KR101901849B1 - 탄소섬유 코팅장치 및 이를 포함하는 코팅시스템 - Google Patents

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Abstract

코팅액이 탐침된 탄소섬유가 하부에서 상부로 이동하는 경로 상에 설치되는 장치 본체와, 장치 본체에 설치되어 탄소섬유의 양측면을 접촉 가이드 하여, 탐침된 코팅액이 탄소섬유에 코팅되도록 하는 한 쌍의 접촉 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 코팅장치 및 이를 포함하는 코팅시스템이 개시된다.

Description

탄소섬유 코팅장치 및 이를 포함하는 코팅시스템{AN APPARATUS FOR COATING CARBON FIBER ANC SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 탄소섬유 코팅장치 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발열체로 사용되는 탄소 섬유 발열체로 사용되는 탄소섬유를 코팅하기 위한 코팅장치 및 이를 포함하는 코팅시스템에 관한 것이다.
기존에 일반적인 발열시스템 혹은 난방시스템으로 사용되던 방식은 온돌식, 온수 순환식, 전기 히터식을 들 수 있지만 설치 방식의 어려움, 유지보수 비용의 증가, 전자파 발생 및 실내 산소 연소, 에너지 효율 등의 다양한 문제로 인해 새로운 개념의 난방 방식에 대한 요구가 증대되어 왔다.
이와 같은 기존 방식의 난방시스템이 갖는 문제점을 크게 개선하고, 30% 내외의 에너지 절감 효과가 있으며, 살균작용 혹은 항균작용, 탈취작용을 통해 친환경에너지원이라는 평가를 듣고, 아울러 90% 이상의 원적외선의 방사를 통해 발열기능뿐만 아니라 인체에 유익하다는 평가를 받는 탄소를 이용한 발열직물체에 대한 연구와 적용이 최근 활발히 이루어지고 있다. 현재까지 탄소를 이용한 발열체 제조의 대표적인 접근으로는 필름방식, 종이방식 그리고 망 형태의 섬유사 방식 등이 있다.
이 중에서 탄소섬유 발열체는 섬유에 탄소를 입히는 것이지만, 섬유 자체의 입힌 탄소는 쉽게 균열 및 파단이 되어 불량이 발생하는 문제가 있다.
이러한 점을 고려하여 탄소 섬유에 코팅된 탄소의 항복능력을 향상시키고 균열이나 파단을 방지하기 위하여 실리콘 코팅을 하게 되는데, 실리콘이 균일하게 코팅이 되지 않아 열효율이 체크 포인트별로 다르게 나오는 단점이 있다. 즉, 현재의 탄소섬유 발열체는 유연성을 해결하기 위하여 실리콘 코팅을 하고 있지만, 실리콘 코팅의 균일성을 해결하지 못하여 부위별 온도차가 심하다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0948243호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 탄소섬유에 실리콘을 균일하게 코팅할 수 있는 탄소 섬유 코팅장치 및 이를 포함하는 코팅시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄소 섬유 코팅장치는, 코팅액이 탐침된 탄소섬유가 하부에서 상부로 이동하는 경로 상에 설치되는 장치 본체; 상기 장치 본체에 설치되어, 상기 탄소섬유의 양측면을 접촉 가이드 하여, 탐침된 코팅액이 상기 탄소섬유에 코팅되도록 하는 한 쌍의 접촉 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 탄소섬유에 코팅액(실리콘)을 균일하게 코팅 처리할 수 있다.
여기서, 상기 접촉 블레이드는, 상기 탄소섬유에 이격되어 마주하도록 배치되는 블레이드 몸체; 상기 블레이드 몸체의 상부에서 상기 탄소섬유 쪽으로 밴딩 가공되어 연장되어 접촉되는 밴딩부;를 포함하는 것이 바람직하다.
이로써, 탄소섬유의 양면에 코팅되는 코팅액에 포함된 액체 덩어리를 효 과적으로 제거하고, 일정한 두께로 코팅되도록 가이드할 수 있다.
또한, 상기 밴딩부는, 상기 블레이드 몸체의 상단에서 상기 탄소섬유에 접촉되는 방향으로 밴딩되어 연장되는 제1밴딩부; 상기 제1밴딩부의 끝단에서 상기 제1밴딩부에 대칭되는 방향으로 상기 탄소섬유에서 점진적으로 멀어지도록 밴딩되어 연장되는 제2밴딩부; 및 상기 제1 및 제2밴딩부의 연결부분에서 상기 탄소섬유에 접촉되며, 상기 탄소섬유에 접촉되는 접촉면이 상기 탄소섬유의 섬유실보다 큰 곡률을 갖는 것이 좋다.
이로써, 탄소섬유의 섬유실에 대응되는 곡률을 갖는 접촉부를 이용하여 단소섬유에 대략 0.3 내지 0.05mm의 얇은 두께로 균일하게 코팅처리할 수 있다.
또한, 상기 제1밴딩부의 길이(L1)는 상기 제2밴딩부의 길이(L2)보다 2배 이상이고, 상기 제1밴딩부의 상기 블레이드 몸체로부터 상기 접촉부까지의 높이(h1)는 상기 제2밴딩부의 상기 접촉부로부터 끝단까지의 높이(h2)의 2배 이상인 것이 좋다.
이로써, 탄소섬유의 표면에 얇게 실리콘을 도포하여 코팅할 수 있으며, 그 균일성을 확보할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄소 섬유 코팅시스템은, 상기 탄소섬유 코팅장치; 상기 탄소섬유를 공급하는 공급부; 상기 공급부에서 공급된 탄소섬유에 코팅액을 탐침하기 위한 실리콘 저장부; 상기 탄소섬유 코팅장치를 경유한 탄소섬유를 건조하는 건조부; 및 상기 건조부를 통과한 탄소섬유를 회수하는 회수부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 탄소 섬유 코팅장치 및 코팅시스템에 따르면, 탄소섬유에 코팅액(실리콘)을 원하는 두께로 정밀하게 코팅할 수 있으며, 전체면에 걸쳐서 균일한 코팅이 가능하게 된다.
따라서 탄소섬유 발열체의 제조시 온도 편차를 줄이고 실리콘 코팅의 품질을 향상시켜서 제품이 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 탄소섬유 코팅시스템을 나타내 보인 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 접촉 블레이드를 발췌하여 보인 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 코팅장치를 발췌하여 보인 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 코팅장치 및 이를 포함하는 탄소섬유 코팅시스템을 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 코팅시스템(100)는, 탄소 섬유(10)를 공급하는 공급부(110), 탄소섬유(10)를 코팅할 실리콘이 저장되는 실리콘 저장부(120), 실리콘 저장부(120)를 통과한 탄소섬유(10)에 실리콘이 일정 두께로 코팅되도록 하는 코팅장치(130)와 건조부(140) 및 회수부(150)를 구비한다.
상기 탄소섬유(10)는 소정 넓이로 직조된 것으로서, 상기 공급부(110)의 공급 롤(111)로부터 풀려나와 공급된다.
상기 실리콘 저장부(120)에는 탄소섬유(10)를 코팅할 코팅액(121)이 저장되어 있으며, 그 내부에는 탄소섬유(10)의 이동을 가이드 하기 위한 가이드롤러(123)가 설치될 수 있다.
상기 코팅액(121)은 액상 상태의 실리콘과, 희석재(오일) 및 경화재가 소정 비율로 혼합되어 구성된다. 이때 바람직하게 액상 실리콘과 희석재 및 경화재의 비율은 80% : 12% : 8%의 비율로 혼합된 것이 좋다.
상기 공급부(110)에서 공급된 탄소섬유(10)는 실리콘 저장부(120) 내부에서 일정 기간(약 5분~6분) 동안 코팅액(121)에 탐침된 상태로 유지된 후 상기 코팅부(130)로 이동된다. 이때, 상기 코팅액(121)의 온도는 탄소섬유(10)에 코팅액(121)이 효과적으로 탐침(흡수)될 수 있도록 60 내지 65℃의 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 이를 위해서 실리콘 저장부(120)를 가열하기 위한 히터(125)와 온도를 측정하기 위한 온도센서(126) 및 온도센서(126)에서 전달된 온도에 따라 히터(125)를 구동제어하는 히터 구동제어부(127)를 더 구비할 수 있다.
상기 코팅장치(130)는 코팅액 저장부(120)를 경유한 탄소섬유(10)에 코팅액(121)이 균일하게 코팅될 수 있도록 하기 위한 것으로서, 코팅액 저장부(120)의 상부에 위치될 수 있다. 이러한 코팅장치(130)는 장치 본체(130a)와, 장치 본체(131a)에 설치되어 직조된 탄소섬유(10)의 양면을 접촉 가이드 하는 한 쌍의 접촉 블레이드(131)를 구비한다.
상기 각 접촉 블레이드(131)는 장치 본체(130a)에 고정 설치되며, 탄소섬유(10)를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치된다. 이러한 접촉 블레이드(131)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 판 형의 블레이드 몸체(131a)와, 블레이드 몸체(131a)의 상단부에서 상기 탄소섬유(10)에 접촉되는 방향으로 밴딩되어 연장가공된 밴딩부(132)를 가진다.
상기 블레이드 몸체(131a)는 탄소섬유(10)의 폭보다 길게 형성되며, 상기 탄소섬유(10)와 이격되어 마주하도록 배치된다.
상기 블레이드 몸체(131a)의 상단부에서 상기 탄소섬유(10)쪽으로 밴딩부(132)가 밴딩되어 연장된다.
상기 밴딩부(132)는 제1밴딩부(132a)와, 접촉부(132b) 및 제2밴딩부(132c)를 구비한다. 제1밴딩부(132a)와 블레이드 몸체(131a)로부터 탄소섬유(10)에 접촉될 수 있는 길이(L1) 및 높이(h1)로 밴딩되어 연장된다. 그리고 접촉부(132b)를 기준으로 제1밴딩부(132a)에 대칭되는 방향으로 제2밴딩부(132c)가 밴딩되어 연장된다. 이때, 제2밴딩부(132c)의 길이(L2)와 높이(h2)는 제1밴딩부(132a)의 절반에 이르도록 형성되는 것이 좋다. 그리고 상기 접촉부(132b)의 탄소섬유(10)와 접촉되는 접촉면(S1)은 소정 곡률(r)을 갖도록 형성된다. 그리고 더욱 바람직하게는 상기 탄소섬유(10)의 섬유실(11)의 지름(R)이 대략 1±2mm 일 경우에, 상기 제1밴딩부(132a)의 길이(L1)는 2±2mm이고, 제2밴딩부(132c)의 길이(L2)는 1±2mm이고, 상기 접촉부(132b)의 곡률(r)은 1.4±0.3mm인 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 접촉부(132b)의 탄소섬유(10)와의 접촉면(S1)을 상기 곡률(r)을 가지도록 정밀 가공하기 위해서는, 상기 접촉 블레이드(131)에 밴딩부(132)를 1차로 밴딩 가공한 후에, 연마숫돌로 접촉부(132b)를 연마 가공한다. 그리고 2차로 상기 접촉부(132b)를 가죽으로 연마 가공함으로써 거칠기를 줄이고 매끄럽게 가공함으로써, 정밀한 곡률 가공이 가능하게 된다.
이와 같이 접촉 블레이드(131)에 밴딩부(132)를 가공하여 탄소섬유(10)에 접촉되게 배치하게 되면, 도 3과 같이, 코팅액(121)이 탐침된 탄소섬유(10)가 한 쌍의 접촉 블레이드들(131) 사이로 통과될 때, 양측의 밴딩부(132)에 의해 탄소섬유(10)의 양측면이 접촉가이드 된다. 그러면, 탄소섬유(10)에 탐침된 코팅액(121)은 밴딩부(132)에 의해 긁혀지게 되어 블레이드 몸체(131)를 타고 흘러 내려서 회수된다.
그러면, 접촉부(132b)를 통과한 탄소섬유(10)의 양측면에는 일정한 두께로 실리콘이 코팅될 수 있다. 특히, 액상 코팅액(121) 중에서 실리콘 액체 뭉치(덩어리)는 한 쌍의 밴딩부(132) 사이를 통과하면서 압착되어 짜지거나, 긁혀져서 제거될 수 있게 되어 탄소섬유(10)에 균일하게 코팅액(실리콘)을 코팅할 수 있게 된다.
또한, 제2밴딩부(132c)의 길이와 높이를 제1밴딩부(132a)의 길이와 높이의 대략 절반이 되도록 밴딩 가공함으로써, 제2밴딩부(132c)와 탄소섬유(10) 사이에서 소위 모세관 현상에 의해 코팅액이 잔류하더라도 그 두께와 양을 최소한으로 제한할 수 있으며, 제2밴딩부(132c)의 양단으로 흘러나가도록 할 수 있다. 따라서, 접촉부(132b)를 통과한 탄소섬유(10)의 표면에는 일정한 두께 즉, 대략 0.3mm의 균일한 두께로 코팅액(실리콘)이 코팅될 수 있게 된다.
상기 구성을 가지는 접촉 블레이드(131)는 스테인리스(SUS) 재질을 포함하는 금속재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 접촉 블레이드(131)는 탄소섬유(10)가 접촉된 상태로 이동시에 미소하게 탄성 변형되면서 코팅액을 탄소섬유(10) 표면에 코팅처리하고, 코팅액 덩어리를 효과적으로 긁어낼 수 있도록, 소정이 탄성계수(19,700kg/m)를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접촉부(132b)에서 연장되게 제2밴딩부(132c)를 형성하게 되면, 코팅액이 접촉부(132b)를 통과하면서 뭉치는 현상을 방지하고, 제2밴딩부(132c)를 통해 흘러내리도록 할 수 있다.
상기와 같이 코팅장치(130)에서 균일하게 실리콘이 코팅 처리된 탄소섬유(10)는 상기 건조부(140)를 거치면서 코팅액(액상 실리콘)이 건조되고, 건조된 탄소섬유(10)는 회수부(150)에서 권취되어 회수될 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10..탄소 섬유 100..탄소섬유 코팅시스템
110..공급부 120..실리콘 저장부
130..코팅장치 131..접촉 블레이드
131a..블레이드 몸체 132..밴딩부
132a..제1밴딩부 132b..접촉부
132c..제2밴딩부 140..건조부
150..회수부

Claims (5)

  1. 직조된 상태로 공급 롤로부터 풀려나와 공급되면서 코팅액이 탐침된 탄소섬유가 하부에서 상부로 이동하는 경로 상에 설치되는 장치 본체;
    상기 장치 본체에 설치되어, 상기 탄소섬유의 양면을 각각 접촉 가이드 하여, 탐침된 코팅액이 상기 탄소섬유에 코팅되도록 하는 한 쌍의 접촉 블레이드;를 포함하고,
    상기 접촉 블레이드는,
    상기 탄소섬유에 이격되어 마주하도록 배치되는 블레이드 몸체;
    상기 블레이드 몸체의 상부에서 상기 탄소섬유 쪽으로 밴딩 가공되어 연장되어 접촉되는 밴딩부;를 포함하며,
    상기 밴딩부는,
    상기 블레이드 몸체의 상단에서 상기 탄소섬유에 접촉되는 방향으로 밴딩되어 연장되는 제1밴딩부; 상기 제1밴딩부의 끝단에서 상기 제1밴딩부에 대칭되는 방향으로 상기 탄소섬유에서 점진적으로 멀어지도록 밴딩되어 연장되는 제2밴딩부; 및 상기 제1 및 제2밴딩부의 연결부분에서 상기 탄소섬유에 접촉되며, 상기 탄소섬유에 접촉되는 접촉면이 상기 탄소섬유의 섬유실보다 큰 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 코팅장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1밴딩부의 길이(L1)는 상기 제2밴딩부의 길이(L2)보다 2배 이상이고,
    상기 제1밴딩부의 상기 블레이드 몸체로부터 접촉부까지의 높이(h1)는 상기 제2밴딩부의 상기 접촉부로부터 끝단까지의 높이(h2)의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 코팅장치.
  5. 제1항 또는 제4항의 탄소섬유 코팅장치;
    상기 탄소섬유를 공급하는 공급부;
    상기 공급부에서 공급된 탄소섬유에 코팅액을 탐침하기 위한 실리콘 저장부;
    상기 탄소섬유 코팅장치를 경유한 탄소섬유를 건조하는 건조부; 및
    상기 건조부를 통과한 탄소섬유를 회수하는 회수부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 코팅시스템.
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