KR102339294B1 - 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 ud 테이프 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

반응 중합을 이용하는 탄소섬유 ud 테이프 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로,
본 발명의 실시 에에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 탄소섬유를 공급하는 탄소섬유 공급부; 상기 탄소섬유 공급부로부터 전달되는 탄소섬유에 액상의 ε-카프로락탐을 공급하여 코팅시키는 ε-카프로락탐 공급부 및 상기 ε-카프로락탐 공급부에 의해 ε-카프로락탐이 코팅된 탄소섬유에 열을 가해 PA6로 중합 반응시키는 반응 중합부를 포함할 수 있다.

Description

반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법{Carbon fiber UD tape manufacturing apparatus and manufacturing method using reaction polymerization}
본 발명은 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 반응 중합을 이용하여 열가소성 수지를 함침시키는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
열경화성 수지(Thermosetting resin)는 일반적으로 내열성, 내용제성, 내약품성, 기계적 성질, 전기절연성이 좋아 고강도 섬유와 조합하여 섬유강화플라스틱을 제조하는 데 사용되어 왔으며, 이러한 이유로 탄소섬유 복합소재에도 흔히 활용되어 왔다.
그러나, 열경화성 수지는 한번 경화되면 재활용이 불가능한 단점이 있어 제조시 효율적인 가공이 어렵고, 에폭시와 같은 열경화성 수지가 함침된 탄소섬유 복합소재를 이용해 만든 부품의 파손 시 해당 부품을 통째로 갈아야 하는 문제점이 있다.
이를 대안으로 최근 열가소성 수지를 함침시킨 탄소섬유 복합소재가 각광받고 있다. 열가소성 수지(Thermoplastic resin)는 재활용이 불가능한 열경화성 수지와는 달리 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하면 형태를 변형시킬 수 있는 수지로서, 성형이 쉽고 재활용이 가능한 장점이 있다.
이 때문에, 열가소성 수지를 바탕으로 만들어진 탄소섬유 복합소재는 탄소섬유 바탕의 부품의 파손 시에도 국부적으로 보강을 수행할 수 있으며, 가볍고 강도 또한 좋아 미래의 자동차, 항공기, 전기, 전자 등의 분야에서 널리 쓰일 재료로 주목 받고 있다.
한편, 탄소섬유 복합소재의 보강 중간재로서 탄소섬유 UD 테이프가 있는데, 탄소섬유 UD 테이프는 탄소섬유에 열가소성 수지를 결합시킨 테이프로서, 고강도를 요하는 부위에 대해서 보강·보완하도록 활용할 수 있다.
그러나, 이러한 탄소섬유 UD 테이프는 현재 해외에서 전량 수입에 의존하고 있어 제품 단가가 높고 이를 바탕으로 하는 부품 생산에 비효율적이므로 국부적으로 강성 보강이 필요하고 형상이 복잡한 자동차 부품 등의 대량 생산 공정 기술을 가능케 하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 방법의 국산화 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 제안되는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치의 국산화 개발제품으로, 탄소섬유에 열가소성 수지를 함침시켜 UD 테이프를 제조하는 데 있어 반응 중합을 이용하여 열가소성 수지를 함침시키도록 구성되는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 탄소섬유를 공급하는 탄소섬유 공급부; 상기 탄소섬유 공급부로부터 전달되는 탄소섬유에 액상의 ε-카프로락탐을 공급하여 코팅시키는 ε-카프로락탐 공급부 및 상기 ε-카프로락탐 공급부에 의해 ε-카프로락탐이 코팅된 탄소섬유에 열을 가해 PA6로 중합 반응시키는 반응 중합부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 ε-카프로락탐 공급부는, ε-카프로락탐을 저장하며 액상 상태로 유지시키는 ε-카프로락탐 저장 장치; 상기 ε-카프로락탐 저장 장치와 배관에 의해 연결되어 액상의 ε-카프로락탐을 토출시키는 토출노즐 및 상기 토출노즐로부터 토출되는 액상의 ε-카프로락탐을 수용하며, 탄소섬유의 이송 방향으로 이동하여 탄소섬유가 수용된 액상의 ε-카프로락탐을 통과하도록 하는 ε-카프로락탐 수용함을 포함할 수 있다.
또한, 상기 ε-카프로락탐 저장 장치는, ε-카프로락탐과 활성화제 및 첨가제가 함께 저장되는 ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크; ε-카프로락탐과 촉매제가 함께 저장되는 ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크 및 상기 ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크와 ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크로 ε-카프로락탐이 액상 상태를 유지하는 열을 가하는 액상 유지 가열장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 상기 반응 중합부에 의해 반응 중합되어 PA6가 함침된 탄소섬유를 냉각하는 냉각부를 더 포함하며, 상기 냉각부는, 상기 탄소섬유의 이송 경로 상측에서 상기 탄소섬유의 상면과 접촉하여 탄소섬유의 이송 방향을 따라 일정 길이만큼 선회하도록 형성되는 상측 스틸 벨트; 상기 탄소섬유의 이송 경로 하측에서 상기 탄소섬유의 하면과 접촉하여 탄소섬유의 이송 방향을 따라 일정 길이만큼 선회하도록 형성되는 하측 스틸 벨트; 상기 탄소섬유가 인입되는 방향에 위치한 상기 상측 스틸 벨트의 전단부로 열을 가하는 상측 스틸 벨트 가열장치 및 상기 탄소섬유가 인입되는 방향에 위치한 상기 하측 스틸 벨트의 전단부로 열을 가하는 하측 스틸 벨트 가열장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는, 상기 일정 길이만큼 선회하는 상측 스틸 벨트의 하측 선회 라인을 하방으로 가압하는 벨트 가압장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는, 상기 상측 스틸 벨트와 하측 스틸 벨트 간 간격을 조절하도록 상기 상측 스틸 벨트의 높이를 조절하는 높이 조절장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 상기 반응 중합부 후방에 배치되어, PA6가 함침된 탄소섬유의 표면을 다듬는 표면개선부를 더 포함하며, 상기 표면개선부는, 한 쌍을 이루어 탄소섬유 이송 방향 전방에 위치하는 IR 히터와 후방에 위치하는 표면 압축장치의 조합이 하나 이상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 상기 탄소섬유 공급부와 ε-카프로락탐 공급부 사이에 배치되어, 상기 탄소섬유 공급부로부터 공급되는 탄소섬유의 열경화성 수지를 제거하는 디사이징부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 상기 탄소섬유 공급부와 ε-카프로락탐 공급부 사이에 배치되어, 상기 탄소섬유 공급부로부터 공급되는 탄소섬유를 팽팽하게 펼치는 스프레딩부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조방법은, 탄소섬유를 공급하는 탄소섬유 공급 단계; 액상 상태의 ε-카프로락탐을 탄소섬유에 코팅시키는 ε-카프로락탐 코팅 단계; 상기 탄소섬유에 코팅된 ε-카프로락탐을 열을 가해 중합 반응시켜 PA6로 전환시키는 반응 중합 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반응 중합 단계 이후에, PA6가 함침된 탄소섬유의 표면을 한번 이상으로 다듬는 표면 다듬 단계를 더 포함하며, 상기 표면 다듬 단계는, 상기 PA6의 멜팅 온도 미만으로 열을 가하는 수지 히팅 단계 및 상기 수지 히팅 단계 후에 표면 압착을 수행하는 표면 압착 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 ε-카프로락탐 코팅 단계의 ε-카프로락탐은 90℃ 내지 100℃의 온도를 형성하여 액상 상태를 유지하고, 상기 반응 중합 단계는 ε-카프로락탐을 150℃ 내지 170℃의 온도로 열을 가해 중합 반응 시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법은, 탄소섬유 UD 테이프는 물론 탄소섬유 UD 테이프로 제조되는 제품 단가를 낮출 수 있고, 부품 생산에 효율적이며 국부적으로 강성 보강이 필요하고 형상이 복잡한 자동차 부품 등의 대량 생산 공정 기술에 향상을 가져올 수 있다.
또한, 위에서 언급된 본 발명의 실시예에 따른 효과는 기재된 내용에만 한정되지 않고, 명세서 및 도면으로부터 예측 가능한 모든 효과를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치의 전체 공정 흐름을 측방에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 탄소섬유 공급부의 상세도이다.
도 4는 도 3의 탄소섬유 공급부의 상세 공정도이다.
도 5는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 디사이징부 및 스프레딩부의 상세도이다.
도 6은 도 5의 디사이징부 및 스프레딩부의 상세 공정도이다.
도 7은 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 ε-카프로락탐 공급부 및 반응 중합부의 상세도이다.
도 8은 도 7의 도면에서 ε-카프로락탐 공급부의 일부를 절개하여 바라본 도면이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 도 8의 ε-카프로락탐 공급부의 일부분 확대를 통해 바라본 탄소섬유에 ε-카프로락탐이 코팅되는 과정을 예시한 도면이다.
도 10은 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 냉각부의 상세도이다.
도 11은 도 10의 냉각부의 단면을 통해 바라본 상세 공정도이다.
도 12는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 표면개선부의 상세도이다.
도 13은 도 12의 표면개선부의 상세 공정도이다.
도 14는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 권취부의 상세도이다.
도 15는 도 14의 권취부의 상세 공정도이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조방법의 흐름도이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치의 사시도이며, 도 2는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치의 전체 공정 흐름을 측방에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 탄소섬유 공급부의 상세도이며, 도 4는 도 3의 탄소섬유 공급부의 상세 공정도이다.
또한, 도 5는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 디사이징부 및 스프레딩부의 상세도이며, 도 6은 도 5의 디사이징부 및 스프레딩부의 상세 공정도이고, 도 7은 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 ε-카프로락탐 공급부 및 반응 중합부의 상세도이며, 도 8은 도 7의 도면에서 ε-카프로락탐 공급부의 일부를 절개하여 바라본 도면이고, 도 9의 (a) 및 (b)는 도 8의 ε-카프로락탐 공급부의 일부분 확대를 통해 바라본 탄소섬유에 ε-카프로락탐이 코팅되는 과정을 예시한 도면이다.
또한, 도 10은 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 냉각부의 상세도이며, 도 11은 도 10의 냉각부의 단면을 통해 바라본 상세 공정도이고, 도 12는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 표면개선부의 상세도이며, 도 13은 도 12의 표면개선부의 상세 공정도이다.
또한, 도 14는 도 1의 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 중 권취부의 상세도이며, 도 15는 도 14의 권취부의 상세 공정도이다.
도 1 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 탄소섬유 공급부(100), ε-카프로락탐 공급부(200) 및 반응 중합부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 탄소섬유 공급부(100)는 복수의 탄소섬유를 일방으로 공급하도록 구성되는 것으로, 복수의 탄소섬유가 권취된 상태로 제공되는 크릴 장치(110)와, 상기 크릴 장치(110)로부터 복수의 탄소섬유를 공급 받아 탄소섬유간의 간격을 조절하는 간격조절장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
크릴 장치(110)는 탄소섬유가 권취된 보빈(115)들을 종방향과 횡방향을 따라 복수로 마련할 수 있고, 보빈(115)들에서 탄소섬유가 해사(Unwinder)되면서 탄소 이동 경로 상 후방에 위치된 간격조절장치(120)로 공급될 수 있다.
간격조절장치(120)는 크릴 장치(110)의 각 보빈(115)들로부터 공급되는 탄소섬유의 간격을 조절하면서 폭 방향으로 배열하는 장치로서, 복수의 가이드롤러(121 내지 124)로 구성될 수 있으며, 이들 중 하나는 높이 조절이 가능하도록 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 간격조절장치(120)는 도면에 도시된 바와 같이 제1 내지 제4 가이드롤러(121 내지 124)로 구성될 수 있으며, 제1 가이드롤러(121)의 경우 간격조절장치(120)의 젤 앞단에 위치하여 크릴 장치(110)로부터 공급되는 탄소섬유를 전달받아 가이드할 수 있다.
이때, 제1 가이드롤러(121)는 크릴 장치(110)와의 높이 편차가 일정 수준 이상으로 형성되지 않도록 개수를 달리하는 것으로, 도면과 같이 하나로 마련될 수 있음은 물론이거니와, 도면에는 도시되지 않았으나 복수로 마련될 수도 있으며, 제1 가이드롤러(121)의 개수는 크릴 장치(110)의 보빈(115)들의 종방향 배열 개수에 따라 달라질 수 있다.
예컨대, 보빈(115)들이 종방향을 따라 1개 내지 3개의 배열로 마련될 경우에는 제1 가이드롤러(121)가 하나만 마련될 수 있으나, 보빈(115)들이 종방향을 따라 4개 내지 6개의 배열로 마련될 경우에는 높이가 높으므로 제1 가이드롤러(121)가 복수로 마련되어 각기 복수의 탄소섬유 가이드를 분할 담당할 수도 있다.
상기와 같이 제1 가이드롤러(121)가 복수로 마련될 경우에는 균형적으로 가이드 하기 위해 동일 선상에서 높이 방향을 따라 일렬로 배열되는 형태를 지니는 것이 바람직하다.
여기서, 탄소섬유의 이송이 보다 원활하도록 크릴 장치(110)와 간격조절장치(120)의 제1 가이드롤러(121) 사이에는 탄소섬유 가이드장치(130)가 더 구비될 수도 있다.
탄소섬유 가이드장치(130)는 크릴 장치(110)와 간격조절장치(120)의 사이가 비교적 멀 때 발생되는 탄소섬유간의 꼬임을 방지하기 위해 마련되는 것으로, 크릴 장치(110)의 각 보빈(115)들로부터 대략 직선상으로 탄소섬유를 전달받을 수 있도록 보빈(115)의 종방향 배열 개수와 동일한 개수의 가이드롤러(135)를 마련할 수 있다.
즉, 크릴 장치(110)에서 공급되는 탄소섬유는 탄소섬유 가이드장치(130)가 구비될 경우, 탄소섬유 가이드장치(130)의 각 대응되는 가이드롤러(135)에 직선상으로 공급되면서 제1 가이드롤러(121)로 연속적으로 전달될 수 있다.
제2 가이드롤러(122) 내지 제4 가이드롤러(124)는 제1 가이드롤러(121) 후방에 순차적으로 마련되어 탄소섬유 공급부(100)로부터 반응 중합부(250)까지 연속되어 공급되는 탄소섬유를 폭 방향으로 배열하고, 원활하게 이송되도록 가이드할 수 있다.
이 중, 제2 가이드롤러(122)와 제4 가이드롤러(124)는 동일한 높이로 형성되고, 제3 가이드롤러(133)는 제2 및 제4 가이드롤러(122, 124)와는 다른 높이를 형성하여 탄소섬유가 텐션(tension)을 갖고 이송되도록 할 수 있으며, 제3 가이드롤러(133)의 높이는 조절 가능하도록 형성되어 텐션(tension) 정도를 조절하도록 할 수도 있다.
여기서 제3 가이드롤러(133)의 높이 조절은 높이방향으로 가이드홀 또는 가이드홈을 갖는 거치부가 양측방에 형성되고, 상기 거치부에 양단이 삽입되는 가이드홀 또는 가이드홈을 따라 수동 조절되거나, 높이 방향으로 피스톤 운동하도록 마련되는 실린더 등에 연결되어 자동 조절될 수 있다.
그러나, 상기와 같은 제1 내지 제4 가이드롤러(121 내지 124)는 탄소섬유를 보다 잘 가이드하기 위한 바람직한 예시에 불과한 것으로, 개수는 반드시 4개에 한정되는 것은 아니며, 간격조절장치(120)의 가이드롤러는 4개보다 더 마련될 수도 있고, 더 적게 마련될 수도 있다.
한편, 탄소섬유 공급부(100)에서 공급되는 탄소섬유는 수지가 함침 되지 않은 탄소섬유 원사 또는 에폭시 등의 열경화성 수지가 함침된 탄소섬유 프리프레그가 공급될 수 있는데, 상기 열경화성 수지가 함침된 탄소섬유 프리프레그가 사용될 경우에는, 본 발명은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 탄소섬유 공급부(100)와 ε-카프로락탐 공급부(200) 사이에 배치되는 디사이징부(400)를 더 포함할 수도 있다.
디사이징부(400)는 열가소성 수지를 바탕으로 형성되는 탄소섬유 UD 테이프를 만들기 위해 탄소섬유에 사이징된 열경화성 수지를 제거하는 수단으로서, 가열장치(410)를 구비하여 이송되는 탄소섬유에 대하여 상/하측에서 열경화성 수지의 열분해 온도 이상의 열을 가해 열경화성 수지를 제거하도록 구성된다.
이때, 가열장치(410)는 IR히터로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 가열장치(410)는 동일한 높이와 위치로 고정되는 지지대(420)에 고정될 수도 있으나, 한편으론 높이 조절이나 위치 가변이 가능한 지지대(420)에 고정될 수도 있다.
가열장치(410)를 지지하는 지지대(420)의 위치 가변의 경우 탄소섬유의 이송 방향으로 길이를 갖는 가이드봉(430)이 관통되어 가이드봉(430)을 따라 위치가 가변될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 가열장치(410)의 위치 가변은 후술하는 스프레딩부(500)와의 간격을 조절하기에 용이함을 가진다.
또한, 본 발명은 탄소섬유 공급부(100)와 ε-카프로락탐 공급부(200) 사이에 배치되는 스프레딩부(500)를 더 포함할 수도 있다. 스프레딩부(500)는 탄소섬유 공급부(100)로부터 공급되는 탄소섬유를 팽팽하게 펼치기 위한 수단으로, 후방에 배치되는 ε-카프로락탐 공급부(200)를 통해 공급되는 ε-카프로락탐의 침투 효율을 높일 수 있다.
스프레딩부(500)는 인입되는 탄소섬유를 안내하는 인입롤러(510)와 스프레딩(Spreading)되어 인출되는 탄소섬유를 안내하는 인출롤러(520) 및 인입롤러(510)와 인출롤러(520) 사이에 형성되며 탄소섬유의 이송 방향을 따라 상/하측으로 교차 배열되는 복수의 스프레딩롤러(530)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 스프레딩부(500)로 인입되는 탄소섬유는 인입롤러(510)를 거쳐 복수의 스프레딩롤러(530)로 안내되며, 복수의 스프레딩롤러(530)를 통해 상측과 하측으로 번갈아가면서 이송되어 팽팽해진 상태로 인출롤러(520)를 통해 인출될 수 있다.
여기서, 복수의 스프레딩롤러(530)가 고정되는 고정 브라켓(535)은 각 스프레딩롤러(530)가 결합되는 결합홀이나 결합홈을 높이 방향으로 길게 형성하여 복수의 스프레딩롤러(530)의 각 높이를 조절하도록 할 수도 있다. 또한, 각 스프레딩롤러(530)의 높이 조절은 수동으로 이루어질 수도 있고, 높이 방향으로 피스톤 운동하는 실린더에 의해 자동으로 조절될 수도 있다.
상기와 같은 스프레딩부(500)는 디사이징부(400)가 마련될 경우에는, 디사이징부(400)의 후단으로 배치되어, 열경화성 수지가 제거된 상태에서 스프레딩 작업을 수행할 수 있다.
ε-카프로락탐 공급부(200)는 탄소섬유 공급부로부터 전달되는 탄소섬유에 액상의 ε-카프로락탐을 공급하여 코팅시키는 수단으로써, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 ε-카프로락탐 저장 장치(210), 토출노즐(220) 및 ε-카프로락탐 수용함(230)을 포함하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, ε-카프로락탐 저장 장치(210)는 ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크(211), ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크(212) 및 액상 유지 가열장치(미도시)를 포함하여 ε-카프로락탐을 저장하며 액상 상태로 유지시킬 수 있다.
여기서, ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크(211)는, ε-카프로락탐과 활성화제 및 첨가제가 함께 저장되는 탱크일 수 있고, ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크(212)는 ε-카프로락탐과 촉매제가 저장되는 탱크일 수 있다.
이들에 저장된 ε-카프로락탐, 활성화제 및 첨가제 및 촉매제는, 나중에 ε-카프로락탐 수용함(230)에서 혼합된 상태로 탄소섬유에 제공되어 반응 중합에 이용될 수 있다.
그러나, 상기의 형태에 반드시 한정되는 것은 아니며 일측 탱크에는 활성화제 및 첨가제만 마련되고, 타측 탱크에 ε-카프로락탐 및 촉매제가 마련될 수도 있고, 일측 탱크에 활성화제 및 첨가제 및 ε-카프로락탐이 마련되고, 타측 탱크에 촉매제만 마련될 수도 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나 각 탱크(211, 212)와 연결되는 혼합부(미도시)를 더 포함하여 혼합부(미도시)에서 ε-카프로락탐, 활성화제 및 첨가제 및 촉매제를 혼합한 액상의 상태로 만들고 후술하는 ε-카프로락탐 수용함(230)으로 공급할 수도 있다.
액상 유지 가열장치(미도시)는 상기 ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크(211)와 ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크(212)에 저장된 ε-카프로락탐이 중합 반응을 일으키지 않고 액상 상태를 유지하는 열을 가하도록 구성될 수 있다.
이때, 액상 유지 가열장치(미도시)의 가열온도는 90℃ 내지 100℃일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, ε-카프로락탐이 활성화제 및 첨가제나 촉매제와 반응하여 중합 반응을 일으키는 온도만 아니면 모두 허용될 수 있다.
다만, ε-카프로락탐의 중합 반응을 일으키는 반응 중합부(250)에서의 가열 온도와 편차가 많으면 반응 중합부(250)에서 ε-카프로락탐을 반응 온도까지 상승시키는데 많은 시간이 필요하고, 자칫 중합 반응이 제대로 이뤄지지 않을 수 있어 90℃ 내지 100℃의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.
만약, 혼합부(미도시)가 구성될 경우에는 액상 유지 가열장치(미도시)는 혼합부(미도시)에 상기 90℃ 내지 100℃의 열을 가하도록 구성될 수도 있다.
ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크(211)와 ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크(212)는 일측에 배관(215)을 연결하고 각각 배관(215) 방향으로 압력을 가해 ε-카프로락탐을 밀어내도록 피스톤 작용하는 실린더(미도시)를 마련하여 토출노즐(220) 방향으로 ε-카프로락탐을 전달할 수 있다.
토출노즐(220)은 ε-카프로락탐 저장 장치(210)와 배관(215)에 의해 연결되어 액상의 ε-카프로락탐을 토출시킬 수 있다. 이때, 토출노즐(220)은 그 방향은 한정되는 것은 아니나, 하부 방향으로 토출되도록 형성될 수 있다.
이를 위해, 토출노즐(220)을 지지하는 노즐 지지대(220a)가 탄소섬유 이송 방향 기준으로 토출노즐(220)의 전/후방측에 마련될 수 있고, 노즐 지지대(220a)에는 노즐 결합판(220b)이 장착되어 토출노즐(220)이 노즐 결합판(220b)에 결합될 수 있다.
ε-카프로락탐 수용함(230)은 토출노즐(220)로부터 토출되는 액상의 ε-카프로락탐을 수용하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, ε-카프로락탐 수용함(230)은 토출노즐(220)의 토출방향에 대응하는 위치에 마련될 수 있다. 즉, 토출노즐(220)이 상술한 바와 같이 하부 방향으로 방향성을 가질 경우, ε-카프로락탐 수용함(230)은 토출노즐(220)의 하측에 마련될 수 있는 것이다.
또한, ε-카프로락탐 수용함(230)은 탄소섬유의 이송 방향으로 이동하여 탄소섬유가 수용된 액상의 ε-카프로락탐을 통과하도록 할 수 있다. 이를 위해, ε-카프로락탐 수용함(230)은 탄소섬유의 이송 방향으로 이동할 수 있는 동력을 제공하는 이송 실린더(235)가 함께 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 토출노즐(220)의 하부에 ε-카프로락탐 수용함(230)이 마련되고, 토출노즐(220)과 ε-카프로락탐 수용함(230) 사이로 탄소섬유가 이송 경로를 형성할 경우, ε-카프로락탐 수용함(230)의 하부에는 이송 실린더(235)가 마련될 수 있고, 이송 실린더(235)에 의해 ε-카프로락탐 수용함(230)은 상부로 이동될 수 있다.
이때, 바람직하게는 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 탄소섬유의 이동 경로를 형성하는 이송롤러(225)가 토출노즐(220)과 ε-카프로락탐 수용함(230)의 사이로 마련되어 이송롤러(225)를 경유하는 탄소섬유가 ε-카프로락탐 수용함(230)이 상부로 이송될 때에 수용된 액상의 ε-카프로락탐을 통과하도록 할 수 있다.
이를 통해, 연속적으로 이송되는 탄소섬유는 ε-카프로락탐 수용함(230)의 내부를 통과하면서 침투되어 이송되어 반응 중합부(250)로 전달될 수 있다. 이때, ε-카프로락탐은 중합 반응 후의 PA6 보다 비교적 낮은 점도를 지녀 탄소섬유로 쉽게 침투할 수 있다.
반응 중합부(250)는 비교적 낮은 점도 상태로 탄소섬유에 침투된 ε-카프로락탐을 PA6의 고분자로 중합반응시키는 수단으로, ε-카프로락탐 공급부(200)에 의해 ε-카프로락탐이 코팅된 탄소섬유에 열을 가해 PA6의 고분자로 중합 반응 시키도록 구성될 수 있다.
즉, ε-카프로락탐은 ε-카프로락탐 저장 장치(210)로부터 ε-카프로락탐 수용함(230)에 이르기까지 약 100℃ 내외로 유지되어 비교적 낮은 점도 상태인 액상 상태를 유지하고, 중합이 이루어지지 않은 상태로 탄소섬유에 침투되고, 비로소 반응 중합부(250)를 통과할 때어야 PA6의 고분자 형태로 중합 반응을 나타내어 함침이 완료될 수 있다.
이를 위한 반응 중합부(250)는 중심으로는 탄소섬유의 이송 경로를 마련하며, 상/하측으로는 탄소섬유를 가열하는 가열장치(미도시)들이 길이 방향을 따라 마련될 수 있다.
이때, 가열장치(미도시)들은 ε-카프로락탐의 중합 반응이 일어나도록 150℃ 내지 170℃로 가열할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, ε-카프로락탐이 PA6의 고분자로 중합할 수 있는 온도는 모두 설정될 수 있다.
상기와 같은 탄소섬유 공급부(100), ε-카프로락탐 공급부(200) 및 반응 중합부(250)를 통해 본 발명은 PA6 고분자가 함침된 탄소섬유인 UD 테이프를 제조할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 반응 중합부(250)에 의해 반응 중합되어 PA6가 함침된 탄소섬유를 냉각하는 냉각부(300)를 더 포함할 수도 있다.
냉각부(300)는 반응 중합부(250) 후방에 마련되어 PA6가 함침된 탄소섬유인 UD 테이프의 완성도를 높이기 위해 마련되는 것으로, 반응 중합부(250)를 거친 PA6가 급격한 온도변화에 의해 수축이나 박리 등을 방지하기 위해 탄소섬유의 냉각을 수행하도록 형성될 수 있다.
이를 위해, 냉각부(300)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 상측 스틸 벨트(310), 하측 스틸 벨트(320), 상측 스틸 벨트 가열장치(330) 및 하측 스틸 벨트 가열장치(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 상측 스틸 벨트(310)는 탄소섬유의 이송 경로 상측에 마련되어 일정 길이만큼 선회하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상측 스틸 벨트(310)는 모터와 같은 동력에 의해 회전하는 2개의 컨베이어롤(315)에 양단이 걸치어 컨베이어롤(315)간의 간격 길이를 따라 선회할 수 있다.
또한, 하측 스틸 벨트(320)는 탄소섬유의 이송 경로 하측에 마련되어 일정 길이만큼 선회하도록 구성될 수 있으며, 이를 위해, 하측 스틸 벨트(320)는 모터와 같은 동력에 의해 회전하는 2개의 컨베이어롤(325)에 양단이 걸치어 컨베이어롤(325)간의 간격 길이를 따라 선회할 수 있다.
여기서, 상측 스틸 벨트(310)를 선회시키는 컨베이어롤(315)과 하측 스틸 벨트(320)를 선회시키는 컨베이어롤(325)은 서로 상/하측으로 대향되는 위치에 마련될 수 있다.
즉, 상측 스틸 벨트(310)와 하측 스틸 벨트(320)는 각각 탄소섬유의 이송 경로 상측과 하측에 위치한 것만 다를 뿐 실질적으로 동일하게 작동되는 구성일 수 있다.
이러한 상측 스틸 벨트(310)와 하측 스틸 벨트(320)는 각각 양 벨트(310, 320) 사이로 이송되는 탄소섬유의 상면과 하면에 접촉하여 탄소섬유가 이송될 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다.
즉, 상측 스틸 벨트(310)와 하측 스틸 벨트(320)의 회전에 의해 탄소섬유는 따라서 이송될 수 있는 것이다.
상측 스틸 벨트 가열장치(330)는 탄소섬유가 인입되는 방향에 위치한 상측 스틸 벨트(310)의 전단부로 열을 가하도록 구성될 수 있다. 또한, 하측 스틸 벨트 가열장치(미도시)는 탄소섬유가 인입되는 방향에 위치한 하측 스틸 벨트(320)의 전단부로 열을 가하도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 상측 스틸 벨트(310)는 상측 스틸 벨트 가열장치(330)에 의해 가열된 상태에서 탄소섬유랑 마주하게 되고 접촉되어 탄소섬유를 후측으로 이동시키며, 하측 스틸 벨트(320)는 하측 스틸 벨트 가열장치(미도시)에 의해 가열된 상태에서 탄소섬유랑 마주하게 되고 접촉되어 탄소섬유를 후측으로 이동시키게 된다.
이러한 탄소섬유의 이동과정에서 상측 스틸 벨트(310)와 하측 스틸 벨트(320)는 각각 주변과 열교환을 수행하며 서서히 식게되고, 탄소섬유 또한 후측으로 갈수록 서서히 온도를 낮추어 급격한 온도 하강이 이루어지지 않도록 할 수 있다.
여기서, 상측 스틸 벨트 가열장치(330)와 하측 스틸 벨트 가열장치(미도시)는 IR히터일 수 있으나, 반드시 한정되는 것은 아니며 다른 가열장치가 사용될 수도 있고, 하나뿐만 아니라 복수개가 마련될 수도 있다.
한편, 냉각부(300)는 일정 길이만큼 선회하는 상측 스틸 벨트(310)의 하측 선회 라인 즉, 탄소섬유와 맞닿아 회전하는 라인을 하방으로 가압하는 벨트 가압장치(350)를 더 포함할 수도 있다.
벨트 가압장치(350)는 높이 방향으로 피스톤 운동하는 실린더에 의해 상측 스틸 벨트(310)를 가압할 수 있으며, 가압을 통해 상측 스틸 벨트(310)와 탄소섬유간의 접촉을 단속(斷續)하거나, 상측 스틸 벨트(310)의 장력을 조절하도록 할 수 있다.
벨트 가압장치(350)는 냉각부 중심에 하나만 마련되어도 무관하나 바람직하게는, 균형을 위해 냉각부(300)의 전/후방 즉, 냉각부(300)로의 탄소섬유 인입방향과 인출방향에 각각 하나씩 마련될 수도 있다.
또한, 냉각부(300)는 상측 스틸 벨트(310)와 하측 스틸 벨트(320)간 간격을 조절하도록 상측 스틸 벨트(310)의 높이를 조절하는 높이 조절장치(360)를 더 포함할 수도 있다.
높이 조절장치(360)는 상측 스틸 벨트(310)를 회전시키는 컨베이어롤(315, 325) 2개를 연결하고 지지하는 연결판(317)을 가압/해제 함으로써 높이를 조절할 수 있으며, 높이 조절장치(360)는 높이 방향으로 피스톤 운동하는 가압 실린더로 형성되어 연결판(317)의 가압/해제를 조절할 수 있다. 상술한 벨트 가압장치(350)와 높이 조절장치(360)를 통해 탄소섬유와의 접촉도를 미세하게 조절할 수 있다.
상기에서는 이해를 돕기 위해 도면에 도시된 바와 같이 벨트 가압장치(350)는 상측 스틸 벨트(310)를 가압하고, 높이 조절장치(360)는 상측 스틸 벨트(310)의 높이를 조절하는 것으로 예시하였으나, 벨트 가압장치(350)와 높이 조절장치(360)는 각각 하측 스틸 벨트(320)의 가압과 높이를 조절할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 반응 중합부(250) 후방에 배치되어, PA6가 함침된 탄소섬유의 표면을 다듬는 표면개선부(600)를 더 포함할 수도 있다.
표면개선부(600)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 IR 히터(610)와 표면 압축장치(620)가 한쌍을 이루어 마련될 수 있으며, IR 히터(610)는 탄소섬유 이송 방향에 대해 전방에 위치하고, 표면 압축장치(620)는 IR 히터(610)의 후방에 위치할 수 있다.
이때, IR 히터(610)는 LM 가이드에 장착되거나 가이드봉(615)이 관통하여 설치됨으로써 전/후 방향으로 이송이 가능하며, 표면 압축장치(620)와의 간격을 조절할 수 있다.
또한, 표면 압축장치(620)는 상측 압축롤(621)과 하측 압축롤(622)로 구성될 수 있으며, 상측 압축롤(621)의 경우 압축도 조절을 위해 높이 조정이 가능하도록 형성될 수 있다. 또한, 상측 압축롤(621)과 하측 압축롤(622)은 금속재로 마련되며, 열이 공급되도록 형성되어 IR 히터(610)에서 가열된 탄소섬유의 열가소성 수지인 PA6가 급격히 온도변화를 이루는 것을 방지할 수도 있다.
상기와 같은 IR 히터(610)와 표면 압축장치(620) 한 쌍은 표면 다듬 정도의 필요에 따라 하나만 마련될 수도 있고, 탄소섬유 이송 방향을 따라 복수로 마련될 수도 있으며, IR 히터(610)를 통한 PA6 가열과 표면 압축장치(620)를 통한 압축을 반복 수행하면서 표면이 깔끔하게 다듬질 될 수 있다.
이러한 표면개선부(600)는 냉각부(300)와 함께 마련될 경우에는, 표면개선부(600)를 거친 후 냉각부(300)를 거치도록 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치는, 냉각부(300) 후방으로 제조된 탄소섬유 UD 테이프를 절단하는 절단부(미도시)를 마련하거나, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 권취하는 권취부(700)를 마련할 수 있다.
또한, 탄소섬유 공급부(100), 디사이징부(400), 스프레딩부(500), ε-카프로락탐 공급부(200), 반응 중합부(250), 표면개선부(600), 냉각부(300) 등은 모두 하나의 통합 제어반(미도시)에 의해 제어될 수도 있으나, 각기 개별 제어반(도면부호 미도시)도 구비하여 통합 제어반(미도시)과 개별 제어반(도면부호 미도시)에 의해 혼용 제어될 수도 있다.
또한, 탄소섬유 공급부(100), 디사이징부(400), 스프레딩부(500), ε-카프로락탐 공급부(200), 반응 중합부(250), 표면개선부(600), 냉각부(300)를 지탱하거나 구성하는 하우징 또는 프레임 등은 모두 하단에 이동수단이 설치되거나 이동바퀴(미도시)가 마련되어 이동이 가능하도록 형성될 수도 있다.
이때, 이동수단이나 이동바퀴의 경우 움직임을 특정 자리에서 고정할 수 있도록 고정장치 혹은 스토퍼가 함께 마련됨이 바람직하다.
이하, 도 16 내지 도 18을 참조하여 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치를 이용하여 UD 테이프를 제조하는 방법에 대해서 간략히 설명하기로 한다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조방법의 흐름도이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조방법은, 탄소섬유 공급부(100)에서 탄소섬유를 공급하는 탄소섬유 공급 단계(S10), ε-카프로락탐 공급부(200)를 통해 공급되는 액상 상태의 ε-카프로락탐을 탄소섬유에 코팅시키는 ε-카프로락탐 코팅 단계(S20), 탄소섬유에 코팅된 ε-카프로락탐을 반응 중합부(250)를 통해 열을 가해 중합 반응시켜 PA6로 전환하는 반응 중합 단계(S30)를 포함하여 구성될 수 있다
여기서, 상기 ε-카프로락탐 코팅 단계(S20)의 ε-카프로락탐은, 90℃ 내지 100℃의 온도를 형성하여 액상 상태를 유지하고, 상기 반응 중합 단계(S30)는 ε-카프로락탐을 150℃ 내지 170℃의 온도로 열을 가해 중합 반응시킬 수 있다.
또한, 탄소섬유 공급 단계(S10) 이후에는 탄소섬유에 열경화성 수지가 사이징되어 있을 경우, 디사이징부(400)를 통해 열경화성 수지를 디사이징 하는 단계(S15)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 탄소섬유 공급 단계(S10) 이후에는 탄소섬유를 스프레딩부(500)를 통해 스프레딩(Spreading)하는 단계(S17)를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 두 단계(S15, S17)가 모두 포함될 경우, 탄소섬유의 열경화성 수지를 디사이징 하는 단계(S15)를 먼저 진행한 후에 탄소섬유를 스프레딩하는 단계(S17)를 진행할 수 있다.
아울러, 반응 중합 단계(S30) 이후에는 표면개선부(600)를 통해 PA6가 중합되어 함침된 탄소섬유의 표면을 한번 이상으로 다듬는 표면 다듬 단계(S35)가 더 포함될 수도 있다.
이때, 표면 다듬 단계(S35)는 IR 히터(610)로 PA6의 멜팅 온도 미만으로 열을 가하는 수지 히팅 단계(S35a) 및 수지 히팅 단계(S35a) 후에 표면 압축장치(620)로 표면 압착을 수행하는 표면 압착 단계(S35b)를 포함하여 구성될 수 있으며, 표면 다듬 단계(S35)는 한번 이상의 공정을 수행할 수 있다.
또한, 반응 중합 단계(S30) 이후에는 탄소섬유를 냉각부(300)를 통해 서서히 냉각시키는 냉각 단계(S40)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 표면 다듬 단계(S35)가 포함될 경우 냉각 단계(S40)는 표면 다듬 단계(S35) 이후에 진행될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치 및 제조방법은, 탄소섬유 UD 테이프는 물론 탄소섬유 UD 테이프로 제조되는 제품 단가를 낮출 수 있고, 부품 생산에 효율적이며 국부적으로 강성 보강이 필요하고 형상이 복잡한 자동차 부품 등의 대량 생산 공정 기술에 향상을 가져올 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 탄소섬유 공급부 110 : 크릴 장치
115 : 보빈 120 : 간격조절장치
121~124 : 제1 내지 제4 가이드롤러 130 : 탄소섬유 가이드장치
135 : 가이드롤러 200 : ε-카프로락탐 공급부
210 : ε-카프로락탐 저장 장치 211 : ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크
212 : ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크 215 : 배관
220 : 토출노즐 220a : 노즐 지지대
220b : 노즐 결합판 225 : 이송롤러
230 : ε-카프로락탐 수용함 235 : 이송 실린더
250 : 반응 중합부 300 : 냉각부
310 : 상측 스틸 벨트 315 : 컨베이어롤
317 : 연결판 320 : 하측 스틸 벨트
325 : 컨베이어롤 330 : 상측 스틸 벨트 가열장치
350 : 벨트 가압장치 360 : 높이 조절장치
400 : 디사이징부 410 : 가열장치
420 : 지지대 430 : 가이드봉
500 : 스프레딩부 510 : 인입롤러
520 : 인출롤러 530 : 스프레딩롤러
535 : 고정 브라켓 600 : 표면개선부
610 : IR 히터 615 : 가이드봉
620 : 표면 압축장치 621 : 상측 압축롤
622 : 하측 압축롤 700 : 권취부

Claims (12)

  1. 탄소섬유를 공급하는 탄소섬유 공급부;
    상기 탄소섬유 공급부로부터 전달되는 탄소섬유에 액상의 ε-카프로락탐을 공급하여 코팅시키는 ε-카프로락탐 공급부;
    상기 ε-카프로락탐 공급부에 의해 ε-카프로락탐이 코팅된 탄소섬유에 열을 가해 PA6로 중합 반응시키는 반응 중합부;
    상기 반응 중합부 후방에 배치되어, PA6가 함침된 탄소섬유의 표면을 다듬는 표면개선부 및
    상기 탄소섬유 공급부와 ε-카프로락탐 공급부 사이에 배치되어, 상기 탄소섬유 공급부로부터 공급되는 탄소섬유를 팽팽하게 펼치는 스프레딩부를 포함하며,
    상기 표면개선부는,
    한 쌍을 이루어 탄소섬유 이송 방향 전방에 위치하는 IR 히터와 후방에 위치하는 표면 압축장치의 조합이 하나 이상으로 마련되고,
    상기 표면 압축장치는 금속재로 마련된 상측 압축롤과 하측 압축롤로 구성되어 상기 IR 히터에서 가열된 상기 PA6가 급격히 온도변화를 이루는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 ε-카프로락탐 공급부는,
    ε-카프로락탐을 저장하며 액상 상태로 유지시키는 ε-카프로락탐 저장 장치;
    상기 ε-카프로락탐 저장 장치와 배관에 의해 연결되어 액상의 ε-카프로락탐을 토출시키는 토출노즐 및
    상기 토출노즐로부터 토출되는 액상의 ε-카프로락탐을 수용하며, 탄소섬유의 이송 방향으로 이동하여 탄소섬유가 수용된 액상의 ε-카프로락탐을 통과하도록 하는 ε-카프로락탐 수용함을 포함하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 ε-카프로락탐 저장 장치는,
    ε-카프로락탐과 활성화제 및 첨가제가 함께 저장되는 ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크;
    ε-카프로락탐과 촉매제가 함께 저장되는 ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크 및
    상기 ε-카프로락탐/활성화제/첨가제 저장 탱크와 ε-카프로락탐/촉매제 저장 탱크로 ε-카프로락탐이 액상 상태를 유지하는 열을 가하는 액상 유지 가열장치를 포함하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 중합부에 의해 반응 중합되어 PA6가 함침된 탄소섬유를 냉각하는 냉각부를 더 포함하며,
    상기 냉각부는,
    상기 탄소섬유의 이송 경로 상측에서 상기 탄소섬유의 상면과 접촉하여 탄소섬유의 이송 방향을 따라 일정 길이만큼 선회하도록 형성되는 상측 스틸 벨트;
    상기 탄소섬유의 이송 경로 하측에서 상기 탄소섬유의 하면과 접촉하여 탄소섬유의 이송 방향을 따라 일정 길이만큼 선회하도록 형성되는 하측 스틸 벨트;
    상기 탄소섬유가 인입되는 방향에 위치한 상기 상측 스틸 벨트의 전단부로 열을 가하는 상측 스틸 벨트 가열장치 및
    상기 탄소섬유가 인입되는 방향에 위치한 상기 하측 스틸 벨트의 전단부로 열을 가하는 하측 스틸 벨트 가열장치를 포함하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 일정 길이만큼 선회하는 상측 스틸 벨트의 하측 선회 라인을 하방으로 가압하는 벨트 가압장치를 더 포함하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 상측 스틸 벨트와 하측 스틸 벨트 간 간격을 조절하도록 상기 상측 스틸 벨트의 높이를 조절하는 높이 조절장치를 더 포함하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소섬유 공급부와 ε-카프로락탐 공급부 사이에 배치되어, 상기 탄소섬유 공급부로부터 공급되는 탄소섬유의 열경화성 수지를 제거하는 디사이징부를 더 포함하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조장치.
  9. 삭제
  10. 탄소섬유를 공급하는 탄소섬유 공급 단계;
    탄소섬유를 스프레딩부를 통해 스프레딩하는 단계;
    액상 상태의 ε-카프로락탐을 탄소섬유에 코팅시키는 ε-카프로락탐 코팅 단계;
    상기 탄소섬유에 코팅된 ε-카프로락탐을 열을 가해 중합 반응시켜 PA6로 전환하는 반응 중합 단계 및
    표면개선부를 통해 PA6가 중합되어 함침된 탄소섬유의 표면을 한번 이상으로 다듬는 표면 다듬 단계를 포함하며,
    상기 표면 다듬 단계는,
    상기 PA6의 멜팅 온도 미만으로 열을 가하는 수지 히팅 단계 및
    상기 수지 히팅 단계 후에 표면 압착을 수행하는 표면 압착 단계를 포함하고,
    상기 스프레딩부는,
    탄소섬유 공급부와 ε-카프로락탐 공급부 사이에 배치되어, 상기 탄소섬유 공급부로부터 공급되는 탄소섬유를 팽팽하게 펼치고,
    상기 표면개선부는,
    반응 중합부 후방에 배치되어, PA6가 함침된 탄소섬유의 표면을 다듬고, 한 쌍을 이루어 탄소섬유 이송 방향 전방에 위치하는 IR 히터와 후방에 위치하는 표면 압축장치의 조합이 하나 이상으로 마련되고,
    상기 표면 압축장치는 금속재로 마련된 상측 압축롤과 하측 압축롤로 구성되어 상기 IR 히터에서 가열된 상기 PA6가 급격히 온도변화를 이루는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 ε-카프로락탐 코팅 단계의 ε-카프로락탐은 90℃ 내지 100℃의 온도를 형성하여 액상 상태를 유지하고, 상기 반응 중합 단계는 ε-카프로락탐을 150℃ 내지 170℃의 온도로 열을 가해 중합 반응 시키는 것을 특징으로 하는 반응 중합을 이용하는 탄소섬유 UD 테이프 제조방법.
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