KR20150143093A

KR20150143093A - 고속 섬유다발 광폭화 장치 및 이를 포함하는 광폭화섬유 또는 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템

Info

Publication number: KR20150143093A
Application number: KR1020140072130A
Authority: KR
Inventors: 이우일; 이규희; 노정우
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2015-12-23

Abstract

본 발명은 섬유를 고속으로 공급하여 섬유다발을 폭 방향으로 빠르고 넓게 펼칠 수 있는 고속 섬유다발 광폭화 장치 및 이를 포함하는 광폭화섬유 또는 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템에 관한 것이다. 본 발명을 통해 향상된 성능의 복합소재를 제작하는 공정을 수행할 수 있다.

Description

고속 섬유다발 광폭화 장치 및 이를 포함하는 광폭화섬유 또는 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템{High-speed fiber spreading device and manufacturing system comprising the same for spreading fiber or continuous fiber reinforced thermoplastic composites }

본 발명은 섬유를 고속으로 공급하여 섬유다발을 폭 방향으로 빠르고 넓게 펼칠 수 있는 고속 섬유다발 광폭화 장치 및 이를 포함하는 광폭화섬유 또는 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템에 대한 것이다.

복합소재로서의 섬유 강화 열가소성 플라스틱은 단 섬유 강화 열가소성 플라스틱(Short fiberreinforced thermoplastic), 장 섬유 강화 열가소성 플라스틱(예. LFT(Long fiber-reinforced thermoplastic), GMT(Glass mat-reinforced thermoplastic), D-LFT (Direct Long fiber-reinforced thermoplastic) 등), 및 연속섬유 강화 열가소성 플라스틱(Continuous fiber-reinforced thermoplastic)으로 대별될 수 있다.

이 중 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱은 단 섬유 및 장 섬유 강화 열가소성 플라스틱과 비교할 때, 기계적물성과 충격성능이 매우 우수한 장점을 가지고 있다. 이러한 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 고분자 복합재의 강화재(reinforcement)로 사용하는 섬유에는 유리섬유, 탄소섬유 등이 있으며, 이 섬유들은 대부분의 복합재 제작 공정에서 보빈(bobbin)에 권취된 형태나 혹은 작업성이 용이한 시트상의 프리프레그(prepreg) 형태로 구매하게 된다. 보빈에 감겨있는 섬유를 직조하거나, 프리프레그와 같은 중간상으로 만들기 이전에 섬유를 넓고 균일한 두께를 갖도록 펼치면 시트의 평방미터 당 무게의 감소, 함침성 향상, 섬유 부피분율의 증가로 인한 복합재의 기계적 물성의 향상을 기대할 수 있다.

이와 같이 고분자 복합채의 물성을 향상시키기 위한 섬유광폭화방법으로는 다수의 롤을 이용하는 방식과 공압장치를 사용하는 방법이 알려져 있다.

먼저, 다수의 롤을 이용하는 방식은 섬유에 일정한 인장력이 주어진 상태에서 롤의 곡면 위를 통과하면, 이상적인 경우 다발을 구성하는 개별 섬유는 롤의 곡면상 측지경로를 독립적으로 통과하게 되는데, 볼록하게(convex) 설계된 곡면 위를 통과하는 섬유들의 경로는 섬유 폭 방향으로 발산하게 되며, 이를 통해서 섬유의 광폭화가 가능하게 되는 방법이다. 다수의 롤을 이용한 방식을 사용하면 섬유에 인장력이 충분히 주어졌을 때 sizing agent를 제거하기 위한 별도의 설비가 필요하지 않을 뿐더러, 섬유 표면의 sizing agent에 의한 광폭화에 방해 받지 않고, 빠른 속도로 섬유를 펼칠 수 있는 장점이 있지만, 균일한 광폭을 위해서 섬유 방향의 미세한 조절이 요구되며, 섬유 이송속도가 빠를 때 혹은 연속적으로 배치된 롤 수가 많을 때에는 롤과 섬유사이의 마찰력으로 인해 섬유에 강한 인장력이 축적되어 섬유의 파손이 발생되는 단점이 있었다.

또한, 공압장치를 이용하는 방식은 섬유 면에 일정 압력의 공기 유동을 불어주면 섬유의 인장력을 일시적으로 약화시키고, 개별 섬유 사이를 통과하는 공기의 난류 유동으로 인해 섬유 주위에 압력 구배가 발생하므로 섬유간 간극을 넓게 하여 섬유의 광폭화가 가능하게 되는 방법이다. 공압장치를 이용한 방식을 사용하면 섬유 파손을 최소화하며 넓은 폭으로, 안정적인 광폭 효과를 기대할 수 있는 장점이 있지만, 다수의 롤을 이용한 방식에 비해 상대적으로 공정 속도가 느리다. 또한 섬유 표면에 sizing agent에 의한 섬유 간 달라붙는 것이 존재하면 난류 유동에 의한 섬유 광폭의 효과가 현저히 감소하기 때문에 sizing agent가 없는 섬유 roving을 공급 받거나 혹은 이를 제거하는 추가적인 공정이 필요한 문제점이 있었다.

본 발명자들은 다수의 연구 결과 다수의 롤을 이용하는 방식과 공압장치를 이용하는 방식이 동시에 구현되는 섬유광폭화장치를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 다수의 롤을 이용하는 섬유광폭화장치의 공정조건과 공압장치를 이용하는 섬유광폭화장치의 공정조건이 서로 모순되지 않게 하나의 장치에서 동시에 구현함으로써 각 방식의 장점을 최적화하여 효과적으로 섬유를 펼칠 수 있는 구조의 고속 섬유다발 광폭화장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 롤을 이용하는 방식과 공압장치를 이용하는 방식이 동시에 구현된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함함으로써 섬유 다발의 균일성과 광폭성이 향상된 광폭화섬유제조시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다수의 롤을 이용하는 방식과 공압장치를 이용하는 방식이 동시에 구현된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함함으로써 열가소성 수지 함침 공정에 연속적으로 공급되는 섬유 다발의 균일성과 광폭성을 향상시켜서 함침성 및 생산성을 극대화할 수 있는 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 공급되는 섬유 다발을 펼쳐 배출하는 섬유 광폭화 장치로서, 상기 섬유 다발의 이동 방향으로 다수의 롤이 상기 이동 방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되며, 상기 섬유다발이 상기 롤의 외주면을 상하 지그재그로 걸쳐 이동하면서 상기 섬유다발을 펼쳐서 제1차 광폭화섬유를 형성하여 배출하는 멀티롤이용 광폭화수단; 상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 상부 또는 하부 중 하나 이상의 위치에 적어도 하나의 공압발생부가 배치되며, 상기 공압발생부로부터 발생된 공기압력이 일정한 속도로 이동하는 상기 제1차 광폭화섬유에 가해지면서 상기 제1차 광폭화섬유를 펼쳐서 제2차 광폭화섬유를 형성하여 배출하는 공압이용 광폭화수단; 및 상기 제1차 광폭화섬유가 공압이용 광폭화수단으로 도입되기 전에 상기 제1차 광폭화섬유에 축적된 텐션을 제어하고, 상기 공압이용 광폭화수단에 도입된 상기 제1차 광폭화섬유가 펼쳐지는 과정에서 걸리는 텐션을 제어하는 텐션제어수단;을 포함하는 고속 섬유다발 광폭화장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 텐션제어수단은 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단 사이 또는 상기 공압이용 광폭화수단의 후단 중 하나 이상의 위치에 상기 제1차 광폭화섬유의 이동방향으로 상기 이동방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되는 적어도 하나의 피드롤러부, 상기 적어도 하나의 피드롤러부의 축을 회전시키는 롤러구동부, 상기 공압이용 광폭화수단에서 펼쳐지는 상기 제1차 광폭화섬유의 처짐 양을 측정하는 감지부, 및 상기 측정된 처짐 양과 비교하여 일정한 처짐양을 갖도록 상기 제1차 광폭화섬유의 공급속도를 조절하는 섬유공급제어부를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 감지부는 상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 하부에 배치되는 광 계측 센서이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 피드롤러부가 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단 사이 및 상기 공압이용 광폭화수단의 후단의 위치에 모두 설치되면, 상기 섬유공급제어부는 상기 일정한 처짐 양을 갖도록 상기 측정된 처짐 양과 비교하여 상기 롤러구동부를 피드백 제어하여 상기 공급속도를 조절한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 피드롤러부가 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단의 사이에만 배치되면 상기 공압이용 광폭화수단의 후단 위치에, 또는 상기 피드롤러부가 상기 공압이용 광폭화수단의 후단에 배치되면 상기 피드롤러부의 후단 위치에, 상기 제2차 광폭화섬유의 이동방향으로 상기 이동방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되어 상기 제2차 광폭화섬유를 권취하는 권취부 및 상기 권취부의 축을 회전시키는 축구동부를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 피드롤러부가 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단 사이에만 설치되면, 상기 섬유공급제어부는 상기 피드롤러부는 일정한 속도로 유지하고, 상기 일정한 처짐 양을 갖도록 상기 측정된 처짐 양과 비교하여 상기 축구동부를 피드백 제어하여 상기 공급속도를 조절한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 공압이용 광폭화수단은 상기 공압발생부로부터 발생된 공기압력이 상기 제1차 광폭화섬유에 가해질 때 상기 제1차 광폭화섬유를 지지하고 그 이동을 안내할 수 있는 위치에 상기 제1차 광폭화섬유의 이동방향에 직교하는 축선을 가지고 서로 이격되어 배치되는 적어도 2개의 가이드핀을 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 상부에 배치되는 상기 공압발생부는 공기방출형 구조이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 하부에 배치되는 상기 공압발생부는 공기흡입형 구조이다.

본 발명은 또한 섬유 다발을 공급하는 섬유공급장치; 및 상기 섬유공급장치에서 공급되는 섬유 다발을 펼쳐서 배출하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고속 섬유다발 광폭화 장치;를 포함하는 광폭화섬유 제조시스템을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 섬유공급장치는 섬유다발이 권취되어 있는 섬유권취수단, 상기 섬유권취수단의 중공부에 삽입되는 지지축을 통해 상기 섬유권취수단을 회전가능하게 지지하는 지지수단 및 상기 섬유권취수단으로부터 풀어져서 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 섬유다발의 방향 및 인장력을 일정하게 조절하는 섬유다발조절수단을 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 가이드 하여 일정 방향으로 조절하는 복수의 가이드롤러부 및 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 상기 섬유다발의 인장력을 일정하게 유지하는 저항롤러부를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 지지수단이 상기 지지축을 일정한 토크가 유지되도록 회전시키는 지지축구동부를 더 포함하면, 상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 일정 방향으로 가이드 하는 복수의 가이드롤러부, 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 섬유다발의 인장력을 측정하는 인장력감지부 및 상기 측정된 인장력과 비교하여 일정한 인장력을 갖도록 상기 지지축구동부를 피드백 제어하여 상기 섬유권취수단의 회전속도를 조절하는 지지축회전속도제어부를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 가이드롤러부는 고정된 중심축에 대해 회전 가능한 롤러구조를 포함하고, 상기 롤러구조의 표면은 가이드 되는 상기 섬유다발이 중심부에 위치할 수 있는 형상의 홈이 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 가이드롤러부는 상기 롤러구조의 중심축 양단부를 꼭지점으로 하여 상기 중심축과 직교하는 방향으로 연장되는 높이, 상기 높이의 일단부에서 상기 높이와 직교하는 방향으로 연장되는 밑변 및 상기 밑변의 타단부인 회전축에서 상기 밑변의 단부를 연결하는 빗변을 각각의 모서리로 하여 전체적으로 직각삼각형상을 이루는 제1측면과 제2측면이 상기 롤러구조의 상부 또는 하부를 감싸도록 서로 평행하게 상기 중심축의 양단부에 고정되어 형성되는 하우징구조를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 하우징구조 중 상기 롤러구조 보다 돌출되는 상기 제1측면과 상기 제2측면 사이의 공간에 1개 이상의 실린더가 상기 제1측면과 상기 제2측면에 수직하게 더 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 저항롤러부는 서로 일정 간격 이격되어 설치되는 1쌍의 롤러로 구성된 롤러부, 상기 롤러부의 양단부에 위치하여 상기 롤러의 회전축을 회전가능하고, 상하 위치 이동이 가능하도록 고정하는 베어링플랜지부, 및 상기 롤러부와 상기 베어링플랜지부 사이 또는 상기 베어링플랜지부 외부에 상기 롤러의 회전축과 연동되도록 설치되는 저항부여부를 포함한다.

또한, 본 발명은 섬유 다발을 공급하는 섬유공급장치; 상기 섬유공급장치에서 공급되는 섬유 다발을 펼쳐서 배출하는 제1항 내지 제4항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고속 섬유다발 광폭화 장치; 및 상기 고속 섬유다발 광폭화 장치에서 배출된 광폭화섬유에 열가소성 수지를 함침하는 함침장치;를 포함하는 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 가이드 하여 일정 방향으로 조절하는 적어도 1쌍의 가이드롤러부 및 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 상기 섬유다발의 인장력을 일정하게 유지하는 저항롤러부를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 지지수단이 상기 지지축을 일정한 토크가 유지되도록 회전시키는 지지축구동부를 더 포함하면, 상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 일정 방향으로 가이드 하는 적어도 1쌍의 가이드롤러부, 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 섬유다발의 인장력을 측정하는 인장력감지부 및 상기 측정된 인장력과 비교하여 일정한 인장력을 갖도록 상기 지지축구동부를 피드백 제어하여 상기 섬유권취수단의 회전속도를 조절하는 지지축회전속도제어부를 포함한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명에 의하면 다수의 롤을 이용하는 섬유광폭화장치의 공정조건과 공압장치를 이용하는 섬유광폭화장치의 공정조건이 서로 모순되지 않게 하나의 장치에서 동시에 구현함으로써 각 방식의 장점을 최적화하여 효과적으로 섬유를 펼칠 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 다수의 롤을 이용하는 방식과 공압장치를 이용하는 방식이 동시에 구현된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함함으로써 섬유 다발의 균일성과 광폭성이 향상된 광폭화섬유를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 다수의 롤을 이용하는 방식과 공압장치를 이용하는 방식이 동시에 구현된 고속섬유다발 광폭화장치를 포함함으로써 열가소성 수지 함침 공정에 연속적으로 공급되는 섬유 다발의 균일성과 광폭성을 향상시켜서 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시 함침성 및 생산성을 극대화할 수 있다.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 섬유다발 광폭화장치의 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고속 섬유다발 광폭화장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 고속 섬유다발 광폭화장치의 개략도이다.
도 3a는 도 1b에 도시된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함하는 광폭화섬유 제조시스템의 일 구현예를 도시한 개략도이다.
도 3b는 도 1a에 도시된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함하는 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템의 일 구현예를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함하는 광폭화섬유 제조시스템의 다른 구현예를 도시한 개략도이다.
도 5a는 도 1b에 도시된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함하는 광폭화섬유 제조시스템의 또 다른 일 구현예를 도시한 개략도이다.
도 5b는 도 1a에 도시된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함하는 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템의 다른 구현예를 도시한 개략도이다.
도 6은 도 2에 도시된 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함하는 광폭화섬유 제조시스템의 또 다른 구현예를 도시한 개략도이다.
도 7은 도 3a 내지 도 6에 도시된 가이드롤러부의 확대도이다.
도 8은 도 4 및 도 6에 도시된 저항롤러부의 확대도이다.
도 9 및 도 10은 도 3b 및 도 5b에 도시된 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템을 전체적으로 간략하게 도시한 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 제1기술적 특징은 다수의 롤을 이용하는 섬유광폭화장치의 공정조건과 공압장치를 이용하는 섬유광폭화장치의 공정조건이 서로 모순되지 않게 하나의 장치에서 동시에 구현함으로써 각 방식의 장점을 최적화하여 효과적으로 섬유를 펼칠 수 있는 구조의 고속 섬유다발 광폭화장치에 있다.

즉, 다수의 롤을 이용한 방식과 공압장치를 이용한 방식을 연속적으로 사용하게 되면 각각의 공정이 필요로 하는 조건에 모순이 발생하기 때문인데, 앞단의 다수의 롤을 이용한 방식은 섬유다발에 강한 장력을 발생시켜서 섬유를 펴는 공정임에 반하여 후단의 공압장치를 이용한 방식은 섬유다발에 장력이 존재하거나 섬유다발 표면에 sizing agent에 의한 결합력이 존재하면 섬유를 펼칠 수 없는 공정이기 때문이다.

그 결과 단순히 두 공정을 연속적으로 이용한다고 하면 앞단의 다수의 롤을 이용한 방식이 구현된 장치부분에서 sizing agent에 의한 결합력을 끊을 수는 있지만 섬유다발에 강하게 축적된 텐션으로 인해 후단의 공압장치를 이용한 방식이 구현된 장치부분에서 섬유가 펼쳐질 수 없는 상황이 발생한다.

이러한 모순을 제거하기 위해서 본 발명에서는 멀티롤이용 광폭화수단의 후단에 공압이용 광폭화수단을 배치하고 동시에 앞단의 멀티롤 이용 광폭화수단에서 일정부분 펼쳐진 섬유다발이 후단의 공압이용 광폭화수단으로 진입하였을 때 섬유에 인가된 텐션을 제어할 수 있는 텐션제어수단을 구성함으로써 효과적으로 섬유를 펼칠 수 있는 방식을 구현하였다.

따라서, 본 발명의 고속 섬유다발 광폭화장치는 공급되는 섬유 다발을 펼쳐 배출하는 섬유 광폭화 장치로서 멀티롤이용 광폭화수단, 공압이용 광폭화수단, 및 텐션제어수단을 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따른 고속 섬유다발 광폭화장치의 개략도가 도시된 도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하여 본 발명의 고속 섬유다발 광폭화장치에 대해 구체적으로 살펴본다.

도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 섬유 광폭화 장치(100)는 섬유 다발 공급 측으로부터 섬유 다발 배출 측을 향하는 섬유 이동 방향을 따라서 멀티롤이용 광폭화수단(110), 텐션제어수단(130) 및 공압이용 광폭화수단(120)이 순차적으로 배치되는 구조를 갖고 있는데, 특히 텐션제어수단(130)은 공압이용 광폭화수단(120)의 후단에도 더 배치될 수 있다.

멀티롤이용 광폭화수단(110)은 섬유다발(fiber)의 이동 방향으로 다수의 롤이 그 이동 방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되는데, 섬유다발(11)이 다수 롤의 외주면을 상하 지그재그로 걸쳐 이동하면서 섬유다발(11)을 펼쳐서 제1차 광폭화섬유(12)를 형성하여 배출하는 구조를 갖는다.

여기서, 도시하지는 않았지만 다수의 롤은 그 중심에 위치한 회전축이 지지구조에 의해 회전가능하게 지지될 수 있으며, 인접하는 롤들의 회전축선은 섬유다발(11)을 제1차광폭화섬유(12)로 광폭화 하는데 요구되는 장력을 형성할 수 있도록 상호 간에 높낮이를 가질 수 있다.

공압이용 광폭화수단(120)은 멀티롤이용 광폭화수단(110)에서 배출된 제1차광폭화섬유(12)가 텐션제어수단(130)에 의해 텐션이 제어된 다음, 공압이용 광폭화수단(120)으로 공급되는 제1차광폭화섬유(12)가 이동하는 평면의 상부 또는 하부 중 하나 이상의 위치에 적어도 하나의 공압발생부가 배치되며, 공압발생부로부터 발생된 공기압력이 일정한 속도로 이동하는 제1차광폭화섬유(12)에 가해지면서 제1차 광폭화섬유(12)를 펼쳐서 제2차 광폭화섬유(13)를 형성하여 배출하는 구조를 갖는다.

도 1a 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 공압이용 광폭화수단(120)은 공압발생부(122)로부터 발생된 공기압력이 제1차 광폭화섬유(12)에 가해질 때 제1차 광폭화섬유(11)를 지지하여 펼쳐질 수 있도록 하고 그 이동을 안내할 수 있는 위치에, 제1차 광폭화섬유(12)의 이동방향에 직교하는 축선을 가지고 서로 이격되어 배치되는 적어도 2개의 가이드핀(121)을 더 포함할 수 있다.

또한, 공압이용 광폭화수단(120)에 포함되는 공압발생부(122)는 도 1a 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 제1차 광폭화섬유(12)가 이동하는 평면의 상부에 배치되어 설치되면 공기방출형 구조가 사용될 수 있는데, 공기방출형 구조이기만 하면 본 발명의 공압이용 광폭화수단(120)에 채용되는데 특별한 제한은 없다. 공기방출형 구조의 공압발생부(122)의 일예로는 에어나이프가 사용될 수 있는데, 이 경우 에어나이프에서 방출되는 공기가 제1차 광폭화섬유(12)에 일정 압력을 가하여 제2차 광폭화섬유(13)를 형성할 수 있다.

한편, 도시되지는 않았지만 공압이용 광폭화수단(120)에 포함되는 공압발생부가 제1차 광폭화섬유(12)가 이동하는 평면의 하부에 배치되어 설치되면 공기흡입형 구조가 사용될 수 있다. 공기흡입형 구조의 공압발생부 또한 공기흡입형 구조이기만 하면 본 발명의 공압이용 광폭화수단(120)에 채용되는데 특별한 제한은 없으나, 공기흡입형 구조의 공압발생부의 일예로는 집진기가 사용될 수 있는데, 이 경우 집진기에서 일정 압력으로 흡입하는 공기의 유동으로 제1차 광폭화섬유(12)가 펼쳐져 제2차 광폭화섬유(13)를 형성할 수 있다. 이와 같이 공압발생부로 집진기를 사용할 경우 블로워 방식의 집진기를 2개의 가이드 핀(121) 사이의 하부에 설치하면 공기 압력에 의해 발생하는 섬유의 분진까지도 포집할 수 있다.

본 발명의 공압이용 광폭화수단(120)은 이와 같은 구성의 공기방출형구조의 공압발생부 및 공기흡입형구조의 공압발생부 중 어느 하나만 사용하거나 모두 사용할 수 있다.

텐션제어수단(130)은 멀티롤이용 광폭화수단(110)에 의해 광폭화되어 배출되는 제1차광폭화섬유(12)에 걸려있는 텐션을 제어하기 위해 멀티롤이용 광폭화수단(110)과 공압이용 광폭화수단(120)의 사이에 적어도 일부가 배치되는 구성을 갖는다. 이와 같은 구성을 통해 텐션제어수단(130)은 제1차광폭화섬유(12)가 공압이용 광폭화수단(120)으로 도입되기 전에 제1차광폭화섬유(12)에 축적된 텐션을 제어할 수 있다. 또한 텐션제어수단(130)은 공압이용 광폭화수단(120)의 후단에 배치되는 구성을 통해 공압이용 광폭화수단(120)으로 도입된 제1차광폭화섬유(12)가 제2차광폭화섬유(13)를 형성하기 위해 펼쳐지는 과정에서 필요한 텐션을 제어할 수도 있다.

텐션제어수단(130)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 텐션제어수단(130)은 적어도 1쌍의 피드롤러부(131), 롤러구동부(미도시), 감지부(132), 및 섬유공급제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 필요한 경우 도 1b 및 도 2에 도시된 바와 같이 텐션제어수단(130)은 권취부(133) 및 권취축구동부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 피드롤러부(131)는 멀티롤이용 광폭화수단(110)과 공압이용 광폭화수단(120) 사이에 제1차광폭화섬유(12)의 이동방향으로 그 이동방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되며, 또한 공압이용 광폭화수단(120)의 후단 중 하나 이상의 위치에 1쌍 이상이 추가로 배치될 수 있다. 피드롤러부(131)는 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 바와 같이 서로 면접하는 한쌍의 피드롤러로 구현될 수 있는데 각 피드롤러는 회전축과 상기 회전축을 감싸도록 일체로 형성된 본체로 구성될 수 있으며, 본체의 표면은 피드롤러부(131)를 통과하는 제1차광폭화섬유(12)에 걸린 텐션을 제어할 수 있는 저항력을 충분히 부여할 수 있도록 저항층이 형성될 수 있는데, 저항층은 일예로 우레탄코팅층일 수 있다. 도시하지는 않았지만 피드롤러부(131)는 지지구조에 의해 회전가능하게 지지될 수 있으며, 피드롤러부(131)가 회전할 수 있도록 회전축을 통해 구동력을 전달하는 롤러구동부(미도시)가 각 피드롤러의 회전축과 연동되어 설치된다. 여기서, 롤러구동부는 서보모터가 사용될 수 있으며 피드롤러부(131)가 도 1a 및 도 1b와 같이 멀티롤이용 광폭화수단(110)과 공압이용 광폭화수단(120) 사이 및 공압이용 광폭화수단(120)의 후단에 2쌍이 설치되는 경우에는 서로 회전 속도가 일치하도록 롤러구동부에 의해 동기화될 수 있다.

감지부(132)는 공압이용 광폭화수단(120)에서 펼쳐지는 제1차 광폭화섬유(12)의 처짐 양을 측정하는 구성요소로서, 감지부(132)가 감지한 처짐 양을 통해 섬유공급제어부(미도시)가 공압이용 광폭화수단(120)으로 공급되는 제1차 광폭화섬유(12)의 공급속도를 조절할 수 있다. 감지부(132)는 처짐 양을 측정할 수 있기만 하면 공지된 모든 센서를 사용할 수 있는데, 예를 들면 감지부로 공압이용 광폭화수단(120)에서 펼쳐지는 제1차 광폭화섬유(12)가 이동하는 평면의 하부에 설치되는 광 계측 센서가 사용될 수 있다.

섬유공급제어부(미도시)는 감지부(132)가 측정한 처짐 양과 비교하여 일정한 처짐양을 갖도록 제1차 광폭화섬유(12)의 공급속도를 조절한다. 특히 도 1a 및 도 1b와 같이 피드롤러부(131)가 멀티롤이용 광폭화수단(110)과 공압이용 광폭화수단(120) 사이 및 공압이용 광폭화수단(120)의 후단의 위치에 모두 설치되면, 섬유공급제어부는 제1차광폭화섬유(12)가 일정한 처짐 양을 갖도록 측정된 처짐 양과 비교하여 롤러구동부를 피드백 제어하여 제1차광폭화섬유(12)의 공급속도는 물론 제1차광폭화섬유(12)가 제2차광폭화섬유(13)를 형성하기 위해 펼쳐지는 과정에서 필요한 텐션을 조절할 수 있다. 이 경우 섬유공급제어부는 공지된 별도로 구성될 수도 있으나 롤러구동부의 제어요소에 일체로 결합되어 구현될 수도 있다.

한편, 도 2와 같이 피드롤러부(131)가 멀티롤이용 광폭화수단(110)과 공압이용 광폭화수단(120)의 사이에만 배치되면 공압이용 광폭화수단(120)의 후단 위치에 또는 피드롤러부(131)가 도 1b와 같이 공압이용 광폭화수단(120)의 후단에도 배치되면 그 피드롤러부(131)의 후단 위치에, 제2차 광폭화섬유(13)의 이동방향으로 그 이동방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되어 제2차 광폭화섬유(13)를 권취하는 권취부(133)와 그 권취부의 축을 회전시키는 권취축구동부(미도시)가 더 구비될 수 있다.

특히, 도 2와 같이 피드롤러부(131)가 멀티롤이용 광폭화수단(110)과 공압이용 광폭화수단(120) 사이에만 설치되면, 섬유공급제어부는 피드롤러부(131)는 일정한 속도로 유지하고, 1차 광폭화섬유(12)가 일정한 처짐 양을 갖도록 감지부가 측정한 처짐 양과 비교하여 권취부(133)를 구동시키는 축구동부를 피드백 제어함으로써 제1차광폭화섬유(12)의 공급속도는 물론 제1차광폭화섬유(12)가 제2차광폭화섬유(13)를 형성하기 위해 펼쳐지는 과정에서 필요한 텐션을 조절할 수 있다.

본 발명의 제2기술적 특징은 섬유공급장치와 상술된 어느 하나의 고속 섬유다발 광폭화장치를 포함하는 광폭화섬유 제조시스템 및 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템에서, 특히 섬유공급장치가 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급하는 섬유다발의 방향 및 인장력을 일정하게 조절할 수 있도록 구성된 것에 있다.

따라서, 본 발명의 광폭화섬유 제조시스템은 섬유 다발을 공급하는 섬유공급장치; 및 상기 섬유공급장치에서 공급되는 섬유 다발을 펼쳐서 배출하는 고속 섬유다발 광폭화 장치;를 포함하고, 본 발명의 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템은 적어도 섬유 다발을 공급하는 섬유공급장치; 상기 섬유공급장치에서 공급되는 섬유 다발을 펼쳐서 배출하는 고속 섬유다발 광폭화 장치; 및 상기 고속 섬유다발 광폭화 장치에서 배출된 광폭화섬유에 열가소성 수지를 함침하는 함침장치;를 포함한다.

도 3a 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광폭화섬유 제조시스템(2)은 도 1b 및 도2에 도시된 바와 같은 권취부(133)를 포함하는 구조의 고속 섬유다발 광폭화 장치(100)를 포함하고, 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템(1)은 도 1a에 도시된 바와 같은 권취부(133)가 포함되지 않는 구조의 고속 섬유다발 광폭화 장치(100)를 포함하는 점에서 상이할 뿐, 섬유공급장치(200)는 동일한 구성을 가지므로 이하에서는 섬유공급장치(200)를 위주로 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 섬유공급장치(200)는 섬유권취수단(210), 지지수단(220) 및 섬유다발조절수단(230)을 포함한다.

섬유권취수단(210)은 섬유다발이 권취되어 있는 구성요소로서 통상 보빈으로 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.

지지수단(220)은 섬유권취수단(210)의 중공부에 삽입되는 지지축(222)을 통해 섬유권취수단(210)을 회전가능하게 지지하는 구성요소로서, 도시된 바와 같이 지지판(creel frame)에 지지축(222)이 꽂혀 있는 구조로 형성될 수 있다. 필요한 경우 지지수단(220)은 지지축(222)이 일정한 토크를 유지하면서 회전하도록 지지축(222)과 연동되어 구동력을 제공하는 지지축구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

섬유다발조절수단(230)은 섬유권취수단(210)으로부터 풀어져서 고속 섬유다발 광폭화장치(100)로 공급되는 섬유다발(11)의 방향 및 인장력을 일정하게 조절하는 구성요소이다.

본 발명에서 섬유다발조절수단(230)은 지지수단(220)에 지지축(222)을 일정한 토크가 유지되도록 회전시키는 지지축구동부(미도시)가 포함되는지 여부에 따라 2가지 구현예를 개시하는데, 일 구현예는 도 3a 내지 4에 일예로 도시된 것이고, 다른 구현예는 도 5a 내지 도 6에 일예로 도시된 것이다.

먼저, 도 3a 내지 4에 일예로 도시된 바와 같이 지지수단(220)이 지지축(222)을 일정한 토크가 유지되도록 회전시키는 지지축구동부(미도시)를 더 포함하면, 섬유다발조절수단(230)은 섬유권취수단(210)으로부터 풀어지는 섬유다발을 일정 방향으로 가이드 하는 복수의 가이드롤러부(231), 가이드롤러부(231)를 통과하여 고속 섬유다발 광폭화장치(100)로 공급되는 섬유다발의 인장력을 측정하는 인장력감지부(233) 및 섬유권취수단(210)의 회전속도를 조절하기 위해 지지축구동부를 제어하는 지지축회전속도제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 가이드롤러부(231)는 도 7에 도시된 바와 같이 고정된 중심축에 대해 자유 회전 가능한 롤러구조(231a)를 포함하고, 롤러구조(231a)의 표면은 가이드 되는 섬유다발이 중심부에 위치할 수 있는 형상의 홈(231b)이 형성될 수 있다. 여기서 홈(231b)은 중심부가 주변부보다 깊게 형성되기만 하면 형상은 제한되지 않지만 예를 들면 홈의 단면이 U자형 또는 V자형일 수 있을 것이다.

또한, 가이드롤러부(231)는 하우징구조(231c)를 더 포함할 수 있는데, 하우징구조(231c)는 롤러구조(231a)의 중심축 양단부를 꼭지점으로 하여 중심축과 직교하는 방향으로 연장되는 높이, 상기 높이의 일단부에서 상기 높이와 직교하는 방향으로 연장되는 밑변 및 상기 밑변의 타단부인 회전축에서 상기 밑변의 단부를 연결하는 빗변을 각각의 모서리로 하여 전체적으로 직각삼각형상을 이루는 제1측면과 제2측면이 롤러구조(231a)의 상부 또는 하부를 감싸도록 서로 평행하게 중심축의 양단부에 고정되어 위치 고정형으로 형성될 수 있다.

또한, 가이드롤러부(231)가 하우징구조(231c)를 더 포함하는 경우 롤러구조(231a) 보다 돌출되는 제1측면과 제2측면 사이의 공간에 1개 이상의 실린더(231d)가 제1측면과 제2측면에 수직하게 더 형성될 수 있는데, 이와 같이 실린더(231d)가 형성되면 후술하는 섬유다발의 이탈방지를 돕는 것은 물론 특히 도 7에 도시된 바와 같이 일정한 이격거리를 두고 2개의 실린더가 형성된 구조는 뒤틀어진 섬유가 진입했을 때 꼬임을 풀어주는 역할을 할 수도 있다.

이와 같이 구성된 하우징구조(231c)는 폐곡면을 형성하여 가이드롤러부(231)로 진입한 섬유다발이 롤러구조(231a)를 벗어나 이탈하지 않도록 하며 섬유다발이 이송방향의 수직방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있다.

한편, 도 7에는 하우징구조(231c)의 제1측면과 제2측면이 롤러구조(231a)의 하부를 감싸도록 형성된 구조가 도시되어 있는데, 이와 같이 롤러구조(231a)의 하부를 감싸는 하우징구조(231c)를 갖는 가이드롤러부(231)는 섬유권취수단(210)으로부터 풀어지는 섬유다발이 최초로 도입되는 가장 앞선 위치의 가이드롤러부(231)에 사용될 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 롤러구조(231a)의 상부를 감싸는 하우징구조를 갖는 가이드롤러부(231)는 고속 섬유다발 광폭화장치(100)의 앞단에 위치한 가이드롤러부(231)에 사용될 수 있다. 따라서, 하우징구조를 갖는 가이드롤러부(231)는 복수의 가이드롤러부(231)가 순차적으로 배치되는 경우 선단과 말단에 위치한 경우에만 사용되는 것이 바람직하다.

인장력감지부(233)는 가이드롤러부(231)의 후단에 설치되는 구성요소로서 섬유다발의 인장력을 감지할 수 있기만 하면 공지된 모든 구성을 사용할 수 있다. 일예로 도 3a, 도 3b, 도 5a 및 5b에 도시된 인장력감지부(233)는 상술된 구성의 가이드롤러부(231)를 섬유다발이 통과하게 되면 섬유다발의 방향이 일정하게 조절되고, 방향이 조절된 섬유다발의 인장력을 측정하기 위한 텐션센서가 사용된 것이다.

지지축회전속도제어부는 상술된 바와 같이 인장력감지부(233)가 감지한 인장력과 비교하여 일정한 인장력을 갖도록 지지축구동부를 피드백 제어하여 섬유권취수단(210)의 회전속도를 조절함으로써 고속 섬유다발 광폭화장치(100)로 공급되는 섬유다발(11)의 방향 및 인장력을 조절할 수 있다.

다음으로, 도 5a 내지 도 6에 일예로 도시된 바와 같이 지지수단(220)이 지지축구동부(미도시)를 포함하지 않으면, 섬유다발조절수단(230)은 섬유권취수단(210)으로부터 풀어지는 섬유다발을 가이드 하여 일정 방향으로 조절하는 복수의 가이드롤러부(231) 및 가이드롤러부(231)를 통과하여 고속 섬유다발 광폭화장치(100)로 공급되는 섬유다발의 인장력을 일정하게 유지하는 저항롤러부(232)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 가이드롤러부(231)의 구조는 상술한 바와 동일하므로 저항롤러부(232)에 대해서만 살펴보기로 한다.

저항롤러부(232)는 도 8에 도시된 바와 같이, 롤러부(232a), 베어링플랜지부(232c), 및 저항부여부(232b)를 포함할 수 있다.

롤러부(232a)는 서로 일정 간격 이격되어 설치되는 2개의 롤러로 구성된다. 여기서 롤러는 중심축과 중심축에 일체로 형성되는 본체로 구성되는데, 본체의 표면은 탄성이 있지만 일정한 경도를 갖고 있어 충분한 면압을 섬유다발에 전달할 수 있는 코팅층이 형성될 수 있다. 예를 들면 그 코팅층은 우레탄 코팅층일 수 있다.

베어링플랜지부(232c)는 롤러부(232a)의 양단부에 위치하여 롤러의 회전축을 회전가능하고, 상하 위치 이동이 가능하도록 고정하는 구성요소로서 베어링플랜지부(232c)를 통해 롤러부(232a)를 이루는 2개의 롤러 사이의 간격을 조절함으로써 롤러 사이에 면압을 가함으로써 섬유다발이 미끌어지지 않도록 할 수 있다.

저항부여부(232b)는 롤러부(232a)와 베어링플랜지부(232c) 사이 또는 베어링플랜지부(232c) 외부에 롤러의 회전축과 연동되도록 설치되어 롤러 축에 저항을 인가함으로써 섬유다발이 일정한 장력을 받으며 통과되도록 하는 구성요소로서, 롤러 축에 저항을 부여할 수 있기만 하면 공지된 모든 기술이 사용될 수 있다. 도 8에서는 저항부여부(232b)로 마그네틱 브레이크를 사용한 상태를 도시한 것이다.

도 9 및 도 10은 도 3b 및 도 5b에 도시된 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템을 전체적으로 간략하게 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 연속 섬유 강화 플라스틱 복합소재 제조시스템(1)은 도 3b 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상술된 구성의 섬유공급장치(200), 상술된 구성의 고속 섬유다발 광폭화장치(100), 및 함침장치(300)가 순차적으로 설치되고, 섬유공급장치(200)로부터 공급되는 섬유 다발을 균일성 있게 2회에 걸쳐 광폭화시킨 제2차광폭화섬유를 함침장치(300)로 공급한다. 함침장치(300)로 공급된 제2차광폭화섬유는 열가소성 수지에 대한 함침성이 극대화되고 도 9에 도시된 바와 같이, 냉각장치(400)로 이동되어 냉각된 후, 풀러(Puller)(500)를 거쳐 권취부(600)에서 권취롤에 권취되어 연속 섬유 강화플라스틱 복합소재 제품으로 출하된다.

또는, 도 10와 같이, 풀러(500)와 어닐링(annealing)장치(700)를 거쳐 권취부(600)에서 권취롤에 권취되어 연속섬유 강화 플라스틱 복합소재 제품으로 출하된다. 이때, 냉각장치(400)와 풀러(500) 사이 어닐링장치(700)와 권취부(600) 사이에는 장력측정장치(810, 820)를 마련하여 제2차광폭화섬유의 장력을 최적화할 수 있다. 여기서, 풀러(500)는 제2차광폭화섬유를 일정한 속도로 당겨주는 장치이며, 어닐링장치(700)는 추가 함침공정을 수행하여 연속 섬유 강화 플라스틱 복합소재 제품의 함침성과 제품의 두께를 조절하는 장치이다.

이러한 구성을 가진 본 발명의 연속 섬유 강화 플라스틱 복합소재 제조시스템(1)은 본 발명에 따라 섬유다발의 방향과 인장력이 조절되는 구조의 섬유공급장치와 2회에 걸쳐 섬유다발을 효과적으로 광폭화시키는 고속 섬유다발 광폭화장치(100)를 포함함으로써 열가소성 수지 함침 공정에 연속적으로 공급되는 섬유다발의 균일성과 광폭성을 향상시켜서 연속 섬유 강화 플라스틱 복합소재의 함침성 및 생산성을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 광폭화섬유 제조시스템(2)을 통해 얻어지는 광폭화섬유는 프리프레그로 사용되는 것은 물론 다양한 복합소재를 제조하는 원재료로 사용될 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

1 : 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템
2 : 광폭화섬유 제조시스템 11: 섬유다발
12 : 제1차광폭화섬유 13 : 제2차 광폭화섬유
100: 섬유 광폭화 장치 110: 멀티롤 이용 광폭화수단
120: 공압이용 광폭화수단 121: 가이드 핀
130: 텐션제어수단 131: 피드롤러부
132: 감지부 133: 권취부
200: 섬유공급장치 210: 섬유권취수단
220: 지지수단 221: 지지판
230: 섬유다발조절수단 231: 가이드롤러부
231a : 롤러구조 231b : 홈
231c : 하우징구조 231d : 실린더
232: 저항롤러부 232a: 롤러부
232b: 저항부여부 232c: 베어링플랜지부
233 : 인장력감지부 300 : 함침장치

Claims

공급되는 섬유 다발을 펼쳐 배출하는 섬유 광폭화 장치로서,
상기 섬유 다발의 이동 방향으로 다수의 롤이 상기 이동 방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되며, 상기 섬유다발이 상기 롤의 외주면을 상하 지그재그로 걸쳐 이동하면서 상기 섬유다발을 펼쳐서 제1차 광폭화섬유를 형성하여 배출하는 멀티롤이용 광폭화수단;
상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 상부 또는 하부 중 하나 이상의 위치에 적어도 하나의 공압발생부가 배치되며, 상기 공압발생부로부터 발생된 공기압력이 일정한 속도로 이동하는 상기 제1차 광폭화섬유에 가해지면서 상기 제1차 광폭화섬유를 펼쳐서 제2차 광폭화섬유를 형성하여 배출하는 공압이용 광폭화수단; 및
상기 제1차 광폭화섬유가 공압이용 광폭화수단으로 도입되기 전에 상기 제1차 광폭화섬유에 축적된 텐션을 제어하고, 상기 공압이용 광폭화수단에 도입된 상기 제1차 광폭화섬유가 펼쳐지는 과정에서 걸리는 텐션을 제어하는 텐션제어수단;을 포함하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 1 항에 있어서,
상기 텐션제어수단은 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단 사이 또는 상기 공압이용 광폭화수단의 후단 중 하나 이상의 위치에 상기 제1차 광폭화섬유의 이동방향으로 상기 이동방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되는 적어도 하나의 피드롤러부, 상기 적어도 하나의 피드롤러부의 축을 회전시키는 롤러구동부, 상기 공압이용 광폭화수단에서 펼쳐지는 상기 제1차 광폭화섬유의 처짐 양을 측정하는 감지부, 및 상기 측정된 처짐 양과 비교하여 일정한 처짐양을 갖도록 상기 제1차 광폭화섬유의 공급속도를 조절하는 섬유공급제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 1 항에 있어서,
상기 감지부는 상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 하부에 배치되는 광 계측 센서인 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 2 항에 있어서,
상기 피드롤러부가 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단 사이 및 상기 공압이용 광폭화수단의 후단의 위치에 모두 설치되면, 상기 섬유공급제어부는 상기 일정한 처짐 양을 갖도록 상기 측정된 처짐 양과 비교하여 상기 롤러구동부를 피드백 제어하여 상기 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 2 항에 있어서,
상기 피드롤러부가 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단의 사이에만 배치되면 상기 공압이용 광폭화수단의 후단 위치에, 또는 상기 피드롤러부가 상기 공압이용 광폭화수단의 후단에 배치되면 상기 피드롤러부의 후단 위치에, 상기 제2차 광폭화섬유의 이동방향으로 상기 이동방향에 직교하는 회전축선을 가지고 배치되어 상기 제2차 광폭화섬유를 권취하는 권취부 및 상기 권취부의 축을 회전시키는 권취축구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 5 항에 있어서,
상기 피드롤러부가 상기 멀티롤이용 광폭화수단과 상기 공압이용 광폭화수단 사이에만 설치되면, 상기 섬유공급제어부는 상기 피드롤러부는 일정한 속도로 유지하고, 상기 일정한 처짐 양을 갖도록 상기 측정된 처짐 양과 비교하여 상기 권취축구동부를 피드백 제어하여 상기 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공압이용 광폭화수단은 상기 공압발생부로부터 발생된 공기압력이 상기 제1차 광폭화섬유에 가해질 때 상기 제1차 광폭화섬유를 지지하고 그 이동을 안내할 수 있는 위치에 상기 제1차 광폭화섬유의 이동방향에 직교하는 축선을 가지고 서로 이격되어 배치되는 적어도 2개의 가이드핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 상부에 배치되는 상기 공압발생부는 공기방출형 구조인 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1차 광폭화섬유가 이동하는 평면의 하부에 배치되는 상기 공압발생부는 공기흡입형 구조인 것을 특징으로 하는 고속 섬유다발 광폭화장치.
섬유 다발을 공급하는 섬유공급장치; 및
상기 섬유공급장치에서 공급되는 섬유 다발을 펼쳐서 배출하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고속 섬유다발 광폭화 장치;를 포함하는 광폭화섬유 제조시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 섬유공급장치는 섬유다발이 권취되어 있는 섬유권취수단, 상기 섬유권취수단의 중공부에 삽입되는 지지축을 통해 상기 섬유권취수단을 회전가능하게 지지하는 지지수단 및 상기 섬유권취수단으로부터 풀어져서 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 섬유다발의 방향 및 인장력을 일정하게 조절하는 섬유다발조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭화섬유 제조시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 가이드 하여 일정 방향으로 조절하는 복수의 가이드롤러부 및 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 상기 섬유다발의 인장력을 일정하게 유지하는 저항롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭화섬유 제조시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 지지수단이 상기 지지축을 일정한 토크가 유지되도록 회전시키는 지지축구동부를 더 포함하면, 상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 일정 방향으로 가이드 하는 복수의 가이드롤러부, 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 섬유다발의 인장력을 측정하는 인장력감지부 및 상기 측정된 인장력과 비교하여 일정한 인장력을 갖도록 상기 지지축구동부를 피드백 제어하여 상기 섬유권취수단의 회전속도를 조절하는 지지축회전속도제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭화섬유 제조시스템.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 가이드롤러부는 고정된 중심축에 대해 회전 가능한 롤러구조를 포함하고, 상기 롤러구조의 표면은 가이드 되는 상기 섬유다발이 중심부에 위치할 수 있는 형상의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 광폭화섬유 제조시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 가이드롤러부는 상기 롤러구조의 중심축 양단부를 꼭지점으로 하여 상기 중심축과 직교하는 방향으로 연장되는 높이, 상기 높이의 일단부에서 상기 높이와 직교하는 방향으로 연장되는 밑변 및 상기 밑변의 타단부인 회전축에서 상기 밑변의 단부를 연결하는 빗변을 각각의 모서리로 하여 전체적으로 직각삼각형상을 이루는 제1측면과 제2측면이 상기 롤러구조의 상부 또는 하부를 감싸도록 서로 평행하게 상기 중심축의 양단부에 고정되어 형성되는 하우징구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭화섬유 제조시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 하우징구조 중 상기 롤러구조 보다 돌출되는 상기 제1측면과 상기 제2측면 사이의 공간에 1개 이상의 실린더가 상기 제1측면과 상기 제2측면에 수직하게 더 형성되는 것을 특징으로 하는 광폭화섬유 제조시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 저항롤러부는 서로 일정 간격 이격되어 설치되는 1쌍의 롤러로 구성된 롤러부, 상기 롤러부의 양단부에 위치하여 상기 롤러의 회전축을 회전가능하고, 상하 위치 이동이 가능하도록 고정하는 베어링플랜지부, 및 상기 롤러부와 상기 베어링플랜지부 사이 또는 상기 베어링플랜지부 외부에 상기 롤러의 회전축과 연동되도록 설치되는 저항부여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭화섬유 제조시스템.
섬유 다발을 공급하는 섬유공급장치;
상기 섬유공급장치에서 공급되는 섬유 다발을 펼쳐서 배출하는 제1항 내지 제4항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고속 섬유다발 광폭화 장치; 및
상기 고속 섬유다발 광폭화 장치에서 배출된 광폭화섬유에 열가소성 수지를 함침하는 함침장치;를 포함하는 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 섬유공급장치는 섬유다발이 권취되어 있는 섬유권취수단, 상기 섬유권취수단의 중공부에 삽입되는 지지축을 통해 상기 섬유권취수단을 회전가능하게 지지하는 지지수단 및 상기 섬유권취수단으로부터 풀어져서 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 섬유다발의 방향 및 인장력을 일정하게 조절하는 섬유다발조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템.
제 19 항에 있어서,
상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 가이드 하여 일정 방향으로 조절하는 적어도 1쌍의 가이드롤러부 및 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 상기 섬유다발의 인장력을 일정하게 유지하는 저항롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템.
제 19 항에 있어서,
상기 지지수단이 상기 지지축을 일정한 토크가 유지되도록 회전시키는 지지축구동부를 더 포함하면, 상기 섬유다발조절수단은 상기 섬유권취수단으로부터 풀어지는 상기 섬유다발을 일정 방향으로 가이드 하는 적어도 1쌍의 가이드롤러부, 상기 가이드롤러부를 통과하여 상기 고속 섬유다발 광폭화장치로 공급되는 섬유다발의 인장력을 측정하는 인장력감지부 및 상기 측정된 인장력과 비교하여 일정한 인장력을 갖도록 상기 지지축구동부를 피드백 제어하여 상기 섬유권취수단의 회전속도를 조절하는 지지축회전속도제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속섬유 강화플라스틱 복합소재 제조시스템.