KR102157506B1

KR102157506B1 - 관형상 복합재 제조장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102157506B1
Application number: KR1020190160339A
Authority: KR
Inventors: 최영; 마승찬
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-09-18

Abstract

본 발명은 관체형상의 얇은 복합재에 적용이 가능하고 생산성이 높은 섬유강화 복합재를 제조하는 제조장치와 그것을 제조하는 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 환형배열구조를 이루도록 소정간격으로 배치된 복수의 직조사공급부와, 상기 복수의 직조사공급부에서 공급하는 직조사를 모아 관체형상으로 성형하여 배출하는 성형다이와, 상기 직조사에 레진을 함침시키는 레진공급부와, 상기 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 위치교환하여 이웃하는 직조사끼리 꼬임을 발생시키는 위치교환장치를 포함한다.

Description

관형상 복합재 제조장치 및 그 제조방법{DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING TUBULAR COMPOSITES}

본 발명은 관형상 복합재 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상하수도관, 각종 튜브류, 내압용 실린더, 압력용기 등 내압을 받는 제품과 관련하여, 레진이 함침된 강화섬유사를 직조하여 관체 또는 튜브의 형태로 성형하여 제작할 수 있도록 하는 관형상 복합재 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래, 관상제품, 튜브제품에 탄소섬유 재질의 강화섬유사를 감아 강도를 높인 복합재 제품이 생산되고 있다.

관형상을 이루는 섬유강화 복합재의 제조방법은, 동일단면을 가진 긴 길이의 관체, 튜브의 제작을 위해 강화섬유사를 길이방향으로 적용하는 펄트루젼공정과, 강화섬유사를 원주방향으로 적용하는 와인딩공정 등이 있다.

상기 펄트루젼공정은 도 1의 (a)와 같이, 강화섬유사가 레진함침 후 길이방향으로 연장 배열되어 관체를 형성하게 되는 것으로서, 생산성이 높고 가격이 저렴하나 내압을 받는 부재에 적용이 어려운 문제가 있다.

상기 와인딩공정은 도 1의 (b)와 같이, 강화섬유사를 레진함침 후, 원주방향으로 감아 관체를 형성하는 것으로서, 생산성이 낮고 원통형상에 한정된다는 단점이 있으나, 내압을 충분히 견딜 수 있는 장점이 있다.

최근에는 위 펄트루젼공정과 와인딩공정을 결합시킨 복합공정이 개발되어 있는 바, 도 1의 (c)와 같이, 펄트루젼 공정의 진행시 강화섬유사를 회전시킴으로써 강화섬유의 배열방향에 원주방향 성분이 포함되도록 하고 있다.

그러나, 그와 같이 복합방식에 의해 제작된 관체의 경우, 단면에 강화섬유 방향에 따른 층이 발생하고 복층 구조이므로 얇은 관체에 적용하기에는 제약이 따르며, 또한 와인딩 공정을 포함하기 때문에 생산성이 낮다.

한국등록특허공보 KR10-2002688 일본공개특허공보 JP2001-270004

본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명은 관체형상의 얇은 복합재에 적용이 가능하고 생산성이 높은 섬유강화 복합재를 제조하는 제조장치와 그것을 제조하는 제조방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 환형배열구조를 이루도록 소정간격으로 배치된 복수의 직조사공급부와, 상기 환형배열구조의 전방을 향해 상기 복수의 직조사공급부에서 공급하는 직조사를 모아 관체형상으로 성형하여 배출하는 성형다이와, 상기 성형다이의 진입측 또는 배출측에 위치하여 상기 직조사에 레진을 함침시키는 레진공급부와, 상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 위치교환하여 이웃하는 직조사끼리 꼬임을 발생시키는 위치교환장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 상기 레진공급부가 상기 성형다이에 상기 직조사가 진입하는 영역인 상기 진입측에 설치되고, 상기 성형다이의 성형공을 향해 모이도록 진입하는 상기 직조사에 상측에서부터 레진이 낙하하여 접촉함으로써 함침되도록 하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 상기 위치교환장치가, 상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 위치교환하되, 각 직조사공급부는 상기 환형배열구조를 따라 한 방향으로 계속 이동해 가도록 위치교환시키는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 상기 위치교환장치가, 각 상기 직조사공급부가 이동하도록 형성된 원형궤적을 이루고 이웃하는 것끼리 서로 접하도록 상기 환형배열구조에 따라 배치된 복수의 원형통로와, 이웃하는 상기 원형통로끼리 접하는 부분이 연통된 상태로 형성되어 상기 직조사공급부가 이웃하는 상기 원형통로로 이동할 수 있는 영역인 복수의 연통부와, 상기 복수의 연통부에 각각 위치한 상기 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 위치교환하도록 상기 원형통로에 각각 배치되어 각 상기 직조사공급부를 각 상기 원형통로를 따라 강제 이동시키는 복수의 위치변환기를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 상기 직조사공급부가 직조사가 저장된 저장부와, 상기 저장부로부터 빠져나온 직조사의 배출구가 형성되어 있고 상기 원형통로 상에서 이동하는 부분인 가이드부를 포함하고, 상기 위치변환기는, 상기 원형통로의 중심에 설치된 회전축과, 상기 회전축과 결합되고 단부에 상기 가이드부를 파지하는 훅부가 형성된 회전암과, 상기 회전축에 회전력을 부가하는 구동모터를 포함하며, 상기 위치변환기를 제어하는 제어기가 더 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 상기 직조사가 탄소섬유, 유리섬유, 탄소섬유와 유리섬유를 혼합한 섬유 중 하나의 재질인 것을 또 다른 특징으로 한다.

한편, 다른 관점에서 본 발명은 관형상 복합재 제조방법에 있어서, 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부로부터 전방을 향해 공급되는 복수의 직조사가 성형다이에 모여 관체형상으로 성형되는 성형단계; 상기 성형다이에 진입하는 진입측 또는 상기 성형다이에서 배출되는 배출측에서 상기 직조사에 레진을 함침시키는 함침단계; 상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 서로 위치교환하여 상기 성형다이에 진입하는 과정에서 이웃하는 직조사끼리 꼬임을 발생시키는 직조사위치교환단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조방법은, 상기 함침단계가, 상기 성형다이에 상기 직조사가 진입하는 영역인 상기 진입측에서, 상기 직조사에 상측에서부터 레진이 낙하하여 접촉함으로써 함침되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조방법은, 상기 직조사위치교환단계가, 상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 위치교환하되, 각 직조사공급부는 상기 환형배열구조를 따라 한 방향으로 계속 이동해가도록 위치교환시키는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조방법은, 상기 직조사위치교환단계가, 상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 한 쌍씩 짝지어 위치교환하는 제1교환단계와, 상기 제1교환단계 후, 상기 제1교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 상기 직조사공급부가 서로 짝을 지어 위치교환하는 제2교환단계가 진행되되, 상기 제2교환단계 후, 상기 제2교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 상기 직조사공급부가 서로 짝을 지어 위치교환하는 상기 제1교환단계가 다시 진행되어, 상기 제1교환단계와 상기 제2교환단계가 순차적으로 반복되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조방법은, 상기 직조사가 탄소섬유, 유리섬유, 탄소섬유와 유리섬유를 혼합한 섬유 중 하나의 재질인 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 관형상 복합재 제조방법은, 상기 직조사 중 일부는 금속와이어이고, 나머지는 탄소섬유, 유리섬유, 탄소섬유와 유리섬유를 혼합한 섬유 중 하나의 재질의 직조사인 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따른 관형상 복합재 제조장치 및 제조방법에 의해, 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부를 이웃하는 것끼리 위치교환하여 이웃하는 직조사끼리 꼬임을 발생시키도록 구성되어 있다.

이에 따라, 관체를 형성하는 섬유사들이 서로 간에 일정간격으로 꼬여있는 직조구조를 형성할 수 있고, 단일층으로 구성하더라도 이웃하는 직조사와의 꼬임에 의해 견고한 구조를 형성할 수 있으며, 관형상의 길이방향 뿐 아니라 직조사가 둘레방향으로도 연장되는 구조를 형성할 수 있다.

이는, 관형상 또는 튜브형상 제품의 제조과정에서 높을 생산성을 가질 수 있고, 단일층으로 직조구조를 형성하더라도 내압을 견디는 강한 구조를 형성할 수 있어 얇은 복합재의 생산이 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 직조구조에서 배열된 직조사 중 일부를 에너지를 변형에 의해 흡수할 수 있는 즉, 인성이 있는 금속와이어로 대체하고 나머지를 강화섬유사인 탄소섬유나 유리섬유 재질로 구성함으로써, 금속와이어의 인성에 의해 전체 구조가 에너지를 흡수할 수 있어 충격 에너지를 변형에너지로 흡수할 수 있는 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다.

도 1는 종래 관형상 섬유강화 복합재를 제조하는 제조장치 및 방법의 구성설명도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조장치의 구성설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조장치에서 위치교환장치의 구성을 설명하는 설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조장치에서 위치교환장치에 의한 작용을 설명하는 설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조장치에서 위치교환장치에 의해 직조사공급부의 위치교환이 이루어지는 과정을 순차적으로 도시하는 설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조장치에 의한 직조구조를 도시하는 설명도
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조방법을 순차적으로 설명하는 구성설명도
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조장치의 위치교환장치를 구현한 구성을 도시하는 구성설명도
도 12 내지 도 14는 도 11의 위치교환장치에 의한 직조사공급부의 위치교환을 순차적으로 설명하는 설명도

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조장치는, 환형배열구조를 이루도록 소정간격으로 배치된 복수의 직조사공급부(10)와, 상기 환형배열구조의 전방을 향해 상기 복수의 직조사공급부(10)에서 공급하는 직조사(41)를 모아 관체형상으로 성형하여 배출하는 성형다이(20)와, 상기 성형다이(20)의 진입측 또는 배출측에 위치하여 직조사(41)에 레진을 함침시키는 레진공급부(30)와, 상기 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 위치교환하여 이웃하는 직조사(41)끼리 꼬임을 발생시키는 위치교환장치(50)를 포함한다.

본 실시예서 사용되는 직조사(41)는 직조구조의 형성을 위한 실을 의미하고, 탄소섬유사가 바람직하다. 레진이 함침된 탄소섬유사를 성형하여 튜브와 같은 관형상 제품(70)을 복합재로 제작 시 탄소섬유사는 강화섬유로써의 기능을 한다.

상기 직조사공급부(10)는 복수개가 환형배열구조를 이루도록 소정간격으로 배치된다.

환형배열구조는 도 5에서 예시하는 바와 같이 직조사공급부(10)가 늘어선 배열의 전체 형상이 환형을 이루는 것으로 직조사공급부(10)는 서로 소정간격을 두고 배치되며, 모든 직조사공급부(10)가 성형다이(20)를 향하도록 배치되어 있다.

직조사공급부(10)는 직조사(41)가 저장된 저장부(11)와, 상기 저장부(11)로부터 빠져나온 직조사(41)의 배출구(13)가 형성된 가이드부(12)를 포함한다.

상기 저장부(11)는 직조사(41)가 감긴 보빈의 형태가 가장 바람직하고 직조사(41)가 보빈으로부터 자유롭게 풀려나오도록 구성되고, 보빈으로부터 풀려 나온 직조사(41)는 저장부(11)와 결합되어 있는 가이드부(12)의 배출구(13)를 통해 배출된다.

상기 가이드부(12)는 후술하는 위치교환장치(50)가 위치교환을 위해 파지하는 부분이다.

상기 성형다이(20)는 성형공이 형성되어 복수의 직조사공급부(10)로부터 배출된 직조사(41)가 성형공에 모여 관형상으로 성형이 이루어진다.

성형공을 통과하여 관형상으로 성형된 복수의 직조사(41)는 가열기(61)를 통과하면서 경화가 이루어진다.

성형다이(20)에 모여 진입하는 직조사(41)에는 레진이 함침됨으로써 성형다이(20)의 성형공을 통과시 관형상으로 원활한 성형이 이루어질 수 있다.

물론, 성형다이(20)에 모아진 복수의 직조사(41)가 관형상으로 배출된 후, 성형다이(20)의 배출측에서 관형상의 표면에 레진을 발라 직조사(41)들이 함침하되도록 하고, 가열기에서 성형을 완성하는 것도 가능할 수 있으나, 레진공급부(30)가 성형다이(20)의 진입측에 위치하여 직조사(41)에 레진을 함침시킨 후, 성형공으로 진입하도록 하는 것이 원활한 성형을 위해 가장 바람직하다.

상기 레진공급부(30)는 도 2와 같이, 성형다이(20)에 직조사(41)가 진입하는 영역인 진입측에 설치되고, 성형다이(20)의 성형공을 향해 모이도록 진입하는 직조사(41)에 상측에서부터 레진이 낙하하여 접촉함으로써 함침되도록 한다.

낙하하는 레진용융액(31)을 복수의 직조사(41)가 통과하는 과정에서 레진이 각 직조사(41)에 함침될 수 있고, 함침된 레진은 성형되는 관형상 제품(70)의 기지를 형성하는 역할과 접착제의 역할을 할 수 있다.

성형다이(20)의 배출측에는 가열기(61)가 설치되고 가열기(61)의 배출측에는 인장력부여기(62)가 설치되며 인장력부여기(62)의 배출측에는 커팅기(63)가 설치되어 설정길이로 관형상 제품(70)을 절단한다.

인장력부여기(62)가 성형된 관형상 제품(70)을 당김으로써 직조사공급부(10)로부터 직조사(41)가 배출되어 성형다이(20)의 성형공으로 강제 진입될 수 있다.

한편, 상기 위치교환장치(50)는 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 위치교환하는 부분이다.

도 3은 위치교환장치(50)를 이루는 복수의 위치변환기(51)의 구성을 도시하는 것으로서, 환형으로 배치된 직조사공급부(10)를 이해를 돕기 위해 일렬로 펼쳐 배치한 구조를 도시하고 있다.

위치변환기(51)는 직조사공급부(10)의 사이사이에 위치하는 회전축(54)과, 회전축(54)과 결합되고 단부에 직조사공급부(10)의 가이드부(12)를 파지하는 훅부(52a,53a)가 형성된 회전암(52,53)과, 상기 회전축(54)에 회전력을 부가하여 회전암(52,53)을 회전시키는 구동모터를 포함한다.

도 3의 실시예에서 회전축(54)에는 양측으로 회전대칭인 2개의 회전암(52,53)이 설치되어 있고, 일체로 결합된 2개의 회전암(52,53)을 동시에 회전축(54)이 회전시키도록 구성하거나, 2개의 회전암(52,53)이 각각 독립적으로 각각의 회전축(54)에 결합되어 독립적인 회전을 실시하도록 구성될 수 있다.

상기 회전축(54)에는 구동모터(미도시)가 설치되어 회전암(52,53)이 회전할 수 있는 구동력을 부여하며, 구동모터는 제어기(미도시)에 의해 회전량 및 회전시점이 제어되며, 서보모터가 이용될 수 있다.

상기 위치변환기(51)는 도 4의 (a)와 같이 이웃하는 직조사공급부(10)를 서로 위치교환함으로써 그 이웃하는 직조사공급부(10)에서 배출되어 성형다이(20)로 진입하는 양 직조사(41)의 꼬임이 도 4의 (b)와 같이 발생하도록 유도한다.

상기 위치교환장치(50)에는 복수의 위치변환기(51)가 설치되어 직조사공급부(10)의 사이사이에 배치시키고 이웃하는 직조사공급부(10)를 서로 위치교환한다.

즉, 도 5와 같이, 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 한 쌍씩 짝지어 먼저 위치교환한 후, 직전단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 직조사공급부(10)를 서로 짝을 지어 위치교환하는 과정이 반복적으로 진행되도록 한다.

특히, 그와 같은 과정에서 각 직조사공급부(10)는 환형배열구조를 따라 한 방향으로 계속 이동해 가도록 위치교환시키도록 한다.

도 5에서 1번 직조사공급부(10)는 단계가 진행됨에 따라 반시계방향으로 계속 이동하도록 위치교환하고 있음을 알 수 있다.

이러한 각 직조사공급부(10)가 한 방향으로 이동하는 위치교환과정을 통해, 도 6과 같이, 각 직조사공급부(10)가 종방향 뿐 아니라 횡방향으로 이동하도록 비스듬하게 진행해 가면서 만나는 모든 직조사(41)와 꼬임을 발생시키는 구조가 됨을 알 수 있다.

이에 따라, 각 직조사(41)가 관형상의 길이방향인 종방향으로 연장된 상태로 이웃하는 직조사(41)들과만 직조구조를 형성하는 경우와 비교할 때, 비스듬하게 원주방향으로 연장되면서 계속적으로 다른 직조사(41)들과 꼬임구조를 형성함으로 인해, 관형상을 이루는 직조사(41)들의 직조구조가 보다 견고해질 수 있고 직조구조를 1층만 형성하더라도 직조구조가 길이방향과 원주방향에 대하여 동시에 보다 견고해 질 수 있다.

이는 단일층의 직조구조만을 형성하는 얇은 관형상 제품(70)의 제조에 매우 적합한 제조방법이 될 수 있다.

제작되는 관형상 제품(70)의 기지재가 함침된 레진인이고, 도 6과 같은 직조사(41)의 직조구조를 형성함에 있어 직조사(41)는 강화섬유인 탄소섬유, 유리섬유, 탄소섬유와 유리섬유를 혼합한 섬유 중 하나의 재질이 바람직하다.

한편, 직조사(41) 중 일부를 금속와이어로 하고, 나머지는 탄소섬유, 유리섬유, 탄소섬유와 유리섬유를 혼합한 섬유 중 하나의 재질의 직조사(41)로 구성한 경우, 금속와이어가 부분적으로 탄소섬유 또는 유리섬유 등 재질의 직조사(41)와 꼬임을 형성하면서 전체 직조구조를 이룰 수 있다.

이러한 구성에서는 탄소섬유 또는 유리섬유가 내압 등 강도에 대한 저항력을 가지고, 금속와이어는 충격을 흡수하는 인성을 담당하는 복합재의 제작이 가능하다.

탄소섬유 또는 유리섬유는 높은 강도를 가질 수 있으나 에너지 및 충격에 대한 흡수성능이 매우 낮은 단점이 있다.

상기 직조사(41)로 사용되는 섬유사의 재질은 탄소섬유, 유리섬유, 탄소섬유와 유리섬유를 혼합한 섬유에 반드시 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 합성섬유 등 타 재질의 섬유들이 채택되거나, 탄소섬유, 유리섬유와 타 재질의 섬유가 혼합되어 사용될 수 있음은 물론이다.

다음은, 전술한 바와 같은 장치에 의해 이루어질 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 관형상 복합재 제조방법을 순차적을 보다 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 관형상 복합재 제조방법은, 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)로부터 전방을 향해 공급되는 복수의 직조사(41)가 성형다이(20)에 모여 관체형상으로 성형되는 성형단계와, 상기 성형다이(20)에 진입하는 진입측 또는 성형다이(20)에서 배출되는 배출측에서 직조사(41)에 레진을 함침시키는 함침단계와, 상기 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 서로 위치교환하여 성형다이(20)에 진입하는 과정에서 이웃하는 직조사(41)끼리 꼬임을 발생시키는 직조사위치교환단계를 포함한다.

상기 성형단계는 복수의 직조사공급부(10)를 서로 일정간격 유지하도록 환형으로 배열하여 환형배열구조를 형성하되, 환형으로 배열된 직조사공급부(10)는 모두 성형다이(20)를 향해 직조사(41)를 배출하도록 설치된다.

환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)로부터 전방을 향해 공급되는 복수의 직조사(41)가 성형다이(20)로 진행하고 성형다이(20)에 모여 관체형상으로 성형이 이루어진다.

상기 함침단계는 상기 성형단계와 동시에 이루어지는 단계로서, 성형다이(20)로 직조사(41)가 진입해가는 진입측에서 낙하하는 레진용융액(31)이 접촉하여 함침될 수 있다.

성형다이(20)를 통과하면서 관형상으로 성형이 이루어진 직조사(41)들을 성형다이(20)의 배출측에서 관형상의 표면에 레진을 발라 함침시킴으로써 제작할 수도 있으나, 성형다이(20) 내에서 원활한 성형을 위해서는 함침단계가 성형다이(20)의 진입측에서 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 직조사위치교환단계도 상기 성형단계와 동시에 진행되는 것으로서, 상기 성형단계와 함침단계 및 직조사위치교환단계는 시간적 선후관계를 구분하기 보다는 동시에 진행되는 것으로 볼 수 있다.

직조사위치교환단계는, 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 서로 위치교환하여 성형다이(20)에 진입하는 과정에서 이웃하는 직조사(41)끼리 꼬임을 발생시킨다.

상기 환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 위치교환하는 과정에서 각 직조사공급부(10)는, 앞에서 설명한 바와 같이, 환형배열구조를 따라 한 방향으로 계속 이동해가도록 위치교환되도록 한다.

도 7 내지 도 10는 직조사위치교환단계가 순차적으로 진행되는 과정을 설명하고 있는 것으로서, 환형배열구조를 가지는 직조사공급부(10)의 배열구조를 이해를 돕기 위해 펼쳐서 일렬로 배열된 상태로 도시하고 있다.

먼저, 도 7과 같이, 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 한 쌍씩 짝지어 위치교환하는 제1교환단계가 진행된다.

위치교환이 완료되면, 도 8과 같이 위치변환기(51)의 2개의 회전암(52,53)은 원위치로 복귀한다.

상기 제1교환단계 후, 도 9와 같이, 상기 제1교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 직조사공급부(10)가 서로 짝을 지어 위치교환하는 제2교환단계가 진행된다.

제2교환단계 후, 도 10과 같이 제2교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 직조사공급부(10)가 서로 짝을 지어 위치교환하는 제1교환단계가 도 7과 같이 다시 진행된다.

이러한 진행과정은 결국 상기 제1교환단계와 제2교환단계가 순차적으로 반복되고 있는 것이고, 그러한 반복과정에서 각 직조사공급부(10) 예컨대 1번 직조사(41)는 위치교환을 반복하면서 한 방향으로 계속 진행해 가고 있음을 알 수 있다.

다음은 전술한 제조방법이 실제적으로 구현될 수 있도록, 관형상 복합재 제조장치의 위치교환장치(50)가 구성된 실시예를 설명한다.

도 11을 참조하면, 상기 위치교환장치(50)는, 각 상기 직조사공급부(10)가 이동하도록 형성된 원형궤적을 이루고 이웃하는 것끼리 서로 접하도록 환형배열구조에 따라 배치된 복수의 원형통로(55)와, 이웃하는 원형통로(55)끼리 접하는 부분이 연통된 상태로 형성되어 직조사공급부(10)가 이웃하는 원형통로(55)로 이동할 수 있는 영역인 복수의 연통부(56)와, 복수의 연통부(56)에 각각 위치한 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 위치교환하도록 원형통로(55)에 각각 배치되어 각 직조사공급부(10)를 각 원형통로(55)를 따라 강제 이동시키는 복수의 위치변환기(51)를 포함한다.

상기 원형통로(55)는 베이스플레이트(58) 상에서 형성된 원형궤적의 통로로서 베이스플레이트(58)에 복수의 원형통로(55)가 서로 접하도록 환형배열구조를 따라 배치된다.

상기 연통부(56)는 원형통로(55)끼리 접하는 부분이 연통된 상태로 형성된 것으로서, 연통부(56)로 인해 직조사공급부(10)는 이웃하는 원형통로(55)로 이동이 가능한 것이다.

상기 위치변환기(51)는 원형통로(55)의 중심에 설치된 회전축(54)과, 상기 회전축(54)과 결합되고 단부에 상기 가이드부(12)를 파지하는 훅부(52a,53a)가 형성된 회전암(52,53)과, 상기 회전축(54)에 회전력을 부가하는 구동모터(미도시)를 포함한다.

회전암(52,53)은 하나의 원형통로(55)에 2개의 회전암(52,53)이 각각 설치되어 2개의 회전암(52,53)이 각각 독립적으로 회전한다. 이를 위해 회전축(54) 내에는 서로 동심으로 회전하는 2개의 회전축(54)이 구비되어 상기 2개의 회전암(52,53)과 각각 독립적으로 결합된다.

본 장치에 설치되는 하나의 직조사공급부(10)는 직조사(41)가 저장된 저장부(11)와, 상기 저장부(11)로부터 빠져나온 직조사(41)의 배출구(13)가 형성된 가이드부(12)를 포함하되, 가이드부(12)가 원형통로(55) 상에서 이동하는 부분이 되고, 저장부(11)는 가이드부(12)의 후방에 결합되어 매달린 상태가 됨으로써 가이드부(12)와 함께 이동한다.

복수의 위치변환기(51)는 제어기의 제어에 의해 각 직조사공급부(10)를 이동시켜 위치교환이 발생하도록 한다.

제어기는 각 회전암(52,53)의 회전시점과 회전축(54)을 중심으로 회전하는 회전각을 제어하며, 위치변경을 위해 각 직조사공급부(10)가 원형통로(55)를 따라 이동한 후 연통부(56)에서 멈춤되도록 작동시킨다.

도 12 내지 도 14는 본 실시예의 장치에 의해 직조사위치교환단계가 순차적으로 진행되는 과정을 도시하고 있다.

즉, 도 12는 도 11의 직조사공급부(10)의 위치에서 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 한 쌍씩 짝지어 위치교환하는 제1교환단계가 진행된 상태이다.

그 과정에서 2개의 회전암(52,53)은 동시에 회전하되 각각 독립적으로 회전하는 것으로서 이웃하는 양 측의 직조사공급부(10)의 가이드부(12)를 잡아 원형통로(55)를 따라 각각 회전시키면서 원래의 연통부(56)에서 이웃하는 다른 연통부(56)로 위치를 교환한다.

도 13은 제1교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 직조사공급부(10)가 서로 짝을 지어 위치교환하는 제2교환단계가 진행된 상태이다.

도 14는 제2교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 직조사공급부(10)가 서로 짝을 지어 위치교환하는 제1교환단계가 다시 진행된 상태를 도시한다.

그러한 과정은 순차적으로 반복진행됨으로써 직조사공급부(10)의 위치교환이 순차적으로 계속해서 이루어지게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10; 직조사공급부 11; 저장부
12; 가이드부 13; 배출구
20; 성형다이 30; 레진공급부
31; 레진용융액 41; 직조사
50; 위치교환장치 51; 위치변환기
52,53; 회전암 52a,53a; 훅부
54; 회전축 55; 원형통로
56; 연통부 58; 베이스플레이트
61; 가열기 62; 인장력부여기
63; 컷팅기 70; 관형상 제품

Claims

환형배열구조를 이루도록 소정간격으로 배치된 복수의 직조사공급부(10)와,
상기 환형배열구조의 전방을 향해 상기 복수의 직조사공급부(10)에서 공급하는 직조사(41)를 모아 관체형상으로 성형하여 배출하는 성형다이(20)와,
상기 성형다이(20)의 진입측 또는 배출측에 위치하여 상기 직조사(41)에 레진을 함침시키는 레진공급부(30)와,
상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 위치교환하여 이웃하는 직조사(41)끼리 꼬임을 발생시키는 위치교환장치(50)를 포함하되,
상기 위치교환장치(50)는,
상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 위치교환시키는 과정을 반복함으로써, 각 직조사공급부가 상기 환형배열구조를 따라 한 방향으로 계속 이동해 가도록 하고, 그 과정에서 서로 만나는 상기 직조사(41)끼리 만나는 부분에서 꼬임이 발생하도록 한 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조장치
제1항에 있어서,
상기 레진공급부(30)는 상기 성형다이(20)에 상기 직조사(41)가 진입하는 영역인 상기 진입측에 설치되고,
상기 성형다이(20)의 성형공을 향해 모이도록 진입하는 상기 직조사(41)에 상측에서부터 레진이 낙하하여 접촉함으로써 함침되도록 하는 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조장치
삭제
제1항에 있어서,
상기 위치교환장치(50)는,
각 상기 직조사공급부(10)가 이동하도록 형성된 원형궤적을 이루고 이웃하는 것끼리 서로 접하도록 상기 환형배열구조에 따라 배치된 복수의 원형통로(55)와,
이웃하는 상기 원형통로(55)끼리 접하는 부분이 연통된 상태로 형성되어 상기 직조사공급부(10)가 이웃하는 상기 원형통로(55)로 이동할 수 있는 영역인 복수의 연통부(56)와,
상기 복수의 연통부(56)에 각각 위치한 상기 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 위치교환하도록 상기 원형통로(55)에 각각 배치되어 각 상기 직조사공급부(10)를 각 상기 원형통로(55)를 따라 강제 이동시키는 복수의 위치변환기(51)를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조장치
제4항에 있어서,
상기 직조사공급부(10)는 직조사(41)가 저장된 저장부(11)와, 상기 저장부(11)로부터 빠져나오는 직조사(41)의 배출구(13)가 형성되어 있고 상기 원형통로(55) 상에서 이동하는 부분인 가이드부(12)를 포함하고,
상기 위치변환기(51)는,
상기 원형통로(55)의 중심에 설치된 회전축(54)과,
상기 회전축(54)과 결합되고 단부에 상기 가이드부(12)를 파지하는 훅부(52a,53a)가 형성된 회전암(52,53)과,
상기 회전축(54)에 회전력을 부가하는 구동모터를 포함하며,
상기 위치변환기(51)를 제어하는 제어기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조장치
삭제
환형배열구조로 배치된 복수의 직조사공급부(10)로부터 전방을 향해 공급되는 복수의 직조사(41)가 성형다이(20)에 모여 관체형상으로 성형되는 성형단계;
상기 성형다이(20)에 진입하는 진입측 또는 상기 성형다이(20)에서 배출되는 배출측에서 상기 직조사(41)에 레진을 함침시키는 함침단계;
상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 서로 위치교환하여 상기 성형다이(20)에 진입하는 과정에서 이웃하는 직조사(41)끼리 꼬임을 발생시키는 직조사위치교환단계를 포함하되,
상기 직조사위치교환단계는,
상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부(10)가 이웃하는 것끼리 위치교환하는 과정을 반복함으로써, 각 직조사공급부가 상기 환형배열구조를 따라 한 방향으로 계속 이동해 가도록 하고, 그 과정에서 서로 만나는 상기 직조사(41)끼리 만나는 부분에서 꼬임이 발생하게 되는 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조방법
제7항에 있어서,
상기 함침단계는,
상기 성형다이(20)에 상기 직조사(41)가 진입하는 영역인 상기 진입측에서, 상기 직조사(41)에 상측에서부터 레진이 낙하하여 접촉함으로써 함침되는 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조방법
삭제
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 직조사위치교환단계는,
상기 환형배열구조로 배치된 상기 복수의 직조사공급부(10)를 이웃하는 것끼리 한 쌍씩 짝지어 위치교환하는 제1교환단계와,
상기 제1교환단계 후, 상기 제1교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 상기 직조사공급부(10)가 서로 짝을 지어 위치교환하는 제2교환단계가 진행되되,
상기 제2교환단계 후, 상기 제2교환단계에서 짝짓지 않았던 이웃하는 상기 직조사공급부(10)가 서로 짝을 지어 위치교환하는 상기 제1교환단계가 다시 진행되어,
상기 제1교환단계와 상기 제2교환단계가 순차적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조방법
삭제
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 직조사(41) 중 일부는 금속와이어이고, 나머지는 탄소섬유, 유리섬유, 탄소섬유와 유리섬유를 혼합한 섬유 중 하나의 재질의 직조사(41)인 것을 특징으로 하는 관형상 복합재 제조방법