KR20040046887A - 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명인이 선출원한 제 20-2002-25794호 '매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치'를 이용한 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멘드릴에 와인딩되는 보강섬유에 수지함침조를 대신하는 분사장치로 고분자수지를 분사하고, 분사된 멘드릴은 고속 회전시키는 회전장치에 장착함으로써, 회전장치에 의한 원심력으로 수지함침시 발생하는 기포생성을 방지하고, 보강섬유 사이에 수지를 고르게 분포시켜 제품의 품질을 향상시킬 뿐만 아니라, 불균일한 외표면을 2차 가공하는데 소요되는 비용을 저하시키는 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 수지분사장치(30)가 장착된 필라멘트 와인딩 장치(100)와 회전장치(40)를 이용하여 수지분사단계(A1), 저속회전단계(A2), 멘드릴인출단계(A3), 수지주입단계(A4), 고속회전단계(A5), 공기주입단계(A6)를 거치는 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치가 제공된다.

Description

필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치{Centrifugal manufacturing method and device of filament wind}
본 발명은 본 발명인이 선출원한 제 20-2002-25794호 '매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치'를 이용한 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멘드릴에 와인딩되는 보강섬유에 수지함침조를 대신하는 분사장치로 고분자수지를 분사하고, 분사된 멘드릴은 고속 회전시키는 회전장치에 장착함으로써, 회전장치에 의한 원심력으로 수지함침시 발생하는 기포생성을 방지하고, 보강섬유 사이에 수지를 고르게 분포시켜 제품의 품질을 향상시킬 뿐만 아니라, 불균일한 외표면을 2차 가공하는데 소요되는 비용을 저하시키는 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 필라멘트 와인딩 공법(Filament Winding Process)은 섬유공급장치를 통해 수지함침한 보강섬유를 멘드릴에 다수회 와인딩하여 가열경화시킴으로서, 파이프나 압력용기 등의 실리더형 구조물을 제작하는 것이다. 하지만 상기와 같은 필라멘트 와인딩 공법은 멘드릴이나 회전암의 회전각이 제한됨으로 멘드릴축 방향과 일치되도록 보강섬유를 배열시킬 수 없으며, 이로 인하여 길이가 단면에 비해 아주 긴 제품을 생산할 경우 다량의 보강섬유가 소모될 뿐만 아니라, 생산에 따른 시간도 많이 소모되는 등의 문제점이 발생하였다.
따라서 근래에 본 발명인이 보강섬유를 멘드릴축 방향으로 배열하여 단면에 비해 길이간 긴 제품을 와인딩할 수 있는 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치(선출원 제 20-2002-25794호)를 고안한 것이 있으나, 이는 수지함침시 발생하는 기포가 제품에 내재됨으로써 제품의 기계적 성질이 저하될 뿐만 아니라, 표면이 고르지 못하고, 2차 가공이 필수적어서 생산비용의 상승을 유발하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 종래의 이와같은 문제점을 해소하고자 한 데 있는 것으로, 수지분사단계(A1), 저속회전단계(A2), 멘드릴인출단계(A3), 수지주입단계(A4), 고속회전단계(A5), 공기주입단계(A6)를 거쳐 단면에 비해 길이가 긴 제품을 제조함으로써, 보강섬유에 발생하는 기포생성을 원천적으로 방지하여 외표면이 매끄럽고 균일한 고품질의 제품을 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 외표면 성형을 위한 별도의 공정이 필요없어 생산비용을 절감하고, 생산공정은 최소화할 수 있는 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치를 제공코자 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 필라멘트 와인딩 장치를 도시한 상태도
도 2는 본 발명의 전체 상태를 도시한 개략도
도 3은 본 발명의 원심 제조장치를 도시한 상태도
도 4는 본 발명에서 수지분사장치의 장착상태를 도시한 상태도
도 5a 또는 5b는 본 발명의 회전장치를 도시한 상태도
도 6은 본 발명의 회전장치의 부분단면을 도시한 단면도
도 7a 또는 7b는 본 발명의 멘드릴 삽입상태를 도시한 상태도
도 8a 또는 8b는 본 발명의 멘드릴 인출상태를 도시한 상태도
도 9a 또는 9b는 본 발명의 수지유입상태를 도시한 상태도
도 10a 또는 10b는 본 발명의 공기유입상태를 도시한 상태도
도 11a 또는 11b는 본 발명의 구조부재 인출상태를 도시한 상태도
도 12는 본 발명의 구조부재를 도시한 사시도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 보강섬유 10: 섬유공급장치 11: 수지함침조
12: 이동레일 20: 멘드릴 30: 수지분사장치
31: 이동휠 32: 수지저장탱크 33: 분사노즐
34: 이동레일 40: 회전장치 41: 잠금장치
42: 상부금형 42': 하부금형 45,45': 금형휠
46: 구동휠 46': 구동축 47: 종동휠
47': 종동축 50: 수지저장탱크 51: 수지유입호스
60: 에어저장탱크 61: 에어유입호스 61': 에어유출호스
70: 커버 71,71': 연결공 80: 구동모터
81: 콘트롤박스 100: 필라멘드와인딩장치 A1: 수지분사단계
A2: 저속회전단계 A3: 멘드릴인출단계 A4: 수지주입단계
A5: 고속회전단계 A6: 공기주입단계 S1: 수지함침단계
S2: 적층단계 S3: 가열단계 S4: 냉각단계
가: 구조부재
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
섬유공급장치(10)를 통해 보강섬유(1)를 고분자 수지가 함침된 수지함침조(11)에 함침시키는 수지함침단계(S1)와; 함침된 보강섬유(1)를 필라멘트 와인딩 장치(100)의 멘드릴(20)로 공급하여 보강섬유(1)를 적층하는 적층단계(S2)와; 보강섬유(1)가 적층된 구조부재(가)를 가열하여 경화시키는 가열단계(S3)와; 가열된 구조부재(가)의 열을 방열시키는 냉각단계(S4);를 거치는 통상의 원심 제조방법에 있어서, 본 발명은 도 2에서와 같이 적층단계(S2)를 거치는 보강섬유(1)의 외표면에 수지분사장치(30)로 고분자수지를 분사하는 수지분사단계(A1)와; 보강섬유(1)가 적층된 멘드릴(20)을 회전장치(40) 내부에 삽입하여 소정시간 동안 저속회전시키는 저속회전단계(A2)와; 회전장치(40)에 삽입된 보강섬유(1)에서 멘드릴(20)만 인출하는 멘드릴인출단계(A3)와; 멘드릴(20)이 인출된 회전장치(40) 내부에 적정량의 고분자수지를 주입시키는 수지주입단계(A4)와; 고분자수지가 주입된 회전장치(40)를 소정시간 동안 고속회전시키는 고속회전단계(A5)와; 보강섬유(1)가 삽입된 회전장치(40) 내부에 고온의 공기를 주입시키는 공기주입단계(A6);를 거쳐서 제조됨을 특징으로 하는 것이다.
통상의 원심 제조장치에 있어서, 본 발명은 도 3에서와 같이 수지분사장치(30)가 장착된 통상의 필라멘트 와인딩 장치(100) 일측에 회전장치(40)가 장착되어 있고, 상기 회전장치(40)의 일측에는 수지저장탱크(50)와 에어저장탱크(60)가 장착되어져 있음을 특징으로 하는 것이다.
상기에서, 회전장치(40)는 도 5a 또는 5b에서와 같이 잠금장치(41)에 의해 결합 고정되는 상부금형(42)과 하부금형(42')으로 형성되어 있고, 상기 상부금형(42)과 하부금형(42')의 양단에는 연결공(71)(71')이 형성되어 있는 커버(70)(70')가 장착되어 있으며, 상부금형(42)과 상부금형(42')의 외주연에는 금형휠(45)(45')이 다수개 장착되어 있되, 상기 금형휠(45)(45')의 하단 일측에는 상기 금형휠(45)(45')과 접면되어 회전하는 다수개의 구동휠(46)이 장착된 구동축(46')이 형성되어 있고, 타측에는 상기 금형휠(45)(45')과 접면되어 회전하는 다수개의 종동휠(47)이 장착된 종동축(47')이 형성되어 있다.
상기에서, 수지분사장치(30)는 도 4에서와 같이 이동휠(31)이 장착된 수지저장탱크(32)의 일측에 수지를 분사하는 분사노즐(33)을 장착하여 형성한 것이다.
상기에서, 수지저장탱크(50)는 도 9a에서와 같이 일측으로 수지유입호스(51)가 장착되어져 있다.
상기에서, 에어저장탱크(60)는 도 10a에서와 같이 일측으로 에어유입호스(61)가 장착되어져 있고, 타측으로는 에어유출호스(61')가 장착되어져 있다.
이와 같이된 본 발명은 먼저 도 1에서와 같은 본 발명인이 선출원한 제 20-2002-25794호의 필라멘트 와인딩 장치(100)에서 수지함침조(11)를 제거한 후, 도 3에서와 같이 섬유공급장치(10)의 이동레일(12) 일측에 이동레일(34)을 따라 이동하는 수지분사장치(30)를 장착하는데, 상기 수지분사장치(30)는 고분자수지가 함침되어 있는 수지저장탱크(32)의 일측에 수지를 분사시키는 분사노즐(33)을 장착하여서 된다. 그리고 상기 수지분사장치(30)가 장착된 상기 필라멘트 와인딩 장치(100)의 일측에는 상부금형(42)과 하부금형(42')으로 형성되는 회전장치(40)를 장착하는데, 상기 회전장치(40)의 일측에는 에어유입호스(61)와 에어유출호스(61')가 장착된 에어저장탱크(60)를 형성하고, 상기 에어저장탱크(60)의 일측에는 수지유입호스(51)가 장착된 수지저장탱크(50)를 형성하여서 된다.
상기와 같이 형성된 원심 제조장치를 이용하여 원심 제조방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 섬유공급장치(10)로 보강섬유(1)를 멘드릴(20) 외주연에 와인딩하여 적층하는데 수지분사단계(A1)에서는 도 4에서와 같이 회전하는 멘드릴(20) 외주연으로 와인딩되는 보강섬유(1)의 외표면에 수지저장탱크(32)의 고분자수지를분사노즐(33)으로 소량 분사한다. 분사시 수지분사장치(30)는 이동레일(31)을 통해 좌우측으로 이동하면서 와인딩되는 보강섬유(1)의 외표면에 골고루 분사된다.
수지분사가 완료된 멘드릴(20)은 저속회전단계(A2)를 거치게 되는데, 저속회전단계(A2)에서는 도 7a 또는 7b에서와 같이 회전장치(40)의 상부금형(42)과 하부금형(42') 내부로 멘드릴(20)을 삽입하고, 상기 회전장치(40)의 외주연 양측에 장착된 잠금장치(41)로 상부금형(42)과 하부금형(42')을 고정 결합한 후, 구동모터(80)를 가동시켜 소정시간동안 회전장치(40)를 저속으로 회전시키는데, 이때 상기 저속회전으로 인하여 멘드릴(20)에 적층되어 있는 보강섬유(1)는 원심력에 의해 도 8a에서와 같이 멘드릴(20)과 이탈된다.
저속 회전이 완료된 후에는 도 8b에서와 같이 통상의 멘드릴인출장치를 이용하여 보강섬유(1)에서 멘드릴(20)만 인출한 후, 상부금형(42)과 하부금형(42')의 양단에 커버(70)(70')를 장착하는 멘드릴인출단계(A3)를 거치게 되는데, 상기 저속회전단계(A2)에서는 원심력에 의한 보강섬유(1)의 이탈로 멘드릴(20) 인출이 용이해진다.
수지주입단계(A4)에서는 도 9a 또는 9b에서와 같이 보강섬유(1)가 삽입된 회전장치(40)의 커버(70) 연결공(71)에 수지저장탱크(50)와 연결된 수지유입호스(51)를 연결한 후, 수지저장탱크(50)에 함침되어 있는 적정량의 고분자수지를 회전장치(40) 내부로 주입시킨다.
주입이 완료된 후에는 회전장치(40)에서 수지유입호스(51)의 연결을 해체한 후, 구동모터(80)를 가동시켜 적정시간 동안 회전장치(40)를 고속회전시키는 고속회전단계(A5)를 거치게 된다. 고속회전시 회전장치(40) 내부에 주입된 고분자수지는 원심력에 의해 보강섬유(1) 사이에 고르게 분포되며, 보강섬유(1)는 상,하부 금형(42)(42') 내주연에 밀착됨으로써 제품표면이 매끄럽게 균일해진다. 또한 보강섬유(1) 함침시 발생하는 기포생성을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
마지막으로 공기주입단계(A6)에서는 도 10a 또는 10b에서와 같이 회전장치(40)의 연결공(71)(71')에 에어저장탱크(60)와 연결된 에어유입호스(61) 및 에어유출호스(61')를 연결한 후, 에어저장탱크(60)에 저장되어 있는 고온의 공기를 회전장치(40) 내부로 유입시키는데, 회전장치(40) 내부로 유입된 고온의 공기는 보강섬유(1)를 가열경화시켜 도 12와 같은 구조부재(가)로 완성하게 된다.
상기와 같은 단계를 거쳐 완성된 필라멘트 와인드 구조부재(가)는 내구성과 내마모성이 증대될 뿐만 아니라, 강도가 강하여 구조부재나 파이프 및 전신주 등으로 사용될 수 있다.
그리고 본 발명에서 회전장치(40)의 작동과정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 저속회전이나 고속회전시에는 도 5a 또는 5b에서와 같이 구동모터(80)에 장착된 콘트롤박스(81)를 통해 구동모터(80)의 회전속도를 조정한 후 구동모터(80)를 가동시키면, 도 6에서와 같이 구동휠(46)이 장착된 구동축(46')이 회전하게 되고, 상기 구동휠(46)의 회전으로 인하여 구동휠(46)과 접면된 회전장치(40)의 금형휠(45)(45')도 회전하게 되는데, 이때 금형휠(45)(45')은 멘드릴(20)과 상,하부금형(42)(42')의 자체 중량으로 인하여 중력에 의한 마찰력이 충분히 발생하므로 회전 가능하게 된다. 그리고 금형휠(45)(45')의 회전시 금형휠(45)(45')의 하단 일측에 장착된 종동휠(47)도 회전하게 되는데, 상기 종동휠(47)의 회전으로 인하여 회전장치(40)가 전체적으로 원활하게 회전하게 된다. 상기에서 금형휠(45)(45')은 상부금형(42)과 하부금형(42')에 성형되어 있으므로 상부금형(42)과 하부금형(42') 전체가 회전하게 되고, 이로 인하여 내부에 삽입된 보강섬유(1)도 회전하게 된다.
그리고 도 9a 또는 9b에서와 같이 고분자수지를 유입시킬 경우에는, 먼저 회전장치(40) 일측에 장착된 수지저장탱크(50)의 수지유입호스(51)를 회전장치(40) 커버(70)의 선단 연결공(71)에 장착하고, 상기 수지유입호스(51)로 적정량의 수지를 유입시키게 된다. 유입된 수지는 회전장치(40) 내부로 유입되어 보강섬유(1)와 혼합된다.
마지막으로 도 10a 또는 10b에서와 같이 고온의 공기를 유입시킬 경우에는, 회전장치(40)의 일측에 장착된 에어저장탱크(60)의 에어유입호스(61)를 회전장치(40) 커버(70)의 선단 연결공(71)에 장착하고, 에어저장탱크(60)의 에어유출호스(61')는 회전장치(40) 커버(70')의 종단 연결공(71')에 장착한 후, 에어유입호스(61)를 통해 고온의 공기를 유입시키게 된다. 유입된 공기는 회전장치(40) 내부의 보강섬유(1)를 가열 및 경화하게 되고, 식은 공기는 다시 에어유출호스(61')를 통해 에어저장탱크(60)로 유출된다.
상기와 같은 회전장치(40)는 구조부재(가) 내,외표면의 기포생성을 원천적으로 방지하여 외표면이 균일한 구조부재(가)를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 회전장치(40)가 상부금형(42)과 하부금형(42')으로 분리되어 고온의 공기주입단계(A6)를 거친 보강섬유(1)는 별도의 냉각단계를 거칠 필요가 없고, 이로 인하여 생산공정을 최소화시킬 수 있게 된다.
이와같이 본 발명은 멘드릴(20)에 수지분사장치(30)가 장착된 필라멘트 와인딩 장치(100)로 보강섬유(1)를 적층하고, 상기 보강섬유(1)를 회전장치(40)에 삽입하여 고속회전시킴으로써, 고속회전시 발생하는 원심력에 의해 고분자수지를 보강섬유(1)의 외표면에 균일하게 흡수시킬 뿐만 아니라, 보강섬유(1) 내,외표면에 발생하는 기포생성을 방지하여 고품질의 제품을 생산할 수 있으며, 생산공정을 최소화시켜 생산비용을 절감하고 작업 효율성을 증대시킨데 그 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 섬유공급장치(10)를 통해 보강섬유(1)를 고분자 수지가 함침된 수지함침조(11)에 함침시키는 수지함침단계(S1)와; 함침된 보강섬유(1)를 필라멘트 와인딩 장치(100)의 멘드릴(20)로 공급하여 보강섬유(1)를 적층하는 적층단계(S2)와; 보강섬유(1)가 적층된 구조부재(가)를 가열하여 경화시키는 가열단계(S3)와; 가열된 구조부재(가)의 열을 방열시키는 냉각단계(S4);를 거치는 통상의 원심 제조방법에 있어서, 적층단계(S2)를 거치는 보강섬유(1)의 외표면에 수지분사장치(30)로 고분자수지를 분사하는 수지분사단계(A1)와; 보강섬유(1)가 적층된 멘드릴(20)을 회전장치(40) 내부에 삽입하여 소정시간 동안 저속회전시키는 저속회전단계(A2)와; 회전장치(40)에 삽입된 보강섬유(1)에서 멘드릴(20)만 인출하는 멘드릴인출단계(A3)와; 멘드릴(20)이 인출된 회전장치(40) 내부에 적정량의 고분자수지를 주입시키는 수지주입단계(A4)와; 고분자수지가 주입된 회전장치(40)를 소정시간 동안 고속회전시키는 고속회전단계(A5)와; 보강섬유(1)가 삽입된 회전장치(40) 내부에 고온의 공기를 주입시키는 공기주입단계(A6);를 거쳐서 제조됨을 특징으로 하는 필라멘트 와인드 원심 제조방법.
  2. 통상의 원심 제조장치에 있어서, 수지분사장치(30)가 장착된 통상의 필라멘트 와인딩 장치(100) 일측에 회전장치(40)가 장착되어 있고, 상기 회전장치(40)의일측에는 수지저장탱크(50)와 에어저장탱크(60)가 장착되어져 있음을 특징으로 하는 필라멘트 와인드 원심 제조장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 회전장치(40)는 잠금장치(41)에 의해 결합 고정되는 상부금형(42)과 하부금형(42')으로 형성되어 있고, 상기 상부금형(42)과 하부금형(42')의 양단에는 연결공(71)(71')이 형성되어 있는 커버(70)(70')가 장착되어 있으며, 상부금형(42)과 상부금형(42')의 외주연에는 금형휠(45)(45')이 다수개 장착되어 있되, 상기 금형휠(45)(45')의 하단 일측에는 상기 금형휠(45)(45')과 접면되어 회전하는 다수개의 구동휠(46)이 장착된 구동축(46')이 형성되어 있고, 타측에는 상기 금형휠(45)(45')과 접면되어 회전하는 다수개의 종동휠(47)이 장착된 종동축(47')이 형성되어 있음을 특징으로 하는 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 수지분사장치(30)는 이동휠(31)이 장착된 수지저장탱크(32)의 일측에 수지를 분사하는 분사노즐(33)을 장착하여 형성됨을 특징으로 하는 필라멘트 와인드 원심(遠心) 제조방법 및 그 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 수지저장탱크(50)는 일측으로 수지유입호스(51)가 장착되어져 있음을 특징으로 하는 필라멘트 와인드 원심 제조장치.
  6. 제 2항에 있어서, 에어저장탱크(60)는 일측으로 에어유입호스(61)가 장착되어져 있고, 타측으로는 에어유출호스(61')가 장착되어져 있음을 특징으로 하는 필라멘트 와인드 원심 제조장치.
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