KR20160115329A - Web forming method using the carbon fiber, apparatus, and method for manufacturing a carbon fiber reinforced plastic using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소 섬유 웹 형성방법, 장치 및 이를 이용한 탄소 섬유 강화 플라스틱의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카본 및 강화 섬유를 목적하는 탄소 섬유 강화 플라스틱에 필요한 최소한의 카본 및 강화 섬유를 사용하여 웹을 형성시킴으로써 경제적인 탄소 섬유 웹 형성방법, 장치 및 이를 이용한 탄소 섬유 강화 플라스틱의 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
도 1은 통상적인 카본 섬유를 이용하여 탄소 섬유 강화 플라스틱을 생산하는 오토 크레이브의 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로 사용되는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)을 제조하기 위해서는, 먼저, 탄소 섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침하여 성형하는 프리프레그(prepreg)를 재단하고, 상기 재단된 프리프레그를 적층시키며, 상기 적층된 프리프레그에 부자재를 적층시킨다. 다음으로, 상기 프리프레그 및 부자재를 배깅(bagging)하고, 밀폐된 용기를 사용하여 상기 배깅된 프리프레그 및 부자재를 집어넣어 가열하여 증기를 발생시키고, 증기압력상태는 상온에서 화학반응을 시키는 오토 클레이브 성형 단계를 거쳐, 상기 반응된 물질을 상기 오토 클레이브로부터 탈형시키고, 트리밍을 이용하여 편평하게 고르는 과정을 거쳐서 제조된다.
FIG. 1 is a view for explaining a process of an autoclave for producing carbon fiber-reinforced plastic using conventional carbon fibers. As shown in Fig. 1, in order to produce a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) which is commonly used, a prepreg is prepared by preliminarily impregnating a carbon fiber with a matrix resin to form a prepreg , The cut prepregs are stacked, and the subsidiary materials are stacked on the stacked prepregs. Next, the prepreg and the auxiliary material are bagged, the bagged prepreg and the auxiliary material are inserted into the sealed container and heated to generate steam, and the vapor pressure state is controlled by an autoclave The reaction product is subjected to a shaping step to remove the reacted substance from the autoclave, and then to flatten the product using trimming.
도 2는 통상적인 카본 섬유를 이용하여 탄소 섬유 강화 플라스틱을 생산하는 프리코팅 금속 프레스의 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적으로 사용되는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)을 제조하기 위해서, 먼저, 탄소 섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침하여 성형하는 프리프레그를 재단하고, 상기 재단된 프리프레그를 목적하는 섬유와 서로 닮은 굴절률 분포를 가지는 로드를 만드는 광학 섬유의 제작법(chemical vapor deposition법, CVD법)의 프리폼 과정을 거치고, 프레스 성형 및 탈형을 통하여 제조된다.
2 is a view for explaining a process of a precoated metal press for producing carbon fiber-reinforced plastic using conventional carbon fibers. As shown in Fig. 2, in order to produce carbon fiber reinforced plastic (CFRP) which is commonly used, first, a prepreg for preforming a carbon fiber by impregnation with a matrix resin is cut, (Prefabricated by a chemical vapor deposition (CVD) method) to produce a rod having a refractive index distribution resembling a target fiber, and is manufactured through press molding and demolding.
상기 공정들에서 나오는 스크랩(scrap)은 재사용이 불가능하여 거의 다 폐기해야하는 문제점이 있고, 상기 문제점은 최근 3 내지 4 만원/kg 정도 하는 탄소 섬유를 이용한 탄소 섬유 강화 플라스틱을 경제적인 이유로 다양한 분야에 적용하기 어려워지는 원인이 된다.
The scrap from the above processes is incapable of being reused, so that almost all scrap has to be disposed. The above problem has recently been solved by applying carbon fiber reinforced plastic using carbon fibers having a capacity of about 3 to 40 thousand won / kg to various fields for economical reasons And it becomes difficult to make it.
또한, 상기 공정들과는 별도로, 탄소 섬유를 50 내지 100 mm로 짧게 잘라서(short cut) 열 가소성 수지와 혼섬하여 얽혀져 있는 섬유를 가지런한 상태로 고르는 카딩(carding)을 통하여 웹을 형성한 후에, 성형 공정을 거치는 제품이 개발되고 있으나, 탄소 섬유에 비하여 상기 탄소 섬유에 혼섬되는 열 가소성 수지의 강성이 낮아서, 제조되는 탄소 섬유 강화 플라스틱의 강도 또한, 탄소 섬유만을 사용한 탄소 섬유 강화 플라스틱에 비하여 강성이 낮아지는 현상이 발생된다.
In addition, apart from the above processes, a carbon fiber is short cut to 50 to 100 mm, and a web is formed through carding which combines with the thermoplastic resin to form entangled fibers, The rigidity of the thermoplastic resin mixed with the carbon fibers is lower than that of the carbon fibers and the rigidity of the carbon fiber reinforced plastic to be produced is lower than that of the carbon fiber reinforced plastic using only carbon fibers A phenomenon occurs.
탄소 섬유만을 카딩하는 기술은 다양한 분야에서 테스트하고 있지만, 카딩을 위하여 필요한 크림프(천연 및 인공적으로 생기는 섬유의 파상굴곡)을 상기 탄소 섬유에 줄 수 없기 때문에 카딩이 원활하지 않고, 공정에서 발생되는 탄소 섬유의 손실도 상당히 큰 문제점이 있다.
Although the technique of carding only carbon fibers is tested in various fields, carding is not smooth due to the fact that the carbon fibers required for carding can not be given to the carbon fibers (wavy bends of natural and artificial fibers) There is a problem that the loss of fibers is considerably large.
상기 탄소 섬유 강화 플라스틱은 현재 비행기 및 우주선 등에 널리 적용되고 있으며, 자동차 분야에도 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 상기 연구 과정 중에 발생되는 스크랩을 재사용 하는 기술 및 탄소 섬유의 손실을 저감시키면서 탄소 섬유 강화 플라스틱을 제조할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
The carbon fiber-reinforced plastic is widely applied to airplanes, spacecraft, and the like, and researches for application to the automobile field have been actively carried out. The technology for reusing scrap generated during the research process and the carbon fiber- There is a demand for a technique capable of manufacturing reinforced plastic.
본 발명의 목적은 카본 및 강화 섬유를 이용하여 웹을 형성하는데 있어서, 섬유의 손실을 최소화하여, 경제적인 탄소 섬유 강화 플라스틱을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide an economical carbon fiber-reinforced plastic by minimizing the loss of fibers in forming a web using carbon and reinforcing fibers.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 케블라 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유를 균일한 사이즈로 컷팅하는 단계; 상기 컷팅된 섬유에 공기 공급부를 통하여 공기를 분사하고, 상기 분사된 공기와 함께 상기 컷팅된 섬유를 웹 형성부로 이동시키는 단계; 및 상기 이동된 섬유 및 공기 중 공기는 상기 웹 형성부의 하부에 위치한 공기 유출구로 유출되며, 섬유는 상기 웹 형성부 내에 위치한 목적하는 웹 형상의 메쉬망에 적층되어 웹을 형성하는 단계를 포함하는 웹 형성방법을 제공한다.
In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of manufacturing a carbon fiber composite material, comprising: cutting a fiber selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, Kevlar fiber and mixture thereof into a uniform size; Jetting air through the air supply to the cut fibers, and moving the cut fibers to the web formation with the jetted air; And a step of forming a web by stacking the fibers and the air in the air in an air outflow port located at a lower portion of the web forming unit and the fibers are stacked on a mesh network of a desired web shape located in the web forming unit, Lt; / RTI >
본 발명에 따른 웹 형성 방법은 사용자가 최종 목적하는 제품의 형상에 맞추어 웹을 형성함으로써, 탄소 및 강화 섬유의 손실이 최소화되어 경제적인 장점이 있다.
The web forming method according to the present invention is advantageous in that the loss of carbon and reinforcing fibers is minimized by forming the web according to the shape of the end product of the user.
도 1은 통상적인 카본 섬유를 이용하여 탄소 섬유 강화 플라스틱을 생산하는 오토 크레이브의 공정을 설명하기 위한 도면.
도 2는 통상적인 카본 섬유를 이용하여 탄소 섬유 강화 플라스틱을 생산하는 프리코팅 금속 프레스의 공정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 웹 형성방법의 순서를 도시한 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 웹 형성방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 웹 형성방법 중 도퍼 부분의 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 웹 형성방법 중 원재료 배열기 부분의 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 웹 형성방법의 일 예를 보여주는 웹 형성부 부분의 확대도.
도 8은 본 발명에 따른 웹 형성방법의 다른 예를 보여주는 웹 형성부 부분의 확대도.
도 9는 본 발명에 따른 웹 형성과정의 일 예를 설명하기 위한 도면.
도 10는 본 발명에 따른 웹 형성과정의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 제조방법의 순서를 도시한 블록도.
도 12는 본 발명에 따른 웹 형성방법으로 형성된 웹을 니들펀칭법을 이용하여 결합시키는 것을 설명하기 위한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining a process of an autoclave for producing a carbon fiber-reinforced plastic using ordinary carbon fibers. FIG.
2 is a view for explaining a process of a precoated metal press for producing carbon fiber-reinforced plastic using ordinary carbon fibers.
3 is a block diagram illustrating a procedure of a web forming method according to the present invention.
4 is a view for explaining a web forming method according to the present invention.
5 is an enlarged view of a portion of a donor portion of a web forming method according to the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a raw material placing portion in a web forming method according to the present invention. FIG.
FIG. 7 is an enlarged view of a web forming part showing an example of a web forming method according to the present invention; FIG.
FIG. 8 is an enlarged view of a web forming part showing another example of a web forming method according to the present invention; FIG.
9 is a view for explaining an example of a web forming process according to the present invention.
10 is a view for explaining another example of a web forming process according to the present invention.
11 is a block diagram showing a procedure of a method of manufacturing a carbon fiber-reinforced plastic according to the present invention.
12 is a view for explaining binding of a web formed by a web forming method according to the present invention by using a needle punching method;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 웹 형성방법의 순서를 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 웹 형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웹 형성방법은 균일한 사이즈로 섬유를 컷팅하는 단계(S10), 컷팅된 섬유 일정량을 도퍼 및 공기의 이동에 의해 이동시키는 단계(S20) 및 이동된 섬유가 목적하는 웹 형태의 메쉬망에 적층되어 웹을 형성하는 단계(S30)을 포함한다.
FIG. 3 is a block diagram showing a procedure of a web forming method according to the present invention, and FIG. 4 is a view for explaining a web forming method according to the present invention. As shown in FIGS. 3 and 4, the web forming method according to the present invention includes cutting a fiber in a uniform size (S10), moving a predetermined amount of cut fiber by moving a doffer and air (S20) And a step (S30) in which the transferred fibers are laminated on a mesh network of a desired web form to form a web.
상기 균일한 사이즈로 섬유를 컷팅하는 단계(S10)은 사용자가 목적하는 웹의 특성에 맞는 섬유를 사용자가 목적하는 웹의 특성에 맞는 사이즈로 컷팅하는 단계이고, 도 5는 본 발명에 따른 웹 형성방법 중 도퍼 부분의 확대도이다.
The step S10 of cutting the fibers into the uniform size is a step of cutting the fiber according to the characteristics of the web desired by the user into a size suitable for the characteristics of the web desired by the user, Fig. 4 is an enlarged view of a portion of the method.
상기 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등의 슈퍼섬유(super fiber)를 말하며, 바람직하게는 탄소 섬유 및 유리 섬유이다. 여기서 슈퍼 섬유는 금속과 동일하거나 그 이상의 고강도 및 고탄성의 특성을 지닌 섬유를 의미한다. 상기 컷팅된 섬유(404)의 사이즈는 10 내지 150 mm, 바람직하게는 15 내지 140 mm, 더욱 바람직하게는 20 내지 130 mm이다. 상기 컷팅된 섬유(404)의 사이즈가 10 mm보다 짧을 경우 후술되는 메쉬망(Mesh)에 섬유를 적층시키지 못할 수 있고, 150 mm 보다 길 경우 후술되는 메쉬망에 섬유가 적층되었을 때, 원하는 형태의 웹을 형성하지 못할 수 있다.
The fiber refers to a super fiber such as carbon fiber, glass fiber or aramid fiber, preferably carbon fiber and glass fiber. Here, the superfiber means a fiber having properties of high strength and high elasticity equal to or more than that of a metal. The size of the
상기의 단계를 거쳐 컷팅된 섬유(404)는 일정량을 도퍼(doffer) 및 공기의 이동에 의해 이동시키는 단계(S20)를 수행하게 된다.
The
상기 도퍼(408)는 공기가 이동하는 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)로 컷팅된 섬유(404)를 공급하는 장치로써, 상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)로 공급되는 컷팅된 섬유(404)의 함량은 목적하는 웹의 형태에 따라 적절히 설정될 수 있으나, 바람직하게는 1 내지 100 g/sec, 더욱 바람직하게는 5 내지 90 g/sec가 공급된다. 상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)로 공급되는 섬유가 너무 적으면 웹을 형성하는 시간이 많이 소요될 수 있고, 너무 많으면 섬유의 이동이 원활하지 않을 수 있다.
The
상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)는 관로, 덕트 등일 수 있고, 바람직하게는 덕트이며, 상기 섬유가 이동하는 방법은 에어 레이드(air-laid) 기술을 응용한 것으로써, 상기 도퍼(408)에 의하여 공급된 섬유(404)는 공기 공급부(410)에서 유입되는 공기가 공기 유출부(448)로 이동된다. 상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)의 일단은 상기 도퍼(408)와 연결되어 있다. 상기 공기를 유입하는 속도는 목적하는 웹의 형태, 공급되는 섬유의 종류 및 함량에 따라, 예를 들어, 섬유의 함량이 많으면 빠르게 분사하고, 적으면 느리게 분사하는 등 적절히 설정될 수 있다. 여기서, 에어 레이드 기술이란, 섬유를 공기 중에 비산시킨 후, 금망(금속망)상에 모아 시트상으로 제조하는 방식이다.
The first fiber and
상기 컷팅된 섬유(404) 일정량을 도퍼 및 공기의 이동에 의해 이동시키는 단계(S20)를 거친 섬유는 원재료 배열기(414)를 이용하여, 섬유를 1 차 배열하는 단계(S22) 및 1 차 배열된 섬유를 공기의 이동에 의해 웹 형성 공간으로 이동시키는 단계(S24)를 더욱 거칠 수 있다.
The fibers that have been subjected to the step S20 of moving a predetermined amount of the
상기 원재료 배열기(414)를 이용하여, 섬유를 1 차 배열하는 단계(S22)는 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)를 통하여, 이동된 섬유를 1 차 배열하는 역할을 하는 단계로써, 원재료 배열기(414)를 포함한다.
The step S22 of arranging the fibers in a primary order using the raw
도 6은 본 발명에 따른 웹 형성방법 중 원재료 배열기 부분의 확대도이다. 상기 원재료 배열기(414)는 섬유가 목적하는 형태의 웹을 형성하기 전에 1 차적으로 섬유를 배열시키는 역할을 하는 것으로써, 제1 섬유 및 공기 유입구(416), 섬유 배열부(420) 및 제1 섬유 및 공기 유출구(424)를 포함한다.
FIG. 6 is an enlarged view of a raw material placing part in a web forming method according to the present invention. The raw
상기 제1 섬유 및 공기 유입구(416)는 상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)의 타단과 연결되어, 상기 컷팅된 섬유 일정량을 도퍼 및 공기의 이동에 의해 이동시키는 단계(S20)에서 이동된 섬유가 유입되는 곳으로써, 섬유가 유입될 수 있으면 위치는 무관하나, 바람직하게는 상기 원재료 배열기(414)의 상부에 위치하고, 5 내지 30 cm의 직경을 가진다. 상기 제1 섬유 및 공기 유입구의 직경이 너무 작으면 섬유의 이동이 원활하지 못할 수 있고, 너무 크면 섬유를 1 차 배열하는데 어려움이 있을 수 있다.
The first fiber and
상기 섬유 배열공간(420)은 상기 제1 섬유 및 공기 유입구(416)를 통하여 유입된 섬유를 1 차 배열하는 역할을 하는 것으로써, 상기 섬유 배열공간(420)으로 유입된 섬유를 분산시켜 퍼트린 후, 다시 이동됨으로써 재배열된다. 상기 제1 섬유 및 공기 유입구(416)의 직경보다 크고 공간을 가지는 형태면 무관하나, 바람직하게는 0.2 내지 2 m의 직경을 가지는 구 형태이다. 상기 섬유 배열공간(420)의 직경이 너무 작으면 섬유를 배열하는데 어려움이 있을 수 있고, 너무 크면 배열되는 섬유가 많아져 목적하는 웹을 형성하는데 어려움이 있을 수 있다.
The
상기 제1 섬유 및 공기 유출구(424)는 상기 섬유 배열공간(420)에서 배열된 섬유를 유출시키는 곳으로써, 상기 제1 섬유 및 공기 유입구(416)와 대향되면 위치는 무관하나, 바람직하게는 상기 섬유 배열공간(420)의 하부에 위치하고, 5 내지 30 cm의 직경을 가진다. 상기 제1 섬유 및 공기 유출구(424)의 직경이 너무 작으면 배열된 섬유의 이동이 원활하지 못할 수 있고, 너무 크면 상기 섬유 배열공간(420)에서 섬유를 배열하는데 어려움이 있을 수 있다.
The first fibers and the
상기 원재료 배열기(414)의 제1 섬유 및 공기 유입구(416)를 통하여 유입된 섬유는 이동해온 관로보다 상기 원재료 배열기(414)의 섬유 배열공간(420)의 부피가 커서 상대적으로 기압이 낮아 섬유가 배열되는 원리를 이용하고, 상기 원재료 배열기(414)에서 배열된 섬유가 유출되는 함량은 목적하는 웹의 형태에 따라 적절히 선택될 수 있다.
The fibers introduced through the first fibers of the raw
상기 단계를 거친 1 차 배열된 섬유는 공기의 이동에 의해 웹 형성부(444)로 이동시키는 단계(S24)를 수행하게 된다. 상기 제1 섬유 및 공기 유출구(424)에서 유출되는 섬유는 제2 섬유 및 공기 이동관로(428)를 통과하여 웹 형성부(444)로 이동된다.
The primary arranged fibers having been subjected to the above steps are moved to the
상기 단계를 거쳐 이동된 섬유는 상기 이동된 섬유가 목적하는 웹 형태의 메쉬망에 적층되어 웹을 형성하는 단계(S30)를 수행하게 된다. 상기 이동된 섬유가 목적하는 웹 형태의 메쉬망에 적층되어 웹을 형성하는 단계(S30)는 웹 형성부를 포함한다.
The fibers moved through the above step are stacked on the mesh network of the desired web type to form the web (S30). The step S30 of stacking the transferred fibers on a mesh network of a desired web form to form a web includes a web forming unit.
도 7은 본 발명에 따른 웹 형성방법의 일 예를 보여주는 웹 형성부 부분의 확대도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 웹 형성부(444)는 1 차 배열을 마친 섬유를 목적하는 웹 형상의 메쉬망에 적층하여 웹을 형성하는 곳으로써, 제2 섬유 및 공기 유입구(432), 메쉬망(440) 및 공기 유출구(448)를 포함한다.
7 is an enlarged view of a web forming part showing an example of a web forming method according to the present invention. As shown in FIG. 7, the
상기 제2 섬유 및 공기 유입구(432)는 상기 제2 섬유 및 공기 이동관로(428)의 타단에 연결되어 1 차 배열을 마친 섬유가 유입되는 곳으로써, 섬유가 유입될 수 있으면 위치는 무관하나, 바람직하게는 상기 웹 형성부(444)의 상부에 위치하고, 5 내지 30 cm의 직경을 가진다. 상기 제2 섬유 및 공기 유입구(432)의 직경이 상기 범위를 벗어나면, 목적하는 형태로 웹을 형성하지 못할 수 있다. 상기 웹 형성부(444)는 목적하는 웹의 형태에 따라 상기 목적하는 웹보다 큰 형태로 적절하게 선택될 수 있고, 바람직하게는 원기둥의 형태이다.
The second fiber and the
상기 메쉬망(440)은 섬유가 적층되어 웹을 형성하는 역할을 하는 곳으로써, 목적하는 형상의 웹의 모양, 예를들어, 브이형, 티형, 삼각형, 'ㄷ'형태 등의 형태로 적층되어 웹을 형성하고, 상기 메쉬망(440)은 공기 유출구(448)의 내주면을 따라 위치한다. 상기 메쉬망(904)의 재질은 스테인레스, 알루미늄, 산화방지처리 철 등의 재질일 수 있고, 상기 메쉬망(904)의 규격은 3 내지 60 메쉬, 바람직하게는 5 내지 50 메쉬이다. 상기 메쉬망(904)의 규격이 너무 작으면 섬유가 균일하게 적층된 웹을 형성하는데 어려움이 있을 수 있고, 너무 크면 섬유가 적층되지 못하고 배출될 수 있다.
The
상기 공기 유출구(448)는 상기 공기 공급부(410)에서 유입된 공기가 유출되는 곳으로써, 상기 웹 형성부(444)의 하부에 위치하고, 상기 공기를 유출되는 속도, 크기 및 직경은 목적하는 웹의 형태에 따라 적절히 설정될 수 있다. 상기 공기 유출구(448)로 유출되는 공기의 속도를 조절함으로써, 상기 메쉬망에 적층되는, 즉 형성되는 웹의 단위 및 중량을 조절할 수 있다.
The
도 8은 본 발명에 따른 웹 형성방법의 다른 예를 보여주는 웹 형성부 부분의 확대도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웹 형성방법의 다른 예는 웹 형성부(804, 808)의 하부에 회전판(812)을 포함하고, 도퍼, 제1 및 제2 섬유 및 공기 이동관로, 원재료 배열기 및 웹 형성부가 각각 한 개씩 더욱 구비된 것을 제외하면, 상술한 웹 형성방법의 일 예에서 설명한 바와 같다.
8 is an enlarged view of a web forming part showing another example of the web forming method according to the present invention. 8, another example of the web forming method according to the present invention includes a
상기 회전판(812)은 2 개 이상, 바람직하게는 2 내지 6 개, 더욱 바람직하게는 3 내지 4 개의 섬유가 적층되는 메쉬망 및 공기 유출구를 포함한다. 예를 들어, 제1 웹 형성부(804)가 제1 메쉬망(816)과 연결되면, 상기 제1 웹 형성부(804)로 유입된 섬유는 제1 메쉬망(816)에 적층되고, 공기는 제1 공기유출구(820)로 유출되며, 상기 제1 메쉬망(816)에 설정된 중량의 섬유가 적층되면, 상기 회전판(812)이 회전하고, 상기 섬유가 적층된 제1 메쉬망(816)은 회전하여 제2 웹 형성부(808)와 연결되며, 제1 웹 형성부(804)는 제2 메쉬망(824) 및 제2 공기유출구(828)와 연결되어, 상기 제2 메쉬망(824)에 섬유가 적층된다. 상기 제1 및 제2 메쉬망(816, 824)에 섬유가 일정량 적층되면 상기 회전판(812)은 회전하고, 섬유가 적층된 제1 메쉬망(816)은 섬유 이동 장치에 의하여 상기 제1 메쉬망(816)으로부터 제거되어 이동되며, 상기 섬유가 제거된 제1 메쉬망(816)은 회전판(812)의 회전에 따라 회전되어 상기 단계를 반복한다. 상기 회전판(812)의 회전 속도는 목적하는 웹의 중량에 따라 다르게 설정될 수 있다.
The
도 9는 본 발명에 따른 웹 형성과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 메쉬망(904)은 섬유 및 공기 유입구를 통하여 유입된 섬유(908)가 목적하는 웹 형상, 예를들어, 브이형, 티형, 삼각형, 사각형, 'ㄷ' 형태 등 다양한 부품의 형태로 적층되어 웹을 형성한다. 상기 메쉬망(904)은 공기 유출구(912)의 내주면을 따라 위치한다. 상기 메쉬망(904)의 상부로 이동된 섬유(908)는 공기가 이동되는 방향으로 연속적으로 이동(도 9의 (a)) 및 적층되어, 예를 들어 랜덤배열으로 메쉬망(904)에 적층되어 웹을 형성하는데, 상기 메쉬망(904)에 섬유(916)가 적층되면 상기 섬유(916)를 이동시키는 기류(공기의 속도)가 저하된다. 따라서 섬유는 섬유(916)가 적층되지 않아 기류(공기의 속도)가 빠른 곳으로 이동되어 적층된다(도 9의 (b) 및 (c)). 상기 기류(공기의 속도) 차이에 의하여 상기 섬유(908)가 이동되어 균일하게 적층되어 목적하는 형태의 웹(920)을 형성할 수 있고(도 9의 (d)), 상기 목적하는 형태로만 섬유가 적층되어, 섬유의 손실을 최소화 할 수 있다. 상기 메쉬망(904)은 사용자가 목적하는 웹 형태로 되어 있을 수 있으며, 목적하는 웹의 형태에 따라 변형 및 교체가 가능하다. 상기 메쉬망(904)의 재질은 스테인레스, 알루미늄, 산화방지처리 철 등의 재질일 수 있고, 상기 메쉬망(904)의 규격은 3 내지 60 메쉬, 바람직하게는 5 내지 50 메쉬이다. 상기 메쉬망(904)의 규격이 너무 작으면 섬유가 균일하게 적층된 웹을 형성하는데 어려움이 있을 수 있고, 너무 크면 섬유가 적층되지 못하고 배출될 수 있다.
9 is a view for explaining an example of a web forming process according to the present invention. As shown in FIG. 9, the
도 10는 본 발명에 따른 웹 형성과정의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 웹 형성과정의 다른 예는 4 개의 회전판(1004, 1008, 1012, 1016) 및 갈고리(1020)를 포함한다. 상기 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)은 각각 하나의 메쉬망(1024, 1028, 1032, 1036) 및 공기 유출구(1040, 1044, 1048, 1052)를 포함하며, 상기 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)이 이동되면 상기 메쉬망(1024, 1028, 1032, 1036) 및 공기 유출구(1040, 1044, 1048, 1052)도 함께 이동된다. 상기 메쉬망(1024, 1028, 1032, 1036)은 공기 유출구(1040, 1044, 1048, 1052)의 내주면을 따라 위치하고, 상기 메쉬망(1024, 1028, 1032, 1036)에 유입된 섬유(1056)가 목적하는 웹 형상, 예를들어, 브이형, 티형, 삼각형, 'ㄷ'형태 등의 형태로 적층되어 웹을 형성한다. 구체적으로, 먼저 각각 메쉬망(1024, 1028, 1032, 1036) 및 공기 유출구(1040, 1044, 1048, 1052)를 포함하는 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)이 위치되어 있고(a), 제1 및 제2 회전판(1004, 1008)에 섬유 및 공기가 유입되어 상기 제1 및 제2 회전판(1004, 1008)에 위치한 티자(T)형의 제1 및 제2 메쉬망에 적층되고, 섬유가 일정량 적층되어 웹(1060)을 형성하면, 상기 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)은 회전한다(b). 다음으로, 상기 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)의 회전으로 섬유는 제2 및 제3 회전판(1008, 1012)에 적층되고, 섬유(1056)가 일정량 적층되어 웹(1060)을 형성하면, 다시 회전한다(c). 다음으로, 상기 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)이 회전되어 제3 및 제4 회전판(1012, 1016)에 섬유(1056)가 적층되어 웹(1060)을 형성하고, 상기 4 개의 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)에는 모두 웹(1060)이 형성되어 있다(d). 다음으로, 상기 갈고리(1020)에 의하여 제2 회전판(1008)의 메쉬망(1024, 1028, 1032, 1036)에 형성된 웹(1060)이 제거되어 이동되며, 동시에 제3 및 제4 회전판(1012, 1016)에는 섬유(1056)가 적층되어 웹(1060)을 형성한다(e). 다음으로 상기 회전판(1004, 1008, 1012, 1016)은 다시 회전하여 상기 작업을 반복하여 연속적으로 웹을 형성 및 이동시킨다. (섬유가 메쉬망에 적층되어 웹을 형성하는 과정은 도 9 참조)
10 is a view for explaining another example of a web forming process according to the present invention. As shown in Fig. 10, another example of the web forming process includes four
본 발명에 따른 웹 제조장치는 공기 공급부(410), 도퍼(408), 제1 섬유 및 공기 이동관로(412), 웹 형성부(444)를 포함하고, 상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)와 웹 형성부(444) 사이에는 원재료 배열기(414), 제2 섬유 및 공기 이동관로(428) 및 회전판(812)이 더욱 구비될 수 있다.
The web manufacturing apparatus according to the present invention includes an
상기 공기 공급부(410)는 상기 도퍼(408)에 공기를 공급하는 역할을 하며, 상기 도퍼(408)는 상기 공기 공급부의 상부에 위치하여, 측면으로부터 공급된 섬유를 공기 공급부(410)에서 공급되는 공기를 이용하여 상기 공기와 섬유를 함께 이동시킨다. 상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)의 일단은 상기 도퍼(408)의 상부에 연결되어, 상기 섬유 및 공기가 이동하는 통로 역할을 한다.
The
상기 원재료 배열기(414)는 상부에 상기 제1 섬유 및 공기 이동관로(412)의 타단과 연결되어 있는 제1 섬유 및 공기 유입구(416)를 가지고 있고, 상기 제1 섬유 및 공기 유입구(416)로부터 하부방향으로 갈수록 직경이 증가되었다가 감소되는 예를 들면, 내부가 비어있는 구의 형태이고, 상기 원재료 배열기(414)의 하부에는 상기 원재료 배열기(414)에서 배열된 섬유가 유출되는 제1 섬유 및 공기 유출구(424)가 형성되어 있다.
The raw
상기 제2 섬유 및 공기 이동관로(428)의 일단에는 상기 원재료 배열기(414)의 하부에 형성되어 있는 제1 섬유 및 공기 유출구(424)와 연결되어 있으며, 상기 원재료 배열기(414)에서 배열된 섬유 및 공기가 이동하는 통로 역할을 한다.
One end of the second fiber and the
상기 웹 형성부(444)는 상부에 상기 제2 섬유 및 공기 이동관로(428)의 타단과 연결되어, 상기 제2 섬유 및 공기 이동관로(428)를 통해 이동하는 섬유가 유입되는 제2 섬유 및 공기 유입구(432)가 형성되어 있다. 상기 웹 형성부(444)의 하부에는 상기 공기 공급부(410)로부터 공급된 공기가 유출되는 공기 유출구(448)가 형성되어 있으며, 상기 웹 형성부의 내부, 바람직하게는 상기 공기 유출구(448)의 내주면에는 목적하는 웹 형태의 메쉬망이 구비되어 있다.
The
상기 회전판은 상기 웹 형성부의 하부에 위치하여, 상기 메쉬망에 목적하는 양의 섬유가 적층되면 회전하여, 적층된 메쉬망을 웹 형성부로부터 이탈시키고, 적층되지 않은 메쉬망을 웹 형성부와 연결시켜 상기 작업을 반복하게 한다.
The rotating plate is located at a lower portion of the web forming portion and rotates when the desired amount of fibers are stacked on the mesh netting to separate the mesh netting from the web forming portion and connect the non- Thereby repeating the above operation.
또한, 본 발명에 따른 웹 제조장치는 니들펀칭 장치 및 컨베이어 벨트가 더욱 구비되어 있을 수 있다. 상기 니들펀칭 장치는 상하 이동을 하는 니들 및 상기 니들이 상하 운동을 할 수 있게 하는 제어부를 포함한다. 상기 컨베이어 벨트는 형성된 웹을 상기 니들펀칭 장치에 통과시키는 역할을 한다. 상기 니들펀칭 장치는 하나 이상, 바람직하게는 둘 이상일 수 있고, 상기 니들펀칭 장치가 두 개일 경우, 두 개의 니들펀칭 장치가 일면 및/또는 다른 일면을 니들펀칭할 수 있으나, 바람직하게는 웹이 먼저 통과하는 니들펀칭 장치는 상기 웹이 바람이 날아가지 않도록 대략적으로 형태를 잡아주고, 상기 웹의 일면을 니들펀칭하는 역할을 하고, 그 다음 통과하는 니들펀칭 장치는 상기 웹의 다른 일면을 니들펀칭하여 완전히 결합시키는 역할을 한다.
Further, the web manufacturing apparatus according to the present invention may further include a needle punching device and a conveyor belt. The needle punching apparatus includes a needle for moving up and down and a control unit for allowing the needle to move up and down. The conveyor belt serves to pass the formed web through the needle punching device. The needle punching device may be one or more, preferably two or more, and when the needle punching device is two, the two needle punching devices may needle punch one surface and / or the other surface, The passing needle punching device is configured to roughly shape the web so as not to allow the web to fly, needle punching one side of the web, and then passing through the needle punching device, the other side of the web is punched It is completely combined.
도 11은 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱 제조방법의 순서를 도시한 블록도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱은 섬유를 적층시켜 웹을 형성하는 단계(S110), 형성된 웹을 니들펀칭하여 웹을 결합시키는 단계(S120) 및 결합된 웹을 수지에 함침시키고 프레스 성형하여 웹을 가공하는 단계(S130)를 더욱 포함할 수 있다. 상기 섬유를 적층시켜 웹을 형성하는 단계(S110)는 상기 웹 형성방법에서 상술한 바와 같다.
11 is a block diagram showing a procedure of a method of manufacturing a carbon fiber-reinforced plastic according to the present invention. As shown in FIG. 11, the carbon fiber-reinforced plastic according to the present invention includes a step S110 of forming a web by laminating fibers (S110), a step S120 of bonding the web by needle punching the formed web, (S130) of processing the web by impregnation and press molding the web. Step S110 of forming a web by laminating the fibers is as described above in the web forming method.
상기 형성된 웹을 니들펀칭하여 웹을 결합시키는 단계(S120)는 목적하는 웹 형태의 메쉬망(440)에 섬유가 적층되어, 예를 들어, 랜덤배열으로 적층되어, 목적하는 웹을 형성하는데, 상기 형성된 웹이 공기 중에 노출될 경우, 바람에 의해 적층된 섬유가 흩어질 수 있기 때문에 웹을 형성한 후, 웹을 결합시키는 단계로써, 웹을 결합시킬 수 있는, 예를 들면, 니들펀칭법(needle punch) 등의 방법일 수 있다.
In the step S120 of joining the web by needle punching the formed web, the fibers are stacked on the
도 12는 본 발명에 따른 웹 형성방법으로 형성된 웹을 니들펀칭법을 이용하여 결합시키는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웹 형성방법으로 형성된 웹(1104)을 니들펀칭 공정(1100)을 통과시킴으로써, 2차원적으로 랜덤하게 적층되어 있는 섬유의 배열 중 일부에 니들(1124)을 통과시켜 3차원적인 랜덤구조로 결합시킨다. 예를 들어, 니들펀칭 공정에서 니들펀칭 장치는 하나, 바람직하게는 둘 이상일 수 있고, 니들펀칭 장치가 둘일 경우(1108, 1112), 형성된 웹(1104)을 컨베이어 벨트를 따라 이동시켜, 제1 및 제2 니들펀칭장치(1108, 1112)를 통과함으로써, 웹을 결합시킨다. 상기 제2 니들펀칭장치(1112)까지 이동되는 동안 바람 및 컨베이어 벨트(1116)의 속도에 의하여 형성된 웹(1104)의 일부가 날아가는 등의 손실이 있을 수 있으므로, 제1 니들펀칭장치(1108)를 먼저 통과하여 결합시켜 날아가는 것을 방지한 후, 상기 결합된 웹(1120)을 제2 니들펀칭장치(1112)로 이동시켜 니들펀칭하여 목적하는 결합된 웹(1128)을 제조할 수 있다. 상기 제1 및 제2 니들펀칭장치(1108, 1112)의 니들 개수 및 배열 간격은 목적하는 제품에 따라 달라질 수 있고, 상기 결합된 웹의 일면 또는 양면을 니들펀칭 할 수 있다. 예를 들면, 니들이 촘촘하게 배열될수록 형성된 웹의 엉기는 정도가 증가하여 단단해지고, 상기 니들의 간격이 클수록 형성된 웹의 엉기는 정도가 감소하여 부드러운 웹을 형성할 수 있다.
FIG. 12 is a view for explaining how a web formed by the web forming method according to the present invention is bonded using a needle punching method. 12, by passing the
상기 결합된 웹을 수지에 함침시키고, 프레스 성형하여 웹을 가공하는 단계(S130)는 결합된 웹을 가공하여 탄소 섬유 강화 플라스틱을 제조하는 단계이다. 상기 결합된 웹을, 예를 들면, 프리프레그와 같이 매트릭스 수지를 미리 함침시킨 후, 프레스 성형함으로써 탄소 섬유 강화 플라스틱을 얻을 수 있다. 이 외에도, 미리 매트릭스 수지를 함침시켜 두는 것이 아닌, 매트릭스 수지를 필름 등의 형태로 하여, 상기 결합된 웹에 적층하여, 프레스 성형에 의하여 매트릭스 수지를 함침시켜 탄소 섬유 강화 플라스틱을 얻을 수도 있다. 여기서, 프레스 성형에 의하여 매트릭스 수지를 함침시키는 공정 쪽이 공정을 적게 할 수 있기 때문에, 비용 감소의 측면에서는 유리하다고 할 수 있다. 상기 결합된 웹에 매트릭스 수지를 함침함에 있어서는 특별히 제한은 없고, 매트릭스 수지를 필름이나 열 용융된 열가소성 수지, 에폭시 등의 열경화성 수지 등으로 하며, 상기 시트와 상기 웹을 적층하고 나서 매트릭스 수지를 용융하고, 필요에 따라 가압하고 함침하는 등의 공지된 방법을 사용할 수 있고, 상기 방법으로는 더블벨트 프레스기나 간헐 프레스기 등 공지된 장치를 사용할 수 있다. 상기 매트릭스 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET), 폴리에틸렌(PolyEthylene, PE), 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리락틱산(Poly Lactic Acid, PLA), 에폭시(epoxy) 등의 열 가소성 및 열 경화성 수지를 사용할 수 있다.
The step (S130) of impregnating the bonded web with the resin and pressing the web to form a web is a step of fabricating the carbon fiber-reinforced plastic by processing the bonded web. The bonded web may be impregnated with a matrix resin in advance, for example, as a prepreg, and then press-formed to obtain a carbon fiber-reinforced plastic. In addition, the matrix resin may be laminated on the bonded web in the form of a film or the like instead of impregnating the matrix resin in advance, and the matrix resin may be impregnated by press molding to obtain a carbon fiber-reinforced plastic. Here, since the step of impregnating the matrix resin by press molding can reduce the number of steps, it can be said that it is advantageous in terms of cost reduction. The matrix resin is impregnated into the bonded web, and the matrix resin is formed into a film, a thermosetting resin such as thermally fused thermoplastic resin or epoxy, etc., and the matrix resin is melted after the sheet and the web are laminated A known method such as pressurization and impregnation may be used as needed. In this method, a known apparatus such as a double belt press machine or an intermittent press machine can be used. Examples of the matrix resin include thermoplastic and thermosetting resins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polylactic acid (PLA) A thermosetting resin can be used.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱을 이용하여 자동차용 탄소섬유 강화 플라스틱 부품, 비행기용 경량 강성부품, 선박용 경량 강성부품, 손상된 구조물 보강, 풍력 발전용 블레이드, 운동기구, 악기 및 자전거 프레임 등의 최종 목적하는 제품을 만들 수 있다.
The final objective of the carbon fiber reinforced plastic according to the present invention is to provide carbon fiber reinforced plastic parts for automobiles, lightweight rigid parts for airplanes, lightweight rigid parts for ships, damaged structural reinforcements, wind power blades, exercise equipment, musical instruments and bicycle frames Products.
본 발명에 따른 탄소 섬유 강화 플라스틱은 목적하는 탄소 섬유 강화 플라스틱과 비슷한 형상의 웹을 형성 및 결합하고, 이를 이용하여 탄소 섬유 강화 플라스틱을 제작함으로써, 탄소 섬유의 손실이 거의 없어 경제적이다.
The carbon fiber-reinforced plastic according to the present invention is economical because it forms a web having a shape similar to that of a desired carbon fiber-reinforced plastic and forms a carbon fiber-reinforced plastic by using the same.
이상, 도면을 참조하여, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 구체적인 실시예에 한정되지 않고, 하기 청구범위에 기재된 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.Although the present invention has been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and various modifications are possible within the scope of the following claims.
Claims (9)
상기 컷팅된 섬유에 공기 공급부를 통하여 공기를 분사하고, 상기 분사된 공기와 함께 상기 컷팅된 섬유를 웹 형성부로 이동시키는 단계; 및
상기 이동된 섬유 및 공기 중 공기는 상기 웹 형성부의 하부에 위치한 공기 유출구로 유출되며, 섬유는 상기 웹 형성부 내에 위치한 목적하는 웹 형상의 메쉬망에 적층되어 웹을 형성하는 단계를 포함하는 웹 형성방법.Cutting a fiber selected from the group consisting of a carbon fiber, a glass fiber, an aramid fiber, a Kevlar fiber, and a mixture thereof into a uniform size;
Jetting air through the air supply to the cut fibers, and moving the cut fibers to the web formation with the jetted air; And
The web and the air are discharged to an air outlet located at a lower portion of the web forming unit, and the fibers are stacked on a mesh network of a desired web shape located in the web forming unit to form a web. Way.
상기 도퍼의 상부에 일단이 연결되어 상기 섬유 및 상기 공기 공급부에서 공급된 공기를 이동시키는 제1 섬유 및 공기 이동관로; 및
상기 제1 섬유 및 공기 이동관로의 타단과 연결되어 상기 이동되는 섬유 및 공기가 유입되는 제2 공기 및 섬유 유입구, 상기 유입구로 유입된 섬유가 적층되는 목적하는 웹 형성의 메쉬망 및 상기 공기 공급부로 유입된 공기가 유출되는 공기 유출구를 포함하는 웹 형성부를 포함하는 웹 제조설비.A dope supplying fibers selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, and mixtures thereof; An air supply unit located at a lower portion of the doffer and supplying air to the doffer;
A first fiber and an air moving pipe connected at one end to the upper portion of the doffer to move the fiber and the air supplied from the air supply portion; And
A second air and fiber inlet connected to the first fiber and the other end of the air moving pipe to receive the moving fibers and air, a mesh network of a desired web on which the fibers introduced into the inlet are stacked, And a web forming portion including an air outlet through which the introduced air flows out.
상기 원재료 배열기와 일단이 연결되어 상기 원재료 배열기에서 유출되는 섬유 및 공기가 이동되고, 타단이 상기 웹 형성부의 제2 공기 및 섬유 유입구와 연결되어 있는 제2 섬유 및 공기 이동관로를 더욱 구비하는 것인, 웹 제조설비.6. The air conditioner according to claim 5, wherein between the first fiber and the air moving duct and the web forming unit, the other end of the first fiber and the air moving duct is connected to the upper portion so that the first air and the fiber inlet, A raw material container having a larger diameter and including an arrangement portion in which fibers are primarily arranged and a first air and a fiber outlet portion through which the arranged fibers are discharged downward; And
And a second fiber and an air moving pipe connected to the raw material arranging unit so that the fibers and air flowing out from the raw material discharging unit are moved and the other end is connected to the second air and fiber inlet of the web forming unit In, web manufacturing facility.
상기 컷팅된 섬유에 공기 공급부를 통하여 공기를 분사하고, 상기 분사된 공기와 함께 상기 컷팅된 섬유를 웹 형성부로 이동시키는 단계;
상기 이동된 섬유 및 공기 중 공기는 상기 웹 형성부의 하부에 위치한 공기 유출구로 유출되며, 섬유는 상기 웹 형성부 내에 위치한 목적하는 웹 형상의 메쉬망에 적층되어 웹을 형성하는 단계;
상기 형성된 웹을 상하 이동을 하는 니들펀칭 장치에 통과시키는 니들펀치법에 의하여 웹을 결합시키는 단계; 및
상기 결합된 웹에 매트릭스 수지를 함침시키고, 가열 및/또는 압력을 가하여 웹을 가공하는 단계를 포함하는 탄소 섬유 강화 플라스틱의 제조방법.Cutting a fiber selected from the group consisting of a carbon fiber, a glass fiber, an aramid fiber, a Kevlar fiber, and a mixture thereof into a uniform size;
Jetting air through the air supply to the cut fibers, and moving the cut fibers to the web formation with the jetted air;
Forming a web by depositing the fibers and the air in the air on an air outlet port located at a lower portion of the web forming unit and the fibers are stacked on a desired mesh network located in the web forming unit;
Joining the web by a needle punching method in which the formed web is passed through a needle punching apparatus which moves up and down; And
Impregnating the bonded web with a matrix resin, and heating and / or applying pressure to the web to thereby produce a web.
Priority Applications (1)
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KR1020150042738A KR101715341B1 (en) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | Web forming method using the carbon fiber, apparatus, and method for manufacturing a carbon fiber reinforced plastic using the same |
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KR1020150042738A KR101715341B1 (en) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | Web forming method using the carbon fiber, apparatus, and method for manufacturing a carbon fiber reinforced plastic using the same |
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