KR102162865B1 - Fiber spreading device for manufacturing system of continuous fiber reinforced composites having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연속섬유강화 복합재료 제조시스템의 효율 향상을 위한 섬유 광폭화 장치에 관한 것으로서, 공급되는 섬유 다발을 펼쳐 배출하는 섬유 광폭화 장치에 있어서, 상기 섬유 다발의 이동방향으로 평롤과 컨벡스롤이 상기 이동방향에 직교하는 회전축을 가지고 배치되며, 상기 섬유 다발은 평롤과 컨벡스롤의 외주면을 상하 지그재그로 걸쳐 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연속섬유 강화 복합소재의 함침 공정에 연속적으로 공급되는 섬유 다발의 균일성과 광폭성을 향상시켜서 함침성과 생산성을 극대화 할 수 있는 섬유 광폭화 장치가 제공된다.The present invention relates to a fiber widening device for improving the efficiency of a continuous fiber-reinforced composite material manufacturing system, wherein in a fiber widening device for spreading and discharging a supplied fiber bundle, the flat roll and the convex roll are moved in the moving direction of the fiber bundle. It is disposed with a rotational axis orthogonal to the direction, and the fiber bundle is characterized in that it moves over the outer circumferential surfaces of the flat roll and the convex roll in a vertical zigzag.
According to the present invention, there is provided a fiber widening device capable of maximizing impregnation and productivity by improving the uniformity and broadness of fiber bundles continuously supplied to the impregnation process of a continuous fiber-reinforced composite material.
Description
본 발명은 연속섬유강화 복합재료 제조시스템의 효율 향상을 위한 섬유 광폭화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수지 함침 공정에 연속적으로 공급되는 섬유 다발의 균일성과 광폭성을 향상시켜 함침성 및 생산성을 극대화할 수 있는 섬유 광폭화 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a fiber widening device for improving the efficiency of a continuous fiber-reinforced composite material manufacturing system, and more specifically, to maximize the impregnation and productivity by improving the uniformity and broadness of the fiber bundles continuously supplied to the resin impregnation process. It relates to a fiber widening device that can be.
섬유 강화 고분자 복합재료는 강화재인 섬유와 모재인 수지로 이루어진다. Fiber-reinforced polymer composites are composed of fibers as reinforcing materials and resins as base materials.
복합재료의 기계적 강도가 증가하는 원인에는 여러가지가 있지만, 일반적으로 모재 내 섬유의 길이가 길수록 강도가 증가하는 경향을 갖는다. There are various causes of increasing the mechanical strength of the composite material, but in general, the strength tends to increase as the length of the fiber in the base material increases.
이에, 섬유를 절단하지 않고 연속된 섬유 다발에 수지를 함침하여 복합재료를 만들게 되면 높은 물성을 갖는 소재를 구현할 수 있다. Accordingly, if a composite material is made by impregnating a continuous fiber bundle with a resin without cutting the fiber, a material having high physical properties can be realized.
이와 같이 미리 수지를 연속섬유에 함침한 테이프 형의 섬유 강화 고분자 복합재료를 프리프레그(Prepreg)라고 한다. In this way, a tape-type fiber-reinforced polymer composite material impregnated with a continuous fiber in advance with a resin is called a prepreg.
하지만, 연속 섬유의 경우, 수지의 함침이 어려운데 이는 열 경화성 수지 보다 열 가소성 수지의 경우 수지의 점도가 상대적으로 높아 함침이 더욱 어려워 지는 문제가 있다.However, in the case of continuous fibers, it is difficult to impregnate the resin, which has a problem that the viscosity of the resin is relatively high in the case of the thermoplastic resin than the thermosetting resin, making impregnation more difficult.
때문에, 섬유 다발을 연속적으로 펼쳐 수지를 함침하는 것을 통해, 기존의 연속 섬유 강화 복합재료 제조시스템에서 함침성과 생산성을 개선할 수 있다. Therefore, by continuously spreading the fiber bundle and impregnating the resin, it is possible to improve impregnation and productivity in the conventional continuous fiber-reinforced composite material manufacturing system.
하지만, 섬유 광폭화에 있어 섬유 다발의 당김속도가 빨라질수록 광폭화 장치에서의 섬유 파손과 균일성이 떨어지게 되는 문제가 있다. However, in fiber widening, as the pulling speed of the fiber bundle increases, there is a problem in that fiber breakage and uniformity in the widening device decrease.
섬유 광폭화를 위해 다양한 선행 기술이 개시된 바 있으나, 분당 30 m 이상 고속으로 광폭화 된 섬유 다발의 균일성과 광폭화 향상에 한계가 따르는 문제점이 있었다.
Various prior art techniques have been disclosed for fiber widening, but there is a problem in that there is a limitation in improving the uniformity and widening of the fiber bundles widened at a high speed of 30 m or more per minute.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 연속섬유강화 복합재료 제조시스템의 수지 함침 공정에 연속적으로공급되는 섬유 다발의 균일성과 광폭성을 향상시켜 함침성 및 생산성을 극대화할 수 있도록 함에 있다.
The present invention was created to solve the problems in the prior art as described above, and its object is to improve the uniformity and broadness of the fiber bundles continuously supplied to the resin impregnation process of the continuous fiber reinforced composite material manufacturing system. It is to maximize impregnation and productivity.
본 발명의 상기한 목적은, 섬유 다발의 이동방향으로 평롤과 컨벡스롤이 상기 이동방향에 직교하는 회전축을 가지고 배치되며, 상기 섬유 다발은 평롤과 컨벡스롤의 외주면을 상하 지그재그로 걸쳐 이동하면서 섬유 다발을 펼쳐 배출하는 섬유 광폭화 장치에 있어서;
상기 평롤과 컨벡스롤은 상호 번갈아 배치되며, 첫 평롤의 폭은 초기 섬유 다발의 폭과 일치하게 구성되고;
상기 컨벡스롤은 장축(L)과 단축(D)의 비율(L/D)이 1.3~10 이며, 컨벡스롤의 단축(D) 반경은 2.5 mm 내지 200 mm 이고;
상기 컨벡스롤 후방에 위치하는 평롤의 폭은 컨벡스롤 전방의 평롤의 폭의 1.1~2.5배 이상을 가지며;
상기 평롤과 컨벡스롤의 양 단부 외주에는 원주 방향을 따라 외향 돌출된 플랜지가 형성되고;
상기 평롤 및 컨벡스롤들 중 상대적으로 상단에 위치하는 롤과 하단에 위치하는 롤 사이에 높낮이는 양 롤의 평균 직경을 dm=(d1+d2)/2 이라 할 때, 각 롤의 회전축을 기준으로 -10dm 내지 10dm의 높낮이를 갖는 것을 특징으로 하는 연속섬유강화 복합재료 제조시스템의 효율 향상을 위한 섬유 광폭화 장치를 제공함에 있다.The above object of the present invention is that the flat roll and the convex roll are arranged with a rotation axis orthogonal to the moving direction in the moving direction of the fiber bundle, and the fiber bundle moves over the outer circumferential surface of the flat roll and the convex roll in a vertical zigzag manner. In the fiber widening device for spreading and discharging;
The flat rolls and the convex rolls are alternately arranged with each other, and the width of the first flat roll is configured to match the width of the initial fiber bundle;
In the convex roll, the ratio (L/D) of the long axis (L) and the short axis (D) is 1.3 to 10, and the radius of the short axis (D) of the convex roll is 2.5 mm to 200 mm;
The width of the flat roll positioned behind the convex roll has a width of 1.1 to 2.5 times or more of the width of the flat roll in front of the convex roll;
Flanges protruding outward along the circumferential direction are formed on the outer circumferences of both ends of the flat roll and the convex roll;
When the average diameter of both rolls that rises and falls between the roll located at the top and the roll located at the bottom of the flat rolls and convex rolls is d m =(d 1 +d 2 )/2, the rotation axis of each roll To provide a fiber widening device for improving the efficiency of a continuous fiber-reinforced composite material manufacturing system, characterized in that it has a height of -10d m to 10d m based on.
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본 발명에 따르면, 연속섬유 강화 복합소재의 함침 공정에 연속적으로 공급되는 섬유 다발의 균일성과 광폭성을 향상시켜서 함침성과 생산성을 극대화 할 수 있는 섬유 광폭화 장치가 제공된다.
According to the present invention, there is provided a fiber widening device capable of maximizing impregnation and productivity by improving the uniformity and broadness of fiber bundles continuously supplied to the impregnation process of a continuous fiber-reinforced composite material.
도 1은 본 발명에 따른 섬유 광폭화장치의 기본 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 섬유 광폭화장치의 작동예를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 섬유 광폭화장치에 사용되는 컨벡스롤의 조건을 설명하는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 섬유 광폭화장치를 통해 복수의 로빙예를 설명하는 개념도이다.1 is a basic conceptual diagram of a fiber widening apparatus according to the present invention.
2 is an exemplary view showing an operation example of the fiber widening apparatus according to the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating conditions of a convex roll used in the fiber widening apparatus according to the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating a plurality of roving examples through the fiber widening apparatus according to the present invention.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Prior to the description of the present invention, the following specific structure or functional descriptions are exemplified only for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms, It should not be construed as being limited to the embodiments described herein.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, since embodiments according to the concept of the present invention can be modified in various ways and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the present specification. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific type of disclosure, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.
본 발명에 따른 섬유 광폭화장치는 도 1 및 도 2의 예시와 같이, 평롤(R1,R2,R3) 다수개와 컨벡스롤(Convex Roll)(C1,C2,C3) 다수개가 상호 교대로 반복 설치되고, 광폭화를 위한 섬유 다발(FB)이 이들을 지그재그로 통과하도록 구성된다.In the fiber widening apparatus according to the present invention, as illustrated in FIGS. 1 and 2, a plurality of flat rolls (R1, R2, R3) and a plurality of convex rolls (C1, C2, C3) are alternately installed and repeatedly installed, Fiber bundles (FB) for widening are configured to pass through them in zigzag.
그리고, 섬유 광폭화장치의 최종단에는 텐션롤가이드(TR)가 설치되어 광폭화, 즉 스프레딩된 섬유 다발(FB)을 수평상태로 쫙 펼쳐서 정해진 폭으로 직선 안내되게 하여 도시되지 않은 권취롤에 권취되도록 안내한다.In addition, a tension roll guide (TR) is installed at the final end of the fiber widening device to widen, that is, spread the spread fiber bundle (FB) in a horizontal state so that it is linearly guided to a predetermined width so that it is wound on a winding roll (not shown). Guide.
뿐만 아니라, 상기 다수개의 평롤(R1,R2,R3)과, 다수개의 컨벡스롤(Convex Roll)(C1,C2,C3) 각각은 양단에 플랜지(F)가 구비되어 스프레딩되는 섬유 다발(FB)이 이탈되지 않도록 방지하게 된다.In addition, each of the plurality of flat rolls (R1, R2, R3) and the plurality of convex rolls (C1, C2, C3) is provided with flanges (F) at both ends to spread the fiber bundle (FB) It is prevented from deviating.
이때, 섬유 다발(FB)의 초기 진입 위치에 설치된 롤은 평롤(R1)로부터 시작해야 한다.At this time, the roll installed at the initial entry position of the fiber bundle (FB) should start from the flat roll (R1).
특히, 상기 섬유 다발(FB)은 끊어지지 않으면서 충분히 인장되어 스프레딩될 수 있도록 컨벡스롤(C1,C2,C3)을 기준으로 그 앞,뒤에 설치된 평롤(R1,R2,R3)의 폭이 해당 컨벡스롤(C1,C2,C3)의 폭 보다는 작아야 하며, 앞,뒤에 설치된 평롤(R1,R2,R3)의 경우에도 뒤에 설치된 평롤이 앞에 설치된 평롤보다 더 큰 폭을 가져야 한다.In particular, the width of the flat rolls (R1, R2, R3) installed before and after the convex rolls (C1, C2, C3) so that the fiber bundle (FB) can be sufficiently stretched and spread without breaking It should be smaller than the width of the convex rolls (C1, C2, C3), and in the case of the front and rear flat rolls (R1, R2, R3), the flat roll installed at the rear must have a larger width than the flat roll installed at the front.
이렇게 구성해야 하는 이유는 섬유 다발(FB)이 순차적으로 퍼지면서 균일성을 갖도록 하기 위함이며, 퍼지는 정도가 현저히 차이나게 되면 섬유 다발(FB)이 부분적으로 끊어지는 현상이 발생하므로 제품 품질이 급격히 떨어지게 된다.The reason for this configuration is to ensure uniformity while sequentially spreading the fiber bundles (FB), and if the degree of spreading is significantly different, the fiber bundles (FB) are partially broken, so product quality is rapidly degraded. do.
이와 같이, 당겨지는 섬유 다발(FB)은 퍼졌다 좁아졌다를 반복하면서 스프레딩되게 된다.In this way, the pulled fiber bundle (FB) is spread while repeating the spreading and narrowing.
한편, 상기 컨벡스롤(C1,C2,C3)은 도 3의 예시와 같이, 곡률면은 장축(L)과 단축(D)의 비율로 결정되는데, 이 비율(L/D)이 1.3~10이 바람직하며, 곡률면의 단축(D) 반경은 2.5mm~200mm를 유지함이 바람직하다.On the other hand, the convex rolls (C1, C2, C3) are determined by the ratio of the long axis (L) and the minor axis (D), as shown in the example of Figure 3, this ratio (L / D) is 1.3 to 10 It is preferred, and the radius of the short axis (D) of the curved surface is preferably maintained at 2.5mm to 200mm.
만약, 상기 범위를 벗어나 곡률면이 원에 가깝게 커지게 되면 퍼지는 효과는 좋지만 편차가 커 불균일한 스프레이딩이 발생되고, 곡률면이 평면에 가깝게 작아지게 되면 쏠림은 적어 균일성은 증대되지만 퍼지는 효과가 거의 없어 스프레딩이 안되는 문제가 생긴다. 때문에, 상기 범위로 한정되어야 한다.If the curvature surface becomes larger outside the above range, the spreading effect is good, but the deviation is large, causing non-uniform spraying, and when the curvature surface becomes smaller close to the plane, there is less distraction and the uniformity increases, but the spreading effect is almost There is no spreading problem. Therefore, it should be limited to the above range.
또한, 컨벡스롤 후방에 위치하는 평롤의 폭은 컨벡스롤 전방의 평롤의 폭의 1.1~2.5배 이상을 가지는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the width of the flat roll positioned behind the convex roll has a width of 1.1 to 2.5 times or more of the width of the flat roll in front of the convex roll.
이는 앞서 설명하였듯이, 급격한 퍼짐을 막고 순차적으로 균일하게 퍼질 수 있도록 하기 위함이다.As described above, this is to prevent rapid spreading and to be able to spread sequentially and uniformly.
그리고, 인접하는 롤들의 회전축선은 상호 높낮이를 갖되, 인접하는 롤들 중 상단에 위치하는 롤과 상대적으로 하단에 위치하는 롤 사이에 높낮이는 양 롤의 평균 반경 범위 내에 위치하는 것이 효과적이다.And, the rotation axis of the adjacent rolls have mutual heights, but it is effective that the heights between the rolls positioned at the top and the rolls positioned at the bottom of the adjacent rolls are positioned within the average radius range of both rolls.
즉, 상대적으로 상단에 위치하는 롤과 하단에 위치하는 롤 사이에 높낮이는 양 롤의 평균 직경을 dm=(d1+d2)/2 이라 할 때, 각 롤의 회전축을 기준으로 -10dm 내지 10dm의 높낮이를 갖는 것이 바람직하다.That is, when the average diameter of both rolls that rises and falls between the relatively upper and lower rolls is d m =(d 1 +d 2 )/2, the rotation axis of each roll is -10d. It is preferable to have a height of m to 10 d m .
이때, d1, d2는 상단 위치롤과 하단 위치롤의 각 직경을 의미하는데, 컨벡스롤일 경우에는 단축의 길이를 의미한다.In this case, d 1 and d 2 mean each diameter of the upper and lower rolls, and in the case of a convex roll, it means the length of the short axis.
그리고, 상기 섬유 광폭화 장치는 섬유 다발(FB)의 이동방향으로 배치된 평롤(R1,R2,R3)과 컨벡스롤)(C1,C2,C3)에 의해 하나의 섬유 광폭화 유도 경로가 형성됨이 바람직하며, 상기 섬유 광폭화 유도 경로가 회전축선 방향을 따라 복수로 병렬 배치되어 있는 형태일 수 있다.In addition, the fiber widening device preferably has one fiber widening induction path formed by flat rolls (R1, R2, R3) and convex rolls) (C1, C2, C3) arranged in the moving direction of the fiber bundle (FB), , The fiber widening induction path may be arranged in parallel in a plurality of directions along the rotation axis.
여기서, 병렬방향으로 배치되는 롤들은 일체로 형성되거나, 이격 배치될 수 있다. Here, the rolls arranged in a parallel direction may be integrally formed or may be spaced apart.
그리고, 병렬방향으로 배치되는 롤들은 수직방향으로 롤의 이동경로가 중첩되지 않는 높낮이로 이격 배치될 수 있다.Further, the rolls arranged in the parallel direction may be spaced apart from each other at a height in which the movement paths of the rolls do not overlap in the vertical direction.
예컨대, 도 4의 (a)와 같이 수평방향으로 일정간격을 두고 다수의 롤(ROLL)(평롤, 컨벡스롤 모두 포함)을 이격설치하여 스프레딩되는 폭을 더욱 크게 할 수 있다.For example, as shown in (a) of FIG. 4, a plurality of rolls (including both flat rolls and convex rolls) are spaced apart from each other in the horizontal direction at regular intervals to increase the spreading width.
이 경우, 이격된 간격만큼 최종단인 텐션롤가이드(TR)에서 스프레딩되지 못하고 간격이 벌어지는 현상이 발생될 수 있는데, 이런 경우라면 도 4의 (b)와 같이 롤(ROLL)들을 상하로 간격을 두고 중첩시키게 되면 상기 현상없이 균일하고 원활한 스프레딩이 가능하게 된다.In this case, spreading may not be possible in the tension roll guide TR, which is the final end, and the gap may be widened. In this case, the rolls are spaced vertically as shown in Fig. 4B. If they are overlapped with each other, uniform and smooth spreading is possible without the above phenomenon.
이와 같이, 본 발명에 따른 섬유 광폭화장치는 컨벡스롤이 개념을 도입함으로써 원활하면서도 효율적인 섬유 다발(FB) 스프레딩을 가능하게 하여 준다.
As described above, the fiber widening device according to the present invention enables smooth and efficient fiber bundle (FB) spreading by introducing the concept of a convex roll.
R1,R2,R3: 평롤 C1,C2,C3: 컨벡스롤
F: 플랜지 FB: 섬유 다발R1, R2, R3: plain roll C1, C2, C3: convex roll
F: Flange FB: Fiber bundle
Claims (11)
상기 평롤과 컨벡스롤은 상호 번갈아 배치되며, 첫 평롤의 폭은 초기 섬유 다발의 폭과 일치하게 구성되고;
상기 컨벡스롤은 장축(L)과 단축(D)의 비율(L/D)이 1.3~10 이며, 컨벡스롤의 단축(D) 반경은 2.5 mm 내지 200 mm 이고;
상기 컨벡스롤 후방에 위치하는 평롤의 폭은 컨벡스롤 전방의 평롤의 폭의 1.1~2.5배 이상을 가지며;
상기 평롤과 컨벡스롤의 양 단부 외주에는 원주 방향을 따라 외향 돌출된 플랜지가 형성되고;
상기 평롤 및 컨벡스롤들 중 상대적으로 상단에 위치하는 롤과 하단에 위치하는 롤 사이에 높낮이는 양 롤의 평균 직경을 dm=(d1+d2)/2 이라 할 때, 각 롤의 회전축을 기준으로 -10dm 내지 10dm의 높낮이를 갖는 것을 특징으로 하는 연속섬유강화 복합재료 제조시스템의 효율 향상을 위한 섬유 광폭화 장치.In the moving direction of the fiber bundle, the flat roll and the convex roll are arranged with a rotation axis orthogonal to the moving direction, and the fiber bundle moves across the outer circumferential surfaces of the flat roll and the convex roll in a vertical zigzag while spreading and discharging the fiber bundle. In;
The flat rolls and the convex rolls are alternately arranged with each other, and the width of the first flat roll is configured to match the width of the initial fiber bundle;
In the convex roll, the ratio (L/D) of the long axis (L) and the short axis (D) is 1.3 to 10, and the radius of the short axis (D) of the convex roll is 2.5 mm to 200 mm;
The width of the flat roll positioned behind the convex roll has a width of 1.1 to 2.5 times or more of the width of the flat roll in front of the convex roll;
Flanges protruding outward along the circumferential direction are formed on the outer circumferences of both ends of the flat roll and the convex roll;
When the average diameter of both rolls that rises and falls between the roll located at the top and the roll located at the bottom of the flat rolls and convex rolls is d m =(d 1 +d 2 )/2, the rotation axis of each roll Fiber widening device for improving the efficiency of a continuous fiber-reinforced composite material manufacturing system, characterized in that it has a height of -10d m to 10d m based on.
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| KR101198256B1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-07 | 서울대학교산학협력단 | Fiber spreading device and manufacturing system of continuous fiber reinforced thermoplastic composites having the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150121312A (en) | 2015-10-29 |
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