KR20010006186A - 장섬유를 분배하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

강화 섬유 (10) 를 분배하기 위한 방법 및 장치는 강화 섬유를 공급하며 출구단 (26) 을 가지는 슈트 (24), 및 제 1 경로 (34) 를 따라 무한 운행하도록 슈트의 출구단에 설치된 미터링 벨트 (32) 를 포함한다. 미터링 벨트는 미터링 벨트로부터 바깥쪽으로 뻗어나온 팁 (38) 을 가지는 가느다란 부재 (36) 를 가지며, 이에 의해 상기 팁들과 미터링 벨트 사이의 공간 (40) 이 정의된다. 상기 가느다란 부재에 의해 형성된 공간으로 침투한 섬유가 미터링 벨트에 의해 운반되도록, 미터링 벨트의 팁들이 충분히 슈트 가까이로 통과한다. 미터링 벨트는, 인접한 가느다란 부재들이 서로 벌어져 발산하도록 하며 이에 의해 상기 미터링 벨트로부터 섬유가 배출되도록 하는 곡면 (66) 주위로 제 2 경로 (64) 를 따라 무한 운행하도록 설치된다. 집결면 (70) 이 배출된 섬유를 수신한다.

Description

장섬유를 분배하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DISTRIBUTING LONG FIBERS}

기술분야 및 발명의 산업상 이용가능성

본 발명은 일반적으로 강화 섬유 매트 또는 시트형 복합 화합물을 제조하기 위한 목적으로 섬유를 분배하는 방법에 대한 것이다. 특히, 본 발명은 균일하게 강화된 매트 또는 복합 시트를 제조하기 위해, 집결면상에 강화 섬유를 일반적으로 균일하게 분배하는 것에 대한 것이다. 본 발명은 유리 섬유 강화 매트 및 유리 섬유 강화 복합 재료와 같은 제품을 제조하는데 유용하다.

발명의 배경

많은 제품들이 강화 섬유로 강화된, 수지 매트릭스와 같은 매트릭스로 이루어진다. 강화 섬유는 여러 가지 방법으로 제품 내에 도입될 수 있다. 산업적 생산의 관점에서, 매트릭스 내에 섬유를 도입하는 주요한 방법은 강화 섬유 매트의 형성을 포함한다. 일반적으로 "복합재" 라고 불리는 강화 제품들은 전자 부품뿐만 아니라 자동차, 산업용 및 가정용 장비를 포함하는 다양한 최종 응용처에 사용될 수 있다. 강화 섬유는 수지 매트릭스에 강도, 경도 및 난연성 등과 같은 우수한 성질을 제공하는데 적합한 임의의 재료, 길이, 지름 또는 모양일 수 있다. 전형적인 강화 섬유에는 유리 섬유와 같은 광물 섬유, 나일론 섬유와 같은 유기 섬유, 및 아마 (flax) 또는 사이잘 (sisal) 과 같은 천연 섬유가 포함된다. 광물 강화 섬유는 일반적으로 사이즈 (size) 또는 코팅을 가지는데,이들은 폴리비닐아세테이트, 폴리우레탄 또는 에폭시와 같은 폴리머를 포함한다.

강화 매트의 제조 및, 즉 강화 섬유를 기판 또는 집결면상에 분배하는 것은 여러 가지 방법으로 달성될 수 있다. 섬유는 액체와 섞여 슬러리로 형성될 수 있으며, 이어서 다공성 컨베이어 위쪽으로 이동되어 액체가 제거된다. 이런 제품은 습식 공정 매트 (wet process mat) 또는 습식 배포 매트 (wet laid mat) 라고 알려져 있다. 습식 공정에 있어서의 문제점은 거대한 장비를 필요로 하여 이와 관련된 자본 투자가 매우 커지게 된다는 것 및 시스템으로부터 액체를 방출시키는데 상당한 양의 에너지가 소모된다는 점이다. 습식 공정은 환경을 보호하기 위해 상당한 청정 과정을 필요로 한다.

섬유를 분배시키는 다른 공정으로는 섬유들에 공기를 불어 집결면상에 배포하는 것이 있다. 균일한 분포 및 눈보라의 무질서도와 유사한 무질서한 방향성을 가지는 것이 원하는 결과이다. 공기 배포 매트 (air laid mat) 공정에 있어서의 문제점은 매트의 기계 방향 또는 종축 (line axis) 을 따라 균일성을 가지도록 섬유의 미터링 (metering) (시간의 함수로서의 배출 속도) 을 제어하기 어렵다는 것이다. 또한, 특히 투입 재료가 고 애스펙트비 (길이 대 지름) 를 가진 불연속적인 섬유의 형상인 경우, 종방향 또는 기계 방향에 수직인 방향으로 섬유의 균일한 분배를 달성하기 어렵다는 문제점이 있다. 1 미터보다 큰 폭을 가진 집결면들과 같은 넓은 집결면에 대해서 섬유를 공기에 의해 배포하여 균일한 분포를 달성하기가 특히 어렵다.

대부분의 섬유 분배 공정에 공통되는 하나의 문제점은 섬유들이 응집하거나 덩어리나 타래로 서로 엉겨붙어 섬유의 밀도가 높은 영역을 발생시킨다는 것이다. 이것은 습식 배포 매트 및 공기 배포 매트 양자에 공통되는 문제이다. 어떤 섬유 분배 시스템은 핀으로 섬유 덩어리를 떼어놓음으로써 덩어리 또는 섬유의 고밀도 영역을 풀어헤치도록 구성된다. 섬유 분배 장치가 섬유를 풀어헤치도록 설계된 경우라도, 집결면상에서 무질서한 방향성을 가진 섬유의 균일한 분포를 달성하는 것은 매우 어렵다. 또한, 섬유를 풀어헤치거나 전송하기 위해 핀을 사용하는 분배 시스템은 핀들 사이에 섬유가 감기거나 걸리게 되는 문제점을 가지며, 섬유를 핀으로부터 제거시키기도 어렵다. 섬유상에 미끈미끈한 코팅을 가하더라도 이 문제가 해결되지는 않는다. 더구나, 약 2㎝ 보다 긴 섬유를 분배하는 경우에는, 장섬유 (long fiber) 가 핀 주위에 더 많이 얽히기 때문에, 핀으로부터 섬유를 제거하기가 더욱 어려워진다.

따라서, 강화 매트 및 강화된 시트형 제품을 제조하기 위해 섬유를 균일하게 분배할 수 있는 시스템에 대한 요구가 존재한다. 이러한 시스템은 폭이 1 미터보다 큰 넓은 집결면상에 섬유를 균일하게 분배할 수 있어야 한다. 또한, 시스템은 고가의 오염 제어 시스템뿐만 아니라 많은 자본 투자 및 높은 에너지 비용을 회피하기 위해, 액체의 사용을 피하는 것이 이상적이다. 또한, 시스템은 약 2 내지 약 10㎝ 의 범위의 길이를 갖는 일반적인 장섬유를 균일하게 분배할 수 있어야 한다.

발명의 개요

상기 목적 및 특정하여 표현하지 않은 다른 목적들은 강화 섬유를 분배하기 위한 본 발명의 방법 및 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 장치는 강화 섬유를 공급하는 슈트 (chute) 를 포함하는데, 슈트는 출구단을 가진다. 미터링 벨트가, 제 1 경로를 따라 무한 이동하도록, 슈트의 출구단에 설치된다. 미터링 벨트는 미터링 벨트로부터 바깥쪽으로 뻗어 나온 팁 (tip) 을 가지는 가느다란 부재들을 가지며, 이에 의해 그 팁들과 미터링 벨트사이의 공간이 정의되며, 가느다란 부재들에 의해 형성된 공간 내에 침투한 섬유가 미터링 벨트에 의해 운반되어 가도록 미터링 벨트의 팁이 슈트 가까이를 지나간다. 미터링 벨트가, 미터링 벨트를 곡면주위로 안내하는 제 2 경로를 따라 무한 운행하도록 설치된다. 이것은 인접한 가느다란 부재들이 서로 벌어져 발산하도록 하여, 섬유가 미터링 벨트로부터 배출되도록 한다. 장치는 배출된 섬유를 수신하는 집결면을 포함한다.

본 발명에 의하면, 출구단을 가진 슈트 내로 강화 섬유를 장입하는 단계, 섬유를 슈트로부터 인출하는 단계, 및 슈트의 출구단에 거의 평행한 제 1 경로를 따라 움직이는 미터링 벨트 상에 섬유를 퇴적하는 단계를 포함하는 강화 섬유 분배 방법이 제공된다. 미터링 벨트는 미터링 벨트로부터 바깥쪽으로 뻗어 나온 팁을 가진 가느다란 부재들을 가지며, 이에 의해 팁들과 미터링 벨트 사이의 공간이 정의된다. 미터링 벨트의 팁은 슈트 가까이를 지나가며, 가느다란 부재들에 의해 형성된 공간 내에 침투한 섬유는 미터링 벨트에 의해 운반된다. 섬유는 미터링 벨트를 곡면주위의 제 2 경로를 따라 움직이도록 함으로써 미터링 벨트로부터 배출되는데, 여기서 미터링 벨트가 곡면 주위로 이동하는 것은 인접한 가느다란 부재가 서로 벌어져 발산하도록 하여 섬유를 배출시킨다. 배출된 섬유는 집결면상에서 수신된다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 강화 섬유를 분배하기 위한 본 발명의 장치의 모식적 정면단면도.

도 2 는 도 1 에 도시된 장치의 슈트의 출구 및 미터링 벨트의 모식적 정면단면도.

도 3 은 미터링 벨트로부터 배출되는 강화 섬유 및 하부 롤러의 모식적 정면단면도.

도 4 는 선 4-4 를 따라 취한, 도 2 의 미터링 벨트 및 닥터 블레이드 (doctor blade) 의 모식적 정면단면도.

도 5 는 선 5-5 를 따라 취한, 도 4 에 도시된 장치의 모식적 정면단면도.

발명의 상세한 설명 및 바람직한 실시예

도면에서, 도 1 은 강화 섬유 (10) 를 분배하기 위한 장치를 도시한다. 섬유는 도면에 도시된 저장 사일로 (storage silo) (12) 또는 섬유 형성 공정으로부터의 인라인 공급원과 같은 임의의 소스 (source) 로부터 공급될 수도 있다. 저장 사일로는 상부 스프레더 (spreader) (16) 상에 섬유를 공급하는 전달 컨베이어 (14) 에 연결된다. 바람직한 구성에서, 컨베이어는, 전달 컨베이어가 사일로로부터 용이하게 섬유를 추출할 수 있도록, 미터링 벨트에 대해 하기하는 것과 유사한 핀을 갖춘 벨트이다. 상부 스프레더는 일반적으로 전달 컨베이어보다 높은 속도로 회전하는 스프레더 롤러 (20) 및 호퍼 (18) 를 포함한다. 스프레더 롤러에도 컨베이어 벨트의 핀들과 맞물리는 핀이 형성된다. 이들 핀들이 충돌하듯이 움직여 섬유의 가장 집중된 또는 가장 밀도가 높은 부분을 풀어 헤친다. 도시된 바와 같이, 롤러 (20) 및 전달 컨베이어 (14) 는, 그들이 서로 만나는 부분에서 그들의 표면이 서로 반대방향으로 움직이도록, 회전한다. 그러면, 호퍼로부터 배출되는 것은 밀도가 어느 정도 균일한 섬유의 성긴 집합의 형태를 가진다. 섬유내에서의 불균일성을 감소시키는 상기한 구성은, 바람직한 것이지만, 선택적인 것이다.

호퍼의 측벽 또는 수신벽 (receiving wall) (22) 은, 섬유를 단순히 슈트 내로 낙하시키기보다는 섬유를 가로채어 경사진 표면을 따라 슈트 (24) 내로 미끄러지도록, 수직선에 대해 각을 이루는 것이 바람직하다. 공기로 운반되는 장섬유는 때때로, 공기를 통해 긴 거리를 낙하하면서, 서로 엉키려고 하는 경향이 있어 다시 덩어리로 응집되어 원하는 균일성이 좋은 분포를 얻는 것을 방해한다.

강화 섬유는 강화의 목적에 적합한 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 바람직한 재료는 오하이오주 톨레도시의 오웬스 코닝으로부터 입수할 수 있는 장섬유로 이루어진 절단된 스트랜드 (long fiber chopped strand) 이지만, 다른 광물 섬유 및 폴리에스터, 케블라 (Kevlar^ⓡ), 탄소섬유와 같은 유기 섬유도 본 발명에 사용될 수 있다. 대부분의 강화 응용에 있어서는 섬유가 다수의 필라멘트를 함유하는 절단된 다발이지만, 강화 섬유는 단일 필라멘트 (모노필라멘트) 일 수도 있다. 섬유 (10) 재료로서는 각 다발내에 약 50 내지 약 200 개의 필라멘트를 가진 절단된 스트랜드가 바람직하며, 각 다발내에 약 100개의 필라멘트를 가진 것이 더욱 바람직하다. 섬유 (10) 다발은 약 20 내지 약 100㎜ 범위의 길이 및 약 0.5㎜의 지름을 가지는 것이 바람직하나, 다발을 약간 납작하게 하여 장축상으로 약 1㎜ 및 단축상으로 0.25㎜인 단면 치수를 가지도록 할 수도 있다.

일단 섬유가 상부 스프레더 (16) 를 통과하면, 섬유는 수직방향의 슈트 (24) 를 통과하여 아래쪽으로 이동한다. 슈트는 최종 미터링 장치를 향한 경로로 섬유를 향하게 하고 섬유를 최종 미터링 장치에 공급하는 임의의 도수로 (conduit) 일 수 있다. 섬유는 슈트 내에서 중력에 의해 슈트의 저부에 위치한 출구단 (26) 을 향해 움직이는 것이 바람직하다. 또는, 기계적 또는 뉴매틱 (pneumatic) 수단 (도시되지 않음) 을 사용하여 섬유를 강제적으로 슈트의 저부를 향해 이동시킬 수도 있다. 과도하게 섬유를 압축하지 않는 것이 중요한데, 이는 섬유중 일부가 엉키어 섬유의 결과적인 분포에 있어 불균일성을 증가시킬 수도 있기 때문이다.

슈트 (24) 로부터 섬유가 제거되는 속도는 슈트 저부에서 섬유상에 가해지는 압력의 함수이다. 섬유가 중력에 의해서만 슈트를 통과하는 경우에, 섬유상에 가해지는 이러한 압력은 섬유의 칼럼의 높이 및 슈트 내에 자연적으로 적층된 섬유의 겉보기 밀도의 함수이다. 슈트내의 섬유의 높이를 일정하게 하여 작업함으로써, 슈트 저부에서의 섬유의 압력을 거의 일정하게 만들 수 있으며, 이는 제품의 종 또는 기계 방향 및 횡 또는 크로스-기계 방향 모두에서 균일성이 우수한 매트를 제조하는데 도움을 준다. 슈트의 저부에서의 일반적인 압력은 약 2000Pa 내지 약 20000Pa 의 범위를 가지며, 약 6000Pa 인 것이 바람직하다.

슈트내의 섬유의 높이를 모니터링하기 위해 여러 가지 다른 레벨 지시계가 사용될 수 있다. 예컨대, 대응하는 일련의 포토셀 (30) 과 정렬된 광원의 수직 어레이 (28) 가 슈트에 설치될 수 있다. 슈트내의 섬유가 광원으로부터 포토셀로의 빛의 전송을 막음으로써, 슈트내의 섬유 칼럼의 높이를 나타내게 한다. 음파를 사용하거나 또는 시각적으로 관찰하는 것과 같은 다른 방법이 슈트내의 섬유의 높이를 결정하는데 사용될 수도 있다. 슈트 내에서 재료의 일정한 높이를 확보하기 위해, 전달 컨베이어 (14) 를 구동시키는 모터와 재료의 높이를 측정하는 센서와의 사이에 폐루프 시스템을 사용할 수 있다. 슈트내로 섬유가 공급되는 속도는 일반적으로 섬유의 측정된 높이에 따라 조절되며, 이에 의해 이 높이를 일정한 레벨로 유지한다. 섬유의 높이의 제어 및, 상부 스프레더 (16) 와 경사진 수신벽 (22) 에 의해 이루어지는 섬유의 균일한 패킹 시스템은 섬유의 압력을 제어할 수 있도록 해주어 슈트로부터 섬유를 균일하게 인출할 수 있도록 해주며 최종 제품에서 섬유가 더욱 균일하게 분포하도록 해준다.

도 2 및 3 에 더욱 명백하게 도시되듯이, 미터링 벨트 (32) 는, 슈트의 출구단 (26) 에서, 슈트로부터 섬유를 인출하여 후속 배출을 위해 섬유를 운반해간다. 미터링 벨트 (32) 는 무한 운행하도록 설치되며 전기 모터와 같은 임의의 적합한 수단 (도시되지 않음) 에 의해 동력을 공급받는다. 미터링 벨트는 슈트의 출구단 (26) 에서 제 1 경로 (34) 를 따라 이동한다. 미터링 벨트는 팁 (38) 을 가진 핀 (36) 과 같은 다수의 가느다란 부재를 가지는데, 이는 외부로 돌출하여 슈트의 출구단에서 섬유와 접촉하고 섬유를 물도록 되어 있다. 미터링 벨트로부터 바깥쪽으로 뻗어 나온 핀은, 도 5 에 가장 명백하게 도시되듯이, 팁과 미터링 벨트사이의 공간 (40) 을 형성 또는 정의한다. 팁의 제 1 경로는 출구단 가까이를 지나가며, 상기 공간 내로 침투한 섬유들은 슈트로부터 인출되어 미터링 벨트에 의해 운반된다.

미터링 벨트는 핀을 설치하기에 적합하고 무한 운행에 적합하며 유연성이 있는 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 오픈 메쉬 (open mesh) 강철 벨트가 사용될 수도 있지만, 강화 고무 재료가 바람직한 재료이다. 핀 (36) 들은 섬유를 물기에 적합하며 벨트로부터 바깥쪽으로 뻗어 나온 임의의 가느다란 부재일 수 있다. 핀은 스테인리스강과 같은 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 핀은 끝부분이 팁 (38) 으로 된 원뿔모양인 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 핀은 미터링 벨트의 표면으로부터 약 30㎜ 정도 돌출하며, 지름이 핀의 기저에서의 약 6㎜에서부터 팁에서의 약 0.5㎜ 와 같은 훨씬 작은 치수로 가늘어진다.

슈트로부터 인출되는 섬유의 양은 슈트의 저부에서의 섬유의 압력뿐만 아니라 핀의 패킹에도 의존한다. 미터링 벨트에 의해 인출되는 섬유의 양을 결정하는 다른 인자는 핀의 기하학적 형상, 주로 핀의 가늘어지는 정도이다. 핀의 테이퍼 (taper) 각도가 작을 수록, 더 많은 양의 섬유를 핀으로 잡을 수 있다. 핀이 미터링 벨트상에 너무 밀집되어 있는 경우에, 섬유가 핀에 의해 잡히는 것이 아니라 단지 핀의 상부에 놓이게 된다. 따라서, 더 적은 양의 섬유가 공간 (40) 내로 들어오게 된다. 핀들이 너무 멀리 떨어져 있는 경우에는, 핀들이 섬유의 균일한 양을 당기는 기능을 충분히 수행할 수 없어 핀들 사이에 위치한 섬유의 고밀도 덩어리가 미터링 벨트에 의해 운반되게 된다. 핀들은 섬유 길이의 약 반정도의 거리를 두고 떨어져 있는 것이 바람직하다.

미터링 벨트에 의해 단위 시간당 운반되가는 섬유 (10) 의 양을 미터링하기 위해, 슈트 출구 (26) 의 하류단에 닥터 블레이드 (doctor blade) (44) 가 배치된다. 닥터 블레이드는 종래의 직선형 에지를 가진 배리어이거나, 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 핀 (36) 과 닥터 블레이드 (44) 사이의 더 큰 상호작용을 제공하기 위해, 톱니모양을 가질 수 있다. 닥터 블레이드는 미터링 벨트 (32) 와 자신 사이의 간극 (46) 을 정의한다. 닥터 블레이드는 스테인리스강과 같은 임의의 적합한 물질로 이루어질 수 있는데, 스테인리스강은 그렇지 않으면 축적될 수도 있는 정전기를 방전하도록 접지 시킬 수 있다는 장점을 가진다. 닥터 블레이드는 슈트 (24) 의 벽상에 볼트로 고정하는 것과 같은 임의의 적합한 방식으로 설치될 수 있다. 닥터 블레이드는 수직으로 높이를 조절할 수 있도록 가변식으로 설치되는 것이 바람직하다.

톱니모양의 닥터 블레이드 (44) 는 슬롯 (50) 을 정의하는 일련의 돌출부 (48) 를 가진다. 슬롯 (50) 의 최상부 (52) 가 총 간극 (54) 을 정의하는데, 이는 닥터 블레이드와 미터링 벨트 (32) 사이의 최대 이격이다. 핀이 닥터 블레이드의 돌출부 (48) 와 상충하지 않도록, 미터링 벨트의 핀 (36) 들은 슬롯들과 정렬된다. 이러한 방식으로, 핀 (36) 들은, 핀들이 돌출부들과 실제로 접촉하지 않은 상태에서 돌출부 (48) 들과 중첩될 정도까지 슈트 출구 (26) 쪽으로 연장될 수 있다. 중첩의 정도는 도 5 에서 참조번호 56 으로 나타내었다. 일반적인 중첩의 정도는 약 10㎜ 이다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 돌출부 (48) 는 단지 아래쪽으로 돌출한 톱니 또는 스파이크 (spike) 이어야 하는 것은 아니며, 지느러미 모양을 갖도록, 종 또는 기계 방향으로 제 1 경로 (34) 를 따라 연장된 길이를 갖도록 신장될 수도 있다. 돌출부 (48) 들은, 제 1 경로 (34) 의 방향을 따라 높이 (62) 가 증가하도록 닥터 블레이드 (44) 로부터 미터링 벨트를 향해 뻗어나온, 경사진 형상 (60) 으로 형성된다. 이것은 핀이 슬롯 (50) 을 지나감에 따라, 섬유 (10) 가 핀에 의해 점진적으로 물리도록 해준다. 미터링 벨트가 슈트를 가로질러 이동함에 따라, 섬유는 점진적으로 핀상으로 눌려진다.

미터링 벨트 (32) 가 제 1 경로를 따라 이동하면서 섬유를 적재한 후, 미터링 벨트가 하부 롤러 (66) 주위로 휘어지도록 안내하는 제 2 경로 (64) 를 따라, 핀들이 아래쪽으로 향한 상태에서, 이동한다 (도 3 및 4 참조). 롤러 (66) 가 도시되었지만, 미터링 벨트가 곡면을 따라 이동하면서 인접한 핀 (36) 들의 팁 (38) 들이 서로 벌어져 발산하도록 하는 한, 미터링 벨트는 임의의 곡면 주위로 휘어지도록 안내될 수 있다. 참조 번호 68 에 의해 표시되는 최대 발산각은 적어도 5°인 것이 바람직하다.

미터링 벨트가 뒤집힌 동안 핀들 사이가 벌어지게 함으로써 얻는 장점은 미터링 벨트에 의해 운반되는 섬유 (10) 가 미터링 벨트로부터 낙하 또는 배출되기가 더 용이해진다는 것이다. 섬유의 배출은 핀을 원뿔모양으로 함으로써 또한 용이해진다. 본 발명의 장치 및 방법은 종래에 생각하지 못했던 방식으로 섬유의 균일한 배출을 가능케 한다. 섬유를 미터링함에 있어서의 지금까지의 문제점들 중의 하나는 섬유의 유연성이 클수록 섬유가 핀들 사이에 걸리거나 엉키게 되어 핀들로부터 섬유를 제거하기 어렵게 된다는 것이다. 따라서, 일반적인 핀 미터링 장치는 비교적 경질인 섬유에 대해서만 효과적이었다. 그러나, 본 발명에 의한 원뿔 모양을 가진 핀을 사용하고 미터링 벨트로부터의 섬유의 배출을 핀들이 벌어지는 위치에서 이루어지도록 함으로써, 장치로 하여금 더 부드러운 또는 종래에 가능하다고 생각했던 것보다 큰 유연성을 가진 섬유를 다룰 수 있도록 해준다. 예를 들어, 도 1 에 도시된 장치와 유사하나 본 발명의 특징을 포함하지 않는 장치를 사용할 경우, 섬유는 약 25㎜ 이하의 길이로 한정되며, 분배도중에 걸리는 것을 피하기 위해 매우 경질이고 침상(針狀)이어야 한다. 그러나, 본 발명의 장치 및 방법을 사용하면, 종래의 다필라멘트 강화 섬유에서와 같은 유연성을 갖는 섬유, 즉, 절단 가능한 조사 (choppable roving) 와 같은 비교적 부드럽고 유연한 섬유도 핀에 실질적으로 엉키지 않고 성공적으로 분배될 수 있다. 이러한 사실은 경질 보드상에 핀을 설치하고, 슈트의 저부를 가로질러 보드를 통과시켜 섬유를 인출하고, 보드를 뒤집어 섬유가 보드로부터 중력에 의해서만 낙하하도록 함으로써 입증되었다. 본 발명의 방법 및 장치는 종래에 가능하다고 생각했던 것보다 긴 섬유를 사용할 수 있도록 해준다. 10㎝ 이상의 섬유를 분배할 수 있으며, 연속 섬유도 분배할 수 있을 가능성이 높다.

배출된 섬유 (10) 는 최종적으로 집결면상에 위치하게 되는데, 이 집결면은 도 1 에서 컨베이어 벨트 (70) 로 표시된다. 거기에서, 섬유는 매트 (72) 로 형성될 수 있으며, 결합재가 섬유를 서로 결합시키기 위해 가해질 수 있다. 또는, 수지를 가하여 몰딩가능한 재료로 만들 수 있다. 일반적으로, 수지는 섬유가 벨트상으로 배출되기 전에 컨베이어 벨트상에서 이동하고 있는 캐리어 필름 (도시되지 않음) 상에 가해질 수 있다. 컨베이어 벨트 (70) 의 속도는 일반적으로 약 5 내지 약 40 ㎧ 의 범위를 가지며, 미터링 벨트의 속도는 일반적으로 컨베이어 벨트의 속도의 약 2 배정도이다.

선택적으로, 스프레더 드럼 (spreader drum) (74) 이 미터링 벨트로부터의 섬유 (10) 를 수신하도록 배치되어 이 섬유들을 집결면상에 퇴적시킬 수도 있다. 이것은 제조된 매트에서 섬유의 균질성 및 무질서도를 증가시킨다. 미터링 벨트로부터 섬유를 배출하는 것을 돕기 위해, 스프레더 드럼 (74) 에 미터링 벨트 (34) 상의 핀 (36) 과 맞물리는 스파이크 (76) 들을 설치할 수 있다. 스프레더 드럼 (74) 은, 스파이크 (76) 가 미터링 벨트 핀 (36) 과 반대 방향으로 이동하도록, 회전하는 것이 바람직하다. 스프레더 드럼 스파이크 (76) 는 미터링 벨트상의 핀 (36) 보다 긴 것이 바람직하며, 일반적으로 약 60㎜ 의 길이를 갖는다. 일반적으로 스프레더 드럼 스파이크는 그 끝이 날카롭기보다는 뭉툭한 것이 바람직하다. 스프레더 드럼은 미터링 벨트의 선형 속도보다 빠른 임의의 선형 속도로 동작할 수 있으나, 미터링 벨트의 선형 속도의 약 10배의 선형 표면 속도로, 즉 약 200㎧ 의 속도로 동작하는 것이 바람직하다. 스프레더 드럼은 임의의 적절한 크기를 가질 수 있지만, 약 20 내지 약 40㎝의 범위의 지름을 가지는 것이 바람직하다.

슈트가 수직인 방향성을 가지는 것으로 도시되었지만, 본 발명의 원리는 슈트가 수평하게 배치된 상태에서 수직선에 대해 임의의 각도에 대해서 실시될 수 있다. 이러한 실시예에서, 미터링 벨트는 섬유를 물어 슈트로부터 인출하기 위해 슈트의 출구를 수직으로 지나게 된다. 또한, 단지 하나의 상부 스프레더 (16) 및 하나의 스프레더 드럼 (74) 이 도시되었지만, 각각 하나 이상의 이러한 섬유 무질서화 장치가 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명이 강화섬유로서 절단된 섬유가 분배되는 것으로 예시되었지만, 본 발명은 연속 섬유의 연속 스트랜드 매트를 제조하기 위해 연속 섬유에 대해서도 사용될 수 있다.

본 발명의 원리 및 동작 방식이 바람직한 실시예를 통해 설명되었다. 그러나, 본 발명은 그 범위를 벗어나지 않고도 특정하여 예시하고 설명한 것 외의 방식으로 실시될 수도 있다.

Claims (20)

1. 출구단을 가지며 강화 섬유를 공급하기 위한 슈트;

   제 1 경로를 따라 무한 운행하도록 상기 슈트의 출구단에 설치된 미터링 벨트로서, 상기 미터링 벨트로부터 바깥쪽으로 돌출한 팁을 가지는 가느다란 부재들을 가지며, 이에 의해 상기 미터링 벨트와 상기 팁들 사이의 공간을 정의하며, 상기 가느다란 부재들에 의해 형성된 상기 공간으로 침투한 섬유가 상기 미터링 벨트에 의해 운반되어 가도록 상기 미터링 벨트의 상기 팁들이 상기 슈트 가까이를 지나가며, 인접한 상기 가느다란 부재들이 서로 벌어져 발산하도록 하며 이에 의해 상기 미터링 벨트로부터 섬유가 배출되도록 하는 곡면주위로 휘어지도록 상기 미터링 벨트를 안내하는 제 2 경로를 따라 상기 미터링 벨트가 무한 운행하도록 설치된 미터링 벨트; 및

   상기 배출된 섬유를 수신하는 집결면을 구비하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가느다란 부재가 원뿔형상의 핀인 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 곡면이 롤러이고, 상기 미터링 벨트가 상기 롤러주위로 휘어지는 곳에서, 상기 가느다란 부재가 아래방향으로 향하고 있는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 슈트로부터 인출되는 섬유의 양을 조절하기 위해, 상기 슈트가 움직이는 가느다란 부재와의 사이의 간극을 정의하는 닥터 블레이드를 가지는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 닥터 블레이드가 톱니모양이고 일련의 돌출부 및 슬롯을 가지며, 상기 슬롯들이 상기 가느다란 부재와 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 돌출부들이 상기 제 1 경로의 방향을 따라 증가하는 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 슈트내의 상기 섬유들의 높이를 측정하기 위한 레벨 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유의 공급원으로부터 섬유를 수신하여 더 균일하게 분포되도록 재배열하며 상기 슈트내로 섬유를 배출하는 스프레더 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 미터링 벨트가 상기 제 2 경로를 따라 이동할 때, 상기 가느다란 부재들 사이의 최대 발산각이 5°이상인 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 가느다란 부재들이 상기 슈트의 상기 출구단을 따라 지나갈 때, 상기 가느다란 부재들이 서로 실질적으로 평행하도록, 상기 제 1 경로가 직선인 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 닥터 블레이드가 톱니모양이며 일련의 돌출부 및 슬롯을 가지며, 상기 슬롯이 상기 가느다란 부재와 정렬되어 있으며, 상기 가느다란 부재가 원뿔 형상의 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
12. 저부에 출구단을 가지며 강화 섬유를 공급하기 위한 수직 방향의 슈트;

    제 1 경로를 따라 무한 운행하도록 상기 슈트의 출구단에 설치된 미터링 벨트로서, 상기 미터링 벨트로부터 바깥쪽으로 돌출한 팁을 가지는 핀을 가지며, 이에 의해 상기 미터링 벨트와 상기 팁들 사이의 공간을 정의하며, 상기 핀들에 의해 형성된 상기 공간으로 침투한 섬유가 상기 미터링 벨트에 의해 운반되도록 상기 미터링 벨트의 상기 팁들이 상기 슈트 가까이를 지나가며, 상기 미터링 벨트가 롤러 주위로 휘어지도록 안내하는 제 2 경로를 따라 무한 운행하도록 설치되며, 상기 미터링 벨트를 상기 롤러 주위로 운행하도록 함으로써 인접한 상기 핀들의 팁들이 서로 벌어져 발산하도록 하며, 이에 의해 상기 섬유가 상기 미터링 벨트로부터 배출되도록 하는 미터링 벨트; 및

    상기 배출된 섬유를 수신하기 위한 집결면을 구비하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 슈트로부터 인출되는 섬유의 양을 조절하기 위해, 상기 슈트가 움직이는 가느다란 부재와의 사이에 간극을 정의하는 닥터 블레이드를 가지는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 섬유를 수신하여 더 균일하게 분포되도록 재배열하며 상기 슈트내로 섬유를 배출하는 한 쌍의 스프레더 롤러를 포함하며, 상기 스프레더 롤러들로부터 상기 섬유를 수신하기 위해 수직선에 대해 예각을 이루도록 설치된 경사진 벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 슈트로부터 인출되는 섬유의 양을 조절하기 위해, 상기 슈트가 움직이는 핀들과의 사이에 간극을 정의하는 닥터 블레이드를 가지며, 상기 닥터 블레이드가 톱니모양이고 일련의 돌출부 및 슬롯을 가지며, 상기 슬롯들이 상기 핀들과 정렬되어 있으며, 상기 핀들이 원뿔 모양이고, 상기 미터링 벨트가 상기 제 2 경로를 따라 이동할 때 상기 핀들의 최대 발산각이 5°이상인 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 장치.
16. 출구단을 가지는 슈트내로 강화 섬유를 장입하는 단계;

    상기 섬유를 상기 슈트로부터 인출하여 상기 슈트의 출구단에 거의 평행한 제 1 경로를 따라 움직이는 미터링 벨트상에 퇴적하는 단계로서, 상기 미터링 벨트가 상기 미터링 벨트로부터 바깥쪽으로 돌출한 팁을 가지는 가느다란 부재들을 가지며, 이에 의해 상기 팁들과 상기 미터링 벨트 사이의 공간을 정의하며, 상기 가느다란 부재들에 의해 형성된 상기 공간으로 침투한 상기 섬유를 상기 미터링 벨트에 의해 운반되도록 상기 미터링 벨트의 상기 팁들이 상기 슈트 가까이로 지나가는 단계;

    상기 인접한 가느다란 부재들이 서로 벌어져 발산하도록 하는 곡면주위로 휘어지도록 안내하는 제 2 경로를 따라 상기 미터링 벨트를 이동하도록 함으로써 상기 미터링 벨트로부터 상기 섬유를 배출하는 단계; 및

    상기 배출된 섬유를 집결면상에 수신하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 슈트로부터 인출되는 섬유의 양을 조절하기 위해, 상기 움직이는 가느다란 부재와의 간극을 정의하는 닥터 블레이드로 상기 슈트로부터의 상기 섬유를 미터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 방법.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 섬유의 공급원으로부터 상기 섬유를 수신하여 보다 균일한 분포로 재배열하며 상기 섬유를 상기 슈트내로 배출하기 위한 스프레더 롤러로 상기 섬유를 재배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 방법.
19. 제 16 항에 있어서, 상기 미터링 벨트가 상기 제 2 경로를 따라 이동할 때, 상기 가느다란 부재들이 5°이상의 최대발산각으로 서로 발산하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 방법.
20. 제 16 항에 있어서, 상기 슈트내의 상기 섬유의 높이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 섬유 분배 방법.