KR102201976B1 - 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 섬유강화 플라스틱 인발성형 시에 복수의 섬유다발이 통과하여 지나면서 합쳐지도록 안내하는 핀홀을 구비하되, 상기 핀홀은 섬유다발이 납작하게 펼쳐져 지나도록 안내하는 바닥면과, 상기 바닥면에 교차하여 상부로 연장되는 양측 내측면으로 형성된 내부면을 구비하며, 상부에 개방부를 구비하여 열린 형태인, 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀을 제공한다.

Description

섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀{IMPREGNATION PIN OF PULTRUSION PROCESS APPARATUS FOR FIBER REINFORCED THERMOPLASTIC}

본 발명은 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치에서 용융된 수지가 담긴 함침조 내에 설치되어 복수의 섬유다발이 합쳐지도록 유도하는 함침핀에 관한 것이다.

섬유강화 플라스틱은 섬유 같은 강화재로 복합시켜, 기계적 강도, 내열성, 장력이나 내충격성을 강화한 플라스틱이다. 섬유강화 플라스틱 성형을 위한 방식 중 인발성형 방식은 용융된 수지가 담긴 함침조 내부에, 함침핀을 설치하여 섬유다발이 진행하는 경로를 구성하고, 섬유다발을 통과시키면서 수지를 함침한 뒤 원하는 형상의 노즐에 통과시키면서 가공하는 방식이다.

함침조는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치에서 고점도 수지를 이용하여 섬유다발을 연속적으로 코팅시키기 위해 사용된다. 함침조 내부에 섬유다발의 진행 경로를 따라 서로 다른 기능을 하는 복수의 함침핀이 설치될 수 있으며, 이러한 함침핀들을 연이어 지나면서 복수의 섬유다발은 개섬되고 수지가 섬유다발에 함침된다.

섬유다발은 수천 또는 수만 가닥의 섬유 필라멘트로 이루어질 수 있는데, 함침핀을 지나면서 섬유다발을 구성하는 섬유 필라멘트들이 섬유다발이 길이방향 즉, 진행방향과 직교하는 방향으로 펼쳐지면서 평평하게 가공되는 개섬이 이루어지며, 함침이 이루어진다. 개섬이 진행됨에 따라 섬유다발의 폭이 증가하고 두께가 감소하며, 수지와 필라멘트간의 접촉 면적이 증가하므로 함침성이 증가한다.

도 1 은 함침조 내부에서 섬유다발을 합치는 부분에 설치되는 공지의 함침핀의 단면도이다. 섬유다발이 테이프 형상으로 성형되기 위해 노즐을 통과하기 전에 설치되는 이러한 공지의 함침핀(1)은, 섬유다발(10)의 개섬 및 함침과 도입된 복수의 섬유다발(10)을 모아 합쳐지는 것을 안내한다. 노즐은 함침조의 출구 측에 일체로 설치될 수 있다.

섬유다발이 노즐을 통과하기 전에 설치되어 섬유다발을 모아주는 기능을 하는 공지의 함침핀은, 플레이트(2)에 원형 단면의 홀(4) 구비한 형태로 형성된다.

인발 공정의 함침 특성 상 섬유에서 함침핀 쪽으로 힘이 작용하므로, 섬유다발은 홀(4)의 닫힌 면 쪽으로 힘을 받게 된다. 그리고 함침핀의 홀(4)을 통과하면서, 진행하는 복수의 섬유다발이 하나의 다발로 합쳐지는 효과를 갖는다.

그런데, 공지의 상기 함침핀(1)은, 도 1 에서 보이는 바와 같이, 원형 단면의 홀(4)을 가지므로 개섬되어 납작해진 각각의 섬유다발(10)이 원형으로 다시 모이게 되고, 섬유다발(10)의 표면에 존재하는 수지로 인해 섬유다발(10)들이 미끄러지면서 각각의 섬유다발(10)로 분리되는 현상이 발생하고 있다.

도 2 는 공지의 함침핀을 통과하면서 합쳐진 섬유다발을 도시한 도면이다. 도 2 에 서 보이는 바와 같이, 도 1 과 같은 형태로 섬유다발(10)이 함침핀(1)의 홀(4)을 통과하는 경우, 도 2 에서 A 영역으로 표시한 바와 같이, 섬유다발(10)들 사이에 수지만이 존재하는 부분이 발생하게 된다. 또한, 섬유가 고르게 분포되지 못하는 문제점이 발생한다. 섬유다발(10) 사이에서 수지만이 존재하는 A 영역에서는, 추후 노즐을 통과하면서 합쳐진 섬유다발(10)들이 성형되더라도, 갈라짐이 발생할 수 있다. 참고로 도 2 에서 화살표는 함침핀(1)의 홀(4)을 통과하는 섬유다발의 진행방향을 나타낸다.

본 발명은 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침조 내부에 설치되는 것으로 복수의 섬유다발이 하나로 합치기 위해 사용되는 함침핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 복수의 섬유다발이 하나로 합치는 공정에서 섬유다발이 중첩되는 형태로 합쳐지도록 하여 갈라짐을 방지하는 데 유리한 함침핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀은, 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침조 내부에 설치되는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀에 있어서, 섬유강화 플라스틱 인발성형 시에 복수의 섬유다발이 통과하여 지나면서 합쳐지도록 안내하는 핀홀을 구비하되, 상기 핀홀은, 섬유다발이 납작하게 펼쳐져 지나도록 안내하는 바닥면과, 상기 바닥면에 교차하여 상부로 연장되는 양측 내측면으로 형성된 내부면을 구비하고, 상부에 개구부를 구비하여 열린 형태로 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 바닥면은 타원형의 호 형상으로 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 바닥면은 평평하게 형성된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 내측면은 바닥면에 상부로 갈수록 상기 핀홀의 폭이 좁아지게 형성된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 내측면은 상기 바닥면의 양 측단에서 라운드지게 이어져 연장되어 상기 핀홀 내부에 각진 부분이 형성되지 않도록 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 복수의 상기 핀홀은 하나의 플레이트에 나란히 형성된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 함침핀은 함침된 섬유다발들이 테이프 형상으로 성형되는 노즐로 도입되기 전의 위치에 배치된다.

본 발명에 의하면, 섬유강화 플라스틱 인발성형 공정에서 복수의 섬유다발을 합쳐주는 함침핀을 통과할 때, 개섬된 섬유다발들이 다시 원형으로 모아지는 것도 방지하면서, 섬유다발이 중첩되면서 합쳐지는 것을 안내하다. 이를 통해 추후 갈라짐이 발생할 수 있는 취약 부분 즉, 수지만이 존재하는 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 섬유다발의 함침 과정에서 섬유의 끊어짐이나 손상을 방지하는 데 또한 유리하다.

이를 통해 섬유다발의 인장강도 및 품질을 향상시키는 데 유리하다.

도 1 은 함침조 내부에서 섬유다발을 합치는 부분에 설치되는 공지의 함침핀의 단면도이다.
도 2 는 공지의 함침핀을 통과하면서 합쳐진 섬유다발의 형태를 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 함침핀을 설명하기 위한 함침핀의 정면도이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 함침핀에서 섬유다발들이 핀홀을 통과하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 함침핀을 통과하여 진행하면서 복수의 섬유다발이 합쳐진 모습을 보여주는 도면이다.
도 6 본 발명에 따른 함침핀을 이용하여 제조된 섬유강화 플라스틱 (b) 및 공지의 함침핀을 이용하여 제조된 섬유강화 플라스틱(a)을 대비하여 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에서 구성요소를 지칭하는 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 함침핀을 설명하기 위한 정면도이고, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 함침핀에서 섬유다발이 핀홀을 통과하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 함침핀(100)은 섬유강화 플라스틱 인발성형 시에 함침조 내에 설치되어, 복수의 섬유다발을 하나로 합치기 위해 사용된다.

함침조는 내부에 기능을 달리는 함침핀들을 구비하는 데, 본 발명에 따른 함침핀은 복수의 섬유다발이 최종적으로 노즐로 도입되기 전에 설치된다. 즉, 함침조 내에서 후측 위치로 설치된다. 함침조에서 설치되는 기능을 달리는 공지의 함침핀 및 노즐은 공지의 것이 사용될 수 있으며, 노즐은 함침된 섬유다발들을 테이프 형상으로 성형하기 위하여 횡방향으로 직사각형 홀 단면을 가지는 노즐이 될 수 있다. 그러나 본 발명은 노즐의 홀 단면에 의해 제한되지 않는다. 그러나 함침된 섬유다발들을 테이프 형상으로 성형하기 위한 노즐과 함께 사용되는 것이 유리하다.

도 3 을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 함침핀(100)은 플레이트(110)에 관통 형성된 복수의 핀홀(120)을 포함한다. 핀홀(120)을 따라 복수의 섬유다발이 통과하여 지나면서 개섬 및 함침되고, 합쳐진다.

핀홀(120)은 플레이트(110)의 길이방향을 따라 복수개가 연속적으로 형성될 수 있다. 도 3 은 플레이트(110)의 길이 방향을 따라 복수의 핀홀(120)이 하나의 열로 배치된 형태를 도시하고 있으나, 도 3의 플레이트(110)에 대응되는 플레이트 부분 복수개가 높이방향으로 이격 배치된 구조의 함침핀이 사용될 수 있다. 이 경우 플레이트 부재 복수개가 높이방향으로 이격된 형태로 배치되고 양단이 서로 연결되어 하나의 플레이트를 이룬 형태가 될 수 있으며, 핀홀(120)이 1열로 배치된 것을 하나의 층으로 지칭할 때 핀홀(120)이 다층 배치를 이룬다.

본 발명에 따른 함침핀(100)의 핀홀(120)은 상부가 열린 홀 형태로 형성된다. 핀홀(120)의 내부면(122), 바닥면(124)과 바닥면(124)의 양측 단부에서 교차하면서 상부로 연장되는 내측면(126)으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 의하면, 핀홀(120)의 바닥면(124)은 바닥면(124)에 접하여 지나는 섬유다발이 납작하게 펼쳐지는 상태로 진행하도록 안내한다. 이를 위해 바닥면(124)은 완만한 곡선을 이루는 타원형의 호형상 또는 평평하게 형성된다. 인발 공정에서 섬유다발(10)이 함침핀(100)의 핀홀(120)을 통과할 때, 섬유다발(10)로부터 핀홀(120) 접촉 표면 쪽으로 힘이 작용한다. 따라서 타원형의 호형상 또는 평평한 바닥면(124)은, 복수의 섬유다발(10)이 핀홀(120) 내부로 도입되어 진행될 때, 공지의 원형 호 형상의 바닥면과 달리, 섬유다발(10)이 원형으로 모이는 현상을 억제하면서, 섬유다발(10)은 납작하게 펼쳐지는 상태로 진행하도록 안내한다. 또한 섬유다발이 납작한 형태로 핀홀(120)의 바닥면(124)을 지나므로, 복수의 섬유다발(10)은 바닥면(124) 상에 겹쳐지면서 진행하면서 합쳐진다.

즉, 본 발명의 실시예에 따라 타원형의 호형상 또는 평평하게 형성되는 바닥면(124)은, 복수의 섬유다발(10)들이, 핀홀(120)에서 바닥면(124) 쪽으로 작용하는 힘에 의해, 각각이 납작하게 펼쳐진 상태로, 서로 분리되지 않고 겹쳐진 형태로 진행되도록 하는 데 유리하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 바닥면(124)은 평평한 형태로 형성될 때, 섬유다발(10)들이 겹쳐지면서 안내되는 데 더 유리하다.

도 5 는 본 발명에 따른 함침핀(100)을 통과하여 진행하면서 복수의 섬유다발(10)이 합쳐진 예를 도시한 것으로, 섬유다발들(10)이 겹쳐지게 중첩된 형태이므로 도 2 에서와 같이 수지만이 존재하는 공극이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 갈라짐의 원인이 되는 수지만이 존재하는 공극의 생성을 억제할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 핀홀(120)의 내측면(126)은 바닥에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지게 형성된다. 즉, 바닥면(124)의 폭에 비하여 상부의 열린 개구부(128)의 폭이 좁아지도록 형성된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 내측면(126)은 핀홀(120)의 폭이 점차로 좁아지게 경사지게 형성된다. 도면을 참조하면 내측면(126)은 직선으로 경사진 경사면 형태로 형성된다. 단면에서 내측면(126)이 경사면을 형성되면서 핀홀(120)의 폭이 점차로 좁아지는 형태로 형성되므로, 핀홀(120)의 단면은 사다리꼴 또는 유사 사다리꼴 형태를 지닐 수 있다.

본 발명에 따르면, 함침핀(100)의 핀홀(120)에서 상부의 개구부(128)를 향해 핀홀(120)의 폭이 좁아지도록 내측면(126)이 형성되므로 핀홀(120) 내부로 도입된 섬유다발(10)들이 핀홀(120) 내부에서 이탈되는 것을 방지하는 데 유리하다.

본 발명에 따른 함침핀(100)의 핀홀(120)은 상부에 개구부(128)를 구비한 열린 형태로 형성된다. 섬유의 함침 과정에서, 섬유 주변의 용융된 수지가 좁은 홀을 통과할 때 섬유에 가하는 압력에 의해, 섬유의 끊어짐이나 손상이 발생될 수 있다. 그러나 본 발명에 의하면 핀홀(120) 상부의 개구부(128)에 의해 용융된 수지가 배출되므로 핀홀(120)을 통과할 때 섬유에 가해지는 압력을 줄일 수 있다.

본 발명에 의하면, 핀홀(120)의 내부면은 각진 부분이 없게 형성된다. 따라서 바닥면(124)과 여기에 교차하는 내측면(126)이 이어진 부분에서 라운드지게 형성된다. 따라서 바닥면(124)의 양측 단부에서 수지나 섬유다발이 적층되는 것을 방지한다. 또한 내측면(126)이 플레이트(100)의 외부표면과 이어지는 부분에서 라운드지게 형성되는 것이 유리하다. 이와 같이 면들이 교차하는 부분이 라운드지게 이어지게 함으로써, 섬유다발의 손상을 방지하는 데 유리하다.

도 6 의 (a)는 도 1 에 도시된 공지의 함침핀을 이용하여 합쳐지고 노즐을 통과하면서 테이프 형상으로 가공된 섬유강화 플라스틱을 보여주는 사진이고, 도 6 의 (b)는 본 발명에 따른 함침핀을 이용하여 인발공정이 진행되고 노즐을 통해 테이프 형상으로 가공된 제조된 섬유강화 플라스틱 보여주는 사진이다. 도 6 의 (a)를 보면 섬유다발 사이에 갈라짐이 발생한 것을 알 수 있다. 그러나, 도 6 의 (b)를 참조하면 합쳐진 섬유다발들 사이에 갈라짐이 발생하지 않았으며, 전체적으로 고른 형상을 보이는 것을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 함침핀의 섬유다발의 갈라짐 방지 효과를 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 함침핀은 제조된 섬유강화 플라스틱의 인장강도를 증가시킨다. 도 6의 (a)에 도시된 제품의 경우 인장강도가 495.7 Mpa 임에 반하여, 도 5 의 (b)에 도시된 제품의 경우 인장강도가 603.8 Mpa로 측정되었다. 이와 같이 함침핀을 개선으로 제품의 인장강도를 최대 21%까지 향상시키는 것이 가능하며, 외관 품질 또한 향상되므로 제품이 상품성을 증대시키는 것이 가능하다.

100: 함침핀 110: 플레이트
120: 핀홀 122: 내부면
124: 바닥면 126: 내측면
128: 개구부 10: 섬유다발

Claims (7)

1. 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침조 내부에 설치되는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀에 있어서,
   섬유강화 플라스틱 인발성형 시에 복수의 섬유다발이 통과하여 지나면서 함침되고 합쳐지도록 안내하는 핀홀을 구비하되,
   상기 핀홀은 섬유다발이 납작하게 펼쳐져 지나도록 안내하는 바닥면과, 상기 바닥면에 교차하여 상부로 연장되는 양측 내측면으로 형성된 내부면을 구비하고, 상부에 개구부를 구비하여 열린 형태로 형성되며,
   상기 내측면은 상기 바닥면에서 상부로 갈수록 상기 핀홀의 폭이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 바닥면은 타원형의 호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 바닥면은 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 바닥면의 양 측단에서 상기 내측면은 라운드지게 이어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀.
   
6. 제1항에 있어서,
   복수의 상기 핀홀이 하나의 플레이트에 나란히 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 함침핀은 함침된 섬유다발들이 테이프 형상으로 성형되는 노즐로 도입되기 전의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀.

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