KR20130063202A - 탄소섬유 가공장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소섬유 원사들을 산화시켜 내염화 처리할 때 병렬로 배치되어 주행하는 타측 탄소섬유 원사들 및 수직 또는 수평상 다단으로 배열되어 주행하는 타측 부위와 겹치거나 접촉되는 것을 방지함은 물론, 내염화 처리된 내염화 섬유를 탄화시키는 탄화공정에서 전극을 이용하여 열처리함으로써 탄소섬유의 가공시간을 줄이고 가공비용을 낮추어 경제적으로 제공할 수 있도록 탄소섬유 원사(P)를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유(P1)를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유(F)를 얻는 탄화로를 가지는 탄소섬유 가공장치에 있어서; 상기한 산화안정화로는 탄소섬유 원사(P)가 유입되는 입구(11)와 배출되는 출구(12)가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구(13) 및 배출되는 배출구(14)가 구비되고, 상기 공간부에 탄소섬유 원사(P)가 다단으로 정렬된 주행로를 주행하도록 안내하는 다수의 안내롤러(15)들이 배치된 가열로로 이루어지되, 상기 안내롤러(15)에서 탄소섬유 원사(P)가 유도되어 유입되고 배출되는 방향 측에는 안내롤러(15)와 근접되게 설치되며 다수의 탄소섬유 원사(P)들을 각각의 주행공간을 주행하도록 안내하는 안내홈(16)이 형성된 가이드수단이 구비된 탄소섬유 가공장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 탄소섬유 가공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소섬유 원사들을 산화시켜 내염화 처리할 때, 탄소섬유 원사가 병렬로 배치되어 주행하는 타측 탄소섬유 원사들 또는 수직 또는 수평상 다단으로 배열되어 주행하는 타측 부위와 겹치거나 접촉되는 것을 방지함은 물론, 내염화 처리된 내염화 섬유를 탄화시키는 탄화공정에서 전극을 이용하여 열처리함으로써 탄소섬유의 가공시간을 줄이고 가공비용을 낮추어 경제적으로 제공할 수 있도록 된 탄소섬유 가공장치에 관한 것이다.
일반적으로 탄소섬유는 적어도 90% 이상의 탄소로 이루어진 섬유를 칭하는 것으로서, 항공, 레저, 자동차, 조선, 특수산업에 고강도/ 고탄성의 경량화 소재로 활용되고 있다.
이와 같이 적어도 90% 이상의 탄소로 이루어진 탄소섬유는, 제조방법 및 원료에 따라 폴리아크릴로니트릴계(PAN:polyacrylonitrile), 핏치계(Pitch), 레이온계(Rayon) 탄소섬유로 구별되어 진다.
상기와 같은 탄소섬유의 대표적인 특성은 가볍고 강하며 높은 탄성율을 가지는 것으로, 강철에 비해 1/5로 가볍고, 10배 정도 강도가 크다 하겠다.
탄소섬유의 제조방법은 전구체로서 레이온, 핏치 또는 폴리아크릴로니트릴을 중합 방사하여 전구체 섬유를 제조하고, 이 전구체 섬유를 열처리하여 얻는 것이 일반적이다.
여기서 전구체 섬유의 열처리 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 도시된 바와 같이 전구체 섬유(이하 '탄소섬유 원사' 라 칭함)를 산화 분위기에서 200~400℃로 내염화 처리를 하는데, 이렇게 제조된 섬유를 내염화 섬유라고 한다. 이렇게 얻어진 내염화 섬유를 불활성가스 분위기에서 800~2000℃로 탄화처리하여 탄소섬유를 제조한다.
이와 같은 내염화 처리는 열가소성 섬유를 열경화성 섬유로 변환시켜 후속하는 고온 탄소화(흑연화) 공정에서 섬유의 융착 및 열용융을 방지하기 위해 섬유를 표면으로부터 산화 처리하는 과정으로, 내염화 처리를 행하지 않고 직접 탄소화 혹은 활성화를 하면 개환(改換) 및 탈수소 등의 발열반응이 급격하게 진행되어 탄화되기보다는 연소가 된다.
상기에서 내염화 처리는 주로 산소분위기의 산화안정화로에서 이루어지고, 탄화처리는 탄화로를 통해 이루어지며, 상기 탄화로는 800~900℃의 비교적 저온으로 가열처리하여 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)로 양분되어 탄화처리된다.
상기에 설명한 바와 같이, 탄소 섬유 제조에 있어 열처리 단계는 탄소 섬유제조에 있어서 중요한 단계이다. 즉, 열처리 단계에서의 미세한 온도 차이나 온도변화는 탄소 섬유의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
따라서 높은 품질의 탄소섬유를 제조하기 위해서는 열처리 단계에서 안정적으로 탄소섬유 원사를 처리하기 위한 기술이 요구된다. 또한 여러 단계로 열처리를 수행하기 위해 다수 개의 열처리 장치가 구비되어야 하므로 설비에 많은 비용이 소요된다.
상기에서 탄소섬유 원사를 내염화 처리하는 산화안정화로의 종래 공지된 구조들 중 하나로, 도 2에서 도시된 바와 같이 탄소섬유 원사(P)가 유입되는 입구(1)와 배출되는 출구(2)가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구(3) 및 배출되는 배출구(4)가 구비된다.
그리고, 상기 공간부에 탄소섬유 원사(P)가 수직상 다단으로 정렬되어 입구(1)에서 출구(2)로 주행하도록 하는 다수의 롤러(5)들이 배치된다.
따라서, 입구(1)를 통해 유입된 탄소섬유 원사(P)는 다수의 롤러(5)들에 의해 공간부를 수직상 다단으로 배열된 주행로를 거치면서 산화되어 내염화 처리되면서 출구(2)로 배출된다.
이때 상기 투입구(3)를 통해 가열된 공기가 분사되어 공간부를 주행하는 탄소섬유 원사(P)를 내염화 처리한다.
상기에서 산화안정화로는 다수 개가 수평상 혹은 수직상으로 배열되며, 각각의 산화안정화로를 통해 탄소섬유 원사(P)가 200~400℃로 순차적인 가열되어 내염화 처리된다.
즉 최선단의 산화안정화로에서는 200~250℃로 가열처리하고, 차선의 산화안정화로에서는 250~300℃로 가열처리하며, 차차선의 산화안정화로에서는 300~350℃로 가열처리하고, 최후에 위치된 산화안정화로에서는 305~400℃로 가열처리하여, 탄소섬유 원사(P)가 급격히 고온으로 가열되어 파손되는 것을 방지하면서 내염화 처리가 안정적으로 이루어진다.
이와 같이 산화안정화로를 통해 내염화 된 내염화 섬유는 탄화로의 저온가열로(LTF)(6) 및 고온가열로(HTF)(7)를 순차적으로 주행하여 탄화되어 탄소섬유로 가열된 후, 사이징(Sizing)수단(8)을 통해 표면처리되고, 건조로(9)에서 건조된 후 별도의 권취수단(10)을 통해 별도의 롤에 감겨 보관 및 운반된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 탄소섬유 가공장치는 산화안정화로의 내부를 병렬로 배치되어 주행하는 탄소섬유 원사들이 서로 겹치거나 혹은 수직 또는 수평상 다단으로 배열된 주행로를 주행하는 타 부위와의 접촉에 의해 단락되거나 훼손되는 문제점이 있다.
즉, 가열된 공기에 의해 가열되는 탄소섬유 원사가 타 부위 혹은 타측 탄소섬유와 접촉되면 접촉된 부위가 훼손되어 단락되어 산화안정화로의 가동을 중지해야만 하기 때문에 탄소섬유의 제조가 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
그리고, 여러 단계의 열처리를 수행하기 위해 다수 개의 열처리 장치가 구비되어야 하므로 설비에 많은 비용이 소요된다.
특히 내염화 섬유를 탄화하여 탄소섬유를 제조하는 탄화로의 경우에는 800~1200℃ 이상의 고온환경을 제공하여야만 하기 때문에 소모되는 에너지가 과다하여 결과적으로 탄소섬유 제조비용을 증대시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소섬유 원사들을 산화시켜 내염화 처리할 때, 탄소섬유 원사가 병렬로 배치되어 주행하는 타측 탄소섬유 원사들 또는 수직 또는 수평상 다단으로 배열되어 주행하는 타측 부위와 겹치거나 접촉되는 것을 방지함은 물론, 내염화 처리된 내염화 섬유를 탄화시키는 탄화공정에서 전극을 이용하여 열처리함으로써 탄소섬유의 가공시간을 줄이고 가공비용을 낮추어 경제적으로 제공할 수 있도록 된 탄소섬유 가공장치를 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄소섬유 가공장치는 탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유를 얻는 탄화로를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 가공장치에 있어서; 상기한 산화안정화로는 탄소섬유 원사가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비되고 상기 공간부에 탄소섬유 원사가 다단으로 정렬된 주행로를 주행하도록 안내하는 다수의 안내롤러들이 배치된 가열로로 이루어지되, 상기 안내롤러에서 탄소섬유 원사가 유도되어 유입되고 배출되는 방향 측에는 안내롤러와 근접되게 설치되며 다수의 탄소섬유 원사들을 각각의 주행공간을 주행하도록 안내하는 안내홈이 형성된 가이드수단이 구비된 것을 특징으로 한다.
상기한 가이드수단은 상기 안내롤러측 방향으로 개방된 개방구가 구비된 공간부를 가지는 몸체로 이루어지고, 상기 몸체의 상면과 하면에 상기 안내홈이 서로 사이 간격을 가지면서 배열형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 몸체는 단면형상이 '⊃' 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 몸체의 공간부에는 가열로의 외부에서 공급되며 탄소섬유 원사의 접착력을 상쇄하는 안티접착수단을 방출하도록 된 토출관이 구비된 것을 특징으로 한다.
상기한 안티접착수단은 공기(air)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유를 얻는 탄화로를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 가공장치에 있어서; 상기한 탄화로는 내염화 섬유가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 비활성가스가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비되고 상기 공간부에 내염화 섬유가 주행하는 이송롤러들이 배치된 가열로로 이루어지되, 상기 가열로는 800~900℃의 비교적 저온으로 가열처리하여 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)로 이루어지며, 상기 저온가열로는 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 기체의 외주면에 전원을 공급받아 발열하는 코일이 권취되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 기체의 내부에는 온도를 감지하는 온도감지센서가 구비되어, 기체 내부의 온도를 감지하고 감지된 온도를 연산하여 기체의 내부를 설정된 온도로 유지하게 전원의 공급을 제어하도록 된 것을 특징으로 한다.
탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유를 얻는 탄화로를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 가공장치에 있어서; 상기한 탄화로는 내염화 섬유가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 비활성가스가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비되고 상기 공간부에 내염화 섬유가 주행하는 이송롤러들이 배치된 가열로로 이루어지되, 상기 가열로는 800~900℃의 비교적 저온으로 가열처리하여 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)로 이루어지며, 상기 고온가열로는 저온가열로에서 저온가열된 내염화 섬유가 주행하도록 된 이동롤러들의 사이 간격에 위치되며 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 통체로 이루어지며, 상기 이동롤러는 상기 통체의 입구에 연이어 배치된 한 쌍의 롤러와 출구에 위치된 롤러로 이루어지고, 상기 롤러들 중 중앙에 위치된 롤러에는 전원공급수단을 통해 전원을 공급받아 롤러들을 통해 이동되는 내염화 섬유에서 자체 발열하여 가열되도록 된 것을 특징으로 한다.
상기한 롤러들 중 전원이 공급되는 롤러를 제외한 나머지 롤러들은 접지되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 탄소섬유 가공장치는 탄소섬유 원사들을 산화시켜 내염화 처리할 때 상기 가이드수단에 의해 병렬로 배치되어 주행하는 타측 탄소섬유 원사들 및 수직 또는 수평상 다단으로 배열되어 주행하는 타측 부위와 겹치거나 접촉되지 않도록 주행로를 가이드하고, 상기 안티접착수단을 안내롤러측으로 분사하여 탄소섬유 원사들의 접착성을 저하시켜 접착에 의해 파손되는 것을 방지하며, 내염화 처리된 내염화 섬유를 탄화시키는 탄화공정에서 전극을 이용하여 열처리함으로써 탄소섬유의 가공시간을 줄이고 가공비용을 낮추어 경제적으로 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 탄소섬유 가공장치를 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 2는 종래의 탄소섬유 가공장치에서 탄소섬유 원사를 내염화 처리하는 산화안정화로의 일 예를 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 4는 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로의 구성을 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 5는 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로의 주요부를 확대하여 보인 일부 절취 사시 예시도.
도 6은 도 5에서 도시된 주요부의 사용상태 단면 예시도.
도 7은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 저온가열로의 구성을 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 8은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 고온가열로의 구성을 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치 중 내염화 처리공정을 간략하게 도시한 개략 예시도.
도 2는 종래의 탄소섬유 가공장치에서 탄소섬유 원사를 내염화 처리하는 산화안정화로의 일 예를 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 4는 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로의 구성을 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 5는 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로의 주요부를 확대하여 보인 일부 절취 사시 예시도.
도 6은 도 5에서 도시된 주요부의 사용상태 단면 예시도.
도 7은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 저온가열로의 구성을 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 8은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치를 구성하는 고온가열로의 구성을 개략하여 도시한 개략 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치 중 내염화 처리공정을 간략하게 도시한 개략 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유 가공장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 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 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 보인 도면으로, 본 실시예의 탄소섬유 가공장치는 도 3에서 도시된 바와 같이 탄소섬유 원사(P)를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유(P1)를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유(F)를 얻는 탄화로를 가진다.
즉 탄소섬유 원사(P)를 상기 산화안정화로의 산화 분위기에서 200~400℃로 내염화 처리를 하여 내염화 섬유(P1)를 얻고, 상기 내염화 섬유(P1)를 탄화로의 불활성가스 분위기에서 800~1200℃로 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유(F)를 제조한다.
이와 같은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치에서 상기한 산화안정화로는 탄소섬유 원사(P)가 유입되는 입구(11)와 배출되는 출구(12)가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구(13) 및 배출되는 배출구(14)가 구비되고, 상기 공간부에 탄소섬유 원사(P)가 다단으로 정렬된 주행로를 주행하도록 안내하는 다수의 안내롤러(15)들이 배치된 가열로로 이루어진다.
따라서, 입구(11)를 통해 유입된 탄소섬유 원사(P)는 다수의 안내롤러(15)들에 의해 공간부의 주행로를 거치면서 산화되어 내염화 처리되면서 출구(12)로 배출된다.
이때 상기 투입구(13)를 통해 가열된 공기가 분사되어 공간부를 주행하는 탄소섬유 원사(P)를 내염화 처리한다.
상기에서 가열된 공기에는 오존이온 및 산소가 함유되어 공급되는 것이 바람직하다.
상기에서 산화안정화로는 다수 개가 도 3에서 도시된 바와 같이 수평상 혹은 도 9에서 도시된 바와 같이 수직상으로 배열되며, 각각의 산화안정화로를 통해 탄소섬유 원사(P)가 200~400℃로 순차적인 가열되어 내염화 처리된다.
즉 최선단의 산화안정화로에서는 200~250℃로 가열처리하고, 차선의 산화안정화로에서는 250~300℃로 가열처리하며, 차차선의 산화안정화로에서는 300~350℃로 가열처리하고, 최후에 위치된 산화안정화로에서는 305~400℃로 가열처리하여, 탄소섬유 원사(P)가 급격히 고온으로 가열되어 파손되는 것을 방지하면서 내염화 처리가 안정적으로 이루어진다.
그리고, 상기 안내롤러(15)에서 탄소섬유 원사(P)가 유도되어 유입되고 배출되는 방향 측에는 안내롤러(15)와 근접되게 설치되며 다수의 탄소섬유 원사(P)들을 각각의 주행공간을 주행하도록 안내하는 안내홈(16)이 형성된 가이드수단이 구비된다.
이에 따라 안내롤러(15)에 감겨 이송되는 탄소섬유 원사(P)들이 가이드수단의 안내홈(16)을 각각 경유하여 주행하기 때문에 서로 겹치거나 접촉되는 것이 방지된다.
따라서, 탄소섬유 원사(P)들이 겹쳐져 뭉치거나 단락되는 등의 손상을 입지 않는다.
또한, 상기한 가이드수단은 상기 안내롤러(15)측 방향으로 개방된 개방구가 구비된 공간부를 가지는 몸체(17)로 이루어지고, 상기 몸체(17)의 상면과 하면에 상기 안내홈(16)들이 서로 사이 간격을 가지면서 배열형성된다.
이러한 몸체(17)는 단면형상이 '⊃' 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, 안내롤러(15) 측으로 이동된 후 토출되는 탄소섬유 원사(P)들이 몸체(17)의 상하에 위치된 안내홈(16)들을 통해 각각 인입 및 토출되기 때문에 서로 겹치지 않아, 장력에 의해 하방으로 처지는 탄소섬유 원사(P)들이 서로 접촉되지 않아 단락되는 것이 방지된다.
그리고, 상기한 몸체(17)의 공간부에는 가열로의 외부에서 공급되며 탄소섬유 원사(P)의 접착력을 상쇄하는 안티접착수단을 분사 방출하도록 된 토출관(18)이 구비된다. 상기한 안티접착수단은 공기(air)로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며 액상의 정전기 방지액 등으로 이루어질 수도 있다.
이에 따라 안내롤러(15)를 통해 이동되는 탄소섬유 원사(P)에 접착방지액 및 공기 등으로 이루어지는 안티접착수단이 분사되어 탄소섬유 원사(P)들의 접착이 더욱 방지된다.
상기와 같이 이루어진 본 실시예의 탄소섬유 가공장치에서 산화안정화로를 통해 얻어진 내염화 섬유(P1)를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유(F)를 얻는 탄화로는 내염화 섬유(P1)가 유입되는 입구(21)와 배출되는 출구(22)가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 비활성가스가 공급되는 투입구(23) 및 배출되는 배출구(24)가 구비되고 상기 공간부에 내염화 섬유(P1)가 주행하는 이송롤러(25)들이 배치된 가열로로 이루어진다.
즉 내염화 섬유(P1)가 상기 가열로를 통과하는 중에 800~1200℃의 온도 분위기에서 순차적으로 가열되어 탄화됨으로써 탄소섬유(F)가 제조된다.
상기에서 비활성가스는 질소로 이루어지는 것이 가장 바람직하며, 공간부에서 내염화 섬유(P1)가 산화되어 연소되는 것을 방지한다.
이와 같이 탄화로를 구성하는 가열로는 800~900℃의 비교적 저온으로 내염화 섬유(P1)를 가열처리하여 1차 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 2차 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)로 이루어진다.
따라서 내염화 섬유(P1)가 상기 저온가열로와 고온가열로를 순차적으로 통과하면서 가열되어 탄화된다.
상기에서 저온가열로는 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 기체(30)의 외주면에 전원을 공급받아 발열하는 코일(31)이 권취되어 이루어지며, 상기한 기체(30)의 내부에는 온도를 감지하는 온도감지센서(32)가 구비되어, 기체(30) 내부의 온도를 감지하고, 감지된 온도를 연산하여 기체(30)의 내부를 설정된 온도로 유지하게 전원의 공급을 제어하도록 되어 있다.
즉 상기 기체(30)가 전원을 공급받아 가열되도록 되어 있어, 온도제어가 용이함에 따라 안정적으로 설정된 온도로 내염화 섬유(P1)를 가열할 수 있다.
상기에서 기체(30)는 가열되는 열(800~900℃)에 변형 및 손상되지 않는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 재질은 텅스텐재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 기체(30)에서 배출되는 배기가스는 별도의 가스처리부(50)로 이송되어 여과된 후, 기체(30)의 내부로 재투입되거나 외부로 방출된다.
즉 배기가스에 의해 외부환경이 오염되는 것을 방지하고, 고온의 공기를 재투입함으로써 기체(30)의 내부 온도를 유지하기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
이와 같은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치에서 상기 고온가열로는 저온가열로에서 저온가열된 내염화 섬유(P1)가 주행하도록 된 이동롤러들의 사이 간격에 위치되며 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 통체(40)로 이루어지며, 상기 이동롤러는 상기 통체(40)의 입구(21)에 연이어 배치된 한 쌍의 롤러(41)(42)와 출구(22)에 위치된 롤러(43)로 이루어지고, 상기 롤러(41)(42)(43)들 중 중앙에 위치된 롤러(42)에는 전원공급수단(44)을 통해 전원을 공급받아 롤러(41)(42)(43)들을 통해 이동되는 내염화 섬유(P1)에서 자체 발열하여 가열되도록 되어 있으며, 상기한 롤러(41)(42)(43)들 중 전원이 공급되는 롤러(42)를 제외한 나머지 롤러(41)(43)들은 접지되어 있다.
따라서 상기 접지된 롤러(41)(43)들의 사이에 마련된 전도구간에서 저온가열로를 통과한 탄소섬유가 전원공급수단(44)을 통해 전원을 공급받는 롤러(42)와 접촉되어 전원을 공급받아 탄소섬유(F)가 가지는 자체 저항에 의해 전기적인 발열을 함으로써, 자체적으로 고온가열처리된다.
즉 별도의 가열수단이 필요없이 자체적인 전기저항 열에 의해 가열됨에 따라 가열효율이 높아 인가되는 에너지의 소모가 기존에 비하여 현저히 줄어들고 가열시간이 현저히 단축된다.
그리고 상기한 통체(40)에서 배출되는 배기가스는 별도의 가스처리부(50)로 이송되어 여과된 후, 통체(40)의 내부로 재투입되거나 외부로 방출된다.
즉 배기가스에 의해 외부환경이 오염되는 것을 방지하고, 고온의 공기를 재투입함으로써 통체(40)의 내부 온도를 유지하기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
또한 통체(40)에는 내부온도를 감지하는 온도센서(S)가 구비되어 온도를 감지하여 상기 전원공급수단(44)을 콘트롤러를 통해 제어하여 제어된 전원을 인가함으로써 항상 일정한 온도를 유지하도록 되어 있다.
이와 같이 산화안정화로를 통해 내염화 된 내염화 섬유(P1)는 탄화로의 저온가열로(LTF) 및 고온가열로(HTF)를 순차적으로 주행하여 탄화되어 탄소섬유(F)로 가열된 후, 사이징(Sizing)수단(60)을 통해 표면처리되고, 건조로(70)에서 건조된 후 별도의 권취수단(80)을 통해 별도의 롤에 감겨 보관 및 운반된다.
이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유 가공장치의 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. 그러므로 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
11 : 입구 12 : 출구
13 : 투입구 14 : 배출구
15 : 안내롤러 16 : 안내홈
17 : 몸체 18 : 토출관
21 : 입구 22 : 출구
23 : 투입구 24 : 배출구
30 : 기체 31 : 코일
32 : 온도감지센서 40 : 통체
41,42,43 : 롤러 44 : 전원공급수단
50 : 가스처리부 60 : 사이징수단
70 : 건조로 80 : 권취수단
13 : 투입구 14 : 배출구
15 : 안내롤러 16 : 안내홈
17 : 몸체 18 : 토출관
21 : 입구 22 : 출구
23 : 투입구 24 : 배출구
30 : 기체 31 : 코일
32 : 온도감지센서 40 : 통체
41,42,43 : 롤러 44 : 전원공급수단
50 : 가스처리부 60 : 사이징수단
70 : 건조로 80 : 권취수단
Claims (9)
- 탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유를 얻는 탄화로를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 가공장치에 있어서;
상기한 산화안정화로는 탄소섬유 원사가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비되고 상기 공간부에 탄소섬유 원사가 다단으로 정렬된 주행로를 주행하도록 안내하는 다수의 안내롤러들이 배치된 가열로로 이루어지되,
상기 안내롤러에서 탄소섬유 원사가 유도되어 유입되고 배출되는 방향 측에는 안내롤러와 근접되게 설치되며 다수의 탄소섬유 원사들을 각각의 주행공간을 주행하도록 안내하는 안내홈이 형성된 가이드수단이 구비된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치. - 제 1항에 있어서;
상기한 가이드수단은 상기 안내롤러측 방향으로 개방된 개방구가 구비된 공간부를 가지는 몸체로 이루어지고, 상기 몸체의 상면과 하면에 상기 안내홈이 서로 사이 간격을 가지면서 배열형성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치 - 제 2항에 있어서;
상기한 몸체는 단면형상이 '⊃' 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치. - 제 2항에 있어서;
상기한 몸체의 공간부에는 가열로의 외부에서 공급되며 탄소섬유 원사의 접착력을 상쇄하는 안티접착수단을 방출하도록 된 토출관이 구비된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치. - 제 4항에 있어서;
상기한 안티접착수단은 공기(air)로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치. - 탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유를 얻는 탄화로를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 가공장치에 있어서;
상기한 탄화로는 상기 내염화 섬유가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 비활성가스가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비되고 상기 공간부에 내염화 섬유가 주행하는 이송롤러들이 배치된 가열로로 이루어지되,
상기 가열로는 800~900℃의 비교적 저온으로 가열처리하여 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)로 이루어지며,
상기 저온가열로는 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 기체의 외주면에 전원을 공급받아 발열하는 코일이 권취되어 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치. - 제 6항에 있어서;
상기한 기체의 내부에는 온도를 감지하는 온도감지센서가 구비되어, 기체 내부의 온도를 감지하고 감지된 온도를 연산하여 기체의 내부를 설정된 온도로 유지하게 전원의 공급을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치. - 탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화섬유를 얻는 산화안정화로와, 상기 내염화 섬유를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유를 얻는 탄화로를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 가공장치에 있어서;
상기한 탄화로는 내염화 섬유가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 비활성가스가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비되고 상기 공간부에 내염화 섬유가 주행하는 이송롤러들이 배치된 가열로로 이루어지되,
상기 가열로는 800~900℃의 비교적 저온으로 가열처리하여 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)로 이루어지며,
상기 고온가열로는 저온가열로에서 저온가열된 내염화 섬유가 주행하도록 된 이동롤러들의 사이 간격에 위치되며 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 통체로 이루어지며, 상기 이동롤러는 상기 통체의 입구에 연이어 배치된 한 쌍의 롤러와 출구에 위치된 롤러로 이루어지고, 상기 롤러들 중 중앙에 위치된 롤러에는 전원공급수단을 통해 전원을 공급받아 롤러들을 통해 이동되는 내염화 섬유에서 자체 발열하여 가열되도록 된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치. - 제 8항에 있어서;
상기한 롤러들 중 전원이 공급되는 롤러를 제외한 나머지 롤러들은 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
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