KR20160141957A - 복합재 롤의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 중공의 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 인발 성형을 통해 제조하기 때문에, 중공의 롤을 형성하기 위한 별도의 금속 맨드릴을 제조할 필요가 없으므로 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 절감될 수 있으며, 연속 공정이 가능하다. 또한, 중공의 탄소섬유강화플라스틱 롤의 외주면에 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 감아서 복수의 탄소섬유강화플라스틱 층을 형성하기 때문에, 탄소섬유강화플라스틱 롤을 맨드릴로써 사용할 수 있으므로 탄소섬유강화플라스틱 시트의 부착이 용이하면서도 복합재 롤의 강성을 확보할 수 있다. 또한, 중공의 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 섬유와 탄소섬유강화플라스틱 층의 탄소섬유의 정렬 방향이 서로 다르게 배열함으로써, 복합재 롤의 강성을 보다 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 복합재 롤의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 복합재 롤에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어진 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스 롤을 인발 성형하는 중공형 복합재 롤의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 복합재 롤에 관한 것이다.
일반적으로 광학필름용 및 LCD 러빙용으로 사용되는 롤은 스틸 등의 금속으로 제조된 금속 롤이 사용된다. 광학필름용 및 LCD 러빙용은 필름 또는 LCD Glass의 크기가 커질수록 롤의 길이가 길어야 한다. 그러나, 광학필름용 및 LCD 러빙용으로 금속 롤을 사용하는 경우, 금속 롤의 길이가 길어짐에 따라 무게가 급격히 증가하게 되므로 금속 롤 자체의 하중에 의해 처짐이 발생되는 문제점이 있다. 따라서, 생산 과정에서 불량률이 높아지는 문제점이 있다.
최근에는 롤의 처짐을 감소시키기 위하여, 섬유강화플라스틱 등으로 이루어진 롤을 사용하는 추세이다. 섬유강화플라스틱 롤은, 금속 소재의 맨드릴(mandrel)에 섬유강화플라스틱 시트를 감아서 중공형 롤을 제조하기 때문에, 제조하고자 하는 롤의 직경에 맞추어 맨드릴을 제조해야 하기 때문에, 맨드릴 제조 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 자중이 최소화되고 제조 비용이 절감될 수 있는 복합재 롤의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 복합재 롤을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 복합재 롤의 제조방법은, 탄소섬유를 수지에 함침시킨 후 인발 성형기를 통과시켜, 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 인발 성형하는 단계와; 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 맨드릴로써 이용할 수 있도록 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 회전부를 통해 회전시키면서 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 외주면에 탄소섬유강화플라스틱 시트를 감아서 탄소섬유강화플라스틱 층을 형성하는 단계와; 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤과 상기 탄소섬유강화플라스틱 층을 가열하여 일체화시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 복합재 롤은, 탄소섬유가 축방향으로 길게 배열되도록 형성된 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤과; 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 외주면에 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 감아져서 복수의 층으로 적층되어 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤과 일체화되고, 상기 복수의 층 중에서 서로 인접하는 층간의 탄소섬유의 방향이 서로 다른 방향으로 배열되는 복수의 탄소섬유강화플라스틱 층들을 포함한다.
본 발명은, 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 롤을 인발 성형을 통해 제조하기 때문에, 중공의 롤을 형성하기 위한 별도의 금속 맨드릴을 제조할 필요가 없으므로 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 절감될 수 있으며, 연속 공정이 가능하다.
또한, 중공의 탄소섬유강화플라스틱 롤의 외주면에 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 감아서 복수의 탄소섬유강화플라스틱 층을 형성하기 때문에, 탄소섬유강화플라스틱 롤을 맨드릴로써 사용할 수 있으므로 탄소섬유강화플라스틱 시트의 부착이 용이하면서도 복합재 롤의 강성을 확보할 수 있다.
또한, 중공의 탄소섬유강화플라스틱 롤의 섬유와 탄소섬유강화플라스틱 층의 탄소섬유의 정렬 방향이 서로 다르게 배열함으로써, 복합재 롤의 강성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤의 제조방법이 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤의 제조방법이 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 대해 설명하면, 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤이 도시된 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤(10)은, 중공의 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 베이스롤(20), 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)에 적층된 탄소섬유강화플라스틱 층(30) 및 코팅층(50)을 포함한다.
상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)은, 탄소섬유(20a)가 축방향으로 길게 배열되도록 인발 공정을 통해 형성된다.
상기 탄소섬유강화플라스틱 층(30)은, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 외주면에 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들(31a)(32a)이 감아져서 적층 형성된다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 층(30)은 복수의 층들로 이루어질 수 있으며, 상기 복수의 층들 중에서 서로 인접하는 층간의 탄소섬유의 정렬 방향이 서로 다르게 배열된다. 본 실시예에서는, 상기 탄소섬유강화플라스틱 층(30)은, 2개의 제1,2탄소섬유강화플라스틱 층(31)(32)으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 탄소섬유강화플라스틱 층(30)은 2개 이상의 층으로 이루어질 수 있으며, 상기 복합재 롤(10)의 강도나 강성을 고려하여 층의 개수를 조절할 수 있다.
상기 제1,2탄소섬유강화플라스틱 층(31)(32)은 각 층마다 탄소섬유의 방향이 서로 다른 방향으로 배열된다. 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)은, 상기 중공의 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 외주면에 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)를 감아서 형성된다. 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 층(32)은, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)의 외주면에 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)를 감아서 형성된다. 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)는 제1탄소섬유들(31b)이 일방향으로 정렬되어 형성된 시트이고, 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)는 제2탄소섬유들(32b)이 일방향으로 정렬되어 형성된 시트이다. 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)와 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)는 서로 동일한 시트인 것도 가능하고, 서로 다른 방향성이나 배열을 갖는 시트인 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)와 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)는 서로 다른 방향성을 갖는 시트인 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)의 상기 제1탄소섬유들(31b)의 정렬 방향과 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)의 상기 제2탄소섬유들(32b)의 정렬 방향은 서로 다르게 설정되며, 서로 소정각도로 경사진 방향으로 정렬된다. 또한, 상기 제1탄소섬유들(31b)은 상기 중공의 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)에 포함된 탄소섬유(20a)의 정렬방향과 서로 소정각도로 경사진 방향으로 정렬된다. 본 실시예에서는, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 탄소섬유(20a)는 축방향으로 길게 정렬 배치되는 바, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)의 제1탄소섬유(31b)는 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 탄소섬유(20a)와 수직을 이루는 방향으로 길게 정렬 배치된 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 코팅층(50)은, 상기 탄소섬유강화플라스틱 층(30)의 외주면에 금속 소재로 코팅 형성된다. 상기 금속 소재는 동이나 크롬 합금 등을 이용할 수 있다.
상기와 같이 구성된 복합재 롤의 제조방법은 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤의 제조방법이 도시된 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2a, 2b 및 도 3을 참조하면, 먼저, 상기 중공의 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)을 인발 성형한다.(S1) 복수의 로빙기(40)에 감아진 복수의 탄소섬유들(20a)을 수지가 들어 있는 함침조(42)에 함침시킨 후, 인발 성형기(43)를 통과 시킨다. 상기 인발 성형기(43)를 통과하면, 상기 탄소섬유들(20a)이 축방향으로 길게 정렬되면서 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)이 형성된다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)은 원하는 길이만큼 잘라서 사용할 수 있다.
상기 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)을 인발 성형으로 제조하기 때문에, 금속재의 맨드릴에 감아서 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 만드는 경우에 비해 맨드릴 제조 공정이 생략되어 공정수가 줄고 맨드릴 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 인발 성형으로 제조하기 때문에 연속적인 공정이 가능한 이점이 있다. 또한, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)을 후술하는 탄소섬유강화플라스틱 시트를 감기 위한 맨드릴로써 사용할 수 있다.
도 2c 및 도 3을 참조하면, 상기 중공의 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)이 성형되면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)을 맨드릴로써 이용할 수 있도록 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)을 회전부(60)를 통해 회전시킨다.(S2) 상기 회전부(60)는, 상기 중공의 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 개구된 양단에 결합되는 커플러(61)와, 상기 커플러(61)와 연결된 회전축(62), 상기 회전축(62)을 지지하는 지지대(64)를 포함한다. 상기 회전축(61)의 회전시 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)이 회전된다. 상기 회전축(61)은 모터(미도시)를 통해 자동 회전시키거나 작업자(미도시)가 직접 돌릴 수 있다.
상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)을 회전시키면서 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)를 부착할 수 있다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)이 회전하는 동안, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)의 이형지(31c)를 떼어내고, 상기 회전하는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 외주면에 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)를 감아서 부착하여 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)을 형성한다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)이 회전하기 때문에, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)를 감기가 용이하다. 또한, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)를 감기 위해 금속 소재의 맨드릴을 이용하는 경우에 비해 맨드릴 제조비용을 절감할 수 있다.
상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)에 포함된 제1탄소섬유(31b)는 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 탄소섬유(20a)와 소정각도로 경사진 방향으로 배열되도록 한다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 탄소섬유(20a)가 축방향으로 길게 형성되기 때문에, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 반경방향 하중에 취약하다. 따라서, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 강성을 보완하기 위하여, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)의 상기 제1탄소섬유(31b)는 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 탄소섬유(20a)와 수직한 방향으로 길게 배열되게 형성한다. 따라서, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)의 반경방향 강성이 보완될 수 있다.
본 실시예에서는, 한 장의 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31)를 감아서 부착하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)보다 작은 사이즈로 이루어진 여러장의 시트들을 축방향으로 연결해서 부착할 수도 있다.
도 2d를 참조하면, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)이 형성된 이후, 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)을 회전시키면서 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)의 외주면에 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)를 부착한다. 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)이 형성된 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)이 회전하는 동안, 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)의 이형지(32c)를 떼어내고, 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 층(31)의 외주면에 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)를 감아서 부착하여 제2탄소섬유강화플라스틱 층(32)을 형성한다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)이 회전하기 때문에, 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)를 감기가 용이하다.
상기 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)에 포함된 제2탄소섬유(32b)는 상기 제1탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)의 제1탄소섬유(31b)와 소정각도로 경사진 방향으로 배열되도록 한다. 상기 제1탄소섬유(31b)와 상기 제2탄소섬유(32b)가 이루는 각도는 상기 복합재 롤(10)의 강도나 강성을 고려하여 설정될 수 있다.
본 실시예에서는, 한 장의 제2탄소섬유강화플라스틱 시트(32a)를 감아서 부착하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 보다 작은 사이즈로 이루어진 여러장의 시트들을 축방향으로 연결해서 부착할 수도 있다.
상기와 같이, 상기 제1,2탄소섬유강화플라스틱 시트(31a)(32a)를 차례로 부착하여, 상기 제1,2탄소섬유강화플라스틱 층(31)(32)을 형성한 이후, 가열 등을 통해 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤(20)과 상기 제1,2탄소섬유강화플라스틱 층(31)(32)를 강력하게 접착 고정하여 일체화시킬 수 있다.(S3)
상기 제2탄소섬유강화플라스틱 층(32)의 외주면은 매끄럽게 표면처리한다.(S4) 본 실시예에서는, 상기 제2탄소섬유강화플라스틱 층(32)의 외주면에 금속 소재를 코팅하여 코팅층(50)을 형성하는 것으로 예를 들어 설명한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 복합재 롤 20: 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤
30: 탄소섬유강화플라스틱 층 31: 제1탄소섬유강화플라스틱 층
32: 제2탄소섬유강화플라스틱 층 50: 코팅층
30: 탄소섬유강화플라스틱 층 31: 제1탄소섬유강화플라스틱 층
32: 제2탄소섬유강화플라스틱 층 50: 코팅층
Claims (8)
- 탄소섬유를 수지에 함침시킨 후 인발 성형기를 통과시켜, 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 인발 성형하는 단계와;
상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 맨드릴로써 이용할 수 있도록 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 회전부를 통해 회전시키면서 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 외주면에 탄소섬유강화플라스틱 시트를 감아서 탄소섬유강화플라스틱 층을 형성하는 단계와;
상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤과 상기 탄소섬유강화플라스틱 층을 가열하여 일체화시키는 단계를 포함하는 복합재 롤의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤을 인발 성형하는 단계에서는,
상기 탄소섬유의 방향이 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 축방향으로 길게 배열시키는 복합재 롤의 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 탄소섬유강화플라스틱 층을 형성하는 단계에서는,
상기 탄소섬유강화플라스틱 시트에 포함된 탄소섬유들의 방향이 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 탄소섬유들의 방향과 소정각도로 경사지도록 배열시키는 복합재 롤의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소섬유강화플라스틱 층을 형성하는 단계에서는,
상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 외주면에 상기 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들을 복수의 층으로 적층하고, 상기 복수의 층 중에서 서로 인접하는 층간의 탄소섬유의 방향이 서로 다르게 배열되도록 형성하는 복합재 롤의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소섬유강화플라스틱 층의 외주면을 표면처리하는 단계를 더 포함하는 복합재 롤의 제조방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 표면처리하는 단계는,
상기 탄소섬유강화플라스틱 층의 외주면에 금속소재를 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 복합재 롤의 제조방법. - 탄소섬유가 축방향으로 길게 배열되도록 형성된 중공의 원통구조를 가지는 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤과;
상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤의 외주면에 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 감아져서 복수의 층으로 적층되어 상기 탄소섬유강화플라스틱 베이스롤과 일체화되고, 상기 복수의 층 중에서 서로 인접하는 층간의 탄소섬유의 방향이 서로 다른 방향으로 배열되는 복수의 탄소섬유강화플라스틱 층들을 포함하는 복합재 롤. - 청구항 7에 있어서,
상기 탄소섬유강화플라스틱 층의 외주면에 금속소재로 코팅 형성된 코팅층을 더 포함하는 복합재 롤.
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| KR1020150077676A KR20160141957A (ko) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 복합재 롤의 제조 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160141957A true KR20160141957A (ko) | 2016-12-12 |
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Family Applications (1)
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| KR1020150077676A KR20160141957A (ko) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 복합재 롤의 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20200068893A (ko) * | 2018-12-06 | 2020-06-16 | (주)엘지하우시스 | 중공단면을 가진 섬유강화복합재료 및 이의 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101282086B1 (ko) | 2012-01-10 | 2013-07-04 | 제이윈 주식회사 | Ｃｆｒｐ시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치 및 방법. |
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2015
- 2015-06-02 KR KR1020150077676A patent/KR20160141957A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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| KR20200068893A (ko) * | 2018-12-06 | 2020-06-16 | (주)엘지하우시스 | 중공단면을 가진 섬유강화복합재료 및 이의 제조방법 |
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