KR20160069098A - Fiber opening apparatus of carbon fiber a using heating and vibrating rollers - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 섬유다발의 개섬장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동롤러와 열을 주는 구간이 서로 분리되어 탄소섬유 필라멘트 간의 사이징제 접착력을 최소화하도록, 열이 발생하는 진동롤러를 이용하여 사이징제 연화와 물리적인 마찰로 인한 효과를 동시에 적용시킨 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a carding machine for a fiber bundle, and more particularly, to a carding machine for a fiber bundle, in which a vibrating roller is separated from a heat generating section to minimize a sizing adhesive force between the carbon fiber filaments, The present invention relates to a carding machine for a fiber bundle using a heating vibrating roller which simultaneously applies an effect of physical friction to a fiber bundle.
프리프레그는 섬유에 열가소성 수지를 함침시킨 후 반경화시킨 섬유강화 열가소성 수지복합체를 의미한다. 이는 경량이면서 우수한 기계적 특성을 갖기 때문에, 항공기나 자동차 부품, 스포츠(sports), 레저(leisure)와 같은 각종 산업분야에 있어서 넓게 이용되고 있다.Prepreg refers to a fiber-reinforced thermoplastic resin composite in which fibers are impregnated with a thermoplastic resin and then semi-cured. Because of its light weight and excellent mechanical properties, it is widely used in various industrial fields such as aircraft, automobile parts, sports, and leisure.
프리프레그 제조 시 보통 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 아로마틱 폴리아미드 섬유 등이 사용되는데, 탄소섬유나 유리섬유로 된 강화섬유의 단사를 복수개 나란히 하여 이루어진 강화섬유 속 복수개를 서로 평행하게 나란하게 놓은 후, 에폭시수지나 불포화폴리에스테르 등의 열경화성 수지를 함침시켜서 시트화한다.Usually, a carbon fiber, a glass fiber, or an aromatic polyamide fiber or the like is used in the production of the prepreg. A plurality of bundles of reinforcing fibers made by arranging a plurality of single fibers of carbon fiber or glass fiber are arranged in parallel to each other, A thermosetting resin such as resin or unsaturated polyester is impregnated into a sheet.
이 경우 강화섬유에 열경화성 수지를 함침하기 전 강화섬유에 대한 개섬(Opening) 공정이 거치게 되는데 강화섬유속을 개섬하는 것에 의해 그 두께를 얇게 하고, 강화섬유 속의 단사 사이까지 열경화성 수지를 충분하게 함침시키는 것이 필요하다. In this case, before the thermosetting resin is impregnated with the thermosetting resin, an opening process is performed on the thermosetting resin. In this case, the thickness of the thermosetting resin is sufficiently reduced to between the single filaments need.
지금까지 알려진 탄소섬유 개섬 기술은, 일본공개특허 제2006-257593호, 제2006-297889호 및 US20030057585 등에 나타나 있듯이, 일정속도로 섬유를 공급하고 축방향에 진동시킨 환형봉 또는 회전볼을 여러개 통과시켜 개섬하는 방법, 섬유에 일정한 장력을 부여한 상태에서 자유 회전롤 상에 통과시키면서 하나의 롤러를 진동시켜 개섬하는 방법, 탄소섬유 속을 미리 예열하고 진동 플랫 자유회전롤과 플랫 레이스회전롤의 편성에 따른 개섬 방법 등과 같이 다양하게 개시되고 있으나 개섬에 필요한 롤러가 다수 요구되고 있고, 고정롤러 통과 방식의 경우 섬유 마찰이 커져 섬유 표면의 손상으로 인한 모우가 많이 발생하는 단점이 있었다.The carbon fiber opening technique known so far is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Nos. 2006-257593, 2006-297889 and US20030057585, in which a fiber is fed at a constant speed and a plurality of annular rods or rotating balls oscillated in the axial direction are passed A method of opening the fiber, a method of opening the fiber by vibrating a single roller while passing the fiber through a free-rotating roll while a certain tension is applied, a method of preheating the inside of the carbon fiber, And a carding method. However, a large number of rollers are required for carding, and in the case of the fixed roller passing method, there is a disadvantage in that the fiber friction becomes large, and a lot of mounds are generated due to damage of the fiber surface.
따라서 이러한 단점을 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 등록특허 제10-1180504호에서는 공기 분사장치(3)을 이용하여 개섬에 필요한 롤러(1, 2) 개수를 최소화하면서 탄소섬유(100)의 개섬 시 장력과 속도 조건을 모두 충족시킬 수 있는 탄소섬유의 개섬장치에 대하여 개시되어 있다.In order to solve these drawbacks, as shown in Fig. 1, in the registered patent application No. 10-1180504 filed by the applicant of the present application, the number of
또한 도 2에 도시된 바와 같이, 본 출원인에 의해 출원된 출원번호 제10-2014-0091758호에는 개섬장치에 서로 다른 주파수로 진동하는 복수개의 진동롤러(200)와 공기분사장치(200)가 설치되어 개섬된 섬유를 보다 더 균일한 분포로 분산시는 기술이 기재되어 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the application No. 10-2014-0091758 filed by the present applicant discloses that a plurality of vibrating
그러나 이러한 공기 분사 방식의 경우 고가의 설비 비용이 발생하고, 기존 설비 시설을 이용하기 어렵고, 개섬효과도 낮은 문제가 있었다.However, such an air spraying method has a problem of expensive facilities, difficulty in using existing facilities, and low carding effect.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 진동롤러(200) 상단에 히터(210)를 구비가 되는 기술도 있으나, 이는 진동롤러(200)와 별도로 사이징제를 연화 시킬 수 있는 히터(210)를 장착하는 것을 요지로 하므로, 히팅영역을 통과할 때에만 사이징제가 연화 되는 방식이다. 또한 진동롤러(200)와 히터(210)가 서로 분리되어 있는 경우에는 구조와 설치과정이 복잡한 문제가 있었다.3, a
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 종래의 개섬장치에 진동하는 복수개의 진동롤러의 내부에 열선이 내장되거나 또는 열매(熱媒)가 주입되어 열에 의한 사이징제의 점도를 낮출 수 있어, 탄소섬유의 효율적인 개섬이 가능해지는 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to solve the problems described above, and an object of the present invention is to provide a vibrating roller which oscillates in a conventional carding machine, in which a heat ray is embedded or a heat medium is injected, And to provide a carding machine for a fiber bundle using a heating vibrating roller capable of efficient carding of carbon fibers.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치는 섬유다발의 개섬장치에 있어서, 크릴에서 탄소섬유를 받아 탄소섬유에 걸리는 장력을 조절하고 공정속도에 맞춰 개섬하되, 순차로 굴곡되어 통과시켜 개섬되도록 진동하는 복수개의 롤러로 구성되고, 내부에 열선이 내장되거나 또는 열매가 주입되어 열에 의한 사이징제의 점도를 낮출 수 있는 회전진동롤러; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a carding machine for a fiber bundle using a heating vibrating roller. The carding machine for a fiber bundle includes a carding machine for receiving a carbon fiber from a krill, adjusting a tension applied to the carbon fiber, A rotary vibrating roller which is composed of a plurality of rollers which are sequentially bent and allowed to pass through and open so as to be opened, and which can reduce the viscosity of the sizing agent by heat, And a control unit.
또한 상기 히팅진동롤러는, 좌우로 진동하는 롤러와 상하로 진동하는 롤러가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.The heating vibrating roller is characterized in that a roller vibrating left and right and a roller vibrating vertically are sequentially arranged.
상기 히팅진동롤러는, 온도가 80도~120도 범위의 열을 내는 특징으로 한다.The heating vibrating roller is characterized in that the temperature is in the range of 80 to 120 degrees.
본 발명의 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치에 의하면, 종래의 진동롤러의 내부에 열선이 내장되거나 또는 열매(熱媒)가 주입되어 순환되므로, 열에 의한 사이징제의 점도를 낮출 수 있어 탄소섬유의 효율적인 개섬이 가능해지는 효과가 있다. 따라서 개섬된 탄소섬유에서 일정부분에서 섬유다발들이 서로 모이는 현상을 방지뿐만 아니라 개섬된 섬유를 보다 더 균일한 분포로 분산시켜 최종 프리프레그 제품의 위치별 섬유중량편차를 줄여주게 되어 품질을 향상시키는 효과가 있다.According to the carding machine for fiber bundles using the heating vibrating roller of the present invention, the heat of the sizing agent by heat is lowered because the conventional vibrating roller has heat rays embedded therein or a heat medium is injected and circulated therein, It is possible to efficiently open the fibers. Therefore, it is possible to prevent the gathering of the fiber bundles at a certain portion of the carded carbon fiber, and to disperse the open fiber into a more uniform distribution, thereby reducing the deviation of the fiber weight at each position of the final prepreg product, .
또한 기존 설비 시설을 이용하여 별다른 복잡한 장비의 설치 없이 본 발명에 의한 히팅진동롤러를 상호 조립 설치하도록 구성되어 분리와 조립이 더욱 용이하여 작업효율을 높일 수 있는 효과가 있다.Further, the heating vibrating rollers according to the present invention can be assembled and assembled without using any complicated equipment using existing facility facilities, so that it is easier to separate and assemble them, thereby improving work efficiency.
도 1은 종래의 탄소섬유의 개섬장치를 도시한 개략도.
도 2는 종래의 탄소섬유의 개섬장치를 도시한 개략도.
도 3은 종래의 탄소섬유의 개섬장치를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 의한 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치를 도시한 개략도.
도 5는 도 4의 히팅 진동롤러를 도시한 개략도.1 is a schematic view showing a conventional carding machine for carbon fibers.
2 is a schematic view showing a conventional carding machine for carbon fiber.
3 is a schematic view showing a conventional carding machine for carbon fiber.
4 is a schematic view showing a carding machine for a fiber bundle using a heating vibrating roller according to the present invention.
Fig. 5 is a schematic view showing the heating oscillating roller of Fig. 4; Fig.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Further, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.
우선 본 발명에 적용되는 개섬장치는 도 2의 도면에 도시된 구성과 명칭 및 도면부호를 편의상 일부 그대로 사용하기로 한다.First, the carding machine applied to the present invention uses the structure and names and reference numerals shown in the drawing of FIG. 2 for the sake of convenience.
따라서 본 발명이 적용되는 섬유다발의 제조장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 일측에 설치되어 프리프레그의 일 원료인 탄소섬유(100)가 감긴 탄소섬유보빈(10)으로부터 탄소섬유가 풀려 크릴(20)로 제공되고, 상기 크릴(20)로부터 공급되는 탄소섬유(100)를 팽팽하게 당겨주는 인장봉(30)과, 탄소섬유(100)의 상하면에 입혀지는 보호필름(40)을 공급하는 공급롤러(50)와, 상기 크릴(20)의 반대편에 설치되어 제조된 프리프레그를 권취하는 권취롤러(80)와, 상기 크릴(20)과 권취롤러(80)의 중간에 설치된 적어도 한 쌍 이상의 함침롤러(70)와, 상기 함침롤러(70)의 전단계로 상기 보호필름(40)이 입혀진 탄소섬유(100)를 가열시키는 히터(60)을 포함한다.Therefore, as shown in FIG. 4, the apparatus for manufacturing a fiber bundle to which the present invention is applied has a structure in which a carbon fiber is loosened from a
이때 상기 보호필름(40)은 탄소섬유(100)는 상면 또는 하면 중 일측에만 입혀질 수도 있고, 상기 함침롤러(70)는 탄소섬유(100)에 보호필름(40)을 가열 가압으로 함침시키는 것으로서, 복수개가 상하로 대향되게 설치될 수 있다.The
상기 인장봉(30)은 상기 크릴(20)에 감겨있는 탄소섬유(100)를 겹침과 갭이 없도록 당기면서 함침롤러(50) 측으로 공급하여 이 탄소섬유(100)의 상하면에 공급롤러(10)를 통해 공급된 보호필름(40)을 입히게 된다.The
이후, 상기 탄소섬유(100)와 보호필름(40)은 상기 히터(60)과 함침롤러(70) 사이로 순차적으로 지나가게 되고, 상기 히터(60)과 함침롤러(70)가 가열 및 가압을 시켜 보호필름(40)의 수지를 탄소섬유(100)의 상하면에 함침시키게 된다.The
이 후 상면에 입혀져 있던 보호필름(40)은 탄소섬유(100)에 수지의 함침이 완료되면, 탄소섬유(100)는 프리프레그로 제조되고, 보호필름(40)은 별도로 분리되거나, 제조된 프리프레그와 함께 상기 권취롤러(80)에 의해 권취된다.After the impregnation of the resin into the
한편, 상기 인장봉(30)은 상기 크릴(20)에 감겨있는 탄소섬유(100)의 겹침과 갭이 없도록 당겨서 개섬역할을 하게되나, 상기 탄소섬유(100)가 인장봉(30)에 공급되기 전 섬유다발이 서로 뭉쳐져 섬유중량 편차가 높아지는 현상이 발생할 수 있다.The
따라서 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치는 상기 탄소섬유(100)가 인장봉(30)에 공급되기 전 뭉쳐지는 현상을 방지하고, 더욱 균일하게 분산시키도록 상기 인장봉(30)의 전 단계에 복수개의 히팅진동롤러(400)가 구비된다.Therefore, as shown in FIG. 5, the fiber bundle carding device using the heating vibrating roller according to the present invention prevents the
상기 복수개의 히팅진동롤러(400)는 상기 크릴(20)에서 탄소섬유(100)를 받아 탄소섬유(100)에 걸리는 장력을 조절하고 공정속도에 맞춰 히팅진동롤러(400)를 차례로 굴곡시키면서 통과시켜 개섬시킨다.The plurality of
자세하게는 일 실시예로서, 상기 복수개의 히팅진동롤러(400)는 다수로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 크릴(20)로부터 공급되는 탄소섬유(100)를 받아 다수의 히팅진동롤러(200)를 순차적으로 경유하여 개섬과정이 이루어진다.The plurality of
이 때 상기 히팅진동롤러(400)는 자체적으로 진동하는 기능을 가져 두꺼운 탄소섬유다발을 얇게 펼쳐주는 개섬기능을 갖고, 또한 내부에 열선(미도시)이 내장되거나 또는 열매(熱媒)(미도시)가 주입되어 순환되므로, 열에 의한 사이징제의 점도를 낮출 수 있어 탄소섬유(100)의 효율적인 개섬이 가능해진다.At this time, the
또한 상기 다수의 히팅진동롤러(400)는 진동기능을 갖되, 좌우로 진동하는 롤러와 상하로 진동하는 롤러가 순차적으로 배치하여 상기 크릴(20)로부터 공급되는 탄소섬유(100)의 개섬효과를 더욱 높일 수 있다.In addition, the plurality of
또한 상기 히팅진동롤러(400)는, 온도가 80도~120도 범위의 열을 내어 상기 크릴(20)로부터 공급되는 탄소섬유(100)의 섬유와 섬유 사이에 틈을 더욱 메워주고, 모우 발생이 줄어드는 등 개섬효과를 더욱 높일 수 있다.The
아래의 표 1은 섬유중량편차는 단위면적당 탄소섬유의 무게로 프리프레그를 폭방향으로 10cm * 10cm 크기로 절단하여 9개 수량으로 편차를 측정하여 비교한 결과로 실시전과 실시후의 결과를 나타낸 표이다.Table 1 below is a table showing the results before and after the measurement of the deviation of the fiber weight by 9 pieces by measuring the weight of the carbon fiber per unit area and dividing the prepreg into the size of 10 cm * 10 cm in the width direction .
(탄소섬유12K기준)Open fiber
(Based on carbon fiber 12K)
위 표 1에서 본 발명에 의한 개섬 장치로 인하여 탄소섬유가 넓게 개섬되고, 이로 인하여 섬유 중량 편차가 개선되며, 또한 요철 발생율이 줄어들었음을 알 수 있었다.In Table 1, it can be seen that the carbon fiber is widely opened due to the carding device according to the present invention, thereby improving the fiber weight deviation and reducing the irregularity generation rate.
따라서 본 발명에 의한 히팅진동롤러(400)의 개섬효과는 종래의 진동과 열이 분리된 방법보다 개섬효과가 뛰어나며, 또한 탄소섬유 12K기준으로 종래에는 폭 7mm 내지 9mm로 개섬이 가능하였지만, 본 발명에 의한 히티진동롤러(400)에 의하면 폭 7mm내지 12mm도 개섬이 가능하게 된다.Therefore, the carding effect of the
또한 본 발명에 의한 복수개의 히팅진동롤러(400)는 기존의 설비를 이용하여 별다른 복잡한 장비의 설치 없이 상기 인장봉(30)의 전 단계에 상호 조립하여 설치될 수 있도록 구성되어 분리와 조립이 더욱 용이하고, 종래의 개섬공정에 비하여 개섬효과 및 작업효율을 높일 수 있다.Further, the plurality of
이상에서 설명된 본 발명의 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiment of the fiber bundle carding device using the heating vibrating roller of the present invention described above is merely an example and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent implementations You can see that examples are possible. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 : 탄소섬유보빈
20 : 크릴
30 : 인장봉
40 : 보호필름
50 : 공급롤러
60 : 히터
70 : 함침롤러
80 : 권취롤러
100 : 탄소섬유
400 : 히팅진동롤러10: carbon fiber bobbin 20: krill
30: tensile rods 40: protective film
50: feed roller 60: heater
70: Impregnating roller 80: Winding roller
100: Carbon fiber 400: Heating vibrating roller
Claims (3)
크릴(20)에서 탄소섬유(100)를 받아 탄소섬유(100)에 걸리는 장력을 조절하고 공정속도에 맞춰 개섬하되, 순차로 굴곡되어 통과시켜 개섬되도록 진동하는 복수개의 롤러로 구성되고, 내부에 열선이 내장되거나 또는 열매가 주입되어 열에 의한 사이징제의 점도를 낮출 수 있는 회전진동롤러(400);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치.In a carding machine for a fiber bundle,
A plurality of rollers that receive carbon fibers 100 from the krill 20 and regulate the tensile force applied to the carbon fibers 100 and open them in accordance with the process speed, A rotary vibration roller 400 which can be embedded or a fruit is injected to lower the viscosity of the sizing agent by heat;
And a heating vibrating roller for heating the fiber bundle.
상기 히팅진동롤러(400)는,
좌우로 진동하는 롤러와 상하로 진동하는 롤러가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치.The method according to claim 1,
The heating vibrating roller (400)
Wherein a roller vibrating in the left and right direction and a roller vibrating in the vertical direction are sequentially arranged.
상기 히팅진동롤러(400)는, 온도가 80도~120도 범위의 열을 내는 특징으로 하는 히팅 진동롤러를 이용한 섬유다발의 개섬장치.The method according to claim 1,
The heating vibrating roller (400) is characterized in that the temperature is in the range of 80 to 120 degrees.
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