KR20130081641A - 함침 어셈블리 및 장섬유로 보강된 복합 구조물을 제조하는 방법 - Google Patents

함침 어셈블리 및 장섬유로 보강된 복합 구조물을 제조하는 방법 Download PDF

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산자이 피 카시카르
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3비-파이브레글라스 에스피알엘
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Abstract

본 발명은 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템을 제공하고, 상기 시스템은 (a) 입구 단부와 출구 단부를 가지는 필라멘트용의 적어도 하나의 축선 방향 통로 및 (b) 함침 물질용의 적어도 하나의 유입구와 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구를 가지고 함침 물질용 유출구를 통하여 필라멘트용 통로로 이어지는 함침 물질용의 적어도 하나의 통로를 포함하는 함침 어셈블리를 포함할 수도 있고, 필라멘트용 통로는 함침 물질용 유출구 지점에 장방형 횡단면을 가지고, 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구는 장방형 횡단면을 가지며, 필라멘트용 통로의 대향한 폭에서 서로 본질적으로 대향하여 배치된다. 따라서, 본 발명은 함침 단계를 용이하게 하고 더 빠른 라인 속도 및 더 낮은 사이클 시간을 허용하기 위해서 스트랜드 또는 필라멘트에 높은 마찰 또는 장력을 사용하지 않으면서 스프레딩된 필라멘트 형태로 스트랜드를 제공하는 간단한 기기를 포함하는 연속 섬유 보강된 열가소성 구조물을 제조하기 위한 인라인 시스템을 제안한다.

Description

함침 어셈블리 및 장섬유로 보강된 복합 구조물을 제조하는 방법{IMPREGNATION ASSEMBLY AND METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE STRUCTURE REINFORCED WITH LONG FIBERS}
본 발명은 환경 및 비용적 장점뿐만 아니라 품질, 미관 및 유연성과 같은 제품 성질과 생산성을 개선한 함침 어셈블리 및 연속 섬유 보강된 복합 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 폴리머 매트릭스와 같은 함침 물질로 연속 필라멘트 또는 섬유를 함침하도록 설계된 새로운 크로스헤드 다이 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은 또한 비용, 속도 및 환경적 장점을 가지고 후속 프로세싱에서 사용하기에 적합한 유리, 탄소 또는 흑연 섬유와 같은 연속 섬유로 보강된 프리프레그 (prepreg) 와 같은 열가소성 복합재에 관한 것이다. 본 발명은 특히 필라멘트 및 함침 물질의 초기 합류 (meeting) 지점에서 함침 물질의 두 부분으로 멀티필라멘트를 사이에 끼우는 단계를 포함하는 함침 수단을 사용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 파이프, 실린더, 튜브 및 패널과 같은 연속 장섬유로 보강된 로드 (rods), 테이프, 절단 펠릿 또는 최종 복합 구조물과 같은 개재물 (intermediate) 을 인라인 제조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
폴리머는 그것에 부가적 강도를 제공하기 위해서 유리 섬유와 같은 섬유 재료에 의해 보강될 수 있다. 복합재로도 불리는 보강 폴리머 재료는 예를 들어 항공 우주, 자동차, 화학 및 스포츠 상품 산업에 널리 응용되었다.
연속 섬유는 다양한 복합재 제조 프로세스에 이용된다. 전형적 프로세스는 압출-압축 몰딩, 압출-사출 몰딩, 푸시트루전 (pushtrusion) 및 푸시-풀트루전 (push-pultrusion) 프로세스와 같은 풀트루전, 필라멘트 권취, 와이어 코팅, 테이프 제조, 프리- 및 포스트-프레그 제조 등을 포함한다.
열경화성 복합재에서, 풀트루전은 선형 복합 구조물을 제조하기 위해서 주로 연속 보강 스트랜드 (strands) 를 이용하는 확립된 프로세스이다. 통상적으로, 연속적으로, 섬유 스트랜드는 섬유를 함침하기 위해 화학 물질로 이루어진 개방욕 (open bath) 을 통과한 후, 성형 (shaping) 및 경화를 위해 가열된 다이를 통과한 후에 경화된 부분을 당긴다.
열경화성 전구체 함침 제제가 섬유의 적심 (wetting) 을 용이하게 하는 낮은 점도를 가질 수 있을지라도, 이 종래의 함침 개방욕은 대기에 넓은 면을 노출시키고 함침 전구체 제제에 존재할 수도 있는 유해한, 휘발성 화학 물질과 용매의 냄새 및 배출을 제한하지 않는다. 개방욕의 다른 단점은, 수지로 침지된 (soaked) 스트랜드가 스트랜드에 의해 픽업된 초과 수지를 제거하기 위해서 마찰하에 일반적으로 스퀴즈되는 것이다. 시간이 경과함에 따라, 스퀴징 마찰이 필라멘트 파열 (rupture) 을 유발하여서, 욕에 잔털 (fuzz) 을 발생시키고, 그 때문에 섬유의 원활한 적심을 방해한다. 또, 수지는 스퀴저에 축적되고 경화되어 단단해지는 경향이 있어서, 섬유 파괴 (break) 를 초래한다. 또한, 대형 개방욕은 열경화성 함침 제제의 가용 시간 (pot life) 을 제어하는데 어려움을 가져서 일관되지 않은 스트랜드의 점도 및 적심을 유발한다. 또, 침지된 스트랜드로부터 초과 수지 혼합물을 스퀴즈하는 것은 최적이 아닐 수도 있는 달성 가능한 섬유 대 매트릭스의 비율을 제한하는 경향이 있다.
본 발명에 따른 함침 어셈블리와 시스템은 이 문제점들을 극복한다.
열경화성 복합재가 많은 장점을 제공할지라도, 일단 경화되고 나면, 그것은 더 이상 부드러워지 않고 재성형되거나 곡선화될 수 없다. 반면에, 열가소성 재료는, 더 가벼운 중량, 비부식, 무제한의 원료 유통 기한, 몰딩성, 더 높은 파단 신장 (fracture elongation), 더 높은 충격 또는 파단 인성 (toughness), 재순환성, 신속한 프로세스 및 더 깨끗한 제조 환경과 같은, 열경화성 및 강 (steel) 재료에 대해 여러 가지 이점을 제공한다. 따라서, 특히 열가소성 매트릭스 재료의 경우에 프로세스 개발이 업계에 큰 관심사이다.
복합 부품의 최적 성능에 도달하도록, 보강 섬유는 매트릭스 내에서 잘 적셔지고, 함침되고 그리고/또는 분산될 필요가 있다. 그러므로, 연속 섬유가 직접적으로 프리-프레그 또는 최종 보강 복합 부품을 제조하는데 이용될 때, 섬유의 프로세싱 중에 섬유의 적심 및 양호한 함침이 중요하다.
하지만, 열가소성 조성물의 경우, 비교적 높은 점도 때문에 유리하게도 보강 재료를 함침하는 것이 보통 더 어렵다. 따라서, 열가소성 수지는 상당히 낮은 초기 점도를 가지는 열경화성 재료와는 대조적으로 훨씬 더 느린 속도로 보강 섬유를 적시고 함침시키는 것으로 알려져 있다. 일반적으로, 열가소성 재료를 사용하는 연속 섬유 함침 프로세스는 열가소성 매트릭스로 보강 섬유 재료의 받아들일 수 있는 적심 및 함침을 보장하기 위해서 더 느린 속도로 수행되도록 한다. 또한 이런 느린 속도는 함침 프로세스를 통하여 극히 높은 당김력 하에 있는 섬유의 파괴를 회피할 필요성에 의한 것이다. 불충분하게 적신 섬유를 가지는 제품은 나쁜 품질의 복합재, 예컨대, 부족한 기계적 강도 및 미적 성질을 할 수 있다.
일반적으로, 이러한 프로세스가 더 빠른 속도로 수행될 때 부품의 품질 및 성능이 영향을 받는다. 즉, 열가소성 재료의 훨씬 더 높은 점도로 인해, 이것은 높은 생산 속도로 스트랜드 전체에 충분히 침투되어 분배될 수 없고, 따라서 후속 프로세싱된 제품에서 받아들일 수 없는 섬유의 분산을 유발한다.
전형적으로, 열가소성 프리-프레그 (일방향 또는 직물 기반) 및 포스트-프레그 (혼합 섬유, 분말 코팅 스트랜드) 재료는 연속 섬유를 포함한 최종 복합 부품을 만드는데 사용되었지만, 그것은 복합 부품을 제조하기 위해 열과 압력하에 압밀 (consolidation) 및 압축을 필요로 한다. 적층, 압밀 및 압축 중, 공기가 층 사이에 트랩될 수도 있다. 또, 두 층의 수지 분자의 혼합 (intermingling) 은 더 높은 열, 압축 압력 및 더 긴 프로세싱 시간을 요구할 수도 있다. 이러한 기술에 따르면, 복합 부품은 더 빠른 속도로 만들어질 수 있지만, 이러한 2 단계 프로세스는 비용 단점, 여분의 열 이력, 취급, 프로세싱 문제점과 얻어진 최종 부품의 품질 문제를 가지고 제제 패키지, 섬유의 색상 및 양에서 사용자를 위한 유연성을 심하게 제한한다.
용매는 열가소성 매트릭스의 점도를 감소시키는데 사용될 수 있다. 미국 특허 제 4,738,868 호는, 폴리머가 용매에 용해되고 섬유 토우 (tow) 가 결과적으로 낮은 점도의 용액으로 함침되는 가변 프로세스를 개시한다. 미국 특허 제 6,372,294 호는 욕에서 열가소성 미립자의 서스펜션을 사용한 함침을 개시한다. 둘 중 어느 하나의 경우, 용매는 함침 단계 후에 제거되어야 하므로, 프로세스에서 부가적 단계뿐만 아니라 원치 않는 배출을 유발한다. 게다가, 원하는 매트릭스는 통상적으로 사용되는 용매에 불용성이거나 미립자 형태로 변형하기에 어려울 수도 있다.
일반적으로, 용융된 폴리머를 이용한 섬유 스트랜드의 직접 용융 함침이 가능한 한 바람직한 선택일 것이다. 복합 구조물은 전형적으로 연속 섬유로 만들어진 섬유 스트랜드를 다이 내 통로로 통과시킴으로써 제조되어서, 다이에서 용융된 열가소성 수지를 이용한 섬유 스트랜드의 함침을 허용하고, 성형 다이를 사용해 로드의 형상과 같은 원하는 형상으로 함침된 섬유 다발 (bundle) 을 성형한다. 특히, 더 느릴지라도, 직접 용융 함침 기술은 연속 섬유의 인라인 함침에 가장 적합하다. 높은 속도 및 그리하여 보다 경제적인 와이어 코팅 프로세스는 용융된 매트릭스로 다발 스트랜드를 코팅한다. 예를 들어, 이러한 직접 용융 코팅 기술은 미국 특허 제 3993726 에 개시된다. 하지만, 이 기술은 크로스헤드 다이에서 매트릭스 수지로 뚜렷한 섬유 다발의 함침이 발생하지 않으면서 섬유 스트랜드가 외부로부터만 코팅될 위험이 있다는 단점을 가진다. 따라서, 이 기술은 연속 섬유의 양호한 인라인 함침을 얻기에 부적합하다. 이러한 프로세스로 얻은 제품, 예를 들어 섬유로 보강된 열가소성 펠릿은, 몰딩될 때, 최종 복합 부품에서 미분산 섬유 다발을 유발한다. 최종 부품에서 섬유 분산을 개선하도록, 이러한 보강된 펠릿은 더 높은 전단력에서 몰딩을 요구하지만, 그것은 섬유 파괴, 섬유 길이 축소를 유발하여 기계적 성능을 감소시킬 수 있다.
직접 용융-함침 시스템에서 함침을 개선하도록, 다발 스트랜드는 전형적으로 열-용융 폴리머 용기 (vessel) 에서 마찰하에 개섬 (opening) 되도록 한다.
미국 특허 제 5268050 호는 용융된 열가소성 욕 내에 배치된 마찰 바를 사용한 다이 어셈블리를 개시하는데, 바에 대해 연속 섬유로 개별적으로 마찰이 적용된다. 대부분의 개별 필라멘트가 열-용융 열가소성 폴리머에 노출되어서, 매트릭스 용융물의 필라멘트 침투를 용이하게 하도록 스트랜드를 개섬하고, 평평하게 하고 필라멘트로 스프레딩하기 위해서 섬유 스트랜드는 일련의 마찰 바를 통과하며 마찰 바에 대해 눌러진다. 마찰이 적용되지 않으면서 압축된 섬유 다발이 이 어셈블리를 통과한다면, 예상되는 함침 품질은 나쁘다.
유사하게, 미국 특허 제 4937028 호는 함침 성능을 개선하도록 열-용융 열가소성 매트릭스에서 마찰을 사용해 섬유 보강 제품을 형성하는 것을 개시한다. 섬유 다발이 통로의 상부 및 바닥부를 통과할 때 마찰/장력은 크로스헤드 다이에 구비된 만곡 통로 (meandering passage) 에서 섬유에 개별적으로 적용된다.
독일 특허 출원 DE 44 43 514 Al 은 또한 섬유 보강 재료를 제조하기 위한 용융된 열가소성 재료를 이용한 연속 섬유의 함침 프로세스 및 그것을 위한 함침 장치를 개시한다. 장치는 그것의 함침 구역에 만곡 통로를 가지고 열가소성 재료는 통로의 양측에 위치한 피더 유출구를 통하여 만곡 통로에 제공된다. 유출구는 열가소성 재료를 통로로 주입함으로써 섬유에 발생된 압력의 변화를 감소시키도록 서로에 대해 오프셋되게 위치된다. 긴 만곡 곡선 통로는 함침 재료와 섬유 사이에 더 긴 접촉 시간과 더 큰 접촉면을 허용할 수도 있지만, 또한 더 큰 마찰 및 따라서 더 높은 당김력과 장력을 유발하여서, 함침 중 필라멘트 파열의 위험을 증가시킨다. 통로에서 이런 더 높은 마찰은 생산 및 함침 품질에 영향을 미치지 않으면서 라인 속도의 증가를 허용하지 않는다.
미국 특허 제 5540797 호는 함침 용기에서 열-용융 함침 수지로 최대 노출을 보장하도록 섬유 토우를 번갈아 스프레딩하고 수렴하기 위해서 복수의 이격된 환형 링의 상하로 번갈아 섬유 토우를 안내함으로써 열가소성 함침 섬유를 형성하기 위한 풀트루전 장치 및 프로세스를 개시한다. 위의 참고 문헌에 개시된 장섬유로 보강된 복합 구조물의 제조 프로세스에서, 다중 필라멘트로 다발 섬유 스트랜드의 개섬이 주로 열-용융 매트릭스에서 마찰에 의해 발생하고, 각각의 섬유에 개별적으로 높은 레벨의 장력 또는 당김력을 발생시킨다. 특히 열-용융 매트릭스 내 고온에서, 섬유에서 마찰 및 장력의 조합은 섬유 파괴를 초래하여 잔털을 발생시킬 수도 있다. 또, 더 높은 장력은 스트랜드의 파괴를 일으킬 수 있다. 잔털 발생은 결국 다이 막힘을 유발할 수도 있고, 이것은 정기적 유지보수를 요구하며 결과적으로 생산 비용에 영향을 미친다. 스트랜드 파괴는 생산 중단 및 그것과 연관된 모든 단점을 야기할 수도 있다.
결과적으로, 열-용융 점성 매트릭스에서 섬유 보강 재료를 마찰과 높은 당김력에 노출시킴으로써 함침하기 위한 종래의 프로세스는 제품의 품질 또는 제조 속도를 제한하는 경향이 있는 결함을 가진다. 문제점들은 더 높은 생산 속도에서 또는 더 높은 보강 재료의 함유량을 가질 때 더욱더 심각해진다. 따라서, 이러한 프로세스는 더욱더 낮고 비경제적인 속도로 단지 수행될 수도 있다.
그러므로, 보강된 폴리머 구조물에서 양호한 섬유의 분산과 함께 높은 생산 속도로 미시 레벨 (microscopic level) 의 섬유의 양호한 적심이 최종 목표이다.
미국 특허 5073413 은 풀트루전 프로세스에서 매트릭스 재료로 섬유 보강물을 적시기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다. 장치는 눈물 방울 형상인 2 개의 확대된 공동을 포함하는데, 제 1 눈물 방울 형상의 공동은 섬유 보강물로 매트릭스 재료를 주입하기 위한 것이고, 제 2 눈물 방울 형상의 공동은 저압 조건 하에 매트릭스 재료로 함침된 섬유를 탈가스화하기 위한 것이다. 이 방법은 탈가스화를 위한 부가적 공동과 같은 복잡한 구조물 및 저압 조건을 발생시키기 위한 진공 시스템을 요구한다. 또한, 프로세스의 속도는 프로세스의 탈가스화 단계에 의해 지연되거나 제한된다.
따라서, 개선된 품질, 제조 및 제제 유연성, 미관, 성능, 높은 생산 속도 및 낮은 비용과 함께 일 단계로 보강된 열가소성 구조물을 제조할 수 있게 하는 인라인 함침에 특히 적합한 연속 섬유를 함침하기 위한 개선된 간단한 방법을 개발하는데 큰 관심을 가진다. 또, 함침 단계를 용이하게 하고 더 높은 라인 속도와 더 낮은 사이클 시간을 허용하기 위해서 스트랜드 또는 필라멘트에 높은 마찰 또는 장력을 사용하지 않으면서 스프레딩된 필라멘트 형태로 스트랜드를 제공하는 간단한 기기를 포함하는 연속 섬유 보강된 열가소성 구조물을 제조하기 위한 인라인 시스템을 제공하는 것이 아주 중요하다.
본 발명은 또한 적합한 함침 온도에서 꽤 높은 점도를 가지는 함침 물질로, 보다 구체적으로 열가소성 매트릭스로 연속 보강 장섬유 재료를 함침하기 위한 신규한 장치로 필라멘트 보강 복합 구조물을 제조하기 위한 프로세스를 제공하려고 한다.
또한, 본 발명은 스트랜드 또는 필라멘트에 높은 마찰 또는 장력을 가하지 않으면서 스트랜드의 필라멘트를 스프레딩할 수도 있는 간단한 수단을 특히 포함함으로써 연속 섬유 보강된 복합 구조물을 인라인으로 제조하기 위한 신규한 인라인 시스템 및 방법을 제안한다. 제안된 시스템은 더 용이하고 더 빠른 함침을 가능하게 하고, 또한 섬유 함유량, 매트릭스 유형, 색상의 조절 및 프로세스, 성능 및 미관 향상 첨가제의 임의의 첨가를 포함하지만 이에 제한되지 않으면서 제조업자에게 제제 유연성을 제공한다.
본 발명의 대상은 첨부된 독립항에서 규정된다. 바람직한 실시형태들은 종속항에서 규정된다.
제 1 실시형태에서, 본 발명의 대상은 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템이고, 상기 시스템은, 함침 어셈블리를 포함하고, 이 함침 어셈블리는, (a) 입구 단부와 출구 단부를 가지는, 필라멘트용의 적어도 하나의 축선 방향 통로, 및 (b) 함침 물질용의 적어도 하나의 유입구 및 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구를 가지는, 함침 물질용 유출구를 통하여 필라멘트용 통로로 이어지는 함침 물질용의 적어도 하나의 통로를 구비하고, 필라멘트용 통로는 함침 물질용 유출구 지점에서 장방형 횡단면을 가지고, 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구는 장방형 횡단면을 가지고, 필라멘트용 통로의 대향한 폭에서 서로 본질적으로 대향하여 배치된다.
특히, 상기 함침 어셈블리의 필라멘트용 통로는 함침 물질용 유출구 지점에서 적어도 2 : 1 (w(30) : h(30)), 바람직하게 적어도 4 : 1, 더 바람직하게 적어도 8 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 20 : 1, 가장 바람직하게 적어도 50 : 1 의 종횡비 (AR(30)) 를 가지는 장방형 횡단면을 가진다.
바람직하게, 필라멘트 통로 안으로의 함침 물질용 각 유출구의 폭은 필라멘트 통로의 폭과 본질적으로 동일하다.
유리하게도, 필라멘트용 통로 안으로의 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구는 적어도 2 : 1 (w(324):h(324)), 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 8 : 1 의 종횡비 (AR(324)) 를 가지는 장방형 횡단면을 가진다.
바람직하게, 함침 어셈블리는, 내부 다이 및 외부 다이를 더 포함하고, (a) 내부 다이는, 필라멘트용 통로 공간, 돌출 단부 및 입구 단부를 포함하고, (b) 외부 다이는, 내부 공간, 출구 통로, 출구 단부 및 함침 물질용 통로를 포함하고, 내부 다이는 외부 다이의 내부 공간에 위치하고, 내부 다이의 돌출 단부는 함침 물질용 유출구를 형성하도록 위치하고, 필라멘트 통로는 내부 다이의 통로 공간, 외부 다이의 출구 통로 및 서로 대향한 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구를 포함하고, 상기 통로 공간 및 상기 출구 통로는 필라멘트 통로의 방향으로 일렬로 정렬된다.
바람직하게, 함침 어셈블리는 함침 물질용 유출구의 크기 또는 종횡비를 조절하도록 필라멘트 통로의 축선 방향을 따라 내부 다이와 외부 다이 사이의 거리를 제어하는 적어도 하나의 조절 수단을 더 포함한다.
더 바람직하게, 내부 다이는 서로 본질적으로 대향하여 배치된 적어도 2 개의 다이 유닛을 포함하고, 각각의 다이 유닛은 각각의 다이 유닛에 포함된 조절 수단에 의해 독립적으로 조절될 수 있다.
유리하게도, 상기 조절 수단은 조절할 수 있게 내부 다이를 외부 다이로 부착하는 나사를 포함한다.
대안적으로, 상기 조절 수단은 공압 및/또는 유압 조절 수단으로 이루어질 수도 있다.
바람직하게, 함침 어셈블리는 외부 다이의 출구 통로의 바로 하류에 배치된 성형 다이를 더 포함하고, 성형 다이는 서로 본질적으로 대향하여 배치된 적어도 2 개의 다이 유닛을 포함하고, 적어도 하나의 다이 유닛은 내에 포함된 조절 수단에 의해 상하 운동으로 슬라이딩 가능하게 조절될 수 있다.
유리하게도, 성형 다이의 상기 조절 수단은 대향한 성형 다이 유닛 사이의 거리를 조절하도록 편심 나사를 포함한다.
특정한 일 실시형태에서, 함침 시스템은 함침 어셈블리의 상류에 배치된 스프레더 어셈블리를 더 포함할 수도 있다.
상기 스프레더 어셈블리는 특히 (a) 필라멘트를 받아들이기 위한 유입 개구 및 필라멘트가 상기 통로를 나가는 유출 개구를 가지는 필라멘트용의 적어도 하나의 통로, (b) 입구 단부와 출구 단부를 가지는 통로 내부의 분기 구역 (divergent zone) 으로서, 출구 단부의 단면은 입구 단부의 단면보다 크고 분기 구역은 적어도 2 : 1, 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1 의 종횡비를 갖는 장방형 횡단면을 가지는 분기 구역, 및 (c) 통로의 길이 방향에 대해 각도를 이루며, 바람직하게 실질적으로 직각을 이루며 통로에 연결되고 통로에 기류를 도입하기에 적합한 적어도 하나의 관통홀을 포함할 수도 있다.
바람직하게, 스프레더 어셈블리의 관통홀은 분기 구역의 입구 단부에 인접하여 배치된 공기 유출구를 통하여 필라멘트용 통로에 연결된다.
유리하게도, 공기 유출구는 관통홀의 치수보다 작은 하나 이상의 홀을 가진다.
함침 시스템의 바람직한 실시형태에서, 상기 스프레더 어셈블리의 통로는 통로의 유입 개구와 분기 구역의 입구 단부 사이에 배치된 직선 형상을 가지는 내부 채널을 더 포함한다.
바람직하게, 상기 스프레더 어셈블리의 공기 유출구는 내부 채널 내에, 더 바람직하게, 분기 구역의 입구 단부로부터 바로 상류 지점에 배치된다.
유리하게도, 상기 스프레더 어셈블리의 분기 구역은 상부벽, 바닥벽 및 측벽을 가지고, 측벽은 바람직하게 10° ~ 50° 의 각도로 입구 단부로부터 출구 단부를 향하여 외향 분기된다.
또한, 본 발명은 보강 복합 구조물의 제조 방법에 관련되는데, 제 1 실시형태에 따르면 이 방법은 전술한 본 발명에 따른 함침 시스템 내에서 (a) 하나 이상의 연속 필라멘트 공급원 (source) 으로부터 2 개 또는 다수의 필라멘트를 공급하는 단계, (b) 상기 필라멘트를 평면에 배치하는 단계 및, (c) 상기 필라멘트에, 필라멘트를 사이에 끼우고 함침시키는 함침 매트릭스 물질의 적어도 두개의 유동을 부여하는 단계를 포함하고, 대향한 유동은 각각 필라멘트와 함침 물질의 초기 합류 지점에서 적어도 2 : 1, 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 8 : 1 의 종횡비 (ARmatrix) 를 갖는 장방형 횡단면을 가지는 층 형태이다.
바람직하게, 상기 필라멘트는 통로 내에서 스트랜드 및/또는 필라멘트의 이동 방향에 대해 90° 미만, 바람직하게 5° ~ 80°, 더 바람직하게 30° ~ 60°의 각도 (β) 로 함침 매트릭스 물질의 적어도 두 대향한 유동을 부여받는다.
공급된 함침 물질은 임의의 주어진 함침 온도로 다이 내에서 수성 또는 유기 캐리어 내 상기 폴리머의 용액, 에멀젼, 서스펜션 또는 분산액과 같은 액체 형태, 용융되거나 겔 형태일 수도 있다.
유리하게도, 함침 물질은 함침 다이 내에서 유동할 수 있는 임의의 매트릭스 또는 화학 제제이다. 바람직한 일 실시형태에서, 열가소성 폴리머 또는 이들의 혼합물 또는 블렌드가 사용될 매트릭스로서 구현될 수 있다. 바람직하게, 열가소성 수지는 폴리올레핀 (예컨대, PE, PP, PB), 폴리아미드 (예컨대, PA, PPA), 폴리이미드 (예컨대, PI, PEI), 폴리아미드-이미드, 폴리술폰 (예컨대, PS, PES), 폴리에스테르 (예컨대, PET, PBT), 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리케톤 (예컨대, PK, PEK, PEEK), 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, ABS, PC/ABS 및 이들의 혼합물 군으로부터 선택될 수 있고, 또는 열경화성 수지 전구체는 에폭시, 에스테르, 우레탄, 페놀, 알키드 및 이들의 혼합물 군으로부터 선택될 수 있다.
단계 (a) 에서 공급된 필라멘트는 바람직하게 유리 섬유, 광물 섬유, 금속 섬유, 탄소 및 흑연 섬유, 천연 섬유, 중합성 및 합성 섬유의 군으로부터 선택된다.
유리하게도, 단계 (a) 에서 공급된 필라멘트는 사이징제 및/또는 바인딩제에 의해 코팅된다.
방법은 실질적으로 평평한 횡단면을 가지는 출구 통로를 통하여, 함침 물질을 지닌 끼워진 필라멘트를 당기는 단계를 더 포함할 수도 있다.
제 2 실시형태에서, 본 발명의 대상은 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템이고, 이 시스템은, 내부 다이 및 외부 다이를 포함하고, (a) 내부 다이는, 필라멘트용 통로 공간, 돌출 단부 및 입구 단부를 포함하고, (b) 외부 다이는, 내부 공간, 출구 통로, 출구 단부 및 함침 물질용 통로를 포함하고, 내부 다이는 외부 다이의 내부 공간에 위치하고, 내부 다이의 돌출 단부는 함침 물질용 유출구를 형성하도록 위치하고, 필라멘트 통로는, 내부 다이의 통로 공간, 외부 다이의 출구 통로를 포함하고, 상기 통로 공간과 상기 출구 통로는 필라멘트 유동의 축선 방향으로 일렬로 정렬되고, (c) 함침 물질용 유출구의 크기를 변경하도록 통로의 축선 방향을 따라 내부 다이와 외부 다이 사이의 거리를 제어하는 적어도 하나의 조절 수단을 포함하는 함침 어셈블리를 포함한다.
바람직하게, 필라멘트용 통로는 필라멘트 통로 안으로의 유출구 (324) 의 지점에서 적어도 2 : 1 (w(30) : h(30)), 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1, 또한 바람직하게 적어도 8 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 20 : 1, 가장 바람직하게 적어도 50 : 1 의 종횡비 (AR(30)) 를 갖는 장방형 횡단면을 가진다.
유리하게도, 내부 다이는 서로 본질적으로 대향하여 배치된 적어도 2 개의 다이 유닛을 포함하고, 각각의 다이 유닛은 각각의 다이 유닛에 포함된 조절 수단에 의해 독립 조절 가능하다.
함침 어셈블리는 필라멘트 통로의 대향한 폭에서 서로 본질적으로 대향한 필라멘트 통로로 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구를 포함할 수도 있고, 상기 유출구는 적어도 2 : 1 (w(324) : h(324)), 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 8 : 1 의 종횡비 (AR(324)) 를 갖는 장방형 횡단면을 가진다.
특정한 일 실시형태에서, 함침 시스템은 함침 어셈블리 (3) 로부터 상류에 배치된 스프레더 어셈블리를 더 포함한다.
추가 양태에 따르면, 본 발명은 제 2 실시형태에 따른 본 발명의 함침 시스템 내에서 (a) 하나 이상의 연속 필라멘트 공급원으로부터 2 개 또는 다수의 필라멘트를 공급하는 단계, (b) 상기 필라멘트를 평면에 배치하는 단계 및 (c) 필라멘트에 함침 매트릭스 물질의 하나 이상의 유동을 부여하여 필라멘트를 함침하는 단계를 포함하는 보강 복합 구조물 제조 방법으로 이루어지고, 이 방법은 단계 (c) 전 또는 중에 통로의 축선 방향을 따라 내부 다이와 외부 다이 사이의 거리를 설정할 수 있는 조절 수단에 의해 유동(들)의 두께를 조절하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 평면에 배치된 상기 필라멘트는 필라멘트와 함침 물질의 초기 합류 지점에서 적어도 2 : 1 의 종횡비를 갖는 장방형 횡단면을 가지는 적어도 두 개의 대향한 유동을 부여받는다.
유리하게도, 상기 필라멘트는 통로 내에서 스트랜드 및/또는 필라멘트의 이동 방향 (A) 에 대해 90° 미만, 바람직하게 5° ~ 80°, 더 바람직하게 30° ~ 60° 의 각도 (β) 로 함침 매트릭스 물질 (8) 의 적어도 두 개의 대향한 유동을 부여받는다.
바람직하게, 제 1 및 제 2 실시형태 양자에 따른 본 발명의 방법은 스프레더 어셈블리의 통로 내에서 스트랜드 및/또는 필라멘트의 이동 방향에 대해 각도를 이루며, 바람직하게 실질적으로 직각을 이루며 단계 (a) 에서 공급된 스트랜드 및/또는 필라멘트가 기류를 부여받는 추가 단계를 포함한다.
유리하게도 상기 스트랜드 및/또는 필라멘트는 통로에 연결하는 관통홀의 일 단부에 배치된 적어도 하나의 홀을 통하여 기류를 받고, 통로는 상기 섬유 스트랜드 및/또는 필라멘트를 수용하기 위한 유입 개구, 상기 스트랜드 및/또는 필라멘트가 통로를 나가는 유출 개구 및, 입구 단부와 출구 단부를 가지는 분기 구역을 포함하고 상기 출구 단부의 면적은 상기 입구 단부의 면적보다 크다.
바람직하게, 스트랜드 및/또는 필라멘트는 바람직하게 분기 구역의 입구 단부에서 바로 상류 지점에 배치된, 분기 구역의 입구 단부와 통로의 유입 개구 사이에 배치된 직선 형상을 가지는 내부 채널 내에서 기류를 부여받는다.
유리하게도, 본 발명에 따른 방법은 단계 (c) 전에 스트랜드 및/또는 필라멘트를 가열하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 제 1 및 제 2 실시형태 양자에 따른 본 발명의 방법은 단계 (c) 에 의해 제공된 함침된 섬유를 평평하게 한 후에 권취 코어 상에 함침된 섬유를 권취하는 추가 단계 또는 단계 (c) 에 의해 제공된 함침된 섬유를 일괄하여 로드로 성형한 후에 로드를 원하는 길이로 절단하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 대상은 또한 전술한 방법 중 하나에 의해 얻을 수 있는 보강 복합 구조물이다.
특정한 실시형태에서, 본 발명의 대상은 함침 물질로 필라멘트를 연속적으로 함침하기 위한 본 발명에 따른 함침 시스템의 용도에 있다.
본 발명의 이 양태와 다른 양태는 명세서를 읽고 이해할 때 본 기술분야의 당업자에게 분명해질 것이다.
또한, 본 발명은 특정 부품 및 부품의 배치를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시형태를 보여주는 첨부 도면과 관련하여 기술될 것이다. 이 명세서의 일부로서 포함되는 도면은 본 발명의 바람직한 실시형태의 예시를 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안으로의 된다.
도 l 은 본 발명에 따른 함침 시스템의 바람직한 일 실시형태의 개략도로 시스템에서 사용되는 다양한 구성요소들과 장치의 관계를 보여준다.
도 2 는 본 발명에 따른 함침 어셈블리에서 필라멘트용 통로의 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 함침 어셈블리의 종단면의 사시도이다.
도 4 는 도 3 에 도시된 절단 평면 Ⅳ-Ⅳ 에 의해 규정된 도 3 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 5 는 도 3 에 도시된 절단 평면 V-V 에 의해 규정된 도 3 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 6 은 도 3 에 도시된 절단 평면 Ⅵ-Ⅵ 에 의해 규정된 도 3 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 7 은 도 3 에서 Ⅳ-Ⅳ 로 도시된 것과 유사한 절단 평면에 의해 규정된 본 발명에 따른 함침 어셈블리의 다른 바람직한 실시형태의 횡단면도이다.
도 8 은 도 3 에서 V-V 로 도시된 것과 유사한 절단 평면에 의해 규정된 도 7 에 나타낸 동일한 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 함침 어셈블리의 다른 바람직한 실시형태의 종단면 사시도이다.
도 l0 은 도 9 에 도시된 절단 평면 X-X 에 의해 규정된 도 9 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 l1 은 함침 물질용 대형 유출 개구를 구비한 본 발명에 따른 함침 어셈블리의 종단면의 사시도이다.
도 l2 는 함침 물질용 소형 유출 개구를 구비한 도 11 에 나타낸 함침 어셈블리의 종단면도이다.
도 l2a 는 성형 다이를 구비한 도 l1 에 나타낸 함침 어셈블리의 종단면도이다.
도 l3 은 도 l1 에 도시된 절단 평면 XⅢ-XⅢ 에 의해 규정된 도 11 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 l4 는 도 l2 에 도시된 절단 평면 XⅣ-XⅣ 에 의해 규정된 도 12 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 l5 는 내부 다이가 제거된 도 11 에 나타낸 함침 어셈블리의 종단면의 사시도이다.
도 l6 은 본 발명의 원리에 따라 제조된 함침 어셈블리의 다른 바람직한 실시형태의 종단면도이다.
도 l7 은 내부 다이가 제거된 도 16 에 나타낸 함침 어셈블리의 종단면 비례도 (scale view) 이다.
도 l8 은 도 17 에 나타낸 함침 어셈블리의 종단면 사시도이다.
도 l9 는 외부 다이가 제거된 도 16 에 나타낸 함침 다이 어셈블리의 측면도로 멀티필라멘트는 함침 물질로 함침된다.
도 20 은 도 19 에 나타낸 함침 어셈블리의 상면도이다.
도 21 은 도 l9 에 도시된 절단 평면 XXI-XXI 을 따라 필라멘트 및 함침 물질의 초기 합류 지점에서 함침 물질을 가진 끼워진 멀티필라멘트의 횡단면도이다.
도 22 는 도 l9 에 도시된 절단 평면 XXⅡ-XXⅡ 에 따라 함침 물질로 함침된 멀티필라멘트의 횡단면도이다.
도 23 은 본 발명에 따른 함침 어셈블리의 다른 바람직한 실시형태의 종단면의 사시도이다.
도 24 는 도 23 에 도시된 절단 평면 XXⅣ-XXⅣ 에 의해 규정된 도 23 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 25 는 본 발명에 따른 함침 어셈블리의 종단면의 사시도이다.
도 26 은 도 25 에 도시된 절단 평면 XXVI-XXVI 에 의해 규정된 도 25 에 나타낸 함침 어셈블리의 횡단면도이다.
도 27 은 본 발명에 따른 스프레더 어셈블리의 바람직한 실시형태의 측면도이다.
도 28 은 도 27 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 유출 개구의 입면도이다.
도 29 는 도 27 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 유입 개구의 입면도이다.
도 30 은 도 27 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 평면도이다.
도 31 은 도 27 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 저면도이다.
도 32 는 도 30 의 절단 평면 XXXⅡ-XXXⅡ 에 따른 도 27 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 종단면 비례도이다.
도 33 은 도 27 및 도 28 의 절단 평면 XXXⅢ-XXXⅢ 에 따른 도 27 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 바닥부의 횡단면도이다.
도 34 는 도 27 및 도 28 의 절단 평면 XXXⅣ-XXXⅣ 에 따른 도 27 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 상부의 저면도 (횡단면도) 이다.
도 35 는 본 발명에 따른 스프레더 어셈블리에서 필라멘트용 통로의 사시도이다.
도 36 은 도 33 과 유사한 횡단면도로, 필라멘트 다발이 개별 필라멘트로 스프레딩된다.
도 37 은 본 발명에 따른 스프레더 어셈블리의 다른 바람직한 실시형태의 입면 측면도이다.
도 38 은 도 37 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 유입구를 도시한 입면도이다.
도 39 는 도 37 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 유출구를 도시한 입면도이다.
도 40 은 도 37 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 상부에 위치한 스프레더 유닛의 평면도로, 공기용 4 개의 유입구를 도시한다.
도 41 은 도 37 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 저면도로, 공기용 2 개의 유입구를 도시한다.
도 42 는 도 37 내지 도 39 의 절단 평면 XLⅡ-XLⅡ 에 따라 도 37 에 나타낸 스프레더 유닛의 상부의 저면도 (횡단면도) 이다.
도 43 은 도 37 내지 도 39 의 절단 평면 XLⅢ-XLⅢ 에 따라 도 37 에 나타낸 스프레더 유닛의 바닥부의 횡단면도이다.
도 44 는 도 37 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 가운데에 위치한 스프레더 유닛의 평면도로, 공기용 2 개의 유입구를 도시한다.
도 45 는 도 37 내지 도 39 의 절단 평면 XLV-XLV 에 따라 도 37 에 나타낸 스프레더 유닛의 상부의 저면도 (횡단면도) 이다.
도 46 은 도 37 내지 도 39 의 절단 평면 XLVI-XLVI 에 따라 도 37 에 나타낸 스프레더 유닛의 바닥부의 횡단면도이다.
도 47 은 도 37 에 나타낸 스프레더 어셈블리의 바닥에 위치한 스프레더 유닛의 평면도이다.
도 48 은 도 37 내지 도 39 의 절단 평면 XLVⅢ-XLVⅢ 에 따라 도 37 에 나타낸 스프레더 유닛의 상부의 저면도 (횡단면도) 이다.
도 49 는 도 37 내지 도 39 의 절단 평면 XLIX-XLIX 에 따라 도 37 에 나타낸 스프레더 유닛의 바닥부의 횡단면도이다.
도 50 은 본 발명에 따라 보강된 테이프의 횡단면의 SEM 현미경 영상이다.
도 51 은 본 발명에 따라 보강된 테이프의 횡단면의 SEM 현미경 영상이다.
도 52 는 본 발명에 따라 보강된 테이프의 횡단면의 SEM 현미경 영상이다.
도 53 은 도 53 에 나타낸 SEM 현미경의 줌 인 (zoomed-in) 영상이다.
도 54 는 함침 물질을 위한 단 하나의 유출구를 가지는 함침 어셈블리 내에서 함침된 보강 테이프의 횡단면의 SEM 현미경 영상이다.
본 발명은 연속 필라멘트 보강 복합품을 제조하기 위한 종래 기술의 수단과 프로세스에서 경험하게 되는 문제점들 중 여러 가지를 극복하려고 한다.
이러한 문제점들은 보다 구체적으로 연속 필라멘트의 불량한 적심 또는 함침 및 느린 작동 속도 또는 마찰 및 잔털 발생을 포함한다. 본 발명은 특별히 설계된 함침 다이 어셈블리를 통하여 함침될 섬유를 피딩함으로써 이 문제점들을 극복하려고 한다. 다이 어셈블리의 일반적 설계는 함침 매트릭스와 멀티필라멘트 스트랜드의 필라멘트 사이 접촉의 극대화를 고려한다. 본 발명은 또한 매우 감소된 마찰로 작동을 가능하게 하여서 잔털 발생을 회피하거나 적어도 실질적으로 감소시키고 라인 속도와 따라서 생산성을 향상시킨다. 본 발명은 또한 추가 탈가스화 시스템을 생략하도록 허용하는 유리한 다이를 제공한다. 또, 본 발명은 임의의 적합한 원료, 색상 및 첨가제 패키지를 사용할 뿐만 아니라 복합 구조물의 섬유 함유량을 조절하도록 제조업자에게 유연성을 제공한다. 또, 본 발명은 폐쇄된 함침 시스템에서 섬유를 함침시킴으로써 유해한, 휘발성 화학 물질 및 용매의 배출과 관련된 환경 및 배출 문제점을 극복한다. 또, 본 발명은 평평한 형상의 배치로 스프레딩된 섬유를 수렴하게 피딩하고, 섬유를 함침 물질의 두 부분 사이에 끼운 후, 그것을 평평한 횡단면을 가지는 통로를 통하여 당김으로써 복합 구조물에 보강 연속 섬유를 균일하게 분배하는 문제점을 해결한다. 또한, 본 발명은 작동 중에도 섬유 및 함침 물질의 초기 합류 지점에서 섬유를 사이에 끼운 함침 물질의 양을 조절함으로써 최적의 섬유 대 폴리머 비율을 달성하는 문제점을 해결한다. 이것은 작동 중 제기된 다양한 요구에 대응하기 위한 유연한 작동을 제공한다.
본원에서 사용된 대로 "필라멘트" 또는 "모노필라멘트" 는 섬유의 최소 증분 (increment) 을 의미하고자 한다. 본원에서 사용된 대로, 용어 "스트랜드", "토우" 또는 "다발" 은 그것의 함유량을 최대화하거나 제조, 취급, 수송, 저장 또는 그것의 추가 프로세싱을 용이하게 하기 위해서 당업자에게 공지된 수단에 의해 함께 집속, 조밀화 (compacted), 압축 또는 바인딩된 개수가 수십 개 내지 수천 개 범위이지만 이에 제한되지 않는 복수의 개별 섬유를 의미하고자 한다. "테이프" 는 전형적으로 보통 수지로 예비 함침된 인터레이싱되거나 일방향의 필라멘트, 스트랜드, 토우 또는 실 (yarns) 등으로 구성된 재료이다.
열가소성 또는 열경화성 수지와 같은 매트릭스를 보강하기 위해서 본 발명에 따라 이용될 수도 있는 연속 섬유는 유기, 합성, 천연, 광물, 유리, 세라믹, 금속 또는 이들의 혼합물이고 복수의 연속 필라멘트를 포함한다. 섬유는 용융된 열가소성 폴리머와 같은 함침 물질을 통하여 당겨지기에 충분히 강하고 충분한 무결성 (integrity) 및 강도를 가지는, 필라멘트, 스트랜드, 부직 베일, 연속 필라멘트 매트, ?드 (chopped) 스트랜드 매트, 직물과 같은 임의의 형태 및 조합일 수도 있고, 편리하게는 본 기술분야에서 "스트랜드" 라고 하는 개별 필라멘트의 다발로 이루어질 수도 있는데, 실질적으로 모든 필라멘트는 다발의 길이를 따라 정렬된다. 바람직하게, 섬유는 연속 필라멘트로 구성된 스트랜드 형태이다. 임의의 개수의 이러한 스트랜드가 이용될 수도 있다. 적합한 재료는 유리 섬유, 광물, 세라믹, 금속, 탄소, 흑연 섬유, 합성, 중합성 섬유 또는 천연 섬유 또는 이들의 혼합물 및 블렌드의 스트랜드 및 테이프를 포함한다. 상업적으로 이용할 수 있는 유리 조방사 (roving) 의 경우, 각각의 스트랜드는 전체적으로 최대 약 6,000 개 이상의 연속 유리 필라멘트를 갖는 하나 또는 여러 개의 더 적은 스트랜드로 이루어질 수도 있다. 최대 약 50,000 개 이상의 필라멘트를 포함한 탄소 섬유가 사용될 수도 있다. 본 발명의 범위 내에서 이용될 수도 있는 합성 섬유는 폴리올레핀, 아라미드 섬유, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 섬유, 아크릴 섬유, 비닐 섬유, 벤조옥사졸계 섬유, 셀룰로오스 및 셀룰로오스 유도체계 섬유, 탄소, 흑연 섬유, 폴리페닐렌 술파이드 섬유, 세라믹 섬유를 포함한다. 연속 섬유는 임의의 종래의 표면 사이징, 특히 프로세싱 전 저장 및 수송을 용이하게 하고 사용성을 개선하도록 설계된 것을 구비할 수도 있다. 부가적으로, 섬유를 마모로부터 보호하고 최종 복합 부품의 특징을 개선하도록 섬유, 특히 유리 섬유에 다른 코팅이 포함될 수도 있다.
본 발명에서, 함침 물질은 열가소성 또는 열경화성 전구체 시스템, 바람직하게 복합재 산업에서 통상적으로 섬유로 보강되는 결정성 또는 반결정성 엔지니어링 열가소성 수지일 수도 있다. 열가소성 폴리머의 예는 넓은 범주의 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술파이드, 폴리술폰, 폴리아세탈, ABS 또는 그것의 임의의 조합물을 포함한다. 한 가지 특히 바람직한 재료는 폴리프로필렌을 포함한다. 적합한 열경화성 폴리머 전구체는, 예를 들어, 에폭시, 노볼락, 페놀, 폴리에스테르, 비닐에스테르 수지, 폴리우레탄을 기반으로 한 것이다. 함침 물질은 임의의 주어진 함침 온도에서 다이 내에서 수성 또는 유기 캐리어 내 상기 폴리머의 용액, 에멀젼, 서스펜션 및 분산액과 같은 액체 형태, 용융된 형태 또는 겔 형태일 수도 있다. 함침 다이 어셈블리 내 열가소성 매트릭스와 같은 함침 물질의 점도는 함침을 위한 최적 용융 점도를 가지도록 함침 물질의 열화 (degradation) 온도 바로 아래까지 다이 어셈블리의 온도를 제어함으로써 조절될 수 있다. 장섬유로 보강된 복합 구조물의 프로세싱과 최종 용도 및, 복합 구조물이 사용되는 조건에 따라 다양한 첨가제가 함침 물질에 첨가될 수도 있다. 이러한 첨가제는 산화 방지제, 이형제, 함침 촉진제, 난연재, 충격 완화제, 점도 감소제, 윤활유, 안정화제 (compatibilizers), 커플링제, 습윤제와 균염제 및 착색제를 포함한다.
프로세스 및 함침 어셈블리가 아래 도면을 참조로 더 자세히 기술된다.
도 l 은 본 발명의 도시된 실시형태에 따른 프로세스를 수행하기에 유용한 설비와 장치의 다양한 피스 (pieces) 를 개략적으로 나타낸다. 연속 섬유 (5) 의 다발은 연속 필라멘트의 공급원 (4) 으로부터 공급된다. 바람직하게 연속 섬유 (5) 의 다발은 꼬임이 없고, 본 기술분야에서 스트랜드 또는 조방사로 또한 알려져 있다. 섬유는 개섬 및 스프레딩 수단 (2) 을 통과한다. 비록 송풍 수단 (2) 이 도 27 내지 도 49 에 기술되었지만, 임의의 다른 스트랜드 개섬 및 스프레딩 수단이 사용될 수도 있다. 결과적으로 생긴 섬유-개섬/스프레딩된 다발 (7) 은 함침 다이 어셈블리 (3) 를 통하여 피딩된다. 함침 물질 (8) 은 예컨대 압출기 (10) 또는 펌프 시스템을 이용해 함침 어셈블리 (3) 에 바람직하게 가압하에 전달된다. 결과적으로 생긴 함침된 섬유 (9) 는, 성형 다이 (프로파일 다이) (11) 로, 조방사, 로드, 리본, 테이프, 플레이트, 패널, 튜브, 실린더 또는 그 밖의 다른 특별한 형상과 같은 원하는 형상을 제공받을 수도 있다. 함침 물질 (8) 로 함침된 연속 섬유 (9) 는 성형 다이 (프로파일 다이) (11) 를 통과한 후에 종래의 당김 기구 (13) 로 테이크업 (take-up) 된다. 스퀴저 다이 (프로파일 다이) 또는 스퀴징 롤 또는 독터 블레이드 등을 사용해, 복합재 재료의 폴리머 함유량 및 따라서 섬유 함유량이 또한 최적으로 조절될 수 있다. 전체의 10 ~ 80 중량%, 바람직하게 20 ~ 70 중량%, 그리고 가장 바람직하게 30 ~ 65 중량% 의 섬유 함유량이 바람직하다. 당김 기구 (13) 로 테이크업된 장섬유로 보강된 복합 구조물은 자연적으로 또는 냉각 수단 (12) 에 의해 냉각되도록 허용될 수도 있거나, 필요하다면 가열 요소 또는 가열 다이 (미도시) 로 압밀 또는 경화될 수도 있다. 필요에 따라, 다이 어셈블리에서 나간 고온 함침된 연속 섬유는 최종 복합 부품을 만들도록 권취 코어에 14 로 직접 권취되거나 다른 프로파일로 성형된 후에 추가 프로세싱 전 절단기 또는 펠리타이저 (pelletizer) 로 원하는 길이로 선택적으로 절단될 수도 있다. 따라서, 함침된 섬유의 직접 권취는 인라인 함침된 연속 섬유 보강 복합 구조물을 유발하는 반면, 함침된 섬유의 성형 및 절단 후, 얻어진 섬유 보강 복합 구조물은 실질적으로 복합 구조물과 동일한 길이를 가지고 복합 구조물의 길이 방향으로 평행하게 정렬되고 내에 균일하게 분산된 충분히 함침된 보강 섬유를 포함한다.
이제 도 2 내지 도 6 을 참조해, 함침 어셈블리 (3) 의 특정 구조가 더 자세히 기술된다. 구체적으로, 함침 어셈블리 (3) 는 입구 단부 (301) 와 출구 단부 (302) 를 가지는 필라멘트용 통로 (30) 및 각각 유입구 (325) 와 유출구 (324) 를 가지는 함침 물질용 2 개의 통로 (323) 를 포함한다. 함침 물질은 유출구 (324) 를 통하여 통로 (323) 로부터 필라멘트용 통로 (30) 로 유동하고 필라멘트와 접촉하게 된다. 이 유출구 (324) 는 필라멘트 및 함침 물질의 초기 합류 지점에 있다. 필라멘트용 통로 (30) 는 초기 합류 지점에서 장방형 횡단면, 바람직하게 실질적으로 직사각형 횡단면을 가진다. 통로 (30) 의 상기 횡단면의 종횡비는 도 6 에서 AR(30) 으로 나타내는데 이것은 횡단면의 폭 (w(30)) 대 횡단면의 높이 (h(30)) 의 비율, 즉 AR(30) = w(30) : h(30) 이다. 보다 우수한 함침을 얻기 위해서 초기 합류 지점에서 종횡비 (AR(30)) 는 적어도 2 : 1, 바람직하게 적어도 4 : 1, 더 바람직하게 적어도 8 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 20 : 1, 가장 바람직하게 적어도 50 : 1 이다. 함침 물질용 2 개의 유출구 (324) 의 통로 (30) 와 교차 지점은 또한 유리하게도 장방형 형상을 가지고 서로 대향하여 통로 (30) 를 따라 위치한다. 교차 지점의 종횡비는 도 5 에서 AR(324) 로 나타내는데 이것은 교차 지점의 폭 (w(324)) 대 교차 지점의 높이 (h(324)) 의 비율, 즉 AR(324) = w(324) : h(324) 이다.
도 3 내지 도 6 에 기술된 제 1 실시형태에서, 함침 어셈블리 (3) 는 내부 다이 (31) 및 외부 다이 (32) 로 구성된다. 내부 다이 (31) 는 입구 단부 (301) 및 통로 (30) 의 일부를 형성하는 돌출 단부 (312) 를 가지는 통로 공간 (311) 을 규정한다. 외부 다이 (32) 는 내부 공간 (321), 통로 (30) 의 일부를 형성하는 출구 통로 (322), 함침 물질용 2 개의 통로 (323), 2 개의 유입구 (325) 및 2 개의 유출구 (324) 를 포함하는데 그것의 형상은 외부 다이 (32) 의 내부 공간 (321) 에 대해 내부 다이 (31) 를 위치시킴으로써 규정된다. 통로 공간 (311) 의 폭은 도 5 와 도 6 에 나타낸 것처럼 통로의 폭과 본질적으로 동일하거나 도 7 과 도 8 에 나타낸 것처럼 통로 (30) 의 폭보다 작을 수도 있다. 내부 다이 (31) 의 돌출 단부 (312) 는 평평한 횡단면, 바람직하게 직사각형 횡단면을 가진다. 돌출 단부 (312) 는, 장방형 형상을 가지고 서로 대향하여 통로 (30) 를 따라 위치한 함침 물질용 2 개의 유출구 (324) 를 만들기 위해서 외부 다이 (32) 의 내부 공간 (321) 의 내에 위치한다. 함침 어셈블리 (3) 의 통로 (30) 에서, 통로 공간 (311) 과 출구 통로 (322) 는 일렬로 정렬되고 유출구 (324) 바로 상류의 벽 (304) 은 내부 다이 (31) 의 일부로 이루어지고 유출구 (324) 바로 하류의 벽 (305) 은 도 2 에 나타난 것처럼 외부 다이 (32) 의 일부로 이루어진다. 함침 어셈블리는 도 9 및 도 10 에 나타난 것처럼 필라멘트용 통로 (30) 및 함침 물질용 통로 (323) 로서 어셈블리에 홈을 만들어줌으로써 내부 다이와 외부 다이의 조합체 대신에 다이를 구비할 수도 있다.
도 11 내지 도 14 에 나타낸 바람직한 실시형태에서, 함침 어셈블리 (3) 는 하나 이상의 조절 수단 (33) 을 더 포함한다. 조절 수단은 유출구 (324) 의 크기 또는 면적을 변경하기 위해서 유출구 (324) 에 대한 전후에 운동으로 유출구 (324) 의 바로 상류에서 벽 (304) 을 조절할 수 있게 움직인다. 도 14 는 도 11 에 도시된 절단 평면 XⅣ-XⅣ 에 의해 규정된 통로 (30) 의 소형 유출구 (324) 를 구비한 함침 어셈블리의 횡단면도를 나타내고, 도 13 은 도 12 에 도시된 절단 평면 XⅢ-XⅢ 에 의해 규정된 통로 (30) 의 대형 유출구 (324) 를 구비한 함침 어셈블리의 횡단면도를 나타낸다. 내부 다이 (31) 는 두 피스 (31a, 31b), 예를 들어 상부 섹션과 하부 섹션으로 분리될 수도 있고, 각각의 섹션은 통로 (30) 의 축선을 따라 개별적으로 이동할 수도 있다. 내부 다이 (31) 는 나사와 같은 다양한 기기 중 임의의 하나를 사용해 내부 다이 (31) 로부터 돌출한 플랜지에 의하여 외부 다이에 부착된다. 내부 다이 (31) 의 위치는 도 12 에 나타난 것처럼 내부 다이 (31) 를 외부 다이 (32) 에 부착하는 나사 (33) 를 죄어주거나 돌려줌으로써 축선 방향 통로 (30) 를 따라 수평으로 조절할 수 있다. 조절 수단은 또한 공압 및/또는 유압 조절 수단일 수도 있다. 이 조절은 프로세싱 중 수동 및/또는 자동 중 어느 하나로 작동될 수도 있고, 작동자는 함침된 복합재의 성질에 관한 피드백을 받아들이고 분석한다.
함침 다이는 외부 다이 (32) 의 출구 통로 (302) 의 바로 하류에 배치된 성형 다이 (11) 를 더 포함할 수도 있다. 성형 다이는 서로 본질적으로 대향하여 배치된 적어도 2 개의 다이 유닛을 포함할 수도 있고, 적어도 하나의 다이 유닛은 도 12a 에 나타낸 화살표 (B) 를 따라 내에 포함된 대응하는 조절 수단에 의한 상하 운동으로 슬라이딩 가능하게 조절될 수도 있다. 성형 다이 (11) 의 상기 조절 수단 (111) 은 대향한 성형 다이 유닛 사이의 거리를 조절하도록 편심 나사를 포함할 수도 있다. 이러한 시스템의 장점은 단지 나사를 돌려줌으로써 라인 또는 생산 가동 중에 결과를 조작할 수 있는 가능성이다.
함침 어셈블리 (3) 에서 함침 물질, 특히 열가소성 매트릭스의 충분한 유량을 보장하도록, 함침 어셈블리 (3) 는 바람직하게 외부 다이 (32) 를 따라 배치된 히터로 가열되고 열가소성 수지의 용융 또는 연화 온도를 보통 적당히 초과하는 온도 범위에서 유지된다. 열가소성 용융물은 바람직하게 1 ~ 80 바, 더 바람직하게 10 ~ 60 바 및 가장 바람직하게 15 ~ 50 바의 압력으로 다이 안으로 피딩된다.
도 16 내지 도 18 은 함침 어셈블리 (3) 의 다른 바람직한 실시형태를 나타낸다. 함침 물질용 통로 (323) 는 단지 하나의 유입구 (미도시) 를 요구하고 적어도 2 개의 유출구 (324) 로 연속되는 2 개의 통로로 갈라질 수도 있다. 도 18 에 나타난 것처럼, 함침 물질은 직선 형상을 가지는 채널을 통하여 함침 어셈블리 (3) 의 통로 (30) 에 제공된 후에 그것의 출구 단부에 평평한 횡단면을 가지는 분기 구역을 통과할 수도 있다. 유출구 (324) 의 크기는 함침 어셈블리의 통로 (30) 의 축선 방향을 따라 내부 다이 (31) 와 외부 다이 (32) 사이의 거리를 설정하는 예컨대 나사 (33) 를 사용해 외부 다이 (32) 에 대해 내부 다이 (31) 를 슬라이딩시킴으로써 조절할 수 있다. 통로 (323) 의 분기 구역에 의해 규정된 통로 (30) 로 함침 물질의 분사 각도 (β°) 는, 필라멘트의 파괴를 회피하면서 필라멘트를 전진 피딩을 용이하게 하고 함침 프로세스를 보조하도록, 필라멘트의 방향 (A) 에 대해 90° 미만, 바람직하게 5° ~ 80°, 더 바람직하게 30 ~ 60° 일 수도 있다. 함침 매트릭스의 2 개의 대향한 층들에 의해 제공된 이런 분사 각도 및 분사 압력의 조합은 평면에 배치된 필라멘트 다발 내에 트랩된 공기의 상류 이탈을 고려하고 높은 작동 속도 하에 양호한 함침을 유발한다.
도 19 와 도 20 은 함침 어셈블리 (3) 를 사용한 함침을 위한 바람직한 프로세스를 개략적으로 도시한다. 함침 물질 (8) 은 2 개의 유출구 (324) 에 의하여 함침 어셈블리 (3) 의 통로 (30) 까지 도 16 내지 도 18 에 도시된 외부 다이 (32) 의 통로 (323) 를 통하여 제공되고 통로 (30) 를 통과하는 섬유의 다발 (7) 과 만난다. 이와 관련해서 섬유의 다발 (7) 은 함침 어셈블리 (3) 로 진입하기 전에 도 27 내지 도 49 에 나타낸 스프레더 또는 다른 종래의 섬유 개섬 또는 스프레딩 수단으로 실질적으로 개별적으로 스프레딩되는 다수의 필라멘트이다. 적어도 2 : 1, 바람직하게 적어도 4 : 1, 더 바람직하게 적어도 8 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 20 : 1, 가장 바람직하게 적어도 50 : 1 의 종횡비 (AR(30) = w(30) : h(30)) 를 가지는 평평한 횡단면을 가지는 통로 (30) 에서, 개섬 또는 분리된 섬유가 평면에 배치된다. 유출구 (324) 는 적어도 2 : 1, 더 바람직하게 적어도 3 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 4 : 1, 가장 바람직하게 적어도 8 : 1 의 종횡비 (AR(324) = w(324) : h(324)) 를 갖는 장방형 또는 직사각형 형상을 가지고 서로 대향하여 위치한다. 스프레딩된 섬유 다발 (7) 은 필라멘트의 이동 방향 (A) 에 대해 90° 미만, 바람직하게 5° ~ 80°, 더 바람직하게 30° ~ 60° 의 각도 (β) 로 유출구 (324) 를 통하여 통로 (30) 로 도입되는 함침 물질 (8) 의 두 개의 유동과 합류한다. 적어도 2 : 1, 더 바람직하게 적어도 3 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 4 : 1, 가장 바람직하게 적어도 8 : 1 의 종횡비 (AR(매트릭스) = w(매트릭스) : h(매트릭스) 를 갖는 장방형 횡단면을 가지는 함침 물질 (8) 의 두 개의 유동은 필라멘트를 사이에 끼우고 필라멘트로 함침하면서 외부 다이 (32) 의 출구 통로 (322) 를 통과한 후, 하나의 함침된 섬유 보강 복합품 (9) 으로서 출구 단부 (302) 를 통하여 함침 어셈블리 (3) 를 나간다.
함침 어셈블리 (3) 는 공구 강, 탄소 강 및 스테인리스 강과 같은 다이 툴링 (tooling) 에 사용되는 다양한 재료 중 임의의 재료로 구성될 수도 있다. 바람직하게, 함침 어셈블리 (3) 구성은 적합한 스테인리스 강 재료를 기초로 한다.
본 발명에 따른 함침 어셈블리 (3) 가 더 높은 산출량과 생산성을 부여하기 위해서 스프레딩되거나 분리된 섬유가 함침 다이 (3) 를 통하여 많이 감소된 마찰로, 그리하여 비교적 높은 속도 (예컨대, 1m/초 초과) 로 당겨질 수 있도록 설계되는 것이 중요하다. 스프레딩된 섬유를 함침하는 함침 어셈블리는 단독으로 속도를 제한하지 못한다는 것을 알 것이다. 제한은 오히려 섬유의 함침 후에 인라인으로 만들어지는 제품으로부터 또는 함침된 섬유의 후처리로부터 또는 함침 재료 피더 (예컨대, 압출기 또는 펌프) 의 용량으로부터 비롯된다. 가동 속도는 그것의 요건으로 만들어지는 복합 구조물에 따라 실용적일 필요가 있다.
도 23 및 도 24 에 나타낸 다른 실시형태에서, 함침 어셈블리 (3) 는 (a) 필라멘트용 통로 공간 (311), 돌출 단부 (312) 및 입구 단부 (301) 를 포함하는 내부 다이 (31), (b) 내부 공간 (321), 출구 통로 (322), 출구 단부 (302) 및 함침 물질용 통로 (323) 를 포함하는 외부 다이 (32) 로 구성된다. 상기 내부 다이 (31) 는 외부 다이 (32) 의 내부 공간 (321) 에 위치하고 내부 다이 (31) 의 돌출 단부 (312) 는 함침 물질용 유출구 (324) 를 형성하도록 위치한다. 상기 통로 (30) 는 내부 다이 (31) 의 통로 공간 (311) 과 외부 다이 (32) 의 출구 통로 (322) 를 포함하고, 상기 통로 공간 (311) 과 상기 출구 통로 (322) 는 일렬로 정렬된다. 함침 어셈블리 (3) 는 함침 물질용 유출구 (324) 의 크기를 변경하기 위해서 통로 (30) 의 축선 방향을 따라 내부 다이 (31) 와 외부 다이 (32) 사이의 거리를 제어하는 적어도 하나의 조절 수단 (33) 을 더 포함한다. 바람직하게 필라멘트용 통로 (30) 는 도 25 및 도 26 에 나타난 것처럼 통로 (30) 안으로의 유출구 (324) 의 지점에서 적어도 2 : 1 (w(30) : h(30)), 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1 의 종횡비 (AR(30)) 를 갖는 장방형 횡단면을 가진다. 조절 수단은 공압 및/또는 유압 조절 수단일 수도 있다. 이 조절은 함침된 복합재의 성질에 관한 피드백을 받아들이고 분석하면서 작동 중 수동 및/또는 자동으로 수행될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 적용으로서, 본 발명의 함침 어셈블리 및 방법은 함침 단계 후에 다양한 형상 및 크기의 권취 코어 상으로 연속 장섬유를 권취함으로써 권취된 도관 (vessel) 또는 래핑된 (wrapped) 튜브와 같은 필라멘트 권취 제품의 인라인 제조를 위해 사용될 수도 있다. 유리하게도, 압밀 단계가 감소되거나 제외되도록 함침된 섬유가 여전히 고온일 때, 권취 단계는 함침 단계 직후에 수행될 수 있다.
중첩 방식으로 권취 코어 상에 단섬유로 보강된 열가소성 수지의 밴드 재료를 나선형으로 권취함으로써 튜브 구조물을 제조하는 방법은 예를 들어 CA 2548983 에 공지되어 있다. 이 방법에서, 테이프 형상의 보강된 열가소성 재료가 맨드릴 (mandrel) 상에 권취되기 전, 절단된 섬유는 열가소성 재료와 혼합된다.
반대로, 바람직한 방법에 따르면, 열가소성 테이프와 같은 테이프 형상의 함침 물질이 연속 장섬유로 보강되고 권취 코어 상에 권취된다. 함침 물질로 함침된 연속 섬유가 함침 어셈블리에서 발생한 후, 연속 섬유는 중첩 방식으로 권취 코어 상에 권취될 수도 있다.
권취 코어는 도 1 에 나타난 것처럼 연속 섬유 (5) 의 공급원 (4) 으로부터 함침 어셈블리 (3) 를 통하여 공급되는 섬유를 당기는 당김 기구 (13) 로서 회전하고 실시되도록 모터에 결합될 수도 있다.
권취 코어는 복잡한 로봇식 회전 설비 또는 권취 코어와 평행한 가이드를 따라 전후에 이동하도록 된 더 간단한 왕복 기구에 장착될 수도 있다. 함침 물질로 함침된 연속 섬유는 바람직하게 사각 (oblique angle) 으로 함침 어셈블리로부터 프로파일 다이를 통하여 권취 코어에 공급될 수도 있다.
권취 코어는 함침 물질을 연화된 상태로 유지하기 위해서 온도를 제어하기 위한 수단에 의해 둘러싸일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 방법에 따라 제조된 권취된 도관 또는 래핑된 튜브는 함침 물질의 래핑 테이프 내에서 연속 상태로 그리고 평행하게 나가는 섬유에 의해 초래되는 구별되는 기계적 성질과 미관을 가질 수도 있다.
도 27 내지 도 35 는 본 발명에 따른 스프레더 어셈블리 (2) 의 바람직한 실시형태를 도시한다. 도 27 내지 도 29 및 도 32 에 나타난 것처럼, 섬유용 통로 (21) 가 도 35 에 도시된 대로 제공되도록 스프레더 어셈블리 (2) 는 함께 결합될 커버 (25) 및 베이스 (26) 를 구비한다. 스프레더 어셈블리는 2 개의 측면, 후면, 정면, 상부면 및 바닥면을 포함한다. 커버 (25) 는 임의의 두께를 가지는 직사각형 플레이트이고 도 32 에 가장 잘 나타난 것처럼 커버 (25) 의 두께를 통과하는 관통홀 (242) 을 포함한다. 관통홀 (242) 은 공기의 통과를 허용한다. 관통홀 (242) 의 일 단부는 커버 (25) 의 상부면 (204) 에 배치된, 도 30 에 나타난 대로 공기 유입구 (241) 에 대응한다. 관통홀 (242) 의 반대쪽 단부는 도 32 및 도 34 에 나타난 것처럼 3 개의 작은 홀을 가지는 공기 유출구 (24) 에 대응한다. 커버 (25) 의 바닥면은 통로 (21) 를 위한 상부벽을 형성한다 (도 27 내지 도 29, 도 32 및 도 35). 베이스 (26) 는 임의의 두께를 가지는 직사각형 플레이트이고 섬유용 통로 (21) 에 대응하는 축선의 길이 방향으로 홈 (21) 을 포함한다. 홈 (21) 은 직선 구역 (22) 및 분기 구역 (23) 을 포함한다. 직선 구역 (22) 은 베이스 (26) 의 일측으로부터 도 32, 도 33 및 도 35 에 나타난 것처럼 직선 구역 (22) 과 분기 구역 (23) 의 상호 연결부인 지점 (231) 까지 일정한 폭과 깊이를 가진다. 바람직하게, 분기 구역 (23) 은 일정한 깊이를 가지지만 섬유를 위한 최고의 스프레딩을 얻기 위해서 그것의 길이에 대해 바뀔 수도 있다. 구역 (23) 은 도 32, 도 33 및 도 35 에 나타난 것처럼 지점 (231) 으로부터 베이스 (26) 후면의 출구 단부 (232) 까지 각도 (α˚) 로 외향 분기되는 측벽 (234) 을 포함한다. 커버 (25) 와 베이스 (26) 는 나사 또는 클램프 (미도시) 와 같은 편리한 결합 수단에 의해 함께 결합된다. 베이스 (26) 의 홈 (21) 과 커버 (25) 의 바닥면은 도 32, 도 34 및 도 35 에 나타난 것처럼 필라멘트용 통로 (21) 를 형성한다. 통로 (21) 는 유입 개구 (211), 유출 개구 (232), 베이스 (26) 의 분기 구역 (23) 과 커버 (25) 에 의해 제공되는 분기 구역 (23) 및, 베이스 (26) 의 직선 구역 (22) 과 커버 (25) 에 의해 제공되는 내부 채널 (22) 을 가진다. 바람직하게 섬유 스트랜드에 적용된 압축 공기가 공기를 소모하지 않으면서 개별 필라멘트 사이의 링크를 파괴하도록 공기 유출구 (24) 는 내부 채널 (22) 내부 및 분기 구역 (23) 으로부터 바로 상류에 있도록 위치된다. 어셈블리가 직선 내부 채널 (22) 을 포함하지 않는 경우, 공기 유출구 (24) 는 분기 구역 (23) 의 입구 단부 (231) 에 인접할 수도 있다. 공기 유출구 (24) 에 배치된 작은 홀은 하나 또는 하나를 초과할 수도 있고 홀의 수는 더 적은 스트랜드 또는 개별 섬유로 이 스트랜드의 최적 개섬을 달성하는 요건 및 투입 스트랜드 폭에 따라 바뀔 수도 있다. 작은 홀은 내부 채널 (22) 의 횡방향을 따라 정렬될 수도 있다. 도시된 대로, 공기용 통로에 대응하는 관통홀 (242) 은 각도를 이루며, 바람직하게 실질적으로 필라멘트용 통로 (21) 에 대해 직각을 이루며 커버 (25) 를 통과한다. 대안적으로, 최고의 분리를 달성하기 위해서 실제적으로 원하는 각도로 관통홀 (242) 을 배향할 수 있다. 분기 구역 (23) 의 측벽 (234) 의 분기각 (α˚) 은 5° ~ 45°, 바람직하게 10° ~ 40° 이다. 후속 프로세싱을 위한 폭 요건에 따르는 스프레딩된 섬유를 위한 원하는 폭을 달성하도록 각도 (α˚) 가 선택되는 것이 언급될 것이다. 더 넓은 스프레딩이 요구된다면, 더 큰 각도 및/또는 더 긴 분기 구역이 선택될 필요가 있을 것이다. 바람직하게, 내부 채널 (22) 의 길이는 10 ~ 30 mm 이지만 여기에 제한되지 않는다. 투입된 섬유 스트랜드가 바람직하게 용이하게 채널 (22) 을 통과하도록 내부 채널 (22) 의 횡단면의 폭 (w(22)) 및 높이 (h(22)) 는 투입된 섬유 스트랜드 폭뿐만 아니라 두께에 따라 선택되어서, 스트랜드를 개별 섬유로 분리하기 위한 공기의 효율적 사용을 허용한다. 내부 채널 (22) 은 적어도 2 : 1, 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1, 그리고 더욱더 바람직하게 적어도 12 : 1 의 종횡비 (AR(22) = w(22) : h(22)) 를 갖는 직사각형 횡단면을 가진다. 필라멘트용 통로 (21) 는 어떠한 직선 채널도 없이 분기 구역 (23) 만 포함할 수도 있다. 유리하게도 설비는 다른 용도를 가능하게 하는데, 예를 들어 단지 단단히 바인딩된 스트랜드 내부의 섬유 사이에 존재하는 링크를 개방하는 파괴가 바람직하다면, 가능한 가장 작은 각도 (α˚), 바람직하게 2 ° 미만을 선택하는 것이 이러한 결과를 제공할 것이다. 분기 구역 (23) 의 깊이는 점차 바뀔 수도 있다. 분기 구역 (23) 의 폭과 길이는 또한 스프레딩된 섬유를 위한 원하는 치수 또는 원하는 횡단면적을 얻기 위해서 적당히 변경될 수도 있다. 도 36 은 섬유 스트랜드가 화살표 (A) 로 나타낸 방향으로 이동함에 따라 내부 채널 벽으로부터 각도 (α˚) 로 분기하는 측벽 (234) 을 가지는 분기 구역 (23) 을 포함하는 통로 (21) 내에서 섬유 스트랜드의 개섬 및 스프레딩 프로세스를 실시예로서 보여주고 압축 공기는 분기 구역으로부터 바로 상류 지점에서 섬유 스트랜드와 직각으로 적용된다. 화살표는 섬유의 주요 이동 방향을 나타낸다.
섬유 스트랜드는, 상업적으로 이용할 수 있는 스풀 또는 조방사와 같은, 섬유 스트랜드 공급원으로부터 공급될 수도 있다. 섬유 스트랜드는 유입 개구 (211) 를 통하여 스프레딩된 어셈블리 (2) 를 가로질러 통로 (21) 안으로 통과한다. 섬유 스트랜드는 직선 채널 (22) 및 분기 채널 (23) 을 통하여 자유롭게 이동하거나 통과할 수 있다. 통과하는 섬유 스트랜드는 인라인 후속 프로세스에 의해 또는 임의의 적합한 수단에 의해 가해지는 당김력에 따라 속력을 달성한다. 후속 프로세스가 섬유를 당기는 경우 특수한 또는 분리된 당김 기기가 필요하지 않다. 예를 들어, 전동 회전 실린더, 튜브 또는 맨드릴은 주어진 권취 속도로 권취 프로세스 중에 섬유를 당길 수 있다. 또 다른 실시예에서, 함침된 섬유는 원하는 길이의 펠릿을 만들기 위해서 로드로 성형되고 초퍼 (chopper) 에 의해 당겨질 수도 있다. 알 수 있듯이, 속도는 펠릿화와 같은 후속 프로세스의 속도 요건에 의해 결정될 것이다. 예를 들어, 펠릿화는 수십 내지 수백 미터/분의 속도로 수행될 수도 있다.
공기 유입구 (241) 를 통하여 공기 통로로 공급된 압축 공기 유동이 공기 유출구 (24) 에 배치된 작은 홀을 통하여 각도를 이루며, 통로 내에서 바람직하게 직각을 이루며 섬유 스트랜드 (5) 에 적용된다. 공기 압력은 개별 섬유 사이의 링크의 강도에 따라 선택된다. 스프레더 어셈블리 (2) 로 들어오는 기류의 바람직한 압력은 대략 0.1 ~ 5 바의 범위에 있다. 통상적으로 이용할 수 있는 상업용 스트랜드에 대해, 0.5 ~ 3 바의 공기 압력이 양호한 섬유의 개섬을 얻는데 매우 적합할 수도 있다. 압력 구배는 분기 구역 (23) 을 가로질러 발생된다. 압력 차이로 인해, 분기 구역의 입구 단부 (231) 를 통하여 분기 구역 (23) 으로 들어오는 공기는 분기 구역의 유출구 단부 (232) 를 향하여 분기 구역 (23) 의 전체 폭을 통하여 유동한다. 그러므로, 처음에는, 수직 기류가 예를 들어, 사이징제 또는 바인딩제, 물리 화학적 상호작용, 정전기력, 기계, 압축 또는 마찰력에 의해 발생된 다발 섬유 스트랜드 (5) 의 개별 필라멘트 사이의 링크를 파괴하고, 그 후, 분기 구역에서 발생된 분기 공기 스트림이 도 36 에 나타난 대로 산개 및 분리된 스트랜드 또는 필라멘트가 넓게 스프레딩되고 균일하게 분산되도록 한다. 본 발명의 장점은, 적층되게 또는 나란히 배치된 필라멘트용의 둘 이상의 스프레더 유닛 또는 통로를 포함하는 스프레더 어셈블리를 사용함으로써 넓게 스프레딩되고 균일하게 분산되는 둘 이상의 섬유 스트랜드에 동시에 실시될 수도 있다는 것이다. 이것은 넓은 복합 밴드뿐만 아니라 다량의 보강 섬유를 포함하는 복합 구조물을 제조하는데 적합하다. 따라서, 분리된 여러 스프레더 유닛 또는 채널은 스프레딩된 섬유를 위한 원하는 폭과 복합 보강 구조물로 인라인 후속 프로세싱을 위해 요구되는 원하는 양의 유리 중량% 를 얻기 위해서 함께 조합되고 이러한 조합체로 배치될 수도 있다. 또한, 종래 수단에 의해 스프레더 유닛 또는 채널의 공기용 각 유입구를 공기 압축기에 연결함으로써, 모든 스프레더 유닛 또는 채널은 하나의 공기 공급부를 공유할 수도 있다.
다른 실시형태에 따르면, 필라멘트용의 하나를 초과하는 통로를 가지는 하나를 초과하는 스프레더 유닛을 쌓아올릴 수 있다. 도 37 내지 도 49 는 3 개의 스프레더 유닛 (2a, 2b, 2c) 및 필라멘트용 6 개의 통로 (21a, 21b, 21c) 를 포함하는 본 발명에 따른 스프레더 어셈블리 (2) 의 다른 바람직한 실시형태를 도시한다. 각각의 스프레더 유닛 (2a, 2b, 2c) 은 커버 (25a, 25b, 25c) 및 베이스 (26a, 26b, 26c) 를 포함하고, 이것은 나사 또는 클램프와 같은 종래 수단에 의해 함께 결합된다. 각각의 유닛 (2a, 2b, 2c) 은 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 필라멘트용 통로 (21a, 21b, 21c) 를 포함한다. 유닛 (2a, 2b) 의 한 쌍의 통로 (21a, 21b) 는 유닛 (2a) 의 관통홀 (242a) 과 유닛 (2b) 의 관통홀 (242b) 의 위치의 중첩을 회피하기 위해서 측방향으로 이동된다. 유닛 (2c) 의 한 쌍의 통로 (21c) 는 유닛 (2c) 의 가운데에 위치한다. 스프레더 유닛 (2a) 의 커버 (25a) 는 도 38, 도 39 및 도 42 내지 도 44 에 나타난 대로 공기 통로에 대응하는 4 개의 관통홀 (242a, 242b) 을 포함한다. 2 개의 관통홀 (242a) 은 상대적으로 공기 유출구 (24a) 를 통하여 통로 (21a) 에 연결되고 다른 관통홀 (242b) 은 상대적으로 관통홀 (242b) 을 통하여 통로 (21b) 에 연결된다. 홀 (242b) 은 커버 (25a), 베이스 (26b) 및 커버 (25b) 를 통과한다. 스프레더 유닛 (2c) 의 커버 (25c) 는 도 38 및 도 39 에 나타낸 대로 공기 통로에 대응하는 2 개의 관통홀 (242c) 을 포함한다. 관통홀 (242c) 은 상대적으로 공기 유출구 (24c) 를 통하여 통로 (21c) 에 연결된다. 내부 유닛 (2b) 및 바닥 유닛 (2c) 은 각각의 베이스 (26b, 26c) 와 함께 결합된다.
실시예
실시예 1
본 발명에 따른 함침 시스템은 높은 라인 속도로 열가소성 폴리머를 이용해 연속 섬유를 함침하고 보강 연속 섬유가 균일하게 분배된 복합 구조물을 제공하는데 사용되어 왔다.
3B-Fibreglass 로부터 상업적 유리 섬유 직접 조방사 (GFDR) SE4220 이 3,000 텍스 (g/㎞) 를 제공하는 19 μ 직경의 필라멘트로 구성된 유리 섬유 스트랜드 투입물로서 사용되었다. 각각의 GFDR 은 용이한 스트랜드 당김을 가능하게 하도록 테이블에 장착된 자유 회전 디스크에 배치되었다. 풀어주는 동안으로의 어떠한 꼬임도 피하기 위해서 GFDR 은 바깥쪽으로부터 풀렸다. 전체 6 개의 직접 조방사가 함침을 위해 동시에 사용되었다.
본 발명에 따른 스프레더 어셈블리 유닛은 도 37 내지 도 45 에 나타난 것처럼 6 개의 직접 조방사로부터 유리 섬유 스트랜드를 위한 6 개의 유입구를 가능하게 하는 6 개의 채널로 배치되었다. 각각의 스트랜드는 또한 채널 (내부 채널) 의 직선부의 시작부인 6 ㎜ x 0.5 ㎜ 의 하나의 유입구 입구를 통과하고, 또한 채널의 분기부 (분기 구역) 의 출구인 각각 30 ㎜ x 0.7 ㎜ 의 각각의 유출구를 통하여 나갔다. 6 개의 채널 각각은 직선 및 분기 채널부를 포함하였고 60 ㎜ 의 전체 채널 길이를 가졌고, 20 ㎜ x 6 ㎜ x 0.5 ㎜ 의 치수를 가지는 직선 채널부 바로 다음에 약 20.6° 의 분기각을 가지는 40 ㎜ 의 길이를 가지는 분기 채널부가 뒤따르고, 출구에 대해 30 ㎜ x 0.7 ㎜ 의 치수로 이어졌다. 1.5 바 압력의 공기는 본질적으로 채널에 직각을 이루는 각 채널의 공기 유입구 홀을 통하여 6 개의 채널로 분배되었다. 각각의 공기 유입구 홀은, 채널 폭을 가로질러 배치되고 공기가 섬유 채널로 들어가는 분기부의 입구 단부 바로 상류 지점에 위치한, 각각 1 m 직경의 3 개의 핑거 홀로 이어졌다. 유출구 출구가 50 : 1 (40 ㎜ x 0.8 ㎜) 의 AR30 으로 함침 다이 유입구로 안내된 70 ㎜ 폭의 평평한 스프레딩된 스트랜드 밴드를 전체적으로 제공하도록 이 유닛의 6 개의 채널이 배치되었다. 섬유는 주어진 속도로 함침 다이의 유출구 출구로부터 당김/권취 기구에 의해 당겨졌다. 파괴된 필라멘트, 스트랜드의 파괴 및 잔털 또는 라인 정지 또는 중단이 관찰되지 않았다. 스프레딩 품질, 즉 스프레딩 유닛 설정으로부터 예상되는 스프레딩된 폭은 스프레딩된 폭을 측정하고 가동 라인에서 스프레딩을 시각적으로 검사함으로써 평가되었다. 함침 다이 유입구로 진입하기 전, 이동하는 스프레딩된 섬유 밴드는 300 ℃ 로 설정된 기류 가열 건 (heating gun) 을 사용해 가열되었다.
함침 물질로서, 430 g/10 분의 MFR 및 대략 160 ℃ 의 MP 를 가지는 상업적으로 이용할 수 있는 말레산 무수물 그라프트 폴리프로필렌 등급 Exxelor PO l020 의 1.2 중량% 와, 트윈 ZSK30 압출기를 사용해, 45 의 MFR (용융 유량, MFR 은 230 ℃ 와 2.16 kg 에서 g/10 분으로 표현됨) 및 대략 160 ℃ 의 MP 를 가지는 열가소성 사출 몰딩 등급 폴리프로필렌이 예비 입자화되었다. 예비 입자화된 열가소성 매트릭스는 그것의 출구에 부착된 본 발명의 함침 다이로 대략 265 ~ 270 ㎤/분의 용융된 열가소성 공급물 (feed) 을 공급하도록 설정된 단일 스크류 압출기로 피딩되었다. 함침 다이 유입구와 유출구는 50 : 1 (40 ㎜ x 0.8 ㎜) 의 AR30 으로 결정되었는데, 이것은 또한 스프레딩된 섬유용 통로를 형성하였다. 함침 다이 내에서 섬유 통로와 교차하는 함침 물질용 2 개의 유출구는 8 : 1 (40 ㎜ x 5 ㎜) 의 AR324 로 설정되었다. 함침 다이는 300 ℃ 로 온도를 유지하기 위해서 가열 플레이트로 외부가 완전히 커버되었다. 압출기는 그 출구에 부착된 함침 다이로 의 대략 265 ~ 270 ㎤/분의 용융된 열가소성 공급물 20 m/분을 섬유 당김 속도로 공급하도록 설정되었다. 용융된 열가소성 수지로 함침된 유리 필라멘트의 다이 산출량은 60 중량% 의 유리 함유량과 대략 0.5 ㎜ 의 평균 두께를 보여주었다.
함침된 필라멘트의 추가 평평화 또는 늘림은 250 ℃ 로 유지되는 2 개의 세라믹 롤 위로 용융된 열가소성 수지로 함침된 유리 필라멘트의 산출량을 통과시킴으로써 이루어졌다. 따라서, 냉각 후의 60 mm 의 평균 폭과 대략 0.33 mm 의 평균 두께를 가지는 테이프가 얻어졌다. 이동하는 테이프의 테이프 면에 대해 라인 속도와 동일한 속도로 움직이는 냉간 습식 금속 플레이트 (cold, wet metal plate) 를 프레스 유지함으로써 냉각 또는 급냉이 수행되었다. 현미경 (미국 FEI 사의 광학 카메라를 구비한 고품질 주사 전자 현미경과 결합된 Phenom Microscope) 화상은 도 50 에 나타낸 것처럼 열가소성 매트릭스 수지 내에서 양호한 섬유 분산을 나타낸다.
실시예 2
실시예 1 에서처럼, 함침 물질이 대략 128 ℃ 의 Mp 와 대략 15 g/ 10 분 (190 ℃, 2.16 kg) 의 MFR 을 가지는 특허 폴리올레핀 조성물이라는 점을 제외하고는 본 발명에 따른 동일한 스프레더 어셈블리 및 함침 다이가 사용되었다. 압출기는 대략 245 ~ 250 ㎤/분의 용융된 열가소성 공급물을 그것의 출구에 부착된 함침 다이로 20 m/분의 섬유 당김 속도로 공급하도록 설정되었다. 250 ℃ 로 유지되는 2 개의 세라믹 롤을 거쳐서 통과한 후, 냉각 후의 65 mm 의 평균 폭과 대략 0.29 mm 의 평균 두께를 가지는 테이프가 대략 62 중량% 의 유리 함유량을 가지고 얻어졌다. 현미경 (미국 FEI 사의 광학 카메라를 구비한 고품질 주사 전자 현미경과 결합된 Phenom Microscope) 화상은 도 51 에 나타난 것처럼 열가소성 매트릭스 수지 내에서 양호한 섬유 분산을 나타낸다.
실시예 3
실시예 1 처럼, 동일한 함침 다이가 사용되었지만 본 발명의 스프레더 어셈블리는 60 mm 의 스프레딩된 섬유 밴드 폭을 제공하도록 4 개의 채널로 선택되었다. 따라서, 유리 섬유 직접 조방사의 4 개의 스트랜드가 사용되었다. 압출기는 대략 285 ~ 290 ㎤/분의 용융된 열가소성 공급물을 그것의 출구에 부착된 함침 다이로 30 m/분의 섬유 당김 속도로 공급하도록 설정되었다. 250 ℃ 로 유지되는 2 개의 세라믹 롤을 거쳐 통과한 후, 대략 58 중량% 의 유리 함유량과 함께, 냉각 후의 46 mm 의 평균 폭과 대략 0.3 mm 의 평균 두께를 보이는 테이프가 얻어졌다. 현미경 (미국 FEI 사의 광학 카메라를 구비한 고품질 주사 전자 현미경과 결합된 Phenom Microscope) 화상은 도 52 와 도 53 에 나타난 것처럼 열가소성 매트릭스 수지 내에서 양호한 섬유 분산을 나타낸다.
실시예 4
나사를 돌려줌으로써 함침 물질의 2 개의 유출구 채널 중 하나 (하부) 가 완전히 폐쇄되었다는 점을 제외하고 실시예 3 과 같다. 이것은 함침 물질이 단지 상부로부터 스프레딩된 섬유 밴드와 초기에 만나도록 허용하고 따라서 단지 스프레딩된 섬유 밴드의 상부면으로부터 스프레딩된 섬유를 침투할 것이다. 압출기는 대략 285 ~ 290 ㎤/분의 용융된 열가소성 공급물을 그것의 출구에 부착된 함침 다이로 30 m/분의 섬유 당김 속도로 공급하도록 설정되었다. 함침 물질의 양쪽 유출구가 개방되었을 때와 비교해 분명히 훨씬 낮은 받아들일 수 있는 품질을 가지는 산출 테이프가 관찰되었다. 실시예는 함침 물질이 열가소성 매트릭스인 적어도 이 실시예에서 주어진 조건하에 단지 일측으로부터 함침 물질을 가지는 비효율성을 입증하였다. 현미경 (미국 FEI 사의 광학 카메라를 구비한 고품질 주사 전자 현미경과 결합된 Phenom Microscope) 화상은 도 54 에 나타난 것처럼 밴드의 일측이 함침 물질로 알맞게 둘러싸지 않았음을 나타낸다.

Claims (33)

  1. 함침 물질 (8) 로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1) 으로서, 상기 함침 시스템 (1) 은, 함침 어셈블리 (3) 를 포함하고, 상기 함침 어셈블리 (3) 는,
    (a) 입구 단부 (301) 및 출구 단부 (302) 를 가지는, 상기 필라멘트용의 적어도 하나의 축선 방향 통로 (30); 및
    (b) 상기 함침 물질용의 적어도 하나의 유입구 (325) 및 상기 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구 (324) 를 가지는, 상기 함침 물질용의 적어도 하나의 통로 (323) 를 구비하고,
    - 상기 필라멘트용 통로 (30) 는 상기 함침 물질용 유출구 (324) 지점에서 장방형 횡단면을 가지고;
    - 상기 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구 (324) 는 장방형 횡단면을 가지고,
    - 상기 필라멘트용 통로 (30) 의 대향한 폭에서 서로 본질적으로 대향하여 배치되는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필라멘트용 통로 (30) 는 함침 물질용 상기 유출구 (324) 에서 적어도 2 : 1 (w(30) : h(30)), 바람직하게 적어도 4 : 1, 더 바람직하게 적어도 8 : 1, 더욱더 바람직하게 적어도 20 : 1, 가장 바람직하게 적어도 50 : 1 의 종횡비 (AR(30)) 를 갖는 장방형 횡단면을 가지는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필라멘트용 통로 (30) 안으로의 상기 함침 물질용 유출구 (324) 의 폭이 상기 통로 (30) 의 폭과 본질적으로 동일한, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필라멘트용 통로 (30) 안으로의 상기 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구 (324) 는 적어도 2 : 1 (w(324) : h(324)), 바람직하게 적어도 4 : 1, 더 바람직하게 적어도 8 : 1 의 종횡비 (AR(324)) 를 갖는 장방형 횡단면을 가지는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함침 어셈블리는, 내부 다이 (31) 및 외부 다이 (32) 를 더 포함하고,
    (a) 내부 다이 (31) 는,
    - 필라멘트용 통로 공간 (311);
    - 돌출 단부 (312); 및
    - 입구 단부 (301) 를 포함하고,
    (b) 외부 다이 (32) 는,
    - 내부 공간 (321);
    - 출구 통로 (322);
    - 출구 단부 (302); 및
    - 상기 함침 물질용 통로 (323) 를 포함하고,
    - 상기 내부 다이 (31) 는 상기 외부 다이 (32) 의 상기 내부 공간 (321) 에 위치하고, 상기 내부 다이 (31) 의 상기 돌출 단부 (312) 는 상기 함침 물질용 유출구 (324) 를 형성하도록 위치하고;
    - 상기 필라멘트 통로 (30) 는:
    - 내부 다이 (31) 의 통로 공간 (311);
    - 외부 다이 (32) 의 출구 통로 (322); 및
    - 서로 대향한 함침 물질용의 적어도 2 개의 유출구 (324) 를 포함하고,
    - 상기 통로 공간 (311) 과 상기 출구 통로 (322) 는 상기 필라멘트 통로의 방향으로 정렬되는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 함침 어셈블리 (3) 는 상기 함침 물질용 상기 유출구 (324) 의 크기 또는 종횡비를 조절하도록 상기 통로 (30) 의 축선 방향을 따라 상기 내부 다이 (31) 와 상기 외부 다이 (32) 사이의 거리를 제어하는 적어도 하나의 조절 수단 (33) 을 더 포함하는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부 다이 (31) 는 서로 본질적으로 대향하여 배치된 적어도 2 개의 다이 유닛들 (31a, 31b) 을 포함하고, 각각의 다이 유닛은 각각의 다이 유닛에 포함된 조절 수단에 의해 독립적으로 조절될 수 있는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 조절 수단은 조절 가능한 방식으로 상기 내부 다이 (31) 를 상기 외부 다이 (32) 에 부착하는 나사 어셈블리를 포함하는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 조절 수단은 공압 및/또는 유압 조절 수단인, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함침 어셈블리는 상기 외부 다이 (32) 의 상기 출구 통로 (322) 의 바로 하류에 배치된 성형 (shaping) 다이 (11) 를 더 포함하고, 상기 성형 다이 (11) 는 서로 본질적으로 대향하여 배치된 적어도 2 개의 다이 유닛을 포함하고, 적어도 하나의 다이 유닛은 상기 성형 다이에 포함된 조절 수단 (111) 에 의한 상하 운동으로 슬라이딩 가능하게 조절될 수 있는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 성형 다이 (11) 의 상기 조절 수단 (111) 은 대향한 성형 다이 유닛 사이의 거리를 조절하기 위해서 편심 나사를 포함하는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함침 어셈블리 (3) 의 상류에 배치된 스프레더 어셈블리 (2) 를 더 포함하는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스프레더 어셈블리 (2) 는:
    (a) 상기 필라멘트를 받아들이기 위한 유입 개구 (211) 및 상기 필라멘트가 상기 통로 (21) 를 나가는 유출 개구 (232) 를 가지는 필라멘트 (5) 용의 적어도 하나의 통로 (21);
    (b) 입구 단부 (231) 와 출구 단부 (232) 를 가지는 상기 통로 (21) 내부의 분기 구역 (23) 으로서, 상기 출구 단부 (232) 의 단면은 상기 입구 단부 (231) 의 단면보다 크고, 상기 분기 구역 (23) 은 적어도 2 : 1, 바람직하게 적어도 3 : 1, 더 바람직하게 적어도 4 : 1 의 종횡비를 갖는 장방형 횡단면을 가지는 상기 분기 구역 (23); 및
    (c) 상기 통로 (21) 의 길이 방향에 대해 각도를 이루며, 바람직하게 실질적으로 직각을 이루며 상기 통로 (21) 에 연결되고 통로에 기류를 도입하기에 적합한 적어도 하나의 관통홀 (242) 을 포함하는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀 (242) 은 상기 분기 구역 (23) 의 상기 입구 단부 (231) 에 인접하여 배치된 공기용 유출구 (24) 를 통하여 상기 필라멘트 통로 (21) 에 연결되는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공기용 유출구 (24) 는 상기 관통홀 (242) 의 치수보다 작은 하나 이상의 홀을 가지는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프레더 어셈블리 (2) 의 상기 통로 (21) 는 상기 통로 (21) 의 상기 유입 개구 (211) 와 상기 분기 구역 (23) 의 상기 입구 단부 (231) 사이에 배치된 직선 형상을 가지는 내부 채널 (22) 을 더 포함하는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 공기용 유출구 (24) 는 상기 분기 구역 (23) 의 상기 입구 단부 (231) 의 바로 상류 지점에서 상기 내부 채널 (22) 내에 배치되는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기 구역 (23) 은 상부벽 (233), 바닥벽 (233) 및 측벽들 (234) 을 가지고, 상기 측벽들 (234) 은 바람직하게 10° ~ 50° 의 각도 (α) 로 상기 입구 단부 (231) 로부터 상기 출구 단부 (232) 를 향하여 외향 분기되는, 함침 물질로 연속적으로 필라멘트를 함침하기에 적합한 함침 시스템 (1).
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 함침 시스템 (1) 내에서,
    (a) 연속 필라멘트 (4) 의 하나 이상의 공급원들로부터 2 개 또는 다수의 필라멘트를 공급하는 단계;
    (b) 상기 필라멘트를 평면에 배치하는 단계; 및
    (c) 상기 필라멘트에, 필라멘트 (7) 를 사이에 끼우고 함침하는 함침 매트릭스 물질 (8) 의 적어도 두 개의 유동을 부여하는 단계를 포함하는 보강 복합 구조물의 제조 방법에 있어서,
    대향한 상기 유동은 필라멘트와 함침 물질 (8) 의 초기 합류 (meeting) 지점에서 적어도 2 : 1, 바람직하게 4 : 1, 더 바람직하게 적어도 8 : 1 의 종횡비를 갖는 장방형 횡단면을 가지는 층의 형태인, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 필라멘트는 상기 통로 내에서 스트랜드 및/또는 필라멘트의 이동 방향 (A) 에 대해 90° 미만, 바람직하게 5° ~ 80°, 더 바람직하게 30° ~ 60°의 각도 (β) 로 함침 매트릭스 물질 (8) 의 적어도 두 개의 대향한 유동을 부여받는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    공급된 함침 물질은 임의의 주어진 함침 온도로 다이 내에서 수성 또는 유기 캐리어 내의 폴리머의 용액, 에멀젼, 서스펜션 또는 분산액과 같은 액체 형태, 용융된 형태 또는 겔 형태인, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 함침 물질은 PE, PP 및 PB 와 같은 폴리올레핀, PA 및 PPA 와 같은 폴리아미드, PI 및 PEI 와 같은 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, PS 및 PES 와 같은 폴리술폰, PET 및 PBT 와 같은 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, PK, PEK 및 PEEK 와 같은 폴리케톤, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, ABS, PC/ABS 및 이들의 혼합물 군으로부터 선택된 열가소성 폴리머, 또는 에폭시, 에스테르, 우레탄, 페놀, 알키드 및 이들의 혼합물 군으로부터 선택된 열경화성 수지 전구체인, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 공급된 필라멘트는 유리 섬유, 광물 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 천연 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 중합성 및 합성 섬유의 군으로부터 선택되는 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  24. 제 19 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 공급된 필라멘트는 사이징 (sizing) 제 및/또는 바인딩제에 의해 코팅되는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  25. 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 평평한 횡단면을 가지는 출구 통로 (322) 를 통하여, 상기 함침 물질 (8) 을 지닌 상기 끼워진 필라멘트를 당기는 단계를 더 포함하는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  26. 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 공급된 스트랜드 및/또는 필라멘트에, 상기 스프레더 어셈블리 (2) 의 상기 통로 (21) 내에서 스트랜드 및/또는 필라멘트의 이동 방향과 각도를 이루며, 바람직하게 실질적으로 직각을 이루며 기류를 부여하는 단계를 더 포함하는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 스트랜드 및/또는 필라멘트는 상기 통로 (21) 에 연결되는 관통홀 (242) 의 일 단부 (24) 에 배치된 적어도 하나의 홀을 통하여 기류를 부여받고, 상기 통로 (21) 는 상기 섬유 스트랜드 및/또는 필라멘트를 받아들이기 위한 유입 개구 (211), 상기 스트랜드 및/또는 필라멘트가 통로 (21) 를 나가는 유출 개구 (232), 및 입구 단부 (231) 와 출구 단부 (232) 를 가지는 분기 구역 (23) 을 포함하고, 상기 출구 단부 (232) 의 면적은 상기 입구 단부 (231) 의 면적보다 더 큰, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 스트랜드 및/또는 필라멘트는 상기 통로 (21) 의 유입 개구 (211) 와 상기 분기 구역의 입구 단부 (231) 사이에 배치된, 바람직하게 상기 분기 구역 (23) 의 입구 단부 (231) 바로 상류 지점에 배치된, 직선 형상을 가지는 내부 채널 (22) 내에서 상기 기류를 부여받는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  29. 제 19 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이전에 상기 스트랜드 및/또는 필라멘트를 가열하는 단계를 더 포함하는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  30. 제 19 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 (c) 단계에 의해 제공된 함침된 섬유를 평평하게 하는 단계; 및 그 후
    - 상기 함침된 섬유를 권취 코어상에 권취하는 단계를 더 포함하는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  31. 제 19 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 (c) 단계에 의해 제공된 함침된 섬유를 일괄하여 로드로 성형하는 단계; 및 그 후에
    - 상기 로드를 원하는 길이로 절단하는 단계를 더 포함하는, 보강 복합 구조물의 제조 방법.
  32. 제 19 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 보강 복합 구조물.
  33. 함침 물질 (8) 로 필라멘트를 연속적으로 함침하기 위한 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 함침 시스템 (1) 의 용도.
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