KR20040025666A - 다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트 제조를 위한방법 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트의 제조에 관한 것으로, 이것은, 철저하게 혼방된 보강용 섬사 및 유기 물질로 구성되는 혼합된 방사(yarn)인, 적어도 50 중량%의 보강용 방사의 단방향 층을 형성하는 단계와; 상기 층이 랩에 형성되도록 하는 결합력을 상기 층에 제공하는 단계와; 변위 방향에 관련하여 가로 방향으로, 상기 층을 이동 지지대 상에 랩-형성하는 단계와; 변위 방향을 따라 이동하는 보강용 방사 및 유기 물질로 된 어셈블리를 가열하고, 상기 어셈블리를 가열 작용에 의해, 선택적으로는 압력을 가함으로써 고정시키고, 그 다음에 복합 스트립을 형성하도록 냉각하는 단계와; 하나 또는 수 개의 복합 시트의 형태로 상기 스트립을 수집하는 단계로 구성된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 구현하기 위한 디바이스 및 결과로서 생기는 제품에 관한 것이다.

Description

다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트 제조를 위한 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR MAKING A COMPOSITE SHEET WITH MULTIAXIAL FIBROUS REINFORCEMENT}

본 발명의 하나의 사용 분야는, 합성 물질로부터 몰딩된 성분, 특히 몰딩 동안 상당한 변형을 필요로 하는 성분을 제조하고자 하는 다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트의 제작이다.

종래에, 복합 시트는 상이한 용융점을 갖는 적어도 2개의 물질로 구성되는데, 이 물질은 일반적으로 매트릭스의 역할을 하는 열가소성 유기 물질, 및 상기 매트릭스 내에 삽입된 보강 물질이다. 제조할 동안, 열가소성 유기 물질은 외형이 파우더, 막, 박막(leaf) 또는 실과 같은 고체, 또는 액체일 수 있다. 차례로, 보강 물질은 연속적이거나 잘라진 실, 연속적이거나 잘라진 실의 매트(mat), 직물, 그물 등의 형태를 취할 수 있다. 결합될 각 물질의 형태 및 유형에 대한 선택은 제작될성분의 최종 구성 및 특성에 따른다.

보강 물질과 열가소성 유기 물질을 결합할 수 있게 하는 여러 방법이 이미 존재하고 있다.

FR-A-2 500 360에서, 복합 시트는 보강용 실 및 열가소성 실로 이루어진 직물의 중첩된 층을 가열 압착(hot-pressing)함으로써 제조되며, 상기 열가소성 실은 날실(warp), 씨실(weft), 또는 동시에 양쪽 모두로 배열될 수 있다. 그러나, 얻어진 복합 시트의 이용은 변형이 거의 없는 간단한 구성을 갖는 굴곡진 성분 또는 평평한 패널의 제작에 한정되어 진다.

프랑스 특허 출원 번호 9910842에서, 복합 시트는, 평행 실 묶음(bundle)과, 이 묶음 방향에 대해 가로로 배향된(oriented) 실의 랩(lap)을 결합하고, 그런 후에 이에 따라 형성된 어셈블리를 가열하고 그 다음에 냉각시킴으로써 얻어진다. 어셈블리의 실 대부분은 유리 섬사(filament) 및 철저하게 혼합된 열가소성 물질의 섬사로 구성된 혼방(co-blended) 실이다. 얻어진 복합 시트는 직교(90°)로 교차된 랩으로 구성된다.

FR-A-2 743 822에서, 연속적이거나 잘려진 실과 적절하게 결합된 경우, 유리 섬사 및 열가소성 섬사의 혼방 실의 직물을 컨베이어 상에 계속해서 놓음으로써 복합 시트를 제조하는 것을 제안하였다. 어셈블리는 후속적으로 난방로(hot-air furnace)에서 사전 가열되고, 그 다음에 가열되고 냉각되고 동시에 압축 상태로 유지되는 "밴드 프레스(band press)"에 도입된다. 복합 시트가 몰딩 또는 스탬핑(stamping)에 의해 복잡한 형태의 성분의 제작에 특히 적합하더라도, 복합시트는, 더욱이 많은 양의 변형을 하는 성분이 얻어질 때 아주 만족스러운 것은 아니다.

US-A-4 277 531은 또한 몰딩에 의해 복잡한 구성의 성분을 제작할 수 있는 복합 시트를 기재한다. 상기 특허에 따라, 연속적인 유리 실의 바늘형 매트(needled mat)의 2개의 밴드는 이 2개의 밴드가 함께 이어지는 가열 압착 장치로 평행 경로를 따라 전달된다. 서로 마주보는 밴드의 그러한 면은 나중의 것이 함께 이어질 때 액화 열가소성 물질로 코팅되고, 바깥쪽 면은 열가소성 유기 물질 막으로 커버된다. 이러한 어셈블리는 막의 용해를 보장하기 위해 동시에 가열되고 압축되고, 냉각된다. 그러한 복합 시트의 제조는 상대적으로 복잡하고, 더욱이, 보강용 실이 복수의 방향으로 배치되도록 하지 않는다.

본 발명은 다축 방향의 섬유 보강재(multiaxial fibrous reinforcement)를 갖는 복합 시트 제작에 관한 것으로, 더 구체적으로 상이한 방향으로 배치된, 유리 섬유와 같은 보강용 섬유의 단방향 랩(lap)과 유기 물질의 결합물에 의해 형성된 복합 시트 제작에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 구현을 허용하는 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 제 2 구현을 허용하는 장치를 개략적으로 도시한 평면도.

도 3은 본 발명의 제 3 구현을 허용하는 장치를 개략적으로 도시한 도면.

본 발명의 하나의 목적은, 특히 복잡한 형태의 복합 성분{예를 들어, 작은 반경의 곡률을 갖는 부분에 연결되거나 연결되지 않는 리브(rib)를 포함할 수 있는}을 제작할 수 있게 하기 위해, 열가소성 유기 물질과, 여러 방향으로 배치된 특히 유리인 보강용 실의 단방향 랩의 결합에 의해 형성된 복합 시트의 제작 방법을 제공하는 것인데, 높은 돋을 새김(high relief)은 섬유 구조의 상당한 변형(즉 매우 심한 변형)을 필요로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 다축 방향의 섬유 보강재를 갖고, 섬유의 규칙적인 배향을 유지하고, 단위 면적당 높은 질량(약 500g/m², 및 1000 내지 1500g/m²까지,심지어 3000g/m²까지) 및 3m에 도달할 수 있는 폭을 가질 수 있는 균일한 복합 시트를 제공하는 것이다. 특히 본 복합 시트는 다축 방향의 섬유 보강재를 갖고, 대칭 특징(character)을 유지하며, 주 단방향 랩(0°)은 주 방향에 관련하여 맞각(opposite angle)(-α/+α)을 형성하는 가로의 단방향 랩 중 한 측면 및/또는 다른 측면 상에 위치한다.

본 발명의 다른 목적은 방법, 및 이러한 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것인데, 상기 방법은 연결 실을 사용할 필요 없이 상대적으로 넓은 단방향 랩으로부터 가변적이고 비교적 단위 면적당 높은 질량이 크며 다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트를 연속적으로 단일 단계에서 제작할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 목적은, 처리될 수 있을 정도로 충분한 결합력(cohesion)을 갖는, 즉 결합된 실이 흩어지지 않으면서도, 래핑 동작과 양립할 수 있는 유연성을 소유하는, 보강용 섬사와 열가소성 섬사로 구성된 혼방 실을 포함하는 단방향 랩을 제공하는 것이다.

본 목적은 본 발명의 방법에 의해 달성되는데, 상기 방법은,

- 보강용 실의 단방향 랩을 형성하는 단계로서, 상기 보강용 실의 적어도 50 중량%는 보강용 섬사와, 철저하게 혼합된 유기 물질의 섬사로 구성된 혼방 실인, 단방향 랩의 형성 단계와;

- 상기 랩이 래핑되도록 하는 결합력을 상기 랩에 제공하는 단계와;

- 이동시 이동 지지대 상에서 이 랩을 이동 방향에 가로 방향으로 래핑하는단계와;

- 이동 방향으로 옮겨지는 보강용 실/유기 물질 어셈블리를 가열하고, 가열 작용에 의해, 적절하다면 압력을 가함으로서 고정시키고, 그 다음에 복합 밴드를 형성하기 위해 상기 어셈블리를 냉각시키는 단계와;

- 하나 이상의 복합 시트의 형태로 상기 밴드를 수집하는 단계를 포함한다.

단방향 랩의 드라이빙(driving), 랩의 래핑 등과 같은 본 방법의 다양한 단계는 유리하게도 연속적으로 일어난다.

"시트"(마찬가지로 "밴드")는, 본 발명에 따라 그 면적에 비해 두께가 얇고, 일반적으로 편편하고(그러나, 적절하다면, 굴곡질 수 있는) 단단한 요소를 의미하는 한편, 동시에 경우에 따라서는 바람직하게 150mm보다 큰 외각 직경을 갖는 지지대 상에서 감겨진 형태로 수집되고 보존될 수 있는 용량을 유지한다. 일반적인 용어로, 고체 또는 실질적으로 고체 요소가 고려되는데, 즉 이 요소는 50%를 초과하지 않는 총면적 대 개방 면적의 비율을 갖는다.

"복합"은, 본 발명에 따라 상이한 용융점을 갖는 적어도 2개의 물질, 일반적으로는 적어도 하나의 열가소성 유기 물질과 적어도 하나의 보강용 물질의 결합물을 의미하는데, 가장 낮은 용융점을 갖는 물질 함량(유기 물질)은 상기 결합물의 10 중량%와 적어도 같고, 바람직하게는 적어도 20%와 같다.

랩에 관련된 용어 "래핑된", "래핑" 등에 관해서, 이 용어는, 랩이 주어진 크기를 갖고 교차 이동하는 표면상에 놓인다는 점에 관련된 모든 것을 포함하는 것으로, 상기 랩은 각 방향 변화에서 뒤집어진다. 일반적으로, 랩의 래핑은 예를 들어 EP-A-0 517 563에 기재된 바와 같이 연전기(spreader)/래퍼를 통해 얻어진다.

본 발명에 따라, 단방향 랩의 "충분한 결합력"은, 그 구조에 어떠한 상당한 손상을 주지 않고도 랩이 래핑 동작을 받도록 하는 방식으로 상기 랩을 형성하는 요소가 서로 연결된다는 것을 의미하고자 한다. 실이 서로 분리되지 않거나 약간만 분리될 때, 또는 결합, 특히 찢어짐(tears)이 래핑 시간에 발생하지 않을 때, 결합력은 충분하다. 본 발명의 정황 내에서, 랩이 표준 NF EN 29073-3의 조건 하에서 측정된, 5N/5cm보다 더 큰 가로 방향으로의 인장 강도를 가질 때, 결합력은 충분하다.

"이동 지지대"는, 생산 라인 상의 한 지점으로부터 다른 지점으로 보강용 실/유기 물질 결합물을 전달하는 컨베이어를 의미한다. 또한 서로 분리되는 유기 물질의 실 및 보강용 실로 된 단방향 랩을 의미한다.

본 발명에 따른 방법은 단일 동작으로 다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트를 간단한 초기 구조로부터 얻을 수 있게 한다. 엄밀히 하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 본질적으로 단방향 구조를 이용하는데: 특히, 본 발명에 따른 방법에 사용된 보강 물질은, 결합되는 섬사의 약간의 혼합을 초래하는 기계적 처리에 의해, 적당한 열처리에 의해, 그렇지 않으면 적당한 화학 처리에 의해 결합이 이루어진 실의 형태로만 제공되고, 직물, 연결 실에 의해 유지된 실의 어셈블리 등과 같은 "복잡한" 구조에 병합되지 않는다. 본 발명에 따른 시트 제조시 이러한 간단한 보강 구조의 사용은 특히 비용 및 구현의 용이함에 관한 장점을 갖는다. 실인 간단한 구조로부터, 본 발명에 따른 방법은, 래핑될 수 있도록 충분한 결합력 뿐 아니라 유연성도 갖는 단방향 랩을 직접적으로 형성할 수 있게 하는데, 즉 드라이빙 방향에 관해 대칭적으로 배치된 가로 랩을 형성할 수 있게 한다. 본 발명의 정황 내에서, 유연 특징은 다음 방식, 즉 랩이 한 단부에서 수평으로 유지되고 10cm의 직경을 갖는 실린더의 모점(generatrix) 상에 위치하면서, 랩의 자유 단부가 수평으로 형성하는 각도가 25cm의 길이에 걸쳐 측정되는 방식으로 평가된다. 그 각도의 값이 70° 이상일 때, 유연성은 충분하다.

특히, 본 방법은, 래핑 각도를 예를 들어 30 내지 85°로, 바람직하게는 40 내지 70°로, 특히 바람직하게는 45 또는 60°로 매우 크게 변경시킬 수 있게 하고, 또한 컨베이어의 속도를 조절함으로써, 적절하다면, 보강용 실/유기 물질 어셈블리의 단위 면적당 질량이 일정한 상태로 남아있는 것이 바람직한 경우 가로로 놓여진 랩의 폭을 변경시킴으로써 각도 값이 간단히 쉽게 변경될 수 있다는 장점을 갖는 것으로 증명된다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법은 특히 빠르고 경제적인데, 특히 그 이유는, 하나의 설비(installation)로부터 다른 설비로의 전달, 및 중개 구조(랩, 직물, 그물)의 저장을 생략함으로써 수요가 많은(sought-after) 시트를 실로부터 직접 연속적으로 얻을 수 있게 하기 때문이다.

본 발명에 따라, 단방향 랩의 형성시 수반된 적어도 50%의 실은 철저하게 혼합된 유기 물질의 섬사와 보강용 섬사로 구성된 혼방 실로 구성된다(예를 들어, EP-A-0 599 695 및 EP-A-0 616 055에 기재된 바와 같이). 바람직하게, 랩은 혼방 실의 적어도 80 중량%, 특히 바람직하게는 100 중량%를 포함한다.

보강 물질은, 일반적으로 유리, 탄소, 아라미드(aramid), 세라믹 및 식물성직물, 예를 들어 아마(flax), 사이잘삼(sisal) 또는 삼(hemp)과 같은 유기 물질의 보강에 공통적으로 사용된 물질로부터 선택되거나, 전술한 유기 물질보다 더 높은 용융점 또는 분해점(decomposition point)을 갖는 물질로서 넓은 의미로 이해될 수 있다. 유리가 선택되는 것이 바람직하다.

유기 물질은 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 페닐렌폴리설파이드, 열가소성 폴리아미드 및 폴리에스테르로부터 선택된 폴리머, 또는 열가소성 특징을 갖는 임의의 다른 유기 물질이다.

바람직하게, 단방향 랩의 실은, 복합 시트에서의 유기 물질의 함량이 적어도 10 중량%와 같고, 보강 물질의 함량이 20과 90 중량% 사이, 바람직하게는 30과 85 중량% 사이, 특히 바람직하게는 40과 80 중량% 사이가 되도록 선택된다.

단방향 랩은 부분적으로는 물질들 중 하나의 물질로 구성된 실, 및 부분적으로는 다른 물질로 구성된 실을 포함할 수 있으며, 그 때 이러한 실은 랩에서 번갈아 배치된다.

본 발명에 따른 방법에서, 단방향 랩의 실은 통상적으로 하나 이상의 지지대{예를 들어 하나 이상의 틀(creel)에 의해 지지된 실패} 또는 실이 감겨진 패키지{예를 들어, 빔(beam)}로부터 나온다.

단방향 랩이 래핑될 수 있을 정도로 충분한 결합력을 단방향 랩에 제공하는 단계를 수반하는 단계는 보강용 섬사의 원형을 유지하는데 기여해야 하므로, 이 단계들은 이 단계에 할당된 보강 기능을 수행한다. 이 단계는 몇몇 방식으로 수행될수 있다.

제 1 변형에 따라, 랩의 결합력은 적당한 바느질(needling)에 의해 또는 압력 하에 물의 분출에 노출함으로써 실을 형성하는 섬사의 약간의 얽힘에 의해 첨가될 수 있다. 바느질을 고려할 때, 임의의 적합한 장치로는, 예를 들어 수직으로 번갈아 이동하여 드라이빙하고 랩의 전체 두께를 관통하는 바늘이 설치된 지지대가 사용될 수 있는데, 이것은 동시에 섬사의 가로 혼합을 야기한다. 압력 하에 물의 분출에 노출함에 의한 얽힘은, 물이 구멍난 지지대 상에 배치된 랩 상으로 배출되거나 금속 벨트 위를 통과하고, 밸트 상에서 되돌아오는 물의 분출이 실의 적당히 혼합을 야기함으로써 수행될 수 있다.

제 2 변형에 따라, 섬사는 유기 물질의 용융 온도 근처의 온도로 적당한 열처리에 의해 결합하게 된다. 실의 용융이 표면상에서, 즉 작은 두께에 걸쳐 발생하여, 랩이 후속적인 래핑과 양립하는 유연성을 보존하는 것이 중요하다. 일반적으로, 그 동작은 상기 유기 물질의 용해의 용융 온도보다 더 높은 수 ℃와 15℃까지의 온도로 수행된다. 이러한 변형은, 실이 서로 가깝게, 예를 들어 서로로부터 0.2mm보다 적은 거리에 있을 때 특히 적합한데, 그 때 혼합은 접촉부(contact)에 의해 실을 연결할 수 있게 한다.

열처리는 임의의 적합한 가열 수단, 예를 들어 가열 실린더와, 적외선 방사 장치{로(furnace), 램프 또는 램프들, 패널 또는 패널들} 및/또는 하나 이상의 열풍기(hot-air blowing device)(강제 대류를 하는 난방로)와 같은 방사 장치에 의해 수행될 수 있다.

제 3 변형에 따라, 랩의 결합력은 실에 관해 접착성을 갖는 화학 물질의 공급에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 물질은 액체 또는 고체, 예를 들어 파우더, 막 또는 물질의 피륙(web)일 수 있다. 열 접착{또는 열 밀봉(hot-sealing)} 특성을 발생하는 물질이 바람직하다. 유리하게도, 열 밀봉 물질은 실의 유기 물질과 양립하고, 일반적으로 2개의 물질은 동일하다. 폴리올레핀스 및 더 구체적으로 폴리프로필렌이 바람직하다.

바람직하게, 열 밀봉 물질은 피륙 또는 막의 형태로 놓이는데, 상기 막은 바람직하게는 마찬가지로 섬유 또는 섬사의 형태로 실과 동일한 유형의 유기 물질의 적어도 하나의 추가 층을 포함한다.

접착 물질은, 액체 또는 분말 형태일 때 분사 또는 스프레잉하고, 예를 들어 칼렌더 롤 사이에서 바람직하게는 압축과 함께 가열이 후속하는 막 또는 피륙의 부착에 의해 놓이게 될 수 있다.

이러한 변형은 서로 상대적으로 멀리, 대략 1cm의 거리까지 떨어져 있는 실을 연결시킬 수 있게 한다.

다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트 내에서의 단방향 랩의 결합은 몇몇 방식으로 발생한다.

제 1 실시예에 따라, 단방향 랩은 컨베이어 상에서 가로로 래핑된다. 쌍축 섬유질 보강재를 갖는 랩이 형성되고, 이동 방향(0°)과 각도(-α 및 +α)를 형성하는 방향을 갖는 단방향 가로 랩으로 구성된다.

제 2 실시예에 따라, 단방향 랩은 주요 단방향 랩 상에서 가로로 래핑되고,컨베이어 상에 놓이고, 보강용 실과 유기 물질의 실로 구성된다. 3개축의 섬유질 보강재를 갖는 랩은 이를 통해 형성되고, 단방향 가로 랩으로 구성되는데, 상기 단방향 랩의 방향은 주요 단방향 랩(0°)의 방향으로 각도(-α 및 +α)를 형성한다.

보강용 실/유기 물질 결합물(예를 들어, 0.5와 10m/min 사이의 속도로 옮겨 놓임)은 적어도 하나의 지역 아래를 통과하는데, 여기서 결합물을 형성하는 물질의 용융점 또는 분해점 사이의 온도로 가열되며, 이 온도는 마찬가지로 가장 낮은 용융점을 갖는 물질의 분해 온도보다 적다. 여기서 크기만큼, 분해 온도는, 물질을 형성하는 분자의 분해(종래에 당업자에 의해 정의되고 이해된 바와 같이) 또는 물질에서의 바람직하지 않은 변화(예를 들어, 연소, 랩 바깥으로 물질이 흐르게 되는 원형의 손상) 또는 바람직하지 않은 채색(예를 들어, 노랗게 됨)이 관찰되는 최소 온도를 나타낸다.

본 발명에 따라, 보강용 실/유기 물질 결합물은 충분히 가열되어, 가열 및/또는 압축 이후에 유기 물질에 의해 적어도 몇몇 실들을 서로 연결시킬 수 있고, 대부분의 경우에, 실질적으로 고체 구조를 얻을 수 있다.

예로서, 가열 온도는, 실 랩이 유리 및 폴리프로필렌으로 구성될 때 약 190℃ 내지 230℃일 수 있고, 상기 랩이 유리 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성될 때 약 280℃ 내지 310℃일 수 있고, 상기 실 랩이 유리 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트로 구성될 때 약 270℃ 내지 280-290℃일 수 있다.

보강용 실/유기 물질 결합물의 가열은, 예를 들어 이중 밴드 적층 기계, 또는 가열 실린더 또는 적외선 방사 디바이스(예를 들어, 로, 램프 또는 램프들, 패널 또는 패널들에 의해) 및/또는 적어도 하나의 열풍기(예를 들어, 강제 대류를 하는 난방로)와 같은 방사 디바이스를 통해 다양한 방식으로 수행될 수 있다.

가열은 용융된 유기 물질(열경화성)에 의해 보강용 실/유기 물질 결합물의 고정을 허용할 정도로 충분할 것이다. 그러나, 많은 경우에, 가열된 결합물은 하나 이상의 2개의 롤 칼렌더에 의해 수행될 수 있는 압축을 받는데, 일반적으로 결합물에 가해지는 힘은 수 daN/cm 또는 심지어 수십 daN/cm이다. 압축 디바이스에 가해진 압력은 실 랩을 압축시키고, 용융된 열경화성 물질의 균일한 분배를 얻을 수 있게 하고, 얻어진 구조는 냉각에 의해 고정되고, 냉각이 적어도 부분적으로 압축과 동시에 발생하거나, 게다가 고온-압축(hot-compression) 단계 이후에 발생할 수 있다.

압축 디바이스는, 예를 들어 철, 유리 모직, 또는 PTFE로 코팅된 아라미드로 이루어진 밴드가 설치된 밴드 프레스를 포함하거나 구성할 수 있는데, 상기 밴드는 냉각 지역이 후속하는 고온 지역을 포함한다.

냉각은 예를 들어 냉 칼랜더(cold calender)에서의 압축 디바이스에서 발생할 수 있거나, 예를 들어 자연 또는 강제 대류에 의해 압축 디바이스 외부에서 발생할 수 있다.

압축 디바이스의 출구에서, 예를 들어 냉수가 순환하는 냉각 테이블 위에 복합 밴드를 통과시킴으로써 복합 밴드의 냉각을 가속화시킬 수 있다. 추가 수단(프레스 롤러, 플레이트, 냉각되거나 냉각되지 않은 노즐)은 테이블에 추가될 수 있는데, 이것은 냉각을 더욱 더 향상시킬 수 있게 한다. 테이블의 출구에서, 복합 밴드를 빼낼 수 있게 하는 감는 롤러(take-up roller)를 또한 위치시킬 수 있다.

압축 및 냉각 이후에, 복합 밴드는 밴드의 특성에 적합한 직경을 갖는 굴대에 감겨질 수 있거나, 예를 들어 재단기 또는 원형 톱을 통해 시트로 절단될 수 있다.

본 발명은 물론, 단일 단방향 랩의 래핑에 관해 기술되었지만, 전술한 동일한 방식으로 복수의 랩의 래핑에 사용될 수 있다. 더 두꺼운 두께의 시트를 형성하기 위해 날실에서 유기 물질과 결합되거나 결합되지 않는 보강용 실을 포함하는 적어도 하나의 단방향 랩을 랩들 사이에 삽입하는 것이 또한 가능하다. 두께 한도는 본 발명에 따라 시트를 얻기 위해 랩을 촘촘하게 하기 위해 보강용 실/유기 물질 조립체를 가열하기 위한 디바이스의 용량에 본질적으로 의존한다.

본 발명은 또한 본 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

이 장치는 컨베이어와, 적어도 하나의 실 공급 디바이스와, 혼방 실을 포함하는 실 랩을 결합할 수 있게 하는 수단과, 실 랩을 상기 컨베이어 상에서 가로로 래핑할 수 있게 하는 적어도 하나의 디바이스와, 보강용 실/유기 물질 어셈블리를 가열하기 위한 적어도 하나의 디바이스와, 상기 어셈블리를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 디바이스를 포함한다.

더욱이, 본 발명의 장치는 상기 어셈블리를 압축하기 위한 적어도 하나의 디바이스 및/또는 적어도 하나의 절단 디바이스 및/또는 복합 시트를 수집하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 포함할 수 있다. 냉각 디바이스는 냉각 디바이스로부터 분리된 압축 디바이스일 수 있거나, 압축 기능 및 냉각 기능 모두를 수행하는 단일디바이스로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 단계의 결합물에 의해 얻어진 복합 시트는 다축 구조로 인해, 몰딩 및 열성형 방법에 의해 복합 물질로 이루어진 성분의 제작에 완전히 적합하다. 특히, 본 발명에 따른 시트는, 다양한 랩이 서로 연결되지 않으므로 실이 서로에 관련하여 옮겨지지 않는다는 것을 주목할 만하다. 이를 통해, 보강용 시트가 3개축 유형(또는스태킹)일 때 이동 방향(0°)에 대해 가로 방향으로, 그리고 또한 시트가 쌍축 유형(-α/+α)일 때 다른 방향으로, 상당한 변형 및/또는 돋을 새김을 갖는 성분을 얻는 것이 가능하다. 얻어진 복합 시트는 일반적으로 십 분의 수 mm와 대략 2mm 사이의 두께를 갖고, 단단해서 절단하기 쉽고, 우수한 기계적 특성을 갖는다. 더욱이, 상기 복합 시트는 특히 낮은 수축을 야기하는 실의 얽히지 않는 것에 기인하는 우수한 표면 상태를 소유한다. 시트를 형성하려고 하는 최종 가열 단계 이전에 보강용 실/유기 물질 어셈블리의 외곽 표면 중 적어도 하나에 필요한 기능을 수행하는 물질의 하나 또는 심지어 복수의 막을 놓음으로써 시트의 외형을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 장점 및 특징은 본 발명을 도시하는 도면으로부터 추측할 수 있다.

공통 요소는 도면에서 동일한 참조 번호를 갖는다.

도 1은 더 간단한 실시예에서, 쌍축(-α/-α)을 갖는 복합 시트의 제조 방법을 기재한다. 빔(2)으로부터 나오는 실(1)은 빗(comb)(3)의 이 사이를 통과하는데, 상기 빗은 단방향 랩(5)을 형성하기 위해 실이 서로 연결되는 바늘 디바이스(4)로의 입구까지 실을 평행하게 유지시킨다. 랩(5)은 래핑 디바이스(연전기-래퍼)(7)에 의해 이동시 컨베이어(6) 상에 놓이는데, 상기 래핑 디바이스는 쌍축 섬유질 보강재(8)를 갖는 랩을 형성하기 위해 교대 이동시 컨베이어의 변위 방향으로 가로질러 옮겨지고, 그 방향은 변위 방향과 맞각을 형성한다.

쌍축 랩(8)은 후속적으로 편편한 적층 프레스(10)의 연속적인 밴드(9){폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)이 주입된 유리 섬유로 제조} 사이를 통과한다. 이러한 프레스는 가열 지역(11)과, 용융된 열경화성 물질을 압축하는 프레스 실린더(12)(약 10-20N/cm²의 압력)와, 물의 순환에 의해 냉각된 지역(13)을 포함한다.

프레스(10)의 출구에서 얻어진, 쌍축 섬유질 보강재를 갖는 복합 밴드는 후속적으로 칼날(14) 및 자동 가위(미도시)에 의해 연속적으로 복수의 시트(15)로 절단된다.

도 2의 방법은 3개의 축의 섬유질 보강재를 갖는 시트의 제조 방법을 기재하는데, 이 방법은 쌍축(-α/-α) 섬유질 보강재를 갖는 랩 및 날실(0°)로 배치된 단방향 랩을 이용한다.

도 1의 실시예에서와 같이, 랩(5)은 빗(3)에 의해 바늘 디바이스(4)를 향해 유도되는 빔(2)의 실(1)로부터 형성된다. 랩(5)은 래핑 디바이스(7)를 통해 컨베이어(6)에 의해 지지된 단방향 랩(16) 상에 놓이는데, 여기서 랩(16)은 빔(17)으로부터 풀린 실로 구성되고, 빗(18)에 의해 평행하게 유지된다.

도 1의 방법에서와 같이, 랩(19)의 결합물은 프레스(10) 내에 통과하는데, 이 프레스에서 상기 결합물은 지역(11)에서 가열되고, 롤러(12) 사이에서 압축되고, 지역(13)에서 냉각된다. 얻어진 복합 밴드는 후속적으로 회전 지지대(20) 상에 감겨진다.

도 3은 3개의 섬유질 보강재를 갖는 복합 시트의 제조 방법을 도식적으로 기재하는데, 여기서 래핑된 실(-α/-α)은 날실(0°)로 배열된 2개의 단방향 랩 사이에서 유지된다.

이 방법은 빔(17 및 22)으로부터 얻어진 2개의 단방향 랩(16 및 21)을 이용하며, 이 실은 실을 평행하게 유지하는 빗(18 및 23)으로 통과하고, 그 다음에 적층 프레스(10) 내로 들어가기 전에 실의 인장력을 감소시킬 수 있게 하는 감는 실린더(24 및 25)로 통과한다.

이전 방법에서와 같이, 래핑되고자 하는 랩은 빔(2)으로부터 나오는 실(1)로부터 형성되며, 이러한 실은 실을 평행하게 유지하기 위해 빗(3)을 통과한다. 상기 실은 후속적으로 디바이스(7)를 통해 랩(16 및 21) 사이에서 래핑되는 랩(27)의 형태로 상기 실을 고정하는 가열 디바이스(26)에 도입된다.

이러한 랩의 결합물은 후속적으로 프레스(10)쪽으로 향하게 되고, 여기서 이전과 마찬가지로, 지역(11)에서 가열되고, 롤러(12) 사이에서 압축되고, 지역(13)에서 냉각되고, 마지막으로 지지대(20) 상에 감겨지게 된다.

얻어진 복합 밴드는 실의 유기 물질과 양립하는 폴리머 막을 그 표면 중 하나 또는 다른 하나, 또는 동시에 양쪽 모두에 놓음으로써 향상될 수 있는 균일한 외형을 갖는다. 도 3에서, 2개의 폴리프로필렌 막(28 및 29)은 프레스(10)의 밴드(9) 사이에서 랩의 결합물의 어느 한 쪽 면에 놓인다.

다음 예는 본 발명을 예시할 수 있지만, 본 발명을 한정하지 않는다.

예 1

복합 시트는 도 1의 방법의 조건 하에서 제작되고, 추가 단방향 랩이 쌍축 유리 보강재를 갖는 랩 상에 놓인다는 점에서 변형된다{도 3에 나타난 바와 같이, 랩(21)}.

20cm의 폭(2.2 실/cm)을 갖는 단방향 랩은 틀 상에 배치된 48개의 조방사 실(roving thread)로부터 형성된다. 실은 1870개 텍스(tex)와 동일한 선밀도(linear density)를 갖는 조방사이고, 유리 섬사(60 중량%; 직경: 8.5㎛)와 폴리프로필렌 섬사(40 중량%; 직경: 20㎛)의 혼방에 의해 얻어진다.

랩은 1m의 폭을 갖는 니들러(needler)(4)에서 0.48m/min의 속도로 드라이빙하는데, 상기 니들러는 4000개의 바늘(인용: 15×18×32 3.5RB30A 06/15)이 설치되고, 20mm의 관통 및 200 스트록/min, 즉 140 스트록/cm²로 설정된다. 니들러의 출구에서, 랩은 30cm의 폭, 및 275g/m²의 단위 면적당 질량을 갖는다.

바느질된 랩은 후속적으로 래퍼(7)에 의해, 드라이브 롤러에 의해 드라이빙된 컨베이어 상에 놓이고, 랩은 놓이는 방향(0°)과 반대 방향(각각 +76° 및 -76°)으로 번갈아 놓이고, 각 랩 부분은 동일한 방향으로 배향된 인접한 부분을 커버하지 않는다. 날실에서 래퍼의 다운스트림(downstream)은 이에 따라 형성된 쌍축 랩 상에 놓이고, 단방향 랩(21)은 60cm의 폭을 갖고, 바느질된 랩을 형성하는 것과 동일한 유형의 혼방 실로 구성된다. 형성된 어셈블리는 후속적으로 프레스(10)를 통과하고, 이 프레스(10) 내에서 상기 어셈블리는 가열(220℃)되고, 그 다음에 냉각(60℃)되는 한편, 동시에 압축(2 bar)된다. 복합 시트는 825g/m²와 동일한 단위 면적당 질량을 갖고, 방향(0°)으로, 180MPa와 동일한 파손시 휨 응력(bending stress)과, 12GPa와 동일한 굴곡률과, 85kJ/m²과 동일한 충격 흡수 에너지(Charpy)를 갖는다.

예 2

복합 플레이트는 도 3에 따른 방법을 사용하여 제작되며, 가열 디바이스(26)가 바늘 디바이스(4)로 대체된다는 점에서 변형된다.

예 1에 기재된 것과 동일한 유형의 330개의 조방사의 실패(reel)는 컨베이어의 업스트림에서, 컨버이어의 연장부에 위치한 제 1 틀 상에 배치된다. 조방사는, 2.15m의 폭 및 140g/m²의 단위 면적당 질량을 갖는 2개의 동일한 단방향 랩을 형성하기 위해 2개의 빗(0.75개의 이/cm)과 동일하게 분배된다. 제 1 랩(16)은 컨베이어 상에 직접 놓이고(속도: 1.5m/min), 제 2 랩(21)은 래퍼의 다운스트림에 놓인다.

예 1에 기재된 것과 동일한 유형의 370개의 조방사는 제 2 틀 상에 위치한다. 상기 조방사는 니들러(4)(폭: 3m; 속도: 2.5m/min; 1000 스트록/min)쪽으로 향하는 단방향 랩(폭: 1.68m; 단위 면적당 질량: 410 g/m²)을 형성하기 위해 빗(2.2 이/cm)의 이 사이에 배치된다. 바느질된 랩(5)(폭: 2.5m)은 2.15m의 폭에 걸쳐 각도 +60° 및 -60°로 컨베이어에 의해 운반된 제 1 단방향 랩 상에 번갈아 놓는 래퍼(7)쪽으로 이르게 된다. 제 1 틀로부터 나오는 제 2 단방향 랩(21)은 래퍼의 다운스트림에 놓인다. 쌍방향 랩 및 2개의 단방향 랩의 결합물은 후속적으로 제 1 가열 지역(220℃; 길이: 2.2m), 300mm의 직경을 갖는 칼렌더(압력: 2bar), 및 제 2 냉각 지역(10℃; 길이: 2.3m)에서 프레스(10)쪽으로 향하게 된다.

3개축의 유리 보강재(0°/-60°/+60°/0° 스태킹)를 갖고 대략 0.6mm의 두께 및 830g/m²과 같은 단위 면적당 질량을 갖는 복합 시트가 얻어지며, 자동 제어 가위에 의해 직사각형 시트로 감겨지거나 절단된다.

예 3

절차는, 제 1 틀이 동일한 랩(빗: 1.5 이/cm; 단위 면적당 질량: 280 g/m²)으로 분리된 조방사의 660개의 실패를 포함한다는 점에서 다른 예 2의 조건 하에서 일어난다.

얻어진 복합 시트는 대략 0.75mm의 두께 및 1110g/m²과 같은 단위 면적당 질량을 갖는다.

예 4

복합 시트는 예 2의 조건 하에서 제작된다.

예 1에 기재된 것과 동일한 유형의 370개의 조방사는 틀 상에 위치한다. 조방사는 니들러(4)(폭: 3m; 속도: 2.5m/min; 1000 스트록/min)쪽으로 향하게 되는 단방향 랩(폭: 1.68m; 단위 면적당 질량: 410g/m²)을 형성하기 위해 빗(2.2 이/cm)의 이 사이에 배치된다. 바느질된 랩(5)(폭: 2.5m)은 1.25m의 폭에 걸쳐 +45° 및 -45°의 각도로 컨베이어(속도: 2.5m/min)상에 번갈아 놓이는 래퍼(7)쪽으로 이르게 된다.

랩의 결합물은 제 1 가열 지역(220℃; 길이: 2.2m), 300mm의 직경(압력: 2bar)을 갖는 칼렌더, 및 제 2 냉각 지역(10℃; 길이: 2.3m)에서 프레스(10)쪽으로 향하게 된다.

형성된 복합 시트는 650g/m²과 같은 단위 면적당 질량을 갖는다.

예 5

도 3에 기재된 방법을 사용하여 복합 시트가 제작된다.

유리 섬사(57 중량%; 직경: 18.5㎛) 및 폴리프로필렌 섬사(43 중량%; 직경: 20㎛)의 혼방에 의해 얻어진, 1870개의 직물과 같은 선밀도를 갖는 조방사의 330개의 실패는 컨베이어의 업스트림에서, 컨베이어의 연장 부분에 위치한 제 1 틀에 배치된다.

조방사는 2.15m의 폭 및 140g/m²의 단위 면적당 질량을 갖는 2개의 동일한 단방향 랩(16 및 21)을 형성하기 위해 2개의 빗(0.75 이/cm)에 분배된다. 제 1 랩(16)은 컨베이어(속도: 1.5m/min) 상에 직접 놓이고, 제 2 랩(21)은 래퍼의 다운스트림에 놓인다.

제 1 틀의 것과 동일한 유형의 조방사의 370개의 실패는 제 2 틀 상에 위치하고, 조방사는 단방향 랩(폭: 2.5m; 단위 면적당 질량: 280g/m²)을 형성하기 위해 빗(1.5 이/cm)의 이 사이에 분배된다. 이러한 랩은, 섬유 형태(단위 면적당 질량: 30g/m²)의 폴리프로필렌 층, 및 섬유 형태(단위 면적당 질량: 30g/m²)의 폴리올레핀을 원료로 한 열 밀봉 층을 포함하는 섬유 직물과 결합하는데, 상기 열 밀봉 층은 랩쪽으로 향한다. 랩/직물 결합물은 140℃로 가열된 한 쌍의 프레스 롤러의 닙(nip)을 통과하고, 그 다음에 2.15m의 폭에 걸쳐 +60° 및 -60°의 각도로 상기 결합물을 컨베이어에 의해 운반된 제 1 단방향 랩 상에 놓는 래퍼(7)쪽으로 통과한다. 제 1 틀로부터 나오는 제 2 단방향 랩(21)이 이 결합물 상에 놓이고, 어셈블리는 가열 지역(220℃; 길이: 2.2m), 300mm의 직경을 갖는 칼렌더(압력: 2bar), 및 냉각 지역(10℃; 길이: 2.3m)으로 연속적으로 구성된 프레스(10)쪽으로 향한다.

대략 0.6mm의 두께와, 900g/m²과 동일한 단위 면적당 질량을 갖는 복합 시트가 얻어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다축 방향의 섬유 보강재를 갖는 복합 시트 제작에 관한 것으로, 더 구체적으로 상이한 방향으로 배치된, 유리 섬유와 같은 보강 섬유의 단방향 랩(lap)과 유기 물질의 결합물에 의해 형성된 복합 시트 제작 등에 이용된다.

Claims (21)

1. 다축 방향의 섬유 보강재(multiaxial fibrous reinforcement)를 갖는 복합 시트 제조 방법으로서,

   - 보강용 섬사(filament) 및 철저하게(intimately) 혼합된 유기 물질의 섬사로 구성된 혼방(co-blended) 실인, 적어도 50 중량%의 보강용 실의 단방향 랩(unidirectional lap)을 형성하는 단계와;

   - 상기 랩을 래핑되도록 하는 결합력(cohesion)을 상기 랩에 제공하는 단계와;

   - 상기 랩을 이동 방향에 관해 가로 방향으로 이동시 지지대 상에서 래핑하는 단계와;

   - 이동 방향으로 옮겨지는 보강용 실/유기 물질 어셈블리를 가열하고, 가열 작용에 의해, 적절하다면 압력을 가함으로써 상기 어셈블리를 고정시키고(setting), 그 다음에 복합 밴드를 형성하기 위해 냉각하는 단계와;

   - 하나 이상의 복합 시트의 형태로 상기 밴드를 수집하는 단계를

   포함하는, 복합 시트 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 컨베이어인 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 유리 실의 단방향 랩인데, 이 중 적어도 일부는 유리 섬사와 열가소성 유기 물질의 섬사로 구성된 혼방 실인 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강용 섬사는 유리 섬사인 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단방향 랩은 주로 유리 섬사와 열가소성 유기 물질의 섬사로 구성된 혼방 실로만 구성되는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 실은 적어도 20%의 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랩은 바느질(needling), 또는 압력 하에 물의 분출에 노출시켜 결합되는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랩은 적당한 열 처리에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
9. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랩은 접착 물질의 공급에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 물질은 파우더, 직물(web) 또는 막의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랩은 연전기/래퍼(spreader/lapper)에 의해 상기 지지대 상에 놓이는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 보강용 섬사와, 철저하게 혼합된 유기 물질의 섬사로 구성된 혼방 실의 적어도 하나의 단방향 랩은 보강용 실/유기 물질 어셈블리의 가열이 수행되기 전에 가로로 놓인 랩 상에 놓이는 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 보강 물질은 유리이고, 상기 유기 물질은 열가소성인 것을 특징으로 하는, 복합 시트 제조 방법.
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 장치로서,

    컨베이어와, 적어도 하나의 실 공급 디바이스와, 혼방 실을 포함하는 실 랩을 결합할 수 있게 하는 수단과, 상기 실 랩을 상기 컨베이어 상에 가로로 래핑할 수 있게 하는 적어도 하나의 디바이스와, 보강용 실/유기 물질 어셈블리를 가열하기 위한 적어도 하나의 디바이스와, 상기 어셈블리를 냉각시키는 적어도 하나의 디바이스를 포함하는, 장치.
15. 제 14항에 있어서, 상기 어셈블리를 압축하기 위한 적어도 하나의 디바이스 및/또는 적어도 하나의 절단 디바이스 및/또는 상기 복합 시트를 수집하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 랩을 결합시킬 수 있게 하는 상기 수단은 바느질 디바이스, 또는 압력 하에 물의 분출물을 배출하기 위한 디바이스, 가열 디바이스 또는 접착 물질을 공급할 수 있게 하는 디바이스로 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
17. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랩에 놓기 위한 디바이스는 연전기/래퍼인 것을 특징으로 하는, 장치.
18. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 얻어지고, 열가소성 유기 물질 및 다축 방향의 섬유 보강재를 원료로 한 복합 시트로서,

    상기 보강재는 상기 이동 방향과, 30과 85° 사이, 바람직하게는 40과 70° 사이, 특히 45 또는 60°로 변하는 대향 각도를 형성하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 복합 시트.
19. 제 18항에 기재된 복합 시트의 용도로서,

    명백한 변형(pronounced deformation)을 갖는 몰딩 성분을 형성하는, 복합 시트의 용도.
20. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 처리에 의해 결합되고, 유리 섬사와, 철저하게 혼합된 열가소성 물질의 섬사로 구성된 혼방 실을 원료로 한, 단방향 랩으로서,

    적어도 50%의 혼방 실을 포함하고, 5N/5cm보다 더 높은 가로 방향의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 단방향 랩.
21. 제 20항에 있어서, 적어도 20 중량%의 유리와, 80 내지 100 중량%의 혼방 실을 포함하는 것을 특징으로 하는, 단방향 랩.