KR20080086153A - 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경량 및 내마모성이 강한 권사형 보빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캡결합부가 형성되어 있는 보빈몸체와 그 보빈몸체와 동일 내경을 갖는 캡이 결합되어 이루어진 것으로, 상기 보빈 몸체는 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 수지와 유리섬유를 일정비율로 배합한 후 압출기를 통해 압출한 후 냉각처리하여 제조되고, 그 제조된 보빈몸체와 캡은 초음파에 의한 융착, 접착제에 의한 결합 또는 스크류 방식 중 선택되는 어느 1종의 방법을 통해 결합하는 경량 및 내마모성이 강한 권사형 보빈에 관한 것이다.
경량, 내마모성, 권사, 보빈, 원사, 잔사, 초음파, 접착제, 스크류
Description
도 1은 본 발명에 따른 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 보빈 몸체의 압출 공정을 나타낸 공정도.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
1 : 원사보빈 11 : 보빈몸체
12: 캡 111: 홈
10: 압출기 101: 스크류
20: 다이
본 발명은 경량 및 내마모성이 강한 권사형 보빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캡결합부가 형성되어 있는 보빈몸체와 그 보빈몸체와 동일 내경을 갖는 캡이 결합되어 이루어진 것으로, 상기 보빈 몸체는 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 수 지와 유리섬유를 일정비율로 배합한 후 압출기를 통해 압출한 후 냉각처리하여 제조되고, 그 제조된 보빈몸체와 캡은 초음파에 의한 융착, 접착제에 의한 결합 또는 스크류 방식 중 선택되는 어느 1종의 방법을 통해 결합하는 경량 및 내마모성이 강한 권사형 보빈에 관한 것이다.
종래 권사용 보빈은 그 몸체가 알루미늄 튜브의 양측에 마찰롤러와 접촉하여 보빈을 회전시켜 주는 캡과, 원사를 안내하여 걸어주기 위한 드레드슬롯트가 형성되는 캡을 결착시켜 사용하였으며, 이와 같은 권사용 보빈은 알루미늄 튜브의 내면과 캡의 내면 사이에 직경 차이로 인해 단차가 생기고 이로 인해 보빈의 고속회전시 공진현상을 일으켜 심한 소음과 진동을 발생시켜 작업능률을 떨어뜨렸다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 실용신안공보 1997-0001057(공고일자 1997.02.17)에는 보빈몸체와 캡의 내경이 동일하게 하여 동일내경으로 체결하는 구성에 대해 개시하고 있다.
그러나 상기 실용신안공보는 보빈몸체와 캡의 직경차를 해소함으로써 소음등을 해소할 수 있으나, 보빈몸체와 캡의 결합이 견고하게 이루어지지 않아 캡이 이탈되는 등의 문제가 발생하였다. 이에 본 발명자는 상기와 같은 문제를 해결하고, 추가적으로 상기 실용신안공보에서 개시하고 있는 몸체부의 내열, 내마모성을 더 향상시킬 수 있는 기술을 완성하게 되었다.
상기와 같은 문제점를 해결하고자, 본 발명은 무게를 현저히 줄이면서도 내마모성이 뛰어나고, 잔사처리를 위한 효율적인 구성을 갖는 경량 및 내마모성이 강한 권사형 보빈의 제공을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하고자, 본 발명은 캡결합부가 형성되어 있는 보빈몸체와 그 보빈몸체와 동일 내경을 갖는 캡이 결합되어 이루어진 것으로,
상기 보빈 몸체는 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 수지 50 ~ 90중량%와 유리섬유 10 ~ 50중량%를 압출속도(m/min) 20 ~ 50, 압출압력(kg/㎟) 30 ~ 60, 압출온도(℃) 180 ~ 220로 압출기를 통해 압출한 후 냉각처리하여 제조되는 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈을 그 주요 기술적 구성으로 한다.
상기 유리섬유는 인장강도(Kgf/mm2) 350 ~ 360, 인장탄성율(tnf/mm2) 7.4 ~ 7.5, 신장률(%) 4, 밀도(g/cm3) 2.6, 직경(㎛) 8 ~ 12인 것으로 그 길이가 0.3 ~ 0.5mm로 절단된 것임을 특징으로 한다.
상기 보빈 몸체는 잔사처리를 위한 브이(V) 형태의 홈이 형성되어 있음을 특징으로 한다.
상기 보빈몸체와 캡은 15 ~ 28[㎑]의 주파수의 초음파에 의한 융착, 접착제 또는 스크류 방식 중 선택되는 어느 1종의 방법에 의해 일체로 결합하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 기술적 구성에 대해 더욱 상세히 살펴보도록 한다.
본 발명에 따른 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈은 캡과 보빈몸체의 결합을 견고히 하고, 그 보빈몸체를 고강도의 재료로 압출 성형함으로써 그 사용수명이 상당히 연장될 수 있도록 한 것이며, 상기 보빈몸체의 외부에는 잔사 처리를 위해 브이(V) 형태의 홈이 형성되어 있다.
상기 보빈몸체의 재질은 경량하면서도 내마모성을 높이기 위해 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 수지와 유리섬유의 혼합물을 이용한다.
상기 폴리아세탈은 폴리에텔의 일종으로서 포름알데히드의 폴리머이다. 그 폴리아세탈은 내피로성, 강인성, 내마모성 등이 우수한 특징을 갖는 재료로서, 변형온도는 19kg/㎠에서 100℃, 5kg/㎠에서는 170℃이고, 열안정성은 연속가열의 경우에는 90℃, 단속 가열시에는 120℃인 것을 특징으로 한다.
상기 염화비닐수지(PVC)는 염화비닐의 단독중합체 및 염화비닐을 50 % 이상 함유한 혼성중합체로써, 투명성 및 강도 면에서 우수한 재료로 가소제가 첨가되어 연하고 부드러운 연질 염화 비닐과 가소제를 넣지 않은 경질 염화 비닐로 구분된다. 그 용도로는 압출성형에 의해 전선 피복용, 튜브, 파이프를 제조한다.
상기 ABS(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌공중합체)수지는 AN(Acrylonitrile), BD(Butadiene), SM(Styrene Monomer: 스티렌 모노머) 3종의 Monomer(단량체)로 구성된 3원 공중합체된 수지이다. ABS수지는 3종의 주요 모노머의 조성비를 조정하거나, 각종 안료 및 첨가제 보강, 내열제 첨가, 난연제 첨가, 분자량 조절 등을 통해서 다양한 개발이 가능하다.
ABS수지를 사용한 대표적인 제품에는 내충격성이 요구되는 합성수지가방, 헬멧, 전화기, TV, VTR 등과 난연제를 첨가한 컴퓨터(Computer), 모니터(Monitor), 내열성이 요구되는 자동차 내장제 등이다.
본 발명에서의 ABS 수지 원료는 직경이 1mm인 과립(granule)상태인 것을 사용한다.
상기 폴리에틸렌(PE)는 폴리에틸렌은 전기절연성, 기계적 특성, 화학적 안정성, 가공성 등이 우수하여 광범위하게 사용되고 있는 열가소성 수지로써, 밀도(g/㎤)에 따라 0.912 ~ 0.94인 저밀도폴리에틸렌(LDPE)과, 0.958인 고밀도폴리에틸 렌(HDPE)으로 구분된다.
상기 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중한 수지 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 수지는 보빈몸체를 구성하기 위해 유리섬유에 대해 50 ~ 90중량%의 범위로 사용된다. 이때 수지를 50중량% 미만으로 사용하게 되는 경우에는 보빈의 성형성이 매우 떨어지는 문제가 발생하고, 90중량%를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 보빈의 강도가 떨어지는 문제가 발생하므로, 상기 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중한 수지 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 수지는 유리섬유에 대해 50 ~ 90중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수지와 혼합되어 보빈몸체를 구성하는 유리 섬유는 보빈의 강도를 증가시키기 위해 사용하는 것으로, 그 유리 섬유(E-glass, 무알칼리 유리)의 조성은 이산화규소(SiO2) 55.0%, 산화알루미늄(Al2O3) 14.0%, B2O3 7.0%, 산화칼슘(CaO) 22.0%, 산화마그네슘(MgO) 0.5%, 기타 1.5%로 이루어진다.
본 발명에서 사용되는 유리섬유는 인장강도(Kgf/mm2) 350 ~ 360, 인장탄성율(tnf/mm2) 7.4 ~ 7.5, 신장률(%) 4, 밀도(g/㎤) 2.6, 직경(㎛) 8 ~ 12인 것으로, 길이가 0.3 ~ 0.5mm로 절단된 것을 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 수지 혼합물과 혼합된다.
상기 유리섬유는 보빈몸체를 구성하기 위해 수지에 대해 10 ~ 50중량%의 범위로 사용되는 것으로, 10중량% 미만으로 사용하게 되는 경우에는 보빈의 강도가 떨어지고, 50중량%를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 보빈의 성형성이 떨어지므로, 유리섬유는 보빈몸체를 구성하는 수지에 대해 10 ~ 50중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 보빈몸체를 구성하는 성분의 배합비율을 실시 예를 통해 구체적으로 살펴보도록 한다.
실시 예 1
직경이 1mm인 과립(granule)상태인 ABS 90㎏과 길이가 0.5mm로 절단된 유리섬유 10㎏을 배합하여 사용한다.
실시 예 2
염화비닐수지(PVC) 80㎏과 길이가 0.4mm로 절단된 유리섬유 20㎏을 배합하여 사용한다.
이하, 상기한 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 수지 50 ~ 90중량%와 유리섬유 10 ~ 50중량%를 이용한 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈 압출 과정을 살펴보도 록 한다.
본 발명의 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈 몸체는 압출기와 다이를 거쳐 냉각처리하는 일련의 연속공정으로 이루어지는 것으로,
상기 압출기는 수지를 충분히 혼련하고 토출하는 역할을 하며, 다이(die)는 혼련된 수지를 원하는 모양으로 만든다. 그리고 다이(Die)를 통하여 나온 수지는 냉각장치에 의해 소정의 형상길이로 냉각 고화되어진 후, 절단기에 의해서 일정한 길이와 형태로 최종제품이 나온다.
상기 압출기는 싱글스크류 또는 트윈스크류 성형기가 사용되고, 이는 압출기 내에 장착되어 회전에 의해 수지가 압착, 용융, 이송 및 균일화 작업을 수행하게 된다.
상기 파이프 성형에 사용되는 다이는 충분히 혼련되어 균일한 용융수지가 일정한 형상의 제품으로 성형되는 부분으로, 스트레이트 다이, 크로스 헤드 다이 또는 오프 셋 다이 중 1종을 선택하여 사용할 수 있으나, 파이프를 제작하기에 적합한 스트레이트 다이를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 다이로부터 나온 용융수지는 냉각부분에 들어갔을 때 변형이 일어나지 않을 정도로 냉각, 고화하여 사이즈를 정하게 된다.
상기 압출기에서의 압출조건을 살펴보면, 그 압출기에 투입되는 원료는 폴리 아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 수지 50 ~ 90중량%와 유리섬유 10 ~ 50중량%로써, 압출기 내에서의 압출속도(m/min) 20 ~ 50, 압출압력(kg/㎟) 30 ~ 60, 압출온도(℃) 180 ~ 220의 조건에서 압출된다.
상기 압출속도(m/min)가 20 미만인 경우에는 생산성이 떨어지게 되고, 50을 초과하게 되는 경우에는 압출 제품의 내구성에 문제가 발생할 수 있으므로, 20 ~ 50m/min의 압출속도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 압출압력(kg/㎟)은 30 미만인 경우에는 압출속도에 영향을 미쳐 생산성이 떨어지고, 60을 초과하게 되는 경우에는 압출온도를 상승시켜 파이프 재질에 영향을 미치므로 30 ~ 60kg/㎟의 압출압력을 유지하는 것이 바람직하다.
상기 압출온도(℃)는 180 미만인 경우에는 용융이 잘 이루어지지 않고, 220을 초과하게 되는 경우에는 재질에 영향을 미쳐 파이프의 내구성에 영향을 미치므로 180 ~ 220℃의 압출온도를 유지하는 것이 바람직하다.
다음으로, 이상에서와 같이 압출되어 제작된 보빈몸체와 캡의 결합방법에 대해 살펴보도록 한다. 보빈몸체와 캡의 결합방법은 앞서 언급한 바와 같이, 초음파, 접착제 또는 스크류 방식 중 선택되는 어느 1종을 이용한다.
먼저, 초음파에 의한 보빈몸체와 캡의 결합은 15 ~ 28[㎑]의 주파수 조건에서 이루어지는 것으로, 상기 주파수의 범위는 단시간의 캡과 몸체부의 견고한 결합 을 고려한 것으로,
이와 같은 초음파에 의한 용착 및 접착은 접착하고자 하는 몸체부에 1초에 15,000 ~ 28,000번의 기계적인 진동에너지를 이용해 발열, 연화, 용융현상에 따라 접착면을 밀착하여 초음파를 발생시키면 강한 마찰력으로 접착면이 용해되어 분자적 결합으로 융착이 이루어지는 것으로, 이와 같은 초음파에 의한 캡과 몸체부를 결합하는 경우에는 용제를 사용하지 않음으로 작업환경이 깨끗해서 능률적이고, 접착시간이 단축되어 생산성이 높고, 강력한 접착으로 인해 수밀성 및 기밀성이 좋다.
다음으로 접착제에 의한 보빈몸체와 캡의 결합은 에탄올 75 ~ 80 부피%에 에폭시 수지 20 ~ 25 부피%를 첨가하여 희석된 것을 이용한다.
상기 에탄올은 에폭시 수지가 가지고 있는 점성을 낮추기 위해 사용되는 것으로, 75 부피% 미만으로 사용하는 경우에는 접착제의 접착력이 떨어져 캡과 몸체부의 결합이 잘 이루어지지 않고, 80 부피%를 초과하는 경우에는 접착제의 희석이 잘 이루어지지 않아 접착제의 점성이 높은 상태이기 때문에 캡과 몸체부의 접착면에 접착제를 균일하게 도포하기 어렵기 때문에 희석제인 에탄올은 에폭시 수지에 대해 75 ~ 80 부피%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 에폭시 수지는 에폭시기로 알려진 반응성이 강한 3각형 고리를 가진 고분자로써 에탄올에 희석하여 사용하게 되며, 이때 에폭시 수지가 20 부피% 미만으로 사용되는 경우에는 상대적으로 에탄올의 양이 증가하여 접착성이 떨어져 캡과 몸체부의 견고한 결합을 이룰 수 없고, 25 부피%를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 에폭시 수지에 의한 접착제의 점성이 높아 접착면에 균일하게 도포할 수 없어 견고한 결합을 이룰 수 없기 때문에 에폭시 수지는 에탄올에 대해 20 ~ 25 부피%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 상기한 기술적 구성을 도면을 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 원사보빈(1)의 단면을 나타낸 것으로, 보빈몸체(11)는 내마모성이 뛰어난 고분자물질을 사용하고, 그 보빈몸체(11)의 양측에는 초음파를 통한 융착, 접착제, 또는 스크류 방식에 의해 결합되는 캡(12)이 형성된다.
또한, 상기 보빈몸체(11)에는 잔사를 처리하기 위해 브이(V)형 홈(111)이 형성되어 잔사의 처리가 용이하도록 한다. 이와 같은 잔사처리는 본 발명의 보빈몸체의 내마모성이 매우 강한 것으로 잔사처리를 위해 표면을 잔사제거용 칼을 사용하더라도 표면의 용출이 일어나지 않는 장점을 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 압출공정에 대한 간략한 공정도로써, 재료를 압출기(10)에 투입하면 압출기(10)기 내부에 설치되어 있는 스크류(101)에 의해 압출 재료의 압착, 용융, 이송 및 균일화 작업을 수행한 후 다이(20)를 통해 용융수지가 일정한 형상의 제품으로 제조되어 냉각처리된다.
이하, 본 발명에 따른 보빈몸체의 물성을 살펴보면 다음의 표1과 같다.
표 1 :
보빈몸체의
물성
| 항목 | 수치 |
| 인장강도(kg/㎠) | 500 ~ 670 |
| 신장율(%) | 2 ~ 4 |
| 굴곡강도(kg/㎠) | 900 ~ 920 |
상기 표1의 인장강도(tensile strength)는 재료가 인장 하중에 의해 파단할 때의 최대 응력을 말하는 것으로, 최대하중을 시험편 원래의 단면적으로 나눈 값을 kg/㎠의 단위로 나타낸 것이고,
신율은 재료가 인장 하중에 의해 파단할 때의 최대 늘어난 길이를 말하는 것으로, 신율 = 길이변화 / 원래의 길이이다.
그리고, 굴곡강도(flexural strength)는 플라스틱 시료를 휘게 하는 굴곡력을 적용하면서 나타나는 응력의 변화와 파괴 등을 측정하는 것으로서, 상기 굴곡강도는 시료를 휘게하는 굴곡력을 적용함에 있어서 힘(load)이 더 이상 증가하지 않는 최대값을 말한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 원사 보빈은 그 무게를 현저히 줄여줌으로써 제품의 이동이 간편하여 그에 따른 물류비용이 절감되고, 고강도의 압출 파이프인 보빈몸체로 인해 제품수명이 연장되고, 그 보빈몸체의 외부에 브이(V)형상의 홈을 원사 보빈에 형성함으로써 잔사 처리가 용이하다는 장점을 갖는다.
또한, 동일 내경을 갖는 캡과 보빈몸체를 견고하게 결합시켜 줌으로써 캡의 이탈을 방지할 수 있는 장점을 갖는다.
Claims (5)
- 캡결합부가 형성되어 있는 보빈몸체(11)와 그 보빈몸체(11)와 동일 내경을 갖는 캡(12)이 결합되어 이루어진 것에 있어서,상기 보빈몸체(11)는 폴리아세탈(Polyacetal,POM), 염화비닐수지(PVC), 직경이 1mm인 과립(granule)상태인 ABS, 폴리에틸렌(PE) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 수지 50 ~ 90중량%와 유리섬유 10 ~ 50중량%를 압출속도(m/min) 20 ~ 50, 압출압력(kg/㎟) 30 ~ 60, 압출온도(℃) 180 ~ 220로 압출기를 통해 압출하여 다이를 통해 파이프 형상의 보빈 몸체를 만든 후 냉각처리하여 제조됨을 특징으로 하는 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈.
- 제 1항에 있어서, 유리섬유는 인장강도(Kgf/㎟) 350 ~ 360, 인장탄성율(tnf/㎟) 7.4 ~ 7.5, 신장률(%) 4, 밀도(g/㎤) 2.6, 직경(㎛) 8 ~ 12인 것으로 그 길이가 0.3 ~ 0.5mm로 절단된 것임을 특징으로 하는 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈.
- 제 1항에 있어서, 보빈몸체(11)는 잔사처리를 위한 브이(V) 형태의 홈(111)이 형성되는 것을 특징으로 하는 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈.
- 제 1항에 있어서, 보빈몸체(11)는 15 ~ 28[㎑]의 주파수의 초음파에 의한 융착, 접착제 중 선택되는 어느 1종의 방법에 의해 캡(12)과 일체로 결합하는 것을 특징으로 하는 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈.
- 제 4항에 있어서, 접착제는 에탄올 75 ~ 80 부피%에 에폭시 수지 20 ~ 25 부피%를 첨가하여 희석된 것을 특징으로 하는 경량 및 내마모성이 강한 원사 보빈.
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|---|---|---|---|---|
| CN101760809B (zh) * | 2009-12-29 | 2012-07-25 | 上海日舒科技纺织有限公司 | 耐高温纤维的纺纱方法 |
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2007
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