KR102265968B1 - 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치에 관한 발명으로, 복수 개의 연장되는 섬유 강화재를 공급하는 섬유 공급부; 상기 섬유 강화재가 지면과 평행하도록 이동하여 통과하되, 수지가 상기 섬유 강화재에 분사되는 코팅부; 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재에 꼬임을 부여하는 트위스트부; 및 열을 지니되, 꼬임이 부여된 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 통과되는 금형 성형부;를 포함하고, 상기 트위스트부는, 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 관통되는 바디부; 및 상기 바디부 내에서 회전하는 스크류부;를 구비하고, 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재는 상기 스크류부의 내측면을 따라 회전하여 꼬여지는 것을 특징으로 한다.

Description

꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치{TWISTED CONTINUOUS FIBER COMPOSITE MANUFACTURING EQUIPMENT}
본 발명은 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치에 관한 발명으로, 섬유 강화재가 굴곡지면서 수지 배스 내에서 함침되는 것이 아닌 지면과 평행하도록 이동하면서 수지가 도포되고, 트위스트부를 거쳐 섬유 강화재가 꼬이는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징으로 인해, 연속섬유 복합재의 엣지(Edge)부분의 찢김 등의 문제가 발생하지 않게 되고, 플렉서블 한 특성을 보존할 수 있게 되며, 섬유 강화재의 단방향 물성을 지속적으로 유지하면서 연속섬유 복합재의 굴곡 특성을 타켓(target) 부품의 요구 수준으로 개선할 수 있으며, 비함침 타입이 지니는 인장 하중의 물성 약화를 보완할 수 있게 된다.
섬유강화 고분자 복합재료는 보강재료인 섬유에 기지재료인 고분자 수지를 함침시켜 만들어진다.
고분자 복합재료는 무게에 비해 강도가 크고, 화학적으로 안정하며, 피로 한도가 큰 등의 여러 장점이 있으며, 우수한 무게비 성능을 요구하는 항공 우주 산업, 각종 자동차 부품 등에 그 적용 범위를 넓혀가고 있다.
섬유 강화 고분자 복합재료의 성형 방법에는 Autoclave Molding, 필라멘트 와인딩, 테이프 적층법, RTM(Resin Transfer Molding), Pultrusion, Compression Molding 등의 여러 방법이 있다. 이러한 여러 성형 공정 중 Pultrusion은 연속적으로 공급되는 섬유다발에 수지를 함침시키면서 다이를 통해 인발하여 제품을 성형하는 공정이다.
이러한 균일한 단면을 갖는 무단의 복합재료 프로파일들의 연속적인 제조를 위한 수십년 동안 공지된 방법의 인발 성형은, 다발들, 소위 로빙들(rovings)로 조합되는 섬유들은 열경화성 또는 열가소성 기지재료, 예를 들어, 폴리우레탄 또는 에폭시 수지로 함침되고, 그리고 후속하여, 대부분 열 처리를 통해 복합재료 프로파일을 형성하기 위해 경화 공구에서 경화된다. 섬유들은, 특히, 유리, 탄소, 현무암, 또는 아라미드(aramid) 섬유들일 수 있다.
가장 일반적인 인발 성형 시스템들에서, 로빙들은 당김 유닛, 소위 풀러(puller)에 의해 액체로 형성된 기지재료로 채워진 개방 함침 배스(open impregnating bath)를 통해 편향 롤러들에 걸쳐 당겨진다. 개방 함침 배스 후에, 함침된 로빙들은 경화 공구로 진입하며, 이 경화 공구는 하나 이상의 열 챔버들을 포함한다.
또한, 인발 성형 시스템들은 수년 동안 공지되어 있으며, 이 인발 성형 시스템들에서, 로빙들은 사출 박스를 통해 편향 없이 당겨진다. 이 인발 성형 시스템들은 섬유들의 움직임 방향으로 하우징의 전방 단부에서 섬유들을 공급하기 위한 적어도 하나의 슬릿 형상 로빙 공급부를 포함한다. 섬유들은 액체 기지재료로 함침되고, 당김 유닛에 의해 당겨진다. 함침된 섬유 부분들은 섬유들의 움직임 방향으로 하우징의 후방 단부의 슬릿형상 운반 개구를 통해 사출 박스를 떠나서 후속하여 경화 공구로 진입한다.
도 1은 종래의 인발 성형 장치를 도시한 것이다.
종래의 인발 성형 장치는 섬유 공급부(1), 가이드부(2), 함침부(3), 금형 성형부(4), 경화부(5) 및 절단부(6)를 구비한다.
섬유 공급부(1)에는 복수 개의 권취롤(1a)이 구비되고, 권취롤(1a)에 권취된 섬유 강화재(10)는 가이드부(2)를 거쳐 함침부(3)에 유입된다. 함침부(3)에서 수지에 함침된 섬유 강화재(10)는 금형 성형부(4) 및 경화부(5)를 거쳐 가열 및 경화되고, 원하는 형태에 따라 절단부(6)에서 절단된다.
도 2는 종래의 인발 성형 장치에서의 함침부(3)의 형상을 간략하게 도시한 것이다. 함침부(3)는 배스(bath) 형태로, 내부에 복수 개의 롤(3a)이 구비된다. 복수 개의 롤(3a)의 중심축은 수직 방향으로부터 높이가 상이하고, 도 2와 같이 섬유 강화재(10)가 굴곡을 지니도록 배치된다.
또한, 도 3은 종래의 인발 성형 장치에서의 함침부(3)의 롤(3a)의 다른 형태를 간략하게 도시한 것이다. 다른 형태의 롤(3a)은 섬유 강화재(10)를 지지하기 위한 돌기부(3b)가 형성되어 섬유 강화재(10)가 꺾이는 부분을 지지하게 된다.
그러나, 종래와 같은 함침부(3)는 구조 특성 상 필연적으로 섬유 강화재(10)가 휘어져 엣지(Edge)가 형성되고, 완성된 연속섬유 복합재의 엣지 부분이 미성형되거나, 찢기는 등의 불량인 경우가 다수였다.
이로 인해, 물성 측면에서 적용 가능한 분야가 다양함에도 불구하고, 부품 특성 상 단방향 물성은 필수이나, 플렉서블(flexible)한 특성을 동시에 보유해야 하는 부품(예컨대 항공기 구조재, 자동차 구조재, 대형 중공관 등)에서는 적용되기 어려운 문제점이 있었다.
KR 10-2003-0033044호
본 발명은 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치에 관한 발명으로, 섬유 강화재가 굴곡지면서 수지 배스 내에서 함침되는 것이 아닌 지면과 평행하도록 이동하면서 수지가 도포되고, 트위스트부를 거쳐 섬유 강화재가 꼬이는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징으로 인해, 연속섬유 복합재의 엣지(Edge)부분의 찢김 등의 문제가 발생하지 않게 되고, 플렉서블 한 특성을 보존할 수 있게 되며, 섬유 강화재의 단방향 물성을 지속적으로 유지하면서 연속섬유 복합재의 굴곡 특성을 타켓(target) 부품의 요구 수준으로 개선할 수 있으며, 비함침 타입이 지니는 인장 하중의 물성 약화를 보완할 수 있게 된다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치는 복수 개의 연장되는 섬유 강화재를 공급하는 섬유 공급부; 상기 섬유 강화재가 지면과 평행하도록 이동하여 통과하되, 수지가 상기 섬유 강화재에 분사되는 코팅부; 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재에 꼬임을 부여하는 트위스트부; 및 열을 지니되, 꼬임이 부여된 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 통과되는 금형 성형부;를 포함하고, 상기 트위스트부는, 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 관통되는 바디부; 및 상기 바디부 내에서 회전하는 스크류부;를 구비하고, 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재는 상기 스크류부의 내측면을 따라 회전하여 꼬여진다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 스크류부는 사선 형상의 나사산을 지니고, 상기 나사산의 내측면을 따라 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 회전하여 꼬여진다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 코팅부는, 상기 섬유 강화재가 관통되는 하우징부; 상기 하우징부의 내부에 위치되되, 상기 섬유 강화재가 맞닿아 상기 섬유 강화재를 길이 방향으로 이동시키는 롤러부; 및 상기 하우징부의 내부에 위치되되, 상기 수지를 상기 섬유 강화재를 향하여 분사하는 분사부;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 하우징부는 상기 섬유 강화재가 유입되는 유입구 및 상기 수지가 도포된 상기 섬유 강화재가 배출되는 배출구를 포함하고, 상기 유입구 및 상기 배출구의 하단의 지면으로부터의 수직 방향의 높이는, 상기 롤러부의 표면의 지면으로부터의 수직 방향의 높이와 동일하다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 분사부는 상기 하우징부의 내부에서 상기 하우징부의 상면에 결합되어 하방으로 상기 수지를 분사한다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 분사부는 상기 섬유 강화재의 길이 방향과 수직하도록 연장 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 롤러부는 길이 방향으로 연장 형성되되, 벨트가 회전되는 타이밍 벨트 타입이다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 벨트는 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되는 한 쌍의 롤러로 인해 회전한다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 유입구는 상부 유입구 및 하부 유입구를 구비하고, 상기 상부 유입구 및 상기 하부 유입구는 상기 섬유 강화재와 소정의 각도를 지니면서 경사진다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 상부 유입구 및 하부 유입구는 상기 하우징부에 가까워질수록 수직 방향으로의 간격이 좁아진다.
또한, 본 발명에 따른 꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치의 상기 롤러는 교체 가능하다.
본 발명에 따르면 종래의 배스 타입이 아닌 하우징부 내에서의 수지를 상부에서 분사하는 형식으로 섬유 강화재에 수지를 도포하고, 롤러부 등의 구성으로 인해, 섬유 강화재가 지면과 평행하도록 길이 방향으로 이동하여, 섬유 강화재가 굴곡 없이 수지가 도포된다. 이로 인해, 연속섬유 복합재의 엣지(Edge)부분의 찢김 등의 문제가 발생하지 않게 되고, 플렉서블 한 특성을 보존할 수 있게 된다. 즉, 섬유 강화재의 단방향 물성을 지속적으로 유지하면서 연속섬유 복합재의 굴곡 특성을 타켓(target) 부품의 요구 수준으로 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 고정부의 구성으로 고정부의 승강 및 하강을 반복적으로 진행하여 주기적으로 섬유 강화재를 가압하고, 평행 이동의 이탈을 방지할 수 있게 된다.
또한, 비함침 타입이 지니는 인장 하중의 물성 한계를 꼬임 형상을 부여하여 보완할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 인발 성형 장치를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 인발 성형 장치에서의 함침부의 형상을 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 종래의 인발 성형 장치에서의 함침부의 롤러의 다른 형태를 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 코팅부를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 고정부의 정면도를 도시한 것으로, 작동 과정을 분할하여 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 유입구를 상세히 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 트위스트부의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 트위스트부를 간략하게 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명에서의 '길이 방향'이라 함은 도 4를 기준으로 x축 방향이고, '폭 방향'이라 함은 도 4를 기준으로 y축 방향이고, '수직 방향'이라 함은 도 4를 기준으로 길이 방향과 폭 방향에 동시에 수직되는 z축 방향이다. 이하에서 동일하게 적용된다.
본 발명에 따른 연속섬유 복합재 제조장치는 섬유 공급부(1), 가이드부(2), 코팅부, 트위스트부(1000) 및 금형 성형부(4)를 구비한다.
섬유 공급부(1), 가이드부(2) 및 금형 성형부(4)는 종래의 기술과 동일한 바, 중복 설명을 방지하기 위해 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 코팅부를 도시한 것이다. 이하, 도 4를 참조하여 코팅부의 구성 및 이에 따른 효과를 설명하도록 한다.
본 발명에서는 종래의 함침부(3) 대신 코팅부가 구성된다. 본 발명에 따른 코팅부는 하우징부(100), 유입구(200), 배출구(300), 롤러부(400), 분사부(500) 및 고정부(600)를 포함한다.
하우징부(100)는 박스(box) 형태인 것이 바람직하다. 또한, 하우징부(100) 내부에 유입구(200), 배출구(300), 롤러부(400), 분사부(500) 및 고정부(600)가 위치되는 것이 바람직하다.
하우징부(100)는 섬유 강화재(10)가 관통된다. 이때, 섬유 강화재(10)는 하우징부(100)를 관통하면서 지면과 평행하도록 관통되는 것이 바람직하다. 이에 관한 설명은 후술하도록 한다.
하우징부(100)에는 유입구(200) 및 배출구(300)가 형성된다. 유입구(200)는 섬유 강화재(10)가 가이드부(2)를 거쳐 유입되는 곳이고, 배출구(300)는 수지가 코팅된 섬유 강화재(20)가 배출되는 곳이다.
도 7은 본 발명에 따른 유입구(200)를 상세히 도시한 것이다.
본 발명에 따른 유입구(200)는 상부 유입구(210) 및 하부 유입구(220)로 구성된다. 이때, 상부 유입구(210) 및 하부 유입구(220)는 지면과 평행한 섬유 강화재(10)와 소정의 각도를 지니면서 경사를 지니는 것이 바람직하다.
좀 더 상세하게는, 상부 유입구(210) 및 하부 유입구(220)는 하우징부(100)에 가까워질수록(도 7을 기준으로 좌측에서 우측 방향) 간격이 좁아지는 것이 바람직하다.
이러한 소위 '깔때기' 형상으로 인해, 섬유 강화재(10)가 하우징부(100)로 유입되기 시작하는 부분에는 최대한 유입 크기를 넓히고, 하우징부(100) 내부로 유입되는 시점에서는 유입 크기를 좁혀 이탈 가능성을 방지할 수 있게 된다.
롤러부(400)는 하우징부(100)의 내부에 위치되어, 섬유 강화재(10)를 길이 방향으로 이동시키는 역할을 한다.
좀 더 상세하게는, 롤러부(400)는 길이 방향으로 소정의 간격을 둔 한 쌍의 롤러 사이를 감싸는 벨트가 시계 방향으로 회전하는 타이밍 벨트(timing belt) 타입인 것이 바람직하다.
벨트의 표면에 섬유 강화재(10)가 놓이게 되고, 벨트가 이동함에 따라 섬유 강화재 또한 이동하게 된다. 타이밍 벨트는 한 쌍의 롤러 사이의 구간에서는 직선 방향으로 이동하기 때문에 벨트의 표면에 위치된 섬유 강화재(10)가 길이 방향으로 이동할 수 있게 된다.
롤러는 교체 가능한 것이 바람직하다. 이로 인해, 작업자가 보수가 용이하며 내구성이 증대되는 장점이 있다.
이때, 미도시되었지만 롤러부(400)는 하우징부(100)의 하면과 수직 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되어 위치된다. 높이를 설정하기 위한 구성으로는 일 예로 '다이'형태일 수 있으나, 반드시 이러한 예에 국한되는 것은 아니다.
또한, 유입구(200)와 하우징부(100)가 맞닿는 지점의 하단 및 배출구(300)와 하우징부(100)가 맞닿는 지점의 하단의 지면으로부터의 수직 방향의 높이와, 롤러부(400)의 벨트의 표면의 지면으로부터의 수직 방향의 높이가 동일한 것이 바람직하다.
이로 인해, 섬유 강화재(10)가 유입되고 하우징부(100)의 내부에서 수지가 도포되어 배출되는 공정을 거쳐도, 섬유 강화재(10)가 지면과 평행한 상태로 이동할 수 있게 된다. 종래의 경우에는 함침부(3)에서 섬유 강화재(10)가 굴곡을 지니면서 수지가 함침되어 배출되나, 본 발명의 경우에는 지면과 평행한 상태로 수지가 코팅된다. 따라서, 연속섬유 복합재의 엣지(Edge)부분의 찢김 등의 문제가 발생하지 않게 되고, 플렉서블 한 특성을 보존할 수 있게 된다. 즉, 섬유 강화재의 단방향 물성을 지속적으로 유지하면서 연속섬유 복합재의 굴곡 특성을 타켓(target) 부품의 요구 수준으로 개선할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 분사부(500)는 하우징부(100) 내부에 형성된다. 좀 더 상세하게는 하우징부(100)의 내부에서 상부에 결합되어 분사 방향이 하방으로 향하도록 형성된다. 분사부(500)는 일 예로 중공부가 형성된 원통 형상이다.
분사부(500)에서는 수지가 분사된다. 수지를 저장하는 저장부 등은 공지된 기술인 바 상세한 설명은 생략하도록 한다. 분사된 수지는 길이 방향으로 이동 중인 섬유 강화재(10)에 분사되고, 섬유 강화재(10)는 수지에 의해 코팅되어 배출된다.
이때, 분사부(500)는 섬유 강화재의 길이 방향과 수직하도록 연장 형성되어 방향성을 지니는 것이 바람직하다. 이로 인해, 수지가 섬유 강화재(10)에 균일하게 분사될 수 있는 장점이 있다.
고정부(600)는 롤러부(400)의 일측에 위치된다. 좀 더 상세하게는, 배출구(300) 근방에 위치되는 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6은 고정부(600)의 정면도를 도시한 것으로, 작동 과정을 분할하여 도시한 것이다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 고정부(600)의 구성 및 작동 원리, 이에 따른 효과를 설명하도록 한다.
고정부(600)는 하우징부(100)의 내부에서 수직 방향으로 연장 형성된 지지대(30)에 결착되어 지지대(30)의 상면에 위치된 섬유 강화재(10)를 가압한다. 이로 인해, 수지가 도포되는 과정에서 섬유 강화재(10)가 뒤틀리는 경우가 발생되면, 고정부(600)가 이를 가압하여 지면과 평행을 유지할 수 있게 하는 장점이 있다.
결합부재(610)는 패널 형상으로, 하우징부(100)의 상면에서 고정부(600)의 구성요소를 연결하는 역할을 한다.
지지부 하우징(620)은 결합부재(610)의 하부에서 수직 방향으로 연장 형성된다. 지지부 하우징(620)은 박스(box) 형태인 것이 바람직하며, 지지부 하우징(620)의 내부에서 지지부(630)가 지지부 실린더(650)에 의해 수직 방향으로 승강하게 된다.
이때, 지지부 하우징(620)의 내측면에는 슬라이더(621)가 결합되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 지지부(630)의 외측면에 형성된 이에 상보적으로 대응되는 형상을 지닌 슬라이더가 지지부 하우징(620)의 내측면에 형성된 슬라이더(621)를 따라 수직 방향으로 슬라이딩 운동을 진행할 수 있게 된다. 동작의 유연함을 제공하여 고정 및 해제가 용이한 장점이 있다.
지지부(630)는 지지부 실린더(650)에 의해 지지부 하우징(620) 내부에서 수직 방향으로 승하강할 수 있다. 이때, 지지부 실린더(650)는 일 예로 유압 실린더 형태인 것이 바람직하다. 또한, 사용자의 전자적 제어를 통해 지지부(630)가 승강할 수 있게 된다.
클램프부(640)는 지지부 하우징(620) 내부에 일부가 위치되고, 일부는 지지부 하우징(620) 외부로 돌출된다. 클램프부(640)는 제1 클램프부(641) 및 제2 클램프부(642)를 포함한다. 제1 클램프부(641)는 다시 제1 상부 클램프(641a) 및 제1 하부 클램프(641b)를 포함하고, 제2 클램프부(642)는 다시 제2 상부 클램프(642a) 및 제2 하부 클램프(642b)를 포함한다.
이때, 제1 상부 클램프(641a) 및 제1 하부 클램프(641b)는 이를 길이 방향으로 동시에 관통하는 제1 축(6402)에 의해 링크(link) 결합된다. 또한, 제2 상부 클램프(642a) 및 제2 하부 클램프(642b)는 이를 길이 방향으로 동시에 관통하는 제2 축(6403)에 의해 링크 결합된다. 또한, 제1 상부 클램프(641a), 제2 상부 클램프(642a) 및 지지부(630)의 상부는 이를 길이 방향으로 동시에 관통하는 상부 축(6401)에 의해 링크 결합되고, 제1 하부 클램프(641b), 제2 하부 클램프(642b) 및 지지부(630)의 하부는 이를 길이 방향으로 동시에 관통하는 하부 축(6404)에 의해 링크 결합된다.
이러한 구성요소 간 링크 결합으로 인해, 도 6과 같이 지지부(630)가 하강하여 지지대(30)의 상면에 위치된 섬유 강화재(10)와 맞닿는 경우에는, 제1 상부 클램프(641a) 및 제2 상부 클램프(642a)가 폭 방향으로 벌어지고, 이와 반대로 제1 하부 클램프(641b) 및 제2 하부 클램프(642b)는 폭 방향으로 좁아지게 된다.
이때, 지지부(630)가 지지대(30)의 상면에 위치된 섬유 강화재(10)와 맞닿기 전에는 제1 하부 클램프(641b) 및 제2 하부 클램프(642b)는 폭 방향으로 좁아질 수 없고, 지지부(630)가 지지대(30)의 상면에 위치된 섬유 강화재(10)와 맞닿은 후에만 지지대(30)의 측면과 맞닿아 지지대(30)의 상면에 위치된 섬유 강화재(10)와 및 지지대(30)의 측면을 모두 결착할 수 있게 된다.
섬유 강화재(10)에 코팅된 수지의 두께는 공정 특성 상 일정할 수 없다. 따라서, 변하지는 않는 형태로 섬유 강화재(10)를 가압하는 구조라면, 코팅되는 수지의 두께에 따라 가압력 차이가 발생되는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 만약 코팅된 수지의 두께가 두꺼워지더라도 지지부(630)가 먼저 섬유 강화재(10)에 맞닿아야만 제1 하부 클램프(641b) 및 제2 하부 클램프(642b)가 폭 방향으로 좁아지게 되므로 코팅된 수지의 두께를 불문하고 지지대(30)와 제1 하부 클램프(641b) 및 제2 하부 클램프(642b)와의 결합력이 유지되는 장점이 있다. 이에 연계되는 효과로 섬유 강화재(10)를 가압하는 힘이 균일하게 가해질 수 있게 된다.
이때, 고정부(600)의 지지대(30)의 고정을 해제하는 과정은 지지부(630)의 승강을 통해 이루어진다. 이는 지지부(630)의 하강으로 인해 구현되는 동작과 반대로 이루어진다. 중복 설명을 방지하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
이때, 미도시된 외부 제어로 인해, 고정부(600)의 승강 및 하강을 반복적으로 진행하여 주기적으로 섬유 강화재(10)를 가압하고, 이탈을 방지할 수 있게 된다.
지지부(630), 제1 하부 클램프(641b) 및 제2 하부 클램프(642b)의 단부에는 패드(631, 6411, 6421)이 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 지지대(30)와의 마찰력이 증대되어 고정력이 증대된다. 또한, 섬유 강화재(10)와 맞닿는 부분의 패드(631)로 인해 섬유 강화재(10)의 손상 정도를 낮출 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 트위스트부(1000)의 위치를 설명하기 위해 배치를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명에 따른 트위스트부(1000)의 구성을 간략히 도시한 것이다.
본 발명에 따른 트위스트부(1000)는 코팅부와 금형 성형부(4) 사이에 위치된다. 즉, 코팅부를 거쳐 수지가 도포된 섬유 강화재(20)는 트위스트부(1000)에 유입되고, 트위스트부(1000)를 거쳐 꼬인 섬유 강화재(21)는 금형 성형부(4)로 유입된다.
트위스트부(1000)는 바디부(1100) 및 스크류부(1200)를 구비한다.
바디부(1100)는 수지가 코팅 혹은 도포된 섬유 강화재(20)가 관통된다. 바디부(1100)는 일 예로 원통 형상인 것이 바람직하다. 이는 스크류부(1200)가 회전하기 용이하기 위함이다.
또한, 바디부(1100) 내에는 중공부가 형성되어, 스크류부(1200)가 삽입된다. 스크류부(1200)는 바디부(1100) 내에서 회전하게 된다. 이때, 회전의 동력을 제공하는 모터 등은 공지된 기술인 바, 생략한다.
이때, 스크류부(1200)는 사선 형태를 지닌 나사산(1201)이 형성되는 것이 바람직하고, 나사산(1201)의 내측면에 수지가 도포된 섬유 강화재(20)가 수용된다.
따라서, 스크류부(1200)가 회전하는 경우, 길이 방향으로 이동하는 수지가 도포된 섬유 강화재(20)는 회전하는 나사산(1201)의 내측면에 맞물리면서 길이 방향으로 이동하게 되므로, 꼬여지게 되어 꼬임 형상을 지니게 된다.
비함침 타입으로 수지가 도포되어 섬유 강화재(20)를 제조하는 경우, 원하는 수준의 굴곡탄성 등을 얻는데 적합하지만, 전반적인 물성이 함침 타입보다 약해질 수밖에 없는 한계점이 있다. 특히, 물성 중 인장 하중(Tensile Load)이 약해지는데, 이는 완성된 연속섬유 복합재가 사용됨에 있어서 매우 중요한 물성이다.
따라서, 본 발명에서는 섬유 강화재에 꼬임 형상을 부여하여, 부족한 인장 하중의 물성을 보완하고자 한다.
이하에서는, 꼬임 형상을 부여함으로 인해 인장 하중의 개선 효과를 실험예를 통해 증명하고자 한다. 이때, 꼬임 관련, 1M당 360도 10회 회전을 기준이다.
[실험예 1] 인장 하중 실험
실시예 1 실시예 2 실시예 3
함침 O X X
비함침 X O O
꼬임 X X O
인장 하중(N) 385 338 371.8
실시예 1은 종래의 함침 타입을, 실시예 2는 비함침 타입이나 꼬임이 부여되지 않은 것을, 실시예 3은 본 발명에 따라 비함침 타입이고 꼬임 형상이 부여된 것이다.
종래의 함침 타입은 인장 하중이 385N이다. 실시예 2와 같이, 꼬임이 부여되지 않은 비함침타입(본 발명을 기준으로 한다면, 코팅부만이 존재하는 경우이다)은 338N으로 인장 하중 물성이 현격히 약화되는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 꼬임 형상이 부여되는 경우 371.8N으로, 함침 타입과 유사한 수준으로 인장 하중을 개선할 수 있어 보완할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 꼬임 횟수 관련 최적의 횟수를 확인하기 위해 다음과 같은 실험을 진행하였다. 이때, 꼬임 관련 1M당 360도 회전을 기준으로 한다.
[실험예 2] 꼬임 횟수에 따른 인장 하중 실험
꼬임 횟수 8 9 10 11 12 13 14 15 16
인장 하중(N) 365.1 365.3 371.8 372.1 372.3 372.5 372.7 373 325.5
위 실험예 2에서 확인할 수 있듯이, 꼬임 횟수가 9회 회전인 경우에는 인장 하중이 365.3N이나, 10회 회전인 경우에는 371.8N으로 인장 하중이 급격히 증대되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 10회~15회까지는 점차 증대되나, 16회부터는 325.5N으로 오히려 인장 하중이 급격히 감소되며, 꼬임 형상을 부여하지 않은 경우보다 인장 하중이 낮아지게 된다.
따라서, 본 발명에서 꼬임 횟수의 최적의 실시예는 1M당 360도 꼬임 회전이 10회 이상 15회 이하인 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 하우징부,
200 : 유입구,
300 : 배출구,
400 : 롤러부,
500 : 분사부,
600 : 고정부,
1000 : 트위스트부.

Claims (11)

  1. 복수 개의 연장되는 섬유 강화재를 공급하는 섬유 공급부;
    상기 섬유 강화재가 지면과 평행하도록 이동하여 통과하되, 수지가 상기 섬유 강화재에 분사되는 코팅부;
    상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재에 꼬임을 부여하는 트위스트부; 및
    열을 지니되, 꼬임이 부여된 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 통과되는 금형 성형부;를 포함하고,
    상기 트위스트부는,
    상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 관통되는 바디부; 및
    상기 바디부 내에서 회전하는 스크류부;를 구비하고,
    상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재는 상기 스크류부의 내측면을 따라 회전하여 꼬여지는 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크류부는 사선 형상의 나사산을 지니고,
    상기 나사산의 내측면을 따라 상기 수지가 코팅된 상기 섬유 강화재가 회전하여 꼬여지는 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅부는,
    상기 섬유 강화재가 관통되는 하우징부;
    상기 하우징부의 내부에 위치되되, 상기 섬유 강화재가 맞닿아 상기 섬유 강화재를 길이 방향으로 이동시키는 롤러부; 및
    상기 하우징부의 내부에 위치되되, 상기 수지를 상기 섬유 강화재를 향하여 분사하는 분사부;를 포함하는
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징부는 상기 섬유 강화재가 유입되는 유입구 및 상기 수지가 도포된 상기 섬유 강화재가 배출되는 배출구를 포함하고,
    상기 유입구 및 상기 배출구의 하단의 지면으로부터의 수직 방향의 높이는, 상기 롤러부의 표면의 지면으로부터의 수직 방향의 높이와 동일한 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분사부는 상기 하우징부의 내부에서 상기 하우징부의 상면에 결합되어 하방으로 상기 수지를 분사하는 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사부는 상기 섬유 강화재의 길이 방향과 수직하도록 연장 형성되는 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 롤러부는 길이 방향으로 연장 형성되되, 벨트가 회전되는 타이밍 벨트 타입인 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 벨트는 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되는 한 쌍의 롤러로 인해 회전하는 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유입구는 상부 유입구 및 하부 유입구를 구비하고,
    상기 상부 유입구 및 상기 하부 유입구는 상기 섬유 강화재와 소정의 각도를 지니면서 경사진 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 유입구 및 하부 유입구는 상기 하우징부에 가까워질수록 수직 방향으로의 간격이 좁아지는 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 롤러는 교체 가능한 것인
    꼬임 형상의 연속섬유 복합재 제조장치.
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