장선상에 일정간격마다 복수의 분사노즐이 형성되어 있으며, 상기 하부부재의 가장자리부분에 일정간격으로 제2나사구멍이 형성되어 있으며, 상기 제1 나사구멍 을 관통하여 상기 제2 나사구멍에 체결되는 복수의 볼트를 구비함을 특징으로 하는 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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