KR100912734B1 - 장섬유 복합재 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조장치는, 유리섬유 필라멘트가 다발로 이루어진 유리섬유다발에 용융수지가 함침 내지는 피복된 장섬유 복합재를 제조하기 위한 것으로서, ⅰ)프레임과, ⅱ)일측 단부에 투입부를 형성하고, 다른 일측 단부에 노즐부를 형성하며, 상기 유리섬유다발이 소정의 장력으로서 상기 투입부를 통해 투입되어 상기 노즐부를 통해 배출될 수 있는 이동 경로를 내부에 형성하고, 상기 투입부와 상기 노즐부 사이에 상기 유리섬유다발의 이동 경로를 따라 상호 연결된 제1 및 제2 내부 공간을 각각 구획 형성하며 상기 프레임에 고정되게 설치되는 적어도 하나의 다이와, ⅲ)상기 다이의 제1 내부 공간에 상기 유리섬유다발의 이동 경로를 따라 회전 가능하게 설치되어 상기 유리섬유다발의 이동을 가이드 하는 복수의 가이드 롤러들을 포함하며, 상기 다이는 저점도의 액상수지를 주입하기 위한 제1 주입부를 가지며 상기 제1 내부 공간을 포함하는 액상수지 함침부와, 고점도의 용융수지를 주입하기 위한 제2 주입부를 가지며 상기 제2 내부 공간을 포함하는 용융수지 함침부로서 이루어진다.

연속섬유다발, 유리섬유다발, 장섬유 복합재, 액상수지, 용융수지

Description

장섬유 복합재 제조장치 {APPARATUS FOR IMPREGNATING CONTINUOUSLY INDIVIDUAL FILAMENTS OF FIBER BUNDLE WITH RESIN}

본 발명의 예시적인 실시예는 장섬유 복합재 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리섬유다발에 고점도의 용융수지가 함침된 장섬유 복합재를 제조하기 위한 장섬유 복합재 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 장섬유 복합재라 함은 수지 제품의 기계적 강도를 향상시킬 목적에서 연속섬유다발 예컨대, 유리섬유 필라멘트들이 다발로 이루어진 유리섬유다발에 수지를 함침시킨 섬유 강화 수지를 말한다.

이러한 장섬유 복합재는 유리섬유다발에 저점도의 액상수지를 함침시킨 상태로 유리섬유다발을 압출기의 다이로 통과시키면서 그 다이의 내부로 고점도의 용융수지를 주입함으로써 유리섬유다발에 용융수지를 함침시키고, 그 용융수지가 함침된 유리섬유다발을 다이의 배출부를 통해 인발하는 방식으로서 제조된다.

이와 같은 장섬유 복합재를 제조하기 위한 종래 기술에 따른 장섬유 복합재 제조장치는 유리섬유다발의 유리섬유 필라멘트들이 고점도의 용융수지에 완전히 접촉될 수 있도록 고점도의 용융수지가 채워진 다이의 내부에서 유리섬유다발을 넓게 펼친 상태로 고점도의 용융수지를 함침시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

그런데, 종래 기술에 따른 장섬유 복합재 제조장치는 고점도의 용융수지가 채워진 다이의 내부에서 유리섬유다발을 넓게 펼친 상태로 고점도의 용융수지를 함침시키게 되는 바, 유리섬유다발을 넓게 펼치기 위해서는 유리섬유다발에 높은 장력이 요구되므로 생산성이 저하되며, 고장력에 의해 유리섬유다발의 유리섬유 필라멘트들이 파쇄된다는 문제점을 내포하고 있다.

이로 인해 종래에서는 결과물인 장섬유 복합재의 기계적, 물리적 물성이 저하되며, 외표면에 파쇄된 유리섬유 필라멘트가 노출됨으로 작업자에게 손상을 입히게 되는 결과를 초래한다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저장력으로서 유리섬유다발을 넓게 펼치면서 고점도의 용융수지를 함침시킴으로써 기계적, 물리적 물성이 향상된 장섬유 복합재를 제조할 수 있도록 하는 장섬유 복합재 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조장치는, 유리섬유 필라멘트가 다발로 이루어진 유리섬유다발에 용융수지가 함침 내지는 피복된 장섬유 복합재를 제조하기 위한 것으로서, ⅰ)프레임과, ⅱ)일측 단부에 투입부를 형성하고, 다른 일측 단부에 노즐부를 형성하며, 상기 유리섬유다발이 소정의 장력으로서 상기 투입부를 통해 투입되어 상기 노즐부를 통해 배출될 수 있는 이동 경로를 내부에 형성하고, 상기 투입부와 상기 노즐부 사이에 상기 유리섬유다발의 이동 경로를 따라 상호 연결된 제1 및 제2 내부 공간을 각각 구획 형성하며 상기 프레임에 고정되게 설치되는 적어도 하나의 다이와, ⅲ)상기 다이의 제1 내부 공간에 상기 유리섬유다발의 이동 경로를 따라 회전 가능하게 설치되어 상기 유리섬유다발의 이동을 가이드 하는 복수의 가이드 롤러들을 포함하며, 상기 다이는 저점도의 액상수지를 주입하기 위한 제1 주입부를 가지며 상기 제1 내부 공간을 포함하는 액상수지 함침부와, 고점도의 용융수지를 주입하기 위한 제2 주입부를 가지며 상기 제2 내부 공간을 포함하는 용융수지 함침부로서 이 루어진다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 액상수지 함침부와 상기 용융수지 함침부는 격벽을 중심에 두고 이의 양측에 각각 형성되며, 상기 격벽에는 상기 액상수지 함침부와 상기 용융수지 함침부를 상호 연결하는 연결 통로가 형성될 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 격벽은 상기 액상수지 함침부에서 상기 용융수지 함침부로 갈수록 그 외경이 점차 작아지는 형태로서 이루어질 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 용융수지 함침부는 상기 격벽의 경사면에 대응하는 내벽면을 지니며, 상기 경사면과 상기 내벽면 사이의 공간 단면적이 상기 노즐부를 향하여 점차 작아지는 제2 내부 공간을 구성할 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 다이는 원형의 파이프 형태로서 이루어지며, 실질적으로 상호 분리 및 실링 결합될 수 있는 상측 몸체와 하측 몸체로서 구성되거나 이들 전체가 일체형으로 구성될 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 복수의 가이드 롤러들은 상기 투입부 및 상기 연결 통로 측에 각각 배치되는 제1 가이드 롤러와, 상기 각각의 제1 가이드 롤러 사이에 배치되는 적어도 하나의 제2 가이드 롤러를 포함할 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 제1 가이드 롤러는 오목한 형태의 롤러면이 형성되며, 상기 제2 가이드 롤러는 볼록한 형태의 롤러면이 형성될 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 제2 가이드 롤러의 롤러면에는 좌우 대칭하는 빗살 무늬홈이 형성될 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 제2 가이드 롤러는 이의 양측 단부에 날개부를 형성할 수도 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 제1 가이드 롤러 및 상기 제2 가이드 롤러는 각각의 롤러면이 서로 동일한 원호를 지니며 구성될 수 있다.

상기 장섬유 복합재 제조장치에 있어서, 상기 투입부, 노즐부 및 연결 통로는 상기 다이의 길이 방향을 따라 일직선 상에 배치될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 용융수지 함침부에서 유리섬유다발에 고점도의 용융수지를 함침시키거나 그 유리섬유다발의 외표면에 용융수지가 피복된 결과물을 저장력으로서 배출시킬 수 있으므로, 생산성을 더욱 향상시키는 효과가 있다.

또한 본 실시예에서는 액상수지 함침부에서 복수의 가이드 롤러들을 지날 때 유리섬유 필라멘트들이 파쇄되지 않으면서 저점도의 액상수지를 유리섬유 필라멘트들에 충분히 함침시킬 수 있으므로, 유리섬유다발에 저점도의 액상수지가 불완전하게 함침되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 유리섬유 필라멘트들 내에 불규칙한 공극이 형성되는 것을 방지할 수 있으므로, 결과물의 기계적 물성 및 물리적 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조장치(100)는 연속섬유다발의 기계적 물성이나 강도, 내식성 또는 내형성을 향상시키기 위해 그 연속섬유다발에 섬유 강화재를 혼합한 섬유 강화수지를 제조하기 위한 것이다.

이러한 장섬유 복합재 제조장치(100)는 궁극적으로 유리섬유 필라멘트가 다발로 이루어진 상기 연속섬유다발(이하에서는 편의상, "유리섬유다발(1)" 이라고 한다)에 고점도의 용융수지가 함침 내지는 피복된 장섬유 복합재를 제조할 수 있는 구조로서 이루어진다.

여기서, 상기한 장섬유 복합재는 유리섬유다발에 고점도의 폴리프로플렌 용융수지를 함침시키고, 그 유리섬유다발에 용융수지가 함침된 상태로 연속상의 스트랜드를 인발하여 냉각한 다음, 그 스트랜드를 펠릿 형태로서 절단하는 방식으로서 제조될 수 있다.

그러나, 상기 제조장치(100)는 스트랜드를 냉각하여 펠릿 형태로 절단하는 구성을 제외한 것으로, 이하에서는 유리섬유다발(1)에 용융수지를 함침시키고, 그 용융수지가 함침된 장섬유 복합재(3)를 연속적으로 인발시킬 수 있는 예를 설명한다.

본 장치(100)는 이하에서 설명하는 각종 구성 요소들로서 구성되는 바, 이러한 구성 요소들은 하나의 프레임(10)에 모두 설치될 수 있고, 분획된 각각의 프레임에 결합된 형태일 수도 있다.

이와 같은 프레임(10)은 상기 구성 요소들을 지지하기 위한 것으로서, 그 프레임(10)에 설치되는 각종 브라켓, 블록, 플레이트, 하우징, 커버, 칼라 등은 각각의 구성 요소들을 프레임(10)에 설치 및 지지하기 위한 부속 요소들로 이루어진다.

따라서 본 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(10)으로 통칭하는 것을 원칙으로 한다.

본 실시예에 따른 상기 장섬유 복합재 제조장치(100)는 기본적으로, 프레임(10)에 설치되는 다이(30)와, 그 다이(30)의 내부에 설치되는 복수의 가이드 롤러들(80)을 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 다이(30)는 프레임(10)에 다수의 열과 행으로서 연속적으로 배치되며, 별도의 열원(미도시)으로부터 기설정된 온도 범위의 열을 제공받을 수 있도록 구성된다.

상기 각 다이(30)는 전체적인 외형이 소정의 내부 공간을 지닌 원형의 파이프 형태로서 이루어지며, 상호 분리 및 실링 조립될 수 있는 세크먼트 타입의 상측 몸체(31)와 하측 몸체(32)로서 구성될 수 있다.

이러한 상측 몸체(31)와 하측 몸체(32)의 결합으로서 구성되는 다이(30)는 당 업계에서 널리 사용되는 공지 기술의 압출기용 다이로서 이루어지므로, 본 명세서에서 상측 몸체(31)와 하측 몸체(32)의 결합 구조에 대한 더욱 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

대안으로서, 본 발명에서는 상기에서와 같이 상호 분리 가능한 상측 몸체(31)와 하측 몸체(32)의 실링 조립으로서 다이(30)를 구성하는 것에 특별히 한정되지 않고, 상측 몸체(31)와 하측 몸체(32)가 일체형으로 이루어진 다이를 구비할 수도 있다.

상기와 같은 다이(30)의 주요 구성부를 살펴 보면, 다이(30)는 상호 조립된 상측 몸체(31) 및 하측 몸체(32)의 길이 방향을 기준할 때, 일측 단부에 투입부(33)를 형성하고 있다.

그리고 다이(30)의 다른 일측 단부에는 투입부(33)에 대응하는 노즐부(34)를 형성하고, 그 투입부(33)와 노즐부(34) 사이에는 소정의 내부 공간을 형성하고 있다.

여기서, 상기 투입부(33) 및 노즐부(34)는 다이(30)의 내부 공간과 상호 연통되며, 바람직하게는 상측 몸체(31)와 하측 몸체(32)가 합체됨으로 상기 내부 공간과 상호 연통되는 구멍으로서 형성된다.

또한 상기 다이(30)의 내부 공간에는 언급한 바 있는 유리섬유다발(1)이 소정의 장력으로서 투입부(33)를 통해 그 내부 공간으로 투입되면서 용융수지가 함침된 결과물인 장섬유 복합재(3)로서 노즐부(34)를 통해 배출(인출)될 수 있는 유리섬유다발(1)의 이동 경로를 형성한다.

이 경우 상기한 다이(30)에 있어, 투입부(33)의 외측에는 유리섬유다발(1)이 감기면서 그 유리섬유다발(1)을 풀어 낼 수 있는 별개의 유리섬유다발 공급롤러(미도시)가 자유 회전 가능하게 설치될 수 있다.

상기 노즐부(34)의 외측에는 그 노즐부(34)를 통해 배출되는 상기한 결과물을 당기면서 유리섬유다발(1)에 소정의 장력을 제공할 수 있는 별개의 엑츄에이터(미도시)가 설치될 수 있다.

그리고 상기 투입부(33)와 노즐부(34) 사이의 내부에는 유리섬유다발(1)의 이동 경로를 따라 상호 연결(연통)된 제1 내부 공간(35) 및 제2 내부 공간(36)을 각각 구획 형성하고 있다.

본 실시예에서, 상기와 같이 구성되는 다이(30)는 액상수지 함침부(41)와, 용융수지 함침부(51)를 포함하여 구성되는 바, 액상수지 함침부(41)는 투입부(33)를 통해 투입된 유리섬유다발(1)에 저점도의 액상수지(L)를 함침시키기 위한 것이다.

상기 용융수지 함침부(51)는 액상수지 함침부(41)에서 액상수지(L)가 함침된 유리섬유다발(1)에 고점도의 융용수지(H)를 함침시켜 유리섬유다발(1)의 외표면에 고점도 용융수지(H)의 피복층을 형성하기 위한 것이다.

여기서, 상기 액상수지(L)는 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들 사이의 공기층을 제거하고, 유리섬유다발(1)에 고점도의 용융수지(H)가 용이하게 함침되도록 하기 위한 것으로서, 비극성 폴리머로 이루어진 고점도의 용융수지가 쉽게 부착될 수 있도록 하는 공지 기술의 중간 물질(medium material)을 포함한다.

상기 액상수지 함침부(41)는 다이(30)의 투입부(33) 측에 형성되며, 저점도의 액상수지(L)를 주입하기 위한 제1 주입부(43)를 가지면서 언급한 바 있는 제1 내부 공간(35)을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 용융수지 함침부(51)는 액상수지 함침부(41)와 상호 연결되며, 다이(30)의 노즐부(34) 측에 구비되고, 고점도의 용융수지(H)를 주입하기 위한 제2 주입부(53)를 가지면서 언급한 바 있는 제2 내부 공간(36)을 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 액상수지 함침부(41)와 용융수지 함침부(51)는 다이(30)의 내부에서 격벽(61)을 중심에 두고 이의 양측에 각각 형성된다.

상기에서, 격벽(61)은 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)과, 용융수지 함침부(51)의 제2 내부 공간(36)을 구획하기 위한 것이다.

이러한 격벽(61)에는 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)과 용융수지 함침부(51)의 제2 내부 공간(36)을 상호 연결(연통)하는 연결 통로(63)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 연결 통로(63)는 격벽(61)에 형성되는 관통 구멍으로서 이루어지며, 투입부(33)와 노즐부(34) 사이에서 다이(30)의 길이 방향을 따라 그 투입부(33) 및 노즐부(34)를 연결하는 가상의 일직선 상에 배치된다.

상기 격벽(61)은 액상수지 함침부(41)에서 용융수지 함침부(51)로 갈수록 그 외경 및 내경이 점차 작아지는 형태로서 이루어진다.

이에 따라 상기 액상수지 함침부(41)는 일정 구간에서 용융수지 함침부(51) 로 갈수록 상기한 격벽(61)에 의해 그 내부 단면적이 점차 작아지는 내부 공간(35)을 형성하게 된다.

그리고 상기 용융수지 함침부(51)는 격벽(61)의 경사면에 대응하는 내벽면을 지니면서 그 경사면과 내벽면 사이의 공간 단면적이 노즐부(34)를 향하여 점차 작아지는 내부 공간(36)을 형성하게 된다.

여기서, 용융수지 함침부(51)를 상기에서와 같이 격벽(61)의 경사면과 내벽면 사이의 공간 단면적이 노즐부(34)를 향하여 점차 작아지도록 구성하는 이유는 제2 주입부(53)를 통해 제2 내부 공간(36)으로 주입되는 고점도 용융수지(H)의 흐름을 노즐부(34) 쪽으로 자연스럽게 유도하기 위함이다.

또 다른 이유로는 액상수지 함침부(41)에서 저점도의 액상수지(L)가 함침되어 연결 통로(63)를 통해 이동되는 유리섬유다발(1)의 외표면으로 고점도의 용융수지(H)를 노즐부(34) 측으로 압송시켜, 그 유리섬유다발(1)의 외표면에 고점도의 용융수지(H)가 피복되도록 하고 그 유리섬유다발(1)이 용융수지(H)의 압력에 의해 노즐부(34)를 통해 더욱 용이하게 배출되도록 하기 위함이다.

본 실시예에서, 상기 가이드 롤러들(80)은 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)에 유리섬유다발(1)의 이동 경로를 따라 회전 가능하게 설치되며, 그 유리섬유다발(1)의 이동을 가이드 하는 기능을 하게 된다.

여기서, 상기 가이드 롤러들(80)은 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)에서 투입부(33) 및 연결 통로(63) 측에 각각 회전 가능하게 설치되는 제1 가이드 롤러(81)와, 제1 가이드 롤러(81) 사이에 각각 회전 가능하게 지지되는 한 쌍의 제2 가이드 롤러(82)로서 이루어진다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 가이드 롤러(81, 82)는 유리섬유다발(1)의 이동 경로(다이의 길이 방향)를 따라 일정 간격 이격되게 배치되며, 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)에서 각각의 회전축(81a, 82a)을 통해 다이(30)의 몸체에 각각 자유 회전 가능하게 지지된다.

도 2a 및 도 2b에서와 같이, 상기 각 제1 가이드 롤러(81)는 오목한 형태의 롤러면(83)을 형성하고, 상기 각 제2 가이드 롤러(82)는 볼록한 형태의 롤러면(84)을 형성하고 있는 바, 상기 각 롤러면(83, 84)은 서로 동일한 원호를 지니며 형성되는 것이 바람직하다.

이 중에서, 상기 각 제2 가이드 롤러(82)는 그 롤러면(84)에 좌우 대칭하는 빗살 무늬홈들(85)이 음각으로서 형성되며, 이의 양측 단부에는 날개부(87)를 각각 형성하고 있다.

여기서, 상기 날개부(87)는 제2 가이드 롤러(82)의 단부에서 롤러면(84)의 대경부에 대응하는 높이로서 그 단부의 가장자리 방향을 따라 돌출되게 형성되며, 그 양측면이 라운드 형태로서 이루어진다.

상기에서와 같이 제2 가이드 롤러(82)에 볼록한 형태의 롤러면(84)을 형성하고, 그 롤러면(84)에 빗살 무늬홈(85)을 형성하는 이유는, 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)으로 이동하는 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들이 롤러면(84)을 따라 분산되면서 펼쳐지도록 유도함으로써 유리섬유 필라멘트들 사이로 액상수지(L)가 용이하게 침투되도록 하기 위함이다.

또한, 상기 제2 가이드 롤러(82)의 양측 단부에 날개부(87)를 형성하는 이유는 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들이 상기한 볼록 형태의 롤러면(84) 및 빗살 무늬홈(85)에 의해 펼쳐지는 과정에서, 그 유리섬유 필라멘트들이 롤러의 양단부 측으로 밀려 나가는 것을 방지함과 동시에, 제1 내부 공간(35)에 수용된 액상수지(L)의 유동을 증대시켜 그 액상수지(L)가 유리섬유 필라멘트들 사이로 더욱 용이하게 침투되도록 하기 위함이다.

그리고 제1 가이드 롤러(81)에 오목한 형태의 롤러면(83)을 형성하는 이유는 다이(30)의 투입부(33)를 통해 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)으로 투입되는 유리섬유다발(1)을 격벽(61)의 연결 통로(63) 및 노즐부(34)에 대하여 일직선 상으로 이동시키고, 제2 가이드 롤러(82)를 통과하면서 펼쳐진 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들을 원래의 다발 형태로 집속시키기 위함이다.

이에 더하여, 상술한 바와 같이 제1 가이드 롤러(81)의 오목한 롤러면(83)과 제2 가이드 롤러(82)의 볼록한 롤러면(84)의 원호를 서로 동일하게 형성하는 이유는 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들이 제2 가이드 롤러(82)에 의해 펼쳐지는 과정에서, 그 유리섬유 필라멘트들에 균일한 장력을 제공함으로 각각의 유리섬유 필라멘트들이 제1 가이드 롤러(81)와 제2 가이드 롤러(82) 사이에서 등간격을 유지토록 하기 위함이다.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조장치(100)의 작용을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 장치(100)의 작동 전, 유리섬유다발(1)은 다이(30)의 투입부(33)를 통해 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)으로 투입되고, 격벽(61)의 연결 통로(63)를 통해 용융수지 함침부(51)의 제2 내부 공간(36)을 경유하여 다이(30)의 노즐부(34)를 통해 인출된 상태에 있다.

이 상태에서, 저점도의 액상수지(L)는 액상수지 함침부(41)의 제1 주입부(43)를 통해 상기 제1 내부 공간(35)으로 주입되고, 고점도의 용융수지(H)는 용융수지 함침부(51)의 제2 주입부(53)를 통해 상기 제2 내부 공간(36)으로 주입된다.

이와 동시에, 유리섬유다발(1)은 노즐부(34) 외측의 엑츄에이터(미도시)를 통해 잡아 당겨지면서 소정의 장력이 작용하게 되고, 투입부(33), 연결 통로(63) 및 노즐부(34)를 연결하는 일직선 상의 이송 경로를 따라 이동하게 된다.

이 과정에서, 상기 유리섬유다발(1)은 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)에서 복수의 가이드 롤러들(80)을 통해 가이드되면서 유리섬유 필라멘트들 사이로 저점도의 액상수지(L)가 함침된다.

이 경우, 상기 유리섬유다발(1)은 투입부(33) 측의 제1 가이드 롤러(81)를 지나면서 그 이송 경로가 격벽(61)의 연결 통로(63), 및 노즐부(34)에 대하여 일직선 상으로 유도된다.

그리고 상기 유리섬유다발(1)은 제2 가이드 롤러들(82)을 지나면서 볼록한 형태의 롤러면(84) 및 그 롤러면(84)의 빗살 무늬홈(85)에 의해 유리섬유 필라멘트들이 넓게 펼쳐지게 된다.

이에, 제1 내부 공간(35)의 저점도 액상수지(L)는 유리섬유다발(1)의 유리섬 유 필라멘트들 사이로 쉽게 침투된다.

또한, 제2 가이드 롤러(82)의 양측 단부에는 날개부(87)를 형성하고 있기 때문에, 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들은 상기한 볼록 형태의 롤러면(84) 및 빗살 무늬홈(85)에 의해 펼쳐지는 과정에서, 상기 날개부(87)에 의해 바이어스되면서 제2 가이드 롤러(82)의 양단부 측으로 밀려 나가지 않게 된다.

그리고, 상기 제2 가이드 롤러(82)에 의해 유리섬유 필라멘트들이 넓게 펼쳐지면서 이들 사이의 틈새로 저점도의 액상수지(L)가 함침된 유리섬유다발(1)은 연결 통로(63) 측의 제1 가이드롤러(81)를 지나면서 원래의 다발 형태로 모아지게 된다.

또한, 상기 제1 가이드 롤러(81)의 오목한 롤러면(83)과 제2 가이드 롤러(82)의 볼록한 롤러면(84)이 서로 동일한 원호로서 형성되기 때문에, 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들은 제2 가이드 롤러(82)에 의해 펼쳐지는 과정에서, 제1 가이드 롤러(81)와 제2 가이드 롤러(82) 사이에서 균일한 장력 및 등간격을 유지하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 유리섬유다발(1)의 각 유리섬유 필라멘트들이 제1 가이드 롤러(81)와 제2 가이드 롤러(82) 사이에서 균일한 장력 및 등간격을 유지하면서 이동됨으로써, 유리섬유 필라멘트들 간의 마찰을 줄여 그 필라멘트가 파쇄되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이로써, 상기 유리섬유다발(1)은 액상수지 함침부(41)의 제1 내부 공간(35)에서 제1 및 제2 가이드 롤러(81, 82)를 거치는 동안 유리섬유 필라멘트들 사이에 액상수지가 충분히 함침된 상태를 유지하게 된다.

이어서, 상기 액상수지가 함침된 유리섬유다발(1)은 격벽(61)의 연결 통로(63)를 통과하여 용융수지 함침부(51)의 제2 내부 공간(36)으로 진입된다.

그러면, 상기 유리섬유다발(1)은 유리섬유 필라멘트들에 고점도의 용융수지(H)가 함침되거나 그 용융수지(H)가 외표면에 피복된 상태로 노즐부(34)를 통해 외부로 인출된다.

이 과정을 더욱 구체적으로 설명하면, 용융수지 함침부(51)는 격벽(61)의 경사면과 내벽면 사이의 공간 단면적이 노즐부(34)를 향하여 점차 작아지도록 구성되어 있기 때문에, 제2 내부 공간(36)으로 주입되는 고점도 용융수지(H)는 그 흐름이 노즐부(34) 쪽으로 자연스럽게 유도된다.

그리고 상기 고점도의 용융수지(H)가 용융수지 함침부(51)에서 격벽(61)의 경사면과 내벽면 사이를 통해 노즐부(63) 측으로 압송되기 때문에, 액상수지(L)가 함침된 유리섬유다발(1)의 유리섬유 필라멘트들 사이로 용융수지(H)가 깊숙히 침투되어 유리섬유다발(1)에 용융수지(H)가 함침되거나 그 외표면에 피복된 상태로 그 용융수지(H)의 압력에 의해 노즐부(34)를 통하여 배출된다.

이와 같이, 용융수지 함침부(51)로 유입되는 고점도의 용융수지(H)가 노즐부(34) 쪽으로 자연스럽게 유도되면서 압송되기 때문에, 유리섬유다발(1)에 대하여 용융수지(H)의 충분한 함침이 이루어지며, 유리섬유다발(1)에 고점도의 용융수지(H)가 함침된 장섬유 복합재(3: 이하에서는 "결과물"이라고 한다)을 노즐부(34)를 통해 배출시킬 수 있음으로 생산 속도를 증대시키는 결과를 가져온다.

즉, 종래 기술에서는 유리섬유다발을 넓게 펼치기 위해 유리섬유다발에 높은 장력이 요구되므로 최고 생산 속도가 대략 10~20m/min인 반면, 본 실시예에서는 종래 기술과 달리 고점도의 용융수지(H)가 용융수지 함침부(51)에서 격벽(61)의 경사면과 내벽면 사이를 통해 노즐부(63) 측으로 압송되기 때문에 상기 결과물의 최고 생산 속도를 30m/min 이상으로 증대시킬 수 있게 된다.

따라서 본 실시예에서는 액상수지 함침부(41)에서 복수의 가이드 롤러들(80)을 지날 때 유리섬유 필라멘트들이 파쇄되지 않으면서 저점도의 액상수지(L)를 유리섬유 필라멘트들에 충분히 함침시킬 수 있게 된다.

이에, 본 실시예에서는 유리섬유다발(1)에 저점도의 액상수지(L)가 불완전하게 함침되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 유리섬유 필라멘트들 내에 불규칙한 공극이 형성되는 것을 방지할 수 있으므로, 결과물의 기계적 물성 및 물리적 물성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 유리섬유다발(1)이 복수의 가이드 롤러들(80)에 의해 가이드되면서 이동하게 되고, 용융수지 함침부(51)에서 고점도의 용융수지(H)가 노즐부(34) 측으로 자연스럽게 유도되면서 압송됨에 따라, 유리섬유다발(1)에 고점도의 용융수지(H)가 함침되거나 그 유리섬유다발(1)의 외표면에 용융수지(H)가 피복된 결과물을 작은 장력으로서 용이하게 배출시킬 수 있으므로 생산성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이상을 통해 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.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.

도 2a는 도 1에 도시된 제1 가이드 롤러 부위를 나타내 보인 측면 구성도이다.

도 2b는 도 1에 도시된 제2 가이드 롤러 부위를 나타내 보인 측면 구성도이다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조장치의 동작을 설명하기 위한 단면 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명>

10... 프레임 30... 다이

31... 상측 몸체 32... 하측 몸체

33... 투입부 34... 노즐부

41... 액상수지 함침부 51... 용융수지 함침부

61... 격벽 81... 제1 가이드 롤러

82... 제2 가이드 롤러 85... 빗살 무늬홈

87... 날개부

Claims (11)

1. 유리섬유 필라멘트가 다발로 이루어진 유리섬유다발에 용융수지가 함침 내지는 피복된 장섬유 복합재를 제조하기 위한 장섬유 복합재 제조장치에 있어서,

   프레임;

   일측 단부에 투입부를 형성하고, 다른 일측 단부에 노즐부를 형성하며, 상기 유리섬유다발이 소정의 장력으로서 상기 투입부를 통해 투입되어 상기 노즐부를 통해 배출될 수 있는 이동 경로를 내부에 형성하고, 상기 투입부와 상기 노즐부 사이에 상기 유리섬유다발의 이동 경로를 따라 상호 연결된 제1 및 제2 내부 공간을 각각 구획 형성하며 상기 프레임에 고정되게 설치되는 적어도 하나의 다이; 및

   상기 다이의 제1 내부 공간에 상기 유리섬유다발의 이동 경로를 따라 회전 가능하게 설치되어 상기 유리섬유다발의 이동을 가이드 하는 복수의 가이드 롤러들

   을 포함하며,

   상기 다이는, 저점도의 액상수지를 주입하기 위한 제1 주입부를 가지며 상기 제1 내부 공간을 포함하는 액상수지 함침부와, 고점도의 용융수지를 주입하기 위한 제2 주입부를 가지며 상기 제2 내부 공간을 포함하는 용융수지 함침부로서 이루어지는 장섬유 복합재 제조장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 액상수지 함침부와 상기 용융수지 함침부는 격벽을 중심에 두고 이의 양측에 각각 형성되며,

   상기 격벽에는 상기 액상수지 함침부와 상기 용융수지 함침부를 상호 연결하는 연결 통로가 형성되는 장섬유 복합재 제조장치.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 격벽은 상기 액상수지 함침부에서 상기 용융수지 함침부로 갈수록 그 외경이 점차 작아지는 형태로서 이루어지는 장섬유 복합재 제조장치.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 용융수지 함침부는 상기 격벽의 경사면에 대응하는 내벽면을 지니며, 상기 경사면과 상기 내벽면 사이의 공간 단면적이 상기 노즐부를 향하여 점차 작아지는 제2 내부 공간을 구성하는 장섬유 복합재 제조장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 다이는 원형의 파이프 형태로서 이루어지며, 실질적으로 상호 분리 및 실링 결합될 수 있는 상측 몸체와 하측 몸체로서 구성되는 장섬유 복합재 제조장치.
6. 제2 항에 있어서,

   상기 복수의 가이드 롤러들은,

   상기 투입부 및 상기 연결 통로 측에 각각 배치되는 제1 가이드 롤러와, 상기 각각의 제1 가이드 롤러 사이에 배치되는 적어도 하나의 제2 가이드 롤러를 포함하는 장섬유 복합재 제조장치.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 제1 가이드 롤러는 오목한 형태의 롤러면이 형성되며, 상기 제2 가이드 롤러는 볼록한 형태의 롤러면이 형성되는 장섬유 복합재 제조장치.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 제2 가이드 롤러의 롤러면에는 좌우 대칭하는 빗살 무늬홈이 형성되는 장섬유 복합재 제조장치.
9. 제7 항에 있어서,

   상기 제2 가이드 롤러는 이의 양측 단부에 날개부를 형성하는 장섬유 복합재 제조장치.
10. 제7 항에 있어서,

    상기 제1 가이드 롤러 및 상기 제2 가이드 롤러는 각각의 롤러면이 서로 동일한 원호를 지니며 구성되는 장섬유 복합재 제조장치.
11. 제2 항에 있어서,

    상기 투입부, 노즐부 및 연결 통로는 상기 다이의 길이 방향을 따라 일직선 상에 배치되는 장섬유 복합재 제조장치.

Images