KR102105940B1 - 연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연속섬유 복합재료 제조방법은, 제1 UD시트를 공급받아 절개하는 단계와, 제1 UD시트 내의 절개 부위로 제2 UD시트를 삽입하여 직조형 시트부재를 형성하는 단계와, 직조형 시트부재를 합지 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치는, 제1 UD시트를 공정 진행 방향으로 연속 공급하는 베이스부와, 베이스부 상부로 공급되는 제1 UD시트를 절개하도록 다수 개가 상하로 구동하는 나이프 유닛과, 제1 UD시트의 절개 부위를 통해 슬리팅 된 제2 UD시트를 삽입한 직조형 시트부재를 합지하는 프레스기를 포함한다.

Description

연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법{APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING CONTINUOUS FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL}
본 발명은 연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 UD시트(Unidirectional Sheet)를 이용하여 간단한 직조 방식을 통해 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있는 연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
섬유 강화 복합재료는 적어도 두 가지 이상의 재료의 결합으로 이루어진 소재를 말하는데, 대표적인 예로서 유리, 탄소 섬유 등의 강화재가 수지(예: 고분자 resin 등)의 모재에 함침 되어 있는 구조로 이루어진 재료를 말한다.
최근에는, 섬유 강화 복합재료 중에서 연속섬유 강화 복합재료(이하, 연속섬유 복합재료에 대한 관심이 고조되고 있다.
연속섬유 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료와 달리 강화 섬유를 모재에 연속적으로 함침시켜 제작되는 복합재료를 가리킨다.
이러한 연속섬유 강화 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료에 비해 높은 수준의 기계적 물성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 연속섬유 복합재료는 직조 또는 적층 방식에 따라 제조되고 있다. 그 중에서, 직조 방식으로 제조된 연속섬유 복합재료를 직조형 연속섬유 복합재료라 한다.
종래의 방식에 따르면, 직조형 연속섬유 복합재료는 복잡한 직조기 및 브레이딩(Braiding) 장치를 사용하여 제조된다. 그런데, 이러한 직조기 및 브레이딩 장치를 사용한 종래의 방식에 의하면 공정 속도가 느리게 되고, 공정 비용이 많이 들게 되므로 결과적으로 직조형 연속섬유 복합재료의 상품성을 낮추게 되는 문제를 가져온다.
이에 직조형 연속섬유 복합재료를 제조하는데 소요되는 공정 시간을 단축시키고 공정 비용을 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있는 연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법에 관한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0085384호(2016.07.08. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법에 관한 내용이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은, UD시트(Unidirectional Sheet)를 이용하여 간단한 직조 방식을 통해 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있는 연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 제1 UD시트를 공급받아 절개하는 단계; (b) 상기 제1 UD시트 내의 절개 부위로 제2 UD시트를 삽입하여 직조형 시트부재를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 직조형 시트부재를 합지 성형하는 단계;를 포함하는 연속섬유 복합재료 제조방법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계에서, 상기 제1 UD시트는 광폭의 시트 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 제2 UD시트는 상기 제1 UD시트의 절개 부위에 삽입 가능한 크기로 미리 슬리팅 된 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 제1 UD시트는 롤 유닛에 감아 보관되며, 공정 진행 방향으로 권출되어 베이스부의 상부를 통해 연속 공급될 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 제1 UD시트의 절개 작업은, 상기 제1 UD시트의 공급 방향에 교차하여 상하로 구동하는 다수의 나이프 유닛에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 다수의 나이프 유닛은 상호 이격 배치되며, 상기 다수의 나이프 유닛 간의 이격 공간을 통해 다수의 고정 지그가 상기 제1 UD시트의 상부를 가압 지지할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 다수의 나이프 유닛에 의해 형성된 상기 제1 UD시트 내의 다수의 절개 부위를 통해 다수의 상기 제2 UD시트가 직조 형태로 삽입될 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 직조형 시트부재는 프레스 방식으로 합지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 UD시트를 공정 진행 방향으로 연속 공급하는 베이스부; 상기 베이스부 상부로 공급되는 상기 제1 UD시트를 절개하도록 다수 개가 상하로 구동하는 나이프 유닛; 및 상기 제1 UD시트의 절개 부위를 통해 슬리팅 된 제2 UD시트를 삽입한 직조형 시트부재를 합지하는 프레스기;를 포함하는 연속섬유 복합재료 제조장치가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 UD시트를 감아 보관하며, 상기 제1 UD시트를 권출하여 상기 베이스부로 공급하는 롤 유닛;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 나이프 유닛 사이에서 상기 제1 UD시트의 상부를 가압 지지하는 고정 지그;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법에 의하면, UD시트(Unidirectional Sheet)를 이용하여 간단한 직조 방식을 통해 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.
또한, 종래의 복잡한 직조기 및 브레이딩(Braiding) 장치의 사용 없이 광폭의 제1 UD시트와, 슬리팅 된 제2 UD시트를 이용하여 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.
이에 따라 공정 시간 단축 및 공정 비용 절감을 도모할 수 있으며, 결과적으로 직조형 연속섬유 복합재료의 상품성을 높일 수 있는 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치를 이용하여 광폭의 제1 UD시트를 절개하는 공정을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치를 이용하여 광폭의 제1 UD시트의 절개 부위로 슬리팅 된 제2 UD시트를 삽입하는 공정을 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치를 이용하여 광폭의 제1 UD시트에 슬리팅 된 제2 UD시트가 다수 삽입된 모습을 간략히 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치를 이용하여 직조된 제1, 2 UD시트를 프레스기로 합지 성형하는 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
연속섬유 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료와 달리 강화 섬유를 모재에 연속적으로 함침시켜 제작되는 복합재료를 말한다.
연속섬유 강화 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료에 비해 높은 수준의 기계적 물성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 연속섬유 복합재료는 직조 또는 적층 방식에 따라 제조되고 있는데, 직조 방식으로 제조된 연속섬유 복합재료를 직조형 연속섬유 복합재료라 한다.
다만, 종래의 경우 직조형 연속섬유 복합재료는 복잡한 직조기 및 브레이딩(Braiding) 장치를 사용하여 제조되었는데, 공정 속도가 느리고, 공정 비용이 많이 소요되는 단점이 있었다.
본 발명에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치 및 제조방법은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 직조형 연속섬유 복합재료의 제조 시 필요한 공정 시간을 단축시키고 공정 비용을 줄일 수 있다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조방법을 간략히 도시한 순서도이다. 도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조장치를 이용하여 광폭의 제1 UD시트를 절개하는 공정과, 제2 UD시트를 삽입하는 공정을 나타내고 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유 복합재료 제조방법은, 제1 UD시트 절개단계(S100), 제2 UD시트 삽입단계(S200), 그리고 제1, 2 UD시트 합지단계(S300)를 포함한다.
제1 UD시트 절개단계(S100)
본 단계는 제1 UD시트 절개단계로서, 제1 UD시트를 공급받아 절개하는 단계를 말한다.
도 2는 제1 UD시트 절개단계를 간략히 나타내는 공정도로서, 도 2를 참조하면, 본 단계에서 제1 UD시트(10)는 광폭의 시트 형태로 제공될 수 있다.
구체적인 예로서, 제1 UD시트(10)는 롤 유닛(140)에 감아 보관되는데, 공정 진행 방향(W1)을 따라 광폭의 시트 형태로 권출되어 베이스부(110)의 상부를 통해 연속 공급될 수 있다.
이때, 제1 UD시트(10)의 공급 방향, 즉 W1 방향에 교차하여 다수의 나이프 유닛(120)이 상하 방향(W2)을 따라 구동하도록 구성될 수 있는데, 다수의 나이프 유닛(120)의 구동에 의해 제1 UD시트(10) 상에는 다수의 절개 부위(11, 도 3 참조)가 형성된다.
도 4를 참조하면, 제1 UD시트(10) 상에는 다수의 절개 선(12)이 형성되는데, 이들 절개 선(12)을 통해 후술될 단계에서 제2 UD시트(20)가 삽입될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 다수의 나이프 유닛(120)의 개수 및 형상은 이와 다른 형태로 변경 가능하며, 반드시 도시된 형태에 제한되지 않는다.
이에 더하여, 도 2를 참조하면, 다수의 나이프 유닛(120)은 서로 일정간격을 두고 이격 배치되는데, 다수의 나이프 유닛(120) 사이의 이격 공간을 통해 다수의 고정 지그(130)가 제1 UD시트(10)의 상부하도록 구성될 수 있다.
이와 같이 구성됨에 따라, 제1 UD시트(10)는 다수의 나이프 유닛(120)의 상하 구동에 따른 절개 작업이 수행될 때 다수의 고정 지그(130)에 의해 베이스부(110)의 상부에 안정적으로 안착되어, 절개 작업의 정밀성을 향상시킬 수 있다.
제2 UD시트 삽입단계(S200)
본 단계는 제2 UD시트 삽입단계로서, 이전 단계에서 마련된 제1 UD시트 내의 절개 부위로 제2 UD시트를 삽입하여 직조형 시트부재를 형성하는 단계를 말한다.
도 3은 제2 UD시트 삽입단계를 보여주는 공정도로서, 도 3을 참조하면, 본 단계에서, 제2 UD시트(20)는 제1 UD시트(10)의 절개 부위에 삽입 가능한 크기로 미리 슬리팅 되어 제공될 수 있다.
다시 말해, 본 단계에서, 제2 UD시트(20)는 미리 소정의 크기 및 형상으로 슬리팅 된 형태로 다수 개가 제공되는데, 제1 UD시트(10) 내의 절개 부위(11)를 통해 각각의 제2 UD시트(20)가 직조 형태로 삽입될 수 있다.
제1, 2 UD시트 합지단계(S300)
본 단계는 제1, 2 UD시트 합지단계로서, 이전 단계에서 제1 UD시트에 제2 UD시트가 삽입되어 만들어진 직조형 시트부재를 공급받아 프레스 방식으로 합지하여 연속섬유 복합재료를 성형하는 단계를 말한다.
도 4를 참조하면, 제1, 2 UD시트를 이용하여 이전 단계에서 만들어진 직조형 시트부재의 간략한 형상 및 구조를 확인할 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 UD시트(10)는 광폭의 시트 형태로 제공되며, 다수의 나이프 유닛(120, 도 2 참조)의 절개 작용에 의해 면상으로 다수의 절개 라인(120)이 형성된다.
그리고 제2 UD시트(20)는 미리 소정의 크기 및 형상을 갖도록 슬리팅 되어 제공되는데, 제1 UD시트(10) 내의 다수의 절개 라인(120)을 통해 다수 개가 삽입될 수 있다.
이와 같은 방식에 따라, 제1, 2 UD시트(10, 20)는 직조형 구조의 시트(이하, 직조형 시트부재(30, 도 5 참조)라 함)로 제공될 수 있다.
도 5는 직조형 시트부재(30)를 합지하는 단계를 보여주는 공정도이다.
도 5를 참조하면, 제1UD시트(10, 도 4 참조)의 절개 라인(120, 도 4 참조)을 따라 제2UD시트(20, 도 4 참조)가 삽입되어 제작된 직조형 시트부재(30)를 프레스기(200)를 이용하여 합지 성형한다. 즉, 직조형 시트부재(30)는 프레스 방식으로 합지되어, 직조형 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 연속섬유 복합재료 제조장치(100, 도 2 참조)는 전술한 바와 같이, 베이스부(110, 도 2 참조), 나이프 유닛(120, 도 2 참조), 롤 유닛(140, 도 2 참조), 고정 지그(130, 도 2 참조), 그리고 프레스기(200, 도 5 참조)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 도시된 연속섬유 복합재료 제조장치(100)를 구성하는 베이스부(110)는 제1 UD시트(10)를 공정 진행 방향으로 연속 공급하도록 구성될 수 있다.
나이프 유닛(120)은 베이스부(110) 상부로 공급되는 제1 UD시트(10)를 절개하도록 다수 개가 상하로 구동하도록 구비될 수 있으며, 도시된 배치 형태, 간격, 형상, 개수에 한정되지 않는다.
롤 유닛(140)은 제1 UD시트(10)를 감아 보관하며, 필요에 따라 제1 UD시트(10)를 권출하여 베이스부(110)로 공급하도록 구성될 수 있다.
그리고 고정 지그(130)는 다수의 나이프 유닛(120) 사이에서 제1 UD시트(10)의 상부를 가압하여 제1 UD시트(10)를 지지하는 역할을 하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 고정 지그(130)가 일정 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.
한편, 프레스기(200, 도 5 참조)는 제1 UD시트(10)의 절개 부위를 통해 미리 슬리팅 된 제2 UD시트(20)를 삽입하여 마련된 직조형 시트부재(30, 도 5 참조)를 공급받아 프레스 방식으로 합지하는 역할을 담당한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, UD시트(Unidirectional Sheet)를 이용하여 간단한 직조 방식을 통해 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.
나아가, 종래의 복잡한 직조기 및 브레이딩(Braiding) 장치의 사용 없이 광폭의 제1 UD시트와, 슬리팅 된 제2 UD시트를 이용하여 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.
그 결과, 공정 시간 단축 및 공정 비용 절감을 도모할 수 있으며, 결과적으로 직조형 연속섬유 복합재료의 상품성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
S100: 제1 UD시트 절개단계
S200: 제2 UD시트 삽입단계
S300: 제1, 2 UD시트 합지단계
10: 제1 UD시트(또는 광폭 UD시트)
11: 절개 부위
12: 절개 라인
20: 제2 UD시트(또는 슬리팅 된 UD시트)
30: 직조형 시트부재
100: 연속섬유 복합재료 제조장치
110: 베이스부
120: 나이프 유닛
130: 고정 지그
140: 롤 유닛
200: 프레스기

Claims (11)

  1. (a) 제1 UD시트를 공급받아 절개하는 단계;
    (b) 상기 제1 UD시트 내의 절개 부위로 제2 UD시트를 삽입하여 직조형 시트부재를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 직조형 시트부재를 합지 성형하는 단계;
    를 포함하는 연속섬유 복합재료 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 제1 UD시트는 광폭의 시트 형태로 제공되는
    연속섬유 복합재료 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 제2 UD시트는 상기 제1 UD시트의 절개 부위에 삽입 가능한 크기로 미리 슬리팅 된 형태로 제공되는
    연속섬유 복합재료 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 제1 UD시트는 롤 유닛에 감아 보관되며, 공정 진행 방향으로 권출되어 베이스부의 상부를 통해 연속 공급되는
    연속섬유 복합재료 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 제1 UD시트의 절개 작업은,
    상기 제1 UD시트의 공급 방향에 교차하여 상하로 구동하는 다수의 나이프 유닛에 의해 수행되는
    연속섬유 복합재료 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 다수의 나이프 유닛은 상호 이격 배치되며,
    상기 다수의 나이프 유닛 간의 이격 공간을 통해 다수의 고정 지그가 상기 제1 UD시트의 상부를 가압 지지하는
    연속섬유 복합재료 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 다수의 나이프 유닛에 의해 형성된 상기 제1 UD시트 내의 다수의 절개 부위를 통해 다수의 상기 제2 UD시트가 직조 형태로 삽입되는
    연속섬유 복합재료 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 직조형 시트부재는 프레스 방식으로 합지되는
    연속섬유 복합재료 제조방법.
  9. 제1 UD시트를 공정 진행 방향으로 연속 공급하는 베이스부;
    상기 베이스부 상부로 공급되는 상기 제1 UD시트를 절개하도록 다수 개가 상하로 구동하는 나이프 유닛; 및
    상기 제1 UD시트의 절개 부위를 통해 슬리팅 된 제2 UD시트를 삽입한 직조형 시트부재를 합지하는 프레스기;
    를 포함하는 연속섬유 복합재료 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 UD시트를 감아 보관하며, 상기 제1 UD시트를 권출하여 상기 베이스부로 공급하는 롤 유닛;
    을 포함하는 연속섬유 복합재료 제조장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 나이프 유닛 사이에서 상기 제1 UD시트의 상부를 가압 지지하는 고정 지그;
    를 포함하는 연속섬유 복합재료 제조장치.
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