KR102344168B1

KR102344168B1 - 열가소성 필라멘트 와인딩 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102344168B1
Application number: KR1020210033972A
Authority: KR
Inventors: 권순덕; 문지훈; 신창열; 이재진
Original assignee: 재단법인 경북하이브리드부품연구원
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2022-01-07
Also published as: WO2022196903A1

Abstract

본 발명은 이와 같이 열가소성 복합소재의 장점을 이용하고 종래공정의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 개발의 목적은 충격에 우수한 열가소성 복합소재를 이용하고 이러한 소재를 와인딩 할 수 있는 장치를 고안함으로써 공정 축소와 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 열가소성 필라멘트 와인딩 장치와 이를 이용한 필라멘트 와인딩 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치로서, 열가소성 필라멘트를 공급하기 위한 공급장치와, 상기 공급장치에서 언와인딩되는 열가소성 필라멘트에 인장력을 주기 위한 제1 인장장치와, 상기 제1 인장장치에 의해 인장된 열가소성 필라멘트를 비접촉방식으로 유리전이온도까지 가열하기 위한 제1 가열장치와, 상기 제1 가열장치의 후단에 설치되어 열가소성 필라멘트에 인장력을 주기 위한 제2 인장장치와, 상기 제2 인장장치의 후단에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면을 가압하여 상기 라이너에 밀착하게 하는 가 압수단과, 상기 가압수단에 의해 가압되는 열가소성 필라멘트의 하면을 가열하여 열가소성 필라멘트의 열가소성 수지를 용융시켜 상기 라이너에서 경화되게 하는 제3 가열장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

열가소성 필라멘트 와인딩 장치 및 방법{THERMOELASTIC FILAMENT WINDING DEVICE AND METHOD USING THEREOF}

본 발명은 라이너에 열가소성 수지가 코팅되어 있는 섬유를 권취할 수 있는 열가소성 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것으로, 열가소성 수지로 코팅된 섬유가 가열 장치를 통과하면서 코팅된 수지가 용융온도까지 도달하여 흐름성인 상태에서 라이너에 밀착시켜 열가소성 소재를 권취할 수 있는 필라멘트 와인딩 장치와 이를 이용한 와인딩 방법에 관한 것이다.

최근 수소를 이용한 친환경 자동차와 수소를 이용한 발전 및 충전시설과 같이 대체 에너지로 수소에너지를 이용한 산업이 활발하게 성장하고 있고 수소를 산업적으로 이용하기 위해서는 고밀도로 저장하여 이송하는 것이 필요하며, 이를 이용하기 위하여 고압 소수를 안전하게 저장할 수 있는 용기가 필요하다.

종래의 수소저장 용기는 고압의 압력을 견딜 수 있도록 고강도의 금속 소재를 사용하였으나, 최근 유리섬유와 탄소 섬유를 이용한 섬유강화 복합소재가 각광받고 있다. 섬유강화 복합소재는 고압의 압력을 견딜 수 있어 강도가 우수하며, 경량화로 차량에 탑재되어 연비와 주행거리를 개발할 수 있고 금속재질과 달리 섬유강화 복합소재의 용기는 폭발 전에 압력이 누출되어 안전성도 높다.

섬유강화 복합소재를 이용한 압력용기 특허 제1020180119956호,제1014893310000호 등에 등록되어 있다. 이들 기술은 전부 열경화성 수지를 이용한 복합소재를 와인딩하여 압력용기를 제조하고 있다.

하지만, 이러한 기술은 탄소 섬유 치성의 단점을 보완하기 위하여 2가지 이상의 섬유를 이용하여 와인딩을 하기 때문에 와인딩 시간이 오래 소요되고 별도의 후 공정과 경화 시간을 가져야 하기 때문에 공정이 많아지고 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같이 열가소성 복합소재의 장점을 이용하고 종래공정의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 개발의 목적은 충격에 우수한 열가소성 복합소재를 이용하고 이러한 소재를 와인딩 할 수 있는 장치를 고안함으로써 공정 축소와 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 열가소성 필라멘트 와인딩 장치와 이를 이용한 필라멘트 와인딩 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치로서, 열가소성 필라멘트를 공급하기 위한 공급장치와, 상기 공급장치에서 언와인딩되는 열가소성 필라멘트에 인장력을 주기 위한 제1 인장장치와, 상기 제1 인장장치에 의해 인장 된 열가소성 필라멘트를 비접촉방식으로 유리전이온도까지 가열하기 위한 제1 가열장치와, 상기 제1 가열장치의 후단에 설치되어 열가소성 필라멘트에 인장력을 주기 위한 제2 인장장치와, 상기 제2 인장장치의 후단에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면을 가압하여 상기 라이너에 밀착하게 하는 가압수단과, 상기 가압수단에 의해 가압 되는 열가소성 필라멘트의 하면을 가열하여 열가소성 필라멘트의 열가소성 수지를 용융시켜 상기 라이너에서 경화되게 하는 제3 가열장치와, 상기 공급장치, 제1 인장장치, 제1 가열장치, 제2 인장장치, 가압수단, 제3 가열장치가 설치되는 제1 테이블을 구비하는 제1 베이스와, 상기 라이너가 고정되는 제2 베이스를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 테이블은 이송장치에 의해 상기 제2 베이스에 대해 상기 라이너의 회전축방향으로 상대적으로 좌우이동가능 하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치에서는, 상기 제1 가열장치는 챔버부와, 상기 챔버부의 내부에서 상기 열가소성 필라멘트를 비접촉방식으로 가열하기 위한 가열부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치에서는, 상기 제2 인장장치와 상기 가압수단 사이에 설치되며 냉각된 열가소성 필라멘트를 재가열하기 위한 제2 가열장치가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치에서는, 상기 가압수단은 회전축을 중심으로 회전 가능하게 형성되는 가압 롤러와, 상기 회전축에 의해 지지되는 지지부와, 상기 지지부를 가압하기 위한 액추에이터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치에서는, 상기 가압롤러의 표면에는 열가소성 수지가 붙지 않도록 불소박막코팅이나 테프론 코팅처리가 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치에서는, 상기 제1 인장장치는 제1,2,3 롤러로 이루어지고, 상기 제1 롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고, 상기 제2 롤러는 상기 제1롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며, 상기 제3 롤러는 상기 제2 롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고, 상기 제2 인장장치는 제4,5,6 롤러로 이루어지고, 상기 제4 롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고, 상기 제5 롤러는 상기 제4 롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며, 상기 제 6롤러는 상기 제5 롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고, 상기 가열부는 상기 제3 롤러와 제4 롤러 사이에서 열가소성 필라멘트를 비접촉방식으로 가열하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치에서는, 상기 제1 인장장치는 제1,2,3 롤러로 이루어지고, 상기 제1 롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고, 상기 제2 롤러는 상기 제1 롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며, 상기 제3 롤러는 상기 제2 롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고, 상기 제2 인장장치는 제4,5,6 롤러로 이루어지고, 상기 제4 롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고, 상기 제5 롤러는 상기 제4 롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며, 상기 제6 롤러는 상기 제5 롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고, 상기 제3 롤러와 제4 롤러의 사이에 한 쌍의 제1,2 아이들 롤러를 상하방향으로 설치하고, 열가소성 필라멘트가 상기 제3 롤러를 지나 상기 제1 아이들 롤러에 감기고 다시 상기 제2 아이들 롤러에 감긴 다음 상기 제4 롤러에 의해 지지되도록 형성되며, 상기 가열부는 상기 제3 롤러와 제1 아이들 롤러의 사이, 상기 제1 아이들 롤러와 제2 아이들 롤러의 사이, 상기 제2 아이들 롤러와 제4 롤러의 사이에서 열가소성 필라멘트와 비접촉방식으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치에서는, 상기 공급장치는, 로드 형상의 지지축과, 상기 지지축에 회전 가능하게 고정되는 보빈부와, 상기 지지축의 단부에 형성되어 상기 보빈부를 고정하기 위한 고정부로 이루어지며, 상기 보빈부는 복수 개의 보빈으로 이루어지고 각 보빈의 측면에는 노치가 형성됨으로써 열가소성 필라멘트가 상기 노치를 통해 복수개의 보빈에 연속적으로 감기도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본원 발명은 열가소성 수지로 코팅된 섬유가 가열 장치를 통과 하면서 코팅된 수지가 용융온도까지 도달하여 흐름성인 상태에서 라이너에 밀착시켜 열가소성 소재를 권취할 수 있게 하는 작용효과를 가지게 된다.

본원 발명은 압력용기 제작에 사용되는 라이너의 외부에 열경화성 필라멘트가 아니라 내충격성 측면에서 더욱 개선된 열가소성 필라멘트를 권취하는 작용을 하는 바, 압력용기의 내충격성 측면에 더욱 유리한 효과를 가지게 된다.

또한, 종래기술에서 2 이상의 섬유를 와인딩하고 후공정 및 경화공정을 거쳐야 하는 열경화성 필라멘트를 사용하여 압력용기를 제작하는 경우에 비해, 본원 발명에서는 1개의 열경화성 필라멘트만이 사용되므로 공정 수 축소 및 생산성 측면에서 훨씬 유리한 효과를 가지게 된다.

도 1 은 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치의 전체를 도시하는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치에서 공급장치를 도시하는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치에서 가열장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치에서 가압수단을 도시하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.

도 1 은 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치의 전체를 도시하는 도면이다.

본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩장치는, 제1 베이스(10)와, 상기 제1 베이스(10)에 설치되는 열가소성 필라멘트를 공급하기 위한 공급장치(100)와, 상기 공급장치(100)에서 언와인딩되는 열가소성 필라멘트에 인장력을 주기 위한 제1 인장장치(200)와, 상기 제1 인장장치(200)에 의해 인장된 열가소성 필라멘트를 유리전이온도까지 가열하기 위한 제1 가열장치(300)와, 상기 제1 가열장치(300)의 후단에 설치되어 열가소성 필라멘트에 인장을 주기 위한 제2 인장장치(400)와, 상기 제2 인장장치(400)의 후단에 설치되며 냉각된 열가소성 필라멘트를 재가열하기 위한 제2 가열장치(500)와, 상기 제2 가열장치(500)의 후단에서 설치되어 열 열가소성 필라멘트의 상면을 가압하여 라이너(800)에 밀착하게 하는 가압수단(600)과, 열가소성 필라멘트의 하면을 가열하여 열가소성 필라멘트의 열가소성 수지를 용융되어 상기 라이너(800)에서 경화되게 하는 제3 가열장치(700)와, 열가소성 필라멘트가 감기는 라이너(800)와, 상기 라이너(800)가 설치되는 제2 베이스(20)로 이루어진다.

열가소성 필라멘트(f)는 탄소 섬유, 유리섬유, 케블라 등의 섬유에 열가소성 수지를 함침시켜 형성되며 일정한 폭을 가지는 UD(Ultra Density) 섬유 테이프형상으로 형성된다.

제1 베이스(10)는 제1 테이블(11)과, 상기 제1 테이블(11)의 하부에 고정되는 레일(12)과, 상기 레일(12)을 따라 상기 제1 테이블(11)을 이동하기 위한 공지된 구성의 이송장치(13)로 이루어진다.

제1 테이블(11)은 이송장치(13)에 의해 라이너(800)의 회전중심축(c)과 동일한 방향(도 4 참조, 도 1 에서는 지면에 수직한 방향)으로 레일(12)을 따라 제2 베이스(20)에 대해 좌우방향으로 상대이동하도록 구성된다.

도 2 는 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치에서 공급장치를 도시하는 도면이다.

공급장치(100)는 지지축(110)과, 상기 지지축(110)에 회전 가능하게 고정되는 보빈부(120)와, 상기 지지축(110)의 단부에 형성되는 고정부(130)로 이루어진다.

지지축(110)은 예를 들어 지지로드(111)에 의한 방식 또는 다른 공지된 방식에 의해 제1 베이스(10)의 제1 테이블(11)에 설치됨으로써 제1 테이블(11)의 좌우방향이송시에 함께 이동하도록 형성된다.

보빈부(120)는 복수개의 보빈(121,122,123,124)으로 이루어지며 각 보빈은 측면에서 볼 때 원형 형상으로 형성되며 부채꼴 형상의 노치(n)가 형성되어 있다.

열가소성 필라멘트(f)는 하나의 보빈에 감긴 다음 이웃하는 보빈으로 노치(n)를 통해 이동하여 다시 감기는 형태로 형성되어 전체 보빈에 걸쳐 연속적으로 감기게 된다.

고정부(130)는 지지축(110)에 삽입되도록 내부에 축방향 구멍(131a)이 형성되고 측면에 측방향 구멍(131b)이 형성된 체결구(131)와, 상기 측방향 구멍(131b)으로 삽입되어 지지부(110)를 가압하도록 체결되는 체결부재(132)로 이루어진다.

제1 인장장치(200)는 3개의 롤러(200a,200b,200c)로 이루어지는데, 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되는 제1 롤러(200a)와, 상기 제1 롤러(200a)보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되는 제2 롤러(200b)와, 상기 제2 롤러(200b)의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되는 제3 롤러(200c)로 이루어진다.

제1 인장장치(200)는 예를 들어 제1 테이블(11)에 고정되는 플레이트(201)에 고정되는 방식과 같이 공지된 방식으로 제1 테이블(11)에 설치됨으로써 제1 테이블(11)의 좌우 이동시에 함께 이동하도록 형성된다.

제3 롤러(200c)는 플레이트(201)에 설치되어도 무방하며 다른 실시예에서는 챔버부(320)의 내부에서 고정되는 것도 가능하다.

제1 가열장치(300)는 열가소성 필라멘트를 가열하기 위한 가열부(310)와 상기 가열부(310)를 내부에 수용하도록 형성되는 챔버부(320)로 이루어진다.

제1 가열장치(300)는 챔버부(320)가 다리부(301)에 의해 제1 테이블(11)에 설치됨으로써 제1 테이블(11)의 좌우 이동시에 함께 이동하도록 형성된다.

가열부(310)는 열가소성 필라멘트를 유리전이온도 Tg(glass transition temperature)온도까지 열가소성 수지가 용융되는 온도까지 비접촉식으로 가열하는 장치로 구성된다.

가열부(310)의 열원으로는 고주파, IR히터, 인덕션, 마이크로웨이브 오븐 등 비 접촉식 가열 장치가 모두 해당되며, 150℃~600℃까지 온도 조절이 가능하도록 구성된다.

가열부(310)는 제3 롤러(200c)와 제4 롤러(400a)의 사이에서 열가소성 필라멘트의 상부 및 하부에 열가소성 필라멘트와 접촉하지 않도록 설치되며 챔버부(320)의 내부에 설치된다.

한편, 가열부(310)에서 열가소성 수지의 용융온도를 유지하고 에너지 효율을 개선하기 위해 가열부(310)의 주변에 단열재를 이용한 열 차단재로 이루어지는 챔버부(320)를 형성할 수 있다.

챔버부(320)는 제1 베이스(10)에 고정되며 내부에는 열가소성 필라멘트 가열 시 단열을 위해 제3 롤러(200c) 및 제2 인장장치(400)가 내부에 포함되도록 설치될 수 있다.

본 실시예에서는 열가소성 필라멘트가 제3 롤러(200c)와 제4 롤러(400a)의 사이에서 1열만 가열되도록 구성되나 이에 한정되는 것은 아니며 다른 방식으로 구성되는 것도 가능하다.

예를 들어, 생산 효율성을 위해서는 긴 길이의 열가소성 필라멘트가 동시에 가열되는 것이 바람직하므로 도 3 에 도시된 바와 같이 열가소성 필라멘트가 높이방향으로 복렬로 형성되는 것도 가능하다.

도 3 은 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치에서 가열장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 제3 롤러(200c)와 제4 롤러(400a)의 사이에 한 쌍의 제1,2 아이들 롤러(330a,330b)를 상하방향으로 서로 폭방향으로 이격되도록 설치한다.

제1,2 아이들 롤러(330a,330b) 역시 제1 테이블(11) 또는 챔버부(320)의 내부에 설치되어 제1 베이스(10)의 좌우이동시에 함께 이동하게 된다.

그런 다음, 열가소성 필라멘트가 제3 롤러(200c)를 지나 제1 아이들 롤러(330a)에 감기고 다시 제2 아이들 롤러(330b)에 감긴 다음 제4 롤러(400a)에 의해 지지되도록 구성된다.

이때, 가열부(310)는 제3 롤러(200c)와 제1 아이들 롤러(330a)의 사이, 제1 아이들 롤러(330a)와 제2 아이들 롤러(330b)의 사이, 제2 아이들 롤러(330b)와 제4 롤러(400a)의 사이에서 각각 설치된다.

이와 같이 구성되는 경우 긴 길이의 열가소성 필라멘트를 상하방향으로 감기게 한 상태에 가열되므로 장치의 길이를 길게 하지 않으면서도 동일한 길이에서 좀 더 긴 길이의 열가소성 필라멘트를 동시에 가열하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 장치의 크기를 크게 하지 않으면서도 많은 양의 열가소성 필라멘트를 동시에 가열하는 것이 가능하게 되는 작용을 한다.

제2 인장장치(400)도 3개의 롤러(400a,400b,400c)로 이루어지는데, 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되는 제4 롤러(400a)와, 상기 제4 롤러(400a)보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되는 제5 롤러(400b)와, 상기 제5 롤러(400b)의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되는 제6 롤러(400c)로 이루어진다.

제2 인장장치(400)는 전술한 바와 같이 챔버부(320)의 내부에 설치되는 것이 가열된 열가소성 필라멘트의 열가소성 수지의 냉각을 방지한다는 측면에서 유리하다.

제2 인장장치(400)는 챔버부(320)의 내부에서 고정되고 챔버부(320)는 제1 테이블(11)에 설치됨으로써 제1 테이블(11)의 좌우 이동시에 함께 이동하도록 형성된다.

제1,2 인장장치(200,400)는 인장력을 통해 열가소성 필라멘트를 팽팽하게 지지함으로써 열가소성 필라멘트가 가열부(310)의 표면과 접촉하지 않은 상태에서 가열되게 하는 작용을 한다.

제2 가열장치(500)도 제1 테이블(11)에 고정되는 고정 플레이트(501)에 공지된 방식으로 고정되도록 설치되어 제1 테이블(11)의 좌우 이동시에 함께 이동하도록 형성된다.

제2 가열장치(500)는 제2 인장장치(400)와 라이너(800)의 사이에 설치되어 챔버부(320)에서 가열된 열가소성 필라멘트의 열가소성 수지가 동절기와 같이 주변 온도가 낮은 경우에 냉각되어 경화되지 않은 상태로 라이너(800)까지 도달하도록 재가열하는 작용을 한다.

도 4 는 본 발명의 열가소성 필라멘트 와인딩 장치에서 가압수단을 도시하는 도면이다.

가압수단(600)은 회전축(611)을 중심으로 회전하는 가압 롤러(610)와, 상기 회전축(611)에 지지되는 지지부(620)와, 상기 지지부(620)를 가압하기 위한 액추에이터(630)로 이루어진다.

가압수단(600)은 제1 테이블(11)에 고정되는 고정 플레이트(501)에 공지된 방식으로 고정되도록 설치되어 제1 테이블(11)의 좌우 이동시에 함께 이동하도록 형성된다.

가압 롤러(610)는 표면에 불소박막코팅이나 테프론 코팅처리됨으로써 제3 가열장치(700)에 의해 열가소성 필라멘트에서 용융된 열가소성 수지가 가압롤러(610)의 표면에 부착되는 것을 방지하는 작용을 한다.

가압 롤러(610)는 라이너(800)의 표면에 밀접하게 설치되며 액추에이터(630)의 가압작용에 의해 열가소성 필라멘트의 상면을 가압하는 작용을 한다.

액추에이터(620)는 미도시된 제어부에 의해 지지부(620)를 통해 가압 롤러(610)가 라이너(800)가 회전하는 동안에도 일정한 압력으로 열가소성 필라멘트의 상면을 가압하는 작용을 한다.

이러한 작용으로 인해 열가소성 필라멘트와 라이너(800)가 밀착되는 상태를 유지하게 하는 작용을 한다.

따라서, 라이너(800)가 회전하는 동안에도 열가소성 필라멘트가 라이너(800)에 균일하게 감기면서 열가소성 필라멘트와 라이너(800) 사이의 기포를 제거하고 접착력을 높임으로써 열가소성 필라멘트가 라이너(800)에 균일하면서 밀착되어 경화되게 하는 효과를 가지게 된다.

제3 가열장치(700)는 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되어 하면을 가열하도록 형성되며, 열원으로는 IR히터, 고주파, 에어 히터 등 비 접촉식 가열 장치가 모두 해당하며, 열가소성 수지의 용융온도(Tm;Melting Point)까지 가열하며 통상 300℃~1,000℃까지 가열한다.

제3 가열장치(700)는 제1 테이블(11)에 고정되는 고정 플레이트(501)에 공지된 방식으로 고정되도록 설치되어 제1 테이블(11)의 좌우 이동시에 함께 이동하도록 형성된다.

라이너(800)는 수소 고압 용기를 형성하기 위한 공지된 구성이며 제2 베이스(20)에 지지부(21)와 같은 공지된 방식으로 설치된다.

라이너(800)는 구동 모터(22)에 의해 열가소성 필라멘트가 감기는 동안 회전중심축(c)을 중심으로 회전하도록 구성된다.

다음으로 이와 같이 형성된 장치의 작용에 대해 설명한다.

본 발명에서는 구동모터(22)가 구동하여 라이너(800)가 회전하고 열가소성 필라멘트(f)가 라이너(800)에 부착고정되면서 열가소성 필라멘트에 인장력이 작용하게 된다.

이러한 작용으로 인해 공급장치(100)가 회전하게 되고 열가소성 필라멘트가 보빈(121,122,123,124)에서 풀리면서 제1 인장장치(200)로 공급되게 된다.

제1 인장장치(200) 및 제2 인장장치(400)에 의해 열가소성 필라멘트는 팽팽한 상태로 가열장치(300)로 공급되고 외부와의 온도변화를 차단하는 챔버부(320)의 내부에서 가열부(310)에 의해 비접촉상태에서 가열되는 작용을 하게 된다.

본 발명에서는 열경화성 필라멘트가 아닌 열가소성 필라멘트를 사용하므로 열가소성 수지를 가열하는 단계가 필요하며 이러한 단계가 가열부(310)에 의해 비접촉방식으로 이루어지게 된다.

가열방식을 접촉방식으로 하는 경우 열가소성 필라멘트에서 용용된 열가소성 수지가 가열부(310)에 접착될 수 있기 때문에 비접촉식 가열방식을 이용한다.

이와 같이 열가소성 수지가 가열된 열가소성 필라멘트는 챔버부(320)를 나온 후에도 냉각되지 않도록 제2 가열장치(500)에 의해 다시 한번 가열된다.

그런 다음, 열가소성 필라멘트는 가압 롤러(610)에 의해 라이너(800)에 가압된 상태에서 제3 가열장치(700)에 의해 다시 가열된 상태가 된다.

이러한 상태에서 구동모터(22)에 의해 회전하는 라이너(800)의 표면에 열가소성 필라멘트가 가압 롤러(610)에 의해 눌려지면서 권취되는 작용을 하게 된다.

한편, 제1 베이스(10)의 제1 테이블(11)은 제2 베이스(20)에 대해 라이너(800)의 회전중심축(c)을 따라 좌우방향으로 이송하게 되므로 열가소성 필라멘트가 라이너(800) 표면에 회전중심축방향 전반에 걸쳐 권취되는 작용을 하게 된다.

본원 발명에서는 이와 같이 제1, 제2, 3차에 걸쳐 열가소성 수지가 용융에 필요한 온도를 유지하도록 작용하므로 열가소성 필라멘트의 열가소성 수지가 충분히 용융되어 흐름성인 상태에서 라이너에 밀착되어 감기고 경화되어 열가소성 필라멘트를 라이너(800)에 권취하는 작용을 하게 된다.

또한, 본원 발명에서는 내충격성 측면에서 열경화성 필라멘트에 비해 유리한 열가소성 필라멘트를 사용하게 되므로 압력용기의 내충격성이 개선된다.

게다가, 종래기술에서는 열경화성 필라멘트를 이용하여 압력용기를 제조하는 경우 탄소 섬유의 취성 보완을 위해 2 이상의 섬유를 와인딩하고 후공정 및 경화공정을 거쳐야 하는 데 반해, 본원 발명에서는 1개의 열경화성 필라멘트만이 사용되므로 공정 수 축소 및 생산성 측면에서 종래기술에 비해 훨씬 개선된 작용효과를 가지게 된다.

본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것인 바, 본 발명의 기술적 범위를 제한하는 것으로 해석될 수 없는 것이며, 본 발명의 실시예와 유사한 범위 기술은 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

100:공급장치 200:제1 인장장치
300:제1 가열장치 400:제2 인장장치
500:제2 가열장치 600:가압수단
700:제3 가열장치 800:라이너

Claims

열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치로서,
열가소성 필라멘트를 공급하기 위한 공급장치와,
상기 공급장치에서 언와인딩되는 열가소성 필라멘트에 인장력을 주기 위한 제1 인장장치와,
상기 제1 인장장치에 의해 인장된 열가소성 필라멘트를 비접촉방식으로 유리전이온도까지 가열하기 위한 제1 가열장치와,
상기 제1 가열장치의 후단에 설치되어 열가소성 필라멘트에 인장력을 주기 위간 제2 인장장치와,
상기 제2 인장장치의 후단에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면을 가압하여 상기 라이너에 밀착하게 하는 가압수단과,
상기 가압수단에 의해 가압되는 열가소성 필라멘트의 하면을 가열하여 열가소성 필라멘트의 열가소성 수지를 용융시켜 상기 라이너에서 경화되게 하는 제3 가열장치와,
상기 공급장치, 제1 인장장치, 제1 가열장치, 제2 인장장치, 가압수단, 제3 가열장치가 설치되는 제1 테이블을 구비하는 제1 베이스와,
상기 라이너가 고정되는 제2 베이스를 포함하여 이루어지며,
상기 제1 테이블은 이송장치에 의해 상기 제2 베이스에 대해 상기 라이너의 회전축방향으로 상대적으로 좌우이동가능 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.
청구항 1 에 있어서,
상기 제1 가열장치는 챔버부와, 상기 챔버부의 내부에서 상기 열가소성 필라멘트를 비접촉방식으로 가열하기 위한 가열부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.
청구항 2 에 있어서,
상기 제2 인장장치와 상기 가압수단 사이에 설치되며 냉각된 열가소성 필라멘트를 재가열하기 위한 제2 가열장치가 더 설치되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.
청구항 3 에 있어서,
상기 가압수단은 회전축을 중심으로 회전 가능하게 형성되는 가압 롤러와,
상기 회전축에 의해 지지되는 지지부와,
상기 지지부를 가압하기 위한 액추에이터로 이루어지며,
상기 액추에이터는 상기 가압 롤러를 가압하여 열가소성 필라멘트가 라이너에 접촉된 상태를 균일하게 유지하도록 작동하는 것을 특징으로 하는,열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.
청구항 4 에 있어서,
상기 가압롤러의 표면에는 열가소성 수지가 붙지 않도록 불소박막코팅이나 테프론 코팅처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는, 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.
청구항 5 에 있어서,
상기 제1 인장장치는 제1,2,3롤러로 이루어지고,
상기 제1 롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고,
상기 제2 롤러는 상기 제1 롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며,
상기 제3 롤러는 상기 제2 롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고,
상기 제2 인장장치는 제4,5,6 롤러로 이루어지고,
상기 제4 롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고,
상기 제5 롤러는 상기 제4 롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며,
상기 제6 롤러는 상기 제5 롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고,
상기 가열부는 상기 제3 롤러와 제4 롤러 사이에서 열가소성 필라멘트를 비접촉방식으로 가열하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.
청구항 5 에 있어서,
상기 제1 인장장치는 제1,2,3롤러로 이루어지고,
상기 제1롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고,
상기 제2롤러는 상기 제1롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며,
상기 제3 롤러는 상기 제2롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고,
상기 제2 인장장치는 제4,5,6 롤러로 이루어지고,
상기 제4 롤러는 열가소성 필라멘트의 하면에서 설치되고,
상기 제5 롤러는 상기 제4 롤러보다 하부에 설치되며 열가소성 필라멘트의 상면에 설치되며,
상기 제6 롤러는 상기 제5 롤러의 상부에서 열가소성 필라멘트의 하면에 설치되고,
상기 제3 롤러와 제4 롤러의 사이에 한 쌍의 제1,2 아이들 롤러를 상하방향으로 설치하고,
열가소성 필라멘트가 상기 제3 롤러를 지나 상기 제1 아이들 롤러에 감기고 다시 상기 제2 아이들 롤러에 감긴 다음 상기 제4 롤러에 의해 지지되도록 형성되며,
상기 가열부는 상기 제3 롤러와 제1 아이들 롤러의 사이, 상기 제1 아이들 롤러와 제2 아이들 롤러의 사이, 상기 제2 아이들 롤러와 제4 롤러의 사이에서 열가소성 필라멘트와 비접촉방식으로 설치되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.
청구항 6 또는 청구항 7 에 있어서,
상기 공급장치는,
로드 형상의 지지축과, 상기 지지축에 회전 가능하게 고정되는 보빈부와, 상기 지지축의 단부에 형성되어 상기 보빈부를 고정하기 위한 고정부로 이루어지며,
상기 보빈부는 복수 개의 보빈으로 이루어지고 각 보빈의 측면에는 노치가 형성됨으로써 열가소성 필라멘트가 상기 노치를 통해 복수개의 보빈에 연속적으로 감기도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열가소성 필라멘트를 라이너에 감기 위한 와인딩 장치.