KR102597746B1 - 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법은: 소재가 인입되는 소재 인입 단계; 소재에 탄소섬유가 공급되는 탄소섬유 공급 단계; 소재를 가열하는 가열 단계; 소재를 냉각하는 냉각 단계; 소재를 압연하는 압연 단계; 소재를 설정 길이로 절단하는 절단 단계; 및 소재를 상하측에서 가압하여 소재를 평면으로 형성하는 평탄화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유를 포함하여 강도와 경도를 향상시킬 수 있는 소재를 제작하는 탄소섬유를 포함하는 소재 제작의 방법에 관한 것이다.
알루미늄은 자동차 제조 분야, 항공기 제조 분야 및 각종 전기 기기 분야 등에서 다용도로 사용되고 있다. 알루미늄은 철의 중량의 1/3 정도로 가볍고, 다른 금속과 합금을 시킬 경우 뛰어난 강도를 갖는다. 또한 알루미늄 표면에는 화학적으로 안정한 산화막이 존재하여 수분이나 산소 등에 의해 부식이 진행되는 것이 방지되므로 화학적으로 안정하다. 그러나 알루미늄은 철에 비해 인장 강도가 약 40 % 정도밖에 되지 않아 구조용재로 사용할 경우 구조용 알루미늄 관이나 판재의 두께가 매우 두꺼워지고, 이는 결국 재료가 과다하게 소요되어, 과다한 재료비를 필요로 하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0117248호(2017.10.23 공개, 발명의 명칭: 알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소섬유를 포함하여 강도와 경도를 향상시킬 수 있는 소재를 제작하는 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법은: 소재가 인입되는 소재 인입 단계; 상기 소재에 탄소섬유가 공급되는 탄소섬유 공급 단계; 상기 소재를 가열하는 가열 단계; 상기 소재를 냉각하는 냉각 단계; 상기 소재를 압연하는 압연 단계; 상기 소재를 설정 길이로 절단하는 절단 단계; 및 상기 소재를 상하측에서 가압하여 상기 소재를 평면으로 형성하는 평탄화 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 소재는 상기 탄소섬유를 사이에 두고, 상측과 하측에서 한 쌍으로 공급된다.
본 발명의 상기 가열 단계에서, 상기 소재의 내측면이 가열된다.
본 발명의 상기 냉각 단계에서, 상기 소재의 외측면이 냉각된다.
본 발명의 상기 압연 단계에서, 상기 소재의 진행 방향을 따라 복수개의 압연롤러가 배치되고, 상기 압연롤러는 회전되면서 상기 소재의 상하측면을 가압한다.
본 발명의 상기 절단 단계에서, 상기 소재의 상측과 하측에 절단나이프가 배치되고, 상기 절단나이프는 진행 방향을 따라 이동되는 상기 소재를 설정 시간을 두고 절단한다.
본 발명의 상기 평탄화 단계에서, 상기 소재의 상측과 하측에 각각 가압블록이 배치되고, 상기 가압블록이 승강하면서 상기 소재의 표면을 평탄화한다.
본 발명에서 상기 소재는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법에 의하면, 소재에 탄소섬유를 포함하여 이루어져, 경량화하면서 강도와 경도를 증가시킨 복합소재를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재를 제작하는 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재를 제작하는 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법은 소재 인입 단계(S10), 탄소섬유 공급 단계(S20), 가열 단계(S30), 냉각 단계(S40), 압연 단계(S50), 절단 단계(S60), 평탄화 단계(S70)를 포함한다.
소재 인입 단계(S10)는 소재(10)가 인입되는 단계로서, 소재(10)는 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 본 발명에서 소재(10)는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어진다. 소재(10)는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어져, 철에 비해 중량이 가볍고, 다른 금속과 합금되어 우수한 강도를 가질 수 있다. 또한 알루미늄 재질의 소재(10)는 내식성과 내화학성에서 우수한 성질을 가진다.
소재(10)는 원통형의 롤에 의해 권취되고, 소재 인입 단계(S10)에서 권출되어 인입된다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 소재(10)는 상측과 하측에서 한 쌍으로 인입된다.
탄소섬유 공급 단계(S20)는 소재(10)에 탄소섬유(carbon fiber)(20)가 공급된다. 탄소섬유 공급 단계(S20)에서 탄소섬유(20)는 상측과 하측에서 인입되는 한 쌍의 소재(10) 사이에 공급된다.
탄소섬유(20)는 폴리아크릴로니트릴이나 피치 등의 전구체 유기 섬유를 열처리하여 탄소화하는 방법으로 제조된다. 탄소섬유(20)는 탄소 망면(網面)이 배향한 구조를 갖게 함으로써, 높은 탄성률, 인장강도를 가진다. 또한 탄소섬유(20)는 탄소 재료의 특징으로서 낮은 비중, 내약품성, 내식성, 전도성을 가진다.
탄소섬유(230)는 다발(bundle) 형태로 제공될 수 있다. 하나의 탄소섬유와 다른 하나의 탄소섬유 사이의 적어도 일부는 소재(10)에 일부가 용융되어 침투될 수 있는 공간을 포함할 수 있다. 용융된 소재(10)에 탄소섬유(20)가 침투할 수 있는 구동력은 탄소섬유(20) 사이의 미세한 공간을 채우는 모세관력에 의해 구현될 수 있다.
가열 단계(S30)는 소재(10)를 가열하는 단계이다. 가열 단계(S30)에서 소재(10)를 가열하여, 가열되어 용융된 소재(10)로 탄소섬유(20)의 침투가 용이하게 이루어질 수 있다.
가열 단계(S30)에서 소재(10)의 내측면이 가열된다. 소재(10)의 내측면은 한 쌍의 소재(10)가 서로 바라보는 면으로, 한 쌍의 소재(10) 사이에 탄소섬유(20)가 배치되는 면이다. 소재(10)의 내측면은 가열부(200)에 의해 설정 온도로 가열된다. 가열부(200)는 소재(10)의 주변 공기를 가열하거나, 직접 소재(10)에 열을 가할 수 있다.
냉각 단계(S40)는 소재(10)를 냉각하는 단계이다. 가열 단계(S30)에서 가열된 소재(10)를 설정 온도로 냉각하여 가열된 소재(10) 사이에 침투된 탄소섬유(20)가 고착화될 수 있게 한다.
냉각 단계(40)에서 소재(10)의 외측면이 냉각된다. 소재(10)의 외측면은 상술한 소재(10)의 내측면의 반대 개념으로, 한 쌍의 소재(10)가 서로 바라보는 면의 반대면이다.
소재(10)의 외측면을 냉각부(300)에 의해 설정 온도로 냉각된다. 냉각부(300)는 소재(10)의 외측면에서부터 냉각함으로써, 가열된 소재(10)와 탄소섬유(20)가 고착화된 상태에서 소재(10)의 외측에서 내측으로 고형화할 수 있다.
냉각부(300)는 소재(10)의 주변 공기를 냉각하거나, 직접 소재(10)에 냉기 또는 냉각수를 제공할 수 있다.
압연 단계(S50)는 소재(10)를 압연하는 단계이다. 압연 단계(S50)에서, 소재(10)의 진행 방향(도 1 기준 우측방향)을 따라 복수개의 압연롤러(400)가 배치된다.
복수개의 압연롤러(400)가 회전되면서 소재(10)의 상하측면을 가압하게 된다. 소재(10)는 상하측에 설정 간격을 두고 배치되는 복수개의 압연롤러(400)의 회전에 의해 가압되면서 소재(10)와 탄소섬유(20)의 고착화가 증진되고, 소재(10)가 평면으로 형성될 수 있다.
상하측의 압연롤러(400)의 간격에 의해 소재(10)의 압연 정도가 결정된다. 상하측의 압연롤러(400)의 간격은 압연롤러(400) 측으로 인입되는 소재(10)의 두께와 제품화하고자 하는 소재(10)의 두께 등을 고려하여 설정한다.
절단 단계(S60)는 소재(10)를 설정 길이로 절단하는 단계이다. 절단 단계(S60)에서, 소재(10)의 상측과 하측에 절단나이프(500)가 배치된다. 절단나이프(500)가 진행 방향을 따라 이동되는 소재(10)를 설정 시간을 두고 절단한다. 즉 절단나이프(500)는 소재(10)의 이송 속도를 고려하여 소재(10)를 설정 시간을 두고 절단하여 소재(10)를 설정 길이로 절단할 수 있다.
절단나이프(500)는 소재(10)에 고압의 에어를 공급하거나, 레이저 등을 이용하여 소재(10)를 절단할 수 있다.
평탄화 단계(S70)는 소재(10)를 상하측에서 가압하여 소재(10)를 평면으로 형성한다. 평탄화 단계(S70)에서 압연롤러(400)에 의해 가압된 소재(10)를 다시 상하측에서 가압하여 소재(10)를 더 평면으로 평판화할 수 있다.
평탄화 단계(S70)에서, 소재(10)의 상측과 하측에 각각 가압블록(600)이 배치된다. 소재(10)의 상하측에 배치된 한 쌍의 가압블록(600)은 승강하면서 소재(10)의 표면을 평탄화한다. 상측과 하측의 가압블록(600)의 각각 소재(10)의 상측면과 하측면을 각각 동시에 가압하여 소재(10)의 표면을 평판화한다.
상술한 과정을 거치면서 소재(10)에 탄소섬유(20)가 고착화되어, 복합소재(30)가 제작된다.
본 발명에 따른 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법에 의하면, 소재(10)에 탄소섬유(20)를 포함하여 이루어져, 경량화하면서 강도와 경도를 증가시킨 복합소재(30)를 생산할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
10: 소재 20: 탄소섬유
30: 복합소재 100: 이송롤러
200: 가열부 300: 냉각부
400: 압연롤러 500: 절단나이프
600: 가압블록
30: 복합소재 100: 이송롤러
200: 가열부 300: 냉각부
400: 압연롤러 500: 절단나이프
600: 가압블록
Claims (8)
- 소재가 인입되는 소재 인입 단계;
상기 소재에 탄소섬유가 공급되는 탄소섬유 공급 단계;
상기 소재를 가열하는 가열 단계;
상기 소재를 냉각하는 냉각 단계;
상기 소재를 압연하는 압연 단계;
상기 소재를 설정 길이로 절단하는 절단 단계; 및
상기 소재를 상하측에서 가압하여 상기 소재를 평면으로 형성하는 평탄화 단계를 포함하고,
상기 소재는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지고,
상기 절단 단계에서, 상기 소재의 상측과 하측에 절단나이프가 배치되고,
상기 절단나이프는 진행 방향을 따라 이동되는 상기 소재를 설정 시간을 두고 절단하고,
상기 절단나이프는 에어를 공급하여 상기 소재를 절단하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 소재는 상기 탄소섬유를 사이에 두고, 상측과 하측에서 한 쌍으로 공급되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 가열 단계에서, 상기 소재의 내측면이 가열되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각 단계에서, 상기 소재의 외측면이 냉각되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 압연 단계에서, 상기 소재의 진행 방향을 따라 복수개의 압연롤러가 배치되고,
상기 압연롤러는 회전되면서 상기 소재의 상하측면을 가압하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 평탄화 단계에서, 상기 소재의 상측과 하측에 각각 가압블록이 배치되고,
상기 가압블록이 승강하면서 상기 소재의 표면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 소재의 제작 방법.
- 삭제
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2021
- 2021-06-09 KR KR1020210074647A patent/KR102597746B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110468355A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-19 | 王书杰 | 碳纤维增强铝基复合材料的成型系统及材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220165957A (ko) | 2022-12-16 |
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