KR102488964B1 - Device for manufacturing thermoplastic strand - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 열가소성 스트랜드 제조장치는,
탄소섬유 다발을 연속 공급하는 탄소섬유 공급유닛; 고체상의 열가소성 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 탄소섬유 공급유닛으로부터 공급된 상기 탄소섬유 다발을 용융된 열가소성 수지 속에 통과시켜 상기 탄소섬유 다발에 열가소성 수지를 함침시키는 수지 함침유닛; 및 상기 열가소성 수지를 함침시킨 상기 탄소섬유 다발을 이격시켜 일정한 속도로 감아, 감긴 상태로 상기 열가소성 수지를 경화시키는 와인딩유닛을 포함한다.
본 발명을 사용하면, 탄소섬유 다발 내부까지 점성이 높은 열가소성 수지가 균일하게 함침된 열가소성 스트랜드를 제조할 수 있다.Thermoplastic strand manufacturing apparatus according to the present invention,
a carbon fiber supply unit that continuously supplies carbon fiber bundles; A resin impregnation unit for heating and melting the solid thermoplastic resin and impregnating the carbon fiber bundle with the thermoplastic resin by passing the carbon fiber bundle supplied from the carbon fiber supply unit into the molten thermoplastic resin; and a winding unit that separates the carbon fiber bundles impregnated with the thermoplastic resin, winds them at a constant speed, and cures the thermoplastic resin in a wound state.
Using the present invention, it is possible to manufacture a thermoplastic strand in which the high-viscosity thermoplastic resin is uniformly impregnated to the inside of the carbon fiber bundle.

Figure R1020200175979
Figure R1020200175979

Description

열가소성 스트랜드 제조장치{Device for manufacturing thermoplastic strand}Thermoplastic strand manufacturing device {Device for manufacturing thermoplastic strand}

본 발명은 열가소성 스트랜드 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoplastic strand manufacturing apparatus.

탄소섬유(Carbon Fiber)는 내열성, 내충격성, 내화학약품성 등이 뛰어나다. 또한, 가열과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져나가 중량이 감소되므로 금속(알루미늄)보다 가볍고, 반면에 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다.Carbon fiber has excellent heat resistance, impact resistance, and chemical resistance. In addition, since molecules such as oxygen, hydrogen, nitrogen, etc. escape during the heating process and the weight is reduced, it is lighter than metal (aluminum) and, on the other hand, has excellent elasticity and strength compared to metal (iron).

이러한 특성으로 인해 탄소섬유는 복합재료의 보강재로 많이 사용되고 있다. 탄소섬유에 매트릭스 수지(Matrix Resin)를 함침시킨 탄소섬유 강화 복합재료(Carbon Fibers Reinforced Composites)는 스포츠용품(낚싯대, 골프채, 테니스 라켓), 항공우주산업(내열재, 항공기 동체), 자동차, 토목건축(경량재, 내장재), 전기전자, 통신(안테나), 환경산업(공기정화기, 정수기) 등 각 분야에 널리 쓰이고 있으며, 해마다 그 수요도 증가하고 있다.Due to these characteristics, carbon fiber is widely used as a reinforcing material for composite materials. Carbon Fibers Reinforced Composites, which impregnated carbon fiber with matrix resin, are used for sporting goods (fishing rods, golf clubs, tennis rackets), aerospace (heat-resistant materials, aircraft fuselages), automobiles, and civil engineering. It is widely used in various fields such as (lightweight materials, interior materials), electricity and electronics, telecommunications (antennas), and environmental industries (air purifiers, water purifiers), and its demand is increasing every year.

한편, 수지가 함침되어 경화된 탄소섬유 다발을 제조할 때, 열경화성 수지를 사용하는 경우, 종래에는 액체상의 열경화성 수지 속에 탄소섬유 다발을 통과시켜 탄소섬유에 수지를 함침시켰다.On the other hand, when a thermosetting resin is used when preparing a carbon fiber bundle impregnated with a resin and cured, conventionally, the carbon fiber bundle is impregnated with the resin by passing the carbon fiber bundle through a liquid thermosetting resin.

그러나, 열가소성 수지를 사용하는 경우, 열가소성 수지는 열경화성 수지에 비해 점성이 높기 때문에 종래의 방식으로 수지를 함침시키면 탄소섬유 다발 내부까지 수지가 충분히 균일하게 함침되기 어렵다는 문제가 있다. 이하, 열가소성 수지가 함침되어 경화된 탄소섬유 다발을“열가소성 스트랜드”라 칭한다.However, when a thermoplastic resin is used, since the thermoplastic resin has higher viscosity than the thermosetting resin, when the resin is impregnated in a conventional manner, it is difficult to sufficiently uniformly impregnate the resin into the carbon fiber bundle. Hereinafter, a carbon fiber bundle impregnated with a thermoplastic resin and cured is referred to as a “thermoplastic strand”.

한국등록특허(10-1086106)Korea registered patent (10-1086106)

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 열가소성 스트랜드 제조장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a thermoplastic strand manufacturing apparatus that can solve the above problems.

상기 목적을 달성하기 위한 열가소성 스트랜드 제조장치는,Thermoplastic strand manufacturing apparatus for achieving the above object,

탄소섬유 다발을 연속 공급하는 탄소섬유 공급유닛;a carbon fiber supply unit that continuously supplies carbon fiber bundles;

고체상의 열가소성 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 탄소섬유 공급유닛으로부터 공급된 상기 탄소섬유 다발을 용융된 열가소성 수지 속에 통과시켜 상기 탄소섬유 다발에 열가소성 수지를 함침시키는 수지 함침유닛; 및A resin impregnation unit for heating and melting the solid thermoplastic resin and impregnating the carbon fiber bundle with the thermoplastic resin by passing the carbon fiber bundle supplied from the carbon fiber supply unit into the molten thermoplastic resin; and

상기 열가소성 수지를 함침시킨 상기 탄소섬유 다발을 이격시켜 일정한 속도로 감아, 감긴 상태로 상기 열가소성 수지를 경화시키는 와인딩유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a winding unit that separates the carbon fiber bundle impregnated with the thermoplastic resin, winds it at a constant speed, and cures the thermoplastic resin in a wound state.

본 발명에서 수지 함침유닛은 탄소섬유 다발을 용융된 열가소성 수지에 침지시키고 탄소섬유 다발 내부까지 열가소성 수지가 균일하게 함침되도록 안내 및 압축하는 롤러부를 구비한다. 이로 인해, 본 발명을 사용하면, 탄소섬유 다발 내부까지 점성이 높은 열가소성 수지가 균일하게 함침된 열가소성 스트랜드를 제조할 수 있다.In the present invention, the resin impregnation unit is provided with a roller unit for immersing the carbon fiber bundle in the molten thermoplastic resin and guiding and compressing the thermoplastic resin to be uniformly impregnated into the carbon fiber bundle. For this reason, if the present invention is used, it is possible to manufacture a thermoplastic strand in which the high-viscosity thermoplastic resin is uniformly impregnated to the inside of the carbon fiber bundle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 스트랜드 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 수지 함침유닛을 나타낸 도면이다.
도 3은 탄소섬유 다발이 지나가는 롤러부의 측단면을 나타낸 것으로, (a)는 제1가이드 롤러의 제1안내홈에 탄소섬유 다발이 배치된 모습 (b)는 제2가이드 롤러의 제2안내홈에 탄소섬유 다발이 배치된 모습 (c)는 압축 롤러에 의해 탄소섬유 다발이 압축되는 모습 (d)는 제3가이드 롤러의 제3안내홈에 탄소섬유 다발이 배치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도1에 도시된 와인딩유닛의 측면도이다.1 is a view showing a thermoplastic strand manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a view showing the resin impregnation unit shown in Figure 1.
Figure 3 shows a cross-sectional side view of the roller part through which the carbon fiber bundle passes. (a) shows the carbon fiber bundle disposed in the first guide groove of the first guide roller; (c) is a view showing the carbon fiber bundles being compressed by the compression roller (d) is a view showing the arrangement of the carbon fiber bundles in the third guide groove of the third guide roller.
4 is a side view of the winding unit shown in FIG. 1;

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 스트랜드 제조장치를 자세히 설명한다.Hereinafter, a thermoplastic strand manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 스트랜드 제조장치(1)는 탄소섬유 공급유닛(100), 수지 함침유닛(200), 와인딩유닛(300), 장력유지유닛(400)으로 구성된다. As shown in FIG. 1, the thermoplastic strand manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a carbon fiber supply unit 100, a resin impregnation unit 200, a winding unit 300, a tension maintaining unit 400 ) is composed of

[탄소섬유 공급유닛][Carbon fiber supply unit]

탄소섬유 공급유닛(100)은 탄소섬유 다발(CF)을 연속 공급한다. The carbon fiber supply unit 100 continuously supplies carbon fiber bundles (CF).

탄소섬유 다발(CF)은 1000∼50000개의 탄소섬유로 이루어진다.The carbon fiber bundle (CF) is composed of 1000 to 50000 carbon fibers.

탄소섬유 공급유닛(100)은 보빈에 감겨있는 탄소섬유 다발(CF)을 일정량씩 풀어가면서 일방향으로 연속적으로 공급한다. The carbon fiber supply unit 100 continuously supplies the carbon fiber bundles (CF) wound on the bobbin in one direction while unwinding them by a certain amount.

[수지 함침유닛][Resin impregnation unit]

수지 함침유닛(200)은 고체상(Solid Phase)의 열가소성 수지를 가열하여 용융시키고, 탄소섬유 공급유닛으로부터 공급된 탄소섬유 다발(CF)을 용융된 열가소성 수지 속에 통과시켜 탄소섬유 다발(CF)에 열가소성 수지를 함침시킨다.The resin impregnation unit 200 heats and melts the solid phase thermoplastic resin, and passes the carbon fiber bundles (CF) supplied from the carbon fiber supply unit through the molten thermoplastic resin to form a thermoplastic in the carbon fiber bundles (CF). impregnate the resin.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수지 함침유닛(200)은 수지 함침조(210), 상부 커버(220), 롤러부(230)로 구성된다.1 and 2, the resin impregnation unit 200 is composed of a resin impregnation tank 210, an upper cover 220, and a roller unit 230.

수지 함침조resin impregnation bath

수지 함침조(210)는 상면이 개방되고 내부 공간이 형성된 상자 형태이다. 열가소성 수지는 펠렛(Pellet) 형태로 수지 함침조(210)의 내부 공간에 공급된다.The resin impregnation tank 210 has a box shape with an open upper surface and an internal space. The thermoplastic resin is supplied to the inner space of the resin impregnation tank 210 in the form of pellets.

수지 함침조(210)는 내면에 면상발열체(213)가 설치된다. 수지 함침조(210)에 펠렛 형태의 열가소성 수지를 채운 후 전원을 인가하면, 면상발열체(213)에 의해 수지 함침조(210)가 가열되어 열가소성 수지를 용융시킬 수 있다. 면상발열체(213)는 소정 크기의 저항을 갖는 도체에 전류가 흐를 때에 발생하는 열을 이용하여 가열 또는 보온 등을 위한 열에너지를 제공하는 것으로서, 온도조절이 용이하고, 오염물의 배출이 없어 위생적이며, 작동에 따른 소음이 발생하지 않는 장점이 있다. 면상발열체(213)로는 니크롬, 동니켈합금, 알루미늄 등의 금속 발열체 또는 탄소재료를 이용한 비금속 발열체가 사용될 수 있다. 면상발열체(213)의 발열량 조절로 수지 함침조(210)의 내부 온도를 조절하여, 탄소섬유 다발(CF)이 수지 함침조(210)를 통과하는 동안, 열가소성 수지의 온도가 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있다.A planar heating element 213 is installed on the inner surface of the resin impregnation tank 210. When power is applied after filling the resin impregnation tank 210 with the thermoplastic resin in the form of pellets, the resin impregnation tank 210 is heated by the planar heating element 213 to melt the thermoplastic resin. The planar heating element 213 provides thermal energy for heating or keeping warm by using the heat generated when a current flows through a conductor having a resistance of a predetermined size, and is easy to control the temperature and is hygienic because there is no discharge of contaminants. It has the advantage of not generating noise during operation. As the planar heating element 213, a metal heating element such as nichrome, copper-nickel alloy, or aluminum or a non-metal heating element using a carbon material may be used. By adjusting the internal temperature of the resin impregnation tank 210 by adjusting the calorific value of the planar heating element 213, the temperature of the thermoplastic resin remains constant while the carbon fiber bundle (CF) passes through the resin impregnation tank 210. It can be.

수지 함침조(210)는 상부 좌우면에 탄소섬유 다발(CF)이 진출입하는 진입구(211)와 진출구(212)를 각각 구비한다.The resin impregnation tank 210 has an entry port 211 and an exit port 212 through which the carbon fiber bundles CF enter and exit on the upper left and right surfaces, respectively.

상부 커버top cover

상부 커버(220)는 수지 함침조(210)의 개방된 상면을 개폐하여, 수지 함침조(210)의 내부 온도가 내려가는 것을 방지한다.The upper cover 220 opens and closes the open upper surface of the resin impregnation tank 210 to prevent the internal temperature of the resin impregnation tank 210 from lowering.

롤러부roller part

롤러부(230)는 수지 함침조(210)의 내부 공간에 위치된다. 롤러부(230)는 탄소섬유 다발(CF)이 용융된 열가소성 수지에 침지되고 탄소섬유 다발(CF) 내부로 열가소성 수지가 균일하게 함침되도록, 탄소섬유 다발(CF)을 안내 및 압축한다.The roller unit 230 is located in the inner space of the resin impregnation tank 210 . The roller unit 230 guides and compresses the carbon fiber bundles CF so that the carbon fiber bundles CF are immersed in the molten thermoplastic resin and the thermoplastic resin is uniformly impregnated into the carbon fiber bundles CF.

롤러부(230)는 제1가이드 롤러(231), 제2가이드 롤러(232), 한 쌍의 압축 롤러(233), 제3가이드 롤러(234)로 구성된다.The roller unit 230 is composed of a first guide roller 231, a second guide roller 232, a pair of compression rollers 233, and a third guide roller 234.

제1가이드 롤러(231)는 수지 함침조(210)의 진입구(211)를 통해 진입한 탄소섬유 다발(CF)을 열가소성 수지 속으로 안내한다. 제1가이드 롤러(231)는 하나 이상 구비될 수 있다. 이때, 제1가이드 롤러(231)의 적어도 하나는 열가소성 수지 내에 배치된다. 본 실시예에서는 2개로 구성된다. 하나는 진입구(211) 근처에 위치되어 진입구(211)를 통과한 탄소섬유 다발(CF)을 열가소성 수지가 있는 하부로 안내한다. 다른 하나는 열가소성 수지가 채워진 하부에 위치된다.The first guide roller 231 guides the carbon fiber bundle CF entered through the entrance 211 of the resin impregnation tank 210 into the thermoplastic resin. One or more first guide rollers 231 may be provided. At this time, at least one of the first guide rollers 231 is disposed in the thermoplastic resin. In this embodiment, it consists of two. One is located near the entrance 211 and guides the carbon fiber bundle (CF) passing through the entrance 211 to the bottom where the thermoplastic resin is located. The other is located at the bottom filled with thermoplastic resin.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 제1가이드 롤러(231)는 외면 중앙 영역에 탄소섬유 다발(CF)이 지나가는 제1안내홈(G1)을 구비한다. 제1안내홈(G1)의 폭(d1)은 탄소섬유 다발(CF)의 폭에 상응한다. 열가소성 수지에 침지된 탄소섬유 다발(CF)은 제1가이드 롤러(231)의 제1안내홈(G1)을 통과하는 동안 제1안내홈(G1)에 의해 탄소섬유 다발(CF)의 폭을 제한함으로써 좌우 양면에 약간의 압력이 가해져 외면에 묻은 열가소성 수지가 좀 더 안쪽으로 함침될 수 있다.As shown in FIG. 3(a), the first guide roller 231 has a first guide groove G1 through which the carbon fiber bundle CF passes in the central region of the outer surface. The width d1 of the first guide groove G1 corresponds to the width of the carbon fiber bundle CF. While the carbon fiber bundle CF immersed in the thermoplastic resin passes through the first guide groove G1 of the first guide roller 231, the width of the carbon fiber bundle CF is limited by the first guide groove G1. By doing so, a slight pressure is applied to both left and right sides, so that the thermoplastic resin deposited on the outer surface can be impregnated more inward.

제2가이드 롤러(232)는 열가소성 수지 속에서, 제1가이드 롤러(231)를 통과한 탄소섬유 다발(CF)을 안내한다. 제2가이드 롤러(232)는 하나 이상 구비될 수 있다. 이때, 제2가이드 롤러(232)는 열가소성 수지 내에 배치된다. 제2가이드 롤러(232)의 개수와 위치를 조절하여 탄소섬유 다발(CF)이 제2가이드 롤러(232)를 통과하는 경로를 조절한다. 경로가 길수록 함침시간을 더 길게 할 수 있다. 본 실시예에서는 2개로 구성된다.The second guide roller 232 guides the carbon fiber bundle CF passing through the first guide roller 231 in the thermoplastic resin. One or more second guide rollers 232 may be provided. At this time, the second guide roller 232 is disposed in the thermoplastic resin. The number and position of the second guide rollers 232 are adjusted to control the path through which the carbon fiber bundles CF pass through the second guide rollers 232 . The longer the path, the longer the impregnation time can be. In this embodiment, it consists of two.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제2가이드 롤러(232)는 외면 중앙 영역에 탄소섬유 다발(CF)이 지나가는 제2안내홈(G2)을 구비한다. 제2안내홈(G2)의 폭(d2)은 탄소섬유 다발(CF)의 폭보다 작게 형성된다. 제1가이드 롤러(231)를 통과한 탄소섬유 다발(CF)은 제2가이드 롤러(232)의 제2안내홈(G2)을 통과하는 동안 제2안내홈(G2)에 의해 탄소섬유 다발(CF)의 폭이 제한함으로써 좌우 양면에 제1가이드 롤러(231)의 제1안내홈(G1)보다 큰 압력이 가해져 열가소성 수지가 탄소섬유 다발(CF) 내부 깊숙이 함침될 수 있다.As shown in FIG. 3(b), the second guide roller 232 has a second guide groove G2 through which the carbon fiber bundle CF passes in the central region of the outer surface. The width d2 of the second guide groove G2 is smaller than the width of the carbon fiber bundle CF. The carbon fiber bundle CF passing through the first guide roller 231 passes through the second guide groove G2 of the second guide roller 232 by the second guide groove G2. ) By limiting the width, a pressure greater than that of the first guide groove G1 of the first guide roller 231 is applied to both left and right sides, so that the thermoplastic resin can be deeply impregnated into the carbon fiber bundle CF.

한 쌍의 압축 롤러(233)는 제2가이드 롤러(232)를 통과한 탄소섬유 다발(CF)을 상하 방향으로 압축한다. 한 쌍의 압축 롤러(233)는 하나 이상 구비될 수 있다. 압축 롤러(233)는 열가소성 수지 내에 배치될 수도 있고, 열가소성 수지 밖에 배치될 수도 있다. 본 실시예에서는 한 쌍의 압축 롤러(233) 1개가 구비된다.The pair of compression rollers 233 compress the carbon fiber bundle CF passing through the second guide roller 232 in the vertical direction. One or more pairs of compression rollers 233 may be provided. The compression roller 233 may be disposed within the thermoplastic resin or may be disposed outside the thermoplastic resin. In this embodiment, one pair of compression rollers 233 are provided.

도 3(c)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 압축 롤러(233) 사이로 탄소섬유 다발(CF)이 통과한다. 압축 롤러(233)를 통과하는 동안, 제1가이드 롤러(231) 및 제2가이드 롤러(232)에 의해 좌우 방향으로 압축된 탄소섬유 다발(CF)을 상하 방향으로 압축하여 열가소성 수지가 탄소섬유 다발(CF) 내부 구석구석까지 균일하게 함침될 수 있다.As shown in FIG. 3(c), the carbon fiber bundle CF passes between the pair of compression rollers 233. While passing through the compression roller 233, the carbon fiber bundle (CF) compressed in the left and right directions by the first guide roller 231 and the second guide roller 232 is compressed in the vertical direction so that the thermoplastic resin is formed into the carbon fiber bundle. (CF) It can be uniformly impregnated to every corner of the interior.

제3가이드 롤러(234)는 압축 롤러(233)를 통과한 탄소섬유 다발(CF)을 수지 함침조(210)의 진출구(212)로 안내한다. 제3가이드 롤러(234)는 하나 이상 구비될 수 있다. 이때, 제3가이드 롤러(234)의 적어도 하나는 열가소성 수지 내에 배치된다. 본 실시예에서는 2개로 구성된다. 하나는 열가소성 수지가 채워진 하부에 위치된다. 다른 하나는 진출구(212) 근처에 위치되어 열가소성 수지가 함침된 탄소섬유 다발(CF)을 진출구(212)로 안내한다.The third guide roller 234 guides the carbon fiber bundle CF passing through the compression roller 233 to the exit 212 of the resin impregnation tank 210 . One or more third guide rollers 234 may be provided. At this time, at least one of the third guide rollers 234 is disposed in the thermoplastic resin. In this embodiment, it consists of two. One is located at the bottom filled with thermoplastic resin. The other is located near the exit port 212 and guides the carbon fiber bundle (CF) impregnated with the thermoplastic resin to the exit port 212 .

도 3(d)에 도시된 바와 같이, 제3가이드 롤러(234)는 외면 중앙 영역에 탄소섬유 다발(CF)이 지나가는 제3안내홈(G3)을 구비한다. 제3안내홈(G3)의 폭(d3)은 탄소섬유 다발(CF)의 폭보다 작게 형성된다. 압축 롤러(233)에 의해 상하 방향으로 압축된 탄소섬유 다발(CF)은 열가소성 수지를 지나 제3가이드 롤러(234)의 제3안내홈(G3)을 통과하는 동안 제3안내홈(G3)에 의해 탄소섬유 다발(CF)의 폭을 다시 제한함으로써 좌우 양면에 압력이 가해져 원형으로 말리면서 외면에 추가적으로 묻은 열가소성 수지가 탄소섬유 다발(CF) 사이사이로 다시 함침될 수 있다.As shown in FIG. 3(d), the third guide roller 234 has a third guide groove G3 through which the carbon fiber bundle CF passes in the central region of the outer surface. The width d3 of the third guide groove G3 is smaller than the width of the carbon fiber bundle CF. The carbon fiber bundle CF compressed in the vertical direction by the compression roller 233 passes through the thermoplastic resin and passes through the third guide groove G3 of the third guide roller 234 to the third guide groove G3. By limiting the width of the carbon fiber bundles (CF) again, pressure is applied to both left and right sides of the carbon fiber bundles (CF) so that the thermoplastic resin additionally deposited on the outer surface can be impregnated again between the carbon fiber bundles (CF) while being rolled in a circular shape.

이와 같이, 롤러부(230)를 구성하는 제1가이드 롤러(231), 제2가이드 롤러(232), 압축 롤러(233), 제3가이드 롤러(234)의 개수 및 위치, 제1안내홈(G1), 제2안내홈(G2), 제3안내홈(G3)의 폭(d1, d2, d3)을 조절하여, 탄소섬유 다발(CF) 내부 구석구석까지 열가소성 수지를 균일하게 함침시킬 수 있다.As such, the number and position of the first guide roller 231, the second guide roller 232, the compression roller 233, and the third guide roller 234 constituting the roller unit 230, the first guide groove ( By adjusting the widths (d1, d2, d3) of the G1), the second guide groove G2, and the third guide groove G3, the thermoplastic resin can be uniformly impregnated to every corner of the carbon fiber bundle CF. .

[와인딩유닛][winding unit]

와인딩유닛(300)은 열가소성 수지를 함침시킨 탄소섬유 다발(CF)을 이격시켜 일정한 속도로 감는다. 감긴 상태로 열가소성 수지를 경화시킨다. 그러면, 열가소성 스트랜드가 제조된다.The winding unit 300 separates the carbon fiber bundles (CF) impregnated with a thermoplastic resin and winds them at a constant speed. The thermoplastic resin is cured in a wound state. A thermoplastic strand is then produced.

도 4에 도시된 바와 같이, 와인딩유닛(300)은 회전거치대(310), 회전구동부(320), 수평이동부(330)로 구성된다.As shown in FIG. 4 , the winding unit 300 includes a rotary holder 310 , a rotary drive unit 320 , and a horizontal moving unit 330 .

회전거치대Rotating Cradle

회전거치대(310)는 열가소성 수지가 함침된 탄소섬유 다발(CF)이 이격되어 감긴다. In the rotating cradle 310, a carbon fiber bundle (CF) impregnated with a thermoplastic resin is spaced apart and wound.

회전거치대(310)는 한 쌍의 수평바(311)와 한 쌍의 수직바(312)로 구성된다. The rotating cradle 310 is composed of a pair of horizontal bars 311 and a pair of vertical bars 312.

한 쌍의 수평바(311)는 서로 일정 간격을 두고 마주하여 위치되며, 탄소섬유 다발(CF)이 이격되어 감긴다.A pair of horizontal bars 311 are positioned facing each other at regular intervals, and the carbon fiber bundles (CF) are spaced apart and wound.

한 쌍의 수직바(312)는 한 쌍의 수평바(311)의 양 단부를 연결한다. 어느 하나의 수직바(312)의 중앙영역에는 회전구동부(320)와 결합되는 회전축(R)이 형성된다. 회전축(R)은 수직바(312)에 탈부착이 용이하도록 체결부재에 의해 착탈가능하게 조립된다. 따라서, 탄소섬유 다발(CF)이 수평바(311)의 길이에 걸쳐 모두 감긴 회전거치대(310)는 회전축(R)으로부터 분리되어 새로운 회전거치대(310)로 교체가 가능하다.The pair of vertical bars 312 connect both ends of the pair of horizontal bars 311 . A rotation shaft R coupled to the rotation drive unit 320 is formed in the central region of any one of the vertical bars 312 . The rotating shaft (R) is detachably assembled to the vertical bar 312 by a fastening member so as to be easily detachable. Therefore, the rotating cradle 310 in which the carbon fiber bundles CF are all wound over the length of the horizontal bar 311 is separated from the rotating shaft R and can be replaced with a new rotating cradle 310.

회전구동부rotary drive unit

회전구동부(320)는 회전거치대(310)를 일정한 속도로 회전시킨다. The rotary drive unit 320 rotates the rotary cradle 310 at a constant speed.

회전구동부(320)는 제1모터(321), 구동풀리(322), 종동풀리(323), 벨트(324)로 구성된다.The rotary drive unit 320 is composed of a first motor 321, a drive pulley 322, a driven pulley 323, and a belt 324.

제1모터(321)는 회전거치대(310)를 감김 방향으로 회전 구동시키는 구동력을 제공한다. 구동풀리(322)는 제1모터(321)의 구동축에 결합된다. 종동풀리(323)는 회전거치대(310)의 수직바(312)에 형성된 회전축(R)에 결합된다. 벨트(324)는 구동풀리(322)와 종동풀리(323)를 연결한다. 벨트(324)는 회전거치대(310)의 회전속도를 일정하게 유지할 수 있도록 타이밍 벨트로 구비되는 것이 바람직하다.The first motor 321 provides a driving force for rotationally driving the rotation holder 310 in the winding direction. The driving pulley 322 is coupled to the driving shaft of the first motor 321 . The driven pulley 323 is coupled to the rotation shaft R formed on the vertical bar 312 of the rotation support 310. The belt 324 connects the driving pulley 322 and the driven pulley 323. The belt 324 is preferably provided as a timing belt to keep the rotational speed of the rotation support 310 constant.

수평이동부horizontal moving part

수평이동부(330)는 회전거치대(310)를 수평으로 왕복 이동시킨다.The horizontal movement unit 330 horizontally reciprocates the rotary cradle 310.

수평이동부(330)는 베이스판(331), 이동판(332), 엘엠가이드(333), 슬라이더(334), 제2모터(335), 볼스크류(336)로 구성된다.The horizontal moving unit 330 is composed of a base plate 331, a moving plate 332, an LM guide 333, a slider 334, a second motor 335, and a ball screw 336.

베이스판(331)은 수평이동부(330)를 지지한다. 이동판(332)은 상부에 회전구동부(320)가 장착된다. 회전구동부(320)는 회전거치대(310)와 결합되어 있으므로, 이동판(332)의 왕복 이동에 의해 회전거치대(310)가 수평으로 왕복 이동된다. 엘엠가이드(333)는 베이스판(331) 위에 결합된다. 본 실시예에서는 두 개의 엘엠가이드(333)가 구비된다. 두 개의 엘엠가이드(333)는 볼스크류(336)의 양 쪽에 각각 위치된다. 슬라이더(334)는 이동판(332)의 하부에 결합되어, 엘엠가이드(333)를 따라 활주이동하다. 제2모터(335)는 이동판(332)을 수평으로 왕복 이동시키는 구동력을 제공한다. 볼스크류(336)는 이동판(332)의 하부에 결합되어, 제2모터(335)의 정, 역회전에 따라 이동판(332)을 수평으로 왕복 이동시킨다.The base plate 331 supports the horizontal moving part 330 . The rotation drive unit 320 is mounted on the top of the moving plate 332 . Since the rotary driving unit 320 is coupled to the rotary cradle 310, the rotary cradle 310 is reciprocally moved horizontally by the reciprocating movement of the moving plate 332. The LM guide 333 is coupled to the base plate 331 . In this embodiment, two LM guides 333 are provided. Two LM guides 333 are located on both sides of the ball screw 336, respectively. The slider 334 is coupled to the lower portion of the moving plate 332 and slides along the LLM guide 333. The second motor 335 provides a driving force for reciprocating the moving plate 332 horizontally. The ball screw 336 is coupled to the lower portion of the moving plate 332 and reciprocates the moving plate 332 horizontally according to forward and reverse rotation of the second motor 335 .

[장력유지유닛][Tension maintenance unit]

장력유지유닛(400)은 탄소섬유 공급유닛(100)과 수지 함침유닛(200) 사이에 위치된다. 장력유지유닛(400)은 두 개의 수직바(410)로 구성된다. 탄소섬유 다발(CF)은 두 개의 수직바(410) 사이를 '에스(S)'자 형태로 통과한다. 즉, 탄소섬유 공급유닛(100)로부터 공급된 탄소섬유 다발(CF)은 한 개의 수직바(410)에 반바퀴 감기고, 다른 한 개의 수직바(410)에 반대 방향으로 반바퀴 감기며 수지 함침유닛(200)로 이동한다. 이로 인해, 자칫 탄소섬유 공급유닛(100)로부터 과도하게 풀릴 수 있는 탄소섬유 다발(CF)에 텐션(Tension)을 주어 탄소섬유 공급유닛(100)과 수지 함침유닛(200) 사이에서 탄소섬유 다발(CF)이 쳐지지 않는다.The tension maintaining unit 400 is located between the carbon fiber supply unit 100 and the resin impregnation unit 200. The tension maintaining unit 400 is composed of two vertical bars 410. The carbon fiber bundle (CF) passes between the two vertical bars 410 in an 'S' shape. That is, the carbon fiber bundle (CF) supplied from the carbon fiber supply unit 100 is wound half a turn around one vertical bar 410 and half a turn around the other vertical bar 410 in the opposite direction to the resin impregnation unit. Go to (200). Due to this, tension is given to the carbon fiber bundle (CF), which may be excessively released from the carbon fiber supply unit 100, so that the carbon fiber bundle ( CF) is not hit.

1: 열가소성 스트랜드 제조장치
100: 탄소섬유 공급유닛 200: 수지 함침유닛
210: 수지 함침조 220: 상부 커버
230: 롤러부 300: 와인딩유닛
310: 회전거치대 320: 회전구동부
330: 수평이동부 400: 장력유지유닛
CF: 탄소섬유 다발1: Thermoplastic strand manufacturing device
100: carbon fiber supply unit 200: resin impregnation unit
210: resin impregnation tank 220: upper cover
230: roller unit 300: winding unit
310: rotation cradle 320: rotation drive unit
330: horizontal moving unit 400: tension maintaining unit
CF: carbon fiber bundle

Claims (5)

탄소섬유 다발을 연속 공급하는 탄소섬유 공급유닛;
고체상의 열가소성 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 탄소섬유 공급유닛으로부터 공급된 상기 탄소섬유 다발을 용융된 열가소성 수지 속에 통과시켜 상기 탄소섬유 다발에 열가소성 수지를 함침시키는 수지 함침유닛; 및
상기 열가소성 수지를 함침시킨 상기 탄소섬유 다발을 이격시켜 일정한 속도로 감아, 감긴 상태로 상기 열가소성 수지를 경화시키는 와인딩유닛을 포함하며,
상기 수지 함침유닛은,
내면에 면상발열체가 설치되며, 상부 좌우면에 상기 탄소섬유 다발이 진출입하는 진입구와 진출구를 각각 구비하고, 상면이 개방된 수지 함침조;
상기 수지 함침조의 상면을 개폐하는 상부 커버; 및
상기 수지 함침조의 내부에 위치되며, 상기 탄소섬유 다발이 용융된 상기 열가소성 수지에 침지되고 상기 탄소섬유 다발 내부로 상기 열가소성 수지가 균일하게 함침되도록 상기 탄소섬유 다발을 안내 및 압축하는 롤러부를 포함하며,
상기 롤러부는 상기 탄소섬유 다발이 차례로 지나가는, 제1가이드 롤러, 제2가이드 롤러, 한 쌍의 압축 롤러, 제3가이드 롤러로 구성되며,
상기 제1가이드 롤러는 외면 중앙 영역에 상기 탄소섬유 다발이 지나가는 제1안내홈을 구비하며,
상기 제2가이드 롤러는 외면 중앙 영역에 상기 제1안내홈을 통과한 상기 탄소섬유 다발이 지나가는 제2안내홈을 구비하며,
상기 한 쌍의 압축 롤러는 상기 제2안내홈을 통과한 상기 탄소섬유 다발을 상하 방향으로 압축하며,
상기 제3가이드 롤러는 외면 중앙 영역에 상기 한 쌍의 압축 롤러에 의해 상하 방향으로 압축된 상기 탄소섬유 다발이 지나가는 제3안내홈을 구비하며,
상기 탄소섬유 다발이 지나가는 경로의 길이를 조절하기 위해, 상기 제2가이드 롤러의 개수 및 위치가 조절되고,
상기 탄소섬유 다발의 좌우 양면에 가해지는 압력을 조절하기 위해, 상기 제1안내홈의 폭, 상기 제2안내홈의 폭, 상기 제3안내홈의 폭이 조절되고,
상기 탄소섬유 다발의 상하 방향으로 가해지는 압력을 조절하기 위해, 상기 한 쌍의 압축 롤러의 개수 및 위치가 조절되며,
상기 제1안내홈의 폭은 상기 탄소섬유 다발의 폭에 상응하며,
상기 제2안내홈은 상기 제1안내홈을 통과한 상기 탄소섬유 다발이 지나가면서 폭 방향으로 압축되게, 상기 탄소섬유 다발의 폭 보다 작은 폭을 가지며,
상기 제3안내홈은 상기 한 쌍의 압축 롤러를 통과한 상기 탄소섬유 다발이 지나가면서 좌우 양면에 가해지는 압력에 의해 원형으로 말리도록, 상기 탄소섬유 다발의 폭 보다 작은 폭을 가진 것을 특징으로 하는 열가소성 스트랜드 제조장치.a carbon fiber supply unit that continuously supplies carbon fiber bundles;
A resin impregnation unit for heating and melting the solid thermoplastic resin and impregnating the carbon fiber bundle with the thermoplastic resin by passing the carbon fiber bundle supplied from the carbon fiber supply unit into the molten thermoplastic resin; and
A winding unit that separates the carbon fiber bundles impregnated with the thermoplastic resin, winds them at a constant speed, and cures the thermoplastic resin in a wound state;
The resin impregnation unit,
a resin impregnating tank having a planar heating element installed on the inner surface, having an entrance and an exit through which the carbon fiber bundle enters and exits on the upper left and right surfaces, and having an open upper surface;
an upper cover opening and closing the upper surface of the resin impregnation tank; and
A roller unit located inside the resin impregnation tank, guiding and compressing the carbon fiber bundles so that the carbon fiber bundles are immersed in the melted thermoplastic resin and uniformly impregnated with the thermoplastic resin into the carbon fiber bundles,
The roller unit is composed of a first guide roller, a second guide roller, a pair of compression rollers, and a third guide roller through which the carbon fiber bundle passes in order,
The first guide roller has a first guide groove through which the carbon fiber bundle passes in a central region of an outer surface,
The second guide roller has a second guide groove in a central region of an outer surface through which the carbon fiber bundle passing through the first guide groove passes,
The pair of compression rollers compress the carbon fiber bundle passing through the second guide groove in the vertical direction,
The third guide roller has a third guide groove in a central region of an outer surface through which the carbon fiber bundle compressed in the vertical direction by the pair of compression rollers passes;
In order to adjust the length of the path through which the carbon fiber bundle passes, the number and position of the second guide rollers are adjusted,
In order to adjust the pressure applied to the left and right sides of the carbon fiber bundle, the width of the first guide groove, the width of the second guide groove, and the width of the third guide groove are adjusted,
In order to control the pressure applied in the vertical direction of the carbon fiber bundle, the number and position of the pair of compression rollers are adjusted,
The width of the first guide groove corresponds to the width of the carbon fiber bundle,
The second guide groove has a width smaller than the width of the carbon fiber bundle so that the carbon fiber bundle passing through the first guide groove is compressed in the width direction,
The third guide groove is characterized in that it has a width smaller than the width of the carbon fiber bundle so that the carbon fiber bundle passing through the pair of compression rollers is circularly rolled by the pressure applied to the left and right sides as it passes. Thermoplastic strand manufacturing equipment. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄소섬유 공급유닛과 상기 수지 함침유닛 사이에, 상기 탄소섬유 공급유닛으로부터 공급되는 상기 탄소섬유 다발에 장력을 유지하기 위한 장력유지유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 스트랜드 제조장치.According to claim 1,
Between the carbon fiber supply unit and the resin impregnation unit, the thermoplastic strand manufacturing apparatus characterized in that it further comprises a tension holding unit for maintaining tension in the carbon fiber bundle supplied from the carbon fiber supply unit. 제1항에 있어서, 상기 와인딩유닛은,
상기 열가소성 수지가 함침된 상기 탄소섬유 다발이 이격되어 감기는 회전거치대;
상기 회전거치대를 회전시키는 회전구동부; 및
상기 회전거치대를 수평으로 왕복 이동시키는 수평이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 스트랜드 제조장치.The method of claim 1, wherein the winding unit,
a rotating cradle on which the carbon fiber bundle impregnated with the thermoplastic resin is spaced apart and wound;
a rotation drive unit for rotating the rotation cradle; and
Thermoplastic strand manufacturing apparatus, characterized in that it comprises a horizontal movement for reciprocating the rotation cradle horizontally. 제4항에 있어서, 상기 회전거치대는,
서로 일정 간격을 두고 마주하며, 상기 탄소섬유 다발이 감기는 한 쌍의 수평바; 및
상기 한 쌍의 수평바의 양 단부를 연결하는 한 쌍의 수직바를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 스트랜드 제조장치.The method of claim 4, wherein the rotation mount,
A pair of horizontal bars facing each other at regular intervals and around which the carbon fiber bundle is wound; and
Thermoplastic strand manufacturing apparatus comprising a pair of vertical bars connecting both ends of the pair of horizontal bars.
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