KR101715295B1 - 고강도 유리섬유 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 유리섬유 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 유리섬유에 관한 것으로서, 특히 유리섬유에 적절한 코팅층 형성을 통해 충분히 높은 강도를 가지면서도 인체에 유해하지 않으며 생산성 증대와 원가 절감을 꾀할 수 있도록 유리섬유에 폴리우레탄이 함유된 코팅액을 디핑하는 디핑단계와, 유리섬유에 디핑된 코팅액의 두께를 조절하는 코팅두께조절단계와, 코팅두께가 조절된 유리섬유를 건조하는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 유리섬유 제조방법에 관한 것이다.

Description

고강도 유리섬유 제조방법{Method for manufacturing high strength glass fiber}

본 발명은 고강도 유리섬유 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 유리섬유에 관한 것으로서, 특히 폴리우레탄 코팅이 이루어진 고강도 유리섬유 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 유리섬유(glass fiber)란 규산염을 주성분으로 하는 유리를 용융·가공하여 섬유 모양으로 가공한 것을 말하며, 이러한 유리섬유는 고온에 잘 견디며 화학적 내구성이 있기에 부식되지 않는다는 장점이 있다.

그러나, 유리섬유는 내마모성이 적어 부서지기 쉽고, 피부와 맞닿는 경우 피부를 자극시켜 열꽃, 두드러지 등 알러지 반응을 일으킬 뿐만 아니라, 호흡기를 통해 흡입시 기관지에 부정적인 영향을 일으킨다는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-352665호 ' 유리섬유 코어를 갖는 복합 얀'(이하, '인용발명'이라 함)에 게시된 바와 같이 유리섬유에 나일론 섬유와 같은 커버링사를 촘촘히 감아 장갑 등에 사용하고 있다.

그러나, 이러한 방법으로 제조된 고강도 유리섬유의 경우에도 유리섬유가 부서져 커버링사를 뚫고 나오는 것을 방지하기 어려워 인체를 유리섬유로부터 완전히 보호할 수 없으며, 커버링 작업을 하는데 있어 시간과 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 유리섬유에 적절한 코팅층 형성을 통해 충분히 높은 강도를 가지면서도 인체에 유해하지 않으며 생산성 증대와 원가 절감을 꾀할 수 있는 고강도 유리섬유 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 유리섬유를 제안함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 고강도 유리섬유 제조방법은 유리섬유에 폴리우레탄이 함유된 코팅액을 디핑하는 디핑단계와, 유리섬유에 디핑된 코팅액의 두께를 조절하는 코팅두께조절단계와, 코팅두께가 조절된 유리섬유를 건조하는 건조단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 유리섬유에 폴리우레탄이 함유된 코팅액을 디핑함으로써 충분히 높은 강도를 확보하여 유리섬유가 부서지거나 부러지는 것을 방지할 수 있으므로 인체에 무해함은 물론, 상기 코팅액에 의해 형성되는 코팅층의 두께를 조절함으로써 유리섬유에 나일론 등과 같은 커버링사를 감는 것을 대신하거나 커버링사를 감는 경우 등 쓰임새에 따라 제조되는 고강도 유리섬유에 적절한 두께의 코팅층 형성이 가능하여 생산성 증대와 원가 절감을 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고강도 유리섬유 제조방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 고강도 유리섬유 제조방법에 이용되는 장치의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 의한 고강도 유리섬유 제조방법에 이용되는 디핑장치 및 코팅두께조절장치의 일 예를 보여주는 도면,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 의한 고강도 유리섬유 제조방법에 이용되는 코팅두께조절장치의 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명에 의한 고강도 유리섬유 제조방법의 다른 일 실시예를 보여주는 흐름도.

본 발명에서는 유리섬유에 적절한 코팅층 형성을 통해 충분히 높은 강도를 가지면서도 인체에 유해하지 않으며 생산성 증대와 원가 절감을 꾀할 수 있도록 유리섬유에 폴리우레탄이 함유된 코팅액을 디핑하는 디핑단계와, 유리섬유에 디핑된 코팅액의 두께를 조절하는 코팅두께조절단계와, 코팅두께가 조절된 유리섬유를 건조하는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 유리섬유 제조방법을 제안한다.

본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.

이하, 본 발명인 고강도 유리섬유 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 유리섬유은 첨부된 도 1 내지 도 8을 참고로 상세하게 설명한다.

본 발명인 고강도 유리섬유 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 기본적으로 디핑단계(S10), 코팅두께조절단계(S20) 및 건조단계(S30)를 포함한다.

디핑단계(S10)는 유리섬유(1)에 폴리우레탄이 함유된 코팅액을 디핑(dipping)하며, 이때 사용되는 코팅액은 폴리우레탄레진과 물을 포함할 수 있고, 경우에 따라 염료가 추가될 수도 있다.

상기 디핑단계(S10)를 실시하기 위한 일 예를 살펴보면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 보빈(100)에 감겨있던 유리섬유(1)를 코팅액이 담긴 수조(210)에 구비된 롤러(220)를 지나도록 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 롤러(220)는 수조(210)의 상부에 설치되어 수조(210) 내에 위치하는 일부에만 코팅액이 묻도록 하고, 수조(210) 밖에 위치하는 일부와 유리섬유(1)가 접하도록 하여 유리섬유(1)에 코팅액을 디핑할 수 있다. 또한, 상기 롤러(220)는 모터(230)에 의해 회전하게 되는데, 상기 모터(230)는 롤러(220)의 회전속도를 가속하거나 감속하는 등 롤러(220)의 회전속도 조절이 가능하도록 할 수 있으며, 회전속도를 조절함으로써 유리섬유(1)의 굵기 또는 성질에 따라 코팅액이 묻혀지는 속도와 양을 조절할 수 있다.

또한, 보빈(100)과 수조(210) 사이에 텐션기(110)를 구비하여 유리섬유(1)가 팽팽히 당겨지도록 할 수 있으며, 이로 인해 유리섬유(1)에 코팅액이 고르게 묻혀질 수 있게 된다.

한편, 상기 디핑단계(S10) 이후, 유리섬유(1)에 디핑된 코팅액의 두께를 조절하는 코팅두께조절단계(S20)를 거치며, 상기 코팅두께조절단계(S20)를 실시하기 위한 일 예를 살펴보면, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 유리섬유(1)의 상방 또는 하방, 상방 및 하방에서 상하방향으로 이동되는 조절판(310)을 이용하여 코팅액의 두께를 조절할 수 있다.

보다 구체적으로, 도면에 도시된 바와 같이 유리섬유(1)의 상방에 위치하는 조절판(310)의 경우 상기 조절판(310)은 하단이 유리섬유(1)와 미세하게 접하며, 최종적으로 생산하고자 하는 고강도 유리섬유의 코팅층 두께에 맞도록 유리섬유(1) 상면에 과도하게 디핑된 코팅액이 제거한다.

이때, 상기 조절판(310)은 상하방향으로 이동이 가능하므로, 상기 조절판(310)을 이동시켜 유리섬유(1)와 접하는 정도를 조절함으로써 코팅층의 두께를 변화시킬 수 있고, 이로 인해 고강도 유리섬유의 쓰임새에 따라 코팅층의 두께를 달리 제조할 수 있다.

또한, 상기 코팅두께조절단계(S20)를 실시하기 위한 다른 일 예를 살펴보면, 유리섬유(1)의 상방에서 고압으로 물을 분사하는 다수의 노즐(321)이 구비된 워터샤워기(320)를 이용하여 코팅액의 두께를 조절할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 유리섬유(1)가 노즐(321) 사이를 지나도록 하여 고압으로 분사되는 물이 유리섬유(1)의 양측에 과도하게 디핑된 코팅액을 제거하도록 할 수 있다. 이때, 고압으로 분사되는 물이라도 하방으로 갈수록 넓은 범위로 분사가 이루어진다는 점을 이용하여, 노즐(321) 사이를 지나는 유리섬유(1)가 위치하는 높이를 조절하여 최종적으로 생산하고자 하는 고강도 유리섬유의 코팅층(2) 두께에 맞도록 유리섬유(1)의 코팅층(2) 두께를 조절할 수도 있다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 코팅층(2)이 일정하게 디핑되어 있지 않은 유리섬유(1)가 워터샤워기(320)를 지나게 되면, 고압으로 분사되는 물에 의해 코팅층(2)이 일정하게 디핑되게 된다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 워터샤워기(320)에 구비된 노즐(321)의 끝단에 노즐(321)을 감싸며 상하로 이동하며 물이 분사되는 범위를 조절할 수 있는 노즐팁(322)을 끼워 유리섬유(1)의 코팅층(2) 두께를 조절할 수도 있다.

구체적인 일 예로, 도 6에 도시된 바와 같이 워터샤워기(320)에 구비된 다수의 노즐(321)의 끝단에 노즐팁(322)을 끼우고, 다수의 노즐팁(322)이 레버(323)에 의해 상하로 동시에 이동할 수 있도록 상호 연결되도록 구성할 수 있다.

이때, 노즐(321)에 끼워지는 노즐팁(322)은 도 7에 도시된 바와 같이 노즐(321)보다 분사되는 물의 범위가 작도록 분사구를 작게 형성하여, 레버(323)를 돌려 노즐팁(322)을 하방으로 이동하는 경우 노즐팁(322)에 형성된 분사구로 고압의 물이 분사되며, 노즐팁(322)을 상방으로 이동하여 노즐팁(322)이 노즐(321)을 완전히 감싸는 형태를 이루는 경우 노즐(321)에 형성된 분사구로 고압의 물이 노즐팁(322)에 형성된 분사구로 물이 분사되는 것에 비해 상대적으로 넓은 범위로 물을 분사하게 된다. 여기에서 노즐팁(322)은 다양한 재질로 형성될 수 있으나, 상기와 같은 동작을 구현하기 위하여 분사되는 고압의 물로 인해 파손되거나 노즐(321)로부터 분리되지 않도록 소정의 강도를 가지면서도 탄성을 가진 소재로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 코팅두께조절단계(S20)를 실시하기 위한 일 예로 앞서 설명한 조절판(310)과, 워터샤워기(320)는 선택적으로 이용할 수 있음은 물론, 상기 조절판(310)을 이용하는 경우 유리섬유(1)의 상면 또는/및 하면에 디핑된 코팅액의 두께를 조절하고, 상기 워터샤워기(320)를 이용하는 경우 유리섬유(1)의 측면에 디핑된 코팅액의 두께를 조절하는 것인바, 이를 모두 사용하여 유리섬유(1)의 전면(全面)에 일정한 두께의 코팅층을 형성할 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 유리섬유(1)에 폴리우레탄이 함유된 코팅액을 디핑함으로써 충분히 높은 강도를 확보하여 유리섬유가 부서지거나 부러지는 것을 방지할 수 있으므로 인체에 무해함은 물론, 상기 코팅액에 의해 형성되는 코팅층의 두께를 조절함으로써 유리섬유(1)에 나일론 등과 같은 커버링사를 감는 것을 대신하거나 커버링사를 감는 경우 등 쓰임새에 따라 제조되는 고강도 유리섬유에 적절한 두께의 코팅층 형성이 가능하여 생산성 증대와 원가 절감을 달성할 수 있다.

한편, 건조단계(S30)는 코팅두께가 조절된 유리섬유(1)를 건조하는 것으로, 일 예로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 유리섬유(1)가 지나는 건조로(400)를 이용할 수 있으며, 상기 건조로(400)는 200~350℃ 범위 내에서 이루어진다.

이때, 건조로의 길이를 변화시켜 소정의 건조온도에서 유리섬유(1)가 건조로(400)를 통과하는 시간을 조절할 수 있는바, 이는 건조속도를 조절할 수 있는 것으로, 건조속도가 빨라지는 경우 생산성이 증대되므로 생산하고자 하는 양에 따라 건조로의 길이를 조절할 수 있다.

이와 같이 건조단계(S30)를 거친 고강도 유리섬유는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 와인더(500)에 감겨 최종적인 생산을 마치게 된다.

한편, 상기에서 설명한 디핑단계(S10), 코팅두께조절단계(S20) 및 건조단계(S30)를 순차적으로 적어도 2회 반복적으로 수행하며 고강도 유리섬유를 제조할 수도 있으며, 이는 다양한 물성을 가지는 고강도 유리섬유를 제조하기 위한 것이다.

최종적으로 생산되는 고강도 유리섬유가 부서지거나 부러지는 것을 최대한 방지하기 위하여 최초 디핑단계에서는 이후 이루어질 디핑단계에서 사용할 코팅액보다 폴리우레탄의 함유량이 많은 코팅액을 사용하는 것이 바람직하며, 이와 같이 생산된 고강도 유리섬유의 외곽 코팅층은 최초 이루어진 코팅층보다 상대적으로 폴리우레탄의 함유량이 적으므로 유연성을 일정부분 확보할 수 있다.

이러한 경우, 최초 코팅두께조절단계에서 유리섬유(1)에 최종적으로 형성되는 코팅층 두께의 30~40% 두께를 가지도록 코팅액의 두께를 조절함이 바람직하며, 최초 건조단계에서는 이후 건조단계보다 고온에서 짧은 시간동안 유리섬유(1)가 건조되도록 함이 보다 바람직하다. 이는 폴리우레탄의 함유량이 다른 코팅층을 여러 겹 유리섬유(1)에 형성하여 하나의 코팅층을 형성하는 경우보다 다양한 물성을 가지도록 함과 동시에 충분한 강도를 보장하기 위한 것이다.

일 예로, 도 6에 도시된 바와 같이 디핑단계(S10), 코팅두께조절단계(S20) 및 건조단계(S30)를 2회 반복 수행하는 경우를 살펴보면, 제1 디핑단계(S11)에서 제2 디핑단계(S12)에서 사용될 코팅액보다 상대적으로 폴리우레탄의 함유량이 높은 코팅액을 사용하며, 이러한 코팅액은 폴리우레탄레진 25~30 중량%, 물 68~72 중량% 및 염료 2~3 중량%로 구성될 수 있다.

제1 코팅두께조절단계(S21)에서는 최종적으로 형성될 코팅층 두께의 1/3 두께를 가지도록 디핑된 코팅액의 두께를 조절하고, 제1 건조단계(S31)에서는 제2 건조단계(S32)에서의 건조온도보다 상대적으로 높은 300℃에서 상대적으로 짧은 건조시간을 가지도록 한다.

이후, 제2 디핑단계(S12)에서 폴리우레탄레진 15~20 중량% 및 물 80~85 중량%로 구성된 코팅액을 사용하여 1차적으로 코팅된 유리섬유(1)를 재차 코팅하고, 제2 코팅두께조절단계(S22)에서 최종적으로 형성될 코팅층 두께의 2/3 두께를 가지도록 디핑된 코팅액의 두께를 조절하며, 제2 건조단계(S32)는 250℃에서 제1 건조단계(S31)보다 상대적으로 긴 건조시간동안 이루어져 종합적인 물성이 증대된 고강도 유리섬유를 제조할 수 있다.

1 : 유리섬유 2 : 코팅층
100 : 보빈 110 : 텐션기
210 : 수조 220 : 롤러
230 : 모터 310 : 조절판
320 : 워터샤워기 321 : 노즐
322 : 노즐팁 323 : 레버
400 : 건조로 500 : 와인더

Claims (9)

1. 유리섬유에 폴리우레탄이 함유된 코팅액을 디핑하는 디핑단계와,
   유리섬유에 디핑된 코팅액의 두께를 조절하는 코팅두께조절단계와,
   코팅두께가 조절된 유리섬유를 건조하는 건조단계를 포함하고,
   상기 코팅두께조절단계는, 유리섬유의 상방 또는/및 하방에서 상하방향으로 이동되는 조절판이 유리섬유와 접하며 유리섬유의 상부 또는/및 하부의 코팅액 두께가 조절되고, 유리섬유의 상방에서 고압으로 물을 분사하는 다수의 노즐이 구비된 워터샤워기로부터 분사되는 물에 의해 상기 노즐 사이를 지나는 유리섬유의 측면의 코팅액 두께가 조절되는 고강도 유리섬유 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 디핑단계는, 회전속도 조절이 가능한 롤러를 이용하되,
   상기 유리섬유가 코팅액이 묻은 롤러를 지나며 디핑되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 고강도 유리섬유 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 워터샤워기는 노즐과, 상기 노즐에 형성된 분사구에 비해 상대적으로 작은 분사구를 가지며 노즐의 끝단을 감싸면서 끼워지는 노즐팁을 포함하되,
   상기 노즐팁이 노즐을 완전히 감싸는 경우에는 상기 노즐팁이 하방으로 이동한 경우보다 상대적으로 넓은 범위로 물이 분사되며,
   상기 노즐팁은 레버에 의해 상하로 동시에 이동할 수 있도록 상호 연결된 것을 특징으로 하는 고강도 유리섬유 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 건조단계는, 내부에 유리섬유가 지나며 200~350℃ 범위 내에서 건조가 이루어지는 건조로를 이용하되,
   상기 건조로의 길이를 변화하여 건조속도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 고강도 유리섬유 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 디핑단계, 코팅두께조절단계, 건조단계를 순차적으로 적어도 2회 반복하되,
   최초 디핑단계는, 이후 디핑단계에서 사용되는 코팅액보다 폴리우레탄의 함유량이 많은 코팅액을 사용하고,
   최초 건조단계는, 이후 건조단계보다 고온에서 짧은 시간동안 유리섬유가 건조되는 것을 특징으로 하는 고강도 유리섬유 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   최초 코팅두께조절단계는, 유리섬유에 최종적으로 형성되는 코팅층 두께의 30~40% 두께를 가지도록 코팅액의 두께가 조절되는 특징으로 하는 고강도 유리섬유 제조방법.
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