KR102470252B1 - 섬유 강화 인발 성형 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 섬유에 액상 수지가 골고루 함침될 수 있도록 하며, 액상 수지의 공급이 용이한 섬유 강화 인발 성형 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 목적은, 액상 수지가 수용된 수조의 상부에 설치되는 가압 장치를 이용하여 탄소 섬유를 액상 수지에 골고루 함침시킬 수 있고, 수조에 수용된 액상 수지가 미리 정해진 수위를 유지할 수 있도록 자동으로 액상 수지를 공급하는 액상 수지 공급부가 마련되며, 액상 수지에 함침된 탄소 섬유에서 흐르는 액상 수지를 회수하여 재사용할 수 있으며, 탄소 섬유가 액상 수지가 수용된 수조에 공급되기 전, 이물질 제거부에 의해 탄소 섬유의 먼지나 이물질이 흡수되어 액상 수지가 오염되거나 강화 섬유의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

섬유 강화 인발 성형 시스템 {Fiber Reinforced Drawing Monding System}
본 발명은 섬유 강화 인발 성형 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 섬유에 액상 수지가 골고루 함침될 수 있도록 하며, 액상 수지의 공급이 용이한 섬유 강화 인발 성형 시스템에 관한 것이다.
탄소 섬유와 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지로 이루어지는 강화 섬유는 철과 비교하였을 때 무게는 약 1/4배인 반면, 강도는 약 10배로 강도나 강성 등의 역학 특성, 내열성 및 내식성이라고 하는 특성이 우수하기 때문에, 항공ㅇ우주, 자동차, 철도 차량, 선박, 토목 건축 및 스포츠용품 등의 수많은 분야에서 각광 받고 있는 신소재이다.
특히, 고성능이 요구되는 용도에서는 연속한 강화 섬유를 사용한 섬유 강화 수지가 사용되고 있다. 강화 섬유로서는 비강도 및 비탄성률이 우수한 탄소 섬유가 그리고 매트릭스 수지로서는 열경화성 수지가 사용되고 있다. 열경화성 수지로서는 탄소 섬유와의 접착성이 우수한 에폭시 수지가 많이 사용되고 있다.
강화 섬유의 제조 방법으로는 프리 프레그법, 핸드 레이업법, 필라멘트 와인딩법, 인발 성형(풀트루전)법, RTM(Resin Transfer Molding)법 등으로 다양한 방법 중 통상의 기술자에 의해 방법이 작업 환경에 알맞게 선택되어 적용되고 있다.
인발 성형법은 일방향으로 배열된 수십~수만 개의 탄소 섬유를 액상의 수지가 수용된 수조를 통과하며 수지에 탄소 섬유가 함침된다. 이후, 수지가 함침된 강화 섬유를 스퀴즈 다이 및 가열 금형을 통과시키고, 인장기에 의해 매트릭스 수지가 함침된 강화 섬유를 연속적으로 인발하면서 경화시킨다.
인발 성형에 사용하는 수지는 수조 내에서 신속하게 탄소 섬유가 함침될 수 있도록 충분히 저점도일 필요가 있다. 또한, 장시간의 연속 생산성의 관점에서 수지의 점도가 균일해야 하고, 경화된 강화 섬유의 내열성도 중요한 요소이다.
따라서, 수십~수만 개의 탄소 섬유에 수지가 골고루 함침되어야 강화 섬유의 품질을 향상시킬 수 있으며, 강화 섬유의 품질을 유지할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 탄소 섬유가 수십~수만 개의 가닥이기 때문에 균일하게 함침시키기에는 곤란한 실정이다.
1. 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0107936호 ("섬유 강화 성형품 및 그 제조 방법", 2020.09.16.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 액상 수지가 수용된 수조의 상부에 설치되는 가압 장치를 이용하여 탄소 섬유를 액상 수지에 골고루 함침시킬 수 있는 섬유 강화 인발 성형 시스템dmf 제공함에 있다.
또한, 수조에 수용된 액상 수지가 미리 정해진 수위를 유지할 수 있도록 자동으로 액상 수지를 공급하는 액상 수지 공급부가 마련되며, 액상 수지에 함침된 탄소 섬유에서 흐르는 액상 수지를 회수하여 재사용할 수 있는 섬유 강화 인발 성형 시스템을 제공함에 있다.
아울러, 탄소 섬유가 액상 수지가 수용된 수조에 공급되기 전, 이물질 제거부에 의해 탄소 섬유의 먼지나 이물질이 흡수되어 액상 수지가 오염되거나 강화 섬유의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 섬유 강화 인발 성형 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 섬유 강화 인발 성형 시스템은 권취된 형태의 탄소 섬유가 복수 개 배열된 섬유 공급부; 상기 섬유 공급부로부터 공급되는 복수의 탄소 섬유의 이동을 가이드하는 가이드부; 액상 수지가 수용된 수조를 포함하며, 상기 가이드부를 통과한 탄소 섬유가 상기 수조의 상부에 설치된 가압부에 의해 가압되어 상기 수조 내 액상 수지에 함침되는 함침부; 상기 함침부에서 함침된 복수 가닥의 탄소 섬유가 가압되어 하나의 가닥으로 성형되고, 가열하여 탄소 섬유에 함침된 액상 수지를 경화시키는 제1성형부; 및 상기 제1성형부에서 1차 성형된 탄소 섬유를 가압하여 미리 정해진 형태로 성형하고, 가열하여 탄소 섬유에 함침된 액상 수지를 경화시키는 제2성형부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드부는, 소정 간격을 두고 제1가이드부와 제2가이드부가 설치되며, 제1가이드부와 제2가이드부에는 탄소 섬유의 이동을 가이드하는 통공 형태의 제1가이드홀과 제2가이드홀이 적어도 하나 이상 형성되며, 상기 제1가이드부와 상기 제2가이드부 사이에 함침부가 설치되어 상기 제1가이드부를 통과한 탄소 섬유가 상기 함침부에서 함침된 후 상기 제2가이드부를 통과하여 상기 제1성형부로 이송되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1가이드홀과 상기 제2가이드홀의 배열 형태는 동일하며, 이웃하는 상기 제1가이드홀 사이 간격보다 이웃하는 상기 제2가이드홀 사이 간격이 더 좁은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 섬유 강화 인발 성형 시스템은, 상기 함침부를 통과하며 함침된 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지를 회수하고, 상기 수조에 액상 수지를 공급하는 액상 수지 순환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액상 수지 순환부는, 함체 형태로 내부에 액상 수지가 저장된 액상 수지 저장조, 일단이 상기 액상 수지 저장조와 연통되어 설치되고, 타단은 상기 수조와 연통되거나 상기 수조에 액상 수지를 공급할 수 있는 형태로 설치되어 상기 액상 수지 저장조 내 액상 수지가 상기 수조로 이동하는 유로가 형성된느 관 형태의 공급부 및 일단은 상기 제2가이드부와 결합되고, 타단은 상기 액상 수지 저장조와 결합되어 경사면이 형성된 형태로, 상기 함침부를 통과한 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지가 상기 경사면을 따라 아래로 이동하여 상기 액상 수지 저장조에 회수되도록 하는 경사 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액상 수지 순환부는, 상기 공급부에 설치되어 상기 공급부 내 유로를 따라 이동하는 액상 수지를 가압하여 상기 액상 수지의 유동을 원활하도록 하는 펌프 및 상기 공급부에 설치되어 상기 공급부 내 유로의 개폐를 제어하는 밸브 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가압부는, 상하 왕복 운동이 가능하도록 설치되며, 상기 섬유 공급부로부터 탄소 섬유가 공급되는 속도에 따라 상기 가압부의 상하 왕복 운동 속도가 조절되며, 탄소 섬유의 가닥 수에 따라 탄소 섬유를 가압하는 압력이 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가압부는, 하면에 탄소 섬유를 보호하기 위한 탄성 재질의 보호부가 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 섬유 강화 인발 성형 시스템은, 상기 섬유 공급부와 상기 가이드부 사이에 설치되며, 상기 섬유 공급부로부터 공급되는 탄소 섬유가 상기 가이드부에 공급되기 전 탄소 섬유에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 섬유 강화 인발 성형 시스템은, 상기 제1성형부와 상기 제2성형부 사이에 설치되며, 상기 제1성형부에서 1차로 성형된 탄소 섬유가 상기 제2성형부로 공급되도록 가이드하는 가이드 롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 섬유 강화 인발 성형 시스템은 액상 수지가 수용된 수조의 상부에 설치되는 가압 장치를 이용하여 탄소 섬유를 액상 수지에 골고루 함침시킬 수 있다.
또한, 수조에 수용된 액상 수지가 미리 정해진 수위를 유지할 수 있도록 자동으로 액상 수지를 공급하는 액상 수지 공급부가 마련되며, 액상 수지에 함침된 탄소 섬유에서 흐르는 액상 수지를 회수하여 재사용할 수 있다.
아울러, 탄소 섬유가 액상 수지가 수용된 수조에 공급되기 전, 이물질 제거부에 의해 탄소 섬유의 먼지나 이물질이 흡수되어 액상 수지가 오염되거나 강화 섬유의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 정면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 함침부 정면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 액상 수지 순환부 정면도
도 4는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 액상 수지 순환부 정면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 이물질 제거부 정면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치를 이용한 인발 성형 시스템 블록도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 정면도를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 인발 성형 장치는 크게 섬유 공급부(100), 이물질 제거부(200), 제1가이드부(300), 제2가이드부(400), 함침부(500), 액상 수지 순환부(600), 제1성형부(700), 제2성형부(800) 및 가이드 롤러(900)로 구성된다.
섬유 공급부(100)는 탄소 섬유가 권취된 상태로 복수 개 배열되어 있으며, 각 탄소 섬유는 제1가이드부(300)에 관통되어 복수의 형성되는 제1가이드홀(310)을 통과한다.
제1가이드부(300)와 제2가이드부(400)는 탄소 섬유의 이동을 가이드하기 위한 것으로, 제1가이드부(300)에는 통공 형태의 복수의 제1가이드홀(310)이 형성되고, 제2가이드부(400)에는 통공 형태의 복수의 제2가이드홀(410)이 형성된다.
각 가이드 홀(310, 410)에는 한 가닥의 탄소 섬유가 통과하는 것이 바람직하나 섬유 공급부(100)에 권취된 탄소 섬유가 많을 경우에는 적절하게 분배되어 복수의 탄소 섬유가 하나의 가이드 홀(310, 410)을 통과할 수도 있다.
이때, 제1가이드홀(310)과 제2가이드홀(410)은 동일한 배열 형태로 형성되지만 이웃하는 홀 사이 간격은 제2가이드홀(410) 사이 간격이 더 좁게 형성될 수 있다.
제1가이드부(300)와 제2가이드부(400) 사이에는 함침부(500)가 구비된다. 함침부(500)는 액상 수지가 일정 수위 이상 수용된 수조(510)와 수조(510)의 상부에 설치되는 가압부(520)를 포함한다.
함침부(500)는 제1가이드부(300)의 제1가이드홀(310)을 통과한 탄소 섬유를 가압부(520)를 이용하여 가압해 탄소 섬유에 액상 수지가 골고루 함침될 수 있도록 하기 위해 구비된 것으로, 가압부(520)는 미리 설정된 주기와 압력으로 위아래로 피스톤 운동을 통해 탄소 섬유를 가압한다.
함침된 탄소 섬유는 제2가이드부(400)의 제2가이드홀(410)을 통과하여 제1성형부(700)로 공급된다. 제1성형부(700)는 공급되는 함침 탄소 섬유를 일정 압력으로 가압하고 일정 온도로 가열하여 액상 수지가 경화되도록 하고, 복수 가닥이었던 함침 탄소 섬유가 한 가닥으로 인발되도록 한다.
제1성형부(700)에서 1차로 인발된 강화 섬유는 제2성형부(800)로 공급되어 가압 및 가열되고, 미리 설정된 두께로 강화 섬유가 인발되어 제조된다. 제조된 강화 섬유는 도 1에 도시되어 있지는 않으나, 적절한 크기로 커팅된다.
제1성형부(700)와 제2성형부(800) 사이에는 가이드 롤러(900)가 설치되어 제1성형부에서 1차로 인발된 강화 섬유의 형태가 변형되지 않고 제2성형부(800)로 공급될 수 있도록 가이드할 수 있다.
제1성형부(700)와 가이드 롤러(900) 사이, 가이드 롤러(900)와 제2성형부(800) 사이 및 제2성형부(800)에서 강화 섬유가 성형되어 나오는 출구에는 강화 섬유가 일직선 형태로 인발되고 있는지 모니터링하는 모니터링 센서가 설치될 수 있다.
모니터링 센서는 강화 섬유의 상면, 하면, 측면 중 선택되는 하나 이상의 위치에 설치되는 것이 바람직하며, 일직선 형태로 인발되지 않고 소정 각도 이상 기울어져 있다고 판단될 경우에는 섬유 강화 인발 성형 장치의 동작이 종료된다.
종래에는 인발 공정이 모두 끝난 후에 강화 섬유의 상태를 점검하여 제대로 인발되었는지 확인할 수 있었으나, 본 발명은 모니터링 센서에 의하여 인발 공정 중 강화 섬유의 불량 여부를 판단할 수 있으므로 품질 높은 강화 섬유를 제조할 수 있으며, 경제적인 섬유 강화 인발 성형 장치를 제공할 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 섬유 강화 인발 성형 장치의 함침부에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 함침부 정면도를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 함침부(500)는 제1가이드부(300)와 제2가이드부(400) 사이에 형성되며, 액상 수지가 수용되는 수조(510)와 수조(510)의 상부에 상하로 피스톤 운동하는 가압부(520)를 포함한다. 이때, 가압부(520)의 상하 왕복 운동 주기는 강화 섬유가 인발되는 속도에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 함침부(500)의 가압부(520)는 제1가이드부(300)를 통과한 탄소 섬유가 함침부(500)를 통과할 때 아래로 이동하여 모든 탄소 섬유가 수조(510)에 수용된 액상 수지에 함침될 수 있도록 탄소 섬유를 소정의 압력으로 가압하고, 소정 시간 가압한 후, 위로 이동하여 함침된 탄소 섬유가 제2가이드부(400)를 통과하여 제1성형부(700)로 이동할 수 있도록 한다.
가압부(520)의 하부는 아래로 오목한 곡면 형태로 형성되어 탄소 섬유를 가압할 때 탄소 섬유를 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가압부(520)의 하면에는 스펀지 또는 고무 재질의 보호부가 형성되어 탄소 섬유가 손상되거나 끊어짐 등의 파손이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
섬유 공급부(100)의 개수에 따라 탄소 섬유의 장력이 달라지기 때문에 가압부(520)의 압력은 탄소 섬유가 몇 가닥이냐에 따라 탄소 섬유를 가압하는 압력이 변경될 수 있다. 이는 도 6을 참조하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 액상 수지 순환부 정면도를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 함침부(500)를 통과하며 액상 수지가 함침된 함침 탄소 섬유에서 액상 수지가 작업 테이블에 떨어지게 된다. 작업 테이블로 떨어진 액상 수지는 작업 테이블 상에서 경화되어 작업 테이블을 오염시킨다는 문제점이 있다.
또한, 수조(510)에 수용된 액상 수지가 일정 수위 미만으로 떨어지면 액상 수지를 보충해 줘야 하는데 이는 작업자가 틈틈이 액상 수지를 공급해 줘야 하기 때문에 번거롭다는 문제점이 있다.
본 발명의 섬유 강화 인발 성형 장치는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 액상 수지 순환부(600)가 설치되어 작업 테이블의 오염을 예방하고, 수조(510)에 액상 수지를 자동으로 보충할 수 있으며, 함침 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지를 모아 재사용할 수 있도록 한다.
액상 수지가 수용되고 탄소 섬유가 함침되는 수조(510)의 하부에는 함체 형태의 액상 수지 저장조(620)가 설치된다. 수조(510)의 상부에는 함체 형태의 액상 수지 임시 저장조(640)가 설치되며, 액상 수지 저장조(620)와 액상 수지 임시 저장조(640)는 관 형태의 제1공급부(630)에 의해 연통되어 설치된다. 액상 수지 저장조(620)에 저장된 액상 수지를 액상 수지 임시 저장조(640)로 원활하게 공급하기 위해 제1공급부(630)에는 압력 펌프가 설치될 수도 있다.
액상 수지 임시 저장조(640)의 하면에는 관 형태의 제2공급부(650)가 높이 방향을 따라 하향 연장되어 설치되며, 액상 수지 임시 저장조(640)에 저장된 액상 수지를 수조(510)에 공급한다. 이때, 제2공급부(650)에는 액상 수지의 공급을 제어하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.
이는 액상 수지 순환부(600) 형태를 하나의 예를 들어 설명한 것이며, 액상 수지 임시 저장조(640)가 설치되지 않고, 제1공급부(630)와 제2공급부(650)가 일체로 설치되어 액상 수지 저장조(620)에서 즉시 수조(510)로 액상 수지를 공급할 수도 있다.
액상 수지 저장조(620)의 상면과 제2가이드부(400) 사이에는 미끄럼틀 형태의 경사 유로(610))가 설치된다. 경사 유로(610))는 함침 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지를 받으며, 액상 수지가 경사면을 타고 아래로 내려가 액상 수지 저장조(620)로 회수되도록 한다.
경사 유로(610))의 일단은 제2가이드부(400)의 제2가이드홀(410) 중 가장 아래에 형성되는 제2가이드홀(410)의 하부에 결합되고, 경사 유로(610))의 타단은 액상 수지 저장조(620)에 결합된다. 경사 유로(610))는 탈착 가능하도록 설치될 수 있다.
함침 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지는 작업 테이블로 떨어지지 않아 작업 환경을 오염시키지 않으며, 경사 유로로 떨어져 경사면을 따라 이동하여 액상 수지 저장조(620)로 회수되기 때문에 액상 수지를 회수하여 재사용할 수 있다는 점에서 경제적인 섬유 강화 인발 성형 장치를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 또 다른 변형예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 액상 수지 순환부 정면도를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 액상 수지 저장조(620)의 상부에는 제1필터(621)가 구비된다. 이는, 함침 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지가 경사 유로(610))를 따라 이동하여 액상 수지 저장조(620)로 유입될 때 이물질이 액상 수지 저장조(620) 내로 유입되어 액상 수지를 오염시키는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 제2공급부(650)의 유로 상에도 제2필터(651)가 설치되어 수조(510)로 공급되는 액상 수지에 이물질이 유입되는 것을 방지하여 강화 섬유의 품질을 높일 수 있다.
이때, 함침부(500)의 수조(510)에 수용된 액상 수지는 약 16시간 이후부터 경화가 시작된다. 경화된 액상 수지에 탄소 섬유가 함침되어 강화 섬유로 제조될 경우에는 강화 섬유의 품질이 떨어지기 때문에 액상 수지에 경화가 일어나기 전 새로운 액상 수지로 교체해야 한다.
상술한 바와 같이 액상 수지의 경화는 약 16시간 이후부터 시작되기 때문에 경화가 시작되는 시점보다 이전(8시간 주기, 10시간 주기, 12시간 주기 등)에 작업자에게 알림을 송신하여 수조(510)와 액상 수지 순환부(600)가 교체되도록 하는 것이 바람직하다.
강화 섬유는 연속적으로 제조되기 때문에 수조(510)와 액상 수지 순환부(600)를 교체하는 동안 강화 섬유의 생산을 일시 중단할 수 없다. 따라서, 탄소 섬유가 함침되는 수조(510)는 컨베이어 벨트 방식 등을 이용하여 일정 시간이 되면 자동으로 교체되도록 해 강화 섬유를 생산하는 데에는 문제가 발생되지 않도록 한다. 또한, 액상 수지 순환부(600)를 구성하는 경사 유로(610), 액상 수지 저장조(620), 제1공급부(630), 액상 수지 임시 저장조(640), 제2공급부(650)는 작업자에 의해 교체된다.
추가로, 수조(510)에는 수조 내 수용된 액상 수지의 밀도를 측정하는 밀도 센서가 적어도 하나 이상 설치되어 밀도 값에 변화가 발생될 경우, 경화가 시작되었다고 판단하고, 컨베이어 벨트가 동작하여 새로운 액상 수지가 수용된 수조(510)로 자동으로 변경될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치의 이물질 제거부 정면도를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 섬유 공급부(100)와 제1가이드부(300) 사이에 설치되며, 탄소 섬유의 상부에 이물질 제거부(200)가 구비된다.
강화 섬유의 품질을 향상시키고, 함침부(500)의 수조(510)에 수용된 액상 수지에 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 이물질 제거부(200)가 탄소 섬유의 이물질을 흡입하는 형태로 제거할 수 있다.
이물질 제거부(200)가 강한 흡입력으로 탄소 섬유의 이물질을 흡입하여 제거할 경우, 탄소 섬유가 손상될 우려가 있다. 따라서, 이물질 제거부(200)는 소정 압력을 갖는 바람을 토출하는 형태로 형성되어 탄소 섬유에 붙어 있는 이물질이 탄소 섬유로부터 분리되도록 할 수 있다.
탄소 섬유로부터 분리된 이물질이 함침부(500)의 수조(510)로 유입되는 것을 방지하기 위해 제1가이드부(300)와 제2가이드부(400) 사이에는 가림막이 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 인발 성형 장치를 이용한 인발 성형 시스템의 블록도를 도시하고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 강화 인발 성형 장치를 구성하는 이물질 제거부(200), 함침부(500), 액상 수지 순환부(600), 제1성형부(700), 제2성형부(800) 및 가이드 롤러(900)는 제어부(10)와 전기적으로 연결되어 동작이 제어된다.
이물질 제거부(200)는 탄소 섬유의 이물질을 제거하기 위한 것으로, 이물질을 흡입하는 흡입력이나 이물질을 제거하기 위해 토출되는 바람 세기 등이 제어부(10)에 의해 제어될 수 있다.
제1성형부(700)와 제2성형부(800) 또한 함침 탄소 섬유에 가해지는 압력과 액상 수지를 경화시키기 위한 온도가 제어부(10)에 의해 제어되며, 제1성형부(700)에서 1차로 성형된 강화 섬유를 제2성형부(800)로 안정적으로 이송시키기 위해 설치되는 가이드 롤러(900)의 회전 속도 또한 제어부(10)에 의해 제어될 수 있다.
함침부(500)는 제어부(10)에 의해 가압부(520)의 동작이 제어된다. 전기적으로 연결되어 제어부(10)로부터 송신되는 신호에 의해 가압부(520)의 동작이 제어된다. 탄소 섬유가 공급되는 속도에 따라 가압부(520)가 상하왕복운동하는 속도가 제어되며, 탄소 섬유 가닥 개수가 줄어들거나 늘어남에 따른 탄소 섬유의 장력 변화에 따라 가압부(520)가 탄소 섬유를 가압하는 압력도 제어부(10)에 의해 제어된다.
액상 수지가 수용되어 탄소 섬유가 함침되는 수조(510)에는 수위 센서(511)가 설치될 수 있다. 수위 센서(511)는 수조(510) 내 수용된 액상 수지의 수위를 측정하기 위한 것으로, 일정 높이 이하가 되면 제어부(10)에 액상 수지가 미리 설정된 기준 높이 이하라는 신호를 송신하고, 제어부(10)는 신호를 수신받아 액상 수지 순환부(600)를 동작시킨다.
제2공급부(650)에 설치되어 액상 수지의 공급을 제어하는 밸브를 열리도록 제어하여 액상 수지가 수조(510)에 일정량 공급되도록 하며, 공급된 이후에는 밸브를 닫히도록 제어한다. 액상 수지 임시 저장조(640)에도 수위 센서가 설치되어 액상 수지가 일정 수위 이하라고 판단되면 제1공급부(630)에 설치된 펌프가 동작하여 액상 수지 저장조(620)로부터 액상 수지 임시 저장조(640)로 액상 수지가 이동하도록 한다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 된다.
100 섬유 공급부
200 이물질 제거부
300 제1가이드부
310 제1가이드홀
400 제2가이드부
410 제2가이드홀
500 함침부
510 수조
511 수위 센서
520 가압부
600 액상 수지 순환부
610 경사 유로
620 액상 수지 저장조
621 제1필터
630 제1공급부
640 액상 수지 임시 저장조
650 제2공급부
651 제2필터
700 제1성형부
800 제2성형부
900 가이드 롤러
10 제어부

Claims (10)

  1. 권취된 형태의 탄소 섬유가 복수 개 배열된 섬유 공급부;
    상기 섬유 공급부로부터 공급되는 복수의 탄소 섬유의 이동을 가이드하는 가이드부;
    액상 수지가 수용된 수조를 포함하며, 상기 가이드부를 통과한 탄소 섬유가 상기 수조의 상부에 설치된 가압부에 의해 가압되어 상기 수조 내 액상 수지에 함침되는 함침부;
    상기 함침부에서 함침된 복수 가닥의 탄소 섬유가 가압되어 하나의 가닥으로 성형되고, 가열하여 탄소 섬유에 함침된 액상 수지를 경화시키는 제1성형부;
    상기 제1성형부에서 1차 성형된 탄소 섬유를 가압하여 미리 정해진 형태로 성형하고, 가열하여 탄소 섬유에 함침된 액상 수지를 경화시키는 제2성형부; 및
    상기 제1성형부와 상기 제2성형부 사이에 설치되어 상기 제1성형부를 통과하여 상기 제2성형부로 이동하는 탄소 섬유가 일직선 형태로 인발되고 있는지 모니터링하는 모니터링 센서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    소정 간격을 두고 제1가이드부와 제2가이드부가 설치되며, 제1가이드부와 제2가이드부에는 탄소 섬유의 이동을 가이드하는 통공 형태의 제1가이드홀과 제2가이드홀이 적어도 하나 이상 형성되며,
    상기 제1가이드부와 상기 제2가이드부 사이에 함침부가 설치되어 상기 제1가이드부를 통과한 탄소 섬유가 상기 함침부에서 함침된 후 상기 제2가이드부를 통과하여 상기 제1성형부로 이송되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1가이드홀과 상기 제2가이드홀의 배열 형태는 동일하며,
    이웃하는 상기 제1가이드홀 사이 간격보다 이웃하는 상기 제2가이드홀 사이 간격이 더 좁은 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 섬유 강화 인발 성형 시스템은,
    상기 함침부를 통과하며 함침된 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지를 회수하고, 상기 수조에 액상 수지를 공급하는 액상 수지 순환부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 액상 수지 순환부는,
    함체 형태로 내부에 액상 수지가 저장된 액상 수지 저장조,
    일단이 상기 액상 수지 저장조와 연통되어 설치되고, 타단은 상기 수조와 연통되거나 상기 수조에 액상 수지를 공급할 수 있는 형태로 설치되어 상기 액상 수지 저장조 내 액상 수지가 상기 수조로 이동하는 유로가 형성된느 관 형태의 공급부 및
    일단은 상기 제2가이드부와 결합되고, 타단은 상기 액상 수지 저장조와 결합되어 경사면이 형성된 형태로, 상기 함침부를 통과한 탄소 섬유로부터 떨어지는 액상 수지가 상기 경사면을 따라 아래로 이동하여 상기 액상 수지 저장조에 회수되도록 하는 경사 유로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액상 수지 순환부는,
    상기 공급부에 설치되어 상기 공급부 내 유로를 따라 이동하는 액상 수지를 가압하여 상기 액상 수지의 유동을 원활하도록 하는 펌프 및
    상기 공급부에 설치되어 상기 공급부 내 유로의 개폐를 제어하는 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가압부는,
    상하 왕복 운동이 가능하도록 설치되며, 상기 섬유 공급부로부터 탄소 섬유가 공급되는 속도에 따라 상기 가압부의 상하 왕복 운동 속도가 조절되며,
    탄소 섬유의 가닥 수에 따라 탄소 섬유를 가압하는 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가압부는,
    하면에 탄소 섬유를 보호하기 위한 탄성 재질의 보호부가 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 강화 인발 성형 시스템은,
    상기 섬유 공급부와 상기 가이드부 사이에 설치되며, 상기 섬유 공급부로부터 공급되는 탄소 섬유가 상기 가이드부에 공급되기 전 탄소 섬유에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 강화 인발 성형 시스템은,
    상기 제1성형부와 상기 제2성형부 사이에 설치되며, 상기 제1성형부에서 1차로 성형된 탄소 섬유가 상기 제2성형부로 공급되도록 가이드하는 가이드 롤러;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 인발 성형 시스템.
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