KR101160022B1 - Sizing unit having an open type tension roller and the sizing treatment method of carbon fiber using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A sizing agent is provided to prevent formation of foam in carbon fibers and to enable uniform impregnation on the surface of fiber yarn. CONSTITUTION: A sizing unit comprises: an impregnating device for storing a sizing agent at predetermined level; a feeding roller, pushing roller, tension roller(11), and sizing roller(12) for passing carbon fibers through the sizing agent and guiding; and a spray nozzle for spraying the sizing agent into an inlet of carbon fiber of the tension roller. The tension roller has open outer circumference.

Description

개방형 텐션롤러가 구비된 사이징 유닛 및 상기 유닛을 사용하여 탄소섬유를 사이징 처리하는 방법{Sizing unit having an open type tension roller and the sizing treatment method of carbon fiber using the same}Sizing unit having an open type tension roller and the sizing treatment method of carbon fiber using the same}

본 발명은 탄소섬유의 사이징 처리에 사용되는 사이징 유닛 및 상기 사이징 유닛에 탄소섬유를 사이징 처리하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소섬유 표면에 사이징제를 피복하는 작업의 진행과정에서 발생되는 기포를 제거하고 사이징제를 균일하게 함침시켜 공정효율 및 고품질의 탄소섬유 제조가 이루어지도록 한 것이다.The present invention relates to a sizing unit used for sizing treatment of carbon fibers and a method for sizing carbon fibers to the sizing unit, and more particularly, bubbles generated during the process of coating a sizing agent on the surface of the carbon fiber. By removing and uniformly impregnating the sizing agent to achieve a high efficiency and high quality carbon fiber production.

직물원단은 원단의 길이 방향으로는 경사이고, 폭방향은 위사가 되어 각종의 직기에서 경사와 위사가 조합으로 제직되어 직물이 구성된다.The fabric fabric is inclined in the longitudinal direction of the fabric, the width in the weft yarn is weaved in a combination of the warp and weft yarn in a variety of looms to form a fabric.

이와 같은 직물을 제직하기 위하여 섬유사의 준비작업을 수행하게 되는데 경사의 경우에는 직물의 설정 본수에 따라 크릴작업을 하고, 크릴작업된 섬유사를 직물의 본수에 맞도록 빔 작업을 경료하는 정경작업을 하게 되고, 정경 작업된 정경기 빔의 섬유사에 사이징제를 함침 시키는 호부(糊付)작업(sizing)을 경유한 후 이를 건조시켜 다른 정경기 빔에 감는 사이징작업을 하고, 사이징된 섬유사 여러개의 정경기 빔을 합본하는 비밍작업을 수행하게 된다.In order to weave such fabrics, the preparation of the fiber yarn is performed. In the case of the warp yarn, the yarn is krilled according to the set number of fabrics, and the warp work of the krilled fiber yarn is finished by beaming to match the number of fabrics. After sizing to impregnate the sizing agent in the fiber yarn of the warp warp beam, the sizing work is dried and wound around other warp beams, The beaming operation is performed to combine the regular economic beams.

상기 사이징작업을 좀더 구체적으로 살펴보면 섬유사는 공급 롤러의 안내를 받으며 사이징제가 일정수위로 보관되어지고 있는 함침기 내로 투입되어진 후 다시 사이징 롤러에 의해 안내되어 다음공정으로 진행되어지게 된다.Looking at the sizing operation in more detail, the fiber yarn is guided by the supply roller and the sizing agent is introduced into the impregnator, which is kept at a certain level, and then guided by the sizing roller to proceed to the next process.

그런데, 섬유사가 일정 속도로 함침기로 투입되는 순간 기포가 발생하여 섬유사 표면에 부착되어지는 현상이 발생하는데, 이때 기포가 부착된 부위에는 접착제가 형성되지 못하게 됨으로서, 호부작업성에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.By the way, when the fiber yarn is injected into the impregnator at a constant speed, bubbles occur and adhere to the surface of the fiber yarn. At this time, the adhesive is not formed at the site where the bubble is attached, which adversely affects the workability of the hob. there was.

특히, 탄소섬유 제조공정에 있어서 상기 사이징처리 공정은 섬유다발의 응집성(fiber bundle cohesion), 결속성(bundling), 보풀(fluff) 형성에 대한 저항력, 섬유평활성 및 연성(softness), 내마모성(耐磨耗性), 보빈에 감긴 섬유다발을 풀 때(unwinding) 섬유표면에 손상요인을 줄여주며 풀림성을 향상시켜 작업성을 개선해 주는 효과가 있다. 상기 사이징처리 공정은 사이징제를 탄소섬유에 균일하게 함침시키기 위한 것으로, 사이징 처리가 균일하지 못할 경우, 탄소섬유와 매트릭스 수지와의 결합력에 문제를 발생시켜 최종적으로 복합재의 품질에 영향을 줄 수 있다. 따라서 사이징 액이 불균일하게 함침되는 문제를 해결하기 위한 다양한 연구 및 관심이 집중되고 있다.In particular, in the carbon fiber manufacturing process, the sizing treatment is a fiber bundle cohesion, bundling, resistance to the formation of fluff, fiber smoothness and softness, and abrasion resistance性) When unwinding the bundle of fibers wound on the bobbin, it reduces the damage factor on the fiber surface and improves the workability by improving the loosening property. The sizing treatment process is for impregnating the sizing agent into the carbon fiber uniformly. If the sizing treatment is not uniform, the sizing agent may cause a problem in the bonding force between the carbon fiber and the matrix resin and finally affect the quality of the composite material. . Therefore, various researches and attentions are focused on solving the problem of sizing liquid being unevenly impregnated.

종래에는 사이징 함침기에서 충분하고 균일한 양의 사이징처리가 가능하도록 텐션롤러에 분사노즐을 설치하여 사이징제를 탄소섬유에 불어주어 탄소섬유의 사이징제의 함침량을 조절하여 사이징 처리를 하였으나 텐션롤러의 외주면이 밀폐되어 있어 효율적으로 사이징처리가 이루어지지 않았으며, 따라서 탄소섬유의 사이징 불균일 문제를 초래하였다. 또한 텐션롤러의 표면과 분사노즐 사이에 발생한 와류로 인하여 탄소섬유에 보풀(fluff)이 형성되어 섬유가 텐션롤러에 말리는 현상이 발생하여 사이징 처리 공정이 원활하게 이루어 질 수 없었다.Conventionally, the sizing treatment was performed by adjusting the impregnation amount of the carbon fiber sizing agent by blowing the sizing agent to the carbon fiber by installing a spray nozzle on the tension roller to allow a sufficient and uniform amount of sizing treatment in the sizing impregnator. The outer circumferential surface of the was not sealed so that the sizing treatment was not performed efficiently, thus causing a problem of sizing non-uniformity of the carbon fiber. In addition, fluff (fluff) is formed on the carbon fiber due to the vortices generated between the surface of the tension roller and the injection nozzle, which causes the fiber to dry on the tension roller.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 함침기로 투입되어지는 탄소섬유에 기포가 형성되는 것을 방지함으로서 사이징제가 섬유사 표면에 고르게 함침되어 질 수 있도록 하는데 목적이 있다.The present invention is proposed to improve the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to prevent the formation of bubbles in the carbon fiber introduced into the impregnator so that the sizing agent can be evenly impregnated on the surface of the fiber yarn.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 구체예로서, 사이징제가 일정 수위로 저장되어지는 함침기(10), 상기 함침기(10) 내로 유입되는 탄소섬유가 사이징제를 경유한 후 다음 공정으로 이송되도록 안내하는 공급롤러(1, 2), 푸싱롤러(3), 텐션롤러(11)와 사이징롤러(12), 및 상기 함침기(10) 내에 텐션롤러(11)의 탄소섬유 유입측으로 사이징제를 분사하는 분사노즐(20)을 포함하는 사이징 유닛에 있어서 상기 텐션롤러(11)는 외주면이 개방형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 사이징 유닛을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention as an embodiment, the impregnator 10, the sizing agent is stored at a certain level, the carbon fiber introduced into the impregnator 10 through the sizing agent to the next process Sizing agent to the feed fiber (1, 2), the pushing roller (3), the tension roller (11) and the sizing roller (12) and the carbon fiber inflow side of the tension roller (11) in the impregnator (10) to guide the transfer. In the sizing unit comprising a spray nozzle 20 for spraying the tension roller 11 provides a sizing unit, characterized in that the outer peripheral surface is formed in an open type.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 텐션롤러는 중심축 및 다수의 섬유지지대를 포함하는 것을 특징으로 하며 외주면이 개방형인 것을 특징으로 하는 사이징 유닛을 제공한다.In one embodiment of the present invention, the tension roller provides a sizing unit, characterized in that it comprises a central axis and a plurality of fiber support and the outer peripheral surface is open.

본 발명의 다른 구체예에서, 상기 섬유지지대는 플레이트 형상이고, 6개 내지 8개이며, 중심축의 외주면으로부터 텐션롤러 외부로 방사형으로 형성되도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 사이징 유닛을 제공한다.In another embodiment of the present invention, the fiber support is a plate-shaped, 6 to 8, it provides a sizing unit, characterized in that fixed to be formed radially outward from the tension roller from the outer peripheral surface of the central axis.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 사이징롤러(12) 상부에는 이송되는 탄소섬유를 가압하기 위한 압착롤러(13)가 사이징롤러(12)와 쌍을 이루며 구비된 것을 특징으로 하는 분사노즐이 구비된 사이징 유닛을 제공한다.In another embodiment of the present invention, the sizing roller 12 is provided with a spray nozzle, characterized in that the pressing roller 13 for pressing the carbon fiber to be conveyed in pairs with the sizing roller 12 To provide a customized sizing unit.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 사이징 유닛을 이용하여 탄소섬유를 사이징 처리하는 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a method of sizing carbon fibers using the sizing unit.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

본 발명의 사이징 유닛은 개방형 텐션롤러 및 분사노즐을 구비하여 텐션롤러상의 탄소섬유상에 기포가 발생하거나 보플(fluff)가 발생하는 것을 미연에 방지하거나, 제거하는 효과를 가진다.The sizing unit of the present invention is provided with an open tension roller and a spray nozzle to prevent or remove bubbles or fluff from occurring on the carbon fibers on the tension roller.

도 1은 본 발명의 사이징 유닛의 구성 및 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 사이징 유닛이 포함하는 개방형 텐션롤러(11)를 개략적으로 도시한 사시도이다.Figure 1 schematically shows the configuration and appearance of the sizing unit of the present invention.
2 is a perspective view schematically showing an open tension roller 11 included in the sizing unit of the present invention.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 실시 예에 따른 사이징 유닛의 개략적인 구조를 살펴보면, 사이징제가 일정 수위로 저장되어져 있는 함침기(10)에는 탄소섬유가 일정 구간에서 사이징제를 경유하도록 안내하기 위한 텐션롤러(11)와 사이징롤러(12)가 쌍을 이루며 장착되어져 있으며, 상부에는 압착롤러(13)가 사이징롤러(12)와 접하여 구성됨으로서 사이징제가 함침된 탄소섬유를 안내함과 동시에 가압하는 구조를 이루고 있다.First, referring to the schematic structure of the sizing unit according to the present embodiment, the impregnator 10, in which the sizing agent is stored at a predetermined level, has a tension roller 11 for guiding the carbon fiber to pass through the sizing agent in a predetermined section. The sizing rollers 12 are mounted in pairs, and the compression rollers 13 are formed in contact with the sizing rollers 12 to guide and pressurize the carbon fiber impregnated with the sizing agent.

상기 각각의 롤러는 일측에서 구동모터(미도시)로 부터 회동력을 전달받아 회동축을 중심으로 회전구동되는 것으로서, 이러한 동력전달부의 구체적인 구성설명은 생략하기로 한다.Each of the rollers are rotated around the rotating shaft by receiving the rotational force from a driving motor (not shown) on one side, and detailed description of such a power transmission unit will be omitted.

본 발명의 함침기(10) 내에는 텐션롤러(11)를 통해 안내되는 가운데 유입되어지는 탄소섬유를 향하여 사이징제를 강하게 분사시킴으로 탄소섬유의 투입과정에서 발생된 기포 및 공정상 발생할 수 있는 이물질을 제거하기 위한 분사노즐(20)이 일정 수위의 사이징제 내에 잠겨진 상태로 구성되어져 있다.In the impregnator 10 of the present invention, the sizing agent is strongly sprayed toward the carbon fiber introduced while being guided through the tension roller 11, so that air bubbles generated during the input of the carbon fiber and foreign matters that may occur in the process are generated. The injection nozzle 20 for removal is comprised in the state submerged in the sizing agent of a predetermined level.

본 발명의 사이징 유닛이 포함하는 텐션롤러(11)는 종래 발명과는 상이하게 롤러의 외주면이 개방형으로 구성되어 있다. 도 2에서와 같이 상기 텐션롤러(11)는 중심축과 다수의 섬유지지대로 구성되어 있으며, 외주면이 개방형으로 구성되어 있으므로 분사노즐(20)의 에어흐름(24)에 따른 저항력을 감소시키며, 분사노즐과 텐션롤러의 외주면 사이에서 발생하는 와류를 감소시킬 수 있다. 반면, 텐션롤러의 외주면이 밀폐형인 종래기술상으로는 분사노즐에서 사이징제를 분사시, 상기 분사력 및 형성된 와류에 의하여 텐션롤러의 외주면에 감겨진 탄소섬유에 저항력이 높아져 사이징제가 탄소섬유에 불균일하게 함침되거나, 보풀(fluff)이 발생하게 되며, 이에 따라 제조된 탄소섬유의 품질상 문제가 발생할 수 있다.In the tension roller 11 included in the sizing unit of the present invention, the outer circumferential surface of the roller is open-type differently from the conventional invention. As shown in Figure 2, the tension roller 11 is composed of a central axis and a plurality of fiber support, and because the outer peripheral surface is composed of an open type to reduce the resistance according to the air flow 24 of the injection nozzle 20, injection Vortex generated between the nozzle and the outer circumferential surface of the tension roller can be reduced. On the other hand, in the prior art in which the outer circumferential surface of the tension roller is hermetically sealed, when the sizing agent is injected from the injection nozzle, the resistance to the carbon fiber wound on the outer circumferential surface of the tension roller is increased due to the injection force and the vortex formed so that the sizing agent is impregnated with the carbon fiber unevenly. , Fluff is generated, and thus a quality problem of the carbon fiber produced may occur.

텐션롤러를 구성하는 상기 섬유지지대는 플레이트 형상이고, 6개 내지 8개인 것이 바람직하며, 중심축의 외주면으로부터 텐션롤러 외부로 방사형으로 형성되도록 고정되어 있는 것을 특징으로 한다. The fiber support constituting the tension roller has a plate shape, preferably 6 to 8, and is fixed to be radially formed from the outer circumferential surface of the central axis to the outside of the tension roller.

상기 분사노즐(20)은 해당 부위에서 기포 제거기능 및 이물질 제거기능을 동시해 수행할 수 있게 되는 것으로서, 하나의 특정 기능만을 갖는 것은 아니다.The injection nozzle 20 is to be able to perform the bubble removal function and the foreign material removal function at the same time at the corresponding site, it does not have only one specific function.

이와 같은 구성을 이루는 본 발명 사이징 유닛의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.The effect of the operation of the present invention sizing unit constituting such a configuration will be described.

선행 공정에서 정경작업이 이루어진 탄소섬유는 계속하여 제1공급롤러(1)와 제2공급롤러(2) 그리고 푸싱롤러(3)에 의해 안내되어지는 가운데 함침기(10)로 공급되어짐으로서 사이징제를 함침시키는 사이징 공정이 이루어지게 된다.The sizing agent is fed to the impregnator 10 while being guided by the first feed roller 1, the second feed roller 2, and the pushing roller 3 by the carbon fiber, which has undergone regular work in the preceding process. The sizing process to impregnate is made.

즉, 이때에는 탄소섬유가 텐션롤러(11)와 사이징롤러(12)에 안내되면서 일정 속도로 사이징제에 투입되어지게 되고, 이러한 투입과정에서의 사이징제와의 마찰력으로 인해 기포가 발생하게 되나, 본 발명에서는 분사노즐(20)을 통해 투입되는 탄소섬유를 향해 사이징제를 강하게 분사시킴과 동시에 텐션롤러가 개방형으로 형성되어 있으므로 탄소섬유 표면에 기포의 발생, 보풀(fluff)의 발생, 또는 이물질이 부착되는 것을 방지하며, 또는 부착된 기포 및 이물질의 제거가 가능하다.That is, in this case, the carbon fiber is introduced into the sizing agent at a constant speed while being guided to the tension roller 11 and the sizing roller 12, but bubbles are generated due to the frictional force with the sizing agent in this input process. In the present invention, since the sizing agent is strongly sprayed toward the carbon fiber injected through the injection nozzle 20 and the tension roller is formed in an open type, bubbles, fluff, or foreign matter are generated on the surface of the carbon fiber. It is possible to prevent the adhesion, or to remove the bubbles and foreign matter attached.

그리고, 이와 같이 사이징제를 통과하는 과정에서 탄소섬유내에 사이징제가 함침하게 되고, 계속하여 사이징롤러(12)에 의해 안내되어 이송되는 과정에서 압착롤러(13)에 의한 가압이 이루어짐으로서, 탄소섬유 표면에 묻어있는 사이징제를 제거함과 동시에 탄소섬유의 장력을 증대시킬 수 있게 된다.Then, the sizing agent is impregnated in the carbon fiber in the process of passing through the sizing agent, the pressure is carried out by the pressing roller 13 in the process of being guided and transported by the sizing roller 12, the surface of the carbon fiber It is possible to increase the tension of the carbon fiber while removing the sizing agent on the surface.

따라서, 이러한 과정에서 사이징제가 탄소섬유에 고르게 함침하게 됨으로서 균일한 사이징 작업이 이루어질 수 있으며 고품질의 탄소섬유 제조가 이루어 질 수 있다.Therefore, in this process, the sizing agent is evenly impregnated in the carbon fiber, so that uniform sizing can be made and high-quality carbon fiber can be produced.

1 : 제1공급롤러 2 : 제2공급롤러
3 : 푸싱롤러 10 : 함침기
11 : 텐션롤러 12 : 사이징롤러
13 : 압착롤러 20 : 분사노즐
22 : 탄소섬유 24 : 분사노즐의 에어흐름
26 : 섬유지지대1: first feed roller 2: second feed roller
3: pushing roller 10: impregnation machine
11: tension roller 12: sizing roller
13: press roller 20: spray nozzle
22 carbon fiber 24 air flow of injection nozzle
26: fiber support

Claims (5)

사이징제가 일정 수위로 저장되어지는 함침기(10), 상기 함침기(10) 내로 유입되는 탄소섬유가 사이징제를 경유한 후 다음 공정으로 이송되도록 안내하는 공급롤러(1, 2), 푸싱롤러(3), 텐션롤러(11)와 사이징롤러(12), 및 상기 함침기(10) 내에 텐션롤러(11)의 탄소섬유 유입측으로 사이징제를 분사하는 분사노즐(20)을 포함하는 사이징 유닛에 있어서 상기 텐션롤러(11)는 외주면이 개방형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 사이징 유닛.Impregnator 10 in which the sizing agent is stored at a predetermined level, feed rollers 1 and 2 for guiding the carbon fiber flowing into the impregnator 10 to be transferred to the next process after passing through the sizing agent, and a pushing roller ( 3) In the sizing unit comprising a tension roller 11 and the sizing roller 12, and a spray nozzle 20 for injecting a sizing agent into the carbon fiber inlet side of the tension roller 11 in the impregnator 10 The tension roller (11) is a sizing unit, characterized in that the outer peripheral surface is formed to be open. 제1항에 있어서, 상기 텐션롤러는 중심축 및 다수의 섬유지지대를 포함하는 것을 특징으로 하며 외주면이 개방형인 것을 특징으로 하는 사이징 유닛.The sizing unit according to claim 1, wherein the tension roller comprises a central axis and a plurality of fiber supports, and an outer circumferential surface thereof is open. 제2항에 있어서, 상기 섬유지지대는 플레이트 형상이고, 5개 내지 9개이며, 중심축의 외주면으로부터 텐션롤러 외부로 방사형으로 형성되도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 사이징 유닛. The sizing unit according to claim 2, wherein the fiber support has a plate shape, 5 to 9, and is fixed to be radially formed from the outer circumferential surface of the central axis to the outside of the tension roller. 제1항에 있어서, 상기 사이징롤러(12) 상부에는 이송되는 탄소섬유를 가압하기 위한 압착롤러(13)가 사이징롤러(12)와 쌍을 이루며 구비된 것을 특징으로 하는 분사노즐이 구비된 사이징 유닛.The sizing unit of claim 1, wherein a pressing roller 13 for pressing the carbon fiber to be conveyed is provided in pairs with the sizing roller 12 in an upper portion of the sizing roller 12. . 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 사이징 유닛을 이용하여 탄소섬유의 사이징 처리하는 방법.A method of sizing carbon fibers using the sizing unit according to any one of claims 1 to 4.
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