KR101934130B1 - 스트랜드 또는 케이블을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

스트랜드 또는 케이블을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스트랜드(strand) 또는 케이블을 제조하기 위한 방법과 관련이 있으며, 이 경우 섬유(2) 및/또는 와이어는 연사 점(3)(twisting point)에서 스트랜드 또는 케이블(20)로 연사된다. 본 발명에 따르면, 상기 섬유(2) 및/또는 와이어는 상기 연사 점(3) 앞에서 그리고/또는 연사 점(3)에서 액화 매트릭스 재료(4)로 코팅되고, 연사할 때에 상기 매트릭스 재료(4) 내부에 매립된다. 상기 섬유(2) 및/또는 와이어는 상기 연사 점(3) 앞에서 그리고/또는 연사 점(3)에서 매트릭스 재료 내부에 잠기고(immersing), 형성된 스트랜드 또는 형성된 케이블(20)은 연사 된 후에 상기 매트릭스 재료(4)를 경화시키기 위하여 바람직하게는 공기 중에서 또는 예컨대 물과 같은 냉각액 속에서 냉각된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치 그리고 상기 방법에 의해서 제조될 수 있는 케이블과도 관련이 있다.

Description

스트랜드 또는 케이블을 제조하기 위한 방법 {METHOD FOR PRODUCING A STRAND OR CABLE WITH A THERMOPLASTIC COATING, STRAND OR CABLE PRODUCED BY THIS METHOD, AND TWISTING DEVICE WITH MEANS FOR COATING WITH THERMOPLASTICS}
본 발명은 스트랜드(strand) 또는 케이블을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 경우 섬유 및/또는 와이어는 연사 점(twisting point)에서 스트랜드 또는 케이블로 연사 된다.
본 발명은 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치 그리고 상기 방법에 의해서 제조될 수 있는 케이블과도 관련이 있다.
다양한 사용에 의해서 이미 공지되어 있고, 천연 섬유 스트랜드, 합성 섬유 스트랜드 및 와이어 스트랜드 또는 천연 섬유 케이블, 합성 섬유 케이블 및 와이어 케이블을 제조할 수 있는 상기와 같은 방법은 통상적으로 연사기(twisting machine)에 의해서 실시된다. 상기 연사기의 회전자 상에는 스풀(spool)이 배치되어 있으며, 상기 스풀 상에는 연사 될 섬유 스트랜드 또는 와이어가 감겨 있다. 회전자의 회전시에 상기 섬유 스트랜드 또는 와이어는 연사 점으로 가이드 되고, 상기 연사 점에서 스트랜드 또는 케이블로 연사 되며, 형성된 스트랜드 또는 형성된 케이블은 케이블 드럼 상에 롤링 된다.
특히 상기와 같은 방법에 의해서는, 예컨대 아라미드(aramid)로 이루어진 고강도의 합성 섬유를 구비하는 스트랜드 및 케이블도 제조된다. 이와 같은 스트랜드 및 케이블은 자체 중량 및 자체 용적에 비례하여 높은 강도를 갖는다.
상기와 같은 이유에서 클라이밍 스포츠(climbing sports)의 합성 섬유 케이블은 등반가의 안전을 위해서 사용된다. 이와 같은 장점은, 매달리기 위한 사용 목적에 이용될 수 있을 정도의 긴 길이를 갖는 와이어 케이블에 합성 섬유를 사용하는 경우, 예를 들면 광산업 분야에서 이용되는 이송 케이블의 경우에 또는 심해 케이블의 경우에 긍정적인 작용을 미친다. 이와 같은 사용 분야에 와이어 케이블의 중량은 이미 자체 지지 강도의 심지어 큰 부분을 요구하고 있다; 유효 하중은 상응하게 제한되었다.
그러나 상기와 같은 합성 섬유에서의 문제점은, 이 합성 섬유가 자체 길이 방향으로 매우 높은 강도를 갖기는 하지만, 상기 길이 방향에 대하여 가로로는 매우 낮은 강도를 갖고, 그로 인해 상응하는 하중이 가해지는 경우에는 상당한 파괴 위험이 존재한다는 것이다.
등반가의 안전을 위해서 사용되는 합성 섬유 케이블은 통상적으로 코어(core)-재킷(jacket)-구조를 가지며, 이와 같은 구조에서 상기 코어는 상호 꼬아진 섬유 스트랜드로 이루어진다. 상기 연사 된 섬유 스트랜드는 이 섬유 스트랜드 둘레에 엮어져서 상기 섬유 스트랜드를 상호 결합시키는 재킷에 의한 손상으로부터 보호되었다.
서문에 언급된 방법에 의해서는 또한 조합된 케이블도 제조되는데, 이와 같은 조합된 케이블에서 코어 케이블은 고강도의 합성 섬유로 이루어지고, 외부 스트랜드는 강철 와이어로 이루어진다. 예컨대, US 6,563,054 B1호에 공지된 케이블에서는 평행한 합성 섬유로 이루어진 코어 케이블 상에 열가소성 재료로 이루어진 재킷이 제공되며, 상기 재킷 상에는 강철 와이어 스트랜드가 연사 되어 있다.
본 발명의 과제는, 공지된 스트랜드 또는 케이블에 대하여 개선된 기계적인 특성들을 구비하는 스트랜드 또는 케이블을 제조할 수 있는 서문에 언급된 유형의 방법을 제시하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는 섬유 및/또는 와이어가 연사 점 앞에서 그리고/또는 연사 점에서 액화 매트릭스 재료로 코팅되고, 연사할 때에 상기 매트릭스 재료 내부에 매립됨으로써 해결된다.
상기 방법에 의해서는, 스트랜드 내부에 있는 또는 케이블 내부에 있는 섬유 또는 - 섬유가 모노필라멘트 번들(monofilament bundle)로서 존재하는 경우에는 - 모노필라멘트 번들 혹은 와이어가 매트릭스 재료에 의해 둘러싸여 있고, 스트랜드 또는 케이블로 감긴 섬유, 모노필라멘트 번들 또는 와이어 사이의 공간이 매트릭스 재료로 완전히 채워진 스트랜드 또는 케이블이 제조될 수 있다. 섬유, 모노필라멘트 번들 또는 와이어가 적어도 이들이 존재하지 않은 스트랜드 표면 또는 케이블 표면을 갖는 상기 스트랜드 또는 케이블의 섹션 내부에서는 매트릭스 재료에 의해 완전히 둘러싸이도록 형성된 경우에는, 이와 같은 스트랜드 또는 케이블이 특히 바람직한 특성들을 지닌다. 따라서, 특히 균일한 스트랜드 또는 특히 균일한 케이블이 제조된다. 더 나아가, 이와 같은 스트랜드 또는 케이블은 동시에 매트릭스 재료로 둘러싸일 수도 있다.
상기 매트릭스 재료는 섬유 또는 와이어를 보호하고, 상기 섬유 또는 와이어를 상호 연결하며, 발생하는 힘을 상기 섬유 또는 와이어로 전달한다. 기계적인 특성이 개선된 복합 케이블이 만들어진다.
바람직하게 더 나아가서는 매트릭스 재료를 선택함으로써 스트랜드 또는 케이블의 기계적인 특성에 영향을 미칠 수도 있다. 따라서, 높은 강도의 매트릭스 재료를 선택하는 경우의 강도는 강도가 낮은 매트릭스 재료를 선택하는 경우보다 크다.
또한, 연사할 때에 미리, 섬유 또는 와이어를 위해 스트랜드 또는 케이블 내부에 제공된 각각의 위치에 상기 섬유 또는 와이어를 매립하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 섬유 또는 와이어를 사전에 설정된 위치에 배치하기 위한 케이블의 추가 처리 과정이 반드시 필요치 않다.
바람직하게 꼬아진 모노필라멘트 번들로 이루어진 스트랜드가 개별 섬유로부터 연사 되는 경우에는, 상기 각각의 모노필라멘트 번들이 매트릭스 재료로 코팅되고, 연사할 때에 상기 매트릭스 재료 내부에 매립되며, 이 경우 각각의 모노필라멘트 번들은 매트릭스 재료에 의해 둘러싸인 상태로 유지된다. 다른 무엇보다도 섬유 재료상에서의 매트릭스 재료의 습윤 특성에 따라서 그리고 매트릭스 재료의 점도에 따라서, 상기 방법에 의해서는 모노필라멘트 번들 내에서 외부에 놓인 상기 모노필라멘트 번들의 개별 섬유도 매트릭스 재료에 의해 둘러싸일 수 있다.
바람직하게는 모노필라멘트 번들 및 경우에 따라 개별 섬유가 매트릭스 재료에 의해 상호 분리됨으로써, 결과적으로 상기 모노필라멘트 번들 및 개별 섬유의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 가해지는 상호 하중은 감소하게 된다. 그럼으로써, 파괴 위험은 현저하게 줄어든다. 이와 같은 스트랜드 또는 케이블은 공지된 스트랜드 또는 케이블에 비해 저항 능력이 더 크고 더 긴 수명을 갖는다.
스트랜드 또는 케이블을 제조하기 위하여 천연 섬유, 금속 섬유, 광물 섬유(mineral fiber), 유리 섬유 및/또는 탄소 섬유를 사용하는 것을 생각할 수 있는 한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 아라미드 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유와 같은 합성 섬유가 사용된다.
바람직하게는 매트릭스 재료로서 열가소성 플라스틱이 사용된다. 바람직하게 사용되는 폴리프로필렌 이외에 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리에틸렌 또는 PEEK도 사용된다.
본 발명에 따른 케이블에서, 매트릭스 재료 내부에 매립된 섬유는 강철 와이어로 이루어진 외부 층을 갖는 조합 스트랜드의 코어를 형성할 수 있다.
또한, 매립된 섬유는 케이블의 코어 케이블일 수 있고, 상기 케이블은 스트랜드, 바람직하게는 강철 와이어 스트랜드로 이루어지거나 또는 섬유로 이루어진 코어를 갖춘 전술된 조합 스트랜드로 이루어진 외부 층 및 강철 와이어로 이루어진 외부 층을 구비할 수 있다.
바람직하게 상기 스트랜드 또는 케이블은 매트릭스 재료 내부에 완전히 매립된다. 이때 상기 매트릭스 재료는 피복을 형성하고 이로써 외부로의 보호부를 형성한다. 또한, 하나의 스트랜드 또는 하나의 코어 케이블을 제조하는 경우에는 상기 스트랜드 또는 상기 코어 케이블을 둘러싸는 스트랜드가 매립을 위해 이용될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해서는 사전에 이미 스트랜드로 연사 된 와이어 및/또는 섬유로부터도 케이블이 제조될 수 있음은 자명하다. 이 경우에는 연사 될 스트랜드가 매트릭스 재료 내부에 매립되며, 이때 상기 매트릭스 재료는 경우에 따라 상기 스트랜드 내부에 존재하는 공동(cavity)을 완전히 채울 수 있다. 전술된 방법에 의해서 제조되는 스트랜드는 케이블을 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
바람직하게 상기 방법에 의해서는 코어-재킷-구조를 갖는 케이블이 더 간단하게 제조될 수 있다. 상기 방법을 두 가지 처리 단계로 실시하는 방식, 다시 말하자면 먼저 코어 케이블의 피복을 만들고 그 다음에 이어서 스트랜드를 연사 하는 방식은 코어 케이블을 매립하기 위해서 지금까지 필요했었던 한편, 본 발명에 따른 방법에 의해서는 상기 제조 과정이 단 한 가지 처리 단계로 실시될 수 있다.
바람직하게는 섬유 또는 와이어를 연사 설비에서 코팅하기 위한 설비가 제공되며, 상기 설비에 의해서는 코어 케이블이 제조될 수 있을 뿐만 아니라 스트랜드가 상기 코어 케이블 상에 감길 수도 있다(탠덤(tandem)-연사기). 상기 코어 케이블은 적어도 스트랜드를 연사할 때에 매트릭스 재료로 코팅된다. 경우에 따라서는, 코어 케이블을 제조하기 위해서 사용되는 섬유, 와이어 및/또는 스트랜드가 사전에 미리 매트릭스 재료 내부에 매립된다.
섬유, 와이어 및/또는 스트랜드를 매트릭스 재료와 접촉시키는 것을 생각할 수 있는 한편, 본 발명의 특히 바람직한 일 실시 예에서는 상기 섬유, 와이어 및/또는 스트랜드가 연사 점 앞에서 그리고/또는 연사 점에서 액화 매트릭스 재료 내부에 잠기게 된다.
본 발명의 일 실시 예에서는, 상기 액화 매트릭스 재료를 수용하기 위하여 바람직하게 가열될 수 있는 용기가 제공되며, 상기 용기는 연사 점 앞에서 그리고 경우에 따라서는 연사 점에서 섬유 및/또는 와이어 혹은 스트랜드를 둘러싼다.
대안적으로는, 액화 매트릭스 재료를 분사하기 위한 스프레이 장치도 제공될 수 있다. 분사된 매트릭스 재료가 주변에 도달하는 것을 방지하기 위하여, 바람직하게 상기 방법을 실시하기 위한 장치는 적어도 매트릭스 재료가 분사되는 영역에 상기 장치를 외부로 폐쇄하는 보호 벽을 구비하고 있다. 상기 보호 벽에 의해서 형성된 공간에는 배출구 및 상응하는 필터가 제공될 수 있다.
바람직하게 상기 용기 또는 상기 스프레이 장치는 압출기(extruder)에 연결되어 있으며, 상기 압출기에 의해서는 매트릭스 재료가 액화되어 스프레이 장치로 또는 용기로 이동된다.
바람직하게는 용기 내부의 매트릭스 재료가 액체 상태로 유지되도록 상기 용기를 가열하기 위하여, 용기의 온도를 측정하기 위한 장치가 제공되었다. 상기 온도에 따라 매트릭스 재료의 점도가 변경됨으로써 섬유 또는 와이어 상에서의 습윤 작용도 영향을 받게 된다.
본 발명의 특히 바람직한 일 실시 예에서, 용기는 개구가 형성된 회전 가능한 측벽을 구비하며, 상기 개구를 통해서는 섬유, 와이어 및/또는 스트랜드가 연사 점으로 가이드 된다. 상기 회전 가능한 측벽은 섬유, 와이어 및/또는 스트랜드를 연사 점으로 가이드 하는 회전자와 동일한 회전 속도로 회전할 수 있다. 바람직하게 상기 개구에는 밀봉부(sealing part)가 제공되어 있으며, 상기 밀봉부는 매트릭스 재료가 용기로부터 외부로 배출되는 상황을 방지해준다.
상기 회전 가능한 벽에 마주 놓인 용기의 측에도 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구를 통해서는 형성된 스트랜드 또는 형성된 케이블이 가이드 될 수 있다.
바람직하게 상기 추가의 개구는 형성될 스트랜드의 외부 직경 또는 형성될 케이블의 외부 직경에 상응하는 직경을 갖는다. 용기로부터 배출시키는 경우에는 상기 스트랜드 또는 케이블이 이와 같은 용도를 위해서 제공된 몰드 내부로 보내진다.
측벽의 회전 동작을 회전자의 회전 동작과 전자 기계식으로 동기화하는 것을 생각할 수 있는 한편, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에서는 상기 회전 가능한 측벽 및 상기 회전자가 서로 연결되어 있다. 회전시에 회전자는 상기 측벽과 함께 움직인다.
바람직하게 상기 용기는 전술된 개구와 무관하게 폐쇄된다. 매트릭스 재료가 섬유를 더 우수하게 습윤시키거나 상황에 따라 존재하는 공동 내부로 더 우수하게 유입시킬 수 있기 위하여, 경우에 따라서는 용기 내부의 매트릭스 재료가 상승 된 압력하에 놓일 수 있다.
바람직하게 스트랜드 또는 케이블은 연사 후에, 특히 상기 스트랜드 또는 케이블이 전술된 개구를 통해 용기로부터 외부로 배출된 후에, 매트릭스 재료를 경화시키기 위하여 바람직하게는 공기 중에서 또는 예컨대 물과 같은 냉각액 속에서 냉각된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 용기 내부에는 보정 링이 배치되어 있으며, 형성될 스트랜드 또는 형성될 케이블이 연사 과정 중에 상기 보정 링의 개구를 관통한다. 상기 스트랜드 또는 케이블의 섬유 및/또는 와이어는 용기 내부에서 이미 사전에 설정된 형태로 될 수 있다.
상기와 같은 내용은 특히 용기의 추가 개구가 상기 보정 링의 개구보다 더 큰 직경을 갖는 경우에 바람직한 것으로 입증된다. 이 경우에는 연사 과정 중에 이미 매트릭스 재료로 이루어진 피복이 스트랜드 또는 케이블 상에 제공된다. 이와 같은 상황은 특히 매트릭스 재료가 개구로부터 배출된 후에도 자신의 형태를 유지할 수 있을 정도의 연성(ductility)을 전술된 추가 개구에서 갖는 경우에 가능하다.
상기와 같은 상황을 가능하게 하기 위하여, 용기는 바람직하게 상기 형성된 스트랜드 또는 상기 형성된 케이블이 배출되는 단부에 파이프 섹션을 구비하며, 상기 파이프 섹션은 보정 링의 개구보다 큰 내부 직경을 가지며, 상기 파이프 섹션 내부에서는 매트릭스 재료가 냉각되고 경화된다. 이 목적을 위하여 상기 파이프 섹션에는 예컨대 수냉 장치와 같은 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 추가의 일 실시 예에서는, 연사 동안에, 매트릭스 재료 내부에 매립되는 동안에 그리고 매트릭스 재료가 경화될 때까지 냉각되는 동안에 섬유가 회전될 수 있음으로써, 결과적으로 섬유는 매트릭스 재료에 의하여 상기 섬유가 팽창된 상태에서 취할 수 있는 한 가지 위치에 고정된다. 바람직하게 섬유는 부하 수용시에 이 섬유가 취하게 되는 한 가지 위치로 이동하게 될 정도까지 회전되며, 바람직하게는 부하 수용시에 상기 섬유가 스트랜드 또는 케이블에 의하여 곧바로 후크의 법칙(Hooke's law)에 따라 소성으로 팽창될 정도까지 회전된다.
부하의 수용은 상기와 같은 조치에 의해서 개선될 수 있다. 섬유로 이루어지고 사전에 팽창되지 않은 스트랜드 또는 케이블의 원래의 부하 수용은 소정의 지연 후에 비로소 시작되는데, 그 이유는 하중을 받을 때에 비로소 섬유가 "세팅"될 수밖에 없기 때문이며, 다시 말하자면 안정된 횡단면이 형성된 후에 비로소 최종적인 공간 할당이 이루어질 수밖에 없기 때문이다. 이와 같은 내용은 특히 모노필라멘트 번들로서 존재하는 합성 섬유에도 적용된다. 섬유가 연사 과정 중에 이미 팽창되어 매트릭스 재료가 경화될 때까지 팽창 상태로 유지되면, 상기 섬유는 매트릭스 재료에 의하여 상기 팽창된 상태로 고정된다. 섬유는 팽창된 상태에서 냉동된다. 그럼으로써, 바람직하게 강철로 이루어진 스트랜드 및 섬유로 구성된 코어 케이블로 이루어진 케이블 구조에서는 상기 코어 케이블의 팽창 특성이 와이어 스트랜드의 팽창 특성에 적응될 수 있으며, 이로써 상기 코어 케이블은 상당한 비율의 부하를 받을 수 있게 된다.
본 발명의 일 개선 예에서는, 연사 후에 스트랜드 또는 케이블 상에 추가의 피복이 제공되었다. 바람직하게 편조(braiding) 과정에 의해서 형성된 피복이 응력을 받게 되면, 상기 피복은 섬유를 전술된 압축 상태에 고정시키기 위해서 이용될 수 있거나 적어도 이와 같은 압축 상태를 지원하기 위해서 이용될 수 있다.
상기 피복까지도 매트릭스 재료 내부에 매립되면, 섬유와 피복 사이에서는 특별히 우수한 결합이 성취된다. 따라서, 공지된 케이블에서 나타나는 문제점, 즉 피복된 코어 스트랜드 또는 피복된 코어 케이블이 하나의 케이블 또는 하나의 스트랜드 내에서 나머지로부터 분리되는 문제점이 제거된다.
브레이드(braid)가 상이한 두께의 섬유로부터 형성되고/형성되거나 상기 브레이드가 그물망(mesh)을 구비하도록 형성되어 매트릭스 재료가 상기 그물망을 관통하면, 특히 강한 결합에 도달하게 된다.
본 발명은 실시 예들 및 상기 실시 예들에 관련된 첨부 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다:
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 장치의 세부 사항에 대한 등축도이며,
도 3은 본 발명에 따른 추가 장치의 세부 사항에 대한 등축도이고,
도 4는 본 발명에 따른 추가 장치의 개략도이며,
도 5는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 장치의 세부 사항에 대한 등축도이고,
도 6은 본 발명에 따른 케이블의 횡단면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 추가 케이블의 횡단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 스트랜드의 횡단면도이며,
도 9는 본 발명에 따른 추가 케이블의 횡단면도이고,
도 10은 본 발명에 따른 추가 케이블의 횡단면도이며,
도 11은 본 발명에 따른 추가 케이블의 횡단면도이고,
도 12는 본 발명에 따른 추가 케이블의 횡단면도이며, 그리고
도 13은 본 발명에 따른 추가 케이블의 횡단면도이다.
케이블 또는 스트랜드를 제조하기 위한 도 1에 도시된 본 발명에 따른 장치는 회전자(9)를 구비하며, 상기 회전자를 통해서는 아라미드 섬유로부터 꼬아진 모노필라멘트 번들(2)이 연사 점(3)으로 가이드 된다. 상기 회전자(9)에는 본 도면에 도시되어 있지 않은 스풀이 공지된 방식으로 배치되어 있으며, 상기 스풀 상에 모노필라멘트 번들(2)이 감겨 있다. 연사할 때에는 모노필라멘트 번들(2)이 상기 스풀로부터 연속으로 풀어지는 한편, 회전자(9)는 화살표(P)의 방향으로 회전한다. 상기 연사 점(3)에서는 모노필라멘트 번들(2)이 공지된 방식으로 하나의 케이블(20)로 연사 된다. 상기 케이블(20)은 롤러(15)에 의해서 연사 점(3)으로부터 당겨져서 케이블 드럼 상에 감긴다.
연사 점(3)에서는 도 2에 정확하게 도시되어 있는 용기(7)가 모노필라멘트 번들(2) 또는 케이블(20)을 둘러싸고 있다. 상기 용기(7)는 원추형의 형상을 갖고, 회전자(9) 쪽을 향하는 자신의 측에 회전 가능한 측벽(10)을 구비하며, 상기 측벽은 다수의 개구(11)를 구비하고, 연결 브리지(16)를 통해서 회전자(9)와 고정 결합 되어 있다. 꼬아진 모노필라멘트 번들(2)은 상기 개구(11)를 통해 회전자(9)로부터 연사 점(3)으로 가이드 된다. 도 2에는 단지 네 개의 모노필라멘트 번들(2)이 예로 도시되어 있다. 적용 예에 따라서, 연사 될 모노필라멘트 번들(2)의 개별 개수에 상응하는 다양한 개수의 개구(11)가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 의해서는, 꼬아진 모노필라멘트 번들(2) 대신에 사전에 이미 연사 된 스트랜드도 하나의 케이블로 연사 된다. 또한, 상기 모노필라멘트 번들(2)은 사전에 이미 연사 된 스트랜드와도 연사 될 수 있다.
측벽(10)에 마주 놓인 상기 용기(7)의 측에는 추가 개구(12)가 제공되어 있으며, 상기 추가 개구를 통해서는 케이블(20)이 용기(7)로부터 외부로 인출된다. 상기 개구(12)는 형성될 케이블(20)의 직경에 상응하는 직경을 갖는다. 상기 개구(12)의 원형의 형상 이외에 다른 형상도 생각할 수 있는데, 바람직하게는 비대칭의, 각진 타원형의 또는 다각형의, 예컨대 3각, 4각 또는 5각형의 형상 또는 예컨대 반원 또는 3/4원과 같은 부채꼴 형상도 생각할 수 있다.
용기(7)는 가열된 파이프(13)를 통해서 압출기(8)에 연결되어 있으며, 상기 압출기에 의해 폴리프로필렌이 연속으로 액화되어 용기(7)에 공급된다. 용기(7) 내부에 있는 폴리프로필렌(4)이 액체 상태를 유지하도록 하기 위하여, 상기 용기(7)의 외부 면에는 도면에 도시되어 있지 않은 가열 밴드(heating band) 제공되어 있으며, 상기 가열 밴드에 의해서 용기는 200 내지 300 ℃로 가열될 수 있다. 온도를 조절하기 위하여 상기 용기 내부에는 온도 센서가 제공되어 있다.
본 발명에 따른 케이블(20)을 제조하기 위하여, 모노필라멘트 번들(2)이 연사 점(3)으로 연속으로 이동된다. 회전자(9)의 회전시에 측벽(10)이 연결 브리지(16)에 의하여 동일한 회전 속도로 함께 회전함으로써, 결과적으로 상기 모노필라멘트 번들(2)은 개구(11)를 통해 연사 점(3)으로 연속으로 가이드 된다. 이때 도면에 도시되어 있지는 않지만 개구(11)에 제공된 밀봉부는 연결 파이프(13)를 통해 공급되는 폴리프로필렌(4)이 용기(7)로부터 외부로 배출되는 것을 방지해준다.
용기(7) 내부에서 모노필라멘트 번들(2)은 연사 점(3) 앞에서 이미 폴리프로필렌(4)으로 코팅된다. 연사 점(3)에서의 연사도 완전히 폴리프로필렌(4) 내에서 이루어진다. 연사 동안에는 폴리프로필렌(4)이 압출기(8)에 의해서 용기에 연속으로 공급된다.
형성된 케이블은 개구(12)를 통해 용기(7)로부터 수조(14) 내부로 가이드 되며, 상기 수조 내부에서 폴리프로필렌(4)이 냉각되고 경화된다.
이때 상기 케이블은 도면에 도시되어 있지 않은 인장 장치에 의해서 팽창될 때까지 압축될 수 있는데, 예를 들면 케이블을 이용할 목적으로 제공되는 하중에 의해서 모노필라멘트 번들(2)이 취하게 되는 상기 케이블 내부에서의 한 가지 위치를 상기 모노필라멘트 번들(2)이 취할 정도까지 압축될 수 있다. 모노필라멘트 번들(2)은 폴리프로필렌(4)에 의하여 팽창된 상태에서 취한 위치에 고정된다. 상기 모노필라멘트 번들(2)은 팽창된 상태에서 냉동된다.
도 6은 전술된 방법에 의해서 제조되고 아라미드 섬유로 이루어진 케이블(20)을 보여주고 있다. 이 경우에는 다수의 꼬아진 모노필라멘트 번들로부터 감긴 다수의 섬유 스트랜드(21, 22)가 케이블(20)로 연사 된다. 흑색점으로 도시된 모노필라멘트 번들은 폴리프로필렌(4)에 의해서 둘러싸여 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 5 그리고 도 7 내지 도 12가 참조 되며, 이 경우 도 1, 도 2 및 도 6에서와 동일한 또는 동일한 작용을 하는 부품들에는 동일한 참조 숫자가 표시되어 있고, 관련 참조 숫자에는 각각 철자가 부가되어 있다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 장치는, 회전자에 결합 된 연결 브리지(16a)의 내부가 중공으로 형성되어 있고, 상기 연결 브리지(16a)에 의하여 코어 케이블(23)이 연사 점(3a)으로 가이드 된다는 점에서 도 1 및 도 2에 따른 장치들과 상이하다. 상기 연사 점(3a)에서는 코어 케이블(23)이 외부 스트랜드(24)와 함께 하나의 케이블(20a)로 연사 되는 동시에 전술된 바와 같이 폴리프로필렌(4a)으로 코팅된다.
상기 장치는 선택적으로 또한 본 도면에 개략적으로만 도시되어 있는 브레이딩 설비(braiding machine; 편조기)도 구비하며, 상기 브레이딩 설비에 의해서는 폴리프로필렌(4a) 내부에 매립될 때에 상기 코어 케이블(23) 상에 브레이드(27)가 제공된다. 상기 브레이드에 의해서 케이블(20a)로부터 하나의 브레이딩 케이블(20a')이 형성된다.
도 4 및 도 5에 도시되어 있는 본 발명에 따른 추가의 장치는 자체 용기(7b) 내부에 링 - 이 링은 용기(7b) 내부에 고정되어 있음 - 에 의해서 형성된 보정 링(30)을 구비하며, 섬유(2b)가 코어 케이블(22b)로 감긴 이후에 형성될 코어 케이블(22b)에 자체 형상을 부여하기 위하여 상기 형성될 코어 케이블(22b)은 상기 보정 링을 통과한다. 코어 케이블(22b)이 용기(7b)로부터 외부로 배출되는 상기 용기(7b)의 한 측에는 파이프 섹션(31)이 배치되어 있다. 상기 파이프 섹션(31)은 - 이 파이프 섹션의 벽에는 수냉 장치가 제공되어 있음 - 상기 보정 링(30)의 개구보다 큰 내부 직경을 갖는다. 상기 파이프 섹션(31) 내부에서는 섬유(2b)를 코팅하는 폴리프로필렌(4b)이 냉각됨으로써, 결과적으로 상기 폴리프로필렌은 파이프 섹션(31)으로부터 배출될 때에 자신의 형상을 유지하면서도 부드러운 상태를 그대로 유지할 정도의 연성을 갖는다.
도 5에 따른 장치에 의해서는, 폴리프로필렌(4b)으로 이루어진 피복(26)이 코어 케이블(22b)의 섬유 상에 제공된다.
도 7에는 전술된 케이블(20)에 상응하는 코어 케이블(22a)을 구비하는 조합 케이블(20a)이 도시되어 있다. 상기 코어 케이블(22a)은 매트릭스 재료를 형성하는 폴리프로필렌(4a)으로 이루어진 피복(26)에 의해서 둘러싸여 있다. 재킷(26) 내부에 매립될 때에는 강철 스트랜드(24)가 상기 코어 케이블(20) 둘레에 감겨 있다. 이 목적을 위하여 상기 강철 스트랜드는 여전히 부드러운 상기 재킷(26)의 매트릭스 재료 내부에 삽입되어 있다.
도 4는 도 5에 도시되어 있는 본 발명에 따른 장치의 일부분의 선택적인 확대부를 개략적으로 보여주고 있다. 연사 방향으로 볼 때 파이프 섹션(31) 뒤에는 브레이딩 설비(26b)가 제공될 수 있으며, 상기 브레이딩 설비에 의해서는 브레이드가 코어 케이블(22b) 상에 제공된다.
또한, 추가의 연사 설비(36)도 제공될 수 있으며, 상기 추가의 연사 설비에 의해서는 스트랜드(24b)가 매트릭스 재료(4b) 내부에 매립될 때에 외부 스트랜드(24b)가 코어 케이블(22b) 상에서 연사 된다.
도 8a에는, 본 발명에 따른 방법에 의해서 제조되었고 폴리프로필렌 내부에 매립된 아라미드 섬유 스트랜드로 이루어진 코어 케이블(22)을 구비한 스트랜드(1)가 도시되어 있다. 본 도면에 단지 개략적으로만 도시되어 있는 강철 와이어(24b)는 연사 될 때에 코어 케이블(22b)의 가열에 의해서 상기 코어 케이블(22b) 내부로 직접 삽입된다. 도 8b는 도 8a에 따른 스트랜드와 동일하게 구성되었지만 예컨대 해머링(hammering)에 의해서 압착된 스트랜드(1')를 보여주고 있다.
도 9에 도시된 조합 케이블(20c)은 꼬인 상태에서 폴리프로필렌 내부에 매립되어 있고 아라미드 섬유의 모노필라멘트 번들로 이루어진 세 개의 섬유 스트랜드(21c)로 구성된 코어 케이블을 구비하며, 연사할 때에는 상기 섬유 스트랜드 내부에 외부 스트랜드(1c)가 삽입된다. 도면에 단 하나만 상세하게 도시되어 있는 상기 외부 스트랜드(1)는 폴리프로필렌 내부에 매립된 아라미드 섬유(23)를 코어로서 구비한다. 폴리프로필렌(4c) 내부에서는 강철 와이어 스트랜드(24c)가 아라미드 섬유(23) 둘레에 배치되어 있다.
도 10은 폴리프로필렌(4d) 내부에 매립된 코어 케이블을 구비하는 조합 케이블(20)을 보여주고 있다. 상기 코어 케이블은 폴리프로필렌 내부에 매립되어 있고 아라미드 섬유로 이루어진 모노필라멘트 번들(21d)로 구성된 코어(21d), 그 내부에 매립된 강철 와이어 스트랜드(24c) 그리고 그 둘레에 감겨 있고 강철 와이어 스트랜드(25)로 이루어진 추가의 층을 포함한다. 상기 폴리프로필렌(4d) 상에는 외부 스트랜드(1d)가 놓여 있으며, 상기 외부 스트랜드는 도 9에 따른 실시 예의 스트랜드(24c)에 대하여 기술된 것과 동일한 구조를 갖는다.
도 11에 도시되어 있는 본 발명에 따른 조합 케이블(20e)은, 외부 스트랜드(1e)도 폴리프로필렌(4e)으로 이루어진 매트릭스 재료 내부에 완전히 매립되어 있다는 점에서 이전의 실시 예들에 따른 케이블과 상이하다. 상기 케이블(20e)의 코어 케이블은 강철 와이어로 이루어진 코어 스트랜드(32) 그리고 그 둘레에 감겨 있는 스트랜드(24e, 25e)를 구비하며, 상기 스트랜드(24e, 25e)는 폴리프로필렌 내부에 매립된 아라미드 섬유로 이루어지고 본 도면에 도시되어 있지 않은 코어를 구비한다. 상기 코어 스트랜드(32) 그리고 상기 스트랜드(24e, 25e)는 윤활제(33)에 의해서 둘러싸여 있다. 상기 윤활제(33) 및 상기 코어 케이블 둘레에는 전술된 방법에 의해서 외부 스트랜드(1e)가 상기 코어 케이블과 연사 되는 동시에 상기 코어 케이블은 윤활제(33)에 의해서 상기 외부 스트랜드(1e)와 함께 폴리프로필렌(4e) 내부에 완전히 매립된다.
전술된 브레이딩 설비(31)에 의하여 한 코어 케이블의 섬유(22f) 상에서 브레이드(27)가 피복(26) 내부로 삽입되는 경우에는, 도 12에 횡단면도로 도시되어 있는 케이블이 제조된다. 이 경우에는 브레이드(27)도 상기 섬유(22f)를 둘러싸는 매트릭스 재료(4f) 내부에 매립되고, 한 편으로는 섬유와 다른 한 편으로는 브레이드(27) 사이에서 우수한 결합이 성취된다. 상기 브레이드(27) 둘레에는 매트릭스 재료(4f)로 이루어진 재킷(26)이 형성된다.
도 13이 보여주는 바와 같이, 상기 재킷(26) 내부에는 외부 스트랜드(24g)가 매립될 수 있다.
전술된 실시 예들이 위에서 언급된 폴리프로필렌 대신에 예컨대 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리에틸렌 또는 PEEK와 같은 다른 매트릭스 물질에 의해서도 실시될 수 있음은 자명하다.
또한, 전술된 개별 처리 단계들이 제조될 케이블 구조에 따라 서로 임의로 조합될 수 있음도 자명하다.
그에 상응하게, 상기 제조 장치 내에서는 적용될 방법에 따라서 예컨대 용기, 외부 스트랜드를 연사하기 위한 설비 및 브레이딩 설비와 같은 개별 구성 부품들도 경우에 따라서는 다중으로 서로 조합될 수 있다.

Claims (37)

  1. 연사 후에 경화되는 액화 매트릭스 재료로 섬유의 모노필라멘트 번들들을 코팅하는 단계;
    코어 스트랜드를 형성하기 위해 연사점에서 상기 모노필라멘트 번들을 연사하고, 연사하는 동안 모노필라멘트 번들이 매트릭스 재료에 매립되는 단계;
    상기 매트릭스 재료로 이루어진 피복을 코어 스트랜드에 제공하는 단계; 및
    코어 스트랜드를 연사한 뒤, a) 피복된 코어 스트랜드에 매트랙스 재료에 잠긴 강철 와이어 층을 연사하고, b) 피복된 코어 스트랜드에 추가 피복을 제공하고 추가 피복을 매트릭스 재료에 매립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스트랜드를 제조하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코팅하는 단계에서 상기 모노필라멘트 번들이 연사점 앞에서나 연사점에서 매트릭스 재료에 잠기거나 매트릭스 재료로 분무되는 것을 특징으로 하는, 스트랜드를 제조하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스트랜드가 연사한 뒤 매트릭스 재료를 경화시키기 위하여 냉각되는 것을 특징으로 하는, 스트랜드를 제조하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 연사 동안에, 매트릭스 재료에 매립되는 동안에 그리고 매트릭스 재료가 경화될 때까지 냉각되는 동안에 섬유가 팽창되고, 이렇게 팽창된 상태로 섬유가 매트릭스 재료에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는, 스트랜드를 제조하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 섬유가 부하를 받는 위치에 도달할 때까지 팽창되는 것을 특징으로 하는, 스트랜드를 제조하기 위한 방법.
  6. 섬유의 모노필라멘트 번들들을 갖는 코어케이블을 포함하는 케이블에 있어서:
    상기 섬유가 천연섬유, 광물섬유. 유리섬유, 탄소섬유 또는 합성섬유이고, 상기 모노필라멘트 번들은 매트릭스 재료로 코팅되고 매트릭스 재료에 매립되어 모노필라멘트 번들 각각이 매트릭스 재료로 둘러싸이며, 이런 매트릭스 재료가 모노필라멘트 번들의 피복을 형성하고;
    스트랜드들로 된 층이 상기 피복 위에 연사되고 피복 안에 매립되는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  7. 제6항에 있어서, 상기 섬유가 고강도 플라스틱으로 이루어지거나, 상기 매트릭스 재료가 열가소성 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  8. 제6항에 있어서, 코어 케이블내의 섬유가 부하를 받는 위치에 도달할 정도로 팽창되는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  9. 제6항에 있어서, 코어 케이블내의 섬유가 부하를 받았을 때 후크의 법칙에 따른 소성팽창을 직접 겪을 정도로 팽창되는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  10. 제6항에 있어서, 코어 케이블을 둘러싸고 응력을 받아 코어 케이블을 유지하는 피복을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  11. 제10항에 있어서, 상기 피복이 브레이드 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  12. 제11항에 있어서, 상기 브레이드가 그물망을 구비하고, 매트릭스 재료가 상기 그물망에 스며드는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  13. 스트랜드나 케이블을 제조하는 장치에 있어서:
    섬유나 와이어를 연사점에 가이드하고 연사점에서 섬유나 와이어를 케이블로 형성하는 기기;
    상기 섬유나 와이어를 연사점 앞에서나 연사점에서 액화 매트릭스 재료로 코팅하고 섬유나 와이어를 액화 매트릭스 재료에 매립하는 기기; 및
    스트랜드나 케이블에 피복을 제공하는 기기;를 포함하고,
    상기 피복을 제공하는 기기가 브레이딩 설비인 것을 특징으로 하는, 스트랜드나 케이블을 제조하는 장치.
  14. 연사 후에 경화되는 액화 매트릭스 재료로 섬유의 모노필라멘트 번들을 코팅하는 단계;
    코어 케이블을 형성하기 위해 연사점에서 상기 모노필라멘트 번들을 연사하고, 연사하는 동안 모노필라멘트 번들이 매트릭스 재료에 매립되는 단계;
    상기 매트릭스 재료로 이루어진 피복을 코어 케이블에 제공하는 단계; 및
    코어 케이블을 연사한 뒤, a) 피복된 코어 케이블에 매트랙스 재료에 잠긴 스트랜드 층을 연사하고, b) 피복된 코어 케이블에 추가 피복을 제공하고 추가 피복을 매트릭스 재료에 매립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제조하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서, 연사한 뒤 케이블에 피복을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제조하기 위한 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 코팅하는 단계에서 상기 모노필라멘트 번들이 연사점 앞에서나 연사점에서 매트릭스 재료에 잠기거나 매트릭스 재료로 분무되는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제조하기 위한 방법.
  17. 제14항에 있어서, 연사한 뒤 매트릭스 재료를 경화시키기 위하여 케이블이 냉각되는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제조하기 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서, 연사 동안에, 매트릭스 재료에 매립되는 동안에 그리고 매트릭스 재료가 경화될 때까지 냉각되는 동안에 섬유가 팽창되고, 이렇게 팽창된 상태로 섬유가 매트릭스 재료에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제조하기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 섬유가 부하를 받는 위치에 도달할 때까지 팽창되는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제조하기 위한 방법.
  20. 섬유의 모노필라멘트 번들들을 갖는 코어케이블을 포함하는 스트랜드에 있어서:
    상기 섬유가 천연섬유, 광물섬유. 유리섬유, 탄소섬유 또는 합성섬유이고, 상기 모노필라멘트 번들은 매트릭스 재료로 코팅되고 매트릭스 재료에 매립되어 모노필라멘트 번들 각각이 매트릭스 재료로 둘러싸이며, 이런 매트릭스 재료가 모노필라멘트 번들의 피복을 형성하고;
    강철 와이어들로 된 층이 상기 피복 위로 연사되고 피복 안에 매립되는 것을 특징으로 하는, 스트랜드.
  21. 섬유의 모노필라멘트 번들들의 피복을 형성하는 매트릭스 재료로 코팅되고 매립되는 모노필라멘트 번들들을 갖는 코어 케이블;
    스트랜드로 된 층이 상기 피복 위에 연사되고 매립되는 스트랜드로 된 층;
    상기 피복에 제공되고 매립되는 추가 피복; 및
    브레이드 층으로 이루어지고, 코어 케이블을 둘러싸고 응력을 받아 코어 케이블을 유지하는 피복;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  22. 제21항에 있어서, 상기 브레이드가 그물망을 구비하고, 매트릭스 재료가 상기 그물망에 스며드는 것을 특징으로 하는, 케이블.
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