KR101987211B1 - Method of manufacturing for textile composite with smart composite fiber using 3d printer and textile composite with smart composite fiber - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유 제조방법 및 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a composite woven fiber mixed with a smart composite fiber using a 3D printer, and a composite woven fiber in which a smart composite fiber is blended.
기존의 스마트 복합섬유를 이용한 복합재료는 프리프레그(prepreg) 형태나 직물 복합재 층 사이에 수작업을 통해 줄 형태로 삽입 또는 바느질 형태로 삽입하는 방식으로 제작된다. 다시 말해, 섬유 복합재의 층 사이에 일렬로 배열하거나 바느질 방식을 이용하여 복합재 사이를 관통하여 복합재에 삽입된다. 그러나 이러한 방식은 섬유 복합재에 손상을 가져오게 되어 복합재 구조물의 기계적/물리적 특성이 저하되는 원인이 되고, 스마트 복합섬유를 균일하게 배열하기 어려운 점이 있다.The composite material using the conventional smart composite fiber is manufactured by inserting or stitching in the form of a line through the prepreg shape or the fabric composite layer by hand. In other words, they are inserted into the composite material by arranging them in a line between the layers of the fiber composite or through the composite material using a stitching method. However, this method causes damage to the fiber composite material, which causes deterioration of the mechanical / physical properties of the composite structure, and it is difficult to uniformly arrange the smart composite fiber.
본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허공보 제 10-2017-0120417호에 개시되어 있다.The background technology of the present application is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0120417.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 섬유 복합재의 층 사이에 일렬로 배열하거나 수작업을 통해 줄 형태로 삽입 또는, 바느질 형태로 삽입하는 방식을 사용하지 않으면서 복합재의 물성 저하를 방지하고, 복합재의 손상 탐지 범위를 넓혀 손상 탐지 능력을 향상시킬 수 있는 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유 제조방법 및 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to prevent the deterioration of physical properties of a composite material without using a method of arranging in a line between layers of a fiber composite material, The present invention is to provide a method of manufacturing a composite weaving fiber in which a smart composite fiber is mixed with a 3D printer capable of improving the damage detection capability by widening the detection range of damage of the composite material, and a composite woven fabric in which a smart composite fiber is mixed.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.It should be understood, however, that the technical scope of the embodiments of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 복합재 직조 섬유 제조방법은, (a) 3D 프린터의 섬유 공급장치 및 직조기를 이용하여 하부 탄소 섬유층을 직조하는 단계; (b) 상기 3D 프린터의 폴리머 분사장치를 이용하여 상기 하부 탄소 섬유층 상에 하부 폴리머층을 적층하고, 상기 3D 프린터의 그래핀 입자 토출장치를 이용하여 상기 하부 폴리머층 상에 그래핀층을 형성하고, 상기 폴리머 분사장치를 이용하여 상기 그래핀층 상에 폴리머를 분사하여 상부 폴리머층을 적층하여, 스마트 복합섬유를 형성하는 단계 및 (c) 상기 섬유 공급장치 및 상기 직조기를 이용하여 상기 스마트 복합섬유 상에 상부 탄소 섬유층을 직조하는 단계를 포함할 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a composite woven fiber comprising the steps of: (a) weaving a lower carbon fiber layer using a fiber feeder and a loom of a 3D printer; (b) stacking a lower polymer layer on the lower carbon fiber layer using the polymer jetting device of the 3D printer, forming a graphene layer on the lower polymer layer using the graphene particle discharging device of the 3D printer, Forming a smart composite fiber by laminating an upper polymer layer by spraying a polymer onto the graphene layer using the polymer injector; and (c) forming a smart composite fiber on the smart composite fiber using the fiber feeder and the loom. And weaving the upper carbon fiber layer.
본원의 제2 측면에 따른 복합재 직조 섬유는 본원의 제1 측면에 따른 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.The composite woven fiber according to the second aspect of the present invention can be manufactured by a method of producing a composite woven fiber in which a smart composite fiber is mixed with a 3D printer according to the first aspect of the present invention.
본원의 제3 측면에 따른 복합재 직조 섬유는, 복수의 탄소 섬유 부재가 직조된 형태를 갖는 하부 탄소 섬유층; 상기 하부 탄소 섬유층 상에 형성되는 하부 폴리머층, 상기 하부 폴리머층 상에 형성되는 그래핀층 및 상기 그래핀층 상에 형성되는 상부 폴리머층을 포함하는 스마트 복합섬유; 및 복수의 탄소 섬유 부재가 직조된 형태를 갖고, 상기 스마트 복합섬유 상에 형성되는 상부 탄소 섬유층을 포함할 수 있다.The composite woven fiber according to the third aspect of the present application comprises: a lower carbon fiber layer having a plurality of carbon fiber members in a woven form; A smart composite fiber comprising a lower polymer layer formed on the lower carbon fiber layer, a graphene layer formed on the lower polymer layer, and an upper polymer layer formed on the graphene layer; And a top carbon fiber layer having a plurality of carbon fiber members in a woven form and being formed on the smart composite fiber.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described task solution is merely exemplary and should not be construed as limiting the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments in the drawings and the detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 3D 프린터를 이용하여 직조 구조를 이루는 하부 탄소 섬유층, 격자 형태의 패턴을 갖는 스마트 복합섬유, 직조 구조를 이루는 상부 탄소 섬유층이 순차적으로 적층되어 섬유 복합재와 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유가 제작되고, 스마트 복합섬유와의 조합에 따라 복합재 직조 섬유의 물성 저하를 방지하며 스마트 복합섬유의 패턴을 다양하게 하여 복합재 구조물의 손상 탐지 능력을 향상 시킬 수 있다.According to the above-described task solution of the present invention, a lower carbon fiber layer, a smart composite fiber having a lattice pattern, and an upper carbon fiber layer forming a woven structure are sequentially laminated using a 3D printer to form a woven structure, Composite woven fibers with mixed fibers are fabricated. By combining with smart composite fibers, it is possible to prevent deterioration of the properties of composite weave fibers and to improve the damage detection ability of composite structures by varying patterns of smart composite fibers.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 분해 개념도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 하부 탄소 섬유층의 평면도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 단면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 상부 탄소 섬유층의 평면도이다.FIG. 1 is a schematic flowchart of a method for producing a composite woven fiber in which a smart composite fiber is mixed using a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual exploded view of a composite weave fiber in which a smart composite fiber is mixed according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a lower carbon fiber layer according to one embodiment of the present application.
4 is a cross-sectional view of a composite woven fabric in which a smart composite fiber is mixed according to one embodiment of the present application.
5 is a top view of an upper carbon fiber layer according to one embodiment of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.It will be appreciated that throughout the specification it will be understood that when a member is located on another member "top", "top", "under", "bottom" But also the case where there is another member between the two members as well as the case where they are in contact with each other.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(제1 방향, 제2 방향 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들면, 도 2를 보았을 때, 전반적으로 2시-8시 방향이 제1 방향, 전반적으로 4시-10시 방향이 제2 방향 등일 수 있다.In the description of the embodiments of the present invention, terms (first direction, second direction, and the like) related to directions and positions are set based on the arrangement states of the respective structures shown in the drawings. For example, referring to FIG. 2, the 2: 00-8 o'clock direction may be the first direction, and the 4: 00-10 o'clock direction as a whole may be the second direction and the like.
본원은 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법 및 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a composite woven fiber in which a smart composite fiber is mixed using a 3D printer, and a composite woven fiber in which a smart composite fiber is blended.
본원에 따른 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법에 의한 제조된 복합재 직조 섬유는 실시간으로 구조물의 안정성 및 손상 탐지를 위한 자동차, 선박, 항공기 등 다양한 구조물에 적용 가능할 수 있다.Composite Weft Fabric Mixed with Smart Composite Fiber Using 3D Printer According to the Present Invention Composite weave fiber fabricated by the fabrication method of fiber can be applied to various structures such as automobile, ship, aircraft and the like in order to detect the stability and damage of the structure in real time .
먼저, 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법(이하 '본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법'이라 함)에 대해 설명한다.First, a method for producing a composite woven fiber in which a smart composite fiber is mixed using a 3D printer according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a " method for producing a composite woven fiber in which a smart composite fiber is mixed using the 3D printer) .
도 1은 본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법의 개략적인 순서도이다. 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 분해 개념도이다. 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 하부 탄소 섬유층의 평면도이다.FIG. 1 is a schematic flowchart of a method for producing a composite woven fiber in which a smart composite fiber is mixed using the 3D printer. FIG. 2 is a conceptual exploded view of a composite weave fiber in which a smart composite fiber is mixed according to an embodiment of the present invention. 3 is a plan view of a lower carbon fiber layer according to one embodiment of the present application.
도 1을 참조하면, 본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법은, 하부 탄소 섬유층(100)을 직조하는 단계(S100)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of fabricating a composite weave fiber in which a smart composite fiber is mixed using the 3D printer includes a step (S100) of weaving a lower
하부 탄소 섬유층(100)은 3D 프린터의 섬유 공급장치 및 직조기를 이용하여 직조될 수 있다. 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유를 제조하는 3D 프린터는 섬유 공급장치 및 섬유 직조를 위한 직조기를 포함할 수 있다. 예시적으로, 섬유 공급장치는 다발 형태의 섬유 공급장치일 수 있다. 섬유 공급장치를 통해 단일 섬유로 탄소 섬유를 공급받아 직조기를 통해 직물 형태로 하부 탄소 섬유층(100)가 직조될 수 있다.The lower
도 2 및 도 3을 참조하면, 하부 탄소 섬유층(100)은, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 하부 섬유 부재가 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 간격을 두고 배치되는 제1 하부 직조부를 포함할 수 있고, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제3 하부 섬유 부재(130)가 제2 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1) 부분에 배치되는 제3 하부 직조부를 포함할 수 있다. 제1 하부 직조부는 복수의 제1 하부 섬유 부재(110)를 포함할 수 있고, 제3 하부 직조부는 복수의 제3 하부 섬유 부재(130)를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1)은 제3 하부 섬유 부재(130)의 폭 이상일 수 있다. 여기서, 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1)은 제1 하부 섬유 부재(110)의 폭 방향 끝단 사이의 간격일 수 있다. 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1)은 제3 하부 섬유 부재(130)의 폭 이상이므로 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이에 제3 하부 섬유 부재(130)가 배치될 수 있으며 제1 하부 섬유 부재(110)와 제3 하부 섬유 부재(130)가 제1 방향으로 번갈아 배치될 수 있다. 예시적으로, 제3 하부 섬유부재(130)의 폭 방향 끝단이 이웃하는 제1 하부 섬유 부재(110)의 폭 방향 끝단과 접해있어 제1 하부 섬유 부재(110)와 제3 하부 섬유 부재(130)의 사이가 촘촘하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1)이 제3 하부 섬유 부재(130)의 폭보다 크게 설정되어 제1 하부 섬유 부재(110)와 이웃하는 제3 하부 섬유 부재(130) 사이의 일정 이상 간격이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the lower
도 2 및 도 3을 참조하면, 하부 탄소 섬유층(100)은, 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 하부 섬유 부재(120)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는 제2 하부 직조부를 포함할 수 있고, 하부 탄소 섬유층(100)은, 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제4 하부 섬유 부재(140)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이의 간격(S2) 부분에 배치되는 제4 하부 직조부를 포함할 수 있다. 제2 하부 직조부는 복수의 제2 하부 섬유 부재(120)를 포함할 수 있고, 제4 하부 직조부는 복수의 제4 하부 섬유 부재(140)를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이의 간격(S2)은 제4 하부 섬유 부재(140)의 폭 이상일 수 있다. 여기서, 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이의 간격(S2)은 제2 하부 섬유 부재(120)의 폭 방향 끝단 사이의 간격일 수 있다. 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이의 간격(S2)은 제4 하부 섬유 부재(140)의 폭 이상이므로 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이에 제4 하부 섬유 부재(140)가 배치될 수 있으며 제2 하부 섬유 부재(120)와 제4 하부 섬유 부재(140)가 제2 방향으로 번갈아 배치될 수 있다. 예시적으로, 제4 하부 섬유부재(140)의 폭 방향 끝단이 이웃하는 제2 하부 섬유 부재(120)의 폭 방향 끝단과 접해있어 제2 하부 섬유 부재(120)와 제4 하부 섬유 부재(140)의 사이가 촘촘하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 하부 섬유 부재(120) 사이의 간격(S2)이 제4 하부 섬유 부재(140)의 폭보다 크게 설정되어 제2 하부 섬유 부재(120)와 이웃하는 제4 하부 섬유 부재(140) 사이의 일정 이상 간격이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the lower
제1 하부 직조부 내지 상기 제4 하부 직조부는 직조 구조를 이룰 수 있다. 직조는 세로실의 날실과 가로실의 씨실을 직각으로 교차하여 엮어내 직물을 만드는 작업이다. 예시적으로, 하부 탄소 섬유층(100)은 날실에 대응하는 제1 하부 섬유 부재(110) 및 제3 하부 섬유 부재(130)와 씨실에 대응하는 제2 하부 섬유 부재(120) 및 제4 하부 섬유 부재(140)가 직각으로 교차되어 도 3에 도시된 바와 같은 직조 구조를 이룰 수 있다. 다만, 이에만 한정된 것은 아니며, 제2 하부 섬유 부재(120) 및 제4 하부 섬유 부재(140)가 날실에 대응하고, 제1 하부 섬유 부재(110) 및 제3 하부 섬유 부재(120)가 씨실에 대응할 수 있다.The first lower weave portion to the fourth lower weave portion may have a weave structure. Weaving is the work of making weave by crossing weft yarn of vertical yarn and weft yarn of cross yarn at right angle. Illustratively, the lower
도 2및 도 3을 참조하면, 직조 구조는, 제2 하부 섬유 부재(120)가 제1 하부 섬유 부재(110)의 하측을 가로지르고 제3 하부 섬유 부재(130)의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있다. 제2 하부 섬유 부재(120)는 제1 하부 섬유 부재(110)의 하측과 제3 하부 섬유 부재(130)의 상측을 번갈아 가로지르도록 배치되어 도 3에 도시된 바와 같은 직조 구조를 이룰 수 있다.2 and 3, the weave structure is configured such that the second
또한, 제4 하부 섬유 부재(140)가 제3 하부 섬유 부재(130)의 하측을 가로지르고 제1 하부 섬유 부재(110)의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있다. 제4 하부 섬유 부재(140)는 제1 하부 섬유 부재(110)의 상측과 제3 하부 섬유 부재(130)의 하측을 번갈아 가로지르도록 배치되어 도 3에 도시된 바와 같은 직조 구조를 이룰 수 있다. 다만 이에만 한정된 것은 아니며, 제2 하부 섬유 부재(120)가 제1 하부 섬유 부재(110)의 상측을 가로지르고 제3 하부 섬유 부재(130)의 하측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있고, 제4 하부 섬유 부재(140)가 제3 하부 섬유 부재(130)의 상측을 가로지르고 제1 하부 섬유 부재(110)의 하측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수도 있다.In addition, the fourth lower
도 1을 참조하면, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법은, 스마트 복합섬유(200)를 형성하는 단계(S200)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for fabricating a composite woven fiber in which a smart composite fiber is mixed using a 3D printer includes forming a smart composite fiber 200 (S200).
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 단면도이다. 도4를 참조하면, 스마트 복합섬유(200)는, 3D 프린터의 폴리머 분사장치를 이용하여 하부 탄소 섬유층(100) 상에 하부 폴리머층(210)을 적층할 수 있다. 다시 말해, 하부 폴리머층(210)은 복수의 제1 내지 제4 하부 섬유 부재(110, 120, 130, 140) 상에 적층 형성될 수 있다.4 is a cross-sectional view of a composite woven fabric in which a smart composite fiber is mixed according to one embodiment of the present application. Referring to FIG. 4, the smart
스마트 복합섬유(200)가 혼합된 복합재 직조 섬유를 제조하는 3D 프린터는 스마트 복합섬유(200)인 그래핀 복합섬유를 제작하기 위한 폴리머 분사장치를 포함할 수 있다. 3D 프린터의 폴리머 분사장치를 이용하여 스마트 복합섬유(200)의 배열 형상에 따라 제1 내지 제4 하부 섬유 부재(110, 120, 130, 140) 상에 폴리머를 분사하여 하부 폴리머층(210)을 적층할 수 있다.The 3D printer for producing the composite woven fiber in which the smart
또한, 하부 탄소 섬유층(100)의 직조 구조는 복수의 탄소 섬유 부재 사이에 홀(150)이 형성되는 구조일 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 내지 제4 하부 섬유 부재(110, 120, 130, 140)가 하부 탄소 섬유층(100)의 직조 구조를 이루면서 제1 내지 제4 하부 섬유 부재(110, 120, 130, 140) 사이에 홀(150)이 형성될 수 있다. S200 단계에서, 폴리머 분사장치는 홀(150)을 메우도록 폴리머를 분사할 수 있다. 폴리머 분사장치가 홀(150) 상에 폴리머를 분사할 때, 폴리머 분사장치는 하부 탄소 섬유층(100)에 형성된 홀(150)을 메우며 하부 폴리머층(210)을 적층할 수 있다.The weave structure of the lower
이때, 도 3을 참조하면, 홀(150)의 크기는 하부 폴리머층(100)을 형성하는 폴리머가 홀(150) 상에 분사되었을 때 홀(150)을 통과하여 이탈되지 않는 크기로 설정될 수 있다. 홀(150)의 크기가 일정크기 이상이 되고 홀(150) 상에 폴리머가 분사되면, 홀(150)을 메우지 못하고 홀(150)을 통과하여 홀(150)이 그대로 남아있게 되어 하부 폴리머층(100)을 형성할 수 없다. 따라서 홀(150)의 크기는 폴리머가 경화되기 전 폴리머가 홀(150)을 메울 수 있을 정도의 크기로 설정됨이 바람직할 수 있다. 예시적으로, 홀(150)의 크기는 제1 하부 섬유부재(110)와 이웃하는 제3 하부 섬유부재(130) 사이의 간격과 제2 하부 섬유부재(120)와 이웃하는 제4 하부 섬유부재(140) 사이의 간격을 조절하여 설정할 수 있다.3, the size of the
또한, 도 4를 참조하면, 그래핀층(220)은 하부 폴리머층(210) 상에 적층 형성될 수 있다. 다시 말해, 3D 프린터의 그래핀 입자 토출장치를 이용하여 하부 폴리머층(210) 상에 그래핀층(220)을 형성할 수 있다. 스마트 복합섬유(200)가 혼합된 복합재 직조 섬유를 제조하는 3D 프린터는 그래핀 입자 토출장치를 포함할 수 있다. 그래핀 입자 토출장치에서 토출된 그래핀 입자가 하부 폴리머층(210) 상에 부착되어 그래핀층(220)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
S200 단계에서, 3D 프린터의 그래핀 입자 토출장치는 흑연봉으로부터 그래핀 입자를 제공받아 토출할 수 있다. 예시적으로, 그래핀 입자 토출장치는 연필심 형태의 흑연봉을 통해 그래핀 입자를 얻을 수 있다. 그래핀 입자는 연필심으로 사용되는 흑연을 통해 추출할 수 있는데 연필심으로 사용되는 흑연으로부터 투명 테이프 등을 이용하여 쉽게 얻을 수 있다.In step S200, the graphene particle discharging device of the 3D printer can supply graphene particles from the blackening rod and discharge the graphene particles. Illustratively, the graphene particle discharging apparatus can obtain graphene grains through a pencil lead-shaped black rods. Graphene grains can be extracted through graphite which is used as a pencil lead. It can be easily obtained from graphite used as a pencil lead by using transparent tape or the like.
S200 단계에서, 그래핀층(220)은 하부 폴리머층(210)에 대하여 융착되도록 하부 폴리머층(210)이 경화되기 전에 하부 폴리머층(210) 상에 적층될 수 있다.In step S200, the
그래핀층(220)은 하부 폴리머층(210)이 자연경화되기 전인 미경화 상태에서 하부 폴리머층(210)이 분사된 경로를 따라 하부 폴리머층(210)에 분말 형태로 부착될 수 있다. 그래핀층(220)이 하부 폴리머층(210)에 부착되고 하부 폴리머층(210)이 자연적으로 경화되어 그래핀층(220)이 하부 폴리머층(210)에 융착될 수 있다. 다시 말해, 분사된 경로를 따라 분말 형태의 그래핀 입자를 부착하면 폴리머가 경화되어 그래핀 입자가 폴리머에 융착될 수 있다. 연필심과 같은 흑연봉으로부터 그래핀 입자를 얻을 수 있기 때문에, 그래핀 입자 제조를 위한 별도의 과정이나 장치없이 3D 프린터에 부착된 흑연봉을 이용하여 쉽게 폴리머에 융착시켜 전기전도성을 가지는 복합섬유를 제작할 수 있다.The
도 4를 참조하면, 상부 폴리머층(230)은 그래핀층(220)을 덮도록 그래핀층(220) 상에 적층 형성될 수 있다. 다시 말해, 폴리머 분사장치를 이용하여 그래핀층(220) 상에 폴리머를 분사하여 상부 폴리머층(230)을 적층하여 형성될 수 있다. 3D 프린터의 폴리머 분사장치를 이용하여 그래핀층(220)을 덮도록 폴리머를 분사하여 상부 폴리머층(230)을 적층할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
상부 폴리머층(220)은 하부 폴리머층(210)이 경화되어 그래핀층(220)이 하부 폴리머층(210)에 융착된 다음 그래핀층(220) 상에 적층되는 것이 바람직할 수 있지만 이에만 한정된 것은 아니며, S200 단계에서, 상부 폴리머층(230)은 하부 폴리머층(210) 및 그래핀층(220)에 대하여 융착되도록 하부 폴리머층(210)이 경화되기 전에 그래핀층(220) 상에 적층될 수 있다. 상부 폴리머층(220)은 그래핀 입자가 하부 폴리머층(210)에 융착되기 전인 하부 폴리머층(210)의 미경화 상태에서 그래핀층(220) 상에 적층될 수 있다. 그 후에 하부 폴리머층(210)과 상부 폴리머층(230)은 UV나 열풍에 의해 경화되어 그래핀층(220)이 하부 폴리머층(210)과 상부 폴리머층(230)에 융착될 수 있고, 폴리머층 간에도 융착될 수 있다.The
스마트 복합섬유(200)는 하부 탄소 섬유층(100)의 직조가 완료되면 하부 탄소 섬유층(100) 위에 하부 폴리머층(210), 그래핀층(220) 및 상부 폴리머층(230)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 다시 말해, 직조가 완료된 하부 탄소 섬유층(100) 위에 스마트 복합섬유(200)인 그래핀 복합섬유가 순차적으로 배열될 수 있다. 스마트 복합섬유(200)는 3D 프린터를 이용하여 얇은 2차원 면인 하부 폴리머층(210), 그래핀층(220) 및 상부 폴리머층(230)을 층층이 쌓아 3차원 형태의 입체 구조물로 제작될 수 있다. 스마트 복합섬유(200)는 폴리머 계열의 코어에 그래핀(Graphene)을 첨가한 복합섬유를 적용한다. 그래핀층을 포함하는 스마트 복합섬유(200)는 전기 전도성을 가질 수 있다. 이에 의해 외부 하중에 의해 복합재료의 변형 및 손상을 스마트 섬유의 저항과 정전용량 변동 데이터를 모니터링 함으로써 복합재의 손상여부를 탐지할 수 있다.The smart
스마트 복합섬유(200)는, 격자 형태의 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 스마트 복합섬유(200)는 하부 탄소 섬유층(100) 상에 안착되도록 적층될 수 있고, 또한, 제1 하부 섬유 부재(110)와 제3 하부 섬유 부재(130) 및 제2 하부 섬유 부재(120)와 제4 하부 섬유 부재(140) 사이를 지나가게 적층될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 스마트 복합섬유(200)의 패턴 형태는 직조 구조의 패턴 형태와는 독립적으로, 구조물의 안정성 및 손상 탐지에 적합하다고 생각되는 간격 또는 패턴으로 설정될 수 있다. 따라서 하부 폴리머층(210)은 상기 설정된 패턴의 형상에 따라 폴리머를 분사하여 하부 폴리머층(210)을 적층하고, 그 위에 그래핀층(220) 및 상부 폴리머층(230)이 순차적으로 적층될 수 있다. 이에 따라 스마트 섬유(200)는 섬유 사이에 일정한 간격 및 특정 패턴을 가져 복합재 구조물의 손상 탐지 능력을 향상시킬 수 있다.The smart
도 1을 참조하면, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법은, 상부 탄소 섬유층(300)을 직조하는 단계(S300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of fabricating a composite woven fabric in which a smart composite fiber is mixed using a 3D printer includes a step (S300) of weaving an upper
상부 탄소 섬유층(300)은 섬유 공급장치 및 직조기를 이용하여 스마트 복합섬유(200) 상에 직조될 수 있다. 예시적으로, 섬유 공급장치는 다발 형태의 섬유 공급장치일 수 있다. 섬유 공급장치를 통해 단일 섬유로 탄소 섬유를 공급받아 직조기를 통해 직물 형태로 상부 탄소 섬유층(300)가 직조될 수 있다.The upper
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 상부 탄소 섬유층의 평면도이다.5 is a top view of an upper carbon fiber layer according to one embodiment of the present application.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상부 탄소 섬유층(300)은, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 상부 섬유 부재가 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 간격을 두고 배치되는 제1 상부 직조부를 포함할 수 있고, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제3 상부 섬유 부재(330)가 제2 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격(S3) 부분에 배치되는 제3 상부 직조부를 포함할 수 있다. 제1 상부 직조부는 복수의 제1 상부 섬유 부재(310)를 포함할 수 있고, 제3 상부 직조부는 복수의 제3 상부 섬유 부재(330)를 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격(S3)은 제3 상부 섬유 부재(330)의 폭 이상일 수 있다. 여기서, 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격(S3)은 제1 상부 섬유 부재(310)의 폭 방향 끝단 사이의 간격일 수 있다. 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격(S3)은 제3 상부 섬유 부재(330)의 폭 이상이므로 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이에 제3 상부 섬유 부재(330)가 배치될 수 있으며 제1 상부 섬유 부재(310)와 제3 상부 섬유 부재(330)가 제1 방향으로 번갈아 배치될 수 있다. 예시적으로, 제3 상부 섬유부재(330)의 폭 방향 끝단이 이웃하는 제1 상부 섬유 부재(310)의 폭 방향 끝단과 접해있어 제1 상부 섬유 부재(310)와 제3 상부 섬유 부재(330)의 사이가 촘촘하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격(S3)이 제3 상부 섬유 부재(330)의 폭보다 크게 설정되어 제1 상부 섬유 부재(310)와 이웃하는 제3 상부 섬유 부재(330) 사이의 일정 이상 간격이 형성될 수 있다.2 and 5, the upper
도 2 및 도 5를 참조하면, 상부 탄소 섬유층(300)은, 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 상부 섬유 부재(320)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는 제2 상부 직조부를 포함할 수 있고, 상부 탄소 섬유층(300)은, 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제4 상부 섬유 부재(340)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이의 간격(S4) 부분에 배치되는 제4 상부 직조부를 포함할 수 있다. 제2 상부 직조부는 복수의 제2 상부 섬유 부재(320)를 포함할 수 있고, 제4 상부 직조부는 복수의 제4 상부 섬유 부재(340)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이의 간격(S4)은 제4 상부 섬유 부재(340)의 폭 이상일 수 있다. 여기서, 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이의 간격(S4)은 제2 상부 섬유 부재(320)의 폭 방향 끝단 사이의 간격일 수 있다. 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이의 간격(S4)은 제4 상부 섬유 부재(340)의 폭 이상이므로 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이에 제4 상부 섬유 부재(340)가 배치될 수 있으며 제2 상부 섬유 부재(320)와 제4 상부 섬유 부재(340)가 제1 방향으로 번갈아 배치될 수 있다. 예시적으로, 제4 상부 섬유부재(340)의 폭 방향 끝단이 이웃하는 제2 상부 섬유 부재(320)의 폭 방향 끝단과 접해있어 제2 상부 섬유 부재(320)와 제4 상부 섬유 부재(340)의 사이가 촘촘하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 상부 섬유 부재(320) 사이의 간격(S4)이 제4 상부 섬유 부재(340)의 폭보다 크게 설정되어 제2 상부 섬유 부재(320)와 이웃하는 제4 상부 섬유 부재(340) 사이의 일정 이상 간격이 형성될 수 있다.2 and 5, the upper
제1 상부 직조부 내지 상기 제4 상부 직조부는 직조 구조를 이룰 수 있다. 예시적으로, 상부 탄소 섬유층(300)은 날실에 대응하는 제1 상부 섬유 부재(310) 및 제3 상부 섬유 부재(330)와 씨실에 대응하는 제2 상부 섬유 부재(320) 및 제4 상부 섬유 부재(340)가 직각으로 교차되어 도 4에 도시된 바와 같은 직조 구조를 이룰 수 있다. 다만, 이에만 한정된 것은 아니며, 제2 상부 섬유 부재(320) 및 제4 상부 섬유 부재(340)가 날실에 대응하고, 제1 상부 섬유 부재(310) 및 제3 상부 섬유 부재(320)가 씨실에 대응할 수 있다.The first upper weave portion to the fourth upper weave portion may have a woven structure. Illustratively, the upper
도 2및 도 5를 참조하면, 직조 구조는, 제2 상부 섬유 부재(320)가 제1 상부 섬유 부재(310)의 하측을 가로지르고 제3 상부 섬유 부재(330)의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있다. 제2 상부 섬유 부재(320)는 제1 상부 섬유 부재(310)의 하측과 제3 상부 섬유 부재(330)의 상측을 번갈아 가로지르도록 배치되어 도 4에 도시된 바와 같은 직조 구조를 이룰 수 있다.2 and 5, the woven structure is arranged such that the second upper
또한, 제4 상부 섬유 부재(340)가 제3 상부 섬유 부재(330)의 하측을 가로지르고 제1 상부 섬유 부재(310)의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있다. 제4 상부 섬유 부재(340)는 제1 상부 섬유 부재(310)의 상측과 제3 상부 섬유 부재(330)의 하측을 번갈아 가로지르도록 배치되어 도 4에 도시된 바와 같은 직조 구조를 이룰 수 있다. 다만 이에만 한정된 것은 아니며, 제2 상부 섬유 부재(320)가 제1 상부 섬유 부재(310)의 상측을 가로지르고 제3 상부 섬유 부재(330)의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있고, 제4 상부 섬유 부재(340)가 제3 상부 섬유 부재(330)의 상측을 가로지르고 제1 상부 섬유 부재(310)의 하측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수도 있다.Further, the fourth upper
복수의 제1 내지 제4 상부 섬유 부재(310, 320, 330, 340)는 스마트 복합섬유(200)의 패턴 형태에 대응하여 스마트 복합섬유(200) 상에 직조될 수 있다. 예시적으로, 스마트 복합섬유(200)가 하부 탄소 섬유층(100) 상에 안착되도록 적층되었을 때, 복수의 제1 내지 제4 상부 섬유 부재(310, 320, 330, 340)는 스마트 복합섬유(200)의 상에 직조될 수 있다. 또한, 스마트 복합섬유(200)가 제1 하부 섬유 부재(110)와 제3 하부 섬유 부재(130) 및 제2 하부 섬유 부재(120)와 제4 하부 섬유 부재(140) 사이를 지나가게 적층되었을 때, 스마트 복합섬유(200)가 제1 상부 섬유 부재(310)와 제3 상부 섬유 부재(330) 및 제2 상부 섬유 부재(320)와 제4 상부 섬유 부재(340) 사이를 지나가도록 상부 탄소 섬유층(300)이 적층될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 스마트 복합섬유(200)의 패턴 형태에 대응하여 상부 탄소 섬유층(300)이 적층될 수 있다.The plurality of first to fourth upper
본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법에 따르면 하부 탄소 섬유층(100)의 직조가 완료되면 직조된 하부 탄소 섬유층(100) 위에 그래핀 복합섬유인 하부 폴리머층(210), 그래핀층(220), 상부 폴리머층(220)이 순차적으로 배열이 되고 그 위에 탄소 섬유를 이용하여 상부 탄소 섬유층(300)을 직물 형태로 직조하여 3차원 형태의 복합재료를 제작한다. 다시 말해, 탄소 섬유가 직물 형태로 직조가 완료되면, 상부에 스마트 섬유를 직조시키고 다시 그 위에 탄소 섬유가 직조될 수 있고, 섬유 복합재 구조물의 손상을 탐지하기 위해 전기 전도성을 가지는 스마트 복합섬유를 섬유 복합재에 삽입하여 일체화된 직조 복합재를 제작할 수 있다. 도 2를 참조하면, 스마트 섬유(200)가 탄소 섬유 복합재 층(하부 탄소 섬유층(100)과 상부 탄소 섬유층(200)) 사이에 삽입된 형태일 수 있다.According to the method of manufacturing the composite weave fiber in which the smart composite fiber is mixed with the 3D printer, when the lower
본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법은 스마트 섬유를 복합재에 적용하기 위해 3D 프린터를 통해 탄소 섬유를 직조함과 동시에 섬유의 사이에 일정한 간격, 특정 패턴을 가지는 스마트 섬유를 삽입한다. 3D 프린터에 섬유 직조기를 결합하여 복합 섬유 삽입 패턴을 다양하게 할 수 있으며, 섬유 복합재 직조와 동시에 손상 탐지용 복합섬유를 삽입하여 일체화시킴으로써 섬유 복합재의 손상 탐지 범위를 넓힐 수 있는 이점이 있다.In order to apply Smart Fibers to composite materials, it is necessary to weave carbon fibers through a 3D printer, and at the same time to form smart fibers . It is possible to combine a fiber loom with a 3D printer to vary the complex fiber insertion pattern, and by inserting and integrating the fiber for damage detection at the same time as the fiber composite weaving, there is an advantage that the damage detection range of the fiber composite can be widened.
한편, 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유(이하 '본 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유'라 함)(1)에 대해 설명한다. 다만, 본 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유(1)는 상술한 본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법에 의해 제조될 수 있는 복합재 직조 섬유로서, 본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법과 동일하거나 상응하는 기술적 특징 및 구성을 공유한다. 따라서, 본 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하며, 동일 내지 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.Hereinafter, a composite woven fiber (hereinafter, referred to as 'composite woven fiber in which the present smart composite fibers are mixed') mixed with a smart composite fiber according to one embodiment of the present invention will be described. However, the composite weave fiber 1 in which the present smart composite fiber is mixed is a composite weave fiber that can be produced by the method of producing the composite weave fiber in which the smart composite fiber is mixed using the 3D printer described above. The same or corresponding technical features and configurations as those of the composite woven fiber fabrics mixed with the used smart composite fibers are shared. Therefore, a description overlapping with the description of the method of manufacturing the composite woven fiber in which the smart composite fiber using the 3D printer is mixed will be simplified or omitted, and the same reference numerals will be used for the same or similar components.
도 2를 참조하면, 본 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유(1)는 복수의 탄소 섬유 부재가 직조된 형태를 갖는 하부 탄소 섬유층(100)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the composite woven fiber 1 in which the present smart composite fiber is mixed may include a lower
도2 및 도3을 참조하면, 하부 탄소 섬유층(100)은, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 하부 섬유 부재(110)가 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 간격을 두고 배치되는 제1 하부 직조부, 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 하부 섬유 부재(120)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는 제2 하부 직조부, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제3 하부 섬유 부재(130)가 제2 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1) 부분에 배치되는 제3 하부 직조부 및 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제4 하부 섬유 부재(140)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제2 하부 섬유 부재 사이(120)의 간격(S2) 부분에 배치되는 제4 하부 직조부롤 포함하고, 제1 하부 직조부 내지 제4 하부 직조부는 직조 구조를 이룰 수 있다. 직조 구조는, 제2 하부 섬유 부재(120)가 제1 하부 섬유 부재(110)의 하측을 가로지르고 제3 하부 섬유 부재(130)의 상측을 가로지르도록 배치되고, 제4 하부 섬유 부재(140)가 제3 하부 섬유 부재(130)의 하측을 가로지르고 제1 하부 섬유 부재의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있다. 다만 이에만 한정된 것은 아니며 이러한 제1 하부 섬유부재(110), 제2 하부 섬유부재(120), 제3 하부 섬유부재(130) 및 제4 하부 섬유부재(140)가 이루는 직조구조에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.2 and 3, the lower
도 3을 참조하면, 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1)은 제3 하부 섬유 부재(130)의 폭 이상일 수 있다. 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이의 간격(S1)은 제3 하부 섬유 부재(130)의 폭 이상이므로 복수의 제1 하부 섬유 부재(110) 사이에 제3 하부 섬유 부재(130)가 배치될 수 있으며 제1 하부 섬유 부재(110)와 제3 하부 섬유 부재(130)가 제1 방향으로 번갈아 배치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이의 간격(S2)은 제4 하부 섬유 부재(140)의 폭 이상일 수 있다. 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이의 간격(S2)은 제4 하부 섬유 부재(140)의 폭 이상이므로 복수의 제2 하부 섬유 부재(120) 사이에 제4 하부 섬유 부재(140)가 배치될 수 있으며 제2 하부 섬유 부재(120)와 제4 하부 섬유 부재(140)가 제2 방향으로 번갈아 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3, the spacing S 1 between the plurality of first lower
또한, 도 2를 참조하면, 본 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유(1)는 하부 탄소 섬유층(100) 상에 형성되는 하부 폴리머층(210), 하부 폴리머층(210) 상에 형성되는 그래핀층(220) 및 그래핀층(220) 상에 형성되는 상부 폴리머층(230)을 포함하는 스마트 복합섬유(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the composite woven fiber 1 in which the present smart composite fibers are mixed is formed of a
하부 폴리머층(210)은 복수의 제1 내지 제4 하부 섬유 부재(110, 120, 130, 140) 상에 적층 형성될 수 있다. 스마트 복합섬유(200)의 배열 형상에 따라 제1 내지 제4 하부 섬유 부재(110, 120, 130, 140) 상에 폴리머를 분사하여 하부 폴리머층(210)을 적층할 수 있다.The
또한, 하부 탄소 섬유층(100)의 직조 구조는 복수의 탄소 섬유 부재 사이에 홀이 형성되는 구조이고, 홀(150)의 크기는 하부 폴리머층(100)을 형성하는 폴리머가 홀(150) 상에 분사되었을 때 홀(150)을 통과하여 이탈되지 않는 크기로 설정될 수 있다. 홀(150)의 크기가 일정크기 이상이 되고 홀(150) 상에 폴리머가 분사되면, 홀(150)을 메우지 못하고 홀(150)을 통과하여 홀(150)이 그대로 남아있게 되어 하부 폴리머층(100)을 형성할 수 없다. 따라서 홀(150)의 크기는 폴리머가 경화되기 전 폴리머가 홀(150)을 메울 수 있을 정도의 크기로 설정됨이 바람직할 수 있다. 또한, 후술할 상부 탄소 섬유층(100)의 직조 구조 또한 상술한 하부 탄소 섬유층(100)과 동일 또는 유사하게 대응될 수 있다.The weave structure of the lower
도 4를 참조하면, 그래핀층(220)은 하부 폴리머층(210) 상에 적층 형성될 수 있다. 그래핀층(220)이 하부 폴리머층(210)에 부착되고 하부 폴리머층(210)이 자연적으로 경화되어 그래핀층(220)이 하부 폴리머층(210)에 융착될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
도 4를 참조하면, 상부 폴리머층(230)은 그래핀층(220)을 덮도록 그래핀층(220) 상에 적층 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the
또한, 그래핀층(220)은 하부 폴리머층(210) 및 상부 폴리머층(220)과 융착 결합되도록 연결될 수 있다. 상부 폴리머층(220)은 하부 폴리머층(210)이 경화되어 그래핀층(220)이 하부 폴리머층(210)에 융착된 다음 그래핀층(220) 상에 적층되는 것이 바람직할 수 있지만 이에만 한정된 것은 아니며, 상부 폴리머층(220)은 그래핀 입자가 하부 폴리머층(210)에 융착되기 전인 하부 폴리머층(210)의 미경화 상태에서 그래핀층(220) 상에 적층될 수 있다.The
스마트 복합섬유(200)는, 격자 형태의 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 스마트 복합섬유(200)는 하부 탄소 섬유층(100) 상에 안착되도록 적층될 수 있고, 또한, 제1 하부 섬유 부재(110)와 제3 하부 섬유 부재(130) 및 제2 하부 섬유 부재(120)와 제4 하부 섬유 부재(140) 사이를 지나가게 적층될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 스마트 복합섬유(200)의 패턴 형태는 직조 구조의 패턴 형태와는 독립적으로, 구조물의 안정성 및 손상 탐지에 적합하다고 생각되는 간격 또는 패턴으로 설정될 수 있다. 따라서 하부 폴리머층(210)은 상기 설정된 패턴의 형상에 따라 폴리머를 분사하여 하부 폴리머층(210)을 적층하고, 그 위에 그래핀층(220) 및 상부 폴리머층(230)이 순차적으로 적층될 수 있다. 스마트 복합섬유(200)에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The smart
또한, 도 2를 참조하면, 본 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유(1)는 복수의 탄소 섬유 부재가 직조된 형태를 갖고, 스마트 복합섬유(200) 상에 형성되는 상부 탄소 섬유층(300)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the composite woven fabric 1 in which the present smart composite fibers are mixed includes a top
도 2 및 도 5를 참조하면, 상부 탄소 섬유층(300)은, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 상부 섬유 부재(310)가 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 간격을 두고 배치되는 제1 상부 직조부, 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 상부 섬유 부재(320)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는 제2 상부 직조부, 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제3 상부 섬유 부재(330)가 제2 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격 부분에 배치되는 제3 상부 직조부, 및 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제4 상부 섬유 부재(340)가 제1 방향으로 간격을 두고 배치되되, 복수의 제2 상부 섬유 부재 사이(320)의 간격 부분에 배치되는 제4 상부 직조부롤 포함하고, 제1 상부 직조부 내지 상기 제4 상부 직조부는 직조 구조를 이룰 수 있다. 직조 구조는, 제2 상부 섬유 부재(320)가 제1 상부 섬유 부재(310)의 하측을 가로지르고 제3 상부 섬유 부재(330)의 상측을 가로지르도록 배치되고, 제4 상부 섬유 부재(340)가 제3 상부 섬유 부재(330)의 하측을 가로지르고 제1 상부 섬유 부재(310)의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조일 수 있다. 다만 이에만 한정된 것은 아니며 이러한 제1 상부 섬유부재(310), 제2 상부 섬유부재(320), 제3 상부 섬유부재(330) 및 제4 상부 섬유부재(340)가 이루는 직조구조에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.2 and 5, the upper
도 5를 참조하면, 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격(S3)은 제3 상부 섬유 부재(330)의 폭 이상일 수 있다. 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이의 간격(S3)은 제3 상부 섬유 부재(330)의 폭 이상이므로 복수의 제1 상부 섬유 부재(310) 사이에 제3 상부 섬유 부재(330)가 배치될 수 있으며 제1 상부 섬유 부재(310)와 제3 상부 섬유 부재(330)가 제1 방향으로 번갈아 배치될 수 있다5, the interval S 3 between the plurality of first upper
도 5를 참조하면, 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이의 간격(S4)은 제4 상부 섬유 부재(340)의 폭 이상일 수 있다. 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이의 간격(S4)은 제4 상부 섬유 부재(340)의 폭 이상이므로 복수의 제2 상부 섬유 부재(320) 사이에 제4 상부 섬유 부재(340)가 배치될 수 있으며 제2 상부 섬유 부재(320)와 제4 상부 섬유 부재(340)가 제1 방향으로 번갈아 배치될 수 있다.5, the interval S 4 between the plurality of second top
또한, 복수의 제1 내지 제4 상부 섬유 부재(310, 320, 330, 340)는 상기 스마트 복합섬유의 패턴 형태에 대응하여 스마트 복합섬유(200에 직조될 수 있다. 예시적으로, 스마트 복합섬유(200)가 하부 탄소 섬유층(100) 상에 안착되도록 적층되었을 때, 복수의 제1 내지 제4 상부 섬유 부재(310, 320, 330, 340)는 스마트 복합섬유(200)의 상에 직조될 수 있다. 또한, 스마트 복합섬유(200)가 제1 하부 섬유 부재(110)와 제3 하부 섬유 부재(130) 및 제2 하부 섬유 부재(120)와 제4 하부 섬유 부재(140) 사이를 지나가게 적층되었을 때, 스마트 복합섬유(200)가 제1 상부 섬유 부재(310)와 제3 상부 섬유 부재(330) 및 제2 상부 섬유 부재(320)와 제4 상부 섬유 부재(340) 사이를 지나가도록 상부 탄소 섬유층(300)이 적층될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 스마트 복합섬유(200)의 패턴 형태에 대응하여 상부 탄소 섬유층(300)이 적층될 수 있다.The plurality of first to fourth upper
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
1: 복합재 직조 섬유
100: 하부 탄소 섬유층
110: 제1 하부 섬유 부재
120: 제2 하부 섬유 부재
130: 제3 하부 섬유 부재
140: 제4 하부 섬유 부재
150: 홀
200: 스마트 복합섬유
210: 하부 폴리머층
220: 그래핀층
230: 상부 폴리머층
300: 상부 탄소 섬유층
310: 제1 상부 섬유 부재
320: 제2 상부 섬유 부재
330: 제3 상부 섬유 부재
340: 제4 상부 섬유 부재1: Composite textile fiber
100: Lower carbon fiber layer
110: first lower fiber member
120: second lower fiber member
130: third lower fiber member
140: fourth lower fibrous member
150: hole
200: Smart Composite Fiber
210: Lower polymer layer
220: graphene layer
230: upper polymer layer
300: upper carbon fiber layer
310: first upper fiber member
320: second upper fiber member
330: third upper fiber member
340: fourth upper fibrous member
Claims (15)
(a) 3D 프린터의 섬유 공급장치 및 직조기를 이용하여 하부 탄소 섬유층을 직조하는 단계;
(b) 상기 3D 프린터의 폴리머 분사장치를 이용하여 상기 하부 탄소 섬유층 상에 하부 폴리머층을 적층하고, 상기 3D 프린터의 그래핀 입자 토출장치를 이용하여 상기 하부 폴리머층 상에 그래핀층을 형성하고, 상기 폴리머 분사장치를 이용하여 상기 그래핀층 상에 폴리머를 분사하여 상부 폴리머층을 적층하여, 스마트 복합섬유를 형성하는 단계 및
(c) 상기 섬유 공급장치 및 상기 직조기를 이용하여 상기 스마트 복합섬유 상에 상부 탄소 섬유층을 직조하는 단계를 포함하는, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.CLAIMS What is claimed is:
(a) weaving a lower carbon fiber layer using a fiber feeder and a loom of a 3D printer;
(b) stacking a lower polymer layer on the lower carbon fiber layer using the polymer jetting device of the 3D printer, forming a graphene layer on the lower polymer layer using the graphene particle discharging device of the 3D printer, Jetting a polymer onto the graphene layer using the polymer jetting apparatus to form an upper polymer layer to form a smart composite fiber; and
(c) weaving the upper carbon fiber layer on the smart composite fiber using the fiber supply device and the loom.
상기 (b) 단계에서, 상기 그래핀층은 상기 하부 폴리머층에 대하여 융착되도록 상기 하부 폴리머층이 경화되기 전에 상기 하부 폴리머층 상에 적층되는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein in the step (b), the graphene layer is laminated on the lower polymer layer before the lower polymer layer is cured so as to be fused to the lower polymer layer. Method of making fiber.
상기 (b) 단계에서, 상기 상부 폴리머층은 상기 하부 폴리머층 및 상기 그래핀층에 대하여 융착되도록 상기 하부 폴리머층이 경화되기 전에 상기 그래핀층 상에 적층되는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the upper polymer layer is laminated on the graphene layer before the lower polymer layer is fused to the lower polymer layer and the graphene layer in the step (b). Composite composite woven fibers.
상기 하부 탄소 섬유층은,
제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 하부 섬유 부재가 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 간격을 두고 배치되는 제1 하부 직조부;
상기 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 하부 섬유 부재가 상기 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는 제2 하부 직조부;
상기 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제3 하부 섬유 부재가 상기 제2 방향으로 간격을 두고 배치되되, 상기 복수의 제1 하부 섬유 부재 사이의 간격 부분에 배치되는 제3 하부 직조부; 및
상기 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제4 하부 섬유 부재가 상기 제1 방향으로 간격을 두고 배치되되, 상기 복수의 제2 하부 섬유 부재 사이의 간격 부분에 배치되는 제4 하부 직조부롤 포함하고,
상기 제1 하부 직조부 내지 상기 제4 하부 직조부는 직조 구조를 이루는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the lower carbon fiber layer comprises:
A first lower weave portion having a plurality of first lower fiber members extending in a first direction and spaced apart in a second direction perpendicular to the first direction;
A second lower weave portion having a plurality of second lower fiber members extending in the second direction and spaced apart in the first direction;
A third lower weave portion disposed at an interval between the plurality of first lower fibrous members and spaced apart in the second direction by a plurality of third lower fibrous members extending in the first direction; And
A plurality of fourth lower fiber members extended in the second direction are disposed at intervals in the first direction and disposed at intervals between the plurality of second lower fiber members,
Wherein the first lower weave portion to the fourth lower weave portion have a woven structure, wherein the smart composite fibers are mixed using a 3D printer.
상기 직조 구조는, 상기 제2 하부 섬유 부재가 상기 제1 하부 섬유 부재의 하측을 가로지르고 상기 제3 하부 섬유 부재의 상측을 가로지르도록 배치되고, 상기 제4 하부 섬유 부재가 상기 제3 하부 섬유 부재의 하측을 가로지르고 상기 제1 하부 섬유 부재의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조인 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the weaving structure is arranged such that the second lower fiber material crosses the lower side of the first lower fiber member and crosses over the upper side of the third lower fiber member, Wherein the first fiber bundle is a structure that traverses the lower side of the member and is arranged to cross the upper side of the first lower fiber member.
상기 하부 폴리머층은 상기 복수의 제1 내지 제4 하부 섬유 부재 상에 적층 형성되고,
상기 그래핀층은 상기 하부 폴리머층 상에 적층 형성되며,
상기 상부 폴리머층은 상기 그래핀층을 덮도록 상기 그래핀층 상에 적층 형성되는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the lower polymer layer is laminated on the first to fourth lower fiber members,
Wherein the graphene layer is laminated on the lower polymer layer,
Wherein the upper polymer layer is laminated on the graphene layer so as to cover the graphene layer, wherein the smart polymer fiber is mixed with the 3D printer.
상기 스마트 복합섬유는, 격자 형태의 패턴을 갖도록 형성되는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the smart composite fiber is formed to have a lattice-like pattern, wherein the smart composite fiber is mixed with a 3D printer.
상기 상부 탄소 섬유층은,
제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 상부 섬유 부재가 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 간격을 두고 배치되는 제1 상부 직조부;
상기 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 상부 섬유 부재가 상기 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는 제2 상부 직조부;
상기 제1 방향으로 연장 형성되는 복수의 제3 상부 섬유 부재가 상기 제2 방향으로 간격을 두고 배치되되, 상기 복수의 제1 상부 섬유 부재 사이의 간격 부분에 배치되는 제3 상부 직조부; 및
상기 제2 방향으로 연장 형성되는 복수의 제4 상부 섬유 부재가 상기 제1 방향으로 간격을 두고 배치되되, 상기 복수의 제2 상부 섬유 부재 사이의 간격 부분에 배치되는 제4 상부 직조부롤 포함하고,
상기 제1 상부 직조부 내지 상기 제4 상부 직조부는 직조 구조를 이루는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the upper carbon fiber layer comprises:
A first upper weave portion having a plurality of first upper fiber members extending in a first direction and spaced apart in a second direction perpendicular to the first direction;
A second upper weave portion in which a plurality of second upper fiber members extending in the second direction are disposed with an interval in the first direction;
A third upper weave portion disposed at an interval between the plurality of first upper fibrous members and spaced apart in the second direction from the plurality of third upper fibrous members extending in the first direction; And
A plurality of fourth upper fiber members extended in the second direction are disposed at intervals in the first direction and disposed at intervals between the plurality of second upper fiber members,
Wherein the first upper weave portion to the fourth upper weave portion have a woven structure.
상기 직조 구조는, 상기 제2 상부 섬유 부재가 상기 제1 상부 섬유 부재의 하측을 가로지르고 상기 제3 상부 섬유 부재의 상측을 가로지르도록 배치되고, 상기 제4 상부 섬유 부재가 상기 제3 상부 섬유 부재의 하측을 가로지르고 상기 제1 상부 섬유 부재의 상측을 가로지르도록 배치되는 구조인 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the weaving structure is arranged such that the second upper fibrous member traverses the lower side of the first upper fibrous member and traverses the upper side of the third upper fibrous member, Wherein the first and second upper fibrous members are arranged such that they cross the lower side of the member and are arranged to cross the upper side of the first upper fibrous member.
상기 (b) 단계에서, 상기 3D 프린터의 그래핀 입자 토출장치는 흑연봉으로부터 그래핀 입자를 제공받아 토출하는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the graphene particle discharging device of the 3D printer receives graphene grains from a blackening rod and discharges the graphene grains from the graphene grapple in the step (b).
상기 하부 탄소 섬유층의 직조 구조는 복수의 탄소 섬유 부재 사이에 홀이 형성되는 구조이고,
상기 (b) 단계에서, 상기 폴리머 분사장치는 상기 홀을 메우도록 폴리머를 분사하며,
상기 홀의 크기는 하부 폴리머층을 형성하는 폴리머가 상기 홀 상에 분사되었을 때 상기 홀을 통과하여 이탈되지 않는 크기로 설정되는 것인, 3D 프린터를 이용한 스마트 복합섬유가 혼합된 복합재 직조 섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
The weave structure of the lower carbon fiber layer has a structure in which holes are formed between a plurality of carbon fiber members,
In the step (b), the polymer injector injects the polymer to fill the hole,
Wherein the size of the hole is set such that the polymer forming the lower polymer layer does not escape through the hole when the polymer is sprayed onto the hole. .
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