KR20110079367A

KR20110079367A - 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치

Info

Publication number: KR20110079367A
Application number: KR1020090136386A
Authority: KR
Inventors: 김병기; 방윤혁; 김성룡
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2011-07-07
Also published as: KR101086106B1

Abstract

본 발명은 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치에 관한 것으로, 언와인더로부터 풀려나온 수지가 수지함침기에서 함침된 후 와인더에 와인딩될 때 균일하고 꺽임각없이 와인딩되도록 안내하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치에 있어서; 상기 와인더를 좌우방향으로 이동시키면서 와인더에 권취되는 탄소섬유 스트랜드를 균일하게 감을 수 있도록 안내하는 제1가이드와; 상기 제1가이드의 상면에 설치되어 제1가이드와 함께 움직이면서 전후방향으로 별개로 움직이면서 상기 와인더에 감기는 탄소섬유 스트랜드의 장력을 일정하게 유지하는 제2가이드와; 상기 제2가이드의 상면에 고정된 지지대와; 상기 지지대의 상단에 고정된 원형가이드와; 상기 와인더를 고정한 채 함께 항기 원형가이드를 따라 서서히 크게 회전하는 와인더가이드와; 상기 와인더에 그 직경방향으로 관통형성되고, 와인더의 움직임과 상관없이 항상 상기 수지함침기의 출구와 일직선 상태를 유지시키는 직선통로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 함침 섬유가 균일한 속도로 와인딩됨은 물론 직선과 곡선을 반복 유동하면서 와인딩하여 수지함침기 출구를 통해 배출되는 함침 섬유에 꺽임각이 생기지 않도록 하여 섬유 표면의 품질이 매끄럽고 깨끗하게 유지되도록 하여 제품의 품질 향상에 기여하는 효과를 얻을 수 있다.

탄소섬유, 스트랜드, 함침, 와인딩, 수지함침기, 꺽임각

Description

탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치{APPARATUS FOR WINDING CARBON FIBER STRAND}

본 발명은 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유 제조시 수지함침 후 일정한 속도로 와인딩 함으로써 수지함침된 섬유의 표면이 매끄럽고 깨끗하며 스트랜드 단면의 불균일성을 최소화할 수 있도록 개선된 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 탄소섬유(Carbon Fiber)는 비강도나 비탄성률이 우수하기 때문에 복합 재료에 있어서 보강재로서 많이 사용되는 소재이다.

이러한 탄소섬유는 항공, 우주분야, 자동차용도, 스포츠·레져 용도, 에너지, 일반 산업용도, 건축용도 등 모든 분야에 있어서 불가결의 소재로 사용되고 있다.

종래로부터 탄소섬유에 수지를 함침시킨 방법으로 온도 제어되는 액체상의 열경화성 수지를 함침시킨 수지용기에 탄소섬유 다발을 통과시키는 것에 의해 수지가 함침된 섬유 스트랜드가 생각되었다.

이와 관련하여, 일본 특허공개 2000-108211호에는 섬유 기재의 이동속도에 의존하지 않고 섬유 기재에 대한 함침 수지량을 일정히 하기 위해 수지 함침 장치에 저장되는 수지에 하부를 침지하고 있는 수지 함침롤(roll)을 회전시키고, 수지 함침롤 표면에 픽업(pickup)되는 수지를 수지의 막두께 조정판에 의하여 수지량을 조정한 뒤 수지를 섬유 기재에 도포 함침하는 수지 함침 장치가 개시되어 있다.

또한, 일본 특허공개 2000-235821에는 수지를 함침시킨 스트랜드의 제작방법과 인장 강도를 구하는 구체적인 방법으로 JIS R7601(탄소 섬유시험 방법)을 언급하고 있다.

그러나, 이들 기술에 개시된 와인딩 방법은 와인딩되는 스트랜드가 수작업을 통해 와인딩되기 때문에 많은 시편이 만들어져도 균일한 단면을 가지는 시편의 개수가 적은 효율성 문제를 가지고 있다.

뿐만 아니라, 작업자에 따라 다른 조건의 시편이 만들어져 시험오차를 발생 시키는 단점도 가지고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 수지 함친된 탄소섬유를 와인딩할 때 수지함침기 출구에서 나온 함침 섬유가 꺽이지 않도록 하면서 균일한 속도로 와인딩하여 스트랜드 단면의 불균일성을 최소화하고, 함침된 수지 표면이 매끄럽고 깨끗하게 유지되어 제품의 품질 향상에 기여할 수 있도록 한 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치를 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 언와인더로부터 풀려나온 수지가 수지함침기에서 함침된 후 와인더에 와인딩될 때 균일하고 꺽임각없이 와인딩되도록 안내하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치에 있어서; 상기 와인더를 좌우방향으로 이동시키면서 와인더에 권취되는 탄소섬유 스트랜드를 균일하게 감을 수 있도록 안내하는 제1가이드와; 상기 제1가이드의 상면에 설치되어 제1가이드와 함께 움직이면서 전후방향으로 별개로 움직이면서 상기 와인더에 감기는 탄소섬유 스트랜드의 장력을 일정하게 유지하는 제2가이드와; 상기 제2가이드의 상면에 고정된 지지대와; 상기 지지대의 상단에 고정된 원형가이드와; 상기 와인더를 고정한 채 함께 항기 원형가이드를 따라 서서히 크게 회전하는 와인더가이드와; 상기 와인더에 그 직경방향으로 관통형성되고, 와인더의 움직임과 상관없이 항상 상기 수지함침기의 출구와 일직선 상태를 유지시키는 직선통로를 포함하여 구성되는 것 을 특징으로 하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치를 제공한다.

이때, 상기 직선통로의 내부에는 상기 탄소섬유 스트랜드를 원활하게 안내하도록 새들 형상의 안내롤이 더 설치된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제1가이드는 고정베이스와, 상기 고정베이스에 설치된 제1스크류샤프트와, 상기 제1스크류샤프트와 치결합되는 제1구동모터와, 상기 제1스크류샤프트에 치결합되어 이를 따라 움직이는 제1이동블럭과, 상기 제1이동블럭 상에 고정된 제1이동플레이트로 구성되는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 제2가이드는 상기 제1가이드의 상면에 고정된 제2스크류샤프트와, 상기 제2스크류샤프트와 치결합되어 이를 회전구동시키는 제2구동모터와, 상기 제2스크류샤프트에 치결합되고 이를 따라 이동되는 제2이동블럭과, 상기 제2이동블럭에 고정되는 제2이동플레이트로 구성되는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 제1,2가이드와 상기 와인더가이드를 회전시키는 동력원은 모터이고, 상기 모터에는 인버터가 더 설치되어 정,역 회전은 물론 속도조절이 쉽게 이루어지도록 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 일정한 원형 단면을 갖는 탄소섬유 스트랜드 제조를 통해 스트랜드 제 조상 발생되는 오차를 최소화하고, 그에 따른 제조시간 및 재료비를 절감하는 효과도 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 자동으로 와인딩되고 작업속도를 조절할 수 있어 생산성을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치를 보인 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치의 구동예를 보인 예시적인 개념도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치는 기존에 수작업으로 이루어지던 와인딩 작업을 기계적 수단을 통해 균일하게 와인딩할 수 있도록 자동화시킴은 물론, 이에 더하여 와인딩시 수지함침기 출구로부터 나오는 함침된 탄소섬유 스트랜드에 꺽임각이 생기지 않도록 구성된 점이 가장 큰 특징이다.

이는 수지함침기의 출구로부터 탄소섬유 스트랜드가 일직선상으로 토출되어야 함침된 수지를 포함한 탄소섬유 스트랜드의 단면이 정원을 가지기 때문이며, 그렇지 않을 경우에는 눌리면서 정원을 형성하지 못하므로 품질이 낮아지기 때문이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치는 기본적으로 언 와인더(100)와 수지함침기(200)를 포함한다.

이때, 상기 언와인더(100)는 일종의 릴(Reel)로서, 수지에 함침될 탄소섬유 스트랜드(S)를 일정량 이상 감고 있는 부재이다.

그리고, 상기 수지함침기(200)는 앞서 설명한 종래 기술에서처럼 픽업롤에 의해 수지함침기(200)에 저장된 수지액이 픽업된 후 탄소섬유 스트랜드(S)에 침지된 후 두께조절수단에 의해 함침 두께가 조절될 수도 있으며, 더욱 바람직하기로는 도 1의 도시와 같이 수지함침기(200) 내부에서 수지액에 침지된 상태로 설치된 침지롤(210)을 거쳐 일정한 장력으로 탄소섬유 스트랜드(S)가 이동되게 함으로써 탄소섬유 스트랜드(S)의 외표면에 수지를 침지시키고, 이후 배출되면서 침지된 수지액의 막 두께가 조절될 수 있도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 수지함침기(200)의 출구 쪽에는 본 발명에 따른 와인딩 장치가 설치된다.

본 발명에 따른 와인딩 장치는 릴 형태의 와인더(Winder)(300)를 포함한다.

특히, 도 1에 도시된 예는 본 발명에 따른 와인더(300)가 이동되고 있는 모습을 보인 것으로, 두 개가 설치된 것은 아니다.

그리고, 상기 와인더(300)는 전후좌우 이동수단에 의해 움직이면서 탄소섬유 스트랜드(S)를 항상 직선상태를 유지할 수 있도록 구성된다.

이를 위해, 본 발명 와인딩 장치는 상기 와인더(300)를 좌우방향으로 미세하게 수평이동시킬 수 있는 제1가이드(400)가 구비된다.

상기 제1가이드(400)는 고정베이스(410)와, 상기 고정베이스(410)에 설치된 제1스크류샤프트(420)와, 상기 제1스크류샤프트(420)와 치결합되는 제1구동모터(430)와, 상기 제1스크류샤프트(420)에 치결합되어 이를 따라 움직이는 제1이동블럭(450) 상에 고정된 제1이동플레이트(440)를 포함하여 구성된다.

그리하여, 상기 제1구동모터(430)(제1이동플레이트(440)와 별도 고정)의 구동에 의해 제1스크류샤프트(420)가 회전되고, 그 회전방향에 따라 제1이동블럭(450)이 움직임으로 인해 상기 제1이동플레이트(440)가 이동되면서 상기 와인더(300)를 유동시키게 되는데, 이때 상기 와인더(300)는 지지대(600) 상에 고정된 원형가이드(610)를 따라 회전가능하게 설치된다.

아울러, 상기 제1이동플레이트(440)의 상면에는 상기 제1가이드(400)와 서로 직교되는 방향으로 동일 구조를 갖는 제2가이드(500)가 설치되며, 상기 제2가이드(500) 상에 상기 지지대(600)가 고정되므로 결국 상기 지지대(600)는 상기 제1,2가이드(400,500)에 의해 좌우방향으로 이동되면서 전후방향으로도 이동될 수 있다.

다시 말해, 상기 지지대(600)는 X-Y 평면상에서 X축으로도 움직일 수 있고, Y축으로도 움직일 수 있는 구조인 것이다.

여기에서, 상기 제2가이드(500)는 상기 제1이동플레이트(440)의 상면에 고정된 제2스크류샤프트(520)와, 상기 제2스크류샤프트(520)와 치결합되어 이를 회전구동시키는 제2구동모터(530)(제2이동플레이트(540)와 별개 고정)와, 상기 제2스크류샤프트(520)에 치결합되고 이를 따라 이동되는 제2이동블럭(미도시)에 고정되는 제2이동플레이트(540)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 제2이동플레이트(540)의 상면에는 지지대(600)가 고정된다.

따라서, 상기 지지대(600)는 앞서 설명하였던 바와 같이, 제1,2가이드(400,500)의 이동에 의해 X-Y 평면에서 유동될 수 있게 구성된다.

이 경우, 상기 제1,2구동모터(430,530) 및 후술되는 회전모터(630)에는 인버터가 구비되어 정역회전은 물론 속도가변(조절)을 더욱 쉽게 할 수 있도록 함이 특히 바람직하고, 경우에 따라서는 상기 구동모터(미도시)에 감속기(미도시)가 더 설치되어 감속되도록 구성될 수 있으며, 이 경우 다수의 기어들이 조합 구성될 수 있고, 속도를 미세하고 정확하게 조절할 수 있도록 구성함이 특히 바람직하다.

아울러, 상기 지지대(600)의 상단 일측면에는 원 중심이 고정되는 형태로 원형가이드(610)가 고정된다.

그리고, 상기 원형가이드(610)에는 상기 와인더(300)를 움직이지 않도록 일정하게 고정하는 반원형태의 와인더가이드(620)가 구비되어, 상기 원형가이드(610)를 따라 360°회전할 수 있도록 구성된다.

이때, 상기 와인더가이드(620)는 상기 지지대(600)의 상단에 구비된 회전모터(630)에 의해 회전 구동되게 된다.

또한, 상기 와인더(300)는 그 직경방향을 가로질러 수지함침기(200)의 출구(중공볼)와 항상 일직선을 유지하는 직선통로(310)가 형성된다.

특히, 상기 직선통로(310)에는 새들 형상의 안내롤(미도시)이 더 구비되도록 하여 상기 탄소섬유 스트랜드(S)가 이동될 때 마찰과 외표면 손상을 최소화하면서 꺽임 등의 현상을 방지할 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.

따라서, 언와인더(100)로부터 풀려나온 탄소섬유 스트랜드(S)는 수지함침 기(200)를 거쳐 함친된 후 출구를 통해 토출되고, 토출된 탄소섬유 스트랜드(S)는 와인더(300)에 형성된 직선통로(310)를 통해 이동하게 된다.

이와 동시에 와인더(300)를 고정하고 있는 와인더가이드(620)가 원형가이드(610)를 따라 서서히 회전하게 되고, 이로 인해 토출된 탄소섬유 스트랜드(S)는 급하게 꺽이거나 하는 일 없이 원만하게 와인더(300)의 외표면에 감기게 된다.

이때, 상기 와인더(300)는 직선통로(310)가 상기 출구와 항상 일직선을 유지한 채 원형가이드(610)를 따라 큰 원을 그리기 때문에 원형가이드(610)의 지름만큼 유동폭이 발생하게 되므로 이 경우 장력에 변화가 발생할 수 있어 이를 보완하기 위해 제2가이드(500)에 의해 와인더(300)가 설치된 조립체 전체가 전후방향으로 그 장력에 맞춰 서서히 이동되기 때문에 장력변화에 의한 탄소섬유 스트랜드(S)의 끊김이나 변형도 전혀 발생하지 않게 된다.

뿐만 아니라, 제1가이드(400)에 의해 좌우로 이동되므로 균일한 권취가 가능하게 된다.

이와 같은 과정을 통해 탄소섬유 스트랜드(S)를 꺽임없이 원활하고 균일하게 분배 권취시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치를 보인 개략적인 구성도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100 : 언와인더 200 : 수지함침기

210 : 침지롤 300 : 릴 와인더

310 : 이송통로가이드 320 : 이송통로

330 : 회전축 340 : 진입통로

350 : 지지대

Claims

언와인더로부터 풀려나온 수지가 수지함침기에서 함침된 후 와인더에 와인딩될 때 균일하고 꺽임각없이 와인딩되도록 안내하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치에 있어서;

상기 와인더를 좌우방향으로 이동시키면서 와인더에 권취되는 탄소섬유 스트랜드를 균일하게 감을 수 있도록 안내하는 제1가이드와;

상기 제1가이드의 상면에 설치되어 제1가이드와 함께 움직이면서 전후방향으로 별개로 움직이면서 상기 와인더에 감기는 탄소섬유 스트랜드의 장력을 일정하게 유지하는 제2가이드와;

상기 제2가이드의 상면에 고정된 지지대와;

상기 지지대의 상단에 고정된 원형가이드와;

상기 와인더를 고정한 채 함께 항기 원형가이드를 따라 서서히 크게 회전하는 와인더가이드와;

상기 와인더에 그 직경방향으로 관통형성되고, 와인더의 움직임과 상관없이 항상 상기 수지함침기의 출구와 일직선 상태를 유지시키는 직선통로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치.
청구항 1에 있어서;

상기 직선통로의 내부에는 상기 탄소섬유 스트랜드를 원활하게 안내하도록 새들 형상의 안내롤이 더 설치된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치.
청구항 1에 있어서;

상기 제1가이드는 고정베이스와, 상기 고정베이스에 설치된 제1스크류샤프트와, 상기 제1스크류샤프트와 치결합되는 제1구동모터와, 상기 제1스크류샤프트에 치결합되어 이를 따라 움직이는 제1이동블럭과, 상기 제1이동블럭 상에 고정된 제1이동플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치.
청구항 1에 있어서;

상기 제2가이드는 상기 제1가이드의 상면에 고정된 제2스크류샤프트와, 상기 제2스크류샤프트와 치결합되어 이를 회전구동시키는 제2구동모터와, 상기 제2스크류샤프트에 치결합되고 이를 따라 이동되는 제2이동블럭과, 상기 제2이동블럭에 고정되는 제2이동플레이트(540)로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치.
청구항 1에 있어서;

상기 제1,2가이드와 상기 와인더가이드를 회전시키는 동력원은 모터이고, 상기 모터에는 인버터가 더 설치되어 정,역 회전은 물론 속도조절이 쉽게 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 스트랜드 와인딩 장치.