KR101609209B1 - Alternative Manufacturing System Of Thermoset and Thermoplastic Prepreg - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한 종류의 탄소섬유 토우를 이용한 열경화성 및 열가소성 프리프레그 제조시스템에 관한 것으로 본 발명에 의해 탄소섬유 토우 하나를 이용하여 수지함침장치의 배치에 따라 열경화성 프리프레그 및 열가소성 프리프레그를 선택적으로 제조할 수 있으며, 테이프 권취장치 또는 드럼 권취장치의 사용여부에 따라 토우 프리프레그 및 시트 프리프레그를 제조할 수 있다. 또한 시스템의 큰변경없이도 원사의 종류 및 수지의 종류에 따른 여러가지의 프리프레그 제조를 용이하게 할 수 있다.The present invention relates to a system for manufacturing thermosetting and thermoplastic prepregs using one kind of carbon fiber tow and, in accordance with the present invention, a thermosetting prepreg and a thermoplastic prepreg can be selectively manufactured And the tow prepreg and the sheet prepreg can be manufactured depending on whether the tape winding device or the drum winding device is used. In addition, it is possible to easily manufacture various prepregs according to kinds of yarns and kinds of resin without greatly changing the system.
Description
본 발명은 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템에 관한 것으로, 한종류의 탄소섬유를 이용하여 수지함침장치의 배치에 따라 열경화성 프리프레그 및 열가소성 프리프레그를 선택적으로 제조할 수 있는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for selectively producing thermosetting and thermoplastic prepregs, and more particularly, to a system for selectively producing thermosetting prepregs and thermoplastic prepregs by using a single type of carbon fiber and arranging the resin impregnation apparatuses.
일반적으로 탄소섬유 프리프레그는 탄소섬유에 수지가 함침되어 있는 것으로서 항공기, 자동차, 낚싯대 등의 복합재료로 제조되는 제품의 소재로 사용된다. 이러한 프리프레그를 이용하여 제조하고자 하는 형태의 제품으로 고정한 후 압력과 열을 가하면 경화가 이루지면서 복합재료가 만들어 지며, 복합재료의 강도 및 강성을 유지하기 위해 일방향의 프리프레그를 사용한다.In general, carbon fiber prepregs are impregnated with carbon fibers and used as materials for products made of composite materials such as aircraft, automobiles, and fishing rods. The prepreg is fixed to a product to be manufactured and then pressure and heat are applied to produce a composite material with curing, and a unidirectional prepreg is used to maintain the strength and rigidity of the composite material.
이러한 프리프레그는 열경화성 프리프레그와 열가소성 프리프레그로 대별되는데, 종래의 열경화성 프리프레그 제조 장비는 폭 1m의 프리프레그를 제조하기 위해 다수의 탄소섬유 토우를 크릴대에 거치하여 사용하며, 폭 1m의 프리프레그가 기본적인 프리프레그의 사양이다. 열경화성 프리프레그 제조 장비에는 직물 프리프레그를 제조하는 장비와 일방향 프리프레그를 제조하는 장비로 나눌 수 있다. 직물 프리프레그는 지관에 감겨있는 직물을 수지 함침조에 통과시켜 높이 10m 되는 건조 구간을 통과한 후 아랫면에는 이형지, 윗면에는 이형필름을 붙여서 롤 형태로 권취함으로써 제조된다. 또한 일방향 프리프레그는 미리 열경화성 수지 필름을 제조한 후 그 수지 필름을 이용하여 열과 압력을 가하는 롤러를 지나는 라미네이팅 방식으로 수지를 함침시키며, 이렇게 함침과 건조가 완료된 프리프레그에 새로운 이형지와 이형필름을 붙여서 롤 형태로 권취하며, 제조 장비의 길이는 약 30m 정도 된다. This prepreg is roughly divided into a thermosetting prepreg and a thermoplastic prepreg. In the conventional thermosetting prepreg manufacturing equipment, a plurality of carbon fiber tows are mounted on a krill to prepare prepregs having a width of 1 m, Legs are the basic prepreg specifications. The thermosetting prepreg manufacturing equipment can be divided into equipment for fabric prepreg and equipment for manufacturing unidirectional prepreg. The fabric prepreg is manufactured by passing a fabric wound on a paper tube through a resin impregnation tank and passing through a drying section having a height of 10 m, and then releasing a release film on the lower side and a release film on the upper side. In addition, a one-way prepreg is prepared by previously preparing a thermosetting resin film, then impregnating the resin by a laminating method through a roller for applying heat and pressure using the resin film, attaching a new release paper and release film to the impregnated and dried prepreg Rolled in roll form, and the length of the manufacturing equipment is about 30 m.
열가소성 프리프레그는 수지 필름을 라미네이팅 하는 방식과 익스트루더를 이용한 인발 방식이 있다. 열가소성 수지에는 일반적으로 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등이 있으며, 고온용 수지에는 PA, PEEK 등이 있다. 이러한 열가소성 수지는 필름형태로 제조되어 있으며, 이러한 필름을 탄소섬유와 함께 고열, 고압의 롤러사이로 지나가게 되면 수지가 용융되면서 탄소섬유와 함침되게 된다. 또한 익스트루더에 열가소성 수지칩을 넣어 고열로 용융하고 이를 탄소섬유가 지나가는 금형에 주입하게 되면 금형내부에서 탄소섬유와 수지가 함침하게 된다. 이때 금형의 형태는 인발성형의 금형 형태로 제조하여 넓은 공간에서 좁은 공간으로 함침된 탄소섬유가 지나가면서 압력을 받게 되며, 압력을 받은 수지와 탄소섬유는 함침성이 향상되고, 균일한 열가소성 프리프레그를 제조할 수 있다. Thermoplastic prepregs include a method of laminating a resin film and a pulling method using an extruder. The thermoplastic resin generally includes polypropylene and polyethylene, and the high-temperature resin includes PA and PEEK. Such a thermoplastic resin is produced in the form of a film, and when the film is passed between the high-temperature and high-pressure rollers together with the carbon fiber, the resin is melted and impregnated with the carbon fiber. When thermoplastic resin chips are put into extruder and melted by high temperature and injected into a mold through which carbon fiber passes, carbon fiber and resin are impregnated in the mold. In this case, the mold is manufactured in the form of a mold for drawing, so that the carbon fiber impregnated in a narrow space in a wide space is pressurized, and the pressure-receiving resin and carbon fiber are improved in impregnation property and a uniform thermoplastic prepreg Can be produced.
그러나 열경화성 프리프레그 및 열가소성 프리프레그를 제조하는 장치는 기본적인 장비의 구성은 비슷하며, 원사를 공급하는 부분, 원사를 배열하는 부분, 수지를 함침하는 부분, 제조된 프리프레그를 권취하는 부분, 전 공정에 걸쳐 장력을 조절하는 부분 등으로 구성되어 있지만, 다만 수지를 함침시키는 방법 및 그 특성이 달라 하나의 장비에서 생산할 수 없다는 문제점이 있다. 열경화성 수지는 80℃ 이하에서 작업이 이루어지며, 또한 수지가 액상인 경우가 많으며, 수지를 함침하는 함침조가 있다. 하지만 열가소성 수지는 200℃이상에서 작업하는 경우가 많으며, 수지가 칩 형태로 되어 있는 경우가 대부분이며 수지를 녹이는 장치가 있어야 한다. 이에 두가지 프리프레그를 제조하기 위해서는 별도의 장비가 필요하다. However, the apparatuses for producing thermosetting prepregs and thermoplastic prepregs are similar in basic equipment configuration, and include a part for supplying yarn, a part for arranging yarn, a part for impregnating resin, a part for winding prepreg, But it has a problem that the method of impregnating the resin and the characteristics thereof are different and it is not possible to produce it in one piece of equipment. The thermosetting resin is worked at a temperature of 80 DEG C or lower, and in many cases, the resin is in a liquid phase, and there is a impregnation tank for impregnating the resin. However, thermoplastic resins are often used at temperatures above 200 ° C. Most of the resins are in the form of chips, and there must be a device to dissolve the resin. Therefore, separate equipment is required to manufacture the two prepregs.
또한, 기술적인 문제는 아니지만 경제적인 측면에서 있어서 열경화성 프리프레그 제조 장치는 폭 1m의 프리프레그를 제조하기 위해 다수의 탄소섬유 토우를 사용하며, 폭 1m의 프리프레그가 기본적인 프리프레그의 사양이다. 탄소섬유 토우의 폭이 10㎜일 경우 최소 100개 이상의 탄소섬유 보빈이 필요하며, 보빈 한 개당 5kg 정도 탄소섬유가 권취되어 있으며, 가격으로는 4만원/kg이며, 프리프레그 1m를 제조하기 위해 최소 2천만원 이상의 소재 구입비용이 발생한다. 또한 프리프레그를 제조하기 위해 사용되는 수지도 대량으로 구입을 하여야 하며, 새로운 프리프레그를 개발 및 시험하는데 있어 많은 비용이 발생한다는 문제점이 있다.Although not technically a problem, from the economical point of view, a thermosetting prepreg manufacturing apparatus uses a plurality of carbon fiber tows to produce a prepreg having a width of 1 m, and a prepreg having a width of 1 m is a basic prepreg specification. If the width of the carbon fiber tow is 10 mm, a minimum of 100 carbon fiber bobbins are required, 5 kg of carbon fiber is wound around each bobbin, the price is 40,000 Won / kg, and the minimum There is a cost of purchasing materials of 20 million won or more. Also, the resin used for preparing prepregs must be purchased in large quantities, and there is a problem that a great deal of cost is incurred in developing and testing new prepregs.
그리고 프리프레그를 제조하는 장비는 최소 길이 30m, 그 가격은 30억원이상 하는 고가의 장비이며, 열경화성 및 열가소성 프리프레그를 제조하기 위해서는 각각의 열경화성 프리프레그 장비와 열가소성 프리프레그 장비를 갖추어야 하며, 이러한 고가의 장비를 이용하여 생산 가동을 멈추고 새로운 프리프레그 개발 및 시험을 하는 것 또한 문제이다.In addition, the equipment for manufacturing the prepreg is expensive equipment having a minimum length of 30 m and its price is over 3 billion KRW. In order to prepare thermosetting and thermoplastic prepreg, each of the thermosetting prepreg equipment and the thermoplastic prepreg equipment must be equipped. To stop production operations and to develop and test new prepregs.
이에 대한민국공개특허제1996-017575호에서는 탄소단섬유와 페놀수지의 건식 혼련방법을 채택하여 박막, 경량 및 전파차폐성, 난연성이 우수한 페놀수지계 탄소단섬유 프리프레그 제조방법을 제공하고 있으나, 페놀수지도 열경화성 수지의 하나의 종류로써 이 특허에서 기술하고 있는 방법으로는 열가소성 수지를 이용한 프리프레그를 제조할 수 없다는 문제점이 있다. Korean Patent Publication No. 1996-017575 discloses a method for producing a phenolic resin short carbon fiber prepreg having a thin film, a light weight and a shielding property against electromagnetic waves and excellent flame retardancy by employing a dry kneading method of a short carbon fiber and a phenolic resin, As a kind of thermosetting resin, there is a problem that prepreg using a thermoplastic resin can not be manufactured by the method described in this patent.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하여 다수의 보빈이 아닌 하나의 탄소섬유 토우 보빈을 사용하여 많은 비용을 절감하면서 프리프레그를 제조할 수 있으며, 다양한 시험도 가능할 뿐만 아니라 원사공급장치와 권취장치는 공용으로 사용하며, 서로 특성 및 용도가 다른 수지함침장치는 필요에 의해 제조라인 구성이 가능하도록 하여 용도에 맞는 프리프레그를 제조하여 비용을 절감할 수 있는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템을 제공하는 것을 기술적과제로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a yarn feeding device and a winding device which are capable of manufacturing a prepreg while using a single carbon fiber toe bobbin, The present invention provides a thermosetting and thermoplastic prepreg selective manufacturing system capable of reducing the manufacturing cost by manufacturing a prepreg suitable for use by using a resin impregnating apparatus which is commonly used and has different characteristics and uses, As a technical task.
따라서 본 발명에 의하면, 탄소섬유 단섬유다발을 통과시켜 탄소섬유내에 함유된 에폭시 계열의 사이징제를 고열로 제거하는 고열의 전기로와, 고열에서의 탄소섬유의 산화방지를 위하여 질소순환공급장치를 가지는 고열 디사이징 장치, 볼록롤러와 오목롤러가 교호로 배열되고 상기 롤러들 위로 탄소섬유 단섬유다발을 통과시켜, 볼록롤러를 통과시키면서 탄소섬유 단섬유다발을 펴고, 오목롤러를 통과시키면서 탄소섬유 단섬유다발을 모으는 단계를 수회 반복하여 탄소섬유 단섬유다발의 폭을 넓혀주는 스프레딩 장치, 상기 탄소섬유 단섬유다발에 열경화성수지 또는 열가소성수지를 함침하는 수지함침장치, 및 권취장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템이 제공된다. Therefore, according to the present invention, there is provided a high-temperature electric furnace which passes a bundle of carbon fiber monofilaments to remove an epoxy-based sizing agent contained in carbon fibers with high heat and a high- A high thermal desizing device, a convex roller and a concave roller alternately arranged, passing a bundle of carbon fiber staple fibers over the rollers, spreading a bundle of carbon fiber staple fibers while passing through the convex roller, A spreading device for widening the width of the carbon fiber staple fiber bundle by repeating the step of collecting the bundle several times, a resin impregnating device for impregnating the carbon fiber staple fiber bundle with a thermosetting resin or a thermoplastic resin, and a winding device A thermosetting and thermoplastic prepreg selective manufacturing system is provided.
또한, 본 발명의 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템의 상기 수지함침장치는 수지 함침조에 일정량의 열경화성수지를 공급하는 수지 주입장치, 이송장치, 일정한 양의 열경화성수지를 탄소섬유에 스퀴징하는 나이프 방식의 수지량 조절장치를 포함하는 나이프방식 수지함침장치인 것을 특징으로 한다.In addition, the resin impregnating apparatus of the thermosetting and thermoplastic prepreg selective preparation system of the present invention is characterized in that the resin impregnating apparatus includes a resin injecting apparatus for supplying a predetermined amount of thermosetting resin to the resin impregnation tank, a transferring apparatus, a knife method for squeezing a certain amount of thermosetting resin into carbon fibers The resin-impregnating apparatus comprising:
또한, 본 발명의 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템의 상기 수지함침장치는 용융된 열가소성수지를 담는 수지함침조, 상기 수지함침조에 담겨진 열가소성수지와 접촉하면서 회전하여 상기 탄소섬유 단섬유다발에 열가소성수지를 도포하는 함침롤러, 상기 함침롤러와 선접촉하면서 수지 함침량 조절을 하는 수지량 조절나이프 및 이송장치를 포함하는 롤러방식 수지함침장치인 것을 특징으로 한다.The resin impregnating apparatus of the thermosetting and thermoplastic prepreg selective preparation system of the present invention rotates while contacting with a thermoplastic resin contained in the resin impregnation tank and a resin impregnation tank containing a molten thermoplastic resin, The resin impregnating apparatus comprising a impregnating roller for applying a resin to the impregnating roller, a resin amount adjusting knife for adjusting a resin impregnation amount while being in line contact with the impregnating roller, and a transferring device.
또한, 본 발명의 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템의 상기 수지함침장치는 열가소성 수지를 용융시키고 일정량의 열가소성 수지를 인발금형에 주입하는 익스트루더, 상기 탄소섬유 단섬유다발이 내부로 통과하며, 내부구조가 탄소섬유 단섬유다발이 공급되는 구간보다 토출되는 구간의 직경이 좁아지도록 형성된 인발금형 및 이송장치를 포함하는 익스트루더방식 수지함침장치인 것을 특징으로 한다.In addition, the resin impregnating apparatus of the thermosetting and thermoplastic prepreg selective manufacturing system of the present invention comprises an extruder for melting a thermoplastic resin and injecting a certain amount of a thermoplastic resin into a drawing die, Wherein the extruder-type resin impregnating apparatus includes an extruder-type resin impregnating apparatus including a draw-out mold and a conveying device, the internal structure of which is formed so that a diameter of a section through which a carbon fiber single-
또한, 본 발명의 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템의 상기 권취장치는 일정한 속도로 제조된 토우 프리프레그를 당겨주는 압착식 권취롤러, 가이드롤러, 토우 프리프레그를 권취하는 테이프방식 와인더, 권취된 프리프레그의 외경이 커짐에 따라 증가하는 선속도를 일정하게 조절하여 일정한 장력으로 권취할 수 있도록 권취무게에 따라 rpm이 감소하도록 하는 전자식 클러치 방식의 장력조절장치로 이루어져 테이프형 프리프레그로 만드는 테이프방식 권취장치인 것을 특징으로 한다.In addition, the winding apparatus of the thermosetting and thermoplastic prepreg selective manufacturing system of the present invention may further comprise a press-wound winding roller for pulling the tow prepreg produced at a constant speed, a guide roller, a tape-type winder for winding the tow prepreg, A tension adjusting device of an electronic clutch type for reducing the rpm according to the winding weight so that the linear velocity increases as the outer diameter of the prepreg increases, And is a winding device.
또한, 본 발명의 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템의 상기 권취장치는 수지함침장치에서 이송된 토우 프리프레그가 일정속도로 좌우이동하면서 드럼외주에 권취되어 시트형 프리프레그로 만드는 드럼방식 권취장치인 것을 특징으로 한다.Further, the winding device of the thermosetting and thermoplastic prepreg selective manufacturing system of the present invention is a drum type winding device which is wound around the outer periphery of the drum while moving the tow prepreg conveyed from the resin impregnating device at a constant speed to form a sheet type prepreg .
따라서 본 발명은 탄소섬유 토우 하나를 이용하여 수지함침장치의 배치에 따라 열경화성 프리프레그 및 열가소성 프리프레그를 선택적으로 제조할 수 있으며, 테이프 권취장치 또는 드럼 권취장치의 사용여부에 따라 토우 프리프레그 및 시트 프리프레그를 제조할 수 있다. 또한 시스템의 큰변경없이도 원사의 종류 및 수지의 종류에 따른 여러가지의 프리프레그 제조를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to selectively produce a thermosetting prepreg and a thermoplastic prepreg according to the arrangement of the resin impregnating device using one carbon fiber tow. The thermoplastic prepreg and the thermoplastic prepreg can be selectively manufactured according to the use of the tape winding device or the drum winding device. A prepreg can be produced. In addition, there is an effect that it is possible to easily manufacture various prepregs according to kinds of yarns and kinds of resin without a large change of the system.
도 1은 본 발명에 따른 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템 전체 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 기계적 스프레딩 장치 개요도이며,
도 3은 본 발명에 따른 열경화성 프리프레그 수지함침장치 개요도이며,
도 4는 본 발명에 따른 롤러방식의 열가소성 프리프레그 수지함침장치 개요도이며,
도 5는 본 발명에 따른 수지주입방식의 열가소성 프리프레그 수지함침장치 개요도이며,
도 6은 본 발명에 따른 테이프 권취방식 개요도이며,
도 7은 본 발명에 따른 드럼 권취방식 개요도이다.FIG. 1 is a view showing the entire construction of a system for selectively manufacturing a thermosetting and thermoplastic prepreg according to the present invention,
2 is a schematic view of a mechanical spreading apparatus according to the present invention,
3 is a schematic view of a thermosetting prepreg resin impregnation apparatus according to the present invention,
4 is a schematic view of a roller type thermoplastic prepreg resin impregnating apparatus according to the present invention,
5 is a schematic view of a resin-impregnated thermoplastic prepreg resin impregnating apparatus according to the present invention,
6 is a schematic view of a tape winding system according to the present invention,
7 is a schematic view of a drum winding system according to the present invention.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 한 종류의 탄소섬유 토우를 이용한 열경화성 및 열가소성 프리프레그 제조시스템에 관한 것으로, 간단하게는 도 1에 도시된 바와 같이 고열의 전기로와 질소순환공급장치를 가지는 고열 디사이징 장치(2), 스프레딩 장치(3), 수지함침장치(4) 및 권취장치(5)로 이루어진다.
The present invention relates to a system for manufacturing thermosetting and thermoplastic prepregs using one kind of carbon fiber tow and includes a high thermal dissipating device 2 having a high-temperature electric furnace and a nitrogen circulating supply device as shown in FIG. 1, A spreading
도 1의 고열 디사이징 장치(2)는 탄소섬유 단섬유다발(1)을 통과시켜 탄소섬유내에 함유된 에폭시 계열의 사이징제를 고열로 제거하는 고열의 전기로와, 고열에서의 탄소섬유의 산화방지를 위하여 질소순환공급장치를 가진다. 고열의 전기로(2)를 지나는 탄소섬유 단섬유다발(1)은 탄소섬유 단섬유다발(1)내에 함유된 에폭시 계열의 사이징제를 제거하기 위해 400℃이상의 고열의 전기로(2)에서 디사이징되는데, 이렇게 디사이징된 탄소섬유 단섬유다발(1)는 집속성이 떨어져서 약간의 외력에도 보푸라기가 생기고 다루기가 힘들어 지는 문제점을 안고 있으므로 본 발명에서는 후속장치인 스프레딩장치로 공급하여 탄소섬유의 폭을 확장하여 최소한의 외력으로도 수지함침이 잘 되도록 한다.The high heat dissipating device 2 of FIG. 1 comprises a high-temperature electric furnace which passes the carbon fiber single-
스프레딩 장치(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 볼록롤러와 오목롤러가 교호로 배열된 롤러들 위로 탄소섬유 단섬유다발이 통과되는데, 볼록롤러를 통과시키면서 탄소섬유 단섬유다발을 펴고, 오목롤러를 통과시키면서 탄소섬유 단섬유다발을 모으는 단계를 수회 반복하여 탄소섬유 단섬유다발의 폭을 넓혀주도록 하는 장치이다.As shown in FIG. 2, the spreading
스프레딩장치(3)에 공급된 탄소섬유 단섬유다발은 스프레딩 장치(3)의 볼록 롤러(31)를 통과하면서 탄소섬유 단섬유다발이 펴지고, 오목롤러(32)를 통과하면서 탄소섬유 단섬유다발이 모아진다. 이렇게 볼록롤러와 오목롤러를 수회반복하여 탄소섬유 단섬유다발이 통과하게 되면 탄소섬유 단섬유다발의 폭이 균일하게 넓어지게 되는 것이다. The carbon fiber staple fiber bundle supplied to the spreading
이때 배열된 볼록 롤러(31)와 오목 롤러(32)의 수에 따라 탄소섬유 단섬유다발의 스프레딩 정도가 결정되게 되며, 롤러위치 가이드(33)를 이용하여 롤러의 위치를 조절하여 볼록 롤러(31)와 오목 롤러(32)에 마찰되는 탄소섬유 단섬유다발의 장력을 조절함으로써 스프레딩 정도를 조절할 수 있다. At this time, the degree of spreading of the carbon fiber staple fiber bundle is determined according to the number of the arranged
이렇게 스프레딩된 탄소섬유 단섬유다발은 수지함침장치(4)에 공급되어 열경화성수지 또는 열가소성수지가 함침된다. 본 발명의 수지함침장치는 열경화성 수지를 함침하는 장치와 열가소성 수지를 함침하는 장치가 제공될 수 있으며, 제조하고자하는 프리프레그의 종류에 따라 수지함침장치를 선택할 수 있다.The spread carbon fiber short fiber bundle is supplied to the resin impregnation device 4 and impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin. The resin impregnating apparatus of the present invention may be provided with an apparatus for impregnating a thermosetting resin and an apparatus for impregnating a thermoplastic resin, and a resin impregnating apparatus may be selected according to the type of the prepreg to be produced.
열경화성 수지를 함침하기 위한 수지함침장치는 도 3에 도시된 바와 같이 수지 함침조(41)에 일정량의 열경화성수지를 공급하는 수지 주입장치(43), 이송장치(42), 일정한 양의 열경화성수지를 탄소섬유에 스퀴징하는 나이프 방식의 수지량 조절장치(44)를 포함하여 나이프방식 수지함침장치가 이루어진다. As shown in Fig. 3, the resin impregnating apparatus for impregnating a thermosetting resin includes a
열경화성 수지함침장치(4)는 도 3에 도시된 바와 같이 수지 함침조(41)에 수지주입장치(43)를 이용하여 일정량의 수지를 지속적으로 주입하고, 수지 함침조(41)를 통과하는 탄소섬유 단섬유다발(1)에 함침되는 수지 함량을 조절하기 위하여 나이프 구조의 수지함량 조절장치(44)의 높이 조절을 통해 수지 함량을 조절하여 일정한 수지가 함침되도록 조절할 수 있다. 열경화성 수지의 경우 에폭시수지를 사용할 수 있는데, 수지의 점도 및 함침성 향상을 위해 용매를 이용하여 에폭시 수지를 용해하며, 프리프레그 제조 후 그 용매를 휘발시키기 위해 열풍식의 건조장치를 통과시킨다.The thermosetting resin impregnating apparatus 4 continuously injects a predetermined amount of resin into the
또한, 열가소성 수지를 함침하기 위한 수지함침장치는 도 4에 도시된 바와 같이 용융된 열가소성수지를 담는 수지함침조(54), 상기 수지함침조에 담겨진 열가소성수지와 접촉하면서 회전하여 상기 탄소섬유 단섬유다발에 열가소성수지를 도포하는 함침롤러(55), 상기 함침롤러와 선접촉하면서 수지 함침량 조절을 하는 수지량 조절나이프(56) 및 이송장치(53)를 포함하는 롤러방식 수지함침장치를 사용할 수 있다.4, the resin impregnating apparatus for impregnating a thermoplastic resin comprises a
상기 수지함침장치는 도 4에 도시된 바와 같이 고열의 가열장치(52) 및 수지교반장치(51)가 부착되어 있는 수지함침조(54)가 있어 고상의 열가소성 수지칩을 용융시키며, 이 용융된 수지는 회전하는 함침롤러(55)에 의해 탄소섬유 단섬유다발(1)이 지나가는 롤러의 상부까지 이동되며, 수지량 조절나이프(56)에 의해 일정량 및 일정두께의 수지가 탄소섬유 단섬유다발(1)에 도포될 수 있도록 한다.As shown in FIG. 4, the resin impregnating apparatus has a
또한, 열가소성 수지를 함침하기 위한 수지함침장치는 도 5에 도시된 바와 같이 열가소성 수지를 용융시키고 일정량의 열가소성 수지를 인발금형에 주입하는 익스트루더(61), 상기 탄소섬유 단섬유다발이 내부로 통과하며, 내부구조가 탄소섬유 단섬유다발이 공급되는 구간보다 토출되는 구간의 직경이 좁아지도록 형성된 인발금형(62) 및 이송장치(63)를 포함하는 익스트루더방식 수지함침장치를 사용할 수 있다.As shown in FIG. 5, the resin impregnating apparatus for impregnating a thermoplastic resin comprises an
상기 수지함침장치는 열가소성 수지칩(61)을 용융하여 일정량 토출할 수 있는 익스트루더를 이용하여 일정량의 수지를 인발금형(62)에 주입하며, 인발금형(62)에 주입된 수지는 인발금형(62)내부를 지나가는 탄소섬유 단섬유다발(1)에 함침된다. 상기 인발금형(62)의 형태는 내부구조가 탄소섬유 단섬유다발이 공급되는 구간보다 토출되는 구간의 직경이 좁아지도록 형성되도록 하여 함침된 탄소섬유 단섬유다발(1)이 내부를 통과하면서 압력을 받게 되도록 하여, 압력을 받은 수지의 탄소섬유 단섬유다발로의 함침성을 향상하여 균일한 열가소성 프리프레그가 제조되도록 하게 된다. 이때 열가소성의 경우 냉각되면 서로간의 결합력이 사라지며, 시트 형태가 고정되기 어려우므로 드럼에 권취할 때 지속적으로 열을 가할 수 있도록 열 롤러로 압착하여야 한다.The resin impregnating device injects a predetermined amount of resin into the draw-out
이렇게 수지가 함침된 프리프레그는 테이프 방식의 권취장치를 이용하여 테이프 형태의 토우 프리프레그 제조하게 되며, 또는 드럼 방식의 권취장치를 이용하여 시트 형태의 프리프레그를 제조하게 된다. 열가소성 프리프레그의 경우에는 냉각되면 서로간의 결합력이 사라지며, 시트 형태가 고정되기 어려우므로 드럼에 권취할 때 지속적으로 열을 가할 수 있도록 열 롤러로 압착한다.In this manner, prepregs impregnated with resin are produced in the form of a tape prepreg using a tape-type winding device, or prepregs in the form of a sheet are produced using a drum-type winding device. In the case of thermoplastic prepregs, the bonding force between them is lost when they are cooled, and the sheet form is hard to be fixed. Therefore, the thermoplastic prepregs are squeezed with a heat roller so that heat can be continuously applied when the sheet is wound on the drum.
상기 테이프 방식의 권취장치는 일정한 속도로 제조된 토우 프리프레그를 당겨주는 압착식 권취롤러(71), 가이드롤러(73), 토우 프리프레그를 권취하는 테이프방식 와인더(72), 권취된 프리프레그의 외경이 커짐에 따라 증가하는 선속도를 일정하게 조절하여 일정한 장력으로 권취할 수 있도록 권취무게에 따라 rpm이 감소하도록 하는 전자식 클러치 방식의 장력조절장치(74)로 이루어진 것을 특징으로 한다.The tape-type winding device includes a press-
상기 테이프 방식의 권취장치는 압착식 권취롤러(71)를 통해 일정한 속도로 제조된 토우 프리프레그를 당겨주며, 테이프방식 와인더(72)에 권취된 토우 프리프레그가 외경이 커짐에 따라 그 선속도가 증가하게 되어 압착식 권취롤러(71)의 속도보다 권취속도가 점점 빨라지게 되므로, 이를 일정하게 조절할 수 있도록 전자식 클러치 방식의 장력조절장치(74)를 형성하여 일정한 장력으로 권취할 수 있도록 권취무게에 따라 rpm이 감소하도록 조절한다.As the outer diameter of the tow prepreg wound on the
또한, 드럼방식 권취장치는 수지함침장치에서 이송된 토우 프리프레그가 일정속도로 좌우이동하면서 드럼외주에 권취되어 시트형 프리프레그로 만드는 것을 특징으로 한다. Further, the drum type winding device is characterized in that the tow prepreg conveyed from the resin impregnating device is wound around the outer periphery of the drum while moving left and right at a constant speed, thereby forming a sheet type prepreg.
상기 드럼방식 권취장치의 경우 수지함침장치에서 이송된 토우 프리프레그를 일정속도로 좌우이동하면서 드럼외주로 일정한 각도(5°이하)로 공급하면 드럼외주상에 시트형태로 프리프레그가 형성되는데, 이를 권취한 후 수직방향으로 절단하면 시트 형태의 프리프레그가 제조되게 된다. 이러한 구동은 도 7에 도시된바와 같이 드럼권취장치 컨트롤러(81)에 의해 제어 할 수 있으며, 드럼(82)에 프리프레그를 감는 작업이 끝나면 드럼구동모터(83)가 정지하고, 또한 드럼(82)과 드럼구동모터(83)를 연결하는 클러치(84)가 분리된다.In the case of the drum type winding device, when the tow prepreg conveyed from the resin impregnating device is fed to the outer periphery of the drum at a constant angle (5 degrees or less) while moving left and right at a constant speed, prepregs are formed on the drum- After winding and cutting in the vertical direction, a sheet-form prepreg is produced. This operation can be controlled by the drum winding
본 발명의 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템은 상기의 각 장치들을 개별 프레임으로 구성하고, 필요한 방식 및 소재에 따라 각각의 프레임을 간단히 이동할 수 있도록 하여 열경화성 또는 열가소성 탄소섬유 프리프레그 제조 시스템을 구성함으로써 프리프레그 제조가 용이한 것이다. The thermosetting and thermoplastic prepreg selective manufacturing system of the present invention can be configured such that each of the devices described above is constituted by individual frames and each frame can be easily moved according to the required method and material to form a thermosetting or thermoplastic carbon fiber prepreg manufacturing system It is easy to prepare the prepreg.
그 배열의 예를 들면, 고열 디사이징장치 → 스프레딩장치 → 열경화성 수지함침장치 → 테이프방식 권취장치 또는 고열 디사이징장치 → 스프레딩장치 → 열경화성 수지함침장치 → 드럼방식 권취장치 또는 고열 디사이징장치 → 스프레딩 장치 → 롤러방식 수지함침장치 → 테이프방식 권취장치 또는 고열 디사이징장치 → 스프레딩장치 → 롤러방식 수지함침장치 → 드럼방식 권취장치 또는 고열 디사이징장치 → 스프레딩장치 → 익스트루더방식 수지함침장치 → 테이프방식 권취장치 또는 고열 디사이징장치 → 스프레딩장치 → 익스트루더방식 수지함침장치 → 드럼방식 권취장치 등으로 배열하여 다양한 열경화성 또는 열가소성 탄소섬유 프리프레그 제조할 수 있으며, 이러한 열경화성 및 열가소성 탄소섬유 프리프레그 선택적 제조시스템을 구성함으로써 프리프레그 제조가 용이한 것이다.Examples of the arrangement include a high thermal desizing device, a spreading device, a thermosetting resin impregnating device, a tape retracting device or a high thermal desizing device, a spreading device, a thermosetting resin impregnating device, a drum type retracting device or a high thermal desizing device Spreading device → Roller type resin impregnating device → Tape winding device or high thermal desizing device → Spreading device → Roller type resin impregnating device → Drum type winding device or high thermal desizing device → Spreading device → Extruder type resin impregnation Apparatus, a tape-type winding apparatus or a high-temperature desizing apparatus, a spreading apparatus, an extruder-type resin impregnating apparatus, a drum type winding apparatus, or the like to produce various thermosetting or thermoplastic carbon fiber prepregs. Fiber prepreg selective manufacturing system The prepreg can be easily manufactured.
1 : 탄소섬유 2 : 고열 디사이징 장치
3 : 스프레딩 장치 4 : 수지함침장치
5 : 권취장치
31 : 볼록롤러 32 : 오목롤러
33 : 롤러위치 가이드 41 : 수지 함침조
42 : 이송장치 43 : 수지주입장치
44 : 수지함량 조절 장치 51 : 수지교반장치
52 : 가열장치 53 : 이송장치
54 : 수지 함침조 55 : 함침롤러
56 : 수지량 조절 나이프 61 : 열가소성 수지칩
62 : 인발금형 63 : 이송장치
64 : 익스트루더 71 : 압착식 권취롤러
72 : 테이프방식 와인더 73 : 가이드 롤러
74 : 장력조절장치 81 : 드럼권취장치 컨트롤러
82 : 드럼 83 : 드럼구동모터
84 : 클러치 1: carbon fiber 2: high thermal desizing device
3: spreading device 4: resin impregnating device
5: winding device
31: convex roller 32: concave roller
33: roller position guide 41: resin impregnation tank
42: Feeding device 43: Resin feeding device
44: Resin content adjusting device 51: Resin stirring device
52: Heating device 53: Feeding device
54: resin impregnation tank 55: impregnated roller
56: resin amount adjusting knife 61: thermoplastic resin chip
62: Drawing mold 63: Feeding device
64: Extruder 71: Compression type take-up roller
72: tape type winder 73: guide roller
74: tension adjusting device 81: drum winding device controller
82: Drum 83: Drum drive motor
84: clutch
Claims (6)
볼록롤러와 오목롤러가 교호로 배열되고 상기 롤러들 위로 탄소섬유 단섬유다발을 통과시켜, 볼록롤러를 통과시키면서 탄소섬유 단섬유다발을 펴고, 오목롤러를 통과시키면서 탄소섬유 단섬유다발을 모으는 단계를 수회 반복하여 탄소섬유 단섬유다발의 폭을 넓혀주는 스프레딩 장치,
상기 탄소섬유 단섬유다발에 열경화성수지 또는 열가소성수지를 함침하는 수지함침장치, 및
권취장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템. A high-temperature electric furnace for passing epoxy fiber-based sizing agents contained in carbon fibers through a carbon fiber single-stranded bundle to remove the high-temperature sizing agent, and a high thermal desizing device having a nitrogen circulating supply device for preventing oxidation of carbon fibers at high temperatures,
A step of arranging the convex rollers and the concave rollers alternately and passing the bundle of carbon fiber staple fibers over the rollers to spread the bundle of carbon fiber staple fibers while passing the convex rollers and collecting the carbon fiber staple bundles while passing through the concave rollers A spreading device that repeats several times to widen the width of the carbon fiber staple bundle,
A resin impregnating device for impregnating the carbon fiber staple fiber bundle with a thermosetting resin or a thermoplastic resin, and
And a winding device. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 수지함침장치는 수지 함침조에 일정량의 열경화성수지를 공급하는 수지 주입장치, 이송장치, 일정한 양의 열경화성수지를 탄소섬유에 스퀴징하는 나이프 방식의 수지량 조절장치를 포함하는 나이프방식 수지함침장치인 것을 특징으로 하는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템. The method according to claim 1,
The resin impregnating apparatus is a knife-type resin impregnating apparatus including a resin injecting apparatus for supplying a predetermined amount of a thermosetting resin to a resin impregnation tank, a transferring apparatus, and a knife-type resin amount adjusting apparatus for squashing a certain amount of thermosetting resin to carbon fibers ≪ / RTI > wherein the thermoplastic and prepreg selective preparation system comprises a thermosetting prepreg.
상기 수지함침장치는 용융된 열가소성수지를 담는 수지함침조,
상기 수지함침조에 담겨진 열가소성수지와 접촉하면서 회전하여 상기 탄소섬유 단섬유다발에 열가소성수지를 도포하는 함침롤러,
상기 함침롤러와 선접촉하면서 수지 함침량 조절을 하는 수지량 조절나이프(56) 및 이송장치(53)를 포함하는 롤러방식 수지함침장치인 것을 특징으로 하는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템.The method according to claim 1,
The resin impregnating apparatus comprises a resin impregnating tank for containing a molten thermoplastic resin,
An impregnating roller rotating in contact with the thermoplastic resin contained in the resin impregnation tank to apply the thermoplastic resin to the carbon fiber staple fiber bundle,
And a roller-type resin impregnating device including a resin amount adjusting knife (56) for adjusting a resin impregnation amount while being in line contact with the impregnation roller and a transfer device (53).
상기 수지함침장치는 열가소성 수지를 용융시키고 일정량의 열가소성 수지를 인발금형에 주입하는 익스트루더,
상기 탄소섬유 단섬유다발이 내부로 통과하며, 내부구조가 탄소섬유 단섬유다발이 공급되는 구간보다 토출되는 구간의 직경이 좁아지도록 형성된 인발금형 및 이송장치를 포함하는 익스트루더방식 수지함침장치인 것을 특징으로 하는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템.The method according to claim 1,
The resin impregnating apparatus includes an extruder for melting a thermoplastic resin and injecting a predetermined amount of a thermoplastic resin into a drawing die,
The extruder-type resin impregnating apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the extruder-type resin impregnating apparatus comprises a drawing die and a conveying device formed so that the carbon fiber monofilament bundle passes through the inside thereof and the diameter of a section through which the carbon fiber monofilament bundle is supplied is narrower than an interval ≪ / RTI > wherein the thermoplastic and prepreg selective preparation system comprises a thermosetting prepreg.
상기 권취장치는 일정한 속도로 제조된 토우 프리프레그를 당겨주는 압착식 권취롤러, 가이드롤러, 토우 프리프레그를 권취하는 테이프방식 와인더, 권취된 프리프레그의 외경이 커짐에 따라 증가하는 선속도를 일정하게 조절하여 일정한 장력으로 권취할 수 있도록 권취무게에 따라 rpm이 감소하도록 하는 전자식 클러치 방식의 장력조절장치로 이루어져 테이프형 프리프레그로 만드는 테이프방식 권취장치인 것을 특징으로 하는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템.The method according to claim 1,
The winding device includes a press-wound winding roller for pulling a tow prepreg produced at a constant speed, a guide roller, a tape-type winder for winding up the tow prepreg, and a linear velocity increasing as the outer diameter of the wind- And a tensioning device of an electronic clutch type for reducing the rpm according to the winding weight so as to be able to be wound at a constant tension. The tape winding device according to claim 1, system.
상기 권취장치는 수지함침장치에서 이송된 토우 프리프레그가 일정속도로 좌우이동하면서 드럼외주에 권취되어 시트형 프리프레그로 만드는 드럼방식 권취장치인 것을 특징으로 하는 열경화성 및 열가소성 프리프레그 선택적 제조시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the winding device is a drum type winding device for winding the tow prepreg conveyed from the resin impregnating device around the drum while moving left and right at a constant speed to make a sheet type prepreg.
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