KR19990028647A - 멀티필라멘트스프레드시트의제조방법,그방법에서사용되는장치및그에의해제조된스프레드시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질적인 저하없이 서로 평행하게 순서대로 배치되는 방식으로 필라멘트를 펴서 양질의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조하는 방법 및 상기 방법에 사용되는 장치 및 상기 방법으로 제조된 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 구현되는 방법 및 장치는 실 공급부로부터 실 감김부까지 공급 제어 기구하에서 소정량만큼 과도 공급될 멀티 필라멘트에 멀티 필라멘트를 교차하는 기류를 가하여 필라멘트를 가로로 펴서 필라멘트를 멀티 필라멘트 스프레드 시트로 변형시키고자 한다. 이 방법 및 장치로, 다양한 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 얻을 수 있다.

Description

멀티 필라멘트 스프레드 시트의 제조방법, 그 방법에서 사용되는 장치 및 그에 의해 제조된 스프레드 시트
최근에, 탄소섬유, 유리섬유 또는 KEVLAR 49와 같은 방향성 폴리아미드 필라멘트가 합성수지 등과 같은 매트릭스와 혼합되며 강화재용의 매트릭스 층 사이에 개재되는 다수의 복합 재료가 개발되며, 시판되고 있다.
이들 복합재료가 내구성, 내열성, 내식성, 전기적 특성 및 경량성과 같은 측면에서 우수한 성능을 보여주기 때문에, 항공 우주, 육상 운송, 선박, 건축, 토목, 공업용 부품, 스포츠 용품 등의 다양한 분야에서 제조형태에 따라 상기한 바와 같은 복합 재료를 선택적으로 사용하여 그러한 복합 재료는 커다란 사회적인 수요를 갖게 된다.
이와 관련하여, 소정 폭으로 배치되거나 고정된 크기로 절단되거나 직물, 편물, 조물 또는 부직포와 같은 천의 형상에 따라 처리되는 복수개의 필라멘트와 같은 매트릭스를 강화시키는 이들 섬유를 사용하는 특별한 형태가 존재한다. 이들 섬유는 매트릭스와 직접적으로 복합화되거나, 복수개의 필라멘트가 규칙적으로 배열된 시트 또는 직물 등에 합성 수지를 주입시켜 조기 주입이라 제조공정으로 제조한다. 소정 수의 상기 반(半)제품이 서로 쌓아 올려진 후에, 오토클레이브와 같은 장치를 통해 최종 산물로 제조된다.
그러나, 최근에 가장 주목할 만한 복합 재료는 합성수지와 같은 매트릭스를 강화시키는 데 사용되는 상기한 탄소 섬유, 방향성 폴리아미드 필라멘트 및 세라믹 섬유와 같은 고기능 섬유 소재이다. 이러한 고기능 섬유 소재는 일반적으로 복수개의 필라멘트가 뭉쳐지며 사이징제로 서로 접합되는 멀티 필라멘트의 형태로 제공된다. 상기한 바와 같은 멀티 필라멘트가 매트릭스를 강화시키는 보충 섬유 소재로서 사용되는 경우에, 접촉 면적을 크게 하여 각 필라멘트와 상기 매트릭스 사이의 접합을 강하게 하여야 한다. 이러한 필요성을 만족시키기 위하여, 시트형상으로 멀티 필라멘트를 얇게 펴는 것이 효과적이다. 다시 말하면, 복합재료는 각 필라멘트의 표면이 매트릭스에 부착되며 밀착되는 방식으로 구성되지 않으면, 효과적이고 중요한 역할을 할 수 없다.
하지만, 실제로, 특히 멀티 필라멘트가 상기 매트릭스를 강화시키는 보충용 섬유 소재로서 사용되는 경우에 인접 필라멘트 사이의 간격을 매트릭스로 균일하게 주입시키는 것이 매우 곤란하다. 즉, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 멀티 필라멘트가 일정한 폭 내에서 시트 형상으로 얇게 펴져서 필라멘트 사이의 틈에 합성수지와 같은 매트릭스가 주입된다.
이와 관련하여, 멀티 필라멘트를 평평하게 펴는 종래 방법은 상기 멀티 필라멘트가 실 공급부로부터 배출되며, 실 감김 실린더상에 감겨지는 처리 동안 행해진다. 그러한 목적을 위한 다음의 방법이 공지되어 있다.
① 일정한 장력이 가해지는 동안 이동하는 멀티 필라멘트 상에 정전기가 작용되어 멀티 필라멘트를 펼치도록 개개의 필라멘트 사이에 반발력을 일으키는 정적인 방법.
② 롤러를 회전시켜 멀티 필라멘트를 압축하여 펼쳐진 형태로 평평하게 압착되며 분쇄되는 압축방법.
③ 멀티 필라멘트에 수류 또는 기류를 가하여 평평하게 펴는 분사방법.
④ 멀티 필라멘트에 초음파 진동을 가하여 인접 필라멘트의 사이징(예를 들면, 사이징제에 의해)이 행해져서 평평하게 펼치는 초음파 방법.
실을 절단하지 않는 연속적인 방식으로 계속적으로 필라멘트를 연장시키는 멀티 필라멘트 스프레드 시트로 만들어진 매트릭스를 강화하는 보충용 섬유 소재의 이상적인 형상은 서로 섞이지 않으며 인접한 필라멘트 사이에서 소정 간격을 유지하면서 서로 평행하게 배열되어 소정 폭 내에서 순서대로 배치되는 것이다.
하지만, 상기 종래 방법 중 한 가지는 필라멘트를 서로 분리시키도록 설정되어 전기적인 반발력, 롤러 압력, 유체 충격, 초음파 진동과 같은 강한 물리적인 외력을 멀티 필라멘트 상에 작용시켜 평평하게 편다. 즉, 멀티 필라멘트 펼침 동작의 효율이 개선되도록 시도하는 경우, 이전의 분사 방법을 사용하는 경우에 특히 기속을 강화시켜 필라멘트 다발에 강한 기류를 분출시켜야 한다.
정전기력, 롤링 압력, 추진력, 또는 초음파 진동 등과 같은 상기한 외력이 강해져서, 멀티 필라멘트 펼침 동작의 효율을 강화시킬 경우, 소정의 폭 및 두께를 갖는 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 얻을 수 없으며, 상기 필라멘트에 작용하는 강한 외력으로 인해 실 절단 및 보풀과 같은 손상을 피할 수 없게 된다. 탄소 섬유 및 세라믹 섬유와 같이 파괴되기 쉬운 섬유에 대하여는 더 이상 실재로 사용할 수 없을 정도까지 손상된다.
또한, 종래 멀티 필라멘트 펼침 동작 방법으로, 필라멘트가 상기 외력에 의해 서로 분리되도록 강화되어, 필라멘트는 서로 복잡하게 섞이게 되어 소정 필라멘트 사이의 폭 및 평행성을 얻기가 곤란해진다. 또한, 상기한 정적인 방법은 카본 및 금속성 필라멘트와 같은 도전성 섬유에 적용될 수 없다.
또한, 꼬임이 없는 멀티 필라멘트가 멀티 필라멘트 펼침 동작에 사용되어 동작 효율을 강화시키는 것이 일반적이다. 멀티 필라멘트가 겉보기에 전체적인 필라멘트 다발이 꼬임이 없는 상태로 보이더라도, 필라멘트가 다발 내에서 서로 부분적으로 섞이는 경우도 있다. 상기한 종래 방법은 필라멘트 다발 내에서의 이러한 섞이는 부분을 취급할 수 없다. 이러한 종래 문제점을 설명하기 위하여 다음과 같은 의견이 주어진다.
도 1을 참조하여 상기한 바와 같은 섞임 부분이 없는 양질의 꼬임없는 멀티 필라멘트가 제공되어, 실 공급부(1') 주위를 각도(γ)로 감고있는 멀티 필라멘트가 상기 부(1')상에서 배출지점(0)으로부터 배출될 경우, 상기 멀티 필라멘트는 상기 실 공급부(1')상의 배출지점(p)과 공급 롤러 상의 그립점(q)을 연결하는 최단선(ℓ)으로 복귀하여 도면에서 화살표로 표시된 바와 같은 힘(Δ)이 멀티 필라멘트 상에서 작용한다. 이 때, 꼬임없는 멀티 필라멘트(F1)에 대한 실 공급부 표면의 마찰로 인해 상기 멀티 필라멘트(F1)는 멀티 필라멘트에서 꼬임이 부분적으로 생기도록 회전한다. 다시 말하면, 사용될 멀티 필라멘트(F1) 자체에 꼬임이 없는 경우에도, 실 공급부로 배출될 경우 상기 멀티 필라멘트의 일부에 잘못된 꼬임이 후발적으로 발생하여 스프레드 필라멘트 사이의 평행성이 방해된다. 이와 관련하여, 실 공급부(1')상의 멀티 필라멘트(F1)는 모든 감김층에 대향하는 방향에서 교대로 변화되는 감김 방향을 가지므로, 멀티 필라멘트(F1)의 회전 방향이 교대로 변화하여 S 꼬임 및 Z 꼬임과 같은 잘못된 꼬임이 멀티 필라멘트(F1)상에서 교대로 발생한다. 상기한 바와 같은 잘못된 꼬임이 멀티 필라멘트 방적 제조기에 의한 제조단계에서 발생하는 경우가 존재하며, 다시 말하면, 멀티 필라멘트가 실 감기 동작이전에 비꼬임 상태에 놓이더라도, 잘못된 꼬임이 이 동작에서 멀티 필라멘트 상에 생긴다.
또한, 상기 종래 멀티 필라멘트 펼침 동작의 방법으로, 상이한 형태의 멀티 필라멘트를 서로 혼합하며, 상이하거나 유사한 형태의 멀티 필라멘트를 펼침 동작과 동시에 서로 겹치게 하여 겹쳐지는 시트로 만들거나 상이하거나 유사한 멀티 필라멘트를 서로 병렬로 펴서 폭이 넓은 시트를 만드는 것이 불가능하다.
종래 기술이 부딪치는 상기한 단점을 고려하여, 본 발명은 각 필라멘트가 실을 절단하지 않으면서 직선 방식으로 연속적으로 뻗어있는 방식으로 필라멘트를 펼쳐서 필라멘트를 일정한 밀도와 폭 내에서 서로 평행하고 균일하게 순서대로 배치되도록 하여 먼지와 같은 종래 기술의 문제점이 없는 양질의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제공한다.
본 발명은 또한 강화제용의 매트릭스와 혼합될 보충용 섬유 소재에 필수적인 수지 주입 및 필라멘트 정렬과 같은 특성이 우수한 미리 만들어진 멀티 필라멘트로부터 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 효율적으로 대량 생산하는 획기적인 제조방법 및 그 방법에 사용되는 장치를 제공한다.
본 발명은 또한 복수개의 필라멘트를 멀티 필라멘트 펼침 동작과 동시에 서로 혼합하여 상이한 형태의 멀티 필라멘트로부터 혼합된 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 효과적으로 제조하는 방법 및 그 방법에서 사용되는 장치를 제공한다.
본 발명은 또한 멀티 필라멘트 펼침 동작과 동시적으로 서로 겹치게 하여 상이하거나 유사한 멀티 필라멘트로부터 혼합된 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 효과적으로 제조하는 방법 및 그 방법에서 사용되는 장치를 제공한다.
본 발명은 또한 서로 평행하게 펴서 동일하거나 유사한 멀티 필라멘트로부터 구매자의 필요를 만족시킬 정도의 폭을 갖는 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조하는 방법 및 그 방법에서 사용되는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 효과 및 다른 목적이 이하의 기재로부터 더욱 명확해 질 수 있다.
본 발명은 서로 결합된 복수개의 필라멘트를 구비하는 멀티 필라멘트로 만들어진 스프레드 시트(토우 스프레드 시트도 포함)를 제조하는 신규한 기술에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 제조 물질로서 미리 만들어진 멀티 필라멘트를 사용하여 질적인 저하없이 서로 평행하게 순서대로 배치되는 방식으로 필라멘트가 펼쳐지는 양질의 멀티 필라멘트 스프레드 시트, 예를 들면, 복합 재료를 제조하도록 정렬성을 강화시키는 보충 섬유 재료에 필수적인 수지 주입 및 필라멘트 정렬에 우수한 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 효율적으로 대량 생산하는 획기적인 제조방법, 그 방법으로 제조된 멀티 필라멘트 스프레드 시트 및 그 방법에서 사용되는 장치에 관한 것이다.
도 1은 멀티 필라멘트가 실 공급부로부터 배출될 경우 발생하는 실 공급부상의 S 꼬임 및 Z 꼬임과 같은 잘못된 꼬임의 원인을 도시하는 설명도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 개시된 장치의 개략 측면도.
도 3은 실시예 1의 장치의 평면도.
도 4는 멀티 필라멘트의 이동 방향으로부터 보여지는 실시예 1의 장치의 공급 메카니즘의 확대 정면도.
도 5는 실시예 1의 장치의 공급 메카니즘의 확대 측면도.
도 6은 실시예 2에 개시된 장치의 개략 측면도.
도 7은 실시예 2의 장치의 평면도.
도 8 내지 도 10은 본 발명에서 구현되는 멀티 필라멘트 펼침 동작의 이론을 공기 역학적으로 설명하는 모식도.
도 11은 필라멘트를 구별하도록 멀티 필라멘트의 굴곡부에 흡인 공기를 가하는 것을 공기 역학적으로 설명하는 모식도.
도 12 내지 도 15는 본 발명에서 구현되는 멀티 필라멘트 펼침 동작 이론을 상이한 두 관점으로부터 설명하는 모식도.
도 16은 본 발명의 실시예 3에서 구현되는 장치의 개략 측면도.
도 17은 본 발명의 실시예 3의 장치의 평면도.
도 18은 멀티 필라멘트의 공급방향으로부터 관찰한 본 발명의 실시예 3의 장치의 실 공급부의 평면도.
도 19는 실시예 3의 장치의 실 공급부의 평면도.
도 20은 실시예 3의 장치의 실 공급부의 측면도.
도 21은 실시예 4의 장치의 개략도.
도 22는 실시예 4의 장치의 평면도.
도 23은 실시예 5의 장치의 개략도.
도 24는 다층 방식으로 공급될 복수개의 멀티 필라멘트 스프레드 시트가 가장자리 측이 서로 겹쳐져서 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트로 스프레드 시트를 혼합하는 방식으로 서로로부터 가로 방향으로 약간 이동되는 상태를 도시하는 사시도.
도 25는 (1)은 복수개의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리 측이 서로 겹쳐지는 상태를 도시하는 사시도이며, (2)는 스프레드 시트의 가장자리 측을 서로 겹치게 하여 제조된 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 사시도.
도 26은 다층 방식으로 공급될 복수개의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자기부가 서로 평행하게 인접하여 배치되어 시트를 일체 구조로 결합하는 상태를 도시하는 사시도.
도 27은 서로 평행하게 인접하여 배치되는 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리 측을 일체 구조로 결합하여 제조되는 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 사시도.
도 28은 순서대로 다층화된 상태의 복합 멀티 필라멘트 시트의 사시도.
도 29는 여러 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리부가 서로 평행하게 인접하여 배치되며 스프레드 시트가 단면이 엇갈리는 형태로 순서대로 다층화된 상태로 서로 겹쳐지는 혼합 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 사시도.
도 30은 여러 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리 측부가 서로 평행하게 인접하여 배치되며 스프레드 시트가 계단식으로 다층화된 상태로 서로 겹쳐지는 복합 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 사시도.
도 31은 실시예 3의 장치를 통해 멀티 필라멘트 펼침 동작의 효율성을 수치로 도시한 그래프.
도 32 및 도 33은 실시예 3 및 종래 펼침 방법의 장치를 통해 멀티 필라멘트 펼침 동작의 효율성을 측정치로 비교하여 도시한 표.
종래 기술의 상기한 문제점을 해결하기 위햐여, 본 발명은 복수개의 필라멘트를 구비하는 멀티 필라멘트가 공급 제어 기구에 의해 실 공급부로부터 실 감김부로 공급되어 상기 필라멘트의 과도한 공급이 어느 정도로 발생하며, 이동중인 멀티 필라멘트와 교차하도록 기류가 불어서 상기 멀티 필라멘트가 하향으로 아치형으로 굴곡되어 자발적으로 가로방향으로 펴지며 멀티 필라멘트 스프레드 시트로 변형한다. 본 방법의 최대의 특징은 멀티 필라멘트 펼침 동작을 유체역학적으로 기술적으로 처리하는데 있다.
본 발명자들은 또한 일정한 크기의 흡인 구멍이 실 공급부와 실 감김부 사이에서 고정된 양만큼 과도 공급된 멀티 필라멘트가 흐르는 멀티 필라멘트의 이동 경로 이하에 배열되어 흡인 구멍 상에서 이동중인 멀티 필라멘트에 연속적인 기류가 가해져서 아치형으로 굴곡되며 폭 방향으로 펴지는 장치를 채용한다. 이 장치의 최대 특징은 이동중인 멀티 필라멘트가 연속적인 기류에 의해 아치형으로 굴곡되어 폭 방향으로 펴진다는 것이다.
종래 문제점을 해결하기 위한 상기 수단에 대한 약간의 주석을 가하기 위하면, 본 발명에서 언급된 멀티 필라멘트의 정의는 다음과 같다. 그것은 다발 상태의 토우를 포함하여 합성 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유 및 금속성 섬유와 같은 길고 연속적인 복수개의 필라멘트의 집합체이다.
본 발명은 멀티 필라멘트에 기류를 가하여 일정한 양만큼 과도 공급된 멀티 필라멘트를 아치형으로 굴곡되도록 하여 상기 멀티 필라멘트를 시트 형상으로 펴고자 한다. 이 경우에, 멀티 필라멘트의 굴곡부가 길어지며 상기 굴곡부와 기류의 교차 영역이 커질수록, 멀티 필라멘트 펼침 동작은 더욱 좋아진다. 하지만, 실제로, 멀티 필라멘트의 굴곡부가 길게 될 경우, 멀티 필라멘트의 긴 굴곡부 전체에 일정한 속도로 균일하게 부는 기류를 생성하는 수단에 대한 기술적인 저하 및 경제적인 제한이 존재하며 그 위에 작용하는 중력으로 인해 상기 굴곡부의 저하가 더욱 커지게 된다. 그러므로, 상기 굴곡부의 길이 및 상기 굴곡부와 기류의 교차 영역을 제한한다. 또한, 필라멘트가 너무 넓게 펼쳐져 있을 경우, 실제로 필라멘트 간의 펴짐의 균일성이 손상된다.
즉, 본 발명에서는 상기 굴곡부에 멀티 필라멘트와 교차하는 기류를 가하기전에 멀티 필라멘트 상에 형성된 복수개의 굴곡부에 여러회 기류를 가하거나 또는 필라멘트의 사이징이 롤러를 통한 약한 압력 및 약한 초음파 진동과 같은 무해한 외력에 의해 느슨하게 되어, 필라멘트가 폭 방향으로 조기에 펴지도록 구현되는 것이 바람직하다. 이 방법에서는, 기류를 통한 멀티 필라멘트의 펼침 효율이 개선될 뿐 아니라, S 꼬임 및 Z 꼬임과 같은 잘못된 꼬임이 불가피하며 실 공급부 상에서의 멀티 필라멘트가 감겨있는 방향의 변화로 인해 멀티 필라멘트가 실 공급부로부터 배출될 경우 멀티 필라멘트 상에서 부분적으로 교대로 발생된다는 종래 기술의 문제점이 멀티 필라멘트의 미리 신장된 영역과 기류 확산 영역 사이에서 작용하는 장력에 의해 S 꼬임과 뒤이은 Z 꼬임이 서로에 대해 순차적으로 설정되는 방식으로 바람직하게 해결된다.
본 발명에서는, 그러한 동작은 실 공급부로부터 실 감김부로 일정한 양 만큼 과도공급될 멀티 필라멘트상에서 실행되어 상기 멀티 필라멘트와 교차하여 부는 기류를 통해 상기 멀티 필라멘트를 아치형으로 굴곡시킨다. 그렇게 처리된 상기 기류는 난기류 및 선회류가 작아질수록 더욱 양호하게 되는 흡인 기류인 것이 바람직하다.
본 발명의 주안점은 기류가 일정한 양 만큼 과도 공급되는 멀티 필라멘트 상으로 부는 방식으로 필라멘트 폭을 별도로 설정하여 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조하는 것에 있다. 하지만, 상이한 형태의 멀티 필라멘트로 만들어진 복합적인 멀티 필라멘트 스프레드 시트가 복수개의 멀티 필라멘트 스프레드 시트 상에서 상기 동작을 각각 동시적으로 수행하며, 서로 평평한 형태로 그들 시트를 배치하거나 겹치게하며, 처리중에 복합 멀티 필라멘트의 굴곡부에 흡인 기류를 가하여 제조되는 것도 가능하다. 이런 방식으로, 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 임의로 선택된 형태가 서로 겹치거나 스프레드 시트가 서로 순서대로 또는 계단형상의 다층 상태로 겹치게 될 뿐만 아니라 스프레드 시트의 가장자리측이 가로로 서로 결합되어 혼합형의 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트가 제조될 수 있다. 상기 복합 시트의 필라멘트 상에서는 보풀 및 실 절단이 발생하지 않으므로 손상이 없는 멀티 필라멘트 시트 제품 및 서로 평행하게 순서대로 배치되는 필라멘트를 얻을 수 있다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1의 방법 및 장치는 도 2 및 도 3에서 구체적으로 도시된다.
즉, 본 실시예에서, 멀티 필라멘트(F: 직경이 각각 7㎛인 12,000개의 필라멘트를 각각 구비하는 원래의 폭 및 두께가 6㎜ 및 0.1㎜인 꼬임없는 탄소섬유)가 실 공급부(1)로부터 실 감김부(2)에 공급되는 순서에서, 필라멘트는 서로 가로로 펼쳐져서 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조한다.
배출된 이후에 실 공급부(1)로부터 공급된 멀티 필라멘트(F)는 전면 피더(3) 및 후면 피더(3') 사이에 설치된 흡인 구멍(4)으로 공급되며, 상기 멀티 필라멘트는 상기 피더(3,3')에 의해 공급 속도가 조절되어 일정한 양 만큼 과도 공급된다. 다음에, 흡인 구멍(4) 상으로 이동하는 상기 멀티 필라멘트(F)가 흡인 구멍의 입구(41)로 이끌려서 장치(41)로 향하는 흡인 기류(풍속 50m/초)에 의해 아치형으로 굴곡된다. 공기에 의해 멀티 필라멘트(F)상에서 작용하는 만곡력으로 인해, 필라멘트가 서로로부터 해방되어 필라멘트의 접합이 불안정하게 된다. 다음에, 불안정한 상태의 멀티 필라멘트(F)와 교차하는 방향(본 실시예에서는 위로부터 아래로)의 흡인 기류가 베르누이의 이론에 의해 증명되는 바와 같이 멀티 필라멘트(F)의 양 측을 감압시킨다. 이런 방식으로, 필라멘트의 결합이 상기한 굴곡 작용을 통해 느슨하게 되는 멀티 필라멘트(F)는 흡인 구멍(4)의 입구(44)를 통과할 경우 가로 방향으로 서로로부터 분리되며, 폭이 대략 12㎜ 이며 두께가 0.07㎜인 얇은 멀티 필라멘트 스프레드(FS)시트로 변형된다.
다음에, 실시예 1에서 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조하는 장치가 이하에 기재된다.
즉, 도 2 및 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같은 장치의 실 공급부(1) 및 실 감김부(2)는 종래 기술과 같다.
다음에, 상기한 전면 피더(3) 및 후면 피더(3')는 상부 롤러(31)와 하부 롤러(32) 사이에 멀티 필라멘트(F)를 개재하여 멀티 필라멘트(F)를 공급한다. 멀티 필라멘트의 공급 속도는 하부 롤러(32)의 회전축에 연결된 서보 모터(33: 도 4 참조)에 의해 제어될 수 있다. 이 서보 모터(33)는 멀티 필라멘트의 공급 속도를 제어하도록 흡인 구멍(4)상에 설치된 만곡 센서에 의해 출력된 제어 신호에 반응하여 피더(3, 3') 사이에 일정한 양 만큼 과도 공급된다. 상기 전면 피더(3)의 표준 공급 속도는 10m/분으로 설정되지만, 이하에 기재되는 바와 같이 만곡 센서에 의해 출력된 제어 신호에 의해 제어되어 멀티 필라멘트는 후면 피더(3')의 공급 속도가 10m/분으로 설정되는 동안 10cm 만큼 과도 공급된다. 반면에, 멀티 필라멘트 상의 전면 및 후면 피더(3, 3')의 상부 롤러(31)와 하부 롤러(32)에 의한 압착력은 상부 롤러(31)의 회전축의 높이를 조절하도록 공기 실린더(34)를 통해 적당히 조절될 수 있다.
상기 흡인 구멍(4)은 전면 및 후면 피더(3, 3')사이에서 멀티 필라멘트(F)의 이동 경로에 대향하도록 배열되며, 상기 구멍(4)의 개구(41)는 상부측으로 개방되어 이동중인 멀티 필라멘트(F)의 일부를 수용한다. 흡인 구멍(4)은 멀티 필라멘트(F)가 상기 구멍(4)에 연결된 진공 펌프(42)를 구동시킴으로서 공급되는 공급 경로를 향해 균일한 흡인 기류를 발생시킨다. 멀티 필라멘트(F)상에서 작용하는 흡인 기류는 상기 흡인 구멍(4)과 진공 펌프(42) 사이에 설치된 기류 조절 밸브(43)에 의해 적당하게 조절될 수 있다. 다음에, 발광 및 수광형의 CCD 선 센서가 양측에 멀티 필라멘트(F)의 공급 경로를 개재시키는 방식으로 만곡 센서로서 흡인 구멍(4)상에 설치된다. 센서(44)는 모든 시간 동안 상기 흡인 구멍(4)을 통과하는 멀티 필라멘트(F)의 굴곡양을 게속적으로 측정하며 측정치에 해당하는 제어신호를 전면 피더(3)의 서보 모터(33)로 보내며 롤러의 회전 속도를 제어하여 멀티 필라멘트의 굴곡양을 고정되도록 유지시킬 수 있다. 입구 가이드 롤러(45)가 상기 흡인 구멍(4)의 상류측에 설치되며 하류측에는 출구 가이드 롤러(46)가 설치되어 멀티 필라멘트(F)를 부드럽게 주입 및 유출시킨다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2의 방법 및 장치가 도 6 및 도 7에 도시된다.
실시예 1과 2 사이의 차이점은 예비 신장 기구(5)가 전면 피더(3)와 흡인 구멍(4)사이에서 개재된다는 데 있다. 본 실시예에서, 지그재그로 배치되는 일련의 롤러(51·51·…)가 예비 신장 기구(5)로서 사용될 수 있다. 멀티 필라멘트(F: 직경이 각각 7㎛인 12,000 개의 필라멘트를 각각 구비하는 원래의 폭 및 두께가 6㎜ 및 0.1㎜인 꼬임없는 탄소 섬유)가 일정한 장력에 의해 일련의 롤러(51·51·…)와 접촉하며, 하부 롤러(51)와 상부 롤러(51)를 교대로 접촉하면서 전진하는 동안, 폭이 약 10㎜이며 두께가 약 0.08㎜인 반제품으로 가로로 평평하게 신장되도록 수동적으로 조절되는 것처럼 사이징제에 의해 서로 접합된 필라멘트가 가볍게 떼어진다.
이런 방식으로 예비 신장된 멀티 필라멘트(F)는 전면 및 후면 피더(3, 3')에 의해 공급 속도가 제어되어 일정한 양이 과도 공급되며 흡인 구멍(4)상으로 전달된다. 흡인 구멍(4)상을 이동하는 상기 멀티 필라멘트(F)는 아치형으로 굴곡되도록 상기 개구(41)에서 불고 있는 50m/초의 흡인 기류에 의해 흡인 구멍(4)의 개구(41)로 이끌린다. 그에 의해, 멀티 필라멘트(F)를 구성하는 필라멘트 사이의 결합이 느슨해지며, 인접한 필라멘트 사이의 틈이 확대된다.
멀티 필라멘트(F)를 통과하며 양측을 감압시키는 흡인 기류는 결합이 상기 예비 신장 기구(5)에 의해 미리 느슨하게 되는 멀티 필라멘트(F)를 펴는 효율성을 강화시킨다. 이런 방법으로, 평균적으로 폭이 약 18㎜이며 두께가 약 0.05㎜인 매우 얇으며, 폭이 넓은 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS)가 얻어질 수 있다.
실시예 1 및 실시예 2의 공기 역학적인 설명
다음에, 실시예 1 및 실시예 2의 공기 역학적인 설명이 멀티 필라멘트(F)가 기류에 의해 흡인 구멍(4)의 개구(41)에서 시트형상으로 펴지는 것으로 이하에 기재된다.
도 8 내지 11은 기류 중에 존재하는 멀티 필라멘트를 모식적으로 도시하며, 각 도면에서 원은 한 개의 필라멘트를 나타낸다.
우선, 도 8은 필라멘트가 아직 서로 배출되지 않은 초기 필라멘트(F)가 기류에 노출되는 상태를 도시한다. 기류는 처음 상기 멀티 필라멘트(F)와 만나는 경우, 멀티 필라멘트(F)의 양측으로 흐른다. 이 상태에서, 멀티 필라멘트(F)바로 위의 기류 속도는 거의 0 이다.
이 경우에, 포텐셜 에너지가 무시되어 베르누이의 공식이 1/2ρω2+ P=상수로 변형될 수 있다. 변수 "ρ" 는 유체의 밀도를 나타내며 ω 는 기류 속도, P는 압력을 나타낸다.
상기 베르누이의 공식을 기초로, 멀티 필라멘트(F) 바로 위의 압력(P1)과 멀티 필라멘트(F)의 양측에서의 압력(P2) 사이의 상관관계는 P1>P2가 되어, 가로방향의 스러스트는 멀티 필라멘트(F)의 양측에 위치하는 필라멘트 상에서 작용한다.
도 9는 필라멘트 사이의 접합이 느슨하게 되는 진행상태를 도시한다. 기류가 이러한 진행 상태에서 멀티 필라멘트(F)와 부딪치는 경우, 멀티 필라멘트(F)의 바로 상부상에서 충돌하여 멀티 필라멘트(F)의 양측으로 분리되지만, 이 때, 기류는 결합이 느슨하게 되는 멀티 필라멘트의 양측에 위치하는 필라멘트와 중심부 상의 필라멘트 덩어리 사이의 틈으로 향하게 된다. 이 경우에, 중심부의 필라멘트 덩어리상에서 작용하는 압력(P1), 중심부의 필라멘트 덩어리와 중심으로부터 최외각에 위치하는 필라멘트 사이의 간격에서 작용하는 압력(P2) 및 중심으로부터 최외각에 위치하는 필라멘트 외측부상에서 작용하는 압력(P3) 사이의 상관 관계는 P1>P2>P3이 되어, 간격을 향하는 스러스트는 상기 간격에 인접하여 놓이는 덩어리 형태의 필라멘트에 작용하며, 훨씬 더 큰 외측으로의 스러스트가 중심으로부터 최외각에 놓이는 필라멘트 상에 작용한다.
도 10은 멀티 필라멘트의 펼침 상태가 안정되는 상태를 도시한다. 이 상태는 기류가 멀티 필라멘트(F)의 필라멘트 사이에서 생기는 간격을 통해 흐를 경우 구현될 수 있다.
도 11은 흡인 구멍(4)에서 아치형으로 구부러지는 멀티 필라멘트의 필라멘트(A1, A2)를 일예로서 취하여, 흡인 기류에 의하여 가로로 펴지도록 양 필라멘트가 외부로 이동되는 상태를 도시한다.
필라멘트(A1, A2)에 흡인 구멍(4)에서의 굴곡량(T1, T2)이 주어질 경우, 필라멘트는 반경이 한 점(A0)을 중심으로 하는 (T1,T2)인 원 내에서 자유롭게 이동할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는, 필라멘트에 작용하는 기류가 필라멘트를 기류의 외부 및 하류측으로 이동시키기 때문에, 반경이 한 점(A0)을 중심으로 하는 (T1,T2)인 원주 상에서 이동하도록 제한된다.
원의 원주상에서 이동하는 필라멘트(A1,A2)가 원 위치보다 각각 (h1), (h2) 만큼 높게 놓이기 때문에, 원 위치로 되돌아오도록 포텐셜 에너지를 갖는다. 또한, 필라멘트의 외부로 향하는 운동이 점(A0) 상에서 중심에 놓이기 때문에, 원위치로 되돌아오도록 꼬이게 된다. 즉, 상기 포텐셜 에너지와 복원력으로 각각 이루어지는 합성력 (d1), (d2) 이 필라멘트(A1), (A2)상에 각각 작용하여 에너지화시켜 원위치로 되돌아가게 한다. 다음에, 필라멘트가 필라멘트를 기류의 외부 및 하류측으로 이동시키는 흡인 기류에 의한 힘 및 필라멘트(A1), (A2)를 원위치로 복귀시키는 합성력이 동일하여 힘의 균형을 유지시키는 위치로 이동한다.
다시 말하면, 필라멘트의 굴곡량이 커질수록, 필라멘트상에 작용하는 더 작은 포텐셜 에너지 및 복원력으로 인해 더 적은 굴곡량으로 필라멘트를 가로로 이동시키는 것과 동일한 수평 간격으로 멀티 필라멘트를 펴는데 더 작은 흡인 기류가 요구된다. 모든 멀티 필라멘트의 성분 중에서 한 개의 필라멘트(f)에 주의를 기울여 이 점을 고려하고, 이 필라멘트가 도 12에 도시된 바와 같이 직선형상이라고 가정하면, 필라멘트는 기류에 의해 가로로 이동되며, 매우 많은 양의 기류를 필요로 하게 된다. 하지만, 필라멘트(f)가 도 13에 도시된 바와 같이 약간만 굴곡될 경우, 작은 양의 기류로 이동시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 필라멘트를 가로로 쉽게 이동시키게 되는 이유는 필라멘트 상에 형성된 크랭크 형상의 작용에 의한 것이다. 도 14에 도시된 바와 같이 필라멘트(f)를 굴곡시키는 것은 크랭크 형상으로 멀티 필라멘트의 각 필라멘트를 형성하는 것과 동일한 개념이다. 필라멘트를 크랭크 형상으로 형성시켜, 필라멘트(f)가 지레작용으로 인한 펄크라(fulcra)로서 점 (P) 및 (P)를 취하는 소량의 외력(W)에 의해 진동한다. 이런 방법으로, 멀티 필라멘트의 필라멘트(f)·(f)…가 서로 배출되어 가로로 펴진다(도 15참조).
실시예 3
본 발명의 실시예 3의 방법 및 장치가 도 16 및 도 17에 도시된다.
실시예 2와의 차이점은 실 공급부(1)를 장착하는 실 공급대(R)가 회전 가능하게 제어되어 실 공급부(1)로부터 배출되기 직전의 멀티 필라멘트의 감김 방향을 상기 공급부(1)로부터 배출된 후의 멀티 필라멘트(F)의 이동방향으로 정렬하며, 상기 공급부(1)가 제어되어 실 공급대(R)상에서 전진 및 후진할 수 있게 된다는 것이다.
즉, 본 발명의 실시예 3의 장치의 실 공급대(R)는 서보 모터(11)의 회전축(11a)상에서 상호 회전가능하게 지지되는 베드(12), 베드(12)의 상호 회전 스트로크를 제어하는 터치 센서(13a, 13b), 상기 베드(12)상에 배열되어 서보 모터(14a)의 역 회전에 의해 실 공급부(1) 전체를 전진 및 후진 이동시키는 볼 나사(14), 볼 나사(14)의 전후진 이동을 제어하는 스트로크 센서(15a, 15b), 전후진 이동이 볼 나사(14)의 구동에 의해 행해지는 실 공급부(1)로부터 배출된 멀티 필라멘트(F)의 위치를 검출하는 배출된 실 위치 검출기(16), 및 실 공급부(1)로부터 배출될 멀티 필라멘트(F)의 장력을 측정 및 검출하며, 실 공급부(1)를 회전가능하도록 구동시키는 브레이크 모터(1a)에 제어신호를 보내서 배출될 멀티 필라멘트(F)의 장렬을 조절하는 배출된 실 장력 센서(17)를 구비한다 (도 18 내지 도 20 참조).
다음에, 상기 배출된 실 위치 검출기(16)에 의해 출력된 위치 신호가 볼 나사(14)의 서보 모터(14a)로 보내져서 서보 모터(14a)를 역회전시키며 실 공급부(1)를 전진 및 후진시켜 멀티 필라멘트(F)의 배출 위치를 이동 경로로 정렬하며, 배출 방향 명령 신호가 상기 터치 센서(13a, 13b)로부터 출력되어 베드(12)의 상호 회전을 제한적으로 제어하며, 실 공급부 이동 명령 신호가 스트로크 센서(15a, 15b)로부터 출력되어 실 공급부(1)의 전진 및 후진 운동을 제한적으로 제어한다. 이 경우에, 실 공급부(1) 상의 멀티 필라멘트(F)의 감김층의 수, 감겨있는 직경에 따라 변화하는 멀티 필라멘트(F)의 각 층의 감김사의 수, 각 감김층의 감김 폭, 장력 계수 및 감김 각도가 멀티 필라멘트의 형태에 의존하는 상태로 주어지기 때문에, 이들 상태를 동작 개시 전에 설정하여, 실 공급대(R)의 실 공급부(1)로부터 배출되기 직전에 멀티 필라멘트가 감겨있는 방향이 항상 이동 경로를 정렬시킨다.
본 발명의 실시예 3의 실 공급대(R)로, 대(R)상에서 지지되는 실 공급부로부터 배출되기 직전의 멀티 필라멘트의 감김 방향이 공급될 멀티 필라멘트의 이동 경로를 정렬할 수 있다. 상기한 바와 같이, 실 공급대(R)를 이용하여, 불가피하게 잘못된 꼬임을 연속적으로 일으키는 멀티 필라멘트의 회전(Δ)이 도 1에 도시된 바와 같이 실 공급부(1')의 표면에서 일어난다는 종래 문제점을 해결할 수 있다.
다음에, 실 공급대(R)의 실 공급부로부터 배출된 멀티 필라멘트(F)는 예비 신장 기구의 일련의 롤러(51)·(51)… 를 통해 필라멘트로 부드럽게 풀리에 되어 평평한 형태로 예비 신장되며 필라멘트가 흡인 구멍(4)을 통해 서로 평행하게 순서대로 배치되는 매우 얇은 상태의 넓은 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS)로 변형되거나 또는 실시예 2에서 언급된 바와 같이 예비 신장된 멀티 필라멘트 상에서 실행되는 굴곡 및 공기 역학 동작 사이에서의 동일한 상승효과가 가해져서 실 감김부(2)로 감겨지게 된다. 본 실시예의 실 감김부(2)는 감김대(S)상에서 지지되어 감김 작용이 서보 모터(2a)에 의해 실행되는 동안 서보 모터(24a)와 역으로 회전될 볼 나사(24)를 통해 임의의 시간 동안 상기 대 상에서 전진 및 후진할 수 있다.
실시예 4
본 발명의 실시예 4의 방법 및 장치가 도 21 및 도 22에 도시된다.
본 발명과 실시예 3 사이의 차이점은 전면 피더(3), 중앙 피더(3') 및 후면 피더(3")가 예비 신장 기구(5)와 실 감김부(2) 사이에 배치되며, 두 단계의 흡인 구멍(4)이 전면(3) 및 중앙 피더(3') 사이와 중앙(3') 및 후면 피더(3") 사이에 배열되며, 제 1 흡인 구멍(4)의 굴곡 검출기(44)는 전면 피더(3)를 제어하며 제 2 흡인 구멍(2)의 검출기는 후면 피더(3")를 제어한다.
도 21 및 22에 도시된 바와 같은 본 실시예의 장치로, 실 공급부(1)로부터 배출되며 공급되는 멀티 필라멘트(F)가 필라멘트의 결합이 예비 신장 기구(5)에 의해 평평한 형상으로 가로로 연장되기에 충분히 느슨해지는 방식으로 부드럽게 배출된 후에, 예비 신장된 멀티 필라멘트에 흡인 구멍에서 두 번 행해질 두 단계의 굴곡 및 공기 역학 동작 사이의 상승효과가 가해져서 실시예 3보다 더 얇은 상태로 훨씬 넓은 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS)가 서로 평행하게 충분히 유지되면서 순서대로 배치될 수 있다.
실시예 5
본 발명의 실시예 5의 방법 및 장치가 도 23에 도시된다.
본 실시예는 도 12에 도시된 실시예 3의 장치를 세 단계로 수직으로 배치하며 각 단계에서 제 1 흡인 구멍의 동작 이후에 각 단계에 공급된 세 개의 멀티 필라멘트 시트를 서로 겹치게 하며, 겹쳐진 멀티 필라멘트 시트 상에서 제 2 흡인 구멍의 동작을 실행하여 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 얻기 위한 것이다.
즉, 본 실시예의 장치로, 상부, 중앙부, 및 하부 실 공급부(1), (1), (1)로부터 배출되며 공급된 각 멀티 필라멘트(F1),(F2),(F3)가 필라멘트의 결합이 예비 신장 기구(5),(5),(5)에 의해 평평한 형상으로 가로로 연장되기에 충분히 느슨하게 되는 방식으로 부드럽게 배출된 후에, 예비 신장된 멀티 필라멘트에 흡인 구멍(4),(4),(4)을 통한 굴곡 및 공기역학 동작 사이의 상승 효과를 가하여 얇고 넓은 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS1),(FS2),(FS3)로 변형된다. 이들 시트(FS1),(FS2),(FS3)는 중심 피더(3')에서 서로 겹쳐지며 겹쳐진 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 제어된 공급 속도로 제 2 흡인 구멍(4)으로 보내져서 일정한 양만큼 과도 공급된다. (FS1),(FS2),(FS3)를 구비하는 겹쳐진 멀티 필라멘트 스프레드 시트는 제 2 구멍(4)에서 흡인 기류와 만나서 겹쳐진 시트 상에서 실행될 굴곡 및 공기역학 동작 사이의 상승 작용에 의해 기류의 하향측 및 펼침 폭으로 아치형으로 구부러진다. 이 때, 각 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS1),(FS2),(FS3)의 필라멘트는 서로 평행하게 순서대로 정렬되어 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트로 혼합된다.
본 실시예에 따라, 멀티 필라멘트의 형태를 선택하여 다양한 특성을 갖는 여러 가지 멀티 필라멘트를 제조할 수 있다.
예를 들면, 본 실시예의 장치의 상부, 중앙 및 저부 공급 단계에서의 각 멀티 필라멘트(F1),(F2),(F3)가 각 단계에서 상기한 바와 같이 예비 신장 기구(5),(5),(5) 및 제 1 흡인 구멍(4),(4),(4)에 의해 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS1),(FS2),(FS3)로 변형되지만, 이들 공급 단계는 도 24에 도시된 바와 같이 서로 약간 가로로 이동되며, 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS1),(FS2),(FS3)의 과도 겹칩영역이 제 2 흡인 구멍(4)에서 일체로 혼합된다. 그러므로, 멀티 필라멘트의 형태의 선택에 따라, 다양한 종류의 멀티 필라멘트의 특성이 서로 혼합되는 특별한 형태의 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 얻을 수 있다 (도 25참조).
유사하게, 제 1 흡인 구멍(4),(4),(4)으로부터 보내진 멀티 필라멘트 스프레드 시트(FS1),(FS2),(FS3)를 도 26에 도시된 바와 같이 나란히 인접하여 배치하고, 그것을 제 2 흡인 구멍(4)으로 집어넣어, 이들 시트(FS1),(FS2),(FS3)의 가장자리부가 일체로 결합되는 넓은 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 얻을 수 있다. 이 경우에도 또한, 사용 목적에 따라 적당한 멀티 필라멘트를 선택적으로 결합하여 다양한 종류의 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 얻을 수 있다(도 27참조).
복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 예
본 발명의 실시예 5에서 공급 단계의 수가 증가한다면, (FS1),(FS2),…(FSn)을 구비하는 겹쳐진 멀티 필라멘트 혹산 시트상에서 흡인 구멍(4) 동작을 행하는 것이 또한 가능하다.
예를 들면, 다층 상태로 겹쳐진 선택된 형태의 멀티 필라멘트를 구비하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트에 흡인 구멍(4)동작이 가해진다면, 도 28에 도시된 바와 같이 순서대로 다층화된 구조를 갖는 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 얻을 수 있다.
유사하게, 선택된 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리 측부가 서로 결합되며 단면에서 엇갈리는 형태로 순서대로 다층화된 상태로 겹쳐지는 도 29에 도시된 바와 같은 혼합 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조할 수 있다.
또한, 선택된 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리 측부가 서로 결합되며 이들 시트가 계단식으로 다층화된 상태로 겹쳐지는 도 30에 도시된 바와 같은 혼합 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조할 수 있다.
실험
멀티 필라멘트를 시트 형상으로 펴는 본 발명의 실시예 3의 장치(이하, "본 장치"라 칭함)의 성능을 본 장치의 예비 신장 기구에 사용되는 일련의 롤러의 성능과 비교하기 위하여, 본 발명에 의해, 직경이 각각 7㎛인 12,000개의 필라멘트 다발(12K) 및 6,000개의 필라멘트(6K) 다발을 구비하는 두 가지 형태의 꼬임없는 탄소 섬유를 시트 형상으로 펴는 효율이 그래프로 표시된 도 31에 도시된다. 도 31에서 ① 내지 ⑥의 각 선이 나타내는 것은 다음과 같다.
① 롤러에 의한 신장이후에 펼침 폭이 10㎜이며 흡인 구멍의 동작에 의한 굴곡량이 8㎜인 12,000개의 필라멘트를 구비하는 탄소 섬유
② 롤러에 의한 신장이후에 펼침 폭이 10㎜이며 흡인 구멍의 동작에 의한 굴곡량이 6㎜인 12,000개의 필라멘트를 구비하는 탄소 섬유
③ 롤러에 의한 신장이후에 펼침 폭이 10㎜이며 흡인 구멍의 동작에 의한 굴곡량이 4㎜인 12,000개의 필라멘트를 구비하는 탄소 섬유
④ 롤러에 의한 신장이후에 펼침 폭이 5㎜이며 흡인 구멍의 동작에 의한 굴곡량이 8㎜인 6,000개의 필라멘트를 구비하는 탄소 섬유
⑤ 롤러에 의한 신장이후에 펼침 폭이 5㎜이며 흡인 구멍의 동작에 의한 굴곡량이 6㎜인 6,000개의 필라멘트를 구비하는 탄소 섬유
⑥ 롤러에 의한 신장이후에 펼침 폭이 5㎜이며 흡인 구멍의 동작에 의한 굴곡량이 4㎜인 6,000개의 필라멘트를 구비하는 탄소 섬유
도 31에 도시된 그래프로부터 필라멘트 다발에 대한 기류 속도가 커지고 굴곡량이 많아 질수록, 펼침 폭이 넓어지게 된다는 것을 알 수 있다.
다음에, 본 발명에서 구현되는 장치에 의한 멀티 필라멘트의 초기 폭에 대한 펼침 폭의 비율이 각 필라멘트의 직경이 7㎛인 6,000개 및 12,000개의 필라멘트를 구비하는 두 가지 형태의 탄소 섬유 및 각 필라멘트의 직경이 13㎛ 및 17㎛인 2,000개의 필라멘트를 구비하는 유리섬유를 일예로서 취하여 도 32에 비교 도시되며, 종래 롤러에 의한 초기 폭 대 상기 멀티 필라멘트의 펼침폭의 비가 도 33에 비교 도시된다.
도 32로부터 초기 폭보다 3배 정도 큰 펼침폭이 본 발명에서 구현되는 장치로 실현될 수 있으며, 종래 롤러에 의한 펼침폭은 도 33에 도시된 바와 같이 초기 폭의 최대 2배 정도로 제한된다는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에서 구현되는 장치는 초기 폭의 세 배 내지 다섯 배의 펼침폭이 구현되어 본 발명에 의한 시트 형상의 멀티 필라멘트를 펴는 효율이 종래 기술보다 훨씬 양호하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서 구현되는 장치 및 방법으로, 멀티 필라멘트가 멀티 필라멘트 상에서 일정한 범위 내에서 폭이 제어되는 기류 역학 작용 및 굴곡 동작 사이의 상승효과를 최대한 이용하여 시트 형상으로 펴지기 때문에, 다양한 종류의 멀티 필라멘트로 만들어진 매우 넓고 얇은 스프레드 시트를 제조할 수 있다.
유사하게, 본 발명에서 구현되는 장치 및 방법으로, 멀티 필라멘트가 고정된 양만큼 과도 공급될 멀티 필라멘트에 흡인 기류를 가하여 시트 형상으로 펴져서 기류의 하향 및 펼침 폭으로 아치형으로 굴곡되기 때문에, 필라멘트 상에서 실 절단이 발생하지 않으며, 길게 뻗어있는 필라멘트가 서로 평행하게, 인접한 필라멘트 사이에서 일정한 간격을 두고 순서대로 배치되는, 표면에 보풀이 없는 양질의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조할 수 있다.
다음에, 본 발명에서 구현되는 장치 및 방법으로, 탄소 섬유, 세라믹 섬유 및 방향성 폴리아미드 섬유와 같은 멀티 필라멘트가 시트 형상으로 넓고 얇게 펼칠수 있으므로, 합성 수지와 같은 매트릭스를 강화시키는 보충용 섬유 재료에 필수적인 수지 함침 및 필라멘트 정렬이 우수한 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 효과적으로 대량 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에서 구현되는 장치 및 방법으로, 다양한 형태의 멀티 필라멘트가 목적에 따라 자유롭게 선택될 수 있으므로, 종래 얻기 힘들얻던 단일한 특성을 갖는 혼합 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서 구현되는 장치 및 방법으로, 동일하거나 상이한 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 서로 겹치게 하여 겹쳐진 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 효과적으로 제조할 수 있다.
이런 방법으로, 본 발명은 멀티 필라멘트 펼침 기술을 현저하게 혁신시켜 산업상 이용 가능성이 극도로 커지며 분야가 다양해진다.

Claims (16)

  1. 복수개의 필라멘트를 구비하는 멀티 필라멘트를 실 공급부로부터 실 감김부까지의 공급 제어하에서 일정량만큼 과도 공급하는 단계,
    이동중인 멀티 필라멘트에 가로로 기류를 가하여 상기 멀티 필라멘트를 기류의 하향측으로 아치형으로 굴곡되게 하여, 필라멘트를 가로로 분리하며 멀티 필라멘트 스프레드 시트로 변형시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 멀티 필라멘트를 통과하는 기류는 흡인 기류인 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 이동중인 멀티 필라멘트를 향해 개방된 소정 넓이의 흡인 구멍이 실 공급부와 실 감김부 사이의 멀티 필라멘트의 공급 경로상에 배열되며, 상기 멀티 필라멘트를 통과하는 기류는 상기 구멍의 흡인 기류에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 실 공급부로부터 실 감김부에 공급된 멀티 필라멘트가 가로로 예비 신장된 후, 멀티 필라멘트의 예비 신장된 표면에 흡인 기류가 가해지는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실 공급부로부터 상기 실 감김부에 공급된 멀티 필라멘트에 흡인 기류가 반복적으로 가해지는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조방법.
  6. 복수개의 필라멘트를 구비하는 멀티 필라멘트를 실 공급부로부터 실 감김부까지의 공급 제어하에서 일정량 만큼 과도 공급하는 단계,
    이동중인 멀티 필라멘트에 교차방향으로 기류를 가하는 멀티 필라멘트 펼침 동작에 의해 제조된 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 복수 단계로 결합하거나 상기 시트를 서로 평행하게 배치하는 단계, 및
    복수개의 단계로 결합되거나 서로 평행하게 배치되는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 상에서 상기 펼침 동작을 실행하여 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 제조하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 공급 제어하에서 일정량만큼 과도 공급된 복합 멀티 필라멘트 스프레드 시트는 또한 복수 단계로 결합되거나 서로 병렬로 배치되며, 상기 펼침 동작은 복수 단계로 결합되거나 서로 병렬로 배치되는 복합 멀티 필라멘트 시트 상에서 반복적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조방법.
  8. 공급 제어하에서 일정량 만큼 과도 공급되며 실 공급부와 실 감김부 사이의 공급 경로를 향해 상기 개구가 개방되는 방식으로 배열되는 일정한 넓이의 흡인 구멍 상에서 이동하는 멀티 필라멘트에 흡인 기류가 연속적으로 가해져서 아치형으로 굴곡되며 가로로 펴지는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조장치.
  9. 제8항에 있어서, 흡인 구멍에 대해 앞부분 및 뒷부분에 위치하는 공급 경로 상에서 멀티 필라멘트의 과도 공급은 굴곡 센서에 의해 출력되는 제어신호에 의해 제어되어, 흡인 구멍상을 이동하는 멀티 필라멘트의 굴곡량을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조장치.
  10. 제8항에 있어서, 실 공급부 주위를 감고있는 멀티 필라멘트를 배출시키며 배출된 멀티 필라멘트를 실 감김부로 공급하도록 실 공급부를 지지하는 실 공급대는 배출되기 직전의 실 공급부에서의 멀티 필라멘트의 감김 방향이 멀티 필라멘트의 공급 경로를 정렬시키는 방식으로 멀티 필라멘트의 공급 경로에 대하여 회전가능하게 배열되며, 실 공급부는 실 공급대상에 배열되어 축 방향으로 전진 및 후진할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조장치.
  11. 제8항에 있어서, 예비 신장 기구가 멀티 필라멘트의 공급 경로상에 배열되어 상기 신장 기구를 통과하는 멀티 필라멘트를 예비 신장시키는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조장치.
  12. 복수개의 필라멘트를 구비하는 멀티 필라멘트의 공급 경로에 대하여 배출되기 직전의 실 공급부에서의 멀티 필라멘트의 감김 방향이 배출된 멀티 필라멘트의 공급 경로를 정렬하는 방식으로 실 공급부와 실 감김부 사이에서 회전 가능하게 배치되는 실 공급부를 지지하는 실 공급대로서, 상기 실 공급부는 상기 실 공급대 상에 배열되어 축 방향으로 전진 및 후진할 수 있는 실 공급대,
    실 공급대로부터 공급된 멀티 필라멘트를 예비 신장시키는 예비 신장 기구,
    상기 신장 기구에 의해 예비 신장된 멀티 필라멘트를 제어하여 상기 멀티 필라멘트가 일정량만큼 과도 공급되는 공급 제어 기구,
    상기 멀티 필라멘트에 흡인 기류가 연속적으로 가해져서 멀티 필라멘트가 필라멘트로 가로로 펼쳐지며 멀티 필라멘트 스프레드 시트로 변형되는 방식으로 상기 공급 제어 기구 하에서 일정량만큼 과도 공급된 멀티 필라멘트를 아치형으로 굴곡시켜 멀티 필라멘트 펼침 동작을 실행하는 흡인 구멍, 및
    상기 흡인 구멍에 의해 상기 기류 확산 동작이 실행되는 멀티 필라멘트 스프레드 시트를 감는 실 감김부를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 필라멘트 스프레드 시트 제조장치.
  13. 소정 형태의 멀티 필라멘트로 만들어진 멀티 필라멘트 스프레드 시트가 서로 가로로 결합되며, 서로 평행하게 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합된 형태의 넓은 멀티 필라멘트 스프레드 시트.
  14. 소정 형태의 멀티 필라멘트로 만들어진 멀티 필라멘트 스프레드 시트가 서로 겹쳐지며, 서로 평행하게 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합된 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트.
  15. 소정 형태의 멀티 필라멘트로 만들어진 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리 측부가 가로로 서로 결합되며, 상기 스프레드 시트가 순서대로 다층화된 상태로 겹쳐지며, 상기 필라멘트는 서로 평행하게 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합된 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트.
  16. 소정 형태의 멀티 필라멘트로 만들어진 멀티 필라멘트 스프레드 시트의 가장자리 측부가 가로로 서로 결합되며, 상기 스프레드 시트가 계단식으로 다층화된 상태로 겹쳐지며, 상기 필라멘트는 서로 평행하게 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합된 형태의 멀티 필라멘트 스프레드 시트.
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