KR20150116984A - 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법 - Google Patents

일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법 Download PDF

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Abstract

일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법을 제공한다.
본 발명은 풀림롤에서 풀려진 프리프레그 기재시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 직교하는 직각방향으로 제1프리프레그 시트를 절단하고, 절단된 제1절단시트를 일시 정지된 프리프레그 기재시트에 적층하여 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트와 제1절단시트가 적층된 제1적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제1적층단계 ; 상기 풀림롤에서 풀려진 제1적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제1경사방향으로 제2프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제2절단시트를 일시 정지된 제1적층시트와 중첩하도록 수평이송 및 회전시킨 다음 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트, 제1절단시트 및 제2절단시트가 적층된 제2적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제2적층단계 ; 및 상기 풀림롤에서 풀려진 제2적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제2경사방향으로 제3프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제3절단시트를 일시 정지된 제2적층시트와 중첩하도록 수평이송및 회전시킨 다음 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트, 제1절단시트, 제2절단시트 및 제3절단시트가 적층된 제3적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제3적층단계 ; 를 포함한다.

Description

일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법{Method for Fabricating the Cross Multi Layer Reinforced Sheet using Frefreg}
본 발명은 일방향 프리프레그를 이용하여 다축 보강 적층시트 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 섬유재가 서로 다른 각도로 교차 배열되도록 프리프레그 시트를 다층으로 적층할 수 있고, 복합재를 제조하는 공정을 자동화할 수 있는 한편, 접합불량에 의한 제품불량을 줄일 수 있는 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 프리프레그(prefreg)는 섬유 강화 복합재료용의 중간 기재이며, 이는 강화섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료이다.
이러한 프리프레그를 다층으로 적층하고, 가열 및 가압하여 수지를 경화시키는 것으로 다양한 용도로 이용할 수 있는 성형품을 제조하게 되는데, 수지내에 배열되는 유리섬유 및 탄소섬유와 같은 강화용 섬유의 배열형태에 따라 일방향 프리프레그와 크로스 프리프레그로 구별될 수 있다.
한편, 고분자 섬유강화 복합재료인 프리프레그 중 고성능을 추구하는 구조용 연속섬유 복합재료는 자동화가 어려운 제조 특성으로 인한 고 공정비용으로 인하여 우주, 항공 산업에만 그 시장이 제한되어 왔으며, 저성능, 고생산성 지향의 강화 엔지니어링 플라스틱으로 대표되는 불연속 섬유 복합재료는 주로 사출성형품으로 전자·전기 부품시장을 확보하고 있다.
그러나, 자동차, 건설, 일반 내구성 기계부품 등의 대형 시장에서는 이들 두 재료의 중간 성능을 지닌 제품군을 요구하고 있으며, 이를 위해서는 불연속섬유 복합재료에서보다 10~100배 긴 강화섬유를 제품 내에서 원하는 방향으로 강제 배향시키는 기술과 아울러 연속강화섬유 복합재료의 중간재로서 일방향 프리프레그에 결핍된 가공성을 한 차원 높인 다축 프리프레그 적층시트의 제조기술이 요구되고 있다.
(특허문헌 1) KR0959389 B1
특허문헌 1에는 일방향 프리프레그 시트에서 이형지를 제거한 후 일방향 강화섬유시트를 테이프 형태로 절단하고, 절단된 테이프를 일정한 폭으로 이격되게 이형지 위에 놓고 압착롤러로 가열 가압하여 테이프형 시트를 제조하고, 테이프형 시트를 설계된 각도에 따라 재단하여 열경화성 수지를 함침시킨 일방향 프리프레그 시트의 편면에 적어도 하나 이상의 테이프배열 접착시트를 중첩하여 제조하는 다축 프레그 시트트 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 제조방법은 탄소섬유와 강화재가 서로 다른 배열각도로 배치된 적어도 2층 이상의 프리프레그 시트를 다층으로 적층하여 복합재를 제조하는데 한계가 있었다.
또한, 연속적인 자동화 공정이 곤란하고, 접합불량에 의한 불량율이 높기 때문에 제품수율이 저조하고, 제조원가를 낮추는데 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 섬유재가 서로 다른 각도로 교차 배열되도록 프리프레그 시트를 다층으로 적층할 수 있고, 복합재를 제조하는 공정을 자동화할 수 있는 한편, 접합불량에 의한 제품불량을 줄일 수 있는 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 풀림롤에서 풀려진 프리프레그 기재시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 직교하는 직각방향으로 풀려지는 제1프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단된 제1절단시트를 일시 정지된 프리프레그 기재시트에 적층하여 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트와 제1절단시트가 적층된 제1적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제1적층단계 ; 상기 풀림롤에서 풀려진 제1적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제1경사방향으로 제2프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제2절단시트를 일시 정지된 제1적층시트와 중첩하도록 수평이송 및 회전시킨 다음 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트, 제1절단시트 및 제2절단시트가 적층된 제2적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제2적층단계 ; 및 상기 풀림롤에서 풀려진 제2적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제2경사방향으로 제3프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제3절단시트를 일시 정지된 제2적층시트와 중첩하도록 수평이송및 회전시킨 다음 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트, 제1절단시트, 제2절단시트 및 제3절단시트가 적층된 제3적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제3적층단계 ; 를 포함하는 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 풀림롤에서 풀려진 프리프레그 기재시트가 감김롤에 감겨지도록 일방향으로 진행하는 단계 ; 상기 프리프레그 기재시트가 진행하는 방향에 대하여 직교하는 직각방향으로 풀려지는 제1프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제1절단시트를 일시 정지된 프리프레그 기재시트에 합착하여 프리프레그 기재시트와 제1절단시트가 적층된 제1적층시트를 형성하는 제1적층단계 ; 상기 제1적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제1경사방향으로 제2프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 다른 이송지그상에 올려진 제2절단시트를 일시 정지된 제1적층시트와 중첩하도록 수평이송 및 회전시킨 다음 합착하여 프리프레그 기재시트, 제1절단시트 및 제2절단시트가 적층된 제2적층시트를 형성하는 제2적층단계 ; 상기 제2적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제2경사방향으로 제3프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 또 다른 이송지그상에 올려진 제3절단시트를 일시 정지된 제2적층시트와 중첩하도록 수평이송 및 회전시킨 다음 합착하여 프리프레그 기재시트, 제1절단시트, 제2절단시트 및 제3절단시트가 적층된 제3적층시트를 형성하는 제3적층단계 ; 및 상기 제3적층시트를 상기 감김롤에 두루마리형태로 권취하는 권취단계 ; 를 포함하는 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 탄소섬유와 같은 섬유재가 서로 다른 배열각도로 배치되도록 적어도 2층 이상의 프리프레그 시트를 두께방향으로 다층으로 적층하여 제조공정을 자동화함으로써 고가의 복합재를 제조하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 대량생산이 가능하여 제조원가를 절감할 수 있다.
(2) 주라인에 구비되는 시트라인의 설치갯수를 늘리거나 줄이고, 진행라인에 대하여 절단되는 절단각도를 다양화함으로써, 프리프레그 기재시트상에 두께방향으로 적층되는 프리프레그 시트의 섬유재가 교차되는 각도를 다양하게 변경하여 수요가가 원하는 다양한 요구에 신속하게 대응할 수 있다.
(3) 단일방향의 섬유재가 배치된 일방향 프리프레그 시트를 이용하여 다양한 교차각도를 갖는 다축 보강적층시트를 제조할 수 있고, 두께방향으로 적층되는 시트의 섬유재 교차각도를 변화시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법에서 제1적층단계를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법에서 제2적층단계를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법에서 제3적층단계를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법을 도시한 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 감김롤(101)과 풀림롤(101)사이에서 단일시트 또는 적층시트를 일방향으로 진행시키는 과정에서 일시 정지되는 시트의 상부면에 절단된 절단시트를 적층함으로써 섬유재가 서로 다른 각도로 배열되어 교차되는 다축 보강 적층시트를 제조할 수 있도록 제1적층단계, 제2적층단계 및 제3적층단계를 포함한다.
상기 제1적층단계는 도 1에 도시한 바와 같이, 프리프레그 기재시트(S)의 일측면에 제1절단시트가 길이방향으로 연속하여 적층된 제1적층시트(110)를 감김롤(102)에 두루마리 형태로 권취하는 것이다.
즉, 상기 풀림롤(101)에 프리프레그 기재시트(S)가 두루마리형태로 감겨진 소재롤을 장착하고, 상기 풀림롤(101)에서 풀려지는 프리프레그 기재시트(S)를 감김롤(102)측으로 이동하도록 풀림진행한다.
상기 풀림롤과 감김롤사이에는 상기 프리프레그 기재시트의 장력을 조절하거나 지지할 수 있도록 장력조절용 롤이나 지지롤을 구비한다.
그리고, 상기 프리프레그 기재시트(S)가 풀려져 일방향으로 진행하는 주라인에는 상기 프리프레그 기재시트의 진행방향에 대하여 대략 직각으로 교차하는 직교 방향으로 제1프리프레그 시트(S1)를 풀림진행하는 제1시트라인을 배치한다.
상기 제1시트라인과 주라인사이에는 상기 프리프레그 기재시트와 직교하는 방향으로 풀려지는 제1프리프레그 시트(S1)의 선단을 일정간격으로 절단하도록 나이프를 구비함으로써 상기 나이프에 의해서 상기 제1프리프레그 시트(S1)를 프리프레그 기재시트(S)의 폭크기와 대응하는 길이로 절단하여 제1절단시트(S1')를 준비한다.
연속하여, 상기 프리프레그 기재시트가 일방향으로 진행하는 주라인에서 감김롤과 풀림롤의 회전구동을 제어하여 상기 프리프레그 기재시트(S1)를 일시정지시킨 상태에서, 상기 나이프에 의해서 절단된 제1절단시트(S1')를 이송지그상에 올려놓고, 상기 프리프레그 기재시트(S)의 하부면과 대응배치되도록 이송지그를 이송하여 적층한 다음, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 프리프레그 기재시트의 하부면과 상기 제1절단시트(S1')의 상부면을 일체로 합착한다.
그리고, 상기 감김롤과 풀림롤의 구동을 제어하여 상기 프리프레그 기재시트(S)를 상기 제1프리프레그 시트(S1)의 폭크기와 대응하는 길이만큼 일정거리 주행이동시킨 후 다시 일시 정지시킨 다음, 상기 나이프에 의해서 절단된 제1절단시트(S1')를 이송지그상에 올려놓고 상기 프리프레그 기재시트(S)의 하부면에 대응배치하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 프리프레그 기재시트의 하부면과 상기 제1절단시트(S1')의 상부면을 일체로 합착한다.
이때, 선행 합착된 제1절단시트의 후단은 후행 합착 제1절단시트의 선단과 빈틈없이 서로 맞닿아 일치되어야 하며, 이는 상기 프리프레그 기재시트와 절단시트가 합착되는 위치에 구비되어 선,후행 제1절단시트의 접합부위를 확인하는 포토센서와, 이를 수신하여 상기 감김롤 및 풀림롤의 회전구동을 제어하는 제어부에 의해서 정밀하게 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 감김롤과 풀림롤사이에서 주행과 정지가 반복되는 프리프레그 기재시트의 상부면에 제1절단시트를 길이방향으로 연속하여 합착함으로써, 상기 감김롤(102)에 프리프레그 기재시트(S)와 제1절단시트(S1)가 적층되고, 상기 프리프레그 기재시트(S)의 섬유재와 제1프리프레그 시트(S1)의 섬유재가 직각으로 교차하도록 배열된 제1적층시트(110)를 두루마리형태로 권취할 수 있는 것이다.
상기 제2적층단계는 도 2에 도시한 바와 같이, 제1적층단계에서 제조된 제1적층시트(110)의 일측면에 제2절단시트(S2')가 길이방향으로 연속하여 적층된 제2적층시트를 감김롤(102)에 두루마리 형태로 권취하는 것이다.
이때, 상기 제1적층시트가 두루마리형태로 권취된 시트롤이 풀려지는 풀림롤과, 상기 제2적층시트가 감겨지는 감김롤은 제1적층단계에 적용된 것과 동일한 롤을 사용하는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 다른 감김롤이나 풀림롤로 구비될 수 있다.
즉, 상기 풀림롤(101)에 제1적층시트(110)가 두루마리형태로 감겨진 시트롤을 장착하고, 상기 풀림롤(101)에서 풀려지는 제1적층시트(110)를 감김롤(102)측으로 이동하도록 풀림진행한다.
그리고, 상기 제1적층시트(110)가 풀려져 일방향으로 진행하는 주라인에는 상기 제1적층시트의 진행방향에 대하여 일정각도( θ), 바람직하게는 45 °경사진 제1경사방향으로 제2프리프레그 시트(S2)를 절단하고, 선,후단이 경사지게 절단된 제2절단시트(S2)를 이송공급하는 제2시트라인을 배치한다.
상기 제2시트라인과 주라인사이에는 상기 제1적층시트(110)에 대하여 직교하는 방향으로 제2프리프레그 시트(S2)를 진행하는 과정에서 선,후단을 일정각도 경사지게 절단하는 나이프와, 절단된 제2절단시트(S2)를 이송하고 회전시키는 이송지그를 구비함으로써, 상기 나이프에 의해서 상기 제2프리프레그 시트(S2)를 일정길이로 절단하여 양단이 각각 경사진 평행사변형의 제2절단시트(S2')를 준비한다.
연속하여, 상기 제1적층시트(110)가 일방향으로 진행하는 주라인에서 감김롤과 풀림롤의 회전구동을 제어하여 상기 제1적층시트(110)를 상기와 마찬가지로 일시정지시킨 상태에서, 상기 나이프에 의해서 양단이 경사지게 절단된 다음 상기 이송지그상에 올려진 제2절단시트(S2')를 상기 제1적층시트(110)의 하부면과 중첩되도록 회전시켜 적층하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 제1적층시트(110)의 하부면과 상기 제2절단시트(S2')의 상부면을 일체로 합착한다.
그리고, 상기 감김롤(101)과 풀림롤(102)의 구동을 제어하여 상기 제1적층시트(110)를 상기 제2절단시트와 겹쳐지는 길이만큼 일정거리 주행이동시킨 후 다시 일시 정지시킨 다음, 상기 나이프에 의해서 절단되고 이송지그에 의해서 이송된 제2절단시트(S2')를 상기 제1적층시트(110)의 하부면에 적층하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 제1적층시트의 하부면과 상기 제2절단시트(S2')의 상부면을 일체로 합착한다.
이때, 선행합착된 제2절단시트의 후단은 후행합착 제2절단시트의 선단과 빈틈없이 서로 맞닿아 일치되어야 하며, 이는 상기 제1적층시트와 제2절단시트가 합착되는 위치에 구비되어 선,후행 제2절단시트의 접합부위를 확인하는 포토센서와, 이를 수신하여 상기 감김롤 및 풀림롤의 회전구동을 제어하는 제어부에 의해서 정밀하게 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 감김롤과 풀림롤사이에서 주행과 정지가 반복되는 제1적층시트의 하부면에 제2절단시트를 길이방향으로 연속하여 합착함으로써, 상기 감김롤(102)에 프리프레그 기재시트(S), 제1절단시트(S1')인 제1프리프레그 시트(S1) 및 제2절단시트(S2')인 제2프리프레그 시트(S2)가 연속하여 적층되어 상기 프리프레그 기재시트(S)의 섬유재와 제1프리프레그 시트(S1)의 섬유재가 직각으로 교차하고, 제1프리프레그 시트(S1)의 섬유재와 제2프리프레그 시트(S2)의 섬유재가 경사지게 교차하도록 배열된 제2적층시트(120)를 두루마리형태로 권취할 수 있는 것이다.
상기 제3적층단계는 도 3에 도시한 바와 같이, 제2적층단계에서 제조된 제2적층시트(120)의 일측면에 제3절단시트(S3')가 길이방향으로 연속하여 적층된 제3적층시트(130)를 감김롤(102)에 두루마리 형태로 권취하는 것이다.
즉, 상기 풀림롤(101)에 제2적층시트(120)가 두루마리형태로 감겨진 다른 시트롤을 장착하고, 상기 풀림롤(101)에서 풀려지는 제2적층시트(120)를 감김롤(102)측으로 이동하도록 풀림진행한다.
그리고, 상기 제2적층시트(120)가 풀려져 일방향으로 진행하는 주라인에는 상기 제2적층시트의 진행방향에 대하여 일정각도( θ), 바람직하게는 -45 °경사진 제2경사방향으로 제2프리프레그 시트(S3)를 공급하는 제3시트라인을 배치한다.
상기 제3시트라인과 주라인사이에는 상기 제2적층시트(120)에 대하여 직교하는 방향으로 풀려지는 제3프리프레그 시트(S3)를 일정각도 경사지게 절단하는 나이프와, 절단된 제3절단시트(S3')가 올려져 이송되는 이송지그를 구비함으로써 상기 나이프에 의해서 상기 제3프리프레그 시트(S3)를 일정길이로 절단하여 양단이 각각 경사진 평행사변형의 제3절단시트(S3')를 준비한다.
연속하여, 상기 제2적층시트(120)가 일방향으로 진행하는 주라인에서 감김롤과 풀림롤의 회전구동을 제어하여 상기 제2적층시트(120)를 상기와 마찬가지로 일시정지시킨 상태에서, 상기 나이프에 의해서 양단이 경사지게 절단되어 상기 이송지그상에 올려진 제3절단시트(S3')를 상기 제2적층시트(120)의 하부면에 중첩되도록 이송시켜 적층하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 제2적층시트(120)의 하부면과 상기 제3절단시트(S3')의 상부면을 일체로 합착한다.
그리고, 상기 감김롤(101)과 풀림롤(102)의 구동을 제어하여 상기 제2적층시트(120)를 상기 제3절단시트와 겹쳐지는 길이만큼 일정거리 주행이동시킨 후 다시 일시 정지시킨 다음, 상기 나이프에 의해서 절단된 제3절단시트(S3')를 이송지그에 의해서 제2적층시트(130)의 하부면에 중첩되도록 적층하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 제2적층시트의 하부면과 상기 제3절단시트(S3')의 상부면을 일체로 합착한다.
이때, 선행 합착된 제3절단시트의 후단은 후행 합착 제3절단시트의 선단과 빈틈없이 서로 맞닿아 일치되어야 하며, 이는 상기 제2적층시트와 제3절단시트가 합착되는 위치에 구비되어 선,후행 제3절단시트의 접합부위를 확인하는 포토센서와, 이를 수신하여 상기 감김롤 및 풀림롤의 회전구동을 제어하는 제어부에 의해서 정밀하게 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 감김롤과 풀림롤사이에서 주행과 정지가 반복되는 제2적층시트의 상부면에 제3절단시트를 길이방향으로 연속하여 합착함으로써, 상기 감김롤(102)에 프리프레그 기재시트(S), 제1절단시트(S1')인 제1프리프레그 시트(S1), 제2절단시트(S2')인 제2프리프레그 시트(S2) 및 제3절단시트(S3')인 제3프리프레그 시트(S3)가 연속하여 두께방향으로 적층되어 상기 프리프레그 기재시트(S)의 섬유재와 제1프리프레그 시트(S1)의 섬유재가 직각으로 교차하고, 제1프리프레그 시트(S1)의 섬유재와 제2프리프레그 시트(S2)의 섬유재가 경사지게 교차하며, 제2프리프레그 시트(S2)의 섬유재와 제3프리프레그 시트(S3)의 섬유재가 교차하도록 배열된 제3적층시트(130)를 두루마리형태로 권취하여 다축 보강 적층시트를 제조완성하게 된다.
여기서, 상기 프리프레그 기재시트(S) 및 제1,2 및 3 프리프레그 시트(S1,S2,S3)는 절단날의 회전조작이 가능한 하나의 나이프설비에 의해서 시트적층 공정조건에 따라 절단작업이 이루어질 수 있으며, 상기 나이프에 의해서 선,후단이 다양한 각도로 절단된 제1,2 및 3절단시트(S1',S2',S3')는 시트가 올려진 상부면의 회전조작이 가능하고, 수평이동이 가능한 하나의 이송지그에 의해서 공정조건에 따라 이송 및 회전작업이 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법은 도 4에 도시한 바와 같이, 감김롤(101)과 풀림롤(101)사이에서 단일시트를 일방향으로 진행시키는 과정에서 일시 정지되는 단일시트의 상부면에 다양한 절단각도로 절단된 절단시트를 연속하여 적층함으로써 섬유재가 서로 다른 각도로 배열되어 교차되는 다축 보강 적층시트를 제조할 수 있도록 풀림단계, 제1적층단계, 제2적층단계, 제3적층단계 및 권취단계를 포함한다.
상기 풀림단계는 상기 풀림롤(101)에 두루마리형태로 감겨진 소재롤을 장착한 다음, 이로부터 풀려진 프리프레그 기재시트(S)를 감김롤(102)에 감겨지도록 일방향으로 진행하는 것이다.
이때, 상기 제1적층단계, 제2적층단계 및 제3적층단계가 이루어지는 동안 상기 프리프레그 기재시트(S)의 일방향 진행은 다양한 각도로 절단된 절단시트의 합착공정이 이루어지도록 제어부에 의해서 주행 및 정지가 반복되어야 한다.
상기 제1적층단계는 상기 프리프레그 기재시트(S)가 풀림롤로부터 풀려져 일방향으로 진행하는 주라인 근방에 상기 프리프레그 기재시트의 진행방향에 대하여 대략 직각으로 교차하는 직교 방향으로 제1프리프레그 시트(S1)를 풀림진행하는 제1시트라인을 배치하여 수행한다.
상기 제1시트라인과 주라인사이에는 상기 프리프레그 기재시트와 직교하는 방향으로 풀려지는 제1프리프레그 시트(S1)의 선단을 일정간격으로 절단하는 나이프와, 절단된 제1절단시트를 이송하는 이송지그를 구비함으로써 상기 나이프에 의해서 상기 제1프리프레그 시트(S1)를 프리프레그 기재시트(S)의 폭크기와 대응하는 길이로 절단한 제1절단시트(S1')를 절단하고, 절단된 제1절단시트가 올려진 이송지그의 수평앙복작동에 의해서 제1적층단계를 수행하게 된다.
또한, 상기 제2적층단계는 상기와 마찬가지로 상기 제1시트라인으로부터 일정간격을 두고 이격배치되고, 상기 프리프레그 기재시트의 진행방향에 대하여 대략 직각으로 교차하는 직교 방향으로 제2프리프레그 시트(S2)를 풀림진행하는 제2시트라인을 배치하여 수행한다.
상기 제2시트라인과 주라인사이에는 상기 제2프리프레그 시트(S2)의 선단을 일정간격으로 절단하도록 다른 나이프를 구비하고, 절단된 제2절단시트(S2)를 이송하는 다른 이송지그를 구비함으로써 상기 나이프에 의해서 상기 제2프리프레그 시트(S2)를 일정길이로 제2절단시트(S2')를 절단하고, 절단된 제2절단시트가 올려진 이송지그의 수평왕복작동 및 회전작동에 의해서 제2적층단계를 수행하게 된다.
그리고, 상기 제3적층단계도 상기와 마찬가지로 상기 제2시트라인으로부터 일정간격을 두고 이격배치되고, 상기 프리프레그 기재시트의 진행방향에 대하여 대략 직각으로 교차하는 직교 방향으로 제3프리프레그 시트(S3)를 풀림진행하는 제3시트라인을 배치하여 수행한다.
상기 제3시트라인과 주라인사이에는 상기 제3프리프레그 시트(S3)의 선단을 일정간격으로 절단하도록 또 다른 나이프를 구비하고, 절단된 제3절단시트(S3)를 이송하는 또 다른 이송지그를 구비함으로써 상기 나이프에 의해서 상기 제3프리프레그 시트(S3)를 일정길이로 절단하고, 선,후단이 일정각도로 절단된 제3절단시트(S3')가 올려진 이송지그의 수평왕복작동 및 회전작동에 의해서 제3적층단계를 수행하게 된다.
이에 따라, 상기 프리프레그 기재시트가 일방향으로 진행하는 주라인 좌우 양측에는 제1시트라인, 제2시트라인 및 제3시트라인이 일정간격을 두고 연속배치되어 상기 제1,2 및 3시트라인마다 배치된 복수개의 나이프에 의해서 절단된 제1절단시트, 제2절단시트 및 제3절단시트를 복수개의 이송지그상에 준비하는 작업을 동시에 수행하거나 순차적으로 수행할 수 있는 것이다.
이때, 상기 제1시트라인, 제2시트라인 및 제3시트라인은 섬유재가 교차되는 각도에 따라 서로 다른 배열순서로 배치되거나 일측 또는 타측에 연속하여 배치될 수 있다.
즉, 상기 제1적층단계는 프리프레그 기재시트가 일방향으로 진행하는 주라인에서 감김롤과 풀림롤의 회전구동을 제어하여 상기 프리프레그 기재시트(S1)를 일시정지시킨 상태에서, 상기 이송지그상에 올려진 제1절단시트(S1')를 상기 프리프레그 기재시트(S)의 하부면과 중첩되도록 수평이송하여 상하 시트의 섬유재가 대략 직각으로 교차하도록 적층하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 프리프레그 기재시트의 하부면과 상기 제1절단시트(S1')의 상부면을 일체로 합착하여 제1적층시트(110)를 형성한다.
이와 동시에 상기 프리프레그 기재시트(S1)를 일시정지시킨 상태에서 제1적층단계와 더불어 동시에 수행되는 제2적층단계는 상기 제1시트라인으로부터 일정거리 떨어진 제2시트라인에서 상기 다른 이송지그 상에 올려진 제2절단시트(S2')를 상기 제1적층시트(110)의 하부면으로 수평이송한 다음, 수평이송되는 이송지그를 회전시켜 제1절단시트의 섬유재와 대략 직각으로 교차하도록 중첩하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 제1적층시트(110)의 하부면과 상기 제2절단시트(S2')의 상부면을 일체로 합착하여 제2적층시트(120)를 형성한다.
그리고, 상기와 마찬가지로 상기 프리프레그 기재시트(S)를 일시정지시킨 상태에서 상기 제1적층단계 및 제2적층단계와 동시에 수행되는 제3적층단계는 상기 제2시트라인으로부터 일정거리 떨어진 제3시트라인에서 상기 또 다른 이송지그상에 올려진 제3절단시트(S3')를 상기 제2적층시트(120)의 하부면으로 수평이송한 다음 수평이송되는 이송지그를 회전시켜 제2절단시트의 섬유재와 대략 직각으로 교차하도록 중첩하고, 외부로부터 제공되는 열에 의해서 상기 제2적층시트(120)의 하부면과 상기 제3절단시트(S3')의 상부면을 일체로 합착하여 제3적층시트(130)를 형성한다.
한편, 선행합착된 제1,2 및 3절단시트의 후단은 후행 합착된 제1,2 및 3절단시트의 선단과 빈틈없이 서로 맞닿아 일치되어야 하며, 이는 상기 선,후행 절단시트들의 접합부위를 확인하는 포토센서와, 이를 수신하여 상기 감김롤 및 풀림롤의 회전구동을 제어하는 제어부에 의해서 정밀하게 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 감김롤과 풀림롤사이에서 주행과 정지가 반복되는 프리프레그 기재시트의 상부면에 제1,2,3절단시트를 길이방향과 더불어 두께방향으로 연속하여 합착함으로써, 프리프레그 기재시트(S), 제1절단시트(S1')인 제1프리프레그 시트(S1), 제2절단시트(S2')인 제2프리프레그 시트(S2) 및 제3절단시트(S3')인 제3프리프레그 시트(S3)가 연속하여 두께방향으로 적층됨과 동시에 상기 프리프레그 기재시트(S)의 섬유재와 제1프리프레그 시트(S1)의 섬유재가 직각으로 교차하고, 제1프리프레그 시트(S1)의 섬유재와 제2프리프레그 시트(S2)의 섬유재가 경사지게 교차하며, 제2프리프레그 시트(S2)의 섬유재와 제3프리프레그 시트(S3)의 섬유재가 교차하도록 배열된 제3적층시트(130)를 제조할 수 있는 것이다.
마지막으로, 상기 권취단계는 두께방향으로 제1, 2 및 3프리프레그 시트와 더불어 프리프레그 기재시트가 적층되어 혀엉된 제3적층시트를 상기 감김롤에 두루마리형태로 권취함으로써 다축 보강 적층시트를 제조완성하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
S : 프리프레그 기재시트
S1 : 제1프리프레그 시트
S2 : 제2프리프레그 시트
S3 : 제3프리프레그 시트
S1' : 제1절단시트
S2' : 제2절단시트
S3' : 제3절단시트

Claims (2)

  1. 풀림롤에서 풀려진 프리프레그 기재시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 직교하는 직각방향으로 풀려지는 제1프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단된 제1절단시트를 일시 정지된 프리프레그 기재시트에 적층하여 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트와 제1절단시트가 적층된 제1적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제1적층단계 ;
    상기 풀림롤에서 풀려진 제1적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제1경사방향으로 제2프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제2절단시트를 일시 정지된 제1적층시트와 중첩하도록 수평이송 및 회전시킨 다음 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트, 제1절단시트 및 제2절단시트가 적층된 제2적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제2적층단계 ; 및
    상기 풀림롤에서 풀려진 제2적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제2경사방향으로 제3프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제3절단시트를 일시 정지된 제2적층시트와 중첩하도록 수평이송및 회전시킨 다음 합착하는 공정을 반복하여 상기 프리프레그 기재시트, 제1절단시트, 제2절단시트 및 제3절단시트가 적층된 제3적층시트를 상기 감김롤에 권취하는 제3적층단계 ; 를 포함하는 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법.
  2. 풀림롤에서 풀려진 프리프레그 기재시트가 감김롤에 감겨지도록 일방향으로 진행하는 단계 ;
    상기 프리프레그 기재시트가 진행하는 방향에 대하여 직교하는 직각방향으로 풀려지는 제1프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 이송지그상에 올려진 제1절단시트를 일시 정지된 프리프레그 기재시트에 합착하여 프리프레그 기재시트와 제1절단시트가 적층된 제1적층시트를 형성하는 제1적층단계 ;
    상기 제1적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제1경사방향으로 제2프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 다른 이송지그상에 올려진 제2절단시트를 일시 정지된 제1적층시트와 중첩하도록 수평이송 및 회전시킨 다음 합착하여 프리프레그 기재시트, 제1절단시트 및 제2절단시트가 적층된 제2적층시트를 형성하는 제2적층단계 ;
    상기 제2적층시트가 감김롤측으로 진행하는 방향에 대하여 일정각도 경사진 제2경사방향으로 제3프리프레그 시트를 일정간격으로 절단하고, 절단되어 또 다른 이송지그상에 올려진 제3절단시트를 일시 정지된 제2적층시트와 중첩하도록 수평이송 및 회전시킨 다음 합착하여 프리프레그 기재시트, 제1절단시트, 제2절단시트 및 제3절단시트가 적층된 제3적층시트를 형성하는 제3적층단계 ; 및
    상기 제3적층시트를 상기 감김롤에 두루마리형태로 권취하는 권취단계 ; 를 포함하는 일방향 프리프레그를 이용한 다축 보강 적층시트 제조방법.
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KR20180130343A (ko) * 2017-05-29 2018-12-07 (주)엘지하우시스 보강 복합재 제조설비
KR20190031909A (ko) * 2017-09-19 2019-03-27 (주)엘지하우시스 섬유 강화 플라스틱 복합시트, 이의 제조방법 및 이의 제조장치

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