KR20120052798A - 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 탄소섬유가닥 조립체의 제조장치는 일정 길이로 재단된 탄소섬유다발로부터 복수개의 탄소섬유가닥으로 분리하는 탄소섬유가닥 분리기; 상기 탄소섬유가닥 분리기에서 분리된 복수개의 탄소섬유가닥을 일정 간격으로 나누어 배치하는 분리 배치기; 탄소섬유가닥을 고정 조립하기 위한 고정테이프가 장착된 고정테이프롤; 및 일정 간격으로 나누어 배치된 탄소섬유가닥을 상기 고정테이프를 이용하여 이정 간격으로 조립하는 조립기를 포함한다. 본 발명의 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치에 의하면, 탄소섬유다발에서 힘들게 탄소섬유가닥을 분리할 필요없이 필요에 따라 탄소섬유가닥 조립체에서 탄소섬유가닥을 분리하여 사용할 수 있다. 또한 탄소섬유가닥을 분리하여 형성한 탄소섬유가닥 조립체에서 필요한 갯수 만큼의 탄소섬유가닥을 잘라서 사용할 수 있다. 또한 제조장치를 이용하여 탄소섬유 다발에서 탄소섬유 가닥을 분리하고 탄소섬유가닥 조립체로 제조하여 분리 사용 가능한 탄소성뮤 가닥을 형성할 수 있다.

Description

탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치{CARBON FIBER STRAND ASSEMBLY AND PRODUCTION METHOD THEREOF AND PRODUCTION APPARATUS}
본 발명은 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용이 용이하도록 탄소섬유가닥을 분리한 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 탄소 섬유는 적어도 92% 이상의 탄소로 이루어진 섬유를 칭하는 것으로서, 항공, 레저, 자동차, 조선, 특수산업에 고강도/ 고탄성의 경량화 소재로 활용되고 있다. 탄소 섬유는 적어도 90% 이상의 탄소로 이루어진 섬유를 칭하는 것으로서, 제조방법 및 출원원료에 따라 폴리아크릴로니트릴계(PAN:polyacrylonitrile), 핏치계(Pitch), 레이온계(Rayon) 탄소섬유로 구별되어진다. 특히 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유는 높은 인장강도 및 전단 강도를 지닌 고기능성 충전재로서 우주 및 항공분야에 소비되어 왔으며, 핏치계의 경우 값싼 범용성 탄소섬유로서 많은 기능성을 내포하고 있다. 탄소섬유의 대표적인 특성은 가볍고 강하며 높은 탄성율을 갖는다. 탄소섬유는 강철에 비해 1/5로 가볍고, 10배 정도 강도 세다.
탄소섬유의 제조방법은 전구체로서 레이온, 핏치 또는 폴리아크릴로니트릴을 중합 방사하여 섬유를 제조하고, 이 전구체 섬유를 열처리하여 얻는 것이 일반적이다. 여기서 열처리 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 전구체 섬유는 공기 분위기에서 200 ~ 300 ℃의 온도로 산화시키는 안정화단계를 거치게 된다. 산화 안정화는 전구체 섬유가 탄화과정에서 융착되거나 분해되지 않도록 분자 간에 가교결합을 시켜주는데 목적이 있다. 안정화 단계를 거친 전구체 섬유는 불활성 분위기에서 1,000~1,500℃ 열처리해주는 탄화 단계 및 2,500~3,000℃에서 열처리해주는 흑연화 단계를 거쳐 탄소섬유를 제조하게 된다.
제조된 탄소섬유는 대부분 다수 개의 탄소섬유 가닥이 뭉쳐져 있어 탄소섬유다발로 형성된다. 탄소섬유 가닥은 머리카락과 같이 얇기 때문에 탄소섬유 다발에서 탄소섬유 가닥을 분리하여 사용하는데 어려움이 발생한다.
본 발명의 목적은 탄소섬유 다발로부터 탄소섬유 가닥을 분리하고 분리된 탄소섬유 가닥을 사용이 용이하도록 조립체로 형성하여 편의성을 향상시킨 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 탄소섬유가닥 조립체의 제조장치는 일정 길이로 재단된 탄소섬유다발로부터 복수개의 탄소섬유가닥으로 분리하는 탄소섬유가닥 분리기; 상기 탄소섬유가닥 분리기에서 분리된 복수개의 탄소섬유가닥을 일정 간격으로 나누어 배치하는 분리 배치기; 탄소섬유가닥을 고정 조립하기 위한 고정테이프가 장착된 고정테이프롤; 및 일정 간격으로 나누어 배치된 탄소섬유가닥을 상기 고정테이프를 이용하여 이정 간격으로 조립하는 조립기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 분리 배치기는 단소섬유가닥을 분리 수용하는 복수개의 선형홈이 형성된 드럼 몸체; 및 상기 드럼 몸체를 회전시키는 회전축을 포함하고, 상기 드럼 몸체가 회전하면서 상기 탄소섬유가닥을 분리 수용함과 아울러 분리 수용된 탄소섬유가닥을 일정 간격으로 분리 배출하여 복수개의 탄소섬유가닥이 일정 간격으로 나누어 배치되게 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 고정 테이프롤은 일측면에 접착액이 코팅된 제1 고정테이프가 장착되는 제1 고정테이프롤; 및 일측면에 접착액이 코팅된 제2 고정테이프가 장착되는 제2 고정테이프롤을 포함하고, 상기 조립기는 상기 제1 및 제2 고정테이프롤로부터 상기 제1 및 제2 고정테이프를 인출하여 상기 탄소섬유가닥을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 고정테이프가 맞붙게 조립한다.
본 발명의 탄소섬유가닥 조립체의 제조방법은 일정 길이로 재단된 탄소섬유다발로부터 복수개의 탄소섬유가닥을 분리하는 단계; 분리된 복수개의 탄소섬유가닥을 일정 간격으로 나누는 단계; 및 일정 간격으로 나뉘어진 탄소섬유가닥을 고정 테이프로 고정하여 탄소섬유가닥 조립체로 조립하는 단계를 포함한다.
본 발명의 탄소섬유가닥 조립체의 제조방법에 의헤 제조된 탄소섬유가닥 조립체를 포함한다.
본 발명의 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치에 의하면, 탄소섬유다발에서 힘들게 탄소섬유가닥을 분리할 필요없이 필요에 따라 탄소섬유가닥 조립체에서 탄소섬유가닥을 분리하여 사용할 수 있다. 또한 탄소섬유가닥을 분리하여 형성한 탄소섬유가닥 조립체에서 필요한 갯수 만큼의 탄소섬유가닥을 잘라서 사용할 수 있다. 또한 제조장치를 이용하여 탄소섬유 다발에서 탄소섬유 가닥을 분리하고 탄소섬유가닥 조립체로 제조하여 분리 사용 가능한 탄소성뮤 가닥을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치의 측면을 도시한 도면이다.
도 3은 탄소섬유 다발에서 탄소섬유 가닥을 분리하여 배치하기 위한 탄소섬유가닥 분리기와 분리 배치기를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치에 의해 제조된 탄소섬유가닥 조립체를 도시한 도면이다.
도 5는 탄소섬유가닥 조립체의 단면을 확대 도시한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치를 간략하게 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치의 측면을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치(100)는 탄소섬유가닥 분리기(110)와 탄소섬유가닥 분리 배치기(120)와 제1, 2 고정테이프롤(142, 152) 및 제1, 2 접착용 롤러(148, 158)을 포함한다.
탄소섬유가닥 분리기(110)는 일정 길이로 재단된 탄소섬유다발(20)로부터 복수 개의 탄소섬유 가닥(22)을 분리한다. 탄소섬유가닥 분리기(110)는 내부에 탄소섬유다발(20)이 놓이는 깔때기(114)와 탄소섬유다발(20)에서 탄소섬유가닥(22)을 분리시키기 위한 진동수단(112)을 포함한다. 깔때기(114) 내부에 놓인 탄소섬유다발(20)은 진동수단(112)에 의해 복수 개의 탄소섬유가닥(22)으로 분리된다. 분리된 탄소섬유가닥(22)은 평행하게 배치된 제1 이송벨트(116)에 순차적으로 배치된다. 제1 이송벨트(116)는 제1 이송롤러(115)의 회전에 의해 일방향으로 움직이면서 탄소섬유가닥(22)을 이동시킨다.
탄소섬유가닥 분리 배치기(120)는 탄소섬유가닥 분리기(110)를 통해서 분리되어 제1 이송벨트(116)를 따라 이동된 다수 개의 탄소섬유가닥(22)을 일정 간격으로 나누어 배치한다. 탄소섬유가닥 분리 배치기(120)는 드럼몸체(121)와 회전축(122)을 포함한다. 드럼몸체(121)는 선형으로 형성되어 길이방향을 따라 복수 개의 선형홈(121a)이 형성된다. 드럼몸체(121)는 회전축(122)에 의해 회전되면서 복수 개의 선형홈(121a) 각각에 탄소섬유가닥 분리기(110)에서 분리된 탄소섬유가닥(22)이 분리 수용된다. 드럼몸체(121)에 수용된 탄소섬유가닥(22)은 드럼몸체(121)의 하부에 구비된 제2 이송벨트(132)에 순차적으로 배치된다. 제2 이송벨트(132)는 제2 이송롤러(131)의 회전에 의해 일방향으로 움직이면서 탄소섬유가닥(22)을 이동시킨다.
제1, 2 고정테이프롤(142, 152)은 제2 이송벨트(132)에 배치된 복수 개의 탄소섬유가닥(22)을 고정테이프로 고정하여 조립하기 위한 구성이다. 제1, 2 고정테이프롤(142, 152)에는 하나 이상의 제1, 2 고정테이프(146, 156)가 각각 권선된다. 본 발명의 실시예에서는 제1, 2 고정테이프롤(142, 152)의 양단부에 두 개의 제1, 2 고정테이프(146, 156)가 구비된다. 이때 두 개의 제1, 2 고정테이프(146, 156)는 탄소섬유가닥(22)의 양끝을 각각 접착시킬 수 있는 너비로 설치된다. 제1, 2 고정 테이프(146, 156)는 탄소섬유가닥(22)과 닿는 일면에 각각 접착액이 코팅된다. 이때 제1 고정 테이프롤(142)은 제2 이송벨트(132)의 상부에 위치하고, 제2 고정 테이프롤(152)은 제2 이송벨트(132)의 하부에 위치한다.
제1, 2 고정 테이프(142, 152)는 제1, 2 접착용 롤러(148, 158)에 의해 탄소섬유가닥(22)에 접착된다. 제1 접착용 롤러(148)와 탄소섬유가닥(22) 사이에 제1 고정 테이프(142)가 위치되고 제1 접착용 롤러(148)를 이용하여 제1 고정테이프(142)에 탄소섬유가닥(22)이 접착되도록 한다. 여기서, 제1 고정 테이프(146)의 접착면은 탄소섬유가닥(22)과 접착된다. 제1 고정 테이프(146)에 접착된 탄소섬유가닥(22)은 제2 접착용 롤러(158)에 의해 제2 고정테이프(156)에 접착된다. 제2 접착용 롤러(158) 역시 제1 접착용 롤러(148)와 동일한 방법으로 제2 고정 테이프(156)를 접착한다. 여기서, 제2 고정 테이프(156)는 탄소섬유가닥(22)에서 제1 고정 테이프(146)가 접착되지 않은 부분에 접착된다. 즉, 제1, 2 고정 테이프(146, 156) 사이에 탄소섬유가닥(22)이 위치되어 접착된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치에 의해 제조된 탄소섬유가닥 조립체를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다수 개의 탄소섬유가닥(22)은 제1, 2 고정 테이프(146, 156)에 의해 접착되어 탄소섬유 조립체로 형성된다. 제조가 완료된 탄소섬유가닥 조립체는 도 1에 도시된 조립체롤(162)에 권선된다.
이하에서는 탄소섬유가닥 조립체 제조 장치(100)를 이용하여 탄소섬유가닥 조립체를 제조하는 방법을 보다 상세하게 설명한다.
탄소섬유가닥 분리기(110)에 일정한 길이로 재단된 탄소섬유다발(20)을 제공하여 낱개의 탄소섬유 가닥(22)으로 분리한다. 분리된 탄소섬유 가닥(22)은 제1 이송 벨트(116)에 놓여져 이동한다. 제1 이송 벨트(116)를 통해 이동된 탄소섬유가닥(22)은 탄소섬유가닥 분리 배치기(120)의 드럼몸체(121)에 구비된 복수 개의 선형홈(121a)에 분리 수용된다. 여기서, 드럼몸체(121)는 회전축(122)에 의해 회전하기 때문에 선형으로 형성된 복수 개의 선형홈(121a)에 각각 탄소섬유가닥(22)이 분리 수용된다.
도 3은 탄소섬유 다발에서 탄소섬유 가닥을 분리하여 배치하기 위한 탄소섬유가닥 분리기와 분리 배치기를 도시한 측면도이다.
도 3을 참조하여 탄소섬유가닥 분리기(110)와 탄소섬유가닥 분리 배치기(120)의 구성을 상세하게 설명한다. 탄소섬유가닥 분리기(110)는 깔때기(114) 내부에 탄소섬유다발(20)이 놓인다. 깔때기(114)의 상부에 구비된 진동수단(112)의 진동헤드(112a)는 회전 또는 진동하면서 깔때기(114) 내부에 놓인 탄소섬유 다발(20)에서 탄소섬유가닥(22)을 분리한다. 분리된 탄소섬유가닥(22)은 깔때기(114)의 하부 개구부(114a)를 통해 외부로 배출된다. 탄소섬유가닥 분리 배치기(120)는 드럼몸체(121)의 외부 테두리에 하우징(124)을 구비한다. 이때 하우징(124)의 상부와 하부에는 드럼몸체(121)에 구비된 선형홈(121a)과 동일한 형상의 탄소섬유가닥 입구(124a)와 탄소섬유가닥 출구(124b)가 각각 구비된다. 하우징(124) 내부에서 드럼몸체(121)가 회전하면서 하우징(124)의 탄소섬유가닥 입구(124a)와 드럼몸체(121)의 선형홈(121a)이 동일선상에 위치될 때 탄소섬유가닥 분리기(110)에서 분리된 탄소섬유가닥(22)이 선형홈(121a)에 수용된다. 선형홈(121a)에 수용된 탄소섬유가닥(22)은 회전되는 드럼몸체(121)를 따라 회전되다가 선형홈(121a)과 하우징(124)의 탄소섬유가닥 출구(124b)가 동일선상에 위치될 때 선형홈(121a)에서 배출된다. 탄소섬유가닥 분리 배치기(120)는 제2 이송벨트(132)의 상부에 위치하여 탄소섬유가닥 출구(124b)에서 배출된 탄소섬유가닥(22)이 제2 이송벨트(132)에 놓이게 된다. 여기서, 다수 개의 선형홈(121a) 사이의 간격 및 드럼몸체(121)의 회전속도를 조절하여 제2 이송벨트(132)에 배치되는 탄소섬유가닥(22)의 간격을 조절할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 이송벨트(132)에 놓인 복수 개의 탄소섬유가닥(22)은 제2 이송벨트(132)의 이동에 따라 일 방항으로 이동하게 된다. 여기서, 제1 고정 테이프(146)는 제1 고정 테이프롤(142)에서 인출되어 제2 이송벨트(132)와 동일한 방향으로 이동되면서 탄소섬유가닥(22)을 접착한다. 또한 제1 고정 테이프(146)에 접착된 탄소섬유가닥(22)은 제2 고정 테이프롤(152)에서 인출된 제2 고정테이프(156)에 접착되어 탄소섬유가닥 조립체롤(162)에 권선된다. 제1, 2 고정 테이프(146, 156)는 제1, 2 접착용 롤러(148, 158)에 의해 탄소섬유가닥(22)에 접착된다.
상기와 같은 과정을 통해 제조된 탄소섬유가닥 조립체(200)는 다수 개의 탄소섬유가닥(22)이 소정의 간격을 갖고 제1, 2 고정테이프(146, 156)에 의해 고정된다. 그러므로 필요에 따라 탄소섬유가닥 조립체(200)에서 고정테이프(146, 156)를 절단하여 필요한 만큼의 탄소섬유가닥(22)을 분리하여 판매하거나 사용할 수 있다.
도 5는 탄소섬유가닥 조립체의 단면을 확대 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1, 2 고정테이프(146, 156) 사이에 복수 개의 탄소섬유가닥(22) 및 지지체(170)를 두고 접착할 수 있다. 지지체(170)는 복수 개의 탄소섬유가닥(22)과 수직으로 접착되는 제1, 2 고정테이프(146, 156) 사이에 구비된다. 지지체(170)는 철사와 같은 물체로 구성되어 테이프로만 접착된 탄소섬유가닥 조립체(200)가 일정한 모양을 갖도록 하여 탄소섬유가닥 조립체(200)를 핸들링하기 쉽도록 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유가닥 조립체와 이의 제조 방법 및 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
20: 탄소섬유 다발 22: 탄소섬유 가닥
100: 탄소섬유가닥 조립체 제조장치 110: 탄소섬유가닥 분리기
112: 진동수단 112a: 진동헤드
114: 깔때기 114a: 하부 개구부
115: 제1 이송롤러 116: 제1 이송벨트
120: 탄소섬유가닥 분리 배치기 121: 드럼몸체
121a: 선형홈 122: 회전축
124: 하우징 124a: 탄소섬유가닥 입구
124b: 탄소섬유가닥 출구 131: 제2 이송롤러
132: 제2 이송벨트 142, 152: 제1, 2 고정테이프롤
146, 156: 제1, 2 고정 테이프 146, 158: 제1, 2 접착용 롤러
162: 탄소섬유가닥 조립체롤 170: 지지체
200: 탄소섬유가닥 조립체

Claims (5)

  1. 일정 길이로 재단된 탄소섬유다발로부터 복수개의 탄소섬유가닥으로 분리하는 탄소섬유가닥 분리기;
    상기 탄소섬유가닥 분리기에서 분리된 복수개의 탄소섬유가닥을 일정 간격으로 나누어 배치하는 분리 배치기;
    탄소섬유가닥을 고정 조립하기 위한 고정테이프가 장착된 고정테이프롤; 및
    일정 간격으로 나누어 배치된 탄소섬유가닥을 상기 고정테이프를 이용하여 이정 간격으로 조립하는 조립기를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유가닥 조립체의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 배치기는 단소섬유가닥을 분리 수용하는 복수개의 선형홈이 형성된 드럼 몸체; 및
    상기 드럼 몸체를 회전시키는 회전축을 포함하고,
    상기 드럼 몸체가 회전하면서 상기 탄소섬유가닥을 분리 수용함과 아울러 분리 수용된 탄소섬유가닥을 일정 간격으로 분리 배출하여 복수개의 탄소섬유가닥이 일정 간격으로 나누어 배치되게 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유가닥 조립체의 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정 테이프롤은
    일측면에 접착액이 코팅된 제1 고정테이프가 장착되는 제1 고정테이프롤; 및
    일측면에 접착액이 코팅된 제2 고정테이프가 장착되는 제2 고정테이프롤을 포함하고,
    상기 조립기는
    상기 제1 및 제2 고정테이프롤로부터 상기 제1 및 제2 고정테이프를 인출하여 상기 탄소섬유가닥을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 고정테이프가 맞붙게 조립하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유가닥 조립체의 제조 장치.
  4. 일정 길이로 재단된 탄소섬유다발로부터 복수개의 탄소섬유가닥을 분리하는 단계;
    분리된 복수개의 탄소섬유가닥을 일정 간격으로 나누는 단계; 및
    일정 간격으로 나뉘어진 탄소섬유가닥을 고정 테이프로 고정하여 탄소섬유가닥 조립체로 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유가닥 조립체의 제조 방법.
  5. 제4항의 제조 방법에 의해 제조된 탄소섬유가닥 조립체.
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