KR20130105304A

KR20130105304A - 프리프레그의 연속적인 생산을 위해 섬유 다발을 스프레드하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130105304A
Application number: KR1020127032385A
Authority: KR
Inventors: 숀 발덴 융커; 션 마이클 포; 핑 이; 스캇 알프레드 로저스; 토마스 에이. 반혼
Original assignee: 사이텍 테크놀러지 코포레이션
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2013-09-25
Also published as: CA2798216A1; CA2798216C; US20120102678A1; WO2011142990A1; CN102947496B; EP2569469A1; US8490253B2; TWI583836B; TW201211336A; BR112012028029A2; JP5726292B2; KR101840491B1; EP2569469B1; CN102947496A; BR112012028029B1; MY156861A; JP2013528718A; AU2011253365B2; ES2483244T3

Abstract

스프레드 섬유, 프리프레그, 및 그것으로부터의 제조 물품을 생산하기 위한 방법과 함께, 장치를 통해 장력 제어의 전략적 사용에 의해 또한 피동 롤러와 주행하는 섬유 다발의 라인 속도 사이의 높은 차동 속도의 사용에 의해 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치가 제공된다.

Description

프리프레그의 연속적인 생산을 위해 섬유 다발을 스프레드하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR SPREADING FIBER BUNDLES FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF PREPREG}

본 발명은 복수의 연속적인 필라멘트(filament) 섬유 다발을 균일하게 스프레드(spread)하고 또한 감소된 간극 및 개선된 섬유-수지 분포를 갖는 프리프레그(prepreg)의 연속적인 생산을 위해 평행하게 단일방향으로 배치하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 장치를 통한 장력 제어와 또한 피동 롤러의 표면 둘레와 섬유 다발의 라인 속도(또는 작동 속도) 사이의 높은 차동(differential) 속도를 사용하는 장치와, 균일한 두께 및 외관상의 적은 결함을 갖는 섬유-보강된(reinforced) 플라스틱의 물품을 제조하기 위한 프리프레그 물질을 달성하기 위해 상기 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다.

보강 섬유가 매트릭스 수지로 함침(impregnate)되는 프리프레그는 본 기술분야에 잘 알려져 있으며, 또한 항공기 및 자동차 재료, 의료 재료와 같은 다양한 산업/고성능 분야에 널리 사용되며, 또한 스포츠 및 레저를 위한 재료(예를 들어, ?시대, 골프 클럽채, 테니스 라켓, 등)를 형성한다.

두께의 불균일성이 적은 더욱 균일한 프리프레그의 생산이 바람직하며, 모든 제품 품질에 중요하다. 이것을 달성하기 위해, 프리프레그를 형성할 때 매트릭스 수지로 보강섬유 다발을 함침시키기 전에 보강 섬유 다발을 개방하는(즉, 스프레드하는) 것이 필요한데, 왜냐하면 보강 섬유 다발의 두께를 감소시키기 위해 또한 보강 섬유 다발의 단일의 섬유들 사이의 틈새를 매트릭스 수지로 충분히 채우기 위해서이다.

따라서, 균일한 두께, 섬유들 사이의 감소된 간극, 및 적절한 섬유-수지 분포를 갖는 프리프레그를 생산하기 위해, 가공 전(raw) 보강 섬유 다발을 효과적으로 또한 적절히 개방 또는 스프레드하기 위한 기술이 중요하다. 섬유 다발을 스프레드하기 위한 및/또는 프리프레그를 제조하기 위한 다양한 장치 및 방법이 본 기술분야에 알려져 있으며, 또한 예를 들어 미국 특허 제4,495,017호; 제5,042,122호;제5,182,839호; 및 제6,743,392호에 서술된 것을 포함한다.

또한, 일반적으로 복수의 필라멘트를 포함하는 섬유 다발을 스프레드기 위한 주요한 원동력(mover)으로 장력이 알려져 있다. 따라서, 큰 장력은 전형적으로 다발의 섬유의 더욱 넓은 스프레드를 발생시킨다. 그러나, 너무 큰 장력은 수지에 관한 섬유의 감소된 투과성(permeability), 섬유의 로핑(roping), 및 섬유의 손상[그에 따른 퍼즈(fuzz)의 유발] 또는 섬유의 파손으로 인해, 함침을 어렵게 한다. 또한, 증가된 장력은 장치를 통해 힘 및 토오크를 증가시켜 증가된 처리 비용을 유발한다.

따라서, 프리프레그의 연속적인 생산을 위해 복수의 필라멘트를 갖는 복수의 인접한 섬유 다발을 스프레드하기 위한 장치 및 방법은 추가적인 개선을 요구한다. 감소된 간극 및 개선된 섬유-수지 분포를 갖는 프리프레그의 연속적인 생산을 위해 연속적인 복수의 필라멘트 섬유 다발을 균일하게 스프레드하고 또한 스프레드 섬유를 단일방향으로 평행하게 배치하는 장치 및 방법이 본 기술분야의 진전(advance)에 유용하며, 산업에서의 신속한 수용을 얻을 수 있다.

연속적인 복수의 필라멘트 섬유 다발은 작은 장력으로 균일하게 스프레드될 수 있으며 따라서 수지에 대한 함침을 증가시키고, 로핑으로부터의 간극을 감소시키며, 또한 손상으로 인한 퍼즈를 감소시켜 우수한 프리프레그 제품 및 궁극적으로 그것으로부터 제조된 우수한 제조 물품을 제공한다. 이런 개선은 스프레딩(spreading) 장치를 통한 장력 제어의 전략적 사용에 의해 달성된다. 이런 목적을 달성하는데 필요할 것으로 생각되는 극단적으로 큰 장력을 사용하지 않고서도, 전체 장치를 통해 적절한 장력을 사용함으로써 섬유 스프레드가 증가되도록, 이 진전은 섬유 다발의 장력을 매우 크게 증가시키고 그 후 이를 낮게 강하시킨다. 또한, 피동 롤러 바아(bar)와 주행하는 섬유 다발 사이의 높은 차동 속도의 사용은 섬유 스프레딩 기법(mechanics)을 개선하는 것으로 나타났다.

따라서, 1 면(aspect)에 있어서 본 발명은 일련의 고정형 바아(static bar)로서 형성되는 장력 증강 유닛(tension building unit)과 일련의 피동 롤러로서 형성되는 장력 감소 유닛을 포함하는 장력 제어 모듈을 갖는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치를 제공하며, 상기 고정형 바아 및 피동 롤러는 상기 일련의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어(wrapping) 접촉하는 주행하는 섬유 다발의 방향과 직교하도록 형성되며, 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 라인 속도의 적어도 3배로 작동된다.

다른 면에 있어서, 본 발명은 일련의 고정형 바아 및/또는 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하여 섬유 다발을 주행함으로써, 또한 주행하는 섬유 다발의 속도와 관련하여 피동 롤러를 높은 차동 속도로 작동하고 따라서 섬유 다발을 스프레딩함으로써, 여기에 서술되는 바와 같은 장치를 사용하여 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법을 제공한다.

또한, 여기에 상세히 서술되는 본 발명은 프리프레그의 생산에 관한 것이다. 따라서, 다른 면에 있어서, 본 발명은 복합물(composite) 처리 장치의 일부로서 여기에 서술되는 바와 같은 장치를 통합(integrate)함으로써, 일련의 고정형 바아 및/또는 피동 바아의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 다수의 인접한 섬유 다발의 세트를 주행함으로써, 주행하는 섬유 다발의 속도와 관련하여 상기 피동 롤러를 더 높은 차동 속도로 작동하여 다수의 인접한 섬유 다발을 스프레딩함으로써, 또한 상기 스프레드 섬유 다발을 미리 결정된 양의 수지로 함침함으로써, 단일방향으로 평행으로 배치되며 섬유들 사이에 균일한 분포를 갖는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법을 제공한다.

다른 면에 있어서, 본 발명은 여기에 상세히 서술되는 방법에 따라 생산된 스프레드 섬유 다발 내로 미리 결정된 양의 수지를 함침시킴으로써 프리프레그를 생산하기 위한 방법을 제공한다.

또 다른 면에 있어서, 본 발명은 이들 방법에 따라 제조된 프리프레그로부터 제조된 제조 물품 뿐만 아니라, 여기에 상세히 서술되는 방법에 따라 생산되는 프리프레그 재료를 제공한다.

다른 면에 있어서, 본 발명은 여기에 상세히 서술되는 본 발명에 따라 2개 이상의 섬유 스프레딩 장치를 갖는 복합물 처리 시스템을 제공하며, 각각의 스프레딩 장치는 상이한 경로에 위치하며 다수의 인접한 섬유 다발의 상이한 세트를 수용한다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부의 도면 및 예와 함께 취한 본 발명의 다양한 면들의 하기의 상세한 서술로부터 명백해질 것이다.

도1은 최적의 장력 및 균일하게 분포된 스프레드 섬유를 제공하기 위해 복수의 필라멘트를 갖는 단일의 섬유 다발이 일련의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는, 본 발명의 1 실시예에 따른 장치의 프로필을 도시한 도면.
도2는 장치의 일부로서 장력 조정 유닛을 제공하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 사시도.
도3은 복합물 처리 장치의 부품으로서 제공되는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 사시도. 이런 설비는 본 발명에 따른 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산을 위한 방법의 수행 시 사용될 수 있다. 도시된 특수한 실시예에서, 본 발명에 따른 2개의 섬유 스프레딩 장치는 별도의 경로에 위치하고 하나 이상의 장력 크릴(creel)(도시되지 않음)상에 위치하는 복수의 스풀(spool)상에 권취되는 복수의(multiply) 인접한 섬유 다발의 세트를 각각 수용할 수 있다. 섬유 스프레딩 장치는 장력 스풀로부터 하류에 위치하고, 함침 수단을 갖는 프리프레그 처리 장치와 같은 복합물 처리 시스템으로부터 상류에 위치한다.

본 발명은 스프레드 섬유와 프리프레그 및 그것으로부터의 제조 물품을 생산하기 위한 방법과 함께, 스프레딩 장치를 통한 장력 제어의 전략적 사용에 의해 또한 피동 롤러와 섬유 다발의 라인 속도 사이의 높은 차동 속도의 사용에 의해 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치를 제공한다. 위에 요약된 바와 같이, 스프레딩 장치를 통한 장력 제어의 전략적 사용에 의해 또한 롤러 바아 표면과 섬유의 라인 속도 사이의 높은 차동 속도의 사용에 의해, 본 기술분야에 알려진 섬유 스프레딩 기법이 상당히 개선될 수 있음이 발견되었다. 장력은 복수의 필라멘트 섬유 다발의 스프레딩 시 주요한 요소이지만, 로핑, 수지 함침에 대한 투과성의 감소, 및 플러프(fluff)[퍼즈 볼(ball)로도 불리우는], 박리(pilling) 간극, 섬유 무질서(disorder), 등과 같은 결함에도 주요한 요소(예를 들어, 너무 큰 장력)이다. 스프레딩 사이클을 통한 장력의 증가, 유지, 및 그 후 감소는 로핑 및 다른 바람직하지 않은 섬유 특성들과의 투쟁(combat)에 필요한 수단을 제공하지만, 스프레딩도 극대화하며, 따라서 섬유 다발을 개방하고 또한 수지 함침에 대한 투과성을 제어(즉, 증가 또는 감소)한다. 섬유 다발의 선형 속도/주행 속도에 대한 롤러 바아의 표면 속도의 비율은 2배 이상으로 증가하며, 스프레딩 시 상당한 이득(gain)이 보인다. 그러나, 상기 이득은 로가리즘 행동(logarithmic behavior)으로 감퇴한다. 섬유-수지 함침과 함께 두께의 균일성 및 간극의 발생이 전체적인 제품 품질에 중요하기 때문에, 섬유 스프레딩의 기법에 대한 개선은 궁극적으로 프리프레그 제품 및 그것으로부터 제조된 물품의 개선을 유발한다.

장치

따라서, 1 면에 있어서, 본 발명은 일련의 고정형 바아로서 형성되는 장력 증강 유닛과 일련의 피동 롤러로서 형성되는 장력 감소 유닛을 포함하는 장력 제어 모듈을 갖는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치를 제공하며, 상기 고정형 바아 및 피동 롤러는 일련의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 주행하는 섬유 다발의 방향과 직교하도록 형성되며, 상기 장력 증강 유닛의 피동 롤러는 그 주변 표면 속도가 주행하는 섬유 다발의 라인 속도의 적어도 3배이도록 작동된다.

본 발명에 따른 장치에 사용된 섬유 다발은 다수의 단일 필라멘트(예를 들어, 6K/다발, 12K/다발, 또는 그 이상)로 형성된 것이며, 그들은 연속적인 장(long) 필라멘트의 다발로 형성되는 얀(yarn) 또는 토우(tow)가 바람직하다. 예를 들어, 섬유 다발은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 알콜, 등의 섬유와 같은 유기 섬유; 방향족 폴리아미드[예를 들어, Kevler®(듀퐁, 미국)], 폴리플루오로카본, 페놀 수지(Kynol®; 카르본랜덤, 미국), 폴리아미드-이미드, 폴리이미드, 등의 섬유와 같은 유기 내열성 섬유; 레이욘 및 천연 섬유; 유리, 붕소 질화물, 탄소(탄소질의 흑연화된 및 화염-저항성 섬유를 포함하는), 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 알루미나, 지르코니아, 석면(asbestos), 등의 섬유와 같은 무기 섬유; 구리, 텅스텐 합금, 철, 알루미늄, 스텐레스 스틸, 등의 섬유와 같은 금속 섬유, 텅스텐의 코어를 갖는 붕소, 텅스텐의 코어를 갖는 붕소 탄화물, 텅스텐의 코어를 갖는 실리콘 탄화물, 붕소 등의 섬유와 같은 복합물 섬유 및 섬유의 형태를 갖는 다른 모든 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상술한 섬유들의 2개 이상의 조합으로 형성된 섬유 다발을 사용할 수 있다. 섬유 다발은 용이한 취급을 위해 또한 섬유에 대한 손상을 방지하기 위해 그 위에 침적(deposit)된 사이징제(sizing agent) 또는 오일을 가질 수 있다. 전형적인 그리고 적절한 사이즈제는 본 기술분야의 숙련자에게 알려져 있으며, 또한 예를 들어 미국 특허 제4,495,017호에 게재된 것을 포함할 수 있다. 1 실시예에서, 주행하는 섬유 다발은 탄소, 유리, 폴리아미드, 폴리아미드-이미드, 폴리이미드, 아라미드, 및 그 조합으로부터 선택된다.

섬유 다발은 스풀상에 권취될 수 있는 평행한 보강 섬유로서 배치되는 다수의 필라멘트를 포함한다. 장치에 제공되는 바와 같이 다수의 보강 섬유 다발이 빗(comb) 또는 갈퀴(rake)에 의해 규칙적으로 떨어져 있는(spaced) 간격으로 배치될 수 있도록, 섬유의 스풀이 장력 크릴상에 위치할 수 있다. 여기에 사용되는 바와 같이, "주행하는 섬유 다발"이라는 용어는 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 그 일반적인 의미를 가지며, 또한 예를 들어 장치를 통해 견인(pull)-드럼 또는 권취(take-up) 롤에 의해 장력 크릴상의 스풀로부터 견인되는 섬유를 지칭한다. 어떤 실시예에서, 상기 주행하는 섬유 다발은 복수의 인접한 다발을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 인접한 섬유 다발의 2개 이상의 세트가 본 발명에 따른 섬유 스프레딩 장치의 대응하는 개수만큼 스프레드된 별도의 경로에 제공될 수 있다.

구동 롤 앞의 섬유 다발의 장력의 증가는 장력의 과도한 증가를 요구하지 않고서도 섬유 스프레딩을 최대화한다. 본 발명에서, 장력은 초기에는 장력 증강 유닛의 사용을 통해 증가된다. 어떤 실시예에서, 장력 증강 유닛은 장력 크릴로부터 선택된 부재와, 주행하는 섬유 다발(즉, 저속 롤)의 선형 속도 보다 저속으로 작동하는 하나 이상의 피동 롤러와, 하나 이상의 고정형 바아(즉, 회전하지 않는 고정된 타입의 바아)와, 그 조합물을 포함한다. 일부 실시예에서, 일련의 저속 피동 롤러 및 고정형 바아에 의해 장력 증강 유닛이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 장력 증강 유닛은 하나 이상의 고정형 바아에 의해 제공될 수 있다.

어떤 실시예에서, 장치는 장력 증강 섹션으로부터 하류에 위치하고 일련의 고정형 바아 및 주행하는 섬유 다발의 선형 속도 보다 빠른 속도로 작동하는 하나 이상의 피동 롤러(즉, 빠른 또는 고속 롤러)를 갖는 장력 조정 섹션을 포함할 수 있다. 섬유가 고정형 바아의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉할 때 섬유 다발 백업(back up)의 장력을 증강할 동안 이 섹션은 피동 롤러의 하류에서 섬유 다발의 장력을 조절하도록 작용할 수 있으며, 따라서 매번 반복되는 사이클로 섬유 다발을 추가로 개방/스프레딩한다. 일부 실시예에서, 장력 조정 섹션은 교호하는(alternating) 위치에서 고속 피동 롤러 및 고정형 바아를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 고속 피동 롤러는 하나 이상의 고정형 바아를 샌드위치(sandwich)식으로 끼워넣을 수 있다. 상기 주행하는 섬유 다발이 피동 롤러 및 고정형 바아의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 한, 섬유 스프레딩 장치의 고정형 바아 및 피동 롤러가 수평 또는 수직 정렬로 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 주행하는 섬유 다발의 장력을 감소시키는데 도움을 주는 일련의 고속 피동 롤러를 갖는 장력 감소 섹션/유닛을 포함한다. 여기에 사용되는 바와 같이, "일련의" 라는 용어는 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 보통의 의미를 가지며, 그것이 수식하는 2개 이상의 물체를 지칭한다.

섬유 다발의 주행 속도(즉, 이동 속도)는 2 m/min 내지 20 m/min 범위에 속하며, 2 내지 10 m/min 이 선호된다. 일부 실시예에서, 고속 피동 롤러의 주변 표면 속도는 주행하는 섬유 다발의 속도의 3 내지 100배 범위에 속한다. 예를 들어, 어떤 실시예에서, 고속 롤러의 주변 표면 속도는 주행하는 섬유 다발의 속도의 3 내지 50배, 주행하는 섬유 다발의 속도의 3 내지 25배, 또는 주행하는 섬유 다발의 속도의 3 내지 10배의 범위에 속한다.

컬럼(column) 또는 실린더의 굴곡된 표면의 적어도 일부분을 갖는 고정형 바아 및 피동 롤러(또는 때로는 스프레더 본체로 지칭되는)는 중실(solid) 또는 중공 컬럼 또는 실린더이며, 또한 대직경의 컬럼 또는 실린더로부터 절단된 굴곡된 표면의 일부분이 사용될 수 있다. 재료는 특별히 특정되지 않지만, 그러나 작은 마찰계수를 가지며, 섬유 다발과의 마찰에 의해 극도로 변형되거나 마모되지 않으며, 또한 예리한 결정질(crystalline) 구조로 산화하지 않는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 스텐레스 스틸이 사용되지만, 테프론 등과 같은 합성수지, 철, 구리, 등으로 덮인 금속 및 유리, 알루미나 등과 같은 무기 물질(substance)로 제조된 고정형 바아 또는 피동 롤러가 사용될 수 있다. 조합물의 직경, 개수, 타입과 공간 배치는 섬유 다발의 손상과 스프레드 폭 사이의 평형을 고려하여 선택되며, 따라서 큰 탄성률을 갖는 섬유 다발과 큰 직경이 사용되는 스프레더 본체를 제외하고는 이들은 한정적으로 결정될 수 없으며, 조합물의 개수 및 타입과 스프레더 본체의 공간 배치는 섬유 다발과 굴곡된 표면 사이의 접촉 길이와 장력에 의해 유발된 스프레더 본체에 대한 압력을 고려하여 선택되어야 한다. 스프레더 본체의 타입[이들이 고정된 타입(즉, 고정형)이거나 또는 이들이 구동형 타입이거나, 섬유 다발의 이동 방향의 차동 주변 속도를 제공하는]은 스프레딩 효과(섬유 다발의 손상 및 스프레드 폭)에 상당한 영향을 발휘한다. 따라서, 본 발명의 방법을 수행하는 실시에 있어서, 위에 언급한 효과를 고려하는 다양한 타입의 롤러를 단독으로 또는 2개 이상의 타입을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 섬유 다발의 장력 및 속도는 물론 섬유 다발의 임의의 무질서가 발생하지 않도록 균일해야 하며, 이들은 스프레딩 효과와 관련하여 선택되어야 한다.

고정형 바아와 피동 롤러의 표면 마무리(finish)의 사용은 본 발명에 따른 장치에 포함될 수 있으며, 따라서 섬유 다발을 개방하고 특수한 섬유 폭을 달성하는데 요구되는 장력을 추가로 감소시킨다. 고정형 바아 및 피동 롤러는 스텐레스 스틸로 제조될 수 있으며, 예를 들어 다양한 그릿(grit)의 샌드페이퍼(sandpaper)의 축방향으로 모래가 뿌려져 있다(sanded). 예를 들어, 일부 실시예에서, 고정형 바아 및 피동 롤러는 180 그릿 내지 400 그릿 샌드페이퍼로의, 바람직하기로는 180 그릿 내지 220 그릿으로의 샌딩에 의해 부여된 표면 마무리를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 일부 스프레더 본체는 하나의 그릿 크기로 표면이 마무리될 수 있으며, 다른 스프레더 본체는 상이한 그릿 크기로 표면이 마무리될 수 있다. 유사하게, 스프레더 본체는 상이한 표면 마무리를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 스프레더 본체는 오목(dimple)하고 모래가 뿌려져 있으며, 또는 일부는 오목하고 일부는 모래가 뿌려져 있다. 다른 실시예에서, 스프레더 본체는 스프레더 본체상의 섬유의 마찰계수를 감소시키며 또한 동시에 적은 장력으로 섬유 다발을 스프레드하는, 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 그 어떠한 수단에 의해서도 표면 마무리될 수 있다.

또한, 섬유 다발을 갈퀴로 지칭되는 빗형 구조물을 통과시킴으로써, 평행한 또한 서로 인접한 단일방향성 섬유 다발의 위치를 배치하는 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 섬유 다발이 프리프레그 시트의 최종 폭에 대응하는 폭 내에 위치하도록, 이런 갈퀴는 크릴로부터 하류에 또한 장력 증강 유닛으로부터 상류에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 장력 증강 유닛과 장력 감소 유닛 사이에 다른 갈퀴가 위치할 수 있다. 만일 별도의 경로에 복수의 인접한 섬유 다발의 하나 이상의 세트가 있다면, 복수의 인접한 섬유 다발의 각각의 세트가 통과하기 위해 각각의 경로에는 갈퀴가 있을 수 있다. 이런 경우에, 각각의 세트로부터의 스프레드 다발이 간극의 발생을 감소시키고 또한 균일한 섬유-수지 분포를 촉진시키는 방법으로 배치되도록, 복수의 인접한 섬유 다발의 각각의 세트를 위한 갈퀴는 미세하게 옵셋(off-set)될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 보강용 섬유 다발을 가열하도록 위치하는 가열원을 포함할 수 있다. 가열원은 전도(conduction), 대류(convection), 또는 복사(radiation) 수단을 포함하는(그러나, 이에 한정되지 않는다) 임의의 수단에 의해 제공될 수 있다. 그 위에 침적될 수 있는 사이징제 또는 오일을 부드럽게 하고 또한 섬유와 스프레더 본체(즉, 고정형 바아 및 피동 롤러) 사이의 마찰계수를 감소시킴으로써 일반적으로 스프레딩 동작의 효율을 강화하기 위해, 보강용 섬유 다발의 가열이 유리할 수 있다. 일부 실시예에서, 취입(blown) 가스 또는 복사 열과 같은 간접적인 가열원으로서 가열원이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 롤러 바아의 접촉 표면이 가열될 수 있도록, 고정형 바아 및/또는 피동 롤러 자체들이 가열될 수 있다. 주행하는 섬유 다발은 (사용된 섬유 사이징에 따라), 50℃내지 250℃ 범위의 가열 온도에 노출되는 것이 바람직하며, 70℃ 내지 180℃ 가 가장 일반적이다.

일부 실시예에서, 본 발명의 섬유 스프레딩 장치는 단일의 부품일 수 있다. 어떤 실시예에서, 장치는 예를 들어 프리프레그 처리 장치와 같은 복합물 처리 장치의 부품일 수 있다. 이런 조립체에서, 본 발명에 따른 장치는 섬유 다발의 스풀을 포함하는 장력 크릴로부터 하류에 또한 함침 시스템으로부터 상류에 위치할 수 있다. 어떤 실시예에서, 별도의 경로에서 작동하는 복수의 인접한 섬유 다발의 2개 이상의 세트가 있는 곳과 같은 프리프레그 처리 장치 내로 2개 이상의 섬유 스프레딩 장치가 통합될 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 섬유 스프레딩 장치는 위버 룸(weaver loom)의 부품일 수 있으며, 또한 장력 크릴로부터 하류에 그리고 복합물 처리 장치로부터 상류에 위치할 수 있다.

본 발명의 어떤 실시예가 도면을 참조하여 하기에 서술될 것이다.

도1은 위에 서술한 바와 같이 본 발명에 따른 장치의 사시도를 도시하고 있다. 도1에 도시된 섬유 스프레딩 장치(10)는 장력 증강 섹션(2) 및 장력 감소 섹션(3)을 포함하며, 장력 크릴(도시되지 않음)상에서 섬유의 스풀에 의해 공급된 단일의 주행하는 섬유 다발(1)은 화살표의 방향으로 이동하며, 장력 감소 섹션(3)으로 가는 도중에 일련의 고정형 바아(2a)의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하여 장력 증강 섹션(2)에 들어가며, 이것은 일련의 고속 피동 롤러(3a)를 포함하며, 그것에 의해 섬유 다발은 그 직접적인 감아걸기 접촉을 유지한다. 고속 피동 롤러는 구동 모터(3b)에 의해 또는 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 다른 수단에 의해 독립적으로 회전된다. 도시된 바와 같이, 섬유 스프레딩 장치(10)는 장력 증강 유닛(2)의 일련의 고정형 바아(2a)를 통해 상기 주행하는 섬유 다발(1)의 장력을 매우 크게 증가시키며, 그 후 장력 감소 유닛(3)의 일련의 고속 피동 롤러(3a)를 통해 섬유 다발의 장력을 낮게 강하시키며, 따라서 극도로 큰 장력을 사용하지 않고서도 고속 피동 롤러의 각각의 교호 배치로 섬유 다발을 추가로 스프레딩/개방한다. 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 복합물 처리 장치 또는 함침 시스템(도시되지 않음)은 섬유 스프레딩 장치(10)의 바로 하류에서 또한 이제 개방된 섬유 다발을 수용할 준비가 되어 있다. 섬유 스프레딩 장치(10)가 단지 단일의 주행하는 섬유 다발(1)로 도시되었지만, 본 기술분야의 숙련자라면 단일방향으로 배치된(즉, 서로 평행하게) 복수의 섬유 다발이 있을 수 있으며 또한 복수의 인접한 섬유 다발의 세트의 대응하는 개수가 있는 실시예를 위해 추가적인 스프레딩 장치가 있을 수 있다는 것을 즉시 이해할 것이다.

도2는 위에 서술한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 프로필을 도시하고 있다. 도2에 도시된 섬유 스프레딩 장치(20)는 장력 증강 섹션(22), 장력 완화(moderating) 섹션(23), 및 장력 감소 섹션(3)을 포함하며, 장력 크릴(도시되지 않음)상에서 섬유의 스풀/보빈(bobbin)에 의해 공급된 단일의 주행하는 섬유 다발(21)은 화살표의 방향으로 이동하여, 장력 완화 섹션(23)으로의 도중에 일련의 고정형 바아(S)의 표면과의 직접적인 감아걸기 접촉으로 장력 증강 섹션(22)에 들어가며, 주행하는 섬유 다발은 교호 배치되는 일련의 저속 및/또는 고속 피동 롤러(D) 및 고정형 바아(S)의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하여 위치하며, 그 후 장력 감소 유닛(24)을 통해 계속 주행하며, 상기 주행하는 섬유 다발은 일련의 고속 피동 롤러(D)의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하여 위치한다. 도시된 바와 같이, 섬유 스프레딩 장치(20)는 장력 증강 유닛(22)에서 이것을 일련의 고정형 바아(S)와 직접적으로 감아걸어 접촉시켜 위치시킴으로써 주행하는 섬유 다발(21)의 장력을 매우 크게 증가시키며, 그 후 장력 완화 유닛(23)에서 주행하는 섬유 다발을 저속 및/또는 고속 롤러(D)와 직접적으로 감아걸어 접촉시켜 위치시킴으로써 장력을 적게 또한 크게 교호시키며, 그리고 최종적으로 장력 감소 유닛(24)에서 섬유 다발을 일련의 고속 롤러와 직접적으로 감아걸어 접촉시켜 위치시킴으로써 섬유의 장력을 낮게 강하시키며, 따라서 극도로 큰 장력을 사용하지 않고서도 구동 바아와의 각각의 감아걸기 접촉으로 섬유 다발을 추가로 스프레딩/개방할 수 있다. 도1에 있어서, 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 복합물 처리 장치 또는 함침 시스템(도시되지 않음)은 섬유 스프레딩 장치(20)의 바로 하류에서 이제 개방된 섬유 다발을 수용할 준비가 되도록 위치할 수 있다. 선택적으로, 섬유는 드럼/견인 롤상에 권취될 수도 있다.

방법

다른 면에 있어서, 본 발명은 여기에 상세히 서술된 장치를 통해 섬유 다발을 주행시킴으로써, 또한 주행하는 섬유 다발의 속도와 관련하여 상이한 속도로 상기 장치의 피동 롤러를 작동시킴으로써, 따라서 장치를 통해 섬유의 장력을 제어함으로써 또한 섬유 다발을 스프레딩/개방함으로써, 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법을 제공한다.

스프레드 섬유 다발을 생산하는 방법에 있어서, 위에 서술한 바와 같이 스프레드 섬유 다발의 생산 시 다양한 섬유가 사용될 수 있다. 이들 섬유는 사용된 섬유에 따라 다양한 장력 강도 및 탄성을 가질 수 있다. 섬유의 최종 스프레드 폭은 섬유 다발의 본래 폭의 4배까지 될 수 있으며, 전형적으로는 본래 폭의 3.5배까지 될 수 있다. 전형적으로, 그들 둘레로 권취되고 장력 크릴상에 설치된 섬유 다발을 갖는 보빈 또는 스풀은 주행하는 섬유의 공급부로서 작용할 것이다. 장력은 섬유 다발의 스프레드 상태를 안정시키기 위해 필요 시 크릴상에서 변할 수 있다. 1 실시예에서, 적어도 하나의 고정형 바아 및/또는 피동 롤러가 가열될 것이다. 다른 실시예에서, 주행하는 섬유 다발은 본질적으로 복사 히터에 의해 가열될 것이다. 스프레드 섬유 다발을 생산하는 방법을 위한 어떤 실시예에서, 복수의 인접한 섬유가 균일하게 떨어져 있도록, 갈퀴는 장력 크릴과 섬유 스프레딩 장치 사이에 위치할 수 있다.

다른 면에 있어서, 본 발명은 1 방향으로 배치되고 섬유들 사이에 균일한 분포를 갖는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산을 위한 방법을 제공한다. 어떤 실시예에서, 상기 방법은 여기에 서술한 바와 같이 섬유 스프레딩 장치를 본 기술분야에 알려진 복합물 처리 장치의 일부로서 통합함으로써, 일련의 고정형 바아 및/또는 피동 롤러와 직접적으로 감아걸어 접촉하도록 다수의 인접한 섬유 다발의 세트를 주행함으로써, 따라서 섬유 다발을 스프레딩함으로써, 또한 프리프레그 시트를 형성하기 위해 미리 결정된 양의 수지로 스프레드 섬유 다발을 함침함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 인접한 섬유 다발의 1 세트는 2개 이상의, 전형적으로는 5개 내지 20개의 섬유 다발을 포함할 수 있다. 제2세트는 제1세트와 동일한 개수의 섬유 다발을 포함할 수 있다.

어떤 실시예에서, 프리프레그는 별도의 경로(즉, 2-패턴, 또는 2경로 스프레드)에서 이동하는 다수의 인접한 섬유 다발의 2개 이상의 세트로부터 생산될 수 있다. 이런 실시예에서, 본 발명에 따른 섬유 스프레딩 장치의 대응하는 개수는 복합물 처리 시스템 내로 통합될 수 있다. 도3 및 실시예1은 이런 실시예를 도시 및 예시하고 있지만, 본 발명에 의해 다른 복수의 경로의 실시예도 예상된다.

롤링된 프리프레그를 생산하기 위한 방법에 있어서, 사용된 수지 및 수지 함침 방법은 많은 수지 및 함침을 위한 방법/장치가 본 기술분야의 숙련자에게 알려져 있기 때문에 특별히 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 수지의 예는 에폭시 수지[예를 들어, 비스페놀 A 에폭시 수지, 페놀 노보락 에폭시 수지, 크레졸 노보락 에폭시 수지, 글리시딜아민 에폭시 수지, 지환식(alicyclic) 에폭시 수지, 우레탄 수정된 에폭시 수지, 브롬으로 처리한 비스페놀 A 에폭시 수지]와 같은 열경화성 수지, 비닐 에스테르 수지, 불포화된 폴리에스테르 수지 및 페널 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에테르 수지, 및 폴리아미드 수지 등과 같은 열가소성 수지를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

하나의 수지가 사용되었지만, 2개 이상의 수지가 함께 사용될 수 있다. 또한, 액체 수지 또는 고체(solid) 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어 용액에 담겨짐으로써 또는 슬러리 탱크에 의해 섬유상에 침적될 수 있다. 사용될 수지 시스템에 경화제가 추가될 수 있다. 함침을 위해, 가열에 의해 또는 용제에서의 용해에 의해 점도가 낮춰진 수지가 섬유 다발 내로 함침될 수 있다. 다른 실시예에서, 종이와 같은 시트 또는 방출할 수 있도록 처리된 수지 필름에 수지를 얇고 균일하게 적용함으로써 각각 얻어진 2개의 수지 시트들 사이에 섬유 다발이 유지될 수 있으며, 또한 뜨거운 닙(nip) 등을 사용하여 라미네이트(laminate)가 압축될 수 있다. 복합물 처리 장치를 통해 다른 뜨거운 닙, 닙, 가열/냉각 판, 갈퀴, 롤러 등이 제공될 수 있다.

연속적인 롤링된 프리프레그를 생산하기 위한 방법의 어떤 실시예에 있어서, 섬유 다발 사이의 균일성을 유지하기 위해, 갈퀴 또는 빗과 같은 섬유 다발 간격유지 수단은 장력 크릴과 섬유 스프레딩 장치 사이에 또한 섬유 스프레딩 장치와 복합물 처리 장치 사이에 위치할 것이다. 어떤 실시예에서, 상기 방법은 다수의 인접한 섬유 다발의 복수의 세트가 있을 때와 같은 복수의 간격유지 수단을 포함할 것이다. 이들 경우에 있어서, 섬유들 사이의 간극을 추가로 감소시키고 섬유-수지 분포를 촉진시키기 위해 그들이 닙 롤러에 의해 조밀하게 되기(compacted) 전에, 섬유 다발이 스프레더 장치를 빠져나와 복합물 처리 시스템에 들어갈 때 섬유 다발이 서로 경미하게 오버랩되는 것을 보장하도록, 복합물 처리 시스템에 가까운 간격유지 수단이 서로 경미하게 옵셋될 수 있다. 상기 간격유지 수단은 실질적으로 프리프레그 시트의 폭에 대응하는 폭일 수 있다.

다른 면에 있어서, 본 발명은 여기에 상세히 서술되는 본 발명에 따라 제조된 프리프레그로 형성되는 제조 물품도 제공한다. 상기 물품은 우주항공 또는 고성능 산업, 자동차, 또는 레저 재료와 같은 미리 함침된 섬유 또는 섬유 시트로부터 제조된 임의의 복합 물품을 포함할 수 있다.

마지막 면에서, 본 발명은 여기에 서술되는 본 발명에 따라 2개 이상의 섬유 스프레딩 장치를 가지며 상기 각각의 장치는 상이한 경로에 배치되며 다수의 인접한 섬유 다발의 세트를 수용할 수 있는 복합물 처리 시스템도 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 하기의 사항을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

1. 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치에 있어서,

일련의 고정형 바아로서 형성되는 장력 증강 유닛과, 일련의 피동 롤러로서 형성되는 장력 감소 유닛을 포함하는 장력 제어 모듈을 포함하며,

상기 고정형 바아 및 피동 롤러는 상기 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 주행하는 섬유 다발의 방향과 직교하여 위치하며, 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

2. 상기 주행하는 섬유 다발은 탄소, 유리, 폴리아미드, 폴리아미드-이미드, 폴리이미드, 아라미드, 및 그 조합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

3. 상기 주행하는 섬유 다발은 복수의 인접한 다발을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

4. 제1장치와는 상이한 경로에 제2장력 제어 모듈을 부가로 포함하며, 복수의 인접한 섬유 다발의 다수를 포함하는 제2의 주행하는 섬유 다발은 상기 제2장치의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

5. 상기 주행하는 섬유 다발의 최종 스프레드 폭은 섬유 다발의 본래 폭의 3.5배 까지인 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

6. 상기 장력 증강 유닛은 장력 크릴, 상기 주행하는 섬유 다발의 속도 보다 저속으로 작동하는 하나 이상의 저속 피동 롤러, 및 저속 피동 롤러와 고정형 바아의 조합물로부터 선택된 부재에 의해 선택적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

7. 일련의 피동 롤러 및 고정형 바아를 포함하는 장력 조정 유닛을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

8. 상기 장력 감소 유닛은 일련의 피동 롤러에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

9. 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 100배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

10. 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 50배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

11. 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 25배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

12. 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 10배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

13. 상기 고정형 바아 및/또는 피동 롤러는 표면 형태를 보유하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

14. 상기 표면 형태는 피동 롤러 및 고정형 바아의 방향에 대해 축방향인 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

15. 적어도 하나의 갈퀴를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

16. 상기 갈퀴는 장력 증강 유닛으로부터 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

17. 상기 갈퀴는 장력 증강 유닛과 장력 감소 유닛 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

18. 상기 주행하는 섬유를 가열하도록 위치한 적어도 하나의 가열원을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

19. 상기 장치는 복합물 처리 장치의 부품이며, 크릴로부터 하류에 또한 함침 시스템으로부터 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

20. 상기 장치는 위버 룸의 부품이며, 또한 크릴로부터 하류에 그리고 복합물 처리 장치로부터 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.

21. 위에 서술한 장치를 사용하여 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법에 있어서,

일련의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하여 섬유 다발을 주행하는 단계와,

주행하는 섬유 다발의 속도와 관련하여 피동 롤러를 높은 차동 속도로 작동함으로써 섬유 다발을 스프레드함으로써 상기 장치를 통해 섬유의 장력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.

22. 적어도 하나의 고정형 바아 및/또는 피동 롤러를 가열하는 또는 섬유 다발을 그 자체로 가열하는 임의의 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.

23. 갈퀴를 갖는 복수의 인접한 섬유 다발을 균일하게 간격을 갖게 하는 임의의 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.

24. 일련의 하나 이상의 롤러에 표면 형태를 적용하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.

25. 권취 드럼으로 스프레드 섬유를 권취하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.

26. 단일방향으로 평행하게 배치되며 섬유들 사이에 균일한 분포를 갖는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법에 있어서,

a) 복합물 처리 장치의 일부로서 위에 서술한 바에 따른 장치를 통합하는 단계와,

b) 상기 장치의 일련의 고정형 바아 및 피동 바아의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 다수의 인접한 섬유 다발의 세트를 주행하는 단계와,

c) 주행하는 섬유 다발의 속도와 관련하여 더 높은 차동 속도로 상기 피동 롤러를 작동함으로써 다수의 인접한 섬유 다발을 스프레드하는 단계와,

d) 상기 스프레드 섬유 다발을 미리 결정된 양의 수지로 함침하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

27. 상기 단계(a)는 제1장치와는 상이한 경로에서 위에 서술한 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치에 따른 제2장치를 복합물 처리 장치에 통합하는 단계를 부가로 포함하며, 상기 단계(b)는 상기 제2장치의 일련의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 다수의 인접한 섬유 다발의 제2세트를 주행시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

28. 섬유 스프레딩 장치와 접촉하기 전에 상기 다수의 인접한 섬유 다발을 간격유지 수단으로 균일하게 서로 떨어지게 하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

29. 상기 함침 단계 이전에 상기 다수의 인접한 섬유 다발을 간격유지 수단으로 균일하게 서로 떨어지게 하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

30. 상기 간격유지 수단은 섬유 다발의 복수의 세트가 있을 때 서로 옵셋되는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

31. 상기 수지는 열가소성 또는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

32. 상기 수지는 스프레드 섬유의 상부 및 바닥 모두에 적용되거나, 또는 용액이나 슬러리 탱크에 담겨지는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

33. 상기 함침 단계는 일련의 하나 이상의 뜨거운 닙, 뜨거운 판, 및 냉각판에 의해, 또는 용액이나 슬러리 탱크에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.

34. 단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그를 생산하기 위한 방법에 있어서,

롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법 중 어느 하나에 따라 생산된 스프레드 섬유 다발 내에 미리 결정된 양의 수지를 함침하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그를 생산하기 위한 방법.

35. 단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그를 생산하기 위한 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그.

36. 단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그를 포함하는 제조 물품.

37. 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치에 따른 2개 이상의 섬유 스프레딩 장치를 포함하는 복합물 처리 시스템에 있어서,

각각의 장치는 상이한 경로에 위치하고 또한 다수의 인접한 섬유 다발의 세트를 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 복합물 처리 시스템.

실시예

본 기술분야의 숙련자가 본 발명의 어떤 실시예를 추가로 이해하도록 하기의 예들이 제공된다. 이들 예들은 단지 도시를 위한 것이며 본 발명의 다양한 실시예의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예1: 평방 미터당 70 그램(gsm)의 낮은 섬유 면적 증량(FAW)을 갖는 프리프레그 시트의 생산

대응하는 요소가 공통의 식별자(identifier)에 할당되며 본 발명에 따라 연속적인 프리프레그 생산 방법을 실시하기 위해 복합물 처리 시스템에 집적된 부품으로서 본 발명에 따른 2개의 섬유 스프레딩 장치를 도시한 도3에 있어서, 다수의 인접한 섬유 다발(31)[T650-35, 사이텍 카본 섬유(사우스 캐롤라이나)에 의해 공급되며 145 gsm 의 표준 스프레드 모듈을 갖는 12K 필라멘트/다발 섬유와 같은]의 2 세트는 그들이 작은 감아걸기 각도 고정형 바아(32)에 의해 균일하게 세팅된 장력 크릴(도시되지 않음)상에 세팅된 보빈으로부터 풀리며 또한 빗(33)으로 계측될 때, 약 2-5 m/min[복합물 처리 시스템의 견인 롤(도시되지 않음)의 속도에 의해 결정되는 바와 같이, 즉 2 m/min, 3 m/min, 4 m/min, 또는 5 m/min]의 라인 속도로 2-패턴 스프레드로 주행한다. 다수의 인접한 섬유 다발이 본 발명에 따른 섬유 스프레딩 장치의 장력 증강 유닛(34a)에 의해 제공된 일련의 고정형 바아와 직접적으로 감아걸어 접촉할 때, 섬유 다발(31)의 토우 장력이 증가되며, 이것은 180 그릿 샌드페이퍼에 의해 축방향으로 적용된 표면 형태(morphology)를 보유한다. 섬유 다발상의 사이징은 장력 증강 유닛(34a)의 근처에 위치한 복사 히터(35a)로 가열된다. 주행하는 섬유 다발의 토우 장력은 그들이 본 발명에 따른 섬유 스프레딩 장치의 장력 조정 유닛(34b)에 의해 제공된 일련의 피동 롤러와 직접적으로 감아걸어 접촉할 때 관리되며, 그것은 180 그릿 샌드페이퍼에 의해 축방향으로 적용된 표면 형태를 보유한다. 장력 레벨을 증가시키고 그 후 섬유 제한값 바로 아래로 감소시키기 위해, 피동 롤러는 주행하는 섬유 다발의 방향으로 라인 속도(즉, 주행하는 섬유 다발의 속도) 보다 0.5 내지 11배 범위의 다양한 속도로 회전한다. 그 후, 그들을 본 발명에 따른 섬유 스프레딩 장치의 장력 감소 유닛(34c)에 의해 제공된 일련의 고속 피동 롤러와 직접적으로 감아걸어 접촉시켜 위치시킴으로써 섬유 다발의 장력을 최종적으로 감소시키기 전에, 토우의 웨브(web)가 복사 히터(35b)로 다시 가열되며, 그것은 180 그릿 샌드페이퍼에 의해 축방향으로 적용된 표면 형태를 보유한다. 장력 감소 유닛(34c)은 스프레드 섬유상에 위치한 수지 필름(39)을 이송하는 닙 롤러(38)에 매우 가깝게 위치하며, 그 후 (스프레드 섬유상의 수지 필름과 함께) 닙 롤러들(38) 사이로 견인되고 섬유 다발의 세트 당 35 gsm 으로 조밀하게 된다.

따라서, 이 공정은 35 gsm 으로 각각 조밀하게 되는 다수의 인접한 섬유 다발(동일한 또는 별도의 크릴로부터)의 상부 및 하부 세트와 동시에 수행된다. 그 결과는 크게 함침된, 통상적으로 145 gsm의 FAW(즉, 복수의 인접한 다발의 세트 당 72.5 gsm)를 달성할 수 있는 섬유로부터 간극 또는 퍼즈가 없는 균일하게 스프레드된 70 gsm 테이프(40)를 형성한다. 너무 높은 온도(예를 들어, 130 ℉ 위의) 또는 장력(예를 들어, 토우 당 4000 그램-힘 위의)은 이들 제품의 토우가 풀리기(fray) 시작하여 고속 피동 롤러상에서 다시 권취되는 것을 유발할 것이다. 따라서, 적은 장력 및 낮은 히터 온도는 이 타입의 섬유를 안전하게 한다.

실시예2: 평방 미터당 145 그램(gsm)의 낮은 섬유 면적 증량(FAW)을 갖는 프리프레그 시트의 생산

중간 모듈 섬유[IM-7G', 헥셀 코포레이션(커네티컷, 스탬포드)에 의해 공급된 12K 필라멘트/다발 섬유와 같은]를 사용하여 평방 미터당 145 그램(gsm)의 표준 섬유 면적 증가(FAW)를 갖는 프리프레그 시트가 실시예1에서와 같이 제조된다. 그러나, 장력 증강 섹션(34a)에 단지 2개의 고정형 바아가 사용되었으며, 본 발명에 따른 섬유 스프레딩 장치의 장력 관리 섹션(34b)(저속 피동 롤러 및/또는 고속 피동 롤러) 및 장력 감소 섹션(34c)(고속 피동 롤러)의 각각에는 단지 2개의 피동 롤러만 사용되었다. 히터(35a, 35b)는 사용되지 않는다. 토우 웨브(또는 섬유 다발)는 복수의 인접한 섬유 다발의 각각의 상부 및 하부 세트에 대해 72.5 gsm 의 FAW 로 스프레드되며, 그 후 간극 또는 퍼즈 없이 145 gsm 의 FAW 를 갖는 크게 함침된 또한 균일하게 스프레드된 프리프레그 시트를 형성하기 위해 닙(38)에서 조합된다.

본 발명을 통해 다양한 특허 및/또는 과학 문헌 참고가 지칭되었다. 이들 문헌들의 서술은 씌여진 대로 그 전부가 여기에 참조인용되었다. 상기 서술 및 예를 고려하여, 본 기술분야의 숙련자는 과도한 실험없이 청구된 바의 서술을 실시할 수 있을 것이다.

상술한 서술은 본 교시의 기본적인 신규한 특징을 도시, 서술 및 지적하였지만, 본 교시의 범위로부터의 일탈 없이 본 기술분야의 숙련자에 의해 그 사용 뿐만 아니라 도시된 바와 같이 장치의 상세한 설명의 형태로 다양한 생략, 대체, 및 변화가 이루어질 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 본 교시의 범위는 상술한 논의에 제한되어서는 안되며 첨부된 청구범위에 의해 한정되어야만 한다.

1: 섬유 다발 2: 장력 증강 섹션
3: 장력 감소 섹션 3a: 피동 롤러
10: 섬유 스프레딩 장치

Claims

스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치에 있어서,
일련의 고정형 바아로서 형성되는 장력 증강 유닛과, 일련의 피동 롤러로서 형성되는 장력 감소 유닛을 포함하는 장력 제어 모듈을 포함하며,
상기 고정형 바아 및 피동 롤러는 상기 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 주행하는 섬유 다발의 방향과 직교하여 위치하며, 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 주행하는 섬유 다발은 탄소, 유리, 폴리아미드, 폴리아미드-이미드, 폴리이미드, 아라미드, 및 그 조합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주행하는 섬유 다발은 복수의 인접한 다발을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1장치와는 상이한 경로에 제2장력 제어 모듈을 부가로 포함하며, 복수의 인접한 섬유 다발의 다수를 포함하는 제2의 주행하는 섬유 다발은 상기 제2장치의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주행하는 섬유 다발의 최종 스프레드 폭은 섬유 다발의 본래 폭의 3.5배 까지인 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장력 증강 유닛은 장력 크릴, 상기 주행하는 섬유 다발의 속도 보다 저속으로 작동하는 하나 이상의 저속 피동 롤러, 및 저속 피동 롤러와 고정형 바아의 조합물로부터 선택된 부재에 의해 선택적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 일련의 피동 롤러 및 고정형 바아를 포함하는 장력 조정 유닛을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장력 감소 유닛은 일련의 피동 롤러에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 100배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 50배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 25배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피동 롤러의 주변 표면 속도는 상기 주행하는 섬유 다발의 속도의 3배 내지 10배의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정형 바아 및/또는 피동 롤러는 표면 형태를 보유하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제13항에 있어서, 상기 표면 형태는 피동 롤러 및 고정형 바아의 방향에 대해 축방향인 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 갈퀴를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제15항에 있어서, 상기 갈퀴는 장력 증강 유닛으로부터 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 갈퀴는 장력 증강 유닛과 장력 감소 유닛 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주행하는 섬유를 가열하도록 위치한 적어도 하나의 가열원을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 복합물 처리 장치의 부품이며, 크릴로부터 하류에 또한 함침 시스템으로부터 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 위버 룸의 부품이며, 또한 크릴로부터 하류에 그리고 복합물 처리 장치로부터 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 장치.
청구항 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법에 있어서,
일련의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하여 섬유 다발을 주행하는 단계와,
주행하는 섬유 다발의 속도와 관련하여 피동 롤러를 높은 차동 속도로 작동함으로써 섬유 다발을 스프레드함으로써 상기 장치를 통해 섬유의 장력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.
제21항에 있어서, 적어도 하나의 고정형 바아 및/또는 피동 롤러를 가열하는 또는 섬유 다발을 그 자체로 가열하는 임의의 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.
제21항 또는 제22항에 있어서, 갈퀴를 갖는 복수의 인접한 섬유 다발을 균일하게 간격을 갖게 하는 임의의 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.
제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 일련의 하나 이상의 롤러에 표면 형태를 적용하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.
제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 권취 드럼으로 스프레드 섬유를 권취하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레드 섬유 다발을 생산하기 위한 방법.
단일방향으로 평행하게 배치되며 섬유들 사이에 균일한 분포를 갖는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법에 있어서,
a) 복합물 처리 장치의 일부로서 청구항 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 장치를 통합하는 단계와,
b) 상기 장치의 일련의 고정형 바아 및 피동 바아의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 다수의 인접한 섬유 다발의 세트를 주행하는 단계와,
c) 주행하는 섬유 다발의 속도와 관련하여 더 높은 차동 속도로 상기 피동 롤러를 작동함으로써 다수의 인접한 섬유 다발을 스프레드하는 단계와,
d) 상기 스프레드 섬유 다발을 미리 결정된 양의 수지로 함침하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
제26항에 있어서, 상기 단계(a)는 제1장치와는 상이한 경로에서 청구항 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 제2장치를 복합물 처리 장치에 통합하는 단계를 부가로 포함하며, 상기 단계(b)는 상기 제2장치의 일련의 고정형 바아 및 피동 롤러의 표면과 직접적으로 감아걸어 접촉하는 다수의 인접한 섬유 다발의 제2세트를 주행시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
제26항 또는 제27항에 있어서, 섬유 스프레딩 장치와 접촉하기 전에 상기 다수의 인접한 섬유 다발을 간격유지 수단으로 균일하게 서로 떨어지게 하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 함침 단계 이전에 상기 다수의 인접한 섬유 다발을 간격유지 수단으로 균일하게 서로 떨어지게 하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
제29항에 있어서, 상기 간격유지 수단은 섬유 다발의 복수의 세트가 있을 때 서로 옵셋되는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
제26항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지는 열가소성 또는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
제26항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지는 스프레드 섬유의 상부 및 바닥 모두에 적용되거나, 또는 용액이나 슬러리 탱크에 담겨지는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
제26항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 함침 단계는 일련의 하나 이상의 뜨거운 닙, 뜨거운 판, 및 냉각판에 의해, 또는 용액이나 슬러리 탱크에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 롤링된 프리프레그의 연속적인 생산 방법.
단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그를 생산하기 위한 방법에 있어서,
청구항 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따라 생산된 스프레드 섬유 다발 내에 미리 결정된 양의 수지를 함침하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그를 생산하기 위한 방법.
청구항 제26항 내지 제34항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 단일방향으로 평행하게 배치된 프리프레그.
청구항 제35항에 따른 프리프레그를 포함하는 제조 물품.
청구항 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 2개 이상의 섬유 스프레딩 장치를 포함하는 복합물 처리 시스템에 있어서,
각각의 장치는 상이한 경로에 위치하고 또한 다수의 인접한 섬유 다발의 세트를 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 복합물 처리 시스템.