KR101836179B1 - 금속 코팅 유리섬유 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 코팅 유리섬유 제조장치에 관한 것으로, 용융 방사되는 유리섬유 얀을 와인더를 통해 연속적으로 이송시키는 가운데 인코넬이나 스테인리스 스틸 재질의 저렴한 부싱을 통해 용융 금속을 유리섬유 얀 표면에 코팅시킬 수 있도록 하는 기술을 통해 유리섬유 표면에 용융 금속의 코팅을 보다 원활하게 할 수 있도록 하여 생산성을 증대시킬 수 있도록 함은 물론, 제조 비용을 절감할 수 있도록 한 기술이다.

Description

금속 코팅 유리섬유 제조장치{Apparatus for manufacturing metal-coated glass fiber}

본 발명은 금속 코팅 유리섬유 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와인더를 통해 유리섬유를 연속적으로 이송시키는 가운데 인코넬이나 스테인리스 스틸 재질의 부싱을 통해 용융 금속을 유리섬유 표면에 코팅시킬 수 있도록 하는 장치를 통해 유리섬유 표면에 용융 금속의 코팅을 보다 원활하게 할 수 있도록 하는 금속 코팅 유리섬유 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 유리섬유를 포함하는 산업용 무기섬유는 금속이나 목재를 대체하는 산업용 소재의 기본 보강재로 사용되고 있다. 특히, 유리섬유는 열가소성 및 열경화성 수지와 혼합하여 유리섬유 강화플라스틱을 만드는 주요 원료로 사용되고 있다.

전술한 바와 같은 유리섬유 강화플라스틱은 사출물이나 압출물을 성형할 때 유리섬유 등을 적당량 첨가하게 된면 사출 또는 압출 성형되는 성형물의 치수 안정성이 뛰어나고 강도에 있어서 수지만 사용하는 경우에 비해 월등하게 향상된다.

그러나, 전술한 바와 같은 유리섬유를 포함하는 무기섬유는 전기적으로 절연성이기 때문에 대전방지성 또는 전자파 차폐성을 요구하는 곳에는 사용할 수가 없어 그 응용 부분이 많이 제한된다는 문제가 있다.

다시 말해서, 비행기나 자동차 부품을 금속으로 제작할 경우 전자파 차폐에는 효과적이나 무게가 무거워져 여러 가지 문제점이 있게 된다. 반면, 유리섬유(부도체)를 활용하여 부품을 만들 경우 경량화 측면에서는 유리하나 전자파 차폐가 이루어지지 않기 때문에 전자파로 인하여 기기의 오동작을 유발할 수 있는 문제가 있다.

전술한 바와 같은 문제와 관련하여 대전방지성 또는 전자파 간섭(EMI: Electromagnetic interference) 차폐 소재를 제조하기 위해 수지 자체에 전도성을 부여하는 방법과 수지에 금속 조각이나 금속 와이어를 첨가하는 방법 및 대한민국 공개특허 제2010-11171호에서와 같이 진공 챔버 내에서 금속원자를 원사에 증착시켜 전자파 차폐섬유를 제조하는 방법 등이 개시되어 있다.

한편, 전술한 바와 같은 유리섬유를 제조하는 경우에는 대체적으로 백금(Pt)과 로듐(Rh)으로 이루어져 금속을 용융시키는 부싱(bushing)이 부품이 사용되는데, 이러한 백금과 로듐 재질의 부싱은 가격이 매우 고가여서 유리섬유를 제조하는데 따른 제조비용이 많이 소요된다.

그리고, 전술한 바와 같은 유리섬유의 표면을 금속으로 코팅하는 방법으로 종래 기술은 화학증착법(CVD), 진공증착법(Vacuum Deposition), 스퍼터링(sputtering) 또는 함침법 등이 이용되고 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 유리섬유의 표면을 금속으로 코팅하는 방법 중 화학증착법이나 진공증착법 또는 스퍼터링에 의한 코팅은 섬유 필라멘트의 하나 하나를 코팅하는 것이 가능하나 코팅속도가 느리고 고가의 장비가 요구될 뿐 아니라, 양산에 어려움이 있어 비경제적이라는 문제가 있다.

아울러, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 유리섬유의 표면을 금속으로 코팅하는 방법 중 함침법은 필라멘트 각각의 표면에 금속을 균일하게 코팅하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1582659호(2016.01.08.자 공고) 대한민국 공개특허 제10-2013-0091165호(2013.08.16.자 공개) 대한민국 공개특허 제10-2010-0091537호(2010.08.19.자 공개) 대한민국 공개특허 제10-2008-0096842호(2008.11.03.자 공개) 대한민국 공개특허 특2002-0045146호(2002.06.19.자 공개)

본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 와인더를 통해 유리섬유를 연속적으로 이송시키는 가운데 인코넬이나 스테인리스 스틸 재질의 저렴한 부싱을 통해 용융 금속을 유리섬유 표면에 코팅시킬 수 있도록 하는 기술을 통해 유리섬유 표면에 용융 금속의 코팅을 보다 원활하게 할 수 있도록 한 금속 코팅 유리섬유 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 금속을 용융시키는 부싱을 고가의 백금(Pt)이나 로듐(Rh)에 비해 가격이 매우 저렴한 인코넬이나 스테인리스 스틸 재질로 제작하여 금속을 용융시킬 수 있도록 함으로써 금속 코팅 유리섬유의 제조에 따른 원가를 절감하여 생산성을 증대시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 유리섬유를 균일한 속도로 이송시키는 가운데 유리섬유의 표면에 용융 금속의 코팅이 이루어질 수 있도록 함으로써 유리섬유 표면에 용융 금속을 균일하게 코팅시켜 금속 코팅 유리섬유의 품질을 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치는 판유리를 용융시켜 실 형태의 유리섬유 얀을 방사하는 유리섬유 방사용 부싱; 유리섬유 방사용 부싱이 착탈 가능하게 결합되어지되 전원의 인가를 통해 가열시켜 판유리의 용융이 이루어지도록 하는 유리섬유 방사용 부싱 전극바; 유리섬유 방사용 부싱을 통해 방사되는 유리섬유 얀을 일측으로 가이드하는 제 1 얀 가이드 롤러; 제 1 얀 가이드 롤러를 통해 가이드 되는 유리섬유 얀의 표면에 코팅되는 금속을 용융시키는 금속 용융용 부싱; 금속 용융용 부싱이 착탈 가능하게 결합되어지되 전원의 인가를 통해 가열시켜 투입된 금속의 용융이 이루어지도록 하는 금속 용융용 부싱 전극바; 제 1 얀 가이드 롤러에 의해 가이드되는 유리섬유 얀을 금속 용융용 부싱 내부의 용융금속에 딥핑시켜 표면에 용융금속의 코팅이 이루어지도록 하는 금속코팅수단; 금속코팅수단에 의해 용융금속이 표면에 코팅된 금속코팅 유리섬유 얀을 일측으로 가이드하는 제 2 얀 가이드 롤러; 제 2 얀 가이드 롤러에 의해 가이드되는 금속코팅 유리섬유 얀을 감는 와인드수단; 및 장치 전반을 제어하는 제어 컨트롤러를 포함한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 유리섬유 방사용 부싱은 투입되는 판유리를 유리전이온도 750℃ 이하의 저융점 유리섬유를 실 형태로 방사하는 구성으로 이루어질 수 있다.

그리고, 전술한 본 발명에 따른 구성에서 유리섬유 방사용 부싱과 금속 용융용 부싱은 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 전술한 본 발명에 따른 구성에서 유리섬유 방사용 부싱은 판유리의 투입이 이루어져 용융이 이루어지는 유리 용탕로; 유리 용탕로의 양측에 형성되어 유리섬유 방사용 부싱 전극바에 체결수단을 통해 결합 고정되는 유리 용탕로 고정바; 및 유리 용탕로의 하부면에 형성되어 용융유리를 유리섬유 얀으로 방사되도록 하는 하나 이상의 방사홀의 구성으로 이루어질 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 금속 용융용 부싱은 금속의 투입이 이루어져 용융이 이루어지는 금속 용탕로; 및 금속 용탕로의 양측에 형성되어 금속 용융용 부싱 전극바에 체결수단을 통해 결합 고정되는 금속 용탕로 고정바의 구성으로 이루어질 수 있다.

아울러, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 금속은 알루미늄, 주석, 비스무트, 납, 아연, 인듐, 안티모니, 마그네슘, 카드뮴, 니켈 및 크롬 중 어느 하나이거나 둘 이상이 조합된 합금으로 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 금속코팅수단은 전원의 인가를 통해 피스톤의 출몰이 이루어지는 전동솔레노이드; 및 전동솔레노이드의 피스톤 끝단에 회전 가능하게 설치되어 제 1 얀 가이드 롤러에 의해 가이드되는 유리섬유 얀을 금속 용융용 부싱 내부의 용융금속에 딥핑되도록 하는 딥핑롤러의 구성으로 이루어질 수 있다. 이때, 딥핑롤러의 재질은 흑연 재질로 이루어질 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 구성에서 와인드수단은 용융금속이 표면에 코팅된 금속코팅 유리섬유 얀을 감는 보빈; 보빈을 구동시키는 보빈 구동모터; 보빈 구동모터의 하부에 설치되어 정역 회전을 통해 보빈 구동모터를 전후진시키는 회전스크류; 및 회전스크류를 정역 구동시키는 스크류 구동모터의 구성으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 기술에 따르면 와인더를 통해 유리섬유를 연속적으로 이송시키는 가운데 인코넬이나 스테인리스 스틸 재질의 저렴한 부싱을 통해 용융 금속을 유리섬유 표면에 코팅시킬 수 있도록 하는 기술을 통해 유리섬유 표면에 용융 금속의 코팅을 보다 원활하게 할 수가 있다.

또한, 본 발명에 따른 기술은 금속을 용융시키는 부싱을 고가의 백금(Pt)이나 로듐(Rh)에 비해 가격이 매우 저렴한 인코넬이나 스테인리스 스틸 재질로 제작하여 금속을 용융시킬 수 있도록 함으로써 금속 코팅 유리섬유의 제조에 따른 원가를 절감하여 생산성을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 유리섬유를 균일한 속도로 이송시키는 가운데 유리섬유의 표면에 용융 금속의 코팅이 이루어질 수 있도록 함으로써 유리섬유 표면에 용융 금속을 균일하게 코팅시켜 금속 코팅 유리섬유의 품질을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치를 보인 사시 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치를 보인 측면 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 유리 용융용 부싱을 보인 사시 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치에서 유리 용융용 부싱에 의한 유리섬유 얀의 방사를 개략적으로 보인 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 유리섬유 얀의 방사와 용융금속의 코팅 과정을 개략적으로 보인 측면 구성도.
도 6 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 금속코팅수단에 의한 금속 코팅을 보인 측면 구성도.
도 7 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 금속 용융용 부식을 보인 사시 구성도.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치를 보인 사시 구성도, 도 2 는 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치를 보인 측면 구성도, 도 3 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 유리 용융용 부싱을 보인 사시 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치에서 유리 용융용 부싱에 의한 유리섬유 얀의 방사를 개략적으로 보인 구성도, 도 5 는 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 유리섬유 얀의 방사와 용융금속의 코팅 과정을 개략적으로 보인 측면 구성도, 도 6 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 금속코팅수단에 의한 금속 코팅을 보인 측면 구성도, 도 7 은 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치의 금속 용융용 부싱을 보인 사시 구성도이다.

먼저, 본 발명에 따른 기술을 설명하기에 앞서 유리섬유의 제조에 대한 일반적인 기술을 설명하면 유리섬유의 제조는 실리카와 특정 성분의 산화물들을 포함하는 광물의 혼합물을 용융한 후, 섬유화(Fiberization)로 일컬어지는 방사(spinning) 과정을 통해 제조된다. 이때, 연속섬유의 섬유화에 적합한 유리 용융물의 점성(viscosity)은 100 내지 1000 poise가 적당하다.

한편, 유리 용융물은 금속 재질의 부싱 바닥에 있는 방사홀을 통과한 후 연신되어 필라멘트로 섬유화될 수 있다. 이후 분사되는 물로 냉각될 수 있다. 유리섬유 필라멘트는 표면마찰과 정전기를 감소시킬 목적으로 혹은 향후 복합재 제조공정을 위한 커플링제(coupling agent) 부여의 목적으로 실란(silane) 표면처리(sizing)된 후 보빈(bobbin)에 감기고 다시 건조 열처리될 수 있다.

도 1 내지 도 7 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치(100)는 유리를 용융시켜 실 형태로 유리섬유 얀(10)을 방사하는 유리섬유 방사용 부싱(110), 유리섬유 방사용 부싱(110)이 착탈 가능하게 결합되어지되 전원의 인가를 통해 가열시켜 판유리의 용융이 이루어지도록 하는 유리섬유 방사용 부싱 전극바(120), 유리섬유 방사용 부싱(110)을 통해 방사되는 유리섬유 얀(10)을 일측으로 가이드하는 제 1 얀 가이드 롤러(130), 제 1 얀 가이드 롤러(130)를 통해 가이드 되는 유리섬유 얀(10)의 표면에 코팅되는 금속을 용융시키는 금속 용융용 부싱(140), 금속 용융용 부싱(140)이 착탈 가능하게 결합되어지되 전원의 인가를 통해 가열시켜 투입된 금속의 용융이 이루어지도록 하는 금속 용융용 부싱 전극바(150), 제 1 얀 가이드 롤러(130)에 의해 가이드되는 유리섬유 얀(10)을 금속 용융용 부싱(140) 내부의 용융금속에 딥핑시켜 표면에 용융금속의 코팅이 이루어지도록 하는 금속코팅수단(160), 금속코팅수단(160)에 의해 용융금속이 표면에 코팅된 금속코팅 유리섬유 얀(20)을 일측으로 가이드하는 제 2 얀 가이드 롤러(170), 제 2 얀 가이드 롤러(170)에 의해 가이드되는 금속코팅 유리섬유 얀(20)을 감는 와인드수단(180) 및 장치 전반을 제어하는 제어 컨트롤러(190)를 포함한 구성으로 이루어진다. 한편, 전술한 각 구성요소들은 도1에서 보이는 바와 같이 일정 폭과 높이를 갖도록 짜진 프레임(도면부호 표시하지 않음) 상에 설치된다. 유리섬유 방사용 부싱(110)은 도면에서 보이는 바와 같이 프레임의 상부에 설치되며, 프레임의 상부에는 유리섬유 방사용 부싱(110)을 통해서 방사된 유리섬유 얀이 통과하기 위한 유리섬유 얀 통과구멍이 형성된다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치(100)에서 사용되는 유리섬유 방사용 부싱(110)과 금속 용융용 부싱(140)의 재질적인 특징은 인코넬이나 스테인리스 스틸 재질을 사용한다는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 기술에서는 판유리를 용융시키는 유리섬유 방사용 부싱(110)과 금속을 용융시키는 금속 용융용 부싱(140)을 고가의 백금(Pt)과 로듐(Rh)의 합금 대신에 저가의 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질로 제작한 것을 사용함으로써 유리섬유 및 금속 코팅 유리섬유의 제조에 따른 비용을 획기적으로 줄일 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 제조장치(100)를 통한 유리섬유 얀(10)과 금속 코팅 유리섬유 얀(20)의 제조는 먼저, 도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 유리섬유 방사용 부싱(110)의 내부에 판유리를 투입하여 전원의 인가를 통한 가열을 통해 판유리를 용융시키는 가운데 하부의 방사홀(116)을 통해 실 형태로 방사하여 유리섬유 얀(10)을 제조한다. 이때, 용유 방사되는 유리섬유 얀(10)은 한 가닥 또는 이상으로 용융 방사된다.

전술한 바와 같이 판유리를 용융 방사하여 실 형태의 유리섬유 얀(10)을 제조하기 위한 유리섬유 방사용 부싱(110)은 앞서도 기술한 바와 같이 고가의 백금(Pt)과 로듐(Rh)의 합금 대신에 저가의 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질로 제작한 것을 사용하였다. 이에 따라, 본 발명에 따른 기술은 유리섬유 얀(10)의 제조비용을 획기적으로 절감할 수가 있게 되었다.

한편, 부싱(Bushing)이라 함은 고온의 유리 용융 상태에서 방사홀을 통해 흘러나오는 유리 용융물을 잡아당겨 회전하는 기계장치에 감는데 필요한 것으로, 이러한 부싱의 재료로는 통상 고온에서도 반응하지 않고 그 자체가 녹아 버리지 않는 금속을 이용하게 된다. 특히, 공기 중 산소와 반응하지 않고 고온에서도 강도가 유지되어야 하기 때문에 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금 재질을 사용한다.

전술한 바와 같이 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금 재질의 부싱은 Pt : Rh의 중량비율이 90 : 10 내지 80 : 20 정도의 합금을 일반적으로 쓰고 있다. 특히, E-glass 유리섬유 제조에는 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금 재질의 부싱이 필수적이다. 다만, 이러한 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금의 1 kg 가격은 8천만원 정도로 매우 고가라는 단점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 고가의 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금 부싱을 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질의 부싱으로 대체함으로써 유리섬유 얀(10)의 제조비용을 획기적으로 절감할 수 있도록 하였다. 이때, 인코넬 또는 스테인리스 스틸 1 kg의 가격은 1만원 정도로 백금과 로듐 합금 부싱에 비해 매우 저가이다.

전술한 바와 같은 유리섬유 용융용 부싱(110)의 재질 중 인코넬(Inconel)은 영국의 Henry Wiggins 회사에서 발매하기 시작한 Ni-Cr-Fe계 합금으로, 니켈을 주체로 하여 15%의 크로뮴, 6∼7%의 철, 2.5%의 타이타늄, 1% 이하의 알루미늄·망가니즈·규소를 첨가한 내열 합금이다. 이러한 인코넬은 내열성이 좋고, 900℃ 이상의 산화기류 속에서도 산화하지 않으며, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않는다. 또한, 인코넬은 신장·인장강도·항복점 등 여러 성질도 600℃ 정도까지 대부분 변화하지 않는 등 기계적 성질에 우수하며, 유기물·염류용액에 대해서도 부식하지 않는다.

그리고, 본 발명에 따른 유리섬유 용융용 부싱(110)의 재질 중 스테인리스 스틸(Stainless Steel, SUS)은 철의 최대 결점인 내식성의 부족을 개선할 목적으로 만들어진 내식용강의 총칭으로, 오늘날 사용되는 것은 크게 철-크로뮴계의 페라이트 스테인리스강과 철-니켈-크로뮴계의 오스테나이트 스테인리스강으로 나뉜다.

전술한 바와 같은 본 발명에서 고가의 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금의 부싱 대신에 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질의 부싱을 사용할 수 있는 이유는 저융점 유리섬유를 이용하기 때문이다. 즉, 본 발명에서는 유리전이온도가 750℃ 이하의 저융점 유리섬유를 사용함으로써 저가의 인코넬 또는 SUS 부싱(110)을 사용할 수 있다. 저가의 저융점 유리섬유를 사용하여 제조비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 저가의 인코넬 또는 SUS 부싱(110)을 이용하여 제조비용을 더욱 줄일 수 있으므로, 제조비용의 획기적인 절감이 가능하다는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따라 유리전이온도가 750℃ 이하의 저융점 유리섬유 제조에는 값비싼 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금 부싱을 사용하지 않아도 되고, 그 대신 일반 인코넬이나 SUS 금속(용융온도가 1300℃ 이상임)을 이용해도 유리섬유 방사가 이루어질 수 있다. 따라서, 저융점 유리섬유 제조에 있어 인코넬이나 SUS 부싱(110)은 훌륭히 백금과 로듐 합금 대용 부싱으로 이용할 수 있다.

다시 말하면, 본 발명에서와 같이 저융점 유리섬유, 즉 유리전이온도가 750℃ 이하인 유리섬유 조성을 가진 모든 유리섬유는 인코넬이나 SUS의 융점(1300℃ 이상임)보다 낮은 융점을 가지므로 인코넬이나 SUS 부싱을 사용할 수 있고, 실제 훌륭한 부싱(110)으로 대체할 수 있었다. 특히, 판유리를 섬유화할 때 유리전이온도가 750℃ 이하이므로 인코넬이나 SUS 금속으로 부싱(110)을 만들어 사용했을 때 공기 중 산소의 차단이 가능하다면 반영구적으로 사용할 수 있다. 공기 중에 사용하더라도 계속 24시간 가열 가동했을 때 10일 이상 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 판유리를 용융시켜 실 형태로 용융 방사하여 유리섬유 얀(10)을 제조하기 위한 인코낼 또는 스테인리스 스틸 재질의 유리섬유 방사용 부싱(110)은 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 판유리의 투입이 이루어져 용융이 이루어지는 유리 용탕로(112), 유리 용탕로(112)의 양측에 형성되어 유리섬유 방사용 부싱 전극바(120)에 체결수단(118)을 통해 결합 고정되는 유리 용탕로 고정바(114) 및 유리 용탕로(112)의 하부면에 형성되어 용융유리를 유리섬유 얀(10)으로 방사되도록 하는 하나 이상의 방사홀(116)로 이루어진다.

따라서, 전술한 바와 같이 구성된 유리섬유 방사용 부싱(110)은 유리 용탕로 고정바(114)를 유리섬유 방사용 부싱 전극바(120)에 볼트·너트와 같은 체결수단(118)을 통해 체결 고정시켜 유리섬유 방사용 부싱 전극바(120)를 통해 전원을 인가하여 유리 용탕로(112)을 가열함으로써 투입되는 판유리의 용융이 이루어지는 가운데 방사홀(116)을 통해 실 형태의 유리섬유 얀(10)이 제조된다. 도면에서 보이는 바와 같이 유리섬유 방사용 부싱 전극바(120)은 한 쌍으로 형성되며 프레임 상부에 고정 설치된다.

전술한 유리섬유는 조성이 매우 광범위하게 이루어져 있으며, 용도에 따라 다양한 조성을 가진 유리섬유를 개발할 수 있다. 이러한 유리섬유의 종류는 6∼7 가지가 있으며, 90% 이상 차지하고 있는 유리섬유가 E-glass라고 칭하는 유리섬유이다. 이때, E-glass 유리섬유는 전기절연성이 뛰어나 전기절연 부분에 쓰인다고 해서 E란 글자를 붙이며, 용융온도가 상당히 높은 편이다. E-glass의 방사온도는 1200∼1300℃이므로 이런 유리섬유 제조에는 백금과 로듐 합금 재질의 부싱을 사용하고 있다.

본 발명에 따른 기술에서 사용되는 판유리인 저융점 유리섬유는 첫째 재활용이 쉽고, 둘째 가격이 저렴하며, 셋째 용융 에너지가 낮고(1150℃ 방사온도), 넷째 전기전도성이 E-glass보다 큰 장점을 갖는다. 이에 따라, 전기 전도성을 부여하여 전자파 차폐용으로 사용되는 본 발명의 제품에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같은 저융점 유리섬유는 용융 온도가 낮아 인코넬이나 SUS 금속을 부싱(110)의 재료로 사용 가능하며, 제조단가가 낮아지는 결과를 볼 수 있어 용도 개발이 광범위하게 이루어질 수 있다. 현재 자동차 EMC(electromagnetic compatibility) 차폐에 탄소나노튜브(CNT)나 카본 섬유를 쓸 수 없는 이유가 고가이기 때문인데, 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 얀(20)은 저가로 제조 가능하여 자동차 EMC 차폐용 소재 등에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이 판유리를 섬유화한 본 발명에 따른 저융점 유리섬유의 강도는 E-glass 섬유보다 떨어지지만, 저융점 유리섬유를 구조재로 사용하지 않는다면 강도에 미치는 영향이 적기 때문에, 전기도체 역할로서 전자파 차폐 소재에 매우 유용하게 사용할 수 있다. 이에 따라, 판유리를 섬유화하여 BMC(Bulk Molding Compound), SMC(Sheet Molding Compound), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌) 및 엔지니어링 플라스틱에 사용해도 무방하다.

다음으로, 전술한 바와 같이 유리섬유 방사용 부싱(110)을 통해 판유리를 용융 방사하여 유리섬유 얀(10)을 연속적으로 제조하게 되면, 제조되는 유리섬유 얀(10)은 도 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5 에 하나 이상 구성된 제 1 얀 가이드 롤러(130)를 통해 금속을 코팅하기 위한 구성으로 가이드 된다.

다시 말해서, 전술한 바와 같이 유리섬유 방사용 부싱(110)의 방사홀(116)을 통해 용융 방사되는 유리섬유 얀(10)은 하나 이상 구성되는 제 1 얀 가이드 롤러(130)를 통해 가이드 되어 제조된 유리섬유 얀(10)의 표면에 금속을 코팅하기 위한 금속코팅수단으로 이송되어진다. 금속코팅수단은 도면에서 보이는 바와 같이 프레임의 내측 중앙부분에 설치된다.

다음으로, 전술한 바와 같이 유리섬유 방사용 부싱(110)의 방사홀(116)을 통해 용융 방사되어 제 1 얀 가이드 롤러(130)에 의해 가이드 되는 유리섬유 얀(10)은 일측에 구성되는 금속코팅수단(160)에 의해 금속 용융용 부싱(140) 내부에 용융된 금속에 딥핑(Dipping)이 이루어지게 된다. 이때, 금속을 용융시키기 위한 금속 용융용 부싱(140) 또한 유리섬유 방사용 부싱(110)과 같은 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질로 이루어진다.

전술한 바와 같은 금속을 용융시키기 위한 금속 용융용 부싱(140)은 도 1, 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이 금속의 투입이 이루어져 용융이 이루어지는 금속 용탕로(142) 및 금속 용탕로(142)의 양측에 형성되어 금속 용융용 부싱 전극바(150)에 체결수단(146)을 통해 결합 고정되는 금속 용탕로 고정바(144)의 구성으로 이루어진다.

그리고, 전술한 바와 같이 금속 용융용 부싱(140)을 통해 용융되어 유리섬유 얀(10)의 표면에 코팅되는 금속으로는 알루미늄, 주석, 비스무트, 납, 아연, 인듐, 안티모니, 마그네슘, 카드뮴, 니켈 및 크롬 중 어느 하나이거나 둘 이상이 조합된 합금을 사용한다. 이때, 유리섬유 코팅용 금속으로는 융점이 낮고 가벼워 경량화가 가능한 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 금속 용융용 부싱(140)은 MGF(Metallized Glass Fiber) 코팅을 위한 알루미늄 용융장치로, 별도의 설계를 통해 용접 제작되어 금속 용탕로 고정바(144)를 금속 용융용 부싱 전극바(150)에 볼트 너트와 같은 체결수단(146)을 통해 체결 고정되어진다. 이때, 금속 용융용 부싱(140)을 구성하는 금속 용탕로(142) 내부에는 금속판을 재단하여 삽입 설치되는데 이는 용융 알루미늄이 금속 용탕로(142) 내부에 달라 붙는 현상을 방지하고 금속 용융용 부싱(140)을 보호하기 위함이다.

한편, 전술한 바와 같이 제작된 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질의 금속 용융용 부싱(140)은 직접 가열을 통해 저항에 의한 열전달 방식으로 알루미늄 용융액을 제조하게 된다. 이러한 금속 용융용 부싱(140)은 용접이 부분적으로 불균일하면 사용 도중에 고온의 열에 의한 팽창에 의해 용접부위에 크랙이 발생하여 용융된 알루미늄이 새어 나올 수 있기 때문에 물을 넣어 누수의 유무를 통해 검수를 한다.

아울러, 전술한 바와 같이 누수 여부를 검수한 후에는 금속 용융용 부싱(140)의 금속 용탕로(142) 내·외부에 붕소(BN)코팅을 실시하고, 찰흙으로 주위를 감싼다. 그 이유는 세라믹코팅 효과로 보온을 실시하고, 부싱(140)의 수명을 연장시키기 위함이다. 실제로, 이론적인 알루미늄 용융온도는 650℃ 수준이지만시료의 크기 및 열손실에 따라서 용융을 위한 많은 시간이 필요하다. 보온을 함으로써 이러한 용융시간을 많이 단축시킬 수가 있다.

그리고, 전술한 붕소(BN)을 이용한 부싱(140)의 산화방지는 실제 부싱(40)의 사용수명에서도 BN처리 전에 100시간을 넘기기 힘들었으나 BN처리 후에는 약 15배 이상 수명이 늘어남으로써 생산성 및 작업성이 향상되는 결과를 얻게 되었다.

전술한 바와 같이 금속 용융용 부싱(140)은 알루미늄과 같은 금속을 용융시켜 유리섬유 얀(10)의 표면에 코팅이 이루어질 수 있도록 하는 하는 것으로, 금속 용융용 부싱(140) 내부의 용융금속에 유리섬유 얀(10)을 통과시키는 과정에서 유리섬유 얀(10) 표면에 금속 코팅이 이루어질 수 있도록 한다.

한편, 전술한 바와 같은 금속 용융용 부싱(140) 내부의 용융금속에 유리섬유 얀(10)을 통과시키는 과정에서 유리섬유 얀(10)은 금속코팅수단(160)에 의해 금속 용융용 부싱(140) 내부의 용융금속에 딥핑(Dipping) 된다. 이때, 금속코팅수단(160)은 도 1, 도 2, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이 제 1 얀 가이드 롤러(130)에 의해 가이드되는 유리섬유 얀(10)을 금속 용융용 부싱(140) 내부의 용융금속에 딥핑시켜 유리섬유 얀(10)이 용융금속에 잠길 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이 유리섬유 얀(10)을 금속 용융용 부싱(140) 내부의 용융금속에 딥핑시켜 유리섬유 얀(10)이 용융금속에 잠길 수 있도록 하는 금속코팅수단(160)은 전원의 인가를 통해 피스톤(164)의 출몰이 이루어지는 전동솔레노이드(162) 및 전동솔레노이드(162)의 피스톤(164) 끝단에 회전 가능하게 설치되어 제 1 얀 가이드 롤러(130)에 의해 가이드되는 유리섬유 얀(10)을 금속 용융용 부싱(140) 내부의 용융금속에 딥핑되도록 하는 딥핑롤러(166)의 구성으로 이루어진다.

그리고, 전술한 바와 같은 금소코팅수단(160)을 구성하는 딥핑롤러(166)의 재질은 흑연 재질로 이루어진다. 이처럼 딥핑롤러(166)의 재질을 흑연 재질로 하는 것은 탄소원자로 이루어진 딥핑롤러(166)와 용융된 알루미늄 용액과의 표면장력 차이로 인하여 서로 달라붙는 현상이 발생되도록 않도록 하기 위함이다.

일반적으로, 모노 필라멘트(섬유 1가닥)를 용융 금속에 부분적으로 접촉시켜 코팅하는 방법은 생산성이 극히 낮기 때문에 산업용으로 EMC 차폐 섬유나 직물로 만들 때에는 모노 필라멘트를 가지고 직물을 제조할 수가 없다. 이에 따라, 본 발명에서는 생산성을 높이기 위해 유리섬유를 얀(10) 형태로 용융 금속 속에 넣고 통과시켜 코팅하는 방법을 채택하였다. 전술한 금속코팅수단(160)이 유리섬유를 얀(10)을 용융금속에 통과시켜 코팅되도록 하는 장치이다.

다시 말해서, 전술한 바와 같은 금속코팅수단(160)에 의한 유리섬유를 얀(10)의 딥핑을 살펴보면 전동솔레노이드(162)의 작동에 의해 피스톤(164)이 일정 길이로 나오면서 피스톤(164) 끝단의 딥핑롤러(166)가 제 1 얀 가이드 롤러(130) 에 의해 가이드되는 유리섬유 얀(10)을 금속 용탕로(142)에 용융된 용융 알루미늄 속으로 딥핑시켜 잠길 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이 딥핑롤러(166)에 의해 유리섬유 얀(10)이 금속 용탕로(142)에 용융된 용융 알루미늄 속에 딥핑되어 잠기게 되면 후술하는 와인드수단(180)에 의해 유리섬유 얀(10)이 이송되는 가운데 유리섬유 얀(10)의 표면에 용융 알루미늄이 코팅되어지게 된다. 이처럼 용융 알루미늄이 표면에 코팅된 금속코팅 유리섬유 얀(20)은 제 2 얀 가이드 롤러(170)에 의해 와인드수단(180)으로 가이드되어진다.

다음으로, 전술한 바와 같이 용융 알루미늄이 표면에 코팅되어 제 2 얀 가이드 롤러(170)에 의해 와인드수단(180)으로 이송되는 금속코팅 유리섬유 얀(20)은 도 1, 도 2 및 도 5 에 도시된 바와 같이 제 2 얀 가이드 롤러(170)에 의해 가이드되는 금속코팅 유리섬유 얀(20)은 와인드수단(180)의 보빈(182)에 감기게 된다. 와이드수단(180)은 프레임의 하부측에 설치된다.

전술한 바와 같이 금속코팅 유리섬유 얀(20)을 보빈(182)에 감는 와인드수단(180)의 구성을 살펴보면 용융금속이 표면에 코팅된 금속코팅 유리섬유 얀(20)을 감는 보빈(182), 보빈(182)을 구동시키는 보빈 구동모터(184), 보빈 구동모터(184)의 하부에 설치되어 정역 회전을 통해 보빈 구동모터(184)를 전후진시는 회전스크류(186) 및 회전스크류(186)를 정역 구동시키는 스크류 구동모터(188)의 구성으로 이루어진다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 금속코팅 유리섬유 얀(20)을 보빈(182)에 감는 와인드수단(180)은 보빈 구동모터(184)의 구동을 통해 보빈(182)을 회전시켜 보빈(182)의 외주면 상에 금속코팅 유리섬유 얀(20)이 감길 수 있도록 한다. 이때, 스크류 구동모터(188)의 정역 구동에 의해 스크류(186)의 정역 회전이 이루어지는 가운데 보빈 구동모터(184)의 전후진이 이루어지게 되어 보빈(182)에 감기는 금속코팅 유리섬유 얀(20)은 보빈(182)에 균일하게 감기게 된다.

전술한 바와 같이 금속코팅 유리섬유 얀(20)을 보빈(182)에 감는 와인드수단(180)을 구성하는 보빈 구동모터(184)의 구동에 따라 회전하는 보빈(182)에 의해 유리섬유 방사용 부싱(110)을 통해 용융 방사되는 유리섬유 얀(10)은 당겨지므로 자연스럽게 장력이 발생하기 때문에 유리섬유 얀(10)의 용융 방사와 유리섬유 얀(10)의 표면에 용융 금속의 코팅이 연속적으로 이루어지게 된다.

그리고, 본 발명을 구성하는 제어 컨트롤러(190)는 유리섬유 방사용 부싱(110)과 금속 용융용 부싱(140)에 전원을 인가하거나 금속코팅수단(160)을 구성하는 전동솔레노이드(162)의 작동 및 와인드수단(180)을 구성하는 보빈 구동모터(184)와 스크류 구동모터(188)의 구동 등 장치 전반을 제어하게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명에서와 같이 유리섬유 방사용 부싱(110)을 통해 제조되는 유리섬유 얀(10)의 인장강도는 적어도 25g/㎠ 이상으로 하되 바람직하게는 50g/㎠ 이상이 되어야 용융 금속의 코팅이 가능하다. 이때, 유리섬유 얀(10)의 직경으로는 20㎛ 이상으로 하되 바람직하게는 50㎛ 이상으로 함이 보다 양호하다. 그 이유는 연속 공정으로써 유리섬유 얀(10)이 당겨지므로 자연스레 장력을 받게 되고, 이런 장력에 끊어짐이 없어야 용융금속을 통과하여 대량으로 연속적으로 감길 수 있기 때문이다.

따라서, 전술한 바와 같은 인장강도가 요구된다. 기계의 정밀도가 높거나 인장력(tension)이 균일하게 될 수 있다면, 인장강도가 25g/㎠ 까지도 가능하고, 즉 20 내지 50㎛의 섬유 직경까지도 가능하다. 유리섬유 얀(10)의 섬유직경이 20㎛ 미만일 경우 장력이 부족하여 장시간 운영이 어렵다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 기술은 유리섬유 방사용 부싱(130)을 통해 용융 방사되는 유리섬유 얀(10)은 제 1 얀 가이드 롤러(120)에 의해 금속 용융용 부싱(140)으로 안내되어 금속코팅수단(160)에 의해 딥핑되는 가운데 용융 알루미늄에 의해 유리섬유 얀(10) 표면에 금속 코팅이 이루어져 와인드수단(180)에 의해 감긴다.

전술한 바와 같이 제조된 본 발명에 따른 금속 코팅 유리섬유 얀(20)의 전기저항은 전자파 차폐 용도로 적합하려면 10Ω 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 금속 코팅층의 두께는 유리섬유 얀(10)의 직경을 기준으로 0.1 내지 100%, 바람직하게는 1 내지 50%일 수 있다. 이처럼 유리섬유 얀(10)을 용융 금속으로 코팅하여 직물로 제조함으로써 더욱 쉽게 EMC 차폐 직물을 만들 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 용융 코팅 방법은 기존의 진공 증착이나 스퍼터링보다 훨씬 염가이며 대량 생산이 가능하다. 유리섬유 이외의 다른 섬유(화학섬유)의 경우에도 금속 용융 온도보다 용융점이 높은 섬유는 코팅이 가능하다고 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 제조된 금속 코팅 유리섬유는 전자기적 간섭을 차단하는 전자기파 차폐재로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 전기전도성 기능섬유로 응용할 수도 있다. 이러한 특성을 이용하여 레이더 교란용 채프(chaff) 또는 전력망 무력화를 위한 정전 폭탄(blackout bomb) 등에도 적용될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

10. 유리섬유 얀
20. 금속코팅 유리섬유 얀
100. 금속 코팅 유리섬유 제조장치
110. 유리섬유 방사용 부싱
120. 유리섬유 방사용 부싱 전극바
130. 제 1 얀 가이드 롤러
140. 금속 용융용 부싱
150. 금속 용융용 부싱 전극바
160. 금속코팅수단
170. 제 2 얀 가이드 롤러
180. 와인드수단
190. 제어 컨트롤러

Claims (9)

1. 일정 폭과 높이를 갖으며 상부에는 유리섬유 얀 통과구멍이 형성된 프레임;
   상기 프레임의 상부에 한 쌍의 유리섬유 방사용 부싱 전극바가 고정 설치되며, 판유리가 투입되는 유리 용탕로의 양쪽으로 연장 형성된 유리 용탕로 고정바가 상기 유리섬유 방사용 부싱 전극바와 각각 체결수단을 통해 결합되며, 상기 유리 용탕로 하부면에는 상기 유리섬유 방사용 부싱 전극바에 전원이 인가되어 판유리가 가열되어 용융된 유리섬유 얀으로 방사되도록 하는 하나 이상의 방사홀이 형성된 유리섬유 방사용 부싱;
   상기 유리섬유 방사용 부싱을 통해 방사되는 유리섬유 얀을 상기 프레임의 내부 중앙 측으로 가이드하는 제 1 얀 가이드 롤러;
   상기 프레임의 내측 중앙부분에 한 쌍의 금속 용융용 부싱 전극바가 고정 설치되며, 상기 유리섬유 얀의 표면에 코팅되는 금속이 투입되는 금속 용탕로의 양쪽으로 연장 형성된 금속 용탕로 고정바가 상기 금속 용융용 부싱 전극바와 각각 체결수단을 통해 결합되는 인코넬 또는 스테인리스 스틸 재질로 형성된 금속 용융용 부싱이 설치되며, 상기 금속 용탕로 내측에는 상기 제 1 얀 가이드 롤러에 의해 가이드되는 상기 유리섬유 얀이 상기 금속 용탕로 내측을 통과하도록 유도하는 딥핑롤러가 설치되되 상기 딥핑롤러는 상기 프레임의 상부에 일단이 고정 설치된 전동솔레노이드의 작동에 의해 승하강 동작하는 피스톤의 끝단에 설치되어 상기 금속 용융용 부싱을 통해 상기 유리섬유 얀의 표면이 금속으로 코팅되게 하는 금속코팅수단;
   상기 금속코팅수단에 의해 용융금속이 표면에 코팅된 금속코팅 유리섬유 얀을 상기 프레임의 하부 일측으로 가이드하는 제 2 얀 가이드 롤러;
   보빈 구동모터의 동작시에 회전동작하여 상기 제 2 얀 가이드 롤러에 의해 가이드 되는 상기 금속코팅 유리섬유 얀을 감는 보빈이 상기 프레임의 하부 일측에 설치되며, 상기 보빈은 상기 프레임의 하부에 설치된 회전 스크류와 스크류 구동모터의 구동에 의해 전후진 동작하도록 설치되는 와이드수단; 및
   상기 유리섬유 방사용 부싱 전극바와 상기 금속 용융용 부싱 전극바에 인가되는 전원을 제어하며, 상기 딥핑롤러의 위치와 상기 와이드수단의 회전속도를 제어하여 제어 컨트롤러; 를 포함한 구성으로 이루어진 금속 코팅 유리섬유 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유리섬유 방사용 부싱은 투입되는 판유리를 유리전이온도 750℃ 이하의 저융점 유리섬유를 실 형태로 방사하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 유리섬유 제조장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 딥핑롤러의 재질은 흑연 재질인 것을 특징으로 하는 금속 코팅 유리섬유 제조장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄, 주석, 비스무트, 납, 아연, 인듐, 안티모니, 마그네슘, 카드뮴, 니켈 및 크롬 중 어느 하나이거나 둘 이상이 조합된 합금인 것을 특징으로 하는 금속 코팅 유리섬유 제조장치.
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