KR101248082B1

KR101248082B1 - 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101248082B1
Application number: KR1020110028689A
Authority: KR
Inventors: 전병준; 조경환
Original assignee: (주) 엠에이케이
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-03-27
Also published as: KR20120110675A

Abstract

본 발명은 와이어 탄소 섬유(Wire Carbon Fiber) 소재를 신장시켜 표면적을 최대화한 상태에서 플라즈마 처리를 수행하여 결합력과 접착력을 높일 수 있는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치 및 그 방법 {Plasma Treatment Apparatus Of Wire Carbon Fiber And Method Thereof}

와이어 탄소 섬유(Wire Carbon Fiber)는 자동차의 후드, 범퍼, 도어 등의 자동차 외장 부품 제조에 주로 사용되고 있다.

상기 와이어 탄소 섬유는 자동차 차체를 경량화시켜 획기적인 연비 향상이 가능하고, 이로 인해 배기가스 배출량을 저감시켜 지구 온난화의 주범인 이산화 탄소(CO₂), 일산화 탄소(CO) 등의 배기가스를 저감시킬 수 있는 친환경 소재이다.

종래의 와이어 탄소 섬유는 나노 단위의 와이어 탄소 섬유 다발을 압착시켜 자동차 부품을 제조하였으나, 와이어 탄소 섬유 다발의 압착시 결합력이나 접합력이 떨어져서 자동차 부품 성형이 어려운 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 와이어 탄소 섬유의 너비를 신장시켜 표면적을 넓힌 상태에서 플라즈마 처리하고 원 상태로 너비를 수축시킴으로써 결합력과 접착력을 높일 수 있는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치는 와이어 탄소 섬유가 감겨진 권출부와 상기 권출부로부터 와이어 탄소 섬유를 유입하여 와이어 탄소 섬유의 너비를 소정의 너비로 신장하는 와이어 신장부와 상기 소정의 너비로 신장된 와이어 탄소 섬유를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리부와 상기 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유의 너비를 원 너비로 수축시키는 와이어 수축부와 상기 수축된 와이어 탄소 섬유를 꼬는 트위스트부 및 상기 꼬여진 와이어 탄소 섬유를 감는 권취부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 와이어 신장부는 상기 권출부로부터 유입된 와이어 탄소 섬유를 신장이 가능하도록 풀어주는 와이어 풀림모듈과 상기 풀어진 와이어 탄소 섬유의 온도를 상승시키는 히터와 상기 히터를 통해 온도가 상승한 와이어 탄소 섬유를 소정의 너비로 신장하는 스프래드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와이어 풀림모듈은 다수개의 롤러를 포함하고, 상기 대수개의 롤러에 와이어를 권취하여 권출부로부터 유입된 와이어 탄소 섬유를 풀어주면서 너비를 가신장시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 스프래드부는 와이어가 권취되는 장착부의 면적이 점차적으로 크게 형성된 다수 개의 롤러를 구비하여 와이어에 장력과 롤러의 크기만으로 와이어를 신장하는 1차 신장유닛과 와이어를 고정하는 2개의 보조롤러와 상기 보조롤러에 고정된 와이어를 가압하여 신장하는 신장 롤러를 구비하는 적어도 하나의 신장모듈을 구비하는 2차 신장유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플라즈마 처리부는 상기 너비가 신장된 와이어 탄소 섬유를 대기압 플라즈마 처리를 수행하는 AP 플라즈마 유닛과 상기 대기압 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유를 RF 전원을 이용하여 플라즈마 처리하는 RF 플라즈마 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 AP 플라즈마 유닛과 RF 플라즈마 유닛 사이에 와이어를 고정하는 2개의 보조롤러와 상기 보조롤러에 고정된 와이어를 가압하여 신장하는 신장 롤러를 구비하는 추가 신장모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트위스트부는 360도 회전하는 회전판과 상기 회전판에 구동력을 제공하는 모터 어셈블리와 상기 회전판 상에 엇갈려 배치되어 와이어 탄소 섬유를 권치하는 고정롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 방법은 (a) 권출부로부터 와이어 탄소 섬유를 유입받아 소정의 너비로 신장하는 단계와 (b) 상기 신장된 와이어 탄소 섬유를 플라즈마 처리하는 단계와 (c) 상기 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유를 원래의 너비로 수축하는 단계와 (d) 상기 수축된 와이어 탄소 섬유를 꼬는 단계와 (e) 상기 꼬여진 와이어 탄소 섬유를 권치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 (a) 단계는 와이어 풀림모듈이 권출부로부터 와이어 탄소 섬유를 권출하면서 가신장하는 단계와 히터가 상기 가신장된 와이어 탄소 섬유의 온도를 상승시키는 단계와 상기 온도가 상승된 와이어 탄소 섬유를 소정의 너비로 신장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b) 단계는 너비가 신장된 와이어 탄소 섬유를 대기압 플라즈마 처리하는 단계와 상기 대기압 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유를 RF 전원을 이용하여 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 대기압 플라즈마 처리후 상기 와이어 탄소 섬유를 추가로 신장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치 및 그 방법은 와이어 탄소 섬유를 너비 방향으로 신장시켜, 표면적을 최대화한 상태에서 플라즈마 처리를 수행하고, 와이어의 결속력을 높이기 위해 트위스팅하여 권취함으로써 와이어의 접합력과 결합력을 높일 수 있으므로 생산성 및 수율을 높일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1을 단순화한 배치도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 풀림 모듈의 롤러를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 신장유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 2차 신장유닛에서 와이어가 신장되는 것을 도시한 실시예이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트위스트부의 상세 구성도이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1을 단순화한 배치도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 시스템은 와이어 탄소 섬유가 감겨진 권출부(10)와 상기 권출부로부터 와이어 탄소 섬유를 유입하여 와이어 탄소 섬유의 너비를 소정의 너비로 신장하는 와이어 신장부(20)와 상기 소정의 너비로 신장된 와이어 탄소 섬유를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리부(30)와 상기 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유의 너비를 원 너비로 수축시키는 와이어 수축부(40)와 상기 수축된 와이어 탄소 섬유를 꼬는 트위스트부(50)와 상기 꼬여진 와이어 탄소 섬유를 감는 권취부(60)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 와이어 신장부(10)는 상기 권출부로부터 유입된 와이어 탄소 섬유를 신장이 가능하도록 풀어주는 와이어 풀림모듈(210)과 상기 풀어진 와이어 탄소 섬유의 온도를 상승시키는 히터(220)와 상기 히터를 통해 온도가 상승한 와이어 탄소 섬유를 소정의 너비로 신장하는 스프래드부를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 와이어 풀림모듈(210)은 다수개의 롤러를 포함하여 권출부로부터 유입된 와이어 탄소 섬유를 풀어주면서 너비를 가신장시키는 역할을 담당한다.

만일 가신장하는 과정없이 와이어 탄소 섬유를 스프래드부를 통해 직접 신장할 경우 너비 신장시 편측 쏠림이나 와이어의 갈라짐 현상 등이 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위해 필요하다.

그리고 상기 와이어 풀림모듈(210)에 포함되는 다수 개의 롤러는 와이어가 장착되는 장착부의 크기가 점차적으로 크게 형성함으로써 가신장을 진행시킬 수 있다.

상기 와이어 풀림모듈(210)을 통해 가신장되는 크기는 설정 신장 너비의 10~20% 범위로 가신장하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 히터(220)는 스프래드부를 통한 너비 신장시 원할한 신장이 가능하도록 와이어에 연성을 제공하는 역할을 담당하고, 상기 히터는 200도 내외의 고온으로 와이어에 열을 제공하여 와이어의 온도를 상승시킨다.

상기와 같이 히터를 통해 온도가 상승된 와이어는 상기 스프래드부를 통해 설정된 너비만큼 신장된다.

상기 스프래드부는 와이어의 인장력과 롤러의 크기만으로 와이어를 신장하는 1차 신장유닛(230)과 상기 1차 신장유닛을 통해 신장된 와이어를 설정 너비로 신장시키는 2차 신장유닛(240)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 1차 신장유닛(230)은 다수개의 롤러를 포함하여 1차적으로 와이어를 신장하는 역할을 담당한다. 상기 다수개의 롤러는 도 3과 같이 와이어가 장착되는 장착부를 점차적으로 크게 형성하여 와이어를 신장하게 된다.

그리고 2차 신장유닛(240)은 설정된 너비로 와이어를 신장하는 역할을 담당한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 신장유닛을 개략적으로 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 상기 2차 신장유닛(240)은 와이어를 고정하는 2개의 보조롤러(242a, 242b)와 상기 보조롤러에 고정된 와이어를 가압하여 신장하는 신장 롤러(241)를 구비하는 신장모듈을 다수개를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 2개의 보조롤러(242a,242b)는 유입단과 유출단에 형성되어 와이어를 신장롤러에 유입시키고, 신장롤러(241)에 의해 너비가 신장된 와이어를 유출시키는 역할을 담당한다.

그리고 상기 신장롤러(241)는 상기 보조롤러(242a, 242b)에 의해 유입된 와이어를 회전 가압하여 신장롤러의 폭만큼 와이어의 너비를 신장하는 역할을 담당한다. 상기 신장롤러와 보조롤러는 와이어를 사이에 두고 접촉하도록 구성되어 신장롤러의 회전력에 의해 와이어의 너비가 신장된다.

상기 신장모듈은 와이어의 사양에 따라 2개 이상의 개수로 구성될 수 있다.

도 5는 3개의 신장모듈로 구성된 2차 신장유닛을 개략적으로 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 너비가 8mm인 와이어가 제1 신장모듈을 통해 유입되어 20mm로 너비가 신장되고, 너비가 20mm인 와이어가 제2 신장모듈을 통해 유입되어 40mm로 너비가 신장되고, 너비가 40mm인 와이어가 제3 신장모듈을 통해 유입되어 50mm로 너비가 신장된다.

상기와 같이 제 2 신장유닛(240)을 통해 와이어가 신장되면 플라즈마 처리부로 유입되어 플라즈마 처리가 수행된다.

여기서, 상기 플라즈마 처리부(30)는 상압을 이용하여 플라즈마 처리를 수행하는 AP 플라즈마 유닛(310)과 RF 전원을 이용하여 플라즈마 처리를 수행하는 RF 플라즈마 유닛(320)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 AP 플라즈마와 RF플라즈마 처리는 본 발명의 통상의 지식을 가진 당업자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 와이어에 대한 플라즈마 처리를 통해 와이어 탄소 섬유의 결합력과 접착력을 높일 수 있으며, 상기 와이어 탄소 섬유의 너비를 신장시킨 상태에서 플라즈마 처리를 수행하므로 표면적이 넓혀 와이어 표면 전체에 플라즈마 처리가 가능하므로 와이어의 결합력과 접착력을 최대화할 수 있다.

또한, 상기 AP 플라즈마 유닛(310)과 RF 플라즈마 유닛(320) 사이에 추가로 와이어의 너비를 신장시키는 추가 신장모듈(330)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 추가 신장모듈(330)의 구성은 상기 제 2 신장 유닛의 신장모듈의 구성과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 추가 신장모듈(330)은 1차로 AP 플라즈마 처리된 와이어의 너비를 추가로 신장시켜 RF 플라즈마 처리를 수행하므로써 플라즈마 처리 효과를 극대화시키는 역할을 담당한다.

상기와 같이 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유는 원 너비로 수축시키는 와이어 수축부(40)로 유입된다.

상기 와이어 수축부(40)는 플라즈마 처리를 위해 너비가 신장된 와이어를 원래의 너비로 수축시키기 위해 다수 개의 댄서롤을 포함하여 구성된다.

상기 댄서롤을 통해 와이어에 일정한 장력이 가해져서 너비가 신장된 와이어가 원래의 너비로 수축된다.

상기와 같이 와이어 탄소 섬유가 원래의 너비로 수축되면, 상기 수축된 와이어 탄소 섬유가 트위스트부(50)에서 꼬아지고, 권치부(60)에서 권치된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트위스트부의 상세 구성도이다.

도 6을 참조하면, 상기 트위스트부(50)는 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유를 꼬아서 강도를 높이고, 자동차 부품 제조시 와이어의 결속력을 높이는 역할을 담당한다.

상기 트위스트부(50)는 360도 회전하는 회전판(510)과 상기 회전판에 구동력을 제공하는 모터 어셈블리(520)와 상기 회전판 상에 엇갈려 배치된 고정롤러(530)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 와이어가 상기 엇갈려 배치된 고정롤러에 장착되고, 상기 고정롤러가 장착된 회전판이 360도 회전하면서 와이어가 꼬이게 된다.

상기 트위스트부를 통해 꼬여진 와이어는 권치부에서 감겨서 플라즈마 처리가 완료된다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 권출부 20 : 와이어 신장부
30 : 플라즈마 처리부 40 : 와이어 수축부
50 : 트위스트부 60 : 권취부

Claims

와이어 탄소 섬유가 감겨진 권출부와;
상기 권출부로부터 와이어 탄소 섬유를 유입하여 와이어 탄소 섬유의 너비를 소정의 너비로 신장하는 와이어 신장부와;
상기 소정의 너비로 신장된 와이어 탄소 섬유를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리부와;
상기 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유의 너비를 원 너비로 수축시키는 와이어 수축부와;
상기 수축된 와이어 탄소 섬유를 꼬는 트위스트부와;
상기 꼬여진 와이어 탄소 섬유를 감는 권취부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 와이어 신장부는
상기 권출부로부터 유입된 와이어 탄소 섬유를 신장이 가능하도록 풀어주는 와이어 풀림모듈과;
상기 풀어진 와이어 탄소 섬유의 온도를 상승시키는 히터와;
상기 히터를 통해 온도가 상승한 와이어 탄소 섬유를 소정의 너비로 신장하는 스프래드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치.
제 2항에 있어서,
상기 와이어 풀림모듈은
다수개의 롤러를 포함하고, 상기 대수개의 롤러에 와이어를 권취하여 권출부로부터 유입된 와이어 탄소 섬유를 풀어주면서 너비를 가신장시키는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치.
제 2항에 있어서,
상기 스프래드부는
와이어가 권취되는 장착부의 면적이 점차적으로 크게 형성된 다수 개의 롤러를 구비하여 와이어에 장력과 롤러의 크기만으로 와이어를 신장하는 1차 신장유닛과;
와이어를 고정하는 2개의 보조롤러와 상기 보조롤러에 고정된 와이어를 가압하여 신장하는 신장 롤러를 구비하는 적어도 하나의 신장모듈을 구비하는 2차 신장유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리부는
상기 너비가 신장된 와이어 탄소 섬유를 대기압 플라즈마 처리를 수행하는 AP 플라즈마 유닛과;
상기 대기압 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유를 RF 전원을 이용하여 플라즈마 처리하는 RF 플라즈마 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치.
제 5항에 있어서,
상기 AP 플라즈마 유닛과 RF 플라즈마 유닛 사이에
와이어를 고정하는 2개의 보조롤러와 상기 보조롤러에 고정된 와이어를 가압하여 신장하는 신장 롤러를 구비하는 추가 신장모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 트위스트부는
360도 회전하는 회전판과;
상기 회전판에 구동력을 제공하는 모터 어셈블리와;
상기 회전판 상에 엇갈려 배치되어 와이어 탄소 섬유를 권치하는 고정롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 장치.
(a) 권출부로부터 와이어 탄소 섬유를 유입받아 소정의 너비로 신장하는 단계와;
(b) 상기 신장된 와이어 탄소 섬유를 플라즈마 처리하는 단계와;
(c) 상기 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유를 원래의 너비로 수축하는 단계와;
(d) 상기 수축된 와이어 탄소 섬유를 꼬는 단계와;
(e) 상기 꼬여진 와이어 탄소 섬유를 권치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 방법.
제 8항에 있어서,
상기 (a) 단계는
와이어 풀림모듈이 권출부로부터 와이어 탄소 섬유를 권출하면서 가신장하는 단계와;
히터가 상기 가신장된 와이어 탄소 섬유의 온도를 상승시키는 단계와;
상기 온도가 상승된 와이어 탄소 섬유를 소정의 너비로 신장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 방법.
제 8항에 있어서,
상기 (b) 단계는
너비가 신장된 와이어 탄소 섬유를 대기압 플라즈마 처리하는 단계와;
상기 대기압 플라즈마 처리된 와이어 탄소 섬유를 RF 전원을 이용하여 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 방법.
제 10항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마 처리후
상기 와이어 탄소 섬유를 추가로 신장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 탄소 섬유 플라즈마 처리 방법.