KR102502735B1 - Device for manufacturing carbon wear ring molded body - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와인딩유닛이 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 설정된 두께만큼 적층하여 탄소웨어링을 제조한다. 본 발명을 사용하면, 탄소-탄소 복합재 웨어링을 제조하기 위한, 성형장비, 함침장비, 열처리장비, 탄화장비 등 여러 가지 고가의 장비가 필요 없으며, 웨어링의 제조단가를 청동 웨어링 만큼 낮출 수 있다.In the present invention, the winding unit manufactures a carbon wear ring by continuously winding carbon fiber prepregs made of carbon fiber fabric and thermosetting resin on a cylindrical mandrel and stacking them to a set thickness. Using the present invention, various expensive equipment such as molding equipment, impregnation equipment, heat treatment equipment, and carbonization equipment for manufacturing a carbon-carbon composite wear ring is not required, and the manufacturing cost of the wear ring can be reduced to that of a bronze wear ring.
Description
본 발명은 탄소웨어링 성형체 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a carbon wearing molded body.
양. 배수장에는 배수나 급수를 위한 펌프가 설치된다. sheep. A pump for draining or supplying water is installed in the drainage well.
양. 배수장에 설치되는 펌프 중 하나인 수중 축류 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이, 케이스(2), 모터(3), 축(4), 임펠러(5), 웨어링(8)으로 구성된다. sheep. As shown in FIG. 1, the submersible axial flow pump, which is one of the pumps installed in the drainage field, is composed of a
밀폐된 케이스 내부에 모터(3)와 임펠러(5)가 동축선상에서 축(4)으로 연결되고, 모터(3)가 축(4)을 회전시켜 임펠러(5)를 회전시킨다. Inside the sealed case, the
웨어링(8)은 축(4)을 지지한다. 웨어링(8)은 임펠러 웨어링(6)과 케이스 웨어링(7)으로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 임펠러 웨어링(6)은 임펠러(5)의 외주면에 설치되고, 케이스 웨어링(7)은 케이스(2)의 내주면에 설치된다. 케이스 웨어링(7)이 정지된 상태에서, 임펠러 웨어링(6)이 임펠러(5)와 함께 회전한다.A wear ring (8) supports the shaft (4). The
종래에는 웨어링(8)을 청동으로 만들었다. 이로 인해, 주기적으로 마모된 웨어링(8)을 갈아야 했고, 이를 위해, 펌프 가동을 일시적으로 중단해야 했다.Conventionally, the
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 한국등록특허(10-1572913)에 개시된 바와 같은, 탄소-탄소 복합재 웨어링을 개발하였다.In order to solve this problem, the present applicant has developed a carbon-carbon composite wear ring, as disclosed in Korean Registered Patent (10-1572913).
그러나, 이러한 탄소-탄소 복합재 웨어링을 제조하기 위해서, 성형장비, 함침장비, 열처리장비, 탄화장비 등 여러 가지 고가의 장비가 필요하여, 웨어링의 제조단가를 청동 웨어링 만큼 낮추기 어려웠다.However, in order to manufacture such a carbon-carbon composite wear ring, various expensive equipment such as molding equipment, impregnation equipment, heat treatment equipment, and carbonization equipment are required, making it difficult to reduce the manufacturing cost of the wear ring to the level of a bronze wear ring.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 탄소웨어링 성형체 제조장치를 제공하는 데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a carbon wear ring molded body manufacturing apparatus.
상기 목적을 달성하기 위한 탄소웨어링 성형체 제조장치는,An apparatus for manufacturing a carbon wearing molded body to achieve the above object,
탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형으로 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼을 만드는 와인딩유닛;A winding unit that continuously winds and laminates carbon fiber prepregs made of carbon fiber fabric and thermosetting resin into a cylindrical shape and then cuts them to make a carbon wearing preform;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 압축성형하는 성형유닛;a molding unit for compression molding the carbon wearing preform by applying heat and pressure;
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 가공유닛;a processing unit for processing the shape of the carbon wear ring preform;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 함침유닛; 및an impregnation unit for densifying the carbon wear ring preform by impregnating and curing the carbon wear ring preform in a thermosetting resin; and
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 표면처리유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a surface treatment unit for surface treatment of the carbon wearing preform.
본 발명은 와인딩유닛이 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 원통형 맨드렐에 연속적으로 와인딩하여 설정된 두께만큼 적층하여 탄소웨어링을 제조한다. 이로 인해, 기존 청동으로 만든 제품과 달리 탄소복합재의 우수한 내마모성, 낮은 마찰계수 및 열팽창계수 특성으로 펌프를 장시간 사용해도 내구성, 소음 및 진동, 소비전력 등을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 탄소섬유 프리프레그를 와인딩하는 횟수에 따라 두께 조절이 가능하므로 다양한 두께의 탄소웨어링을 제조할 수 있다. 따라서, 제조비용이 절감되고 생산성이 향상될 수 있다.In the present invention, the winding unit manufactures a carbon wear ring by continuously winding carbon fiber prepregs made of carbon fiber fabric and thermosetting resin on a cylindrical mandrel and stacking them to a set thickness. As a result, unlike products made of existing bronze, the excellent wear resistance, low friction coefficient and thermal expansion coefficient of the carbon composite material can dramatically reduce durability, noise and vibration, and power consumption even when the pump is used for a long time. In addition, since the thickness can be adjusted according to the number of times of winding the carbon fiber prepreg, carbon wear rings of various thicknesses can be manufactured. Thus, manufacturing costs can be reduced and productivity can be improved.
본 발명은 와인딩유닛이 탄소섬유 프리프레그를 와인딩하여 탄소웨어링 프리폼을 만든 후, 함침유닛을 통해 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침시켜 탄소웨어링의 밀도를 향상시킨다. 이때, 열경화성 수지에 다양한 기능의 첨가제를 혼합하여 탄소웨어링의 경도, 강도, 자기 윤활성 등을 향상시켜 내마모성을 향상시킴으로써, 탄소웨어링의 수명을 연장시킨다.In the present invention, after the winding unit winds the carbon fiber prepreg to make the carbon wear ring preform, the carbon wear ring preform is impregnated with the thermosetting resin through the impregnation unit to improve the density of the carbon wear ring. At this time, the wear resistance is improved by mixing additives having various functions with the thermosetting resin to improve hardness, strength, self-lubrication, etc. of the carbon wear ring, thereby extending the life of the carbon wear ring.
본 발명은 와인딩유닛이 첨가제 분사부를 구비하여, 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 각 층마다 다른 종류의 첨가제를 분사하여 탄소웨어링을 제조한다. 예를 들어, 임펠러웨어링과 케이스웨어링을 만드는 경우, 회전 마찰면에는 강도, 경도가 좋을 뿐만 아니라 자기 윤활성이 있어 마찰에 강한 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 분사하고, 나머지 층들은 전달되는 회전력과 충격력을 완충할 수 있도록 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 첨가제로 분사한다. 이로 인해, 내마모성이 극대화된 탄소웨어링을 제조할 수 있다.In the present invention, the winding unit has an additive spraying unit, and when winding the carbon fiber prepreg, different types of additives are sprayed for each layer to manufacture the carbon wearing ring. For example, when making impeller wear rings and case wear rings, the rotating friction surface has good strength and hardness as well as self-lubricating properties, so any one of graphite powder, graphene, carbon nanotubes, or a mixture thereof, which is resistant to friction, is used as an additive. The remaining layers are sprayed with metal powder made of any one of copper (Cu), silver (Ag), and metal silicon (Si) or a mixture thereof as an additive so that the remaining layers can buffer the transmitted rotational force and impact force. Due to this, it is possible to manufacture a carbon wear ring with maximized wear resistance.
본 발명을 사용하면, 탄소-탄소 복합재 웨어링을 제조하기 위한, 성형장비, 함침장비, 열처리장비, 탄화장비 등 여러 가지 고가의 장비가 필요 없으며, 웨어링의 제조단가를 청동 웨어링 만큼 낮출 수 있다.Using the present invention, various expensive equipment such as molding equipment, impregnation equipment, heat treatment equipment, and carbonization equipment for manufacturing a carbon-carbon composite wear ring is not required, and the manufacturing cost of the wear ring can be reduced to that of a bronze wear ring.
도 1은 수중 축류 펌프를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 임펠러웨어링과 케이스웨어링의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소웨어링 성형체 제조장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 와인딩유닛을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 성형유닛에 의해 탄소웨어링 프리폼이 압축성형되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6(a)는 성형유닛이 오토클레이브 장치인 경우를 나타낸 도면이고, 도 6(a)는 성형유닛이 진공백 장치인 경우를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 함침유닛을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소웨어링 성형체 제조장치의 함침유닛을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 함침유닛으로 첨가제가 혼합된 열경화성 수지가 함침된 탄소웨어링 프리폼을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 탄소웨어링 성형체 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 첨가제 분사부에 의해 첨가제가 분사된 탄소웨어링 프리폼을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a submersible axial flow pump.
2 is a plan view of an impeller wear ring and a case wear ring shown in FIG. 1;
3 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for manufacturing a carbon wearing molded article according to a first embodiment of the present invention.
4 is a view showing the winding unit shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a view showing how a carbon wearing preform is compression molded by the molding unit shown in FIG. 3 .
Figure 6 (a) is a view showing the case where the molding unit is an autoclave device, Figure 6 (a) is a view showing the case where the molding unit is a vacuum bag device.
7 is a view showing the impregnation unit shown in FIG.
8 is a view showing an impregnation unit of an apparatus for manufacturing a carbon wearing molded body according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view showing a carbon wearing preform impregnated with a thermosetting resin in which additives are mixed with the impregnation unit shown in FIG. 8 .
10 is a view showing an apparatus for manufacturing a carbon wearing molded article according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a view showing a carbon wearing preform to which additives are sprayed by the additive spraying unit shown in FIG. 10 .
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소웨어링 성형체 제조장치 제조장치를 자세히 설명한다. Hereinafter, the manufacturing apparatus for manufacturing a molded body for carbon wearing rings according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소웨어링 성형체 제조장치는, 와인딩유닛(100A), 성형유닛(200), 가공유닛(300), 함침유닛(400), 표면처리유닛(500)으로 구성된다.As shown in FIG. 3, the carbon wear ring molded body manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a
[와인딩유닛(100A)][Winding unit (100A)]
와인딩유닛(100A)은 탄소섬유직물과 열경화성 수지로 이루어진 탄소섬유 프리프레그(carbon fiber prepreg)(CP1)를 원통형으로 연속적으로 와인딩하여 적층한 후 절단하여 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 만든다. The
탄소섬유 프리프레그(CP1)는 탄소섬유직물에 열경화성 수지가 미리 함침된 중간재이다. 탄소섬유직물은 탄소섬유들이 일방향으로 배열되거나 교차되어 만들어진다. 열경화성 수지로는 페놀 수지가 사용된다. 탄소섬유 프리프레그(CP1)는 탄소섬유 다발을 열경화성 수지에 함침시킨 후 경화시켜 만들어진다.Carbon fiber prepreg (CP1) is an intermediate material in which a carbon fiber fabric is impregnated with a thermosetting resin in advance. Carbon fiber fabrics are made by arranging or crossing carbon fibers in one direction. A phenolic resin is used as the thermosetting resin. Carbon fiber prepreg (CP1) is made by impregnating a carbon fiber bundle with a thermosetting resin and then curing it.
도 4에 도시된 바와 같이, 와인딩유닛(100A)은 공급부(110), 와인딩부(120), 가열부(130), 커팅부(140), 지지부(150)로 구성된다. As shown in FIG. 4 , the
공급부(110)는 보빈에 감긴 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 공급한다. 공급부(110)로부터 공급된 탄소섬유 프리프레그(CP1)는 가이드롤러(GR)에 의해 일정한 장력을 유지하며 안내된다.The
와인딩부(120)는 공급부(110)로부터 공급되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 일정한 장력으로 당기며 원통형으로 연속적으로 와인딩하여 설정된 두께로 적층한다. 와인딩부(120)는 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 원통형으로 연속적으로 와인딩되는 원통형 맨드렐(121)과, 원통형 맨드렐(121)을 회전시키며 공급부(110)로부터 공급되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 일정한 장력으로 당기는 회전구동부(122)로 구성된다. 원통형 맨드렐(121)의 표면에는 이형제가 균일하게 도포된다. 이형제는 완성된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 원통형 맨드렐(121)로부터 쉽게 분리할 수 있게 하기 위한 것으로, 일반 실리콘 계열의 윤활유를 사용할 수 있다. The
가열부(130)는 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 원통형 맨드렐(121)에 와인딩할 때, 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면을 가열한다. 가열부(130)는 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면에 열풍을 가한다. 열풍을 가하면, 탄소섬유 프리프레그(CP1)에 함침된 수지에 열이 전달되어 점성이 커져 탄소섬유 프리프레그(CP1) 간의 접착력을 높일 수 있다. The
커팅부(140)는 와인딩부(120)의 상부에 위치되며, 연속 공급되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 절단한다. 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 설정된 두께만큼 적층되면, 커팅부(140)가 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 절단하고, 탄소웨어링 프리폼(CP2)이 만들어진다. 커팅부(140)가 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 절단할 때, 지지부(150)가 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 눌러준다. The
[성형유닛(200)][Forming unit 200]
도 5에 도시된 바와 같이, 성형유닛(200)은 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 여러 겹 적층되어 형성된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열과 압력을 가해 압축성형한다. 와인딩유닛(100A)이 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 장력에 의해 와인딩하더라도 압축되는 힘이 약하기 때문에 성형유닛(200)이 탄소섬유 프리프레그(CP1)로부터 형성된 탄소웨어링 프리폼(CP2)에 대해 추가적으로 압축성형을 수행한다.As shown in FIG. 5, the
탄소웨어링 프리폼(CP2)을 압축성형하기 위한 성형유닛(200)은, 6(a)에 도시된 바와 같이, 오토클레이브(autoclave) 장치일 수 있다. 오토클레이브 장치(200A)는 원통형 맨드렐(121)에 감긴 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 받침대(210) 위에 올려놓고 가열 및 진공 가압하여 압축한다. 오토클레이브 장치(200A)를 이용하여 적층된 탄소섬유 프리프레그(CP1)들 사이의 내부 진공을 유지하면, 내부에 있는 열경화성 수지로부터 발생되는 휘발성분이 제거되고, 여러 겹의 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 서로 접합될 때 기포가 제거되어, 치밀하게 접합된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 얻을 수 있다.The
또는, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 압축성형하기 위한 성형유닛(200)은, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 진공백(vacuum bag) 장치(200B)일 수 있다. 진공백 장치(200B)는 진공백(F)과 진공펌프(P)로 구성된다. 원통형 맨드렐(121)에 감긴 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 진공백(F)에 넣고 진공펌프(P)로 내부 공기를 빼내어 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 압축한다. Alternatively, the
[가공유닛(300)][Processing unit 300]
가공유닛(300)은 압축성형을 마치고 원통형 맨드렐(121)로부터 분리된 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 형상을 가공한다. 가공유닛(300)은 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 설정된 폭으로 절단하고, 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 내주면과 외주면을 매끄럽게 가공한다. 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 내주면과 외주면은 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 시작부분과 끝부분이 돌출된다. 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 내주면과 외주면에 형성된 이 돌출부분을 제거하여 내주면과 외주면을 매끄럽게 가공한다.The
[함침유닛(400)][Impregnation unit 400]
함침유닛(400)은 설정된 형상으로 가공된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열경화성 수지(R)에 함침시킨 후 경화시킨다. The
함침유닛(400)은 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열경화성 수지(R)에 함침시키는 함침부재(410)와, 열경화성 수지(R)가 함침된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 경화시키는 경화부재(미도시)로 구성된다. The
함침부재(410)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 열경화성 수지(R)가 채워진 함침챔버(411)에 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 넣고 가열하며, 진공가압부(412)로 진공 가압한다. 함침은, 불활성분위기, 대기압 이하의 압력, 700∼1000℃ 에서 이루어진다. 그러면, 탄소섬유직물 사이에 열경화성 수지(R)가 채워지지 않아 발생하는 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 미세 공극으로 열경화성 수지(R)가 채워져 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 밀도가 더 높아질 수 있다. As shown in FIG. 7 , the
함침 전 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 밀도는 1.3 ~ 1.5 g/cm3 정도이다. 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 열경화성 수지(R)에 함침시키게 되면, 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 밀도를 1.4 ~ 1.7 g/cm3로 더 높일 수 있다.The density of the carbon wear ring preform (CP2) before impregnation is about 1.3 to 1.5 g/cm 3 . When the carbon wearing preform CP2 is impregnated with the thermosetting resin R, the density of the carbon wearing preform CP2 can be further increased to 1.4 to 1.7 g/cm 3 .
한편, 간단하게 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 표면에만 열경화성 수지를 도포한 후, 열수축필름 혹은 열수축밴드를 감은 후, 오븐에 넣고 함침시킬 수 있는 함침유닛으로 변형할 수도 있다. 이렇게 함침유닛을 변형할 경우, 함침공정은 진공 또는 상압 분위기, 경화온도 150~200℃에서 진행된다. 이로 인해, 함침 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.Meanwhile, after simply applying a thermosetting resin only to the surface of the carbon wearing preform (CP2), after wrapping a heat shrink film or a heat shrink band, it may be transformed into an impregnation unit that can be impregnated by putting it in an oven. When the impregnation unit is modified in this way, the impregnation process is performed in a vacuum or normal pressure atmosphere and a curing temperature of 150 to 200 ° C. Due to this, it is possible to significantly reduce impregnation time and cost.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 함침부재(410)의 함침챔버(411)에 채워지는 열경화성 수지(R)에 첨가제(A)가 혼합될 수 있다. 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 첨가제(A)가 혼합된 열경화성 수지(R)에 함침시키면, 도 9에 도시된 바와 같이, 탄소섬유직물 사이에 첨가제(A)가 열경화성 수지(R)와 함께 채워진다. 첨가제(A)의 종류에 따라 완성되는 탄소웨어링의 성능이 향상될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 8 , the additive (A) may be mixed with the thermosetting resin (R) filled in the
첨가제(A)로는 금속분말, SiC 분말, 흑연분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 추가될 수 있다.As the additive (A), any one of metal powder, SiC powder, graphite powder, graphene, and carbon nanotubes or a mixture thereof may be added.
금속분말로는, 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 무른 금속에 속하는 구리, 은, 금속실리콘을 사용하면, 웨어링에 전달되는 회전력과 충격력을 완충할 수 있다. 금(Au)이나 백금(Pt)도 사용할 수도 있지만, 가격이 비싸다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 구리, 은, 금속실리콘을 사용하는 것이 바람직하다.As the metal powder, copper (Cu), silver (Ag), metal silicon (Si), or a mixture thereof may be used. If copper, silver, or metal silicon belonging to soft metals is used, rotational force and impact force transmitted to the wear ring can be buffered. Gold (Au) or platinum (Pt) can also be used, but has a problem in that the price is expensive. Therefore, it is preferable to use copper, silver, or metallic silicon.
또한, 금속분말로, 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 콜롬븀(Cb), 코발트(Co), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 세륨(Ce), 철(Fe) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 금속분말을 사용하면, 웨어링의 경도, 내마모성이 향상된다.In addition, as metal powder, carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), vanadium (V), molybdenum (Mo), tungsten (W), colombium (Cb), cobalt (Co), chromium (Cr) ), titanium (Ti), cerium (Ce), iron (Fe), any one or a mixture thereof may be used. The use of such a metal powder improves the hardness and wear resistance of the wear ring.
SiC 분말, 흑연가루, 그래핀, 탄소나노튜브 또한, 강도와 경도가 좋아 웨어링의 경도 및 내마모성을 향상시킨다. 특히, 흑연가루, 그래핀, 탄소나노튜브는 강도, 경도가 좋을 뿐만 아니라 자기 윤활성이 있어 마찰에 강하다. 따라서, 웨어링의 내마모성이 더 향상된다.SiC powder, graphite powder, graphene, and carbon nanotube also improve the hardness and wear resistance of the wear ring because of their good strength and hardness. In particular, graphite powder, graphene, and carbon nanotubes have good strength and hardness and are resistant to friction because of their self-lubricating properties. Therefore, the wear resistance of the wear ring is further improved.
경화부재(미도시)는 함침이 완료된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 120℃ - 200℃ 온도로 가열하여 경화시킨다. The curing member (not shown) is cured by heating the impregnated carbon wear ring preform (CP2) at a temperature of 120° C. to 200° C.
함침과 경화 과정은 반복적으로 실시됨으로써, 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 치밀하게 밀도화시킬 수 있다.By repeatedly performing the impregnation and curing processes, the carbon wearing preform CP2 can be densely densified.
한편, 간단하게 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 표면에만 첨가제(A)가 혼합된 열경화성 수지를 도포한 후, 열수축필름 혹은 열수축밴드를 감은 후, 오븐에 넣고 함침시킬 수 있는 함침유닛으로 변형할 수도 있다. 이렇게 함침유닛을 변형할 경우, 함침공정은 진공 또는 상압 분위기, 경화온도 150~200℃에서 진행된다. 이로 인해, 함침 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.On the other hand, after simply applying the thermosetting resin mixed with the additive (A) only on the surface of the carbon wearing preform (CP2), after wrapping the heat shrink film or heat shrink band, it can be transformed into an impregnation unit that can be impregnated by putting it in an oven. . When the impregnation unit is modified in this way, the impregnation process is performed in a vacuum or normal pressure atmosphere and a curing temperature of 150 to 200 ° C. Due to this, it is possible to significantly reduce impregnation time and cost.
[표면처리유닛(500)][Surface treatment unit 500]
표면처리유닛(500)은 밀도화된 탄소웨어링 프리폼(CP2)을 표면처리한다. 표면처리유닛(500)은 다이아몬드 연마기를 구비하여, 탄소웨어링 프리폼(CP2)의 표면을 매끄럽게 연마한다. The
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소웨어링 성형체 제조장치 제조장치를 자세히 설명한다. 도 3을 기본적으로 참조한다. Hereinafter, a manufacturing apparatus for manufacturing a molded body for carbon wear rings according to a second embodiment of the present invention will be described in detail. Figure 3 is basically referenced.
본 발명의 제2실시예에 따른 탄소웨어링 성형체 제조장치 제조장치는, 와인딩유닛(100B), 성형유닛(200), 가공유닛(300), 함침유닛(400), 표면처리유닛(500)으로 구성된다. 본 실시예는 제1실시예와 비교하여, 함침유닛(400)에서 열경화성 수지(R)에 첨가제(A)가 혼합되지 않고, 와인딩유닛(100B)이 첨가제(A)를 분사하는 첨가제 분사부(160)를 구비한다는 점에만 차이가 있다. 이하, 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.A carbon wearing molded body manufacturing apparatus manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention is composed of a winding unit (100B), a forming unit (200), a processing unit (300), an impregnation unit (400), and a surface treatment unit (500). do. Compared to the first embodiment, in this embodiment, the additive (A) is not mixed with the thermosetting resin (R) in the
[와인딩유닛(100B)][Winding unit (100B)]
도 10에 도시된 바와 같이, 와인딩유닛(100B)은 공급부(110), 와인딩부(120), 가열부(130), 커팅부(140), 지지부(150), 첨가제 분사부(160)로 구성된다. 공급부(110), 와인딩부(120), 가열부(130), 커팅부(140), 지지부(150)는 제1실시예의 와인딩유닛(100A)과 동일하므로, 자세한 설명을 생략한다. As shown in FIG. 10, the winding
첨가제 분사부(160)는 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 와인딩부(120)의 원통형 맨드렐(121)에 와인딩될 때, 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면에 첨가제(A)를 분사한다. 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 표면에 첨가제(A)가 분사되면, 겹쳐지는 탄소섬유 프리프레그(CP1) 사이사이로 첨가제(A)가 들러붙게 된다. 첨가제(A)의 종류에 따라 완성되는 탄소웨어링의 성능이 향상될 수 있다. When the carbon fiber prepreg CP1 is wound around the
첨가제 분사부(160)는 탄소섬유 프리프레그(CP1)가 와인딩될 때, 와인딩되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 층마다 다른 종류의 첨가제(A)를 분사한다. 이렇게 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 층 마다 다른 종류의 첨가제(A)를 넣을 수 있는 이유는, 웨어링을 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 와인딩해서 제조하기 때문이다.When the carbon fiber prepreg CP1 is wound, the
예를 들어, 임펠러웨어링(6)으로 사용되는 탄소웨어링을 만드는 경우, 첨가제 분사부(160)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 회전 마찰면, 즉 케이스웨어링(7)과 마주하는 최외주면에 강도, 경도가 좋을 뿐만 아니라 자기 윤활성이 있어 마찰에 강한 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 첨가제(A1)로 분사하고, 나머지 층에는 임펠러웨어링(6)에 전달되는 회전력과 충격력을 완충할 수 있도록 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 첨가제(A2)로 분사한다. For example, when making a carbon wear ring used as the
케이스웨어링(6)으로 사용되는 탄소웨어링을 만드는 경우, 첨가제 분사부(160)는 임펠러웨어링(6)의 경우와 반대로, 회전 마찰면, 즉 임펠러웨어링(6)과 마주하는 최내주면에 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 첨가제(A1)로 분사하고, 나머지 층에는 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 첨가제(A2)로 분사한다. In the case of making the carbon wear ring used as the case wear
이와 같이, 제조되는 웨어링의 종류에 따라 탄소섬유 프리프레그(CP1)를 와인딩할 때, 와인딩되는 탄소섬유 프리프레그(CP1)의 층에 따라 분사되는 첨가제(A)를 달리하는 경우, 완성된 탄소웨어링의 내마모성을 극대화할 수 있다.In this way, when the carbon fiber prepreg (CP1) is wound according to the type of wear ring to be manufactured, when the additive (A) sprayed is different according to the layer of the carbon fiber prepreg (CP1) to be wound, the completed carbon wear ring wear resistance can be maximized.
1: 수중 축류 펌프 2: 케이싱
3: 모터 4: 축
5: 임펠러 6: 임펠러웨어링
7: 케이싱웨어링 8: 웨어링
100A, 100B: 와인딩유닛 110: 공급부
120: 와인딩부 121: 원통형 맨드렐
122: 회전구동부 130: 가열부
140: 커팅부 150: 지지부
160: 첨가제 분사부 200: 성형유닛
200A: 오토클레이브 장치 210: 받침대
200B: 진공백 장치 300: 가공유닛
400: 함침유닛 410: 함침부재
411: 함침챔버 412: 진공가압부
420: 경화부재 500: 표면처리유닛
A, A1, A2: 첨가제 CP1: 탄소섬유 프리프레그
CP2: 탄소웨어링 프리폼 F: 진공백
GR: 가이드 롤러 P: 진공펌프
R: 열경화성 수지1: submersible axial flow pump 2: casing
3: motor 4: axis
5: impeller 6: impeller wear ring
7: casing wear ring 8: wear ring
100A, 100B: winding unit 110: supply unit
120: winding unit 121: cylindrical mandrel
122: rotary drive unit 130: heating unit
140: cutting part 150: support part
160: additive injection unit 200: molding unit
200A: autoclave device 210: pedestal
200B: vacuum bag device 300: processing unit
400: impregnation unit 410: impregnation member
411: impregnation chamber 412: vacuum pressurization unit
420: hardening member 500: surface treatment unit
A, A1, A2: Additive CP1: Carbon fiber prepreg
CP2: Carbon Wearing Preform F: Vacuum Bag
GR: guide roller P: vacuum pump
R: thermosetting resin
Claims (5)
상기 탄소웨어링 프리폼을 열과 압력을 가해 압축성형하는 성형유닛;
상기 탄소웨어링 프리폼의 형상을 가공하는 가공유닛;
상기 탄소웨어링 프리폼을 열경화성 수지에 함침 및 경화시켜 상기 탄소웨어링 프리폼을 밀도화시키는 함침유닛; 및
상기 탄소웨어링 프리폼을 표면처리하는 표면처리유닛을 포함하며,
상기 와인딩유닛은,
상기 탄소섬유 프리프레그를 연속적으로 공급하는 공급부;
상기 공급부로부터 공급되는 상기 탄소섬유 프리프레그를 일정한 장력으로 당기며 원통형으로 연속적으로 와인딩하여 설정된 두께로 적층하는 와인딩부;
상기 탄소섬유 프리프레그가 상기 와인딩부에 와인딩될 때, 상기 탄소섬유 프리프레그의 표면을 가열하는 가열부;
연속 공급되는 상기 탄소섬유 프리프레그를 절단하는 커팅부; 및
상기 탄소섬유 프리프레그의 표면에 첨가제를 분사하는 첨가제 분사부를 포함하며,
상기 첨가제 분사부는,
상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때, 각 층마다 다른 종류의 첨가제를 분사하되,
탄소웨어링의 회전 마찰층을 만들기 위해 상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때는, 강도, 경도가 좋을 뿐만 아니라 자기 윤활성이 있어 마찰에 강한 흑연 분말, 그래핀, 탄소나노튜브 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 분사하고,
탄소웨어링의 내부층을 만들기 위해 상기 탄소섬유 프리프레그를 와인딩할 때는, 탄소웨어링의 내부층에 전달되는 회전력과 충격력을 완충할 수 있도록 구리(Cu), 은(Ag), 금속실리콘(Si) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 첨가제로 분사하는 것을 특징으로 하는 탄소웨어링 성형체 제조장치.A winding unit that continuously winds and laminates carbon fiber prepregs made of carbon fiber fabric and thermosetting resin into a cylindrical shape and then cuts them to make a carbon wearing preform;
a molding unit for compression molding the carbon wearing preform by applying heat and pressure;
a processing unit for processing the shape of the carbon wear ring preform;
an impregnation unit for densifying the carbon wear ring preform by impregnating and curing the carbon wear ring preform in a thermosetting resin; and
A surface treatment unit for surface treatment of the carbon wearing preform,
The winding unit,
a supply unit that continuously supplies the carbon fiber prepreg;
a winding unit that pulls the carbon fiber prepreg supplied from the supply unit with a constant tension and continuously winds the carbon fiber prepreg in a cylindrical shape to laminate it to a set thickness;
a heating unit for heating a surface of the carbon fiber prepreg when the carbon fiber prepreg is wound on the winding unit;
a cutting unit for cutting the continuously supplied carbon fiber prepreg; and
An additive spraying unit for spraying an additive on the surface of the carbon fiber prepreg,
The additive injection unit,
When winding the carbon fiber prepreg, different types of additives are sprayed for each layer,
When winding the carbon fiber prepreg to make the rotational friction layer of the carbon wear ring, any one or a mixture of graphite powder, graphene, and carbon nanotubes, which is resistant to friction due to good strength and hardness as well as self-lubrication, is used. sprayed with additives,
When winding the carbon fiber prepreg to make the inner layer of the carbon wear ring, among copper (Cu), silver (Ag), and metal silicon (Si) to buffer the rotational force and impact force transmitted to the inner layer of the carbon wear ring An apparatus for manufacturing a carbon wearing molded body, characterized in that spraying metal powder consisting of any one or a mixture thereof as an additive.
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G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |