KR102306875B1 - 직물형태의 복합소재 시트 제조방법과 제조장치 및 그에 의해 제조된 직물형태의 복합소재 시트 - Google Patents

직물형태의 복합소재 시트 제조방법과 제조장치 및 그에 의해 제조된 직물형태의 복합소재 시트 Download PDF

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Abstract

직물형태의 복합소재 시트(Woven type Composite Sheet) 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물형태의 복합소재 시트 제조방법는, (S1) 상하 운동으로 경사의 개구를 형성하는 종광에 유디 테이프(UD Tape; Unidrection Tape)를 통과시켜 경사(經絲, warp) 테이프를 투입시키는 단계; (S2) 상기 종광의 상하 운동에 의해 경사의 개구가 형성되면 경사 테이프와 교차하는 방향으로 위사(緯絲, weft) 테이프를 투입시키는 단계; (S3) 상기 (S2) 단계가 반복적으로 수행되며 직물을 형성시키는 단계; 및 (S4) 상기 (S3) 단계에서 형성된 직물을 권취하는 단계;를 포함하며, 상기 (S4) 단계에서 직물을 권취하기 전, 이탈방지롤러에 의해 직물의 가장자리에 위치한 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 밀착시키고 용융 및 냉각하여 직물의 형태를 고정하는 단계를 더 포함한다.

Description

직물형태의 복합소재 시트 제조방법과 제조장치 및 그에 의해 제조된 직물형태의 복합소재 시트{Method and Apparatus for manufacturing woven type composite sheet and Woven type composite sheet manufactured thereof}
본 발명은, 직물형태의 복합소재 시트 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 직물형태의 복합소재 시트의 생산 속도 및 생산 안정성을 향상시킬 수 있으며, 직물형태의 복합소재 시트의 짜임 간격을 최소화 하면서도 최외각 경사 및 최외각 위사의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있는 직물형태의 복합소재 시트 제조방법에 관한 것이다.
열가소성 복합소재는 제조 공법에 따라 다양한 형태의 중간재로 제작된 이후에 부품으로 제작된다.
열가소성 복합소재의 출발점은 장섬유 강화 열가소성 수지인 LFT(Long Fiber Reinforced Thermoplastic)로, 베이스 수지에 보강섬유를 함침시켜 펠릿 형태로 제작한 것을 말하며, 이 소재는 일반 플라스틱 소재와 같은 사출공법으로 부품을 성형한다.
LFT에서 한 단계 더 나아가 제작되는 소재는 유디 테이프(UD Tape)이다.
유디 테이프(UD Tape)는 Unidirectional Tape(단방향 테이프)의 약자로서, 일반 사출소재 및 LFT와 달리 소재 내부의 보강섬유가 끊어져 있지 않고, 연속적으로 배향되어 있어 LFT에 비해 더 높은 물성을 구현할 수 있다. 따라서 이 소재부터는 연속섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합소재로 불리게 된다.
이 소재는 사출소재 대비 난이도가 높은 제작, 성형 공법을 가지지만 부품으로의 성형시에 보강섬유의 퍼포먼스를 그대로 재현할 수 있어 매우 우수한 기계적 물성을 가지게 되기 때문에, 각종 부품들에서의 금속을 대체할 수 있는 경량화 핵심 소재로 각광 받고 있다.
여기서 한단계 더 나아가, 유디 테이프를 슬리팅(Slitting)하여 소폭으로 균일하게 슬리팅된 유디 테이프로 재가공한 후, 이를 위빙(Weaving)하면 직조타입의 중간재인 직물형태의 복합소재 시트(Woven type Composite Sheet)로 제작된다.
이러한 직물형태의 복합소재 시트는 유디 테이프와 함께 병행되어 제품으로 성형되며, 주로 제품의 외관 감성 품질이 중요한 제품에 최외곽 층으로 적용된다. 또한 직조타입의 소재를 적용하면 유디 테이프를 단일하게 적용한 부품과 비교하면, 보강섬유가 서로 얽혀 상호 구속되어 있는 구조를 가지기 때문에, 부품의 파손시에 날카로운 돌출부위를 가지지 않으므로 사용자의 안전을 중요시 하는 부품에 적용될 수 있다.
이러한 직물형태의 복합소재 시트를 제조하는 공정에 있어서 필요한 핵심공정은 유디 테이프의 슬리팅(Slitting)과 위빙(Weaving)이며, 다양한 방식의 위빙 기술이 개발되고 있는 실정이다.
그런데, 예를 들어 대한민국등록특허 제10-0822409호에서 개시된 종래의 직물형태의 복합소재 시트 제조방법은 위사 테이프를 투입하는 공정이 레피어 타입으로 이루어진다.
이러한 방식은, 집게 형태의 장치가 경사 테이프의 상하운동으로 인해 생긴 공간속으로 침투하여 반대편의 위사 테이프를 잡고 다시 복귀하는 방식으로 이루어지게 되는데, 안정적으로 위사 테이프를 투입할 수 있는 장점이 있지만, 집게 장치가 각각의 위사 테이프 투입할 때마다 최소 위사 테이프의 길이만큼은 왕복 구동이 되어야 하기 때문에 반복적인 왕복 구동으로 인해 내구성이 약하다는 문제점을 가지고 있으며, 왕복 구동에 걸리는 시간만큼 생산 속도가 느리다는 문제점이 있다.
또한 크릴렉에서부터 장치로 유디 테이프가 경사 테이프로 투입될 때의 가이드 역할을 할 수 있는 장치가 없어 경사 테이프 끼리 서로의 길이 엇갈리면서 단사의 위험도 발생시킬 수 있으며, 제직된 직물형태의 복합소재 시트는 위사 테이프와 경사 테이프 사이에 서로를 구속할 수 있는 힘이 서로 간의 얽힘형태로 인한 마찰력밖에 없기 때문에, 최외곽 위사 테이프 및 최외각 경사 테이프는 직물형태의 복합소재 시트 외측으로 이탈하기 쉬운 문제점이 있다.
대한민국등록특허 제10-0822409호, (2008.04.17)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 직물형태의 복합소재 시트의 생산 속도 및 생산 안정성을 향상시킬 수 있으며, 직물형태의 복합소재 시트의 짜임 간격을 최소화 하면서도 최외각 경사 및 최외각 위사의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있는 직물형태의 복합소재 시트의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (S1) 상하 운동으로 경사의 개구를 형성하는 종광에 유디 테이프(UD Tape; Unidrection Tape)를 통과시켜 경사(經絲, warp) 테이프를 투입시키는 단계; (S2) 상기 종광의 상하 운동에 의해 경사의 개구가 형성되면 경사 테이프와 교차하는 방향으로 위사(緯絲, weft) 테이프를 투입시키는 단계; (S3) 상기 (S2) 단계가 반복적으로 수행되며 직물을 형성시키는 단계; 및 (S4) 상기 (S3) 단계에서 형성된 직물을 권취하는 단계;를 포함하며, 상기 (S4) 단계에서 직물을 권취하기 전, 이탈방지롤러에 의해 직물의 가장자리에 위치한 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 밀착시키고 용융 및 냉각하여 직물의 형태를 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트(Woven type Composite Sheet) 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 (S1) 단계 전에, 하기 (a) 및 (b) 단계를 통해 경사 테이프 및 위사 테이프를 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(a) 일정 간격으로 이격 배치되어 유디 테이프의 투입 진행방향과 나란히 회전하는 다수의 슬리팅 나이프에 의해 유디 테이프를 슬리팅(Slitting)하는 단계; 및 (b) 슬리팅된 유디 테이프를 크릴렉에 거치하는 단계.
상기 (S1) 단계에서 상기 경사 테이프는 서로 엉키는 것을 방지하기 위해 경사 테이프 투입 가이드를 거쳐 종광을 통과할 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 상기 경사 테이프는 텐션 롤을 거쳐 경사 장력이 조절된 상태로 종광을 통과할 수 있다.
상기 (S2) 단계에서 상기 위사 테이프는 상기 경사 테이프 사이에 각각 배치되는 다수의 위사 테이프 가이드 핀을 통과하여 투입될 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 종광의 상하 운동에 의해 개구가 형성될 때, 각각의 경사 테이프는 수평에서 일정 각도 기울어진 상태가 될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 제조방법으로 제조된 직물형태의 복합소재 시트가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상하 운동으로 경사의 개구를 형성하는 종광에 유디 테이프(UD Tape; Unidrection Tape)를 통과시켜 경사(經絲, warp) 테이프를 투입시키는 경사 테이프 투입장치; 상기 종광의 상하 운동에 의해 경사의 개구가 형성되면 경사 테이프와 교차하는 방향으로 위사(緯絲, weft) 테이프를 투입시키는 위사 테이프 투입장치; 및 상기 경사 테이프 투입장치 및 상기 위사 테이프 투입장치에 의해 형성된 직물의 가장자리에 위치한 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 밀착시키고 용융 및 냉각하여 직물의 형태를 고정시키는 직물 형태 고정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치가 제공될 수 있다.
경사 테이프 및 위사 테이프를 준비하는 유디 테이프 준비장치를 더 포함하며, 상기 유디 테이프 준비장치는, 일정 간격으로 이격 배치되어 유디 테이프의 투입 진행방향과 나란히 회전하며 상기 유디 테이프를 슬리팅(Slitting)하는 다수의 슬리팅 나이프를 포함할 수 있다.
상기 경사 테이프 투입장치는, 슬리팅된 유디 테이프가 거치되는 크릴렉; 및 상기 크릴렉에 거치된 상기 슬리팅된 유디 테이프가 경사 테이프로 투입되어 상기 종광을 통과할 때, 다수의 경사 테이프가 서로 엉키는 것을 방지하도록 상기 다수의 경사 테이프를 가이드하는 경사 테이프 투입 가이드를 포함할 수 있다.
상기 위사 테이프 투입장치는, 다수의 경사 테이프 사이에 각각 배치되어 위사 테이프 투입로에 진입한 위사 테이프가 상기 위사 테이프 투입로에서 이탈하지 않도록 가이드하는 다수의 위사 테이프 가이드 핀을 포함할 수 있다.
상기 위사 테이프 가이드 핀은, 상기 경사 테이프의 진행방향 측으로 개방되는 위사 테이프 배출구를 구비하며, 중앙부 영역에 상기 위사 테이프 배출구의 수직 폭보다 더 큰 수직 폭을 가지는 위사 테이프 투입통과구가 형성되는 "C"자 형태로 마련될 수 있다.
상기 직물 형태 고정장치는, 상기 최외각 경사 테이프의 양측에 각각 마련되되 상기 경사 테이프의 진행방향에 대하여 미리 결정된 각도로 경사지게 배치되며, 상기 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 모아서 밀착시키는 이탈방지롤러를 포함할 수 있다.
상기 이탈방지롤러는, 롤러의 표면으로부터 돌출되어 마련되는 다수의 돌기부재 또는 롤러의 표면에 마련되는 패드 형상의 마찰력증가부재 중에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 푸쉬방식에 의해 위사 테이프를 투입함으로써 직물형태의 복합소재 시트의 생산 속도 및 생산 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이탈방지 처리를 통해 직물형태의 복합소재 시트의 짜임 간격을 최소화하면서도 최외각 경사 및 최외각 위사의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 직물형태의 복합소재 시트의 제조방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 직물형태의 복합소재 시트의 제조방법이 이루어지는 직물형태의 복합소재 시트의 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 유디 테이프를 슬리팅하는 단계가 이루어지는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 크릴렉 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 크릴렉을 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면으로서, 크릴렉 내부 경사 테이프 가이드를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 경사 테이프 투입 가이드를 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이다.
도 7은 도 2의 텐셔너 내부 가이드를 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이다.
도 8은 도 1의 위사 테이프를 투입시키는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 종광 부분을 도시한 도면이다.
도 9는 도 1의 위사 테이프를 투입시키는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 종광 부분을 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이다.
도 10은 도 10의 위사 테이프 가이드 핀을 위사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이다.
도 11은 도 1의 직물을 형성시키는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 비터 부분을 위사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이다.
도 12는 도 1의 직물의 형태를 고정하는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 이탈방지롤러 부분을 상부에서 바라본 도면이다.
도 13은 도 1의 직물의 형태를 고정하는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 히터 및 냉각 롤러 부분을 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 직물형태의 복합소재 시트의 제조방법을 단계적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 직물형태의 복합소재 시트의 제조방법이 이루어지는 직물형태의 복합소재 시트의 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 유디 테이프를 슬리팅하는 단계가 이루어지는 과정을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 크릴렉 부분을 확대하여 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 크릴렉을 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면으로서, 크릴렉 내부 경사 테이프 가이드를 도시한 도면이고, 도 6은 도 2의 경사 테이프 투입 가이드를 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이며, 도 7은 도 2의 텐셔너 내부 가이드를 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이고, 도 8은 도 1의 위사 테이프를 투입시키는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 종광 부분을 도시한 도면이며, 도 9는 도 1의 위사 테이프를 투입시키는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 종광 부분을 경사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이고, 도 10은 도 9의 위사 테이프 가이드 핀을 위사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이며, 도 11은 도 1의 직물을 형성시키는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 비터 부분을 위사 테이프의 진행방향과 나란하게 바라본 도면이고, 도 12는 도 1의 직물의 형태를 고정하는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 이탈방지롤러 부분을 상부에서 바라본 도면이며, 도 13은 도 1의 직물의 형태를 고정하는 단계가 이루어지는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2의 히터 및 냉각 롤러 부분을 도시한 도면이다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물형태의 복합소재 시트 제조장치에 대하여 간단하게 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 유디 테이프 준비장치(A0)와, 경사(經絲, warp) 테이프 투입장치(A1)와, 위사(緯絲, weft) 테이프 투입장치(A2)와, 직물 형태 고정장치(A3)를 포함한다.
먼저, 유디 테이프 준비장치(A0)는 경사 테이프(200) 및 위사 테이프(600)를 준비하는 장치로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 일정 간격으로 이격 배치되어 유디 테이프(100)의 투입 진행방향과 나란히 회전하며 유디 테이프를 슬리팅하는 다수의 슬리팅 나이프(120)를 포함한다.
그리고, 경사 테이프 투입장치(A1)는 상하 운동으로 경사의 개구를 형성하는 종광(500)에 유디 테이프(UD Tape; Unidrection Tape)를 통과시켜 경사 테이프를 투입시키는 역할을 하며, 도 2 및 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 크릴렉(300)과, 경사 테이프 투입 가이드(220)를 포함한다.
크릴렉(300)은 슬리팅된 유디 테이프(110)가 거치되는 곳이며, 경사 테이프 투입 가이드(220)는 크릴렉(300)에 거치된 슬리팅된 유디 테이프(110)가 경사 테이프(200)로 투입되어 종광(500)을 통과할 때, 다수의 경사 테이프(200)가 서로 엉키는 것을 방지하도록 다수의 경사 테이프(200)를 가이드하는 역할을 한다.
다음으로, 위사 테이프 투입장치(A2)는 종광(500)의 상하 운동에 의해 경사의 개구가 형성되면 경사 테이프(200)와 교차하는 방향으로 위사 테이프(600)를 투입시키는 역할을 하며, 도 2 및 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 다수의 경사 테이프(200) 사이에 각각 배치되어 위사 테이프 투입로에 진입한 위사 테이프(600)가 위사 테이프 투입로에서 이탈하지 않도록 가이드하는 다수의 위사 테이프 가이드 핀(620)을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 위사 테이프 가이드 핀(620)은, 도 9 및 도 10에 자세히 도시된 바와 같이, 다수의 위사 테이프 가이드 핀(620)이 미리 결정된 거리만큼 상호 이격 배치되어 위사 테이프 가이드(610)을 형성하며, 각각의 위사 테이프 가이드 핀(620)이 다수의 경사 테이프(200) 사이에 각각 배치된다.
도 10에 자세히 도시된 바와 같이, 위사 테이프 가이드 핀(620)은 경사 테이프(200)의 진행방향 측으로 개방되는 위사 테이프 배출구(621)를 구비하며, 중앙부 영역에 위사 테이프 배출구(621)의 수직 폭보다 더 큰 수직 폭을 가지는 위사 테이프 투입통과구(622)가 형성되는 "C"자 형태로 마련된다.
위사 테이프 배출구(621)는 투입 후 커팅된 위사 테이프(600)가 비터(640, 도 11 참조)에 의해 직물형태의 복합소재 시트에 구속될 때, 위사 테이프 가이드 핀(620)으로부터 빠져나올 수 있도록 하기 위해 비터(640)에 의해 위사 테이프(600)가 진행하는 방향(도 11 참조)으로 형성된다.
그리고, 위사 테이프 투입통과구(622)가 마련됨으로써, 단순한 "C"자 형태가 아니라 중앙부 영역의 더 큰 폭에 의해 위사 테이프 투입로의 크기에 맞게 확장되어 위사 테이프 투입로에 진입한 위사 테이프(600)가 위사 테이프 가이드 핀(620)을 보다 쉽게 통과할 수 있게 된다.
마지막으로, 직물 형태 고정장치(A3)는 경사 테이프 투입장치(A1) 및 위사 테이프 투입장치(A2)에 의해 형성된 직물의 가장자리에 위치한 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 밀착시키고 용융 및 냉각하여 직물의 형태를 고정시키는 역할을 하며, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 이탈방지롤러(710)와, 히터(800)와, 냉각 롤러(900)를 포함한다.
이탈방지롤러(710)는 최외각 경사 테이프의 양측에 각각 마련되되 경사 테이프의 진행방향에 대하여 미리 결정된 각도로 경사지게 배치되며, 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 모아서 밀착시키는 역할을 한다.
이러한 이탈방지롤러(710)는 롤러의 표면으로부터 돌출되어 마련되는 다수의 돌기부재 또는 롤러의 표면에 마련되는 패드 형상의 마찰력증가부재 중에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
히터(800)는 경사 테이프(200)와 위사 테이프(600)를 상호 접착가능한 온도로 용융시키는 역할을 하며, 냉각 롤러(900)는 히터(800)의 일측에 배치되어 용융상태의 직물형태의 복합소재 시트(700)를 가압하고 냉각시켜 가접시키는 역할을 한다.
한편, 권취 와인더(1000)는 직물형태의 복합소재 시트(700)를 권취함으로써 직물형태의 복합소재 시트 제조공정을 마무리하는 역할을 한다.
이하에서는 전술한 구조를 가진 직물형태의 복합소재 시트 제조장치에 의해 이루어지는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 직물형태의 복합소재 시트(Woven type Composite Sheet) 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 직물형태의 복합소재 시트(Woven type Composite Sheet) 제조방법은, 경사 테이프 및 위사 테이프를 준비하는 단계(S0)와, 경사(經絲, warp) 테이프를 투입시키는 단계(S1)와, 위사(緯絲, weft) 테이프를 투입시키는 단계(S2)와, 직물을 형성시키는 단계(S3)와, 직물의 형태를 고정하는 단계(S3b)와, 직물을 권취하는 단계(S4)를 포함한다.
먼저, 경사 테이프 및 위사 테이프를 준비하는 단계(S0)는 유디 테이프를 슬리팅(Slitting)하는 단계(a)와, 슬리팅된 유디 테이프를 크릴렉에 거치하는 단계(b)를 포함한다.
유디 테이프를 슬리팅하는 단계(a)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 미리 결정된 간격으로 상호 이격 배치되어 유디 테이프(100)의 진행방향과 나란하게 회전하며 유디 테이프(100)를 슬리팅하는 다수의 슬리팅 나이프(120)에 의해, 유디 테이프(100)를 미리 결정된 폭으로 슬리팅하는 단계이다.
슬리팅 나이프(120)의 설정에 따라 원하는 간격으로 유디 테이프를 손상없이 슬리팅할 수 있으며, 이 때 슬리팅된 유디 테이프(110)의 폭은 9mm ~ 10mm로 마련될 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 직물형태의 복합소재 시트의 용도 및 크기에 따라 다양한 사이즈의 폭으로 마련될 수 있을 것이다.
슬리팅된 유디 테이프(110)는 롤 형태로 권취된 상태로 이하의 과정에서 사용되므로, 이하에서는 슬리팅된 유디 테이프(110)를 단순하게 유디 테이프라 부르기로 한다.
유디 테이프 거치단계(S12)는 유디 테이프를 거치하고 직물형태의 복합소재 시트 제조장치로 공급하는 크릴렉(300)에 슬리팅된 유디 테이프를 거치하되, 미리 결정된 직물형태의 복합소재 시트의 폭에 맞게 다수의 경사 테이프(200)로 거치하는 단계이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 미리 결정된 직물형태의 복합소재 시트의 폭에 맞게 다수의 경사 테이프(200, 도 2 참조)가 롤 형태로 각각의 크릴렉 언와인드(310)에 거치되며, 이후에 크릴렉 언와인드(310)로부터 경사 테이프(200)가 풀리면서 우븐시트 제조장치로 투입되게 된다.
이 때, 후술할 종광(500)의 상하운동에 의해 경사 테이프(200)의 장력이 일정 수준 이상으로 유지되지 않고 느슨해지면 위사 테이프(600)가 투입 도중에 경사 테이프(200)에 걸려 문제를 일으킬 수가 있으므로, 크릴렉 언와인더(310)에서 회전 마찰을 이용하거나 스프링 등을 사용하여 경사 테이프(200)의 장력을 유지하기 위해 보조할 수 있을 것이다.
한편, 경사(經絲, warp) 테이프를 투입시키는 단계(S1)는 상하 운동으로 경사의 개구를 형성하는 종광(500)에 유디 테이프(UD Tape; Unidrection Tape)를 통과시켜 경사 테이프(200)를 투입시키는 단계로서, 경사 테이프 가이드 단계(S1a)와, 경사 테이프 장력조절단계(S1b)를 포함한다.
경사 테이프 가이드 단계(S1a)는 크릴렉(300)에 거치된 다수의 경사 테이프(200)가 직물형태의 복합소재 시트 제조장치로 투입될 때, 다수의 경사 테이프(200)가 서로 엉키는 것을 방지하는 경사 테이프 투입 가이드(220)에 의해 가이드되는 단계이다.
이 때, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 크릴렉 내부 경사 테이프 가이드(210)에 의해 크릴렉(300)에서 풀리는 경사 테이프(200)의 위치를 먼저 가이드하게 되고, 경사 테이프(200)가 투입되면서 경사 테이프 투입 가이드(220)에 의해 다시 한번 가이드되므로, 다수의 경사 테이프(200)의 각각의 위치를 정확하게 가이드하여 경사 테이프(200) 사이의 엉킴이나 간섭현상을 방지할 수 있게 된다.
즉, 경사 테이프(200)는 서로 엉키는 것을 방지하기 위해 경사 테이프 투입 가이드(200)를 거쳐 종광을 통과하게 된다.
경사 테이프 장력조절단계(S1b)는 경사 테이프 투입 가이드(220)의 일측에 마련되는 경사 테이프 텐셔너(400)에 의해 경사 테이프(200)의 장력을 조절하는 단계이다.
전술한 바와 같이, 후술할 종광(500)의 상하운동에 의해 경사 테이프(200)의 장력이 일정 수준 이상으로 유지되지 않고 느슨해지면 위사 테이프(600)가 투입 도중에 경사 테이프(200)에 걸려 문제를 일으킬 수가 있으므로, 경사 테이프(200)가 종광(500)을 통과 하기 직전에 경사 테이프(200)의 장력을 조절해 주는 것이다.
즉, 종광(500)의 상하 운동에 의해 개구가 형성될 때, 각각의 경사 테이프(200)는 수평에서 일정 각도 기울어진 상태가 되는데, 경사 테이프 장력조절단계(S1b)에 의해 수평에서 일정 각도 기울어진 상태를 유지할 수 있게 된다.
여기서, 경사 테이프 텐셔너(400)는 투입된 경사 테이프(200)의 장력을 조절하는 다수의 텐션 롤(도 2 참조)과, 다수의 텐션 롤 사이에 배치되는 텐셔너 가이드(410, 도 7 참조)를 포함하며, 도 7에 자세히 도시된 바와 같이, 텐셔너 가이드(410)는 다수의 경사 테이프(200)의 위치를 가이드하는 다수의 가이드 핀을 구비한다.
즉, 경사 테이프는 텐션 롤을 거쳐 경사 장력이 조절된 상태로 종광을 통과하게 된다.
한편, 위사 테이프를 투입시키는 단계(S2)는 종광(500)의 상하 운동에 의해 경사의 개구가 형성되면 경사 테이프(200)와 교차하는 방향으로 위사 테이프(600)를 투입시키는 단계로서, 위사 테이프(600)를 경사 테이프(200)의 일측으로부터 경사 테이프(200)와 교차하는 방향으로 밀어주면서 투입시키는 푸쉬방식에 의해 미리 결정된 길이만큼 투입시키는 단계이다.
전술한 바와 같이, 종래의 방식에서 위사 테이프를 투입하는 공정은 집게 형태의 장치가 경사 테이프의 상하운동으로 인해 생긴 공간속으로 침투하여 반대편의 위사 테이프를 잡고 다시 복귀하는 방식의 레피어 타입으로 이루어지므로, 집게 장치가 각각의 위사 테이프 투입할 때마다 최소 위사 테이프의 길이만큼은 왕복 구동이 되어야 하기 때문에 반복적인 왕복 구동으로 인해 내구성이 약하다는 문제점을 가지고 있으며, 왕복 구동에 걸리는 시간만큼 생산 속도가 느리다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 푸쉬방식에 의해 위사 테이프를 투입함으로써 직물형태의 복합소재 시트의 생산 속도 및 생산 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
이러한 위사 테이프를 투입시키는 단계(S2)는, 위사 테이프 투입로 형성단계(S2a)와, 위사 테이프 푸쉬진입단계(S2b)와, 위사 테이프 가이드 단계(S2c)와, 위사 테이프 커팅 단계(S2d)와, 위사 테이프 구속단계(S2e)를 포함한다.
위사 테이프 투입로 형성단계(S2a)는 장력이 조절된 다수의 경사 테이프(200)를 상하 교차이동시키는 종광(500)에 의해, 인접하게 배치된 경사 테이프(200)를 상하 방향으로 상호 이격시켜 위사 테이프(600)가 투입되는 위사 테이프 투입로를 형성하는 단계이다.
여기서, 도 8 및 도 9에 자세히 도시된 바와 같이, 다수의 경사 테이프(200)가 관통 배치되는 종광(500)의 관통공은 경사 테이프(200)의 투입 평면에 대하여 미리 결정된 각도를 이루도록 형성되며, 이러한 종광(500)의 관통공의 형상에 의해, 다수의 경사 테이프(200)가 경사 테이프의 투입 평면에 대하여 미리 결정된 각도로 경사진 상태에서 상하로 이동함으로써, 다수의 경사 테이프(200)가 위사 테이프 가이드 핀과 접촉하지 않고 상하 이동이 가능하다.
즉, 다수의 경사 테이프(200)가 미리 결정된 각도를 이루면서 상하 이동하게 되면, 평면상태일 때보다 폭이 좁아지게 되므로, 경사 테이프(200)의 폭을 위사 테이프 가이드 핀(620)의 간격보다 크거나 같은 수준으로 투입하여도 종광(500)의 상하 운동시 위사 테이프 가이드 핀(620)에 경사 테이프(200)가 끼어 위사 테이프 투입로의 형성이 제대로 이루어 지지 않는 문제를 해결할 수 있으며, 나아가 위사 테이프 가이드 핀(620) 자체의 볼륨으로 인해 경사 테이프(200)의 폭을 넓히는데 제한이 생기는 부분을 해결하여, 근본적으로 직물형태의 복합소재 시트 자체의 경사 테이프(200) 사이의 유격을 최소화하거나 또는 유격이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
위사 테이프 푸쉬진입단계(S2b)는 위사 테이프 투입로를 통해 위사 테이프(600)를 밀어주면서 진입시키는 단계이며, 위사 테이프(600)의 상하에 접촉하도록 배치되어 회전에 의해 위사 테이프(600)를 밀어주는 위사 테이프 푸쉬롤러(미도시)에 의해 이루어질 수 있다.
그러나 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 위사 테이프 푸쉬롤러 뿐만 아니라 다양한 형태의 장치를 이용하여 위사 테이프(600)를 밀어주면서 진입시킬 수 있을 것이다.
이렇게 위사 테이프(600)를 밀어주는 위사 테이프 푸쉬롤러(미도시) 등의 장치를 이용함으로써, 푸쉬방식에 의해 위사 테이프를 투입하여 직물형태의 복합소재 시트의 생산 속도 및 생산 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
위사 테이프 가이드 단계(S2c)는 다수의 경사 테이프(200) 사이에 각각 배치되는 다수의 위사 테이프 가이드 핀(620)에 의해, 위사 테이프 투입로에 진입한 위사 테이프(600)가 위사 테이프 투입로에서 이탈하지 않도록 가이드하는 단계이다.
여기서, 위사 테이프 가이드 핀(620)은, 도 9 및 도 10에 자세히 도시된 바와 같이, 다수의 위사 테이프 가이드 핀(620)이 미리 결정된 거리만큼 상호 이격 배치되어 위사 테이프 가이드(610)을 형성하며, 각각의 위사 테이프 가이드 핀(620)이 다수의 경사 테이프(200) 사이에 각각 배치된다.
즉, 위사 테이프(600)는 경사 테이프(200) 사이에 각각 배치되는 다수의 위사 테이프 가이드 핀(620)을 통과하여 투입된다.
도 10에 자세히 도시된 바와 같이, 위사 테이프 가이드 핀(620)은 경사 테이프(200)의 진행방향 측으로 개방되는 위사 테이프 배출구(621)를 구비하며, 중앙부 영역에 위사 테이프 배출구(621)의 수직 폭보다 더 큰 수직 폭을 가지는 위사 테이프 투입통과구(622)가 형성되는 "C"자 형태로 마련된다.
위사 테이프 배출구(621)는 투입 후 커팅된 위사 테이프(600)가 비터(640, 도 11 참조)에 의해 직물형태의 복합소재 시트에 구속될 때, 위사 테이프 가이드 핀(620)으로부터 빠져나올 수 있도록 하기 위해 비터(640)에 의해 위사 테이프(600)가 진행하는 방향(도 11 참조)으로 형성된다.
그리고, 위사 테이프 투입통과구(622)가 마련됨으로써, 단순한 "C"자 형태가 아니라 중앙부 영역의 더 큰 폭에 의해 위사 테이프 투입로의 크기에 맞게 확장되어 위사 테이프 투입로에 진입한 위사 테이프(600)가 위사 테이프 가이드 핀(620)을 보다 쉽게 통과할 수 있게 된다.
위사 테이프 커팅 단계(S2d)는 다수의 경사 테이프(200) 사이에 배치가 완료된 위사 테이프(600)를 커팅하는 단계이다.
이 때, 위사 테이프 가이드 핀(620)의 위사 테이프 투입통과구(622)를 통과하는 위사 테이프(600)의 진행방향의 단부가 미리 결정된 각도로 경사진 형태를 갖도록 커팅됨으로써, 위사 테이프(600)가 위사 테이프 투입통과구(622)를 보다 쉽게 통과할 수 있으므로 위사 테이프 투입로에서 이탈하지 않을 수 있게 된다.
위사 테이프 구속단계(S2e)는 커팅된 위사 테이프(600)를 비터(640)에 의해 직물형태의 복합소재 시트(700, 도 12 참조)의 일측으로 밀착시켜 구속시키는 단계로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 비터(640)에 의해 위사 테이프(600)를 경사 테이프(200)측으로 밀착시킴으로써 직물형태의 복합소재 시트(700)의 짜임 간격을 최소화할 수 있게 된다.
이러한 단계를 거쳐 투입된 위사 테이프(600)가 구속된 이후에, 구속된 위사 테이프(600)는 경사 테이프(200)의 이동에 따라 이동하게 되고 새로운 위사 테이프(200)가 투입될 수 있는 공간이 형성된다.
한편, 직물을 형성시키는 단계(S3)는 위사 테이프를 투입시키는 단계(S2)가 반복적으로 수행되며 이루어지며, 직물형태의 복합소재 시트(700)를 형성하는 단계이다.
즉, 도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 경사 테이프(200)는 좌측으로부터 우측으로 이동하게 되면서 종광(500)에 의해 위사 테이프 투입로가 형성되며, 형성된 위사 테이프 투입로에 위사 테이프(200)가 투입되고 구속되면 구속된 위사 테이프(600)는 우측으로 이동하고 종광(500)에 의해 새로운 위사 테이프 투입로가 형성되어 동일한 과정이 반복되게 되면서 결국 직물형태의 복합소재 시트(700, 도 12 참조)를 형성하게 된다.
한편, 직물의 형태를 고정하는 단계(S3b)는 이탈방지롤러(710)에 의해 직물의 가장자리에 위치한 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 밀착시키고 용융 및 냉각하여 직물의 형태를 고정하는 단계로서, 이탈방지 처리단계와, 용융단계와, 가압냉각단계를 포함한다.
이탈방지 처리단계는 다수의 위사 테이프(600)가 순차적으로 투입되어 형성된 직물형태의 복합소재 시트(700)의 최외각에 배치되는 최외각 경사 테이프가, 직물형태의 복합소재 시트(700)의 외측으로 이탈하는 것을 방지하는 단계이며, 이를 통해 직물형태의 복합소재 시트의 짜임 간격을 최소화하면서도 최외각 경사 및 최외각 위사의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 12에 자세히 도시된 바와 같이, 최외각 경사 테이프(200)의 양측에 각각 마련되되 경사 테이프(200)의 진행방향에 대하여 미리 결정된 각도로 경사지게 배치되는 이탈방지롤러(710)에 의해 최외각 경사 테이프(200)를 직물형태의 복합소재 시트(700)의 내측으로 모아서 밀착시키며 이루어 진다.
이 때, 이탈방지롤러(710)는 롤러의 표면으로부터 돌출되어 마련되는 다수의 돌기부재 또는 롤러의 표면에 마련되는 패드 형상의 마찰력증가부재 중에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
용융단계는 최외각 경사 테이프가 밀착된 직물형태의 복합소재 시트(700)의 진행 방향을 따라 직물형태의 복합소재 시트(700)의 상하에 배치되는 히터(800)에 의해 경사 테이프(200)와 위사 테이프(600)를 상호 접착가능한 온도로 용융시키는 단계이며, 가압냉각단계는 용융상태의 직물형태의 복합소재 시트(700)를 히터(800)의 일측에 배치되는 냉각 롤러(900)에 의해 가압하고 냉각시켜 가접시키는 단계이다.
마지막으로, 직물을 권취하는 단계(S4)는 직물을 형성시키는 단계(S3)에서 형성된 직물을 직물의 형태를 고정하는 단계(S3b)를 거치고 최종적으로 권취하는 단계로서, 권취 와인더(1000)에 직물형태의 복합소재 시트(700)가 감기면서 전체 제조 공정이 마무리되는 단계이다.
이와 같이, 본 실시 예에 따르면, 푸쉬방식에 의해 위사 테이프를 투입함으로써 직물형태의 복합소재 시트의 생산 속도 및 생산 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이탈방지 처리를 통해 직물형태의 복합소재 시트의 짜임 간격을 최소화하면서도 최외각 경사 및 최외각 위사의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 유디 테이프 110: 슬리팅된 유디 테이프
120: 슬리팅 나이프 200: 경사 테이프
210: 크릴렉 내부 경사 테이프 가이드 220: 경사 테이프 투입 가이드
300: 크릴렉 310: 크릴렉 언와인더
400: 텐셔너 410: 텐셔너 가이드
500: 종광 600: 위사 테이프
610: 위사 테이프 가이드 620: 위사 테이프 가이드 핀
630: 위사 투입 구동부 640: 비터
700: 직물형태의 복합소재 시트 710: 이탈방지롤러
800: 히터 900: 냉각 롤러
1000: 권취 와인더

Claims (14)

  1. (S1) 상하 운동으로 경사의 개구를 형성하는 종광에 유디 테이프(UD Tape; Unidrection Tape)를 통과시켜 경사(經絲, warp) 테이프를 투입시키는 단계;
    (S2) 상기 종광의 상하 운동에 의해 경사의 개구가 형성되면 경사 테이프와 교차하는 방향으로 위사(緯絲, weft) 테이프를 투입시키는 단계;
    (S3) 상기 (S2) 단계가 반복적으로 수행되며 직물을 형성시키는 단계; 및
    (S4) 상기 (S3) 단계에서 형성된 직물을 권취하는 단계;를 포함하며,
    상기 (S4) 단계에서 직물을 권취하기 전, 이탈방지롤러에 의해 직물의 가장자리에 위치한 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 밀착시키고 용융 및 냉각하여 직물의 형태를 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트(Woven type Composite Sheet) 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계 전에, 하기 (a) 및 (b) 단계를 통해 경사 테이프 및 위사 테이프를 준비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조방법:
    (a) 일정 간격으로 이격 배치되어 유디 테이프의 투입 진행방향과 나란히 회전하는 다수의 슬리팅 나이프에 의해 유디 테이프를 슬리팅(Slitting)하는 단계; 및
    (b) 슬리팅된 유디 테이프를 크릴렉에 거치하는 단계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계에서 상기 경사 테이프는 서로 엉키는 것을 방지하기 위해 경사 테이프 투입 가이드를 거쳐 종광을 통과하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계에서 상기 경사 테이프는 텐션 롤을 거쳐 경사 장력이 조절된 상태로 종광을 통과하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (S2) 단계에서 상기 위사 테이프는 상기 경사 테이프 사이에 각각 배치되는 다수의 위사 테이프 가이드 핀을 통과하여 투입되는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (S2) 단계에서 종광의 상하 운동에 의해 개구가 형성될 때, 각각의 경사 테이프는 수평에서 일정 각도 기울어진 상태가 되는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 직물형태의 복합소재 시트.
  8. 상하 운동으로 경사의 개구를 형성하는 종광에 유디 테이프(UD Tape; Unidrection Tape)를 통과시켜 경사(經絲, warp) 테이프를 투입시키는 경사 테이프 투입장치;
    상기 종광의 상하 운동에 의해 경사의 개구가 형성되면 경사 테이프와 교차하는 방향으로 위사(緯絲, weft) 테이프를 투입시키는 위사 테이프 투입장치; 및
    상기 경사 테이프 투입장치 및 상기 위사 테이프 투입장치에 의해 형성된 직물의 가장자리에 위치한 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 밀착시키고 용융 및 냉각하여 직물의 형태를 고정시키는 직물 형태 고정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    경사 테이프 및 위사 테이프를 준비하는 유디 테이프 준비장치를 더 포함하며,
    상기 유디 테이프 준비장치는,
    일정 간격으로 이격 배치되어 유디 테이프의 투입 진행방향과 나란히 회전하며 상기 유디 테이프를 슬리팅(Slitting)하는 다수의 슬리팅 나이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 경사 테이프 투입장치는,
    슬리팅된 유디 테이프가 거치되는 크릴렉; 및
    상기 크릴렉에 거치된 상기 슬리팅된 유디 테이프가 경사 테이프로 투입되어 상기 종광을 통과할 때, 다수의 경사 테이프가 서로 엉키는 것을 방지하도록 상기 다수의 경사 테이프를 가이드하는 경사 테이프 투입 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 위사 테이프 투입장치는,
    다수의 경사 테이프 사이에 각각 배치되어 위사 테이프 투입로에 진입한 위사 테이프가 상기 위사 테이프 투입로에서 이탈하지 않도록 가이드하는 다수의 위사 테이프 가이드 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위사 테이프 가이드 핀은,
    상기 경사 테이프의 진행방향 측으로 개방되는 위사 테이프 배출구를 구비하며, 중앙부 영역에 상기 위사 테이프 배출구의 수직 폭보다 더 큰 수직 폭을 가지는 위사 테이프 투입통과구가 형성되는 "C"자 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 직물 형태 고정장치는,
    상기 최외각 경사 테이프의 양측에 각각 마련되되 상기 경사 테이프의 진행방향에 대하여 미리 결정된 각도로 경사지게 배치되며, 상기 최외각 경사 테이프를 직물 내측 방향으로 모아서 밀착시키는 이탈방지롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이탈방지롤러는,
    롤러의 표면으로부터 돌출되어 마련되는 다수의 돌기부재 또는 롤러의 표면에 마련되는 패드 형상의 마찰력증가부재 중에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직물형태의 복합소재 시트 제조장치.
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