KR101000336B1

KR101000336B1 - 노즐형 직교 직조방법 및 장치

Info

Publication number: KR101000336B1
Application number: KR1020080090915A
Authority: KR
Inventors: 김정일; 박종규; 조남춘; 이재열
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-12-13
Also published as: KR20100031988A

Abstract

본 발명은 프리폼(Preform)의 제작을 위하여 섬유다발을 직교시켜 직조하는 직교 직조방법 및 장치에 관한 것으로서,

수직방향으로 설치된 다수의 금속봉(13)을 구비한 프리폼 성형치구(10)의 상측에 장섬유(50)를 배출하는 다수의 단위노즐(21)로 이루어진 2개 이상의 노즐조립체(20)를 배치하고, 노즐조립체(20)로부터 배출된 장섬유(50)의 단부를 각각 고정한 상태에서 장섬유(50)가 금속봉(13) 사이를 지나도록 노즐조립체(20)를 왕복이동시켜 1방향이 다른 장섬유(50) 다발이 1개층씩 적층된 단위조직을 형성하도록 직조하여 단위조직의 프리폼을 설계된 높이만큼 적층하며, 프리폼의 적층이 완료되면 금속봉(13)을 각각 섬유로 치환하여 다방향 직교 프리폼을 제작하게 된다.

따라서, 노즐조립체를 통해 배출되는 세섬사를 1가닥씩 조밀하게 직조함으로써 프리폼을 구성하는 단위조직의 크기를 줄일 수 있고 직교 프리폼의 균일성을 확보할 수 있다.

프리폼, 섬유다발, 직교 직조, 노즐조립체, 1가닥, 단위노즐, 압축바, 세섬사, 셔틀, 직조판

Description

노즐형 직교 직조방법 및 장치{Orthogonal Weaving Method and Apparatus by Nozzle}

본 발명은 프리폼(Preform)의 제작을 위하여 섬유다발을 직교시켜 직조하는 직교 직조방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 노즐을 이용하여 섬유다발을 고정된 치구에 공급하여 3방향 이상의 직교 프리폼을 제작할 수 있도록 한 노즐형 직교 직조방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 프리폼은 고분자 화합물로 이루어진 섬유를 직조하여 일정한 형태를 갖도록 만든 반제품을 의미하며, 특히 3방향 이상의 다방향 프리폼은 다양한 형태의 섬유 보강 고분자 복합재로 제작되며, 여러 가지 첨단 장비의 구조재 및 부품으로 사용되고 있다. 이러한 프리폼을 제작하기 위한 직조방법은 섬유다발의 위사나 경사를 꼬거나 엮는 방식으로 이루어지고 있으나, 두꺼운 3차원 형태의 프리폼을 직조하는 방법은 현재 국내에는 존재하지 않고 일부 선진국에만 존재하고 있다.

현재 적용중인 3차원 형태의 프리폼을 직조방법은, 레피어(Rapier)나 에어젯(Air-Jet) 형태의 북(Shuttle;셔틀)에 장섬유다발의 중간 부분을 걸어서 직조하 는 방법으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 섬유다발이 두 가닥씩 얽혀서 직조되도록 하는 방법이다. 즉, Z축 방향으로 꼽혀져 있는 금속봉 사이로 섬유다발이 두 가닥씩 X축 방향과 Y축 방향으로 직교하도록 이동하면서 프리폼을 직조하는 것이다. 물론, X축 방향과 Y축 방향 이외에도 섬유다발이 45도 방향으로 이동하면서 프리폼을 직조할 수도 있다. 이후, Z축 방향도 바늘이나 레피어 등을 이용하여 섬유다발을 두 가닥씩 엮어서 프리폼을 완성한다. 물론, Z축 방향으로 미리 섬유다발을 고정해 둔 상태에서 X축 방향과 Y축 방향 및 45도 방향으로 섬유다발을 직조하는 형태를 취할수도 있다.

그러나, 상기한 종래의 3차원 직조방법은 섬유다발을 두 가닥씩 엮어서 직조하게 되므로 단위조직(Unit Cell)의 크기가 커지게 되고 원하는 크기의 단위조직을 얻기 위해서는 보다 가는 장섬유다발(細纖絲)을 필요로 하는 문제점이 있다.

즉, 프리폼의 단위조직이 세밀할수록 복합재료의 여러 가지 성능이 향상되고 재료의 균일성을 얻을 수 있는 것을 감안하면 단위조직의 크기는 작을수록 좋으나, 섬유다발을 두 가닥씩 엮어서 직조하게 되면 단위조직의 크기가 커질 수밖에 없고, 원하는 크기의 단위조직을 얻기 위해서는 더욱 가는 장섬유다발을 사용해야 하는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 노즐을 통해 배출되는 장섬유를 1가닥씩 교대로 직조하여 단위조직을 형성하고 수직방향로 장섬유를 삽입하여 다방향 직교 프리폼을 형성하도록 함으로써, 단위조직이 미세한 다방향 직교 프리폼을 얻을 수 있는 노즐형 직교 직조방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 섬유다발의 굵기가 가는 세섬사를 1가닥씩 다량으로 조밀하게 삽입하여 단위조직의 크기가 미세하고 고섬유분율로 직조된 다방향 직교 프리폼을 직조함과 아울러 이 다방향 직교 프리폼을 이용하여 고성능의 복합재료를 제작할 수 있도록 한 노즐형 직교 직조 제조방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노즐형 직교 직조방법은, 수직방향으로 설치된 다수의 금속봉을 구비한 프리폼 성형치구의 상측에 장섬유를 배출하는 다수의 단위노즐로 이루어진 2개 이상의 노즐조립체를 배치하는 준비단계; 상기 노즐조립체로부터 배출된 장섬유의 단부를 각각 고정한 상태에서 장섬유가 상기 금속봉 사이를 지나도록 하나의 노즐조립체를 왕복이동시켜 1개층의 장섬유를 적층한 후 다른 방향의 노즐조립체를 왕복이동시켜 다시 1개층의 장섬유를 적층하는 방식으로 방향이 다른 장섬유가 1개층씩 적층된 단위조직을 형성하도록 직조하는 직조단계; 상기 직조단계를 반복 수행하여 단위조직의 프리폼을 설계된 높이만큼 적층 하는 적층단계; 및 프리폼의 적층이 완료되면 상기 금속봉을 각각 섬유로 치환하여 다방향 직교 프리폼을 제작하는 금속봉 치환단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 노즐형 직교 직조방법에 따르면, 상기 노즐조립체는 요구되는 다방향 직교 프리폼의 방향 수보다 1개 적은 수가 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 노즐형 직교 직조방법에 따르면, 상기 직조단계는, 상기 노즐조립체가 왕복운동방향의 수직방향으로 일정거리만큼씩 이동하면서 왕복운동하여 장섬유다발을 적층하여 1개층의 직조를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 노즐형 직교 직조방법에 따르면, 상기 적층단계는, 상기 직조단계가 수행될 때마다 단위조직을 가압하여 설계된 섬유분율로 압축하는 압축공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 노즐형 직교 직조방법에 따르면, 상기 금속봉 치환단계는, 상기 금속봉의 하단에 장섬유를 연결한 후 상기 금속봉을 잡아당겨 상기 금속봉의 각 위치에 섬유가 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 노즐형 직교 직조장치는, 베이스프레임의 상판에 상하이동이 가능하도록 설치되어 직교 프리폼을 성형하는 프리폼 성형치구와; 상기 베이스프레임의 하판에 설치되며, 상기 프리폼 성형치구를 상향이동시키거나 초기 위치로 복귀시키는 승강장치와; 외부로부터 공급된 장섬유를 각각 배출하여 직조작업을 수행하는 다수의 단위노즐을 구비한 노즐조립체가 선단에 설치되며, 상기 프리폼 성형치구의 상측에서 각기 다른 방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 2개 이상의 셔틀과; 상기 프리폼 성형치구의 상측에 설치되어 직조된 프리폼을 가압하여 압축하 는 가압장치;를 포함하고, 상기 프리폼 성형치구는, 상기 승강장치에 결합되며 중앙에 구멍이 가공된 다층구조의 하부판과, 상기 하부판의 구멍에 일정 간격으로 설치되며 상기 하부판에 구비된 고정치구에 고정되는 복수개의 금속봉과, 장섬유를 걸어서 직조할 수 있는 직조판을 구비한 직조판조립체와, 상기 하부판의 가장자리에 설치된 가이드바를 따라 승강하도록 구성되고 하측에 상기 직조판조립체가 승강 가능하게 결합되며 상기 금속봉을 지지함과 아울러 직조된 프리폼을 가압하는 압축판조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 노즐형 직교 직조장치에 따르면, 상기 가압장치는 상기 베이스프레임의 상판에 설치된 지지프레임에 설치된 에어실린더와, 상기 에어실린더에 의해 승강되며 상기 압축판조립체의 외면을 눌러 상기 압축판조립체에 압축력을 전달하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 노즐형 직교 직조장치에 따르면, 상기 압축판조립체는, 단위조직의 1/2 두께로 형성된 박판이 단위 간격으로 직교 배치된 압축판과, 상기 압축판의 외측에서 압축판을 지지하고 모서리에 상기 가이드바가 삽입되며 상기 가압부에 의해 가압되는 압축판 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 노즐형 직교 직조장치에 따르면, 상기 셔틀은, 상기 금속봉의 상측에서 왕복운동하면서 상기 노즐조립체를 통해 토출되는 장섬유를 연속적으로 적층하되, 1개층의 직조가 완료된 후 초기 위치로 귀환하도록 하고, 왕복운동방향에 직교하는 방향으로 정해진 거리만큼 이동하면서 왕복운동하도록 구성되고, 직교하는 방향으로의 이동거리는 거리조정기에 의해 정해지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 노즐형 직교 직조장치에 따르면, 상기 노즐조립체는, 장섬유를 배출하는 노즐홈이 각각 구비된 단위노즐과, 상기 셔틀의 선단에 설치되며 상기 단위노즐이 다수개 장착된 노즐프레임과, 상기 단위노즐에 각각 대응하도록 상기 노즐프레임의 선단부에 설치되며 상기 금속봉 사이를 통과하여 상기 노즐프레임의 이동을 안내하는 가이드판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 노즐형 직교 직조방법 및 장치는, 노즐조립체를 통해 배출되는 세섬사를 1가닥씩 조밀하게 직조함으로써 프리폼을 구성하는 단위조직의 크기를 줄일 수 있고 직교 프리폼의 균일성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 노즐형 직교 직조방법 및 장치에 따르면, 세섬사 섬유다발로 고섬유분율의 프리폼을 제작할 수 있게 되고, 이를 이용하여 고성능의 복합재료의 제작이 가능해지는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 노즐형 직교 직조방법 및 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 노즐형 직교 직조방법에 따라 직조된 3방향 직교 프리폼의 일부가 도시된 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 노즐형 직교 직조장치가 도시된 사시도이며, 도 4는 본 발명의 노즐형 직교 직조 장치의 구성도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 요부 구성인 프리폼 성형치구가 도시된 사시도이고, 도 6은 프리폼 압축시 프리폼 성형치구가 도시된 사시도이며, 도 7은 본 발명의 요부 구성인 압축 판이 도시된 도면이고, 도 8은 본 발명의 요부 구성인 노즐조립체 및 단위노즐이 도시된 사시도이다.

본 발명의 노즐형 직교 직조방법은, 수직방향으로 설치된 다수의 금속봉(13)을 구비한 프리폼 성형치구(10)의 상측에 장섬유(50)를 배출하는 다수의 단위노즐(21)로 이루어진 2개 이상의 노즐조립체(20)를 배치하는 준비단계와; 상기 노즐조립체(20)로부터 배출된 장섬유(50)의 단부를 각각 고정한 상태에서 장섬유(50)가 상기 금속봉(13) 사이를 지나도록 하나의 노즐조립체(20)를 왕복이동시켜 1개층의 장섬유(50)를 적층한 후 다른 노즐조립체(20)를 왕복이동시켜 다시 1개층의 장섬유(50)를 적층하는 방식으로, 방향이 다른 장섬유(50)가 1개층씩 적층된 단위조직을 형성하도록 직조하는 직조단계와; 상기 직조단계를 반복 수행하여 단위조직의 프리폼을 설계된 높이만큼 적층하는 적층단계; 및 프리폼의 적층이 완료되면 상기 금속봉(13)을 각각 섬유로 치환하여 다방향 직교 프리폼을 제작하는 금속봉 치환단계;를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 노즐조립체(20)는 요구되는 다방향 직교 프리폼의 방향 수보다 1개 적은 수가 사용된다. 이는 상기 금속봉(13)의 위치에 섬유를 삽입하여 수직 방향의 섬유가 다방향 직교 프리폼의 한 방향을 형성하기 때문이다. 그리고, 상기 적층단계는 상기 직조단계가 수행될 때마다 단위조직을 가압하여 설계된 섬유분율로 압축하는 압축공정을 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 금속봉 치환단계는, 상기 금속봉(13)의 하단에 장섬유(50)를 연결한 후 상기 금속봉(13)을 잡아당겨 상기 금속봉(13)의 각 위치에 섬유가 위치하도 록 하는 것이 바람직하다. 물론, 상기 금속봉(13) 대신에 섬유 다발을 인발한 상태에서 프리폼을 직조할 수도 있고, 바늘 등을 이용하여 상기 금속봉(13)을 장섬유로 치환하는 방법을 사용할 수도 있다.

상기한 노즐형 직교 직조방법을 이용하면 3방향 이상의 다방향 직교 프리폼을 제조할 수 있다. 이러한 노즐형 직교 직조방법을 이용하여 다방향 직교 프리폼을 직조하는 장치는 다음과 같이 구성된다.

본 발명에 의한 노즐형 직교 직조장치는, 베이스프레임(40)의 상판(41)에 상하이동이 가능하도록 설치되어 직교 프리폼을 성형하는 프리폼 성형치구(10)와; 상기 베이스프레임(40)의 하판(42)에 설치되며, 상기 프리폼 성형치구(10)를 상향이동시키거나 초기 위치로 복귀시키는 승강장치(45)와; 외부로부터 공급된 장섬유(50)를 각각 배출하여 직조작업을 수행하는 다수의 단위노즐(21)을 구비한 노즐조립체(20)가 선단에 설치되며, 상기 프리폼 성형치구(10)의 상측에서 각기 다른 방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 2개 이상의 셔틀(25)과; 상기 프리폼 성형치구(10)의 상측에 설치되어 직조된 프리폼을 가압하여 압축하는 가압장치(30)와; 상기 베이스 프레임(40)의 일측에 설치되어 상기 장치들을 제어하는 제어패널(35)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 프리폼 성형치구(10)는, 상기 승강장치(45)에 결합되며 중앙에 구멍이 가공된 다층구조의 하부판(11)과, 상기 하부판(11)의 구멍에 일정 간격으로 설치되며 상기 하부판(11)에 구비된 고정치구(12)에 고정되는 복수개의 금속봉(13) 과, 장섬유를 걸어서 직조할 수 있는 직조판을 구비한 직조판조립체(14)와, 상기 하부판(11)의 가장자리에 설치된 가이드바(16)를 따라 승강하도록 구성되고 하측에 상기 직조판조립체(14)가 승강 가능하게 결합되며 상기 금속봉(13)을 지지함과 아울러 직조된 프리폼을 가압하는 압축판조립체(15)를 포함하여 이루어진다.

또, 상기 가압장치(30)는 상기 베이스프레임(50)의 상판(51)에 설치된 지지프레임(33)에 설치된 에어실린더(31)와, 상기 에어실린더(31)에 의해 승강되며 상기 압축판조립체(15)의 외면을 눌러 상기 압축판조립체(15)에 압축력을 전달하는 가압부(32)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 압축판조립체(15)는, 단위조직의 1/2 두께로 형성된 박판(15b)이 단위 간격으로 직교 배치된 압축판(15a)과, 상기 압축판(15a)의 외측에서 압축판(15a)을 지지하고 모서리에 상기 가이드바(16)가 삽입되며 상기 가압부(32)에 의해 가압되는 압축판 프레임(15c)을 포함하여 구성된다.

또, 상기 셔틀(25)은, 상기 금속봉(13)의 상측에서 왕복운동하면서 상기 노즐조립체(20)를 통해 토출되는 장섬유(50)를 연속적으로 적층하되, 1개층의 직조가 완료된 후 초기 위치로 귀환하도록 하고, 왕복운동방향에 직교하는 방향으로 정해진 거리만큼 이동하면서 왕복운동하도록 구성된다. 이때, 상기 셔틀(25)의 직교하는 방향으로의 이동거리는 스크류 방식의 거리조정기(26)에 의해 정해지며, 상기 거리조정기(26)에 의한 이동거리는 디지털 게이지(27)에 표시되어 작업자가 확인할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 노즐조립체(20)는, 외부로부터 공급된 장섬유(50)를 배출하는 노즐홈(22)이 각각 구비된 단위노즐(21)과, 상기 셔틀(25)의 선단에 설치되며 상기 단위노즐(21)이 다수개 장착된 노즐프레임(23)과, 상기 단위노즐(21)에 각각 대응하도록 상기 노즐프레임(23)의 선단부에 설치되며 상기 금속봉(13) 사이를 통과하여 상기 노즐프레임(23)의 이동을 안내하는 가이드판(24)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 셔틀(25)은 다방향 직교 프리폼의 방향수보다 1개가 적게 설치된다. 즉, 3방향 직교 프리폼을 직조하고자 하는 경우에는 2개의 셔틀(25)이 설치되고, 4방향 직교 프리폼을 직조하고자 하는 경우에는 3개의 셔틀(25)이 설치되는 것이다. 본 발명에서는 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축 방향의 3방향 직교 프리폼을 직조하는 장치를 설명한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 노즐형 직교 직조장치는, 노즐조립체를 통해 배출되는 장섬유를 1가닥 단위로 적층하여 프리폼을 직조하게 된다.

먼저, 설계된 단위조직의 크기에 따라 프리폼 성형치구(10)를 제작하고, 이를 직조기에 설치한다. 즉, 모든 단위조직 위치에 금속봉(13)을 설치한 후, 승강장치(45)에 상기 프리폼 성형치구(10)를 조립하여, 직조할 준비를 마친다. 여기서, 상기 프리폼 성형치구(10)를 구성하는 모든 부품들은 설계된 단위조직의 크기에 따라 그 치수가 결정되어야 함은 당연하다.

이어, 자동 얼래(Reel) 등의 외부장치로부터 공급된 장섬유(50)를 셔틀(25)에 장착된 노즐조립체(20)의 노즐홈(22)에 삽입하고, 직조판 조립체(14)의 직조판에 장섬유(50)의 단부를 고정한다. 그리고, 상기 직조판 조립체(14)의 상측에서 상 기 노즐조립체(20)를 왕복 이동시키는 셔틀(25)을 X축 방면과 Y축 방면에 각각 설치하여 3방향 직교 프리폼이 직조될 수 있도록 한다.

이상과 같이 직조 준비가 완료되면, 우선 X축 방면의 노즐조립체(20)로부터 빠져나온 장섬유다발의 끝을 상기 프리폼 성형치구(10)의 직조판에 접착제 등을 이용하여 고정하고, X축 방면의 셔틀(25)을 그 반대편으로 이동시켜면서 상기 노즐조립체(20)로부터 배출되는 장섬유(50)를 압축바 조립체(15)의 상부와 상기 금속봉(13)의 끝 사이에 적층시킨다.

이때, 상기 노즐조립체(20)의 선단에 구비되어 상기 금속봉(13) 사이를 통과하는 가이드판(24)으로 인해 상기 셔틀(25)과 노즐조립체(20)는 상기 프리폼 성형치구(10)의 상측에서 이동하게 된다. 이와 같이 1회 이동한 셔틀(25)은 상기 프리폼 성형치구(10)의 반대편에 위치하게 되고, 이 상태에서 상기 셔틀(25)을 스크류 형태인 거리조절기(26)를 이용하여 상기 금속봉(13)의 직경만큼 셔틀(25)의 이동방향에 직교하는 방향으로 이동시킨다. 이때, 상기 거리조절기(26)에 의한 이동거리가 디지털 게이지(27)에 표시되므로, 상기 거리조절기(26)에 의한 이동거리를 정확하게 조절할 수 있다. 이와 같이 위치가 조절된 셔틀(25)은 다시 원래의 위치로 돌아오면서 장섬유(50)를 상기 금속봉(13) 사이에 적층한다.

이상의 과정을 반복함에 따라 설계된 직교 프리폼의 크기만큼 X축 방면의 섬유가 모두 직조된다. 이후, 동일한 방식으로 Y축 방면의 섬유를 직조한다. 이때, 가장 주의하여야 할 사항은 설계된 프리폼의 크기에 비례하여 단위노즐의 수량을 결정하여야 하며, 상기 셔틀(25)의 이동은 항상 짝수로 이루어져 한 축에 대한 직 조가 완료되면 상기 셔틀(25)이 항상 제 위치로 복귀하도록 하여야 한다는 것이다.

이상과 같이 X축 방면 및 Y축 방면에 대한 직조가 모두 완료되면, 추가적으로 미리 준비된 압축바 조립체(15)를 직조된 섬유 위에 위치시키고, 에어실린더(31)를 작동시켜 상기 압축바 조립체(15)를 아래로 하강시킴으로써 직조된 섬유다발을 압축한다. 이와 동시에 상기 프리폼 성형치구(10)의 압축바 조립체(15)와 직조된 섬유다발을 아래로 하강시키고, 일정 수준에서 아래쪽에 위치한 압축바 조립체(15)를 상기 프리폼 성형치구(10)로부터 분리한다. 이어, 상기 프리폼 성형치구(10)의 하단에 섬유다발이 위치하도록 압축을 하고, 승강장치(45)를 이용하여 나중에 설치된 압축바 조립체(15)를 초기 위치로 복귀시키게 된다. 이러한 섬유다발의 압축 및 압축바 조립체(15)의 복귀 동작은 제어패널(35)에서의 수동 조작을 통해 이루어지게 된다.

즉, X축 방면 1층과 Y축 방면 1층의 직조를 번갈아 가면서 수행하여, 프리폼을 X축 방면 및 Y축 방면으로 적당한 높이만큼 직조한 후에, 새로운 압축바 조립체(15)를 직조된 섬유다발 위에 설치하고, 에어실린더를(31)를 이용하여 상기 압축바 조립체(15)를 하강시킴으로써 섬유다발을 압축한다. 이러한 압축에 의하여 상기 프리폼 성형치구(10)는 도 6과 같은 형태가 된다. 이때, 상기 에어실린더(31)에 의한 가압은 프리폼의 섬유분율에 따라 설계된 섬유분율만큼 수행한다. 상기 에어실린더(31)에 의한 가압이 완료되면 상기 승강장치(45)에 의하여 상기 압축바 조립체(15)가 초기 위치로 복귀하여 다음 작업을 대기하게 된다.

이상의 과정을 반복하게 되면, 설계된 프리폼의 높이만큼 직조할 수 있게 된 다. 물론, 4방향 이상의 다방향 직교 프리폼을 형성하고자 하는 경우에는 상기한 X축 방면과 Y축 방면의 노즐조립체(20) 외에 45도 또는 60 방향으로 노즐조립체(20)를 추가로 설치하여 해당 방향으로의 직조를 수행하면 된다.

이후, 직조된 프리폼을 직조기로부터 분리하고, 상기 금속봉(13)을 섬유다발로 치환하는 공정을 거쳐 완전한 3방향 직교 프리폼을 제작한다. Z축 방면의 상기 금속봉(13)을 섬유다발로 치환하는 방법은, 수축 튜브를 이용하여 Z축의 금속봉(13)에 섬유다발을 연결한 후, 섬유다발이 연결된 상기 금속봉(13)을 잡아당겨 프리폼으로부터 분리하고, 치환된 섬유다발이 프리폼의 Z축 위치에 삽입되도록 한다. 이때, 상기 금속봉(13)과 섬유다발을 치환하기 위하여 기존의 바늘을 이용하는 방법을 사용할 수도 있으나, 이 경우에는 X축 및 Y축과 Z축의 섬유다발 굵기가 달라져 프리폼의 균일성을 저해하므로 권장되지는 않는다. 물론, 상기 프리폼 성형치구(10)에 금속봉(13)을 설치하는 대신에 섬유다발을 인발 성형하여 제조된 섬유봉을 이용하는 방법도 사용이 가능하다. 이러한 Z축의 치환 방법은 프리폼의 종류와 목적에 따라 선택하여 사용한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 직교 직조방법에 따라 직조된 3방향 직교 프리폼의 일부가 도시된 사시도.

도 2는 본 발명의 노즐형 직교 직조방법에 따라 직조된 3방향 직교 프리폼의 일부가 도시된 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 노즐형 직교 직조장치가 도시된 사시도.

도 4는 본 발명의 노즐형 직교 직조 장치의 구성도.

도 5는 본 발명의 요부 구성인 프리폼 성형치구가 도시된 사시도.

도 6은 프리폼 압축시 프리폼 성형치구가 도시된 사시도.

도 7은 본 발명의 요부 구성인 압축판이 도시된 도면.

도 8은 본 발명의 요부 구성인 노즐조립체 및 단위노즐이 도시된 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 프리폼 성형치구 11: 하판

12: 고정치구 13: 금속봉

14: 직조판 조립체 15: 압축판 조립체

15a: 압축판 15b: 박판

15c: 압축판 프레임 16: 가이드바

20: 노즐조립체 21: 단위노즐

23: 노즐프레임 24: 가이드판

25: 셔틀 26: 거리조정기

30: 가압장치 31: 에어실린더

32: 가압부 33: 지지프레임

40: 베이스프레임 41: 상판

42: 하판 45: 승강장치

50: 장섬유

Claims

수직방향으로 설치된 다수의 금속봉(13)을 구비한 프리폼 성형치구(10)의 상측에 장섬유(50)를 배출하는 다수의 단위노즐(21)로 이루어진 2개 이상의 노즐조립체(20)를 배치하는 준비단계;

상기 노즐조립체(20)로부터 배출된 장섬유(50)의 단부를 각각 고정한 상태에서 장섬유(50)가 상기 금속봉(13) 사이를 지나도록 하나의 노즐조립체(20)를 왕복이동시켜 1개층의 장섬유(50)를 적층한 후 다른 방향의 노즐조립체(20)를 왕복이동시켜 다시 1개층의 장섬유(50)를 적층하는 방식으로, 방향이 다른 장섬유(50) 다발이 1개층씩 적층된 단위조직을 형성하도록 직조하는 직조단계;

상기 직조단계를 반복 수행하여 단위조직의 프리폼을 설계된 높이만큼 적층하는 적층단계; 및

프리폼의 적층이 완료되면 상기 금속봉(13)을 각각 섬유로 치환하여 다방향 직교 프리폼을 제작하는 금속봉 치환단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조방법.
제1항에 있어서,

상기 노즐조립체(20)는 요구되는 다방향 직교 프리폼의 방향 수보다 1개 적은 수가 사용되는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 직조단계는, 상기 노즐조립체(20)가 왕복운동방향의 수직방향으로 일정거리만큼씩 이동하면서 왕복운동하여 장섬유다발을 적층함으로써, 1개층의 직조를 수행하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 적층단계는, 상기 직조단계가 수행될 때마다 단위조직을 가압하여 설계된 섬유분율로 압축하는 압축공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 금속봉 치환단계는, 상기 금속봉(13)의 하단에 장섬유(50)를 연결한 후 상기 금속봉(13)을 잡아당겨 상기 금속봉(13)의 각 위치에 섬유가 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조방법.
베이스프레임(40)의 상판(41)에 상하이동이 가능하도록 설치되어 직교 프리폼을 성형하는 프리폼 성형치구(10)와;

상기 베이스프레임(40)의 하판(42)에 설치되며, 상기 프리폼 성형치구(10)를 상향이동시키거나 초기 위치로 복귀시키는 승강장치(45)와;

외부로부터 공급된 장섬유(50)를 각각 배출하여 직조작업을 수행하는 다수의 단위노즐(21)을 구비한 노즐조립체(20)가 선단에 설치되며, 상기 프리폼 성형치구(10)의 상측에서 각기 다른 방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 2개 이상의 셔틀(25)과;

상기 프리폼 성형치구(10)의 상측에 설치되어 직조된 프리폼을 가압하여 압축하는 가압장치(30);를 포함하고,

상기 프리폼 성형치구(10)는, 상기 승강장치(45)에 결합되며 중앙에 구멍이 가공된 다층구조의 하부판(11)과, 상기 하부판(11)의 구멍에 일정 간격으로 설치되며 상기 하부판(11)에 구비된 고정치구(12)에 고정되는 복수개의 금속봉(13)과, 장섬유를 걸어서 직조할 수 있는 직조판을 구비한 직조판조립체(14)와, 상기 하부판(11)의 가장자리에 설치된 가이드바(16)를 따라 승강하도록 구성되고 하측에 상기 직조판조립체(14)가 승강 가능하게 결합되며 상기 금속봉(13)을 지지함과 아울러 직조된 프리폼을 가압하는 압축판조립체(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조장치.
제6항에 있어서,

상기 가압장치(30)는 상기 베이스프레임(50)의 상판(51)에 설치된 지지프레임(33)에 설치된 에어실린더(31)와, 상기 에어실린더(31)에 의해 승강되며 상기 압축판조립체(15)의 외면을 눌러 상기 압축판조립체(15)에 압축력을 전달하는 가압부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조장치.
제7항에 있어서,

상기 압축판조립체(15)는, 단위조직의 1/2 두께로 형성된 박판(15b)이 단위 간격으로 직교 배치된 압축판(15a)과, 상기 압축판(15a)의 외측에서 압축판(15a)을 지지하고 모서리에 상기 가이드바(16)가 삽입되며 상기 가압부(32)에 의해 가압되는 압축판 프레임(15c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조장치.
제6항에 있어서,

상기 셔틀(25)은, 상기 금속봉(13)의 상측에서 왕복운동하면서 상기 노즐조립체(20)를 통해 토출되는 장섬유(50)를 연속적으로 적층하되, 1개층의 직조가 완료된 후 초기 위치로 귀환하도록 하고, 왕복운동방향에 직교하는 방향으로 정해진 거리만큼 이동하면서 왕복운동하도록 구성되고,

직교하는 방향으로의 이동거리는 거리조정기(26)에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조장치.
제6항에 있어서,

상기 노즐조립체(20)는, 외부로부터 공급된 장섬유(50)를 배출하는 노즐홈(22)이 각각 구비된 단위노즐(21)과, 상기 셔틀(25)의 선단에 설치되며 상기 단위노즐(21)이 다수개 장착된 노즐프레임(23)과, 상기 단위노즐(21)에 각각 대응하도록 상기 노즐프레임(23)의 선단부에 설치되며 상기 금속봉(13) 사이를 통과하여 상기 노즐프레임(23)의 이동을 안내하는 가이드판(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐형 직교 직조장치.