KR20040067335A

KR20040067335A - 합성수지가 강화된 유리섬유칩 제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040067335A
Application number: KR1020030004379A
Authority: KR
Inventors: 이영숙
Original assignee: 이영숙
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-07-30

Abstract

본 발명은 유리섬유를 합성수지에 함침시킨 사출용 또는 핫프레스용 복합수지강화 유리섬유칩 제조방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 상부에 가로방향으로 원통형의 회전자와 하부의 세로방향으로 다수의 고정자가 착설된 수지함침장치에 고온으로 가열된 합성수지액을 유입시켜 하부의 고정자보다는 높고 상부의 회전자보다는 낮게 액고를 유지하고, 보빈에서 인발된 다수의 유리섬유 필라멘트가 상부의 회전자를 거쳐 하부의 고정자를 통과할 때 유리섬유가 합성수지액에 함침되면서 코팅이 되고, 재차 유리섬유가 상부의 회전자를 거쳐 하부의 고정자를 통과하면서 합성수지액에 함침을 반복하게 되면 합성수지가 유리섬유의 주위로 균일하게 코팅된다. 본 장치의 하부에는 고정자가 최소한 2개 이상으로 구비되어 유리섬유를 반복적으로 합성수지액에 함침시킴에 따라 균일한 두께와 코팅정도를 조절할 수 있으며, 장력과 유리섬유의 이송속도에 따라 유리섬유의 파쇄현상이 없으면서 연속적으로 생산량을 증대시킬 수 있다.

또한, 유리섬유가 코팅되어 나오는 배출구의 형상에 따라 여러 가지 형상의 단면을 가진 유리섬유칩을 생산할 수 있다.

본 발명의 합성수지가 강화된 유리섬유는 내열성, 내구성, 신율 등이 우수하여 고강도가 요구되는 사출기용 칩(chip) 뿐만 아니라 핫프레스(hot press)용으로 다양하게 사용할 수 있다.

Description

합성수지가 강화된 유리섬유칩 제조방법 및 장치{Manufacturing method for the glass fiber chip reinforced the synthetic resin and a device thereof}

본 발명은 유리섬유를 합성수지액에 함침시켜 사출용 또는 핫프레스용 합성수지가 강화된 유리섬유칩 제조방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 상부에 가로방향으로 원통형의 회전자(回轉子)와 하부에 세로방향으로 최소한 2개 이상의 고정자(固定子)로 구성되어 있는 사각형의 수지함침장치에 260∼280℃로 가열된 합성수지액을 유입시켜 본 장치의 하부에 부착된 고정자보다 높고 상부의 회전자보다는 낮게 액고(液高)를 유지시켜, 외부의 보빈(bobbin)에서 인발된 다수의 유리섬유 가닥이 상부의 회전자를 거쳐 하부의 고정자를 통과할 때 유리섬유가 합성수지액에 함침되고, 재차 유리섬유가 상부의 회전자를 거쳐 하부의 다수개의 고정자를 통과하면서 합성수지 용융액에 2∼10회 함침을 반복하게 되면 합성수지가 유리섬유에 균일하게 함침된다. 본 장치의 하부에는 고정자가 최소한 2개 이상으로 착설되어 유리섬유를 반복적으로 합성수지액에 함침시키면 균일하게 코팅된 유리섬유를 다양한 용도와 크기로 제조할 수 있다.

본 발명에 관련된 종래기술로는 한국특허공개 1992-26254(합성섬유 필라멘트사의 제조방법 및 그 장치), 한국특허공고 1988-17080(무호부 합성섬유 필라멘트사의 제조방법), 한국특허공고 1986-11058(무호부 합성섬유 필라멘트사의 제조방법)이 있으나, 이들은 본 발명과는 기술적 구성이 다른 것 이다. 또한 한국특허공개 1998-22100(섬유의 연속코팅 방법 및 장치)는 섬유필라멘트에 수지를 코팅하기 위하여 제조된 수지조내에 도너츠 형상기구를 장착시켜 노즐에서 방사된 다수의 섬유필라멘트로 구성된 섬유다발을 수지함침조내에 연속적으로 배치된 도너츠 형상기구의 내주면과 외주면을 번갈아 일정한 길이와 장력으로 용융수지와 접촉시켜 수지조 내에서 섬유의 침투면적을 최대한 증가시켜 수지를 연속적으로 코팅시키고, 코팅된 수지섬유필라멘트를 접속하여 원하는 직경의 노즐로 압출시켜 수지가 코팅된 복합섬유를 제조하는 방법이다. 그러나 이건 특허는 섬유다발이 도너츠 형상기구의 내외주면을 번갈아 가면서 코팅되므로 내주면과 외주면을 통과할 때마다 섬유다발이 펼쳐지고 모으면서 끌어당기게 되어 길이방향으로 마찰에 의한 장력이 발생하여 섬유가 파손될 우려가 있고, 고속으로 생산시 균일한 제품을 얻기 가 어렵다. 또한 함침조내에서 도너츠 형상기구가 진행방향으로 받게되는 장력을 견디기 위해서는 강력한 지지용 부대시설이 수반되는 번거로운 단점이 있다. 또 다른 한국특허공개 2000-24343(장섬유 복합재 및 그 제조방법과 제조장치)는 고점도 수지가 채워진 함침조 내로 섬유필라멘트 집속체를 통과시킬 때 섬유필라멘트와 고점도수지가 충분히 접촉될 수 있도록 다이의 투입구에서 출구로 진행시킬 때 폭방향으로 펼쳐주고 출구를 나올 때에는 펼쳐진 상태의 연속섬유다발을 다시 오므려 연속섬유다발의 내부까지 고점도의 수지가 침투되게 하는 장섬유복합재의 제조방법에 관한 것이다. 그러나 이건 특허는 함침용 다이에 투입된 섬유필라멘트 집속체가 투입구에서 오므렸다가 회전롤러와 고정롤러를 통과하면서 확장되다가 다시 출구에서 오므려지므로 장력으로 인하여 섬유의 파손이 우려되고 고온의 함침조내에 고정식 및 이동식 회전롤러를 장착시키므로 인하여 유지보수에 어려움이 있다.

이와 같이 종래 기술들은 섬유 필라멘트를 연속적으로 인발하여 성형할 때 높은 장력으로 인하여 고속으로 장섬유를 제조하기 곤란하며 수지가 불완전하게 코팅되어 제품의 분산성이 떨어져 물성이 저하되는 단점 뿐만 아니라, 함침조 내부에 구비되는 특수한 형상의 지지체로 인하여 이를 수용하기 위한 부대시설이 수반되는 번거로운 단점이 있다. 또한 종래의 방법에 의해 제조된 복합섬유들은 강도나 내열성 등이 낮아 소형 사출용 펠렛(pellet) 형태의 원료로 밖에 사용할 수 없는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 끝에 개발된 본 발명은 제조방법이 간편하고 제조된 원료는 품질이 우수하여 통상의 사출용 이외에도 핫프레스(hot press)와 같은 대형구조물용으로 제공되는 데 있다.

본 발명은 유리섬유를 용융수지에 함침시킴에 있어서, 함침조내에 상부의 단일의 회전자와 하부에 최소한 2개 이상의 고정자를 구비하여 유리섬유를 반복적으로 합성수지액에 함침시켜 함침회수에 따라 유리섬유의 두께와 폭을 조절하며, 배출구의 여러 가지 형상에 의해 다양한 용도와 크기의 유리섬유칩을 제공하는 데 있다. 또한 적절한 유리섬유의 이송속도와 보빈에서 인발된 유리섬유의 장력에 따라 섬유의 파손이 없이 생산량을 증대시키는 데 있다.

도 1은 본 발명의 제조공정을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 유리섬유칩 제조장치의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 유리섬유칩 제조장치의 정면도이다.

도 4는 본 발명의 유리섬유칩 제조장치의 배면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 유리섬유함침조 2: 수지투입구

3: 회전자 4: 받침대

5: 베어링 6: 고정자

7: 유입구 8: 배출구

9: 덮개 10: 합성수지액

11: 유리섬유

본 발명은 합성수지의 용융단계, 유리섬유를 합성수지에 함침시키고 원하는 단면의 번들로 제작하는 단계, 상기의 유리섬유번들을 냉각 및 절단하여 유리섬유칩을 제작하는 단계로 구성되어 있다.

본 발명인 유리섬유 함침장치는 유리섬유칩의 제조장치로써, 함침장치는 수개의 벽체로 이루어지고, 상기 벽체 일면의 하부에 용융수지액 투입구(2)가 구비되며, 상기 벽체 일면의 상부에 유입구(7)가 형성되고, 상기 유입구에 대향되는 벽체 면의 상부에 배출구(8)가 형성되며, 이물질의 혼입을 방지하기 위하여 상면에 덮개가 구비되는 함침조(1); 상기 함침조 내부에 상기 유입구(7)와 배출구(8)의 유리섬유 이송방향과 평면상 수직방향으로 같은 높이에 설치되는 회전자(6); 및 상기 함침조 내부에 적어도 2 이상이 상기 유입구(7)와 배출구(8)의 유리섬유 이송방향과 평면상 평행방향으로 상기 회전자 보다 낮은 위치에 설치되는 고정자(3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2 내지 도 4에서 나타나는 본 발명의 일실시예인 유리섬유 함침조(1)는 직4각형의 6면체로 되어 있고 바닥면의 우측에 용융수지액 투입구(2)와, 바닥면상의 세로방향으로 양쪽에는 고정자(3)를 거치할 수 있는 받침대(4)가 복수로 착설되고, 그 받침대상에 최소한 2이상 복수의 고정자를 결합시켜 착설되며, 가로방향으로 측면의 벽에 베어링(5)과 함께 회전자(6)가 착설된다. 유리섬유는 전면 상단부에 유입구(7)와 후면 상단부에 배출구(8)를 구비하며 또한 이물질의 혼입을 방지하기 위하여 상면에는 덮개가 구비된다.

상기 유리섬유가 유입구(7)로 유입되는 경우, 유리섬유 필라멘트 여러가닥이모여들어오게 되므로 유입구(7)의 형상은 오리피스 형상으로 하는 것이 바람직하다.

고정자(3) 및 회전자(6)는 유리섬유의 원활한 이송을 위해 표면이 아주 정밀하게 연마된 소재일 것이 요구되며, 고온의 분위기 하에서도 변형되지 않고 작업을 계속할 수 있는 재료이어야 한다.

따라서, 고정자(3) 및 회전자(6)는 래핑이나 슈퍼피니싱으로 연마하여 표면조도가 적어도 0.1㎛ 이하이고, 풀림처리되어 고온특성이 좋은 텅스텐 강을 사용하는 것이 바람직하다.

* 합성수지의 용융단계

본 발명의 함침에 사용할 합성수지는 열가소성수지로서 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 나일론, ABS, PC/ABS 등이고, 열경화성수지로는 불포화폴리에스테르, 에폭시, 페놀, 우레탄, 멜라민 등을 사용할 수 있다. 이들 수지 중에서 선택된 어느 하나를 수지용융조에 넣고 260∼280℃로 가열시켜 수지를 용융시킨다.

* 유리섬유의 함침단계

함침조(1)의 온도를 수지용융조의 온도와 동일하게 유지(260∼280℃)시켜 용융된 수지를 함침조의 투입구(2)를 통하여 함침조에 유입시키되, 용융된 수지를 고정자(3)의 상단보다는 높고 회전자(6)의 하단보다는 낮게 투입시켜 액고를 유지한다.

유입구(7)를 통해 보빈에 권치된 수많은 유리섬유(fiber glass) 필라멘트가함침조 내부로 유입된다. 이 유리섬유가 함침조 외벽 상부의 유입구(7)를 통하여 함침조내 회전자의 상단을 거쳐 함침조에 인발되면 유리섬유는 회전자와 함께 회전하면서 하향(60°∼90°)으로 회전자의 옆면을 거쳐 제1고정자의 밑면에 걸치게 되면서 용융수지에 함침된 후, 다시 유리섬유는 회전자와 함께 상향(60°∼90°)으로 올리어져 상부의 회전자를 걸치면서 회전자의 회전과 함께 하부의 제2고정자의 밑면을 걸치면서 용융수지에 함침된다. 이와 같이 유리섬유가 회전자의 상부를 거쳐 복수개(1∼10)의 고정자 하부를 나선형으로 경유하는 과정을 번갈아 가면서 함침이 이루어지는 데, 이때 고정자를 거치면서 과량으로 함침된 수지는 유리섬유가 상향의 회전자로 휘감기면서 함침조에 낙하되게 된다. 이와 같이 유리섬유가 상부의 회전자를 거쳐 하부의 고정자의 밑부분을 거치면서 함침되고 다시 상부의 회전자로 휘감기는 과정을 반복하게 되면 유리섬유의 내외부에는 용융수지가 골고루 함침된다. 이때 유리섬유가 보빈에서 유입구를 통하여 회전자로 인발될 때 일정하게 부여된 장력과 회전자의 회전에 의한 유리섬유의 이송속도에 의해 수지의 함침정도를 조절할 수 있으며, 회전자와 고정자의 이격정도 및 2개 이상의 다수로 착설된 고정자간의 간격에 따라 유리섬유에 수지의 함침량을 조절할 수 있다. 또한 유리섬유에 과잉으로 함침된 수지를 제거해 주기 위하여 배출구에 블레이드를 설치해 주는 것이 바람직하다. 유리섬유가 최종 고정자와 회전자의 상단을 거쳐 배출구를 통과하게 되면 냉각조로 이송시킨다. 상기 배출구를 통과할 때, 다수가닥의 유리섬유가 합쳐지며 번들로 된다. 따라서, 배출구의 형상에 의해 유리섬유번들의 단면 결정된다.

* 냉각 및 절단단계

수지에 함침된 유리섬유가 배출구를 통하여 번들 형태로 나오게 되면 15∼20℃의 냉각수조를 통과하게 하여 급냉시킨 후, 용도에 따라 커터를 이용하여 다양(6∼120mm)한 크기로 절단하여 유리섬유칩을 얻는다. 또한 핫프레스(hot press)용의 비교적 긴 막대(stick)형은 냉각후 굳기 전에 롤러로 압착시킨 후 절단하여 냉각하는 반면에 사출용의 짧은 칩(chip)은 냉각후 일정한 크기로 절단한다.

이하 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한저되는 것은 아니다.

＜실시예 1＞

폴리프로필렌 수지를 수지용융조에서 270℃로 용융시킨후, 수지함침장치의 온도를 동일하게 270℃로 유지하여 가열된 폴리프로필렌을 투입구를 통하여 고정자와 회전자의 중앙부위까지 채워 액고(液高)를 유지시킨다. 회전자의 회전속도를 유리섬유의 이송속도가 15m/min 되도록 하며, 보빈에서 1.7~2.3kgf의 장력으로 인발된 유리섬유가 회전자의 상부를 거쳐 고정자의 하부를 통과시킬 때 유리섬유가 합성수지액에 함침되면서 코팅이 되고, 재차 유리섬유가 상부의 회전자를 거쳐 하부의 고정자를 통과하면서 합성수지액에 함침되는 과정을 총 6회를 실시하여 폴리프로필렌이 균일하게 코팅된 유리섬유를 얻었다. 수지에 함침된 유리섬유가 배출구를 통하여 나오게 되면 18℃의 냉각수조에서 급냉시킨 후, 커터로 사출용의 짧은칩(chip)을 6-10mm 크기로 절단하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 2>

유리섬유가 합성수지액에 함침되는 과정을 총5회 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 3>

유리섬유가 합성수지액에 함침되는 과정을 총4회 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 4>

유리섬유가 합성수지액에 함침되는 과정을 총3회 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 5>

인발된 유리섬유를 4.7-5.5kgf의 장력과 유리섬유의 이송속도를 20m/min로 고정자하단을 통과시켜 폴리프로필렌이 균일하게 코팅된 유리섬유를 얻은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 6>

유리섬유가 합성수지액에 함침되는 과정을 총5회 실시하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 7>

유리섬유가 합성수지액에 함침되는 과정을 총4회 실시하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 8>

유리섬유가 합성수지액에 함침되는 과정을 총3회 실시하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 9>

실시예 1과 같은 방법으로 제조된 유리섬유를 냉각되기 전에 롤러로 압착하여 핫프레스용의 긴 칩(chip)을 50∼120mm 크기로 절단하여 냉각한 후, 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

<실시예 10>

실시예 5와 같은 방법으로 제조된 유리섬유를 냉각후, 롤러로 압착하여 핫프레스용의 긴 칩(chip)을 50∼120mm 크기로 절단하여 합성수지액이 코팅된 유리섬유칩을 얻었다.

＜시험예＞

본 발명에 따라 제조된 유리섬유칩의 물리적 특성을 알아보기 위하여 인장강도, 칩의 외관, 파쇄현상, 성형특성을 시험한 결과는 다음과 같다.

표 1. 본 발명 결과물의 물리적 특성

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
인장강도	2.5	2.1	1.9	1.7	4.4
칩의 외관	★	★	A	B	★
파쇄현상	무	무	무	무	무
성형특성	★	★	A	B	★
구 분	실시예6	실시예7	실시예8	실시예9	실시예10
인장강도	4.2	3.9	3.5	4.5	4.6
칩의 외관	★	A	B	★	★
파쇄현상	무	무	무	무	무
성형특성	★	A	B	★	★

(범례: 대단히 양호;★, 우수;A, 보통;B, 불량;C)

칩의 외관 및 파쇄현상은 합성수지가 유리섬유에 함침된 정도를 유리섬유칩의 절단면을 통하여 나타난 균일도를 육안으로 판별하여 아주 우수, 우수, 보통으로 나타냈다. 성형특성은 실시예1 내지 실시예8은 사출물을 제조하여 성형특성을 아주우수, 우수, 보통으로 나타냈고, 실시예9 및 실시예10은 핫프레스 제품을 제조하여 성형특성을 아주우수, 우수, 보통으로 나타냈다.

본 장치의 하부에는 고정자가 최소한 2개 이상으로 착설되어 유리섬유를 반복적으로 합성수지액에 함침시킬 수 있고 함침회수에 따라 유리섬유의 두께와 폭을 조절하여 유리섬유칩을 다양한 용도와 크기로 제조할 수 있다. 또한 유리섬유의 파손이 없이 생산량을 증대시킬 수 있다.

Claims

합성수지를 용융조에서 용융시킨 후, 합성수지 함침조의 온도를 수지용융조의 온도와 동일하게 유지시켜 용융된 수지를 함침조에 유입시키고, 유리섬유를 유입구로 인발시켜 상부의 회전자를 거쳐 하부의 고정자를 통하여 배출구 밖으로 유리섬유 초단을 인출시킨 후 함침조에서 합성수지를 함침시킴에 있어서,

상단에 가로방향으로 고정자와 하단에 세로방향으로 복수의 고정자가 착설된 합성수지 함침조내에 유리섬유가 회전자의 상단을 거쳐 중심부에서 합성수지액을 경유하면서 하향의 제1고정자의 저면에 통과하여 용융수지에 함침된 후,

재차 유리섬유는 회전자와 함께 상향으로 올리어져 상부의 회전자를 걸치면서 회전자의 회전과 함께 하부의 제2고정자의 밑면을 걸치면서 용융수지에 함침되는 과정을 반복하면서 함침코팅시키는 단계와,

수지에 함침된 유리섬유가 배출구를 통하여 나오게 되면 냉각수조에서 급냉시킨 후, 일정한 크기로 절단하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항에 있어서, 유리섬유가 회전자의 상부를 거쳐 고정자 하부를 나선형상으로 경유하는 과정을 2회이상 반복하여 함침시키는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항에 있어서, 수지의 용융조 및 함침조의 온도는 260∼280℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항에 있어서, 함침조의 수지액고는 용융된 수지를 고정자의 상단보다는 높고 회전자의 하단보다는 낮게 투입시켜 액고를 유지하는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항에 있어서, 유리섬유가 보빈에서 유입구를 통하여 회전자로 인발될 때 장력을 1.7-5.5kgf와 유리섬유의 이송속도 15-20m/min으로 유지하는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항에 있어서, 유리섬유가 함침조의 회전자와 고정자를 상하의 나선형으로 함침될 때 유리섬유의 각도는 60°∼90°로 함침되는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항에 있어서, 함침된 유리섬유를 15∼20℃의 냉각수조에서 급냉시켜 사출용칩으로 절단하는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제7항에 있어서, 핫프레스용칩은 냉각하기 전에 롤러로 압착하여 100mm 이상의 크기로 절단하는 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항에 있어서, 합성수지는 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 합성수지가 강화된 유리섬유칩의 제조방법.
제1항 내지 제9항중 선택된 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 유리섬유칩.
유리섬유칩의 제조장치로써,

함침장치는 수개의 벽체로 이루어지고, 상기 벽체 일면의 하부에 용융수지액 투입구(2)가 구비되며, 상기 벽체 일면의 상부에 유입구(7)가 형성되고, 상기 유입구에 대향되는 벽체 면의 상부에 배출구(8)가 형성되며, 이물질의 혼입을 방지하기 위하여 상면에 덮개가 구비되는 함침조(1);

상기 함침조 내부에 상기 유입구(7)와 배출구(8)의 유리섬유 이송방향과 평면상 수직방향으로 같은 높이에 설치되는 회전자(6); 및

상기 함침조 내부에 적어도 2 이상이 상기 유입구(7)와 배출구(8)의 유리섬유 이송방향과 평면상 평행방향으로 상기 회전자 보다 낮은 위치에 설치되는 고정자(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리섬유칩의 제조장치.
제11항에 있어서, 유입구(7)는 오리피스 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 유리섬유칩의 제조장치.