KR102299474B1 - 섬유복합재의 제조방법 - Google Patents

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박영빈
강구혁
권준수
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 직조된 섬유 시트 또는 섬유 화이버들을 포함하는 섬유 원자재를 연속적으로 공급하는 단계, 폴리머 필름을 연속적으로 공급하는 단계, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 가압하여 밀착시킨 상태에서 열을 가하여, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 일체로 함침시켜서 섬유 복합재 시트를 제조하는 단계, 상기 섬유 복합재 시트를 설정 크기를 갖는 복수 개의 단위 시트로 자르는 재단 단계 및 상기 재단 단계에서 만들어진 단위 시트들을 복수 개 적층하여 섬유 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 섬유복합재의 제조방법을 제공한다.
따라서 섬유와 폴리머를 우선적으로 함침시킨 후에 재단함으로써 재단 및 적층을 먼저할 때 발생하는 섬유의 밀림이나 이탈 현상을 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

섬유복합재의 제조방법{Method for manufacturing the fiber composite}
본 발명은 섬유복합재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정 순서를 바꿈으로써 공정 과정에서 발생하는 섬유의 밀림 및 이탈 현상을 최소화할 수 있는 섬유복합재의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 단일 소재의 단점을 보완할 수 있는 복합소재들이 많이 사용되고 있다. 예를 들면 탄소섬유 강화플라스틱은 가벼우면서도 강성이 뛰어나 자동차나 항공기 등의 소재로 각광을 받고 있다. 기존에는 이러한 섬유 복합재를 제조하기 위해 개략적으로 재단, 적층 및 함침 단계를 순차적으로 수행해 오고 있다. 하지만 이러한 기존의 방법은 각 단계에서 섬유가 밀리거나 이탈하는 현상이 발생하는 문제가 있다. 또한 추가적인 함침을 하는 경우에는 기존의 섬유 복합재와 추가적으로 함침되는 소재 간에 견고하게 결합이 잘 되지 않는 문제도 있다.
대한민국등록특허 제10-1554264호
본 발명은 공정 순서를 바꿈으로써 공정 과정에서 발생하는 섬유의 밀림 및 이탈 현상을 최소화할 수 있는 섬유복합재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 직조된 섬유 시트 또는 섬유 화이버들을 포함하는 섬유 원자재를 연속적으로 공급하는 단계, 폴리머 필름을 연속적으로 공급하는 단계, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 가압하여 밀착시킨 상태에서 열을 가하여, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 일체로 함침시켜서 섬유 복합재 시트를 제조하는 단계, 상기 섬유 복합재 시트를 설정 크기를 갖는 복수 개의 단위 시트로 자르는 재단 단계 및 상기 재단 단계에서 만들어진 단위 시트들을 복수 개 적층하여 섬유 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 섬유복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 직조된 섬유 시트 또는 섬유 화이버들을 포함하는 섬유 원자재를 연속적으로 공급하는 단계, 폴리머 필름을 연속적으로 공급하는 단계, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 가압하여 밀착시킨 상태에서 열을 가하여, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 일체로 함침시켜서 섬유 복합재 시트를 제조하되, 상기 섬유 복합재 시트의 일 면에 돌출된 돌기를 형성하는 단계, 일면에 상기 돌출된 돌기가 형성되어 있는 상기 섬유 복합재 시트를 설정 크기를 갖는 복수 개의 단위 시트로 자르는 재단 단계 및 추가 섬유 복합재 시트를 상기 단위 시트에서 상기 돌기가 형성된 면으로 적층한 상태에서 가압 및 가열하여 섬유 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 섬유복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 직조된 섬유 시트 또는 섬유 화이버들을 포함하는 섬유 원자재를 연속적으로 공급하는 단계, 폴리머 필름을 연속적으로 공급하는 단계, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 가압하여 밀착시킨 상태에서 열을 가하여, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 일체로 함침시켜서 섬유 복합재 시트를 제조하되, 상기 섬유 복합재 시트의 일 면에 돌출된 돌기를 형성하는 단계, 일면에 상기 돌출된 돌기가 형성되어 있는 상기 섬유 복합재 시트를 설정 크기를 갖는 복수 개의 단위 시트로 자르는 재단 단계 및 상기 재단 단계에서 만들어진 단위 시트들을 복수 개 적층하여 섬유 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 섬유복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 섬유 복합재의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 섬유와 폴리머를 우선적으로 함침시킨 후에 재단함으로써 재단 및 적층을 먼저할 때 발생하는 섬유의 밀림이나 이탈 현상을 줄일 수 있는 장점이 있다.
둘째, 제조되는 섬유복합재의 필름화를 통해서 공정을 자동화하기 유리한 장점이 있다.
셋째, 함침되어 일체화된 섬유 복합재 시트의 일면에 돌기를 형성하여 추가적인 함침을 하거나 샌드위치 패널을 제작하면, 견고한 결합이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유복합재의 제조방법이 도시된 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 섬유복합재의 제조방법에 사용되는 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 2의 장치에서 섬유 시트와 폴리머 필름이 밀착되도록 공급되는 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 도 1에 따른 섬유복합재의 제조방법에 의해 제조되는 섬유복합재 시트에 돌기를 형성하기 위해 이동벨트에 요철이 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 1에 따른 섬유복합재의 제조방법에 의해 제조되는 단위 시트 중에서 돌기가 형성되어 있는 것과 돌기가 형성되어 있지 않은 것을 적층하여 섬유복합재를 제조할 때, 섬유 또는 수지를 추가하여 제조하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 도 1에 따른 섬유복합재의 제조방법에 의해 제조되는 단위 시트 중에서 돌기가 형성되어 있는 것들을 적층하여 섬유복합재를 제조할 때, 섬유 또는 수지를 추가하여 제조하는 모습을 나타내는 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유복합재의 제조방법(S100)은 섬유복합재 시트를 제조하는 단계(S10), 재단 단계(S20) 및 섬유복합재를 제조하는 단계(S30)를 포함한다. 본 발명에 따른 섬유복합재 제조방법(S100)은 섬유와 폴리머의 함침을 우선적으로 진행한 후에 상기 함침된 섬유와 폴리머를 재단한 후 적층하여 섬유 복합재를 제조한다. 따라서 상기 섬유와 폴리머가 함침되지 않은 상태에서 재단 및 적층이 될 때 발생할 수 있는 섬유의 밀림 현상이나 이탈 현상을 감소시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 섬유복합재의 제조방법(S100)에 이용되는 섬유복합재 제조장치(100)를 먼저 설명한다. 상기 섬유복합재 제조장치(100)는 폴리머 공급장치(110), 섬유 공급장치(120), 가열부재(130), 냉각부재(140) 및 이동벨트(150)를 포함한다.
상기 폴리머 공급장치(110)는 롤러 구조로 형성된다. 상기 폴리머 공급장치(110)는 섬유에 폴리머가 함침되도록 감겨있는 폴리머를 풀면서 공급한다. 본 실시예에서 이용되는 상기 폴리머(111)는 필름 구조를 갖는다. 물론 상기 섬유복합재에 포함되는 폴리머(111)는 고체상을 갖는 다른 구조로 얼마든지 변경이 가능하다. 따라서 상기 폴리머 공급장치(110)가 회전하면서 상기 폴리머 공급장치(110)에 감겨 있는 상기 폴리머 필름(111)을 풀면서 공급할 수 있다.
본 실시예에서 상기 폴리머(111)는 열가소성 수지를 이용한다. 구체적으로 상기 폴리머(111)는 폴리 프로필렌(polypropylene)을 이용한다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 폴리머(111)를 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 그 외 열가소성 수지들 중 어느 하나로 변경 가능하다.
상기 섬유 공급장치(120)는 기지재인 상기 폴리머 필름(111) 내에 섬유 강화재를 공급하는 역할을 한다. 즉, 상기 섬유 공급장치(120)는 상기 섬유복합재에 포함되는 섬유(121)를 공급하는 역할을 한다. 본 실시예에서 이용되는 섬유(121)는 연속적으로 공급되는 직조된 시트 구조를 갖는다. 물론 상기 섬유 복합재에 포함되는 섬유(121)는 복수 개의 스트랜드(strand) 형태나 그 외 다른 형태로 얼마든지 변경되어 공급될 수도 있다. 따라서 상기 섬유 공급장치(120)가 회전하면서 상기 섬유 공급장치(120)에 감겨 있는 상기 섬유시트(121)를 풀면서 공급한다. 본 실시예에서 상기 섬유(121)는 탄소섬유를 이용한다. 물론 상기 섬유(121)는 유리 섬유나 그 외 다른 종류로 얼마든지 변경이 가능하다.
상기 가열부재(130)는 제1가열부재(131) 및 제2가열부재(132)를 포함한다. 상기 가열부재(130)는 상기 폴리머 공급장치(110) 및 상기 섬유 공급장치(120)로부터 각각 공급되어 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 상기 섬유시트(121)에 열과 압력을 가하기 위하여 설치된다. 상기 가열부재(130)는 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 상기 섬유시트(121)가 사이를 통과하도록 설치된다. 즉, 본 실시예에서 상기 제1가열부재(131)는 하부에 배치되고, 상기 제2가열부재(132)는 상기 제1가열부재(131)의 위쪽으로 이격되어 배치된다. 상기 이격되어 배치된 공간을 통해서 밀착된 상기 폴리머(111) 필름 및 상기 섬유시트(121)가 통과하면서 압력과 열을 받게 된다. 상기 가열부재(130)는 열을 발하는 가열판 구조를 갖되, 발열 면적을 넓히기 위해서 표면에 굴곡이 형성되어 있다.
상기 냉각부재(140)는 제1냉각부재(141) 및 제2냉각부재(142)를 포함한다. 상기 냉각부재(140)는 상기 가열부재(130)를 통과한 밀착된 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)를 냉각하여 굳히기 위해 설치된다. 상기 냉각부재(140)는 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 상기 섬유시트(121)가 사이를 통과하도록 설치된다. 즉, 본 실시예에서 상기 제1냉각부재(141)는 하부에 배치되고, 상기 제2냉각부재(142)는 상기 제1냉각부재(141)의 위쪽으로 이격되어 배치된다. 상기 이격되어 배치된 공간을 통해서 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 상기 섬유시트(121)가 통과하면서 냉기를 받게 된다. 본 실시예에서 상기 냉각부재(140)는 냉풍을 이용하는 것을 예로 들지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 냉기를 발산하여 상기 가열부재(130)를 통과한 밀착된 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)를 냉각하여 굳히기 위한 다양한 냉각 방법이 이용될 수 있다.
상기 이동벨트(150)는 제1이동벨트(151) 및 제2이동벨트(152)를 포함한다. 상기 이동벨트(150)는 상기 폴리머 공급장치(110)에서 공급되는 상기 폴리머 필름(111) 및 상기 섬유 공급장치(120)에서 공급되는 상기 섬유시트(121)가 밀착된 상태에서 상기 가열부재(130) 및 상기 냉각부재(140)를 통과하여 진행하도록 하는 역할을 한다. 이 때 상기 제1이동벨트(151) 및 상기 제2이동벨트(152)는 설정 간격 이격되어 배치되고, 제자리에서 회전하는 복수 개의 롤러들에 의해 일정한 장력이 유지된 상태로 회전한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서 상기 제1이동벨트(151)는 둘레를 따라 요철 구조가 형성되어 있다. 상기 제1이동벨트(151)에 형성되어 있는 요철 구조는 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)가 상기 가열부재(130) 사이를 통과할 때 압력 및 열을 가하여 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)의 표면에 요철 구조를 형성하기 위함이다.
(a)를 참조하면, 상기 제1이동벨트(151) 둘레에는 원뿔 형태의 돌출부(151a)가 형성되어 있다. 상기 돌출부(151a)가 형성되어 있는 제1이동벨트(151)가 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)를 가압하면 상기 돌출부(151a)에 의해 압축된 부분에는 오목하게 들어간 요부가 형성되고, 상기 돌출부(151a)가 형성되어 있지 않은 부분은 상대적으로 볼록하게 돌출된 철부가 형성된다.
(b)를 참조하면, 상기 제1이동벨트(151) 둘레에는 원뿔 형태의 홈(151b)이 형성되어 있다. 상기 홈(151b)이 형성되어 있는 제1이동벨트(151)가 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)를 가압하면 상기 홈(151a)이 형성되어 있는 부분 외의 부분은 상기 홈(151a)이 형성되어 있는 부분에 비해 상대적으로 높은 압축력을 받아 오목하게 들어간 요부가 형성되고, 상기 홈(151a)이 형성되어 있는 부분은 볼록하게 돌출된 철부가 형성된다. (b)에서와 같이 압착할 때 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)의 하면에는 원뿔 형태의 돌기(162)가 형성된다. 본 실시예에서는 밀착된 상기 폴리머 필름(111) 및 섬유시트(121)의 하면에 아래쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 갖는 원뿔 형태의 돌기(162)가 수평 방향으로 복수 개 이격되어 형성된다. 상기 돌기(162)의 역할에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.
또한 본 실시예에서 상기 제2이동벨트(152)는 상기 제1이동벨트(151)와 달리 둘레가 평평한 구조로 형성된다. 물론 상기 제2이동벨트(152) 또한 상기 제1이동벨트와 같이 둘레를 따라 요철 구조가 형성되도록 변경할 수도 있다.
이하에서는 상기 섬유복합재 제조장치(100)를 이용하여 섬유복합재를 제조하는 방법을 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 폴리머 공급장치(110)로부터 상기 폴리머 필름(111)을 연속적으로 공급한다. 그리고 상기 폴리머 필름(111)과 대향하도록 상기 섬유 공급장치(120)로부터 섬유 원자재를 공급하는데, 본 실시예에서는 상기 섬유 원자재로 상기 섬유 시트(121)를 연속적으로 공급한다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 섬유 공급장치(120)로부터 섬유 화이버들을 포함하는 섬유 원자재를 공급할 수도 있다. 본 실시예에서 상기 폴리머 공급장치(110)는 하부에 배치되고 상기 섬유 공급장치(120)는 상부에 배치된다. 따라서 상기 공급되는 폴리머 필름(111)의 상면은 상기 공급되는 섬유 시트(121)의 하면과 맞닿게 된다. 물론 상기 폴리머 필름(111)과 상기 섬유 시트(121)의 공급 위치는 얼마든지 변경이 가능하다.
도 3에서와 같이 상기 섬유 시트(121)는 상기 폴리머 필름(111) 상에 두 가지 형태로 배치되도록 공급될 수 있다. 즉 (a)에서와 같이 일체형인 하나의 섬유 시트(121)가 상기 폴리머 필름(111) 상에 배치되도록 공급될 수도 있고, (b)에서와 같이 복수 개의 섬유 시트(121a, 121b, 121c, 121d)가 상기 폴리머 필름(111) 상에 이격되어 배치되도록 공급될 수도 있다. (a)는 구조가 간단하고 상기 섬유 시트(121)를 상기 폴리머 필름(111) 상에 밀착되도록 배치하는 공정이 (b)의 경우에 비해 간편한 장점이 있다. (a)에서 상기 섬유 시트(121)는 상기 폴리머 필름(111)보다 폭이 좁게 형성되어 있지만, 상기 섬유 시트(121)는 상기 폴리머 필름(111)과 동일한 폭으로 형성될 수도 있다.
(b)는 상기 섬유 시트(121)를 적게 사용하더라도 상기 폴리머 필름(111) 상에 균등하게 섬유를 배치시킴으로써 비용 및 성능 효율성이 높은 장점이 있다. (a)와 (b)는 구조적인 상이점으로 인한 효과 상의 차이가 있기는 하지만, 양 자 모두 상기 섬유 시트(121)에 함침되는 폴리머를 고체상의 필름 구조로 제작하여 섬유복합재를 제조하기 때문에 공정을 자동화할 수 있는 장점이 있고, 상기 섬유 시트(121)를 상기 폴리머 필름(111) 상의 원하는 위치에 정확하게 배치하여 함침할 수 있는 장점이 있다.
상기 공급되는 폴리머 필름(111)과 상기 공급되는 섬유 시트(121)는, 하부에 배치되어 시계 방향으로 회전하는 제1이동벨트(151) 및 상기 제1이동벨트(152)와 이격되어 상부에 배치되고, 반시계 방향으로 회전하는 제2이동벨트(152)의 사이를 통과하도록 공급된다. 이 때 상기 제1이동벨트(151)와 상기 제2이동벨트(152)가 이격되어 있는 공간은 상기 폴리머 필름(111)과 상기 섬유 시트(121)가 밀착된 상태로 진행할 수 있는 정도이다. 따라서 상기 공급되는 폴리머 필름(111)과 상기 공급되는 섬유 시트(121)는 상기 제1이동벨트(151)와 상기 제2이동벨트(152) 사이를 통과하면서 밀착된다.
그리고 상기 밀착된 폴리머 필름(111)과 섬유 시트(121)는 상기 제1이동벨트(151)와 상기 제2이동벨트(152) 사이를 통과하는 동안, 상기 제1이동벨트(151) 및 상기 제2이동벨트(152) 내측에 각각 배치되어 있는 상기 가열부재(130)로부터 열 및 압력을 받는다. 즉 상기 공급되는 폴리머 필름(111)은 상기 제1이동벨트(151) 내측에 배치되어 있는 제1가열부재(131)와 상기 제2이동벨트(152) 내측에 배치되어 있는 제2가열부재(132)로부터 열 및 압력을 받아서 상기 공급되는 섬유 시트(121)에 함침되어 섬유 복합재 시트가 제조된다.
이 때, 상기 폴리머 필름(111)이 함침된 상기 섬유 시트(121)의 하면에는 상기 돌기(162)가 수평 방향으로 이격되어 복수 개 형성된다. 도 4를 참조하면, 상기 돌기(162)는 상기 폴리머 필름(111) 및 상기 섬유 시트(121)가 사이를 통과하는 상기 이동벨트(150) 중에서 아래쪽에 배치되는 제1이동벨트(151)의 둘레에 형성되어 있는 요철 구조에 의해서 형성된다. 상기 요철 구조는 (a)에서와 같이 돌출부(151a)가 형성됨으로써 오목한 구조의 요부와 돌출된 구조의 철부가 반복적으로 형성된 구조일 수도 있고, (b)에서와 같이 홈(151b)이 형성됨으로써 요부와 철부가 반복적으로 형성된 구조일 수 있다. 상기 제1이동벨트(151)가 (a)에서와 같이 돌출부(151a)를 가질 때는, 상기 밀착된 폴리머 필름(111) 및 섬유 시트(121)에서 상기 돌출부(151a)와 맞닿는 부분은 압착되어 요부로 형성되고, 그 외의 부분은 상기 요부에 비해 상대적으로 돌출된 철부로 형성된다. 반면에 상기 제1이동벨트(151)가 (b)에서와 같이 홈(151b)을 가질 때는, 상기 밀착된 폴리머 필름(111) 및 섬유 시트(121)에서 상기 홈(151b)이 형성되어 있지 않은 부분과 맞닿는 부분은 압착되어 요부로 형성되고, 그 외의 부분은 상기 요부에 비해 상대적으로 돌출된 철부로 형성된다. 본 실시예에서는 상기 제1이동벨트(151)가 (b)에서와 같은 구조를 가짐으로써 도 4에서와 같이 제조되는 섬유 복합재 시트(160)는 일 면에 원뿔 형상의 돌기(162)가 형성된 구조를 갖는다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 돌기(162)를 상기 섬유 복합재 시트(160)의 일면의 반대쪽인 타 면에도 형성할 수 있다.
상기 가열부재(130)를 통과한 상기 밀착된 폴리머 필름(111) 및 섬유 시트(121)는 상기 냉각부재(140)를 통과하면서 경화된다. 즉 상기 가열부재(130)를 통과한 상기 밀착된 폴리머 필름(111) 및 섬유 시트(121)는 상기 냉각부재(140)를 통과하면서 냉각되어 신속하게 경화가 일어난다. 본 실시예에서 상기 냉각부재(140)는 냉각 팬을 이용한다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 냉각부재(140)를 다른 종류로 변경 가능하다.
다음으로, 상기 일체로 함침된 폴리머 필름(111) 및 섬유 시트(121)가 상기 냉각부재(140)를 통과한 후에, 상기 섬유 복합재 시트(160)를 설정된 크기를 갖는 복수 개의 단위 시트로 자르는 재단 단계(S20)를 거친다. 상기 재단 단계(S20)에서 생성되는 상기 단위 시트는 몸체(161)에 돌기(162)가 형성되어 있는 상기 섬유 복합재 시트(160)를 잘라서 형성한다. 즉, 본 실시예에서 상기 단위 시트는 상면은 평평하고, 하면은 돌기(162)에 의해 원뿔 형태의 요철이 형성된 구조를 갖는다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 단위 시트에 상기 돌기(162)가 형성되지 않고 상면 및 하면이 모두 평평한 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 단위 시트를 복수 개 적층하고 열 및 압력을 가하여 섬유 복합재를 형성하는 섬유 복합재를 제조하는 단계(S30)를 거친다. 도 5 및 6을 참조하면 상기 단위 시트 두 개를 적층하는 모습이 나타나 있다.
도 5에서는 상기 단위 시트의 일 면에 돌기(162b)가 형성되어 있는 것과 상기 단위 시트(160a, 160b)에 돌기가 형성되어 있지 않은 것을 적층하는 것을 예로 든다. 이 때 하나의 단위 시트(160a)의 돌기(162b)가 형성되어 있는 부분이 다른 하나의 단위 시트(160b)와 맞닿도록 배치한다. 상기 하나의 단위 시트(160a)는 몸체부(161a)와 돌기(162a)를 포함한다. (a)에서는 추가적인 섬유나 수지 없이 상기 단위 시트(160a, 160b) 두 개를 적층하여 가열하고 가압함으로써 섬유 복합재를 제조한다. 이 때 상기 단위 시트(160a, 160b) 둘 중에서 하나에 형성되어 있는 돌기(162b)로 인하여 상기 돌기가(162b) 형성되어 있지 않은 상기 단위 시트 두 개를 적층하여 가열 및 가압할 때보다 견고한 결합이 가능하다. (b)에서는 상기 두 개의 단위 시트(160a, 160b) 사이에 섬유를 추가하여 가열 및 가압한다. 이 때 상기 단위 시트(160a, 160b) 두 개가 결합함에 있어서, 상기 섬유가 추가 됨으로써 보강 효과로 인해 제작되는 섬유 복합재의 강성이 증가한다. (c)에서는 상기 두 개의 단위 시트(160a, 160b) 사이에 수지를 추가하여 가열 및 가압한다. 상기 수지는 상기 폴리머 필름(111)가 동일한 소재를 사용하는 것을 예로 든다. 이 때 상기 수지가 가열 및 가압에 의해 녹으면서 상기 두 개의 단위 시트(160a, 160b) 사이의 결합을 더욱 견고하게 한다. (d)에서는 상기 두 개의 단위 시트(160a, 160b) 사이에 섬유 및 수지를 함께 추가하여 가열 및 가압한다. 이 때 상기 섬유가 추가 됨으로써 보강 효과가 생기고, 상기 수지의 추가로 인해 결합력이 증가하여 강하고 견고한 섬유 복합재 제작이 가능하다.
도 6에서는 일 면에 돌기(162a', 162b')가 형성되어 단위 시트(160a', 160b') 두 개를 적층하는 것을 예로 든다. 이 때 상기 단위 시트(160a', 160b')의 일 면에 형성되어 있는 돌기(162a', 162b')가 서로 마주보도록 두 개의 상기 단위 시트(160a', 160b')를 배치한다. 상기 하나의 단위 시트(160a')는 몸체부(161a)와 돌기(162a)를 포함한다. 그리고 상기 다른 하나의 단위 시트(160b')는 몸체부(161b')와 돌기(162b')를 포함한다. 또한 하나의 상기 단위 시트(160a')의 돌기(162a')와 다른 하나의 상기 단위 시트(160b')의 돌기(162b')가 서로 교차 되면서 결합될 수 있도록 양 자를 배치한다. 즉, 하나의 상기 단위 시트(160a')의 인접하는 돌기들(162a') 사이에 다른 하나의 상기 단위 시트(160b')의 돌기들(162b')이 각각 삽입되는 구조로 결합되도록 배치한다. 이는 하나의 단위 시트(160a')와 다른 하나의 단위 시트(160b')가 적층될 때, 하나의 단위 시트(160a')에 형성되어 있는 돌기(162a')와 다른 하나의 단위 시트(160b')에 형성되어 있는 돌기(162b')들로 인하여 샌드위치 패널을 제조할 때 견고한 결합이 가능하게 한다.
(a)에서는 추가적인 섬유나 수지 없이 상기 단위 시트 두 개를 적층하여 가열하고 가압함으로써 섬유 복합재를 제조한다. 이 때 상기 단위 시트 둘 모두에 형성되어 있는 돌기(162a', 162b')로 인하여 상기 돌기가(162a', 162b') 한 쪽에만 형성되어 있는 경우보다 가열 및 가압할 때보다 견고한 결합이 가능하다. (b)에서는 상기 두 개의 단위 시트(160a', 160b') 사이에 섬유를 추가하여 가열 및 가압한다. 이 때 상기 단위 시트(160a', 160b') 두 개가 결합함에 있어서, 상기 섬유가 추가 됨으로써 보강 효과로 인해 제작되는 섬유 복합재의 강성이 증가한다. (c)에서는 상기 두 개의 단위 시트(160a', 160b') 사이에 수지를 추가하여 가열 및 가압한다. 상기 수지는 상기 폴리머 필름(111)가 동일한 소재를 사용하는 것을 예로 든다. 이 때 상기 수지가 가열 및 가압에 의해 녹으면서 상기 두 개의 단위 시트 사이의 결합을 더욱 견고하게 한다. (d)에서는 상기 두 개의 단위 시트 사이에 섬유 및 수지를 함께 추가하여 가열 및 가압한다. 이 때 상기 섬유가 추가 됨으로써 보강 효과가 생기고, 상기 수지의 추가로 인해 결합력이 증가하여 강하고 견고한 섬유 복합재 제작이 가능하다. 본 실시예에 의한 섬유 복합재 제작방법은 도 5에 따른 섬유 복합재 제작방법에 비해 결합력이 더 강한 장점이 있다. 도 5 및 도 6에서는 설명하지 않았지만, 본 발명은 상기 단위 시트의 상면 및 하면이 모두 평평한 것을 두 개 적층하여 섬유 복합재를 제조할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 섬유복합재 제조장치
110: 폴리머 공급장치
111: 폴리머 필름
120, 120a, 120b, 120c, 120d: 섬유시트 공급장치
121, 121a, 121b, 121c, 121d: 섬유 시트
130: 가열부재
131: 제1가열부재
132: 제2가열부재
140: 냉각부재
141: 제1냉각부재
142: 제2냉각부재
150: 이동벨트
151: 제1이동벨트
151a: 돌출부
151b: 홈
152: 제2이동벨트
160: 단위 시트
160a: 하나의 단위 시트
160b: 다른 하나의 단위 시트
161, 161a, 161a', 161b': 몸체부
162, 162a, 162a', 162b: 돌기

Claims (16)

  1. 직조된 섬유 시트 또는 섬유 화이버들을 포함하는 섬유 원자재를 연속적으로 공급하는 단계;
    폴리머 필름을 연속적으로 공급하는 단계;
    상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 가압하여 밀착시킨 상태에서 열을 가하여, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 일체로 함침시켜서 섬유 복합재 시트를 제조하되, 상기 섬유 복합재 시트의 일 면에 돌출된 돌기를 형성하는 단계;
    일면에 상기 돌출된 돌기가 형성되어 있는 상기 섬유 복합재 시트를 설정 크기를 갖는 복수 개의 단위 시트로 자르는 재단 단계; 및
    추가 섬유 복합재 시트를 상기 단위 시트에서 상기 돌기가 형성된 면으로 적층한 상태에서 가압 및 가열하여 섬유 복합재를 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 섬유 복합재 시트를 제조할 때는,
    상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름에 열과 압력을 가하기 위하여 상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름이 진행하는 경로에 배치되되, 상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름이 사이를 통과하도록 이격되어 설치되는 제1가열부재 및 제2가열부재를 포함하며,
    상기 돌기를 형성하는 단계에서는,
    상기 섬유 시트 및 상기 폴리머 필름과 각각 밀착된 상태에서 진행하도록 하는 이동 벨트를 더 포함하되,
    상기 이동 벨트는,
    상기 폴리머 필름과 밀착되는 제1이동벨트 및 상기 섬유 시트와 밀착되는 제2이동벨트를 포함하고,
    상기 섬유 복합재 시트가 밀착되는 상기 이동 벨트 둘레에 요철 구조가 형성되어 있으며,
    상기 돌기는,
    상기 섬유 시트 및 상기 폴리머 필름이 상기 제1이동 벨트 및 상기 제2이동 벨트 사이에 밀착되어 상기 제1가열부재 및 상기 제2가열부재 사이를 통과하면서, 상기 제1이동 벨트 및 상기 제2이동 벨트로부터 가해지는 압축력에 의해 형성되는,
    섬유복합재의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리머 필름은 열가소성 수지로 형성되는,
    섬유복합재의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 복합재 시트를 제조하는 단계에서,
    상기 제1가열부재 및 상기 제2가열부재를 통과한 상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름이 진행하는 경로에 배치되되, 상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름이 사이를 통과하도록 이격되어 설치되는 제1냉각부재 및 제2냉각부재를 포함하는,
    섬유복합재의 제조방법
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 시트는,
    복수 개가 상기 폴리머 필름 상에 이격되어 배치되도록 연속적으로 공급되는,
    섬유복합재의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 복합재를 제조하는 단계에서는,
    상기 추가 섬유 복합재 시트와 상기 단위 시트가 마주하는 면에 폴리머를 더 추가적으로 공급하여 상기 섬유 복합재를 제조하는,
    섬유복합재의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 복합재를 제조하는 단계에서는,
    상기 추가 섬유 복합재 시트와 상기 단위 시트가 마주하는 면에 섬유를 더 추가적으로 공급하여 상기 섬유 복합재를 제조하는,
    섬유복합재의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 복합재를 제조하는 단계에서는,
    상기 추가 섬유 복합재 시트와 상기 단위 시트가 마주하는 면에 폴리머 및 섬유를 함께 더 추가적으로 공급하여 상기 섬유 복합재를 제조하는,
    섬유복합재의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌기는,
    상기 섬유 복합재 시트의 일 면에 이격되어 복수 개가 형성되는,
    섬유복합재의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌기는,
    상기 섬유 복합재 시트와 연결된 하부에서 돌출되는 방향인 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 원 뿔 형태를 갖는,
    섬유복합재의 제조방법.
  12. 직조된 섬유 시트 또는 섬유 화이버들을 포함하는 섬유 원자재를 연속적으로 공급하는 단계;
    폴리머 필름을 연속적으로 공급하는 단계;
    상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 가압하여 밀착시킨 상태에서 열을 가하여, 상기 섬유 원자재와 상기 폴리머 필름을 일체로 함침시켜서 섬유 복합재 시트를 제조하되, 상기 섬유 복합재 시트의 일 면에 돌출된 돌기를 형성하는 단계;
    일면에 상기 돌출된 돌기가 형성되어 있는 상기 섬유 복합재 시트를 설정 크기를 갖는 복수 개의 단위 시트로 자르는 재단 단계; 및
    상기 재단 단계에서 만들어진 단위 시트들을 복수 개 적층하여 섬유 복합재를 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 섬유 복합재 시트를 제조할 때는,
    상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름에 열과 압력을 가하기 위하여 상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름이 진행하는 경로에 배치되되, 상기 밀착된 섬유 시트 및 폴리머 필름이 사이를 통과하도록 이격되어 설치되는 제1가열부재 및 제2가열부재를 포함하며,
    상기 돌기를 형성하는 단계에서는,
    상기 섬유 시트 및 상기 폴리머 필름과 각각 밀착된 상태에서 진행하도록 하는 이동 벨트를 더 포함하되,
    상기 이동 벨트는,
    상기 폴리머 필름과 밀착되는 제1이동벨트 및 상기 섬유 시트와 밀착되는 제2이동벨트를 포함하고,
    상기 섬유 복합재 시트가 밀착되는 상기 이동 벨트 둘레에 요철 구조가 형성되어 있으며,
    상기 돌기는,
    상기 섬유 시트 및 상기 폴리머 필름이 상기 제1이동 벨트 및 상기 제2이동 벨트 사이에 밀착되어 상기 제1가열부재 및 상기 제2가열부재 사이를 통과하면서, 상기 제1이동 벨트 및 상기 제2이동 벨트로부터 가해지는 압축력에 의해 형성되는,
    섬유복합재의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 섬유 복합재를 제조하는 단계에서는,
    상기 재단 단계에서 만들어진 단위 시트들을, 상기 돌기가 형성되어 있는 면이 서로 마주하도록 배치하고, 상기 돌기가 형성되어 있는 면에 폴리머를 더 추가적으로 공급하여 상기 섬유 복합재를 제조하는,
    섬유복합재의 제조방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 섬유 복합재를 제조하는 단계에서는,
    상기 재단 단계에서 만들어진 단위 시트들을, 상기 돌기가 형성되어 있는 면이 서로 마주하도록 배치하고, 상기 돌기가 형성되어 있는 면에 수지를 더 추가적으로 공급하여 상기 섬유 복합재를 제조하는,
    섬유복합재의 제조방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 섬유 복합재를 제조하는 단계에서는,
    상기 재단 단계에서 만들어진 단위 시트들을, 상기 돌기가 형성되어 있는 면이 서로 마주하도록 배치하고, 상기 돌기가 형성되어 있는 면에 폴리머 및 섬유를 함께 더 추가적으로 공급하여 상기 섬유 복합재를 제조하는,
    섬유복합재의 제조방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 돌기는,
    상기 섬유 복합재 시트와 연결된 하부에서 돌출되는 방향인 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 원 뿔 형태를 갖는,
    섬유복합재의 제조방법.
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