KR20180074112A

KR20180074112A - 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치 및 샘플제작방법

Info

Publication number: KR20180074112A
Application number: KR1020160177848A
Authority: KR
Inventors: 김병주; 한웅
Original assignee: 재단법인 한국탄소융합기술원
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-07-03
Also published as: KR101908814B1

Abstract

본 발명의 제 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치는 몸체; 상기 몸체 상단에 구비되는 탄소섬유 인서트부; 상기 탄소섬유 인서트부 일측으로 인접하게 구비되며, 좌/우로 작동하는 탄소섬유 당김부; 상기 몸체 내부에 구비되며, 탄소섬유 인서트부 하측으로 형성되어 상/하로 작동하는 탄소섬유 절단부 및 상기 몸체 전면에 구비되어 상기 탄소섬유 당김부 및 절단부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 탄소섬유 인서트부 일측에서 상기 탄소섬유 당김부에 다수의 탄소섬유가닥을 양갈래로 나누어 고정한 뒤, 상기 탄소섬유 인서트부 타측으로 일방향 이동시켜 패킹하고, 탄소섬유 절단부로 패킹된 양단을 절단함으로써 패킹 샘플을 제작하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플을 제작할 수 있다.
또한 상기 제작장치를 통해 제작되는 패킹 샘플을 제작하는 방법은, (a) 접촉각 측정셀을 선택하는 단계; (b) 접촉각 측정셀의 내부 직경에 맞게 탄소섬유 인서트량을 결정하는 단계; (c) 접촉각 측정셀을 튜브실린더에 장착하는 단계; (d) 접촉각 측정셀이 수용된 튜브실린더를 튜브실린더 장착부에 삽입한 뒤 고정핀을 삽입하여 홀드하는 단계; (e) 탄소섬유 당김부를 접촉각 측정셀을 통과시켜 반대측으로 돌출하도록 하는 단계; (f) 탄소섬유가닥을 양갈래로 나누어 탄소섬유 당김부에 고정하는 단계; (g) 고정된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 당김부를 통해 당겨 접촉각 측정셀 안에 패킹되도록 하는 단계 및 (h) 접촉각 측정셀 양측으로 돌출된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 절단부로 절단하여 패킹 샘플장치를 완성하는 단계를 포함할 수 있다.
이를 통해, 기존의 접촉각 측정방법에 비하여 높은 정밀도를 확보하며, 재활용 할 수 있는 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플을 제작할 수 있다.

Description

탄소섬유 접촉각 측정을 위한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치 및 샘플제작방법{Carbon fiber unidirectional packing sample production equipment and sample production method for measuring the contact angle of carbon fiber}

본 발명은 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 샘플제작장치 및 샘플제작방법에 관한 것으로서, 자세하게는 탄소섬유 다발을 일방향으로 정렬시켜 패킹한 뒤 절단하여 탄소섬유의 샘플을 제작하는 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치 및 샘플제작방법에 관한 것이다.

탄소섬유의 접촉각 분석은 탄소섬유의 표면자유에너지 측정 방법으로 많이 사용되고 있는 방법이다. 탄소섬유 접촉각 측정은 대게 탄소섬유를 일정 길이의 단섬유로 절단하여 측정셀에 일정 양을 패킹한 뒤 측정하는 sorption 방법으로 접촉각을 측정 하거나 탄소섬유 한가닥을 이용해 직접 접촉각을 측정하는 single fiber 접촉각 측정방법을 이용하고 있다. 하지만, 탄소섬유를 일정길이로 절단하여 측정하는 sorption 측정법의 경우에는 탄소섬유를 위해 발명된 측정방법이 아니라 입자크기가 일정한 파우더를 측정하는데 개발된 측정방법으로 탄소섬유 측정시 일정한 공극크기를 구현할 수 없어 높은 오차율을 나타낸다.

또한, 한 가닥의 섬유를 가지고 측정을 하는 single fiber 접촉각 측정방법은 섬유의 직경이 7μm로 매우 작아 일반 섬유에 비해 매우 큰 세장비를 가지고 있는 탄소섬유의 특성으로 인해 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 오차율도 크게 나타나는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 탄소섬유 여러 가닥을 측정셀에 일방향으로 패킹하고, 절단하여 제작된 탄소섬유의 샘플로 접촉각을 측정하게 함으로써, 기존의 접촉각 측정방법에 비하여 높은 정밀도를 확보할 수 있는 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치 및 샘플제작방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제 일 실시예에 따른 일방향 패킹 샘플 제작장치는 몸체; 상기 몸체 상단에 구비되는 탄소섬유 인서트부; 상기 탄소섬유 인서트부 일측으로 인접하게 구비되며, 좌/우로 작동하는 탄소섬유 당김부; 상기 몸체 내부에 구비되며, 탄소섬유 인서트부 하측으로 형성되어 상/하로 작동하는 탄소섬유 절단부 및 상기 몸체 전면에 구비되어 상기 탄소섬유 당김부 및 절단부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 탄소섬유 인서트부 일측에서 상기 탄소섬유 당김부에 다수의 탄소섬유가닥을 양갈래로 나누어 고정한 뒤, 상기 탄소섬유 인서트부 타측으로 일방향 이동시켜 패킹하고, 탄소섬유 절단부로 패킹된 양단을 절단함으로써 패킹 샘플을 제작할 수 있다.

또한 상기 탄소섬유 인서트부는, 접촉각 측정셀을 수용하는 튜브실린더를 삽입하도록 전면 중앙에서 내측으로 절개되며, 튜브실린더가 고정되도록 하는 고정핀이 삽입되는 핀홀이 형성된 튜브실린더 장착부 및 상기 튜브실린더 장착부 좌/우 양측으로 이격되도록 형성되며, 상기 튜브실린더 장착부에 장착되는 튜브실린더와 대응되도록 관통홀을 형성하는 2개의 섬유지지블록을 포함하며, 패킹 시, 2개의 섬유지지블록의 관통홀과 튜브실린더에 수용된 접촉각 측정셀 사이로 탄소섬유가닥이 통과하도록 할 수 있다.

또한 상기 탄소섬유 당김부는, 2개의 지지판 사이로 구비되며, 좌/우 구동력을 전가하는 수평 실린더; 상기 수평 실린더와 결합된 2개의 지지판 중 하나와 결합되며, 몸체 상단에 형성된 가이드홀 상측으로 돌출되는 이동바 및 상기 섬유지지블록의 관통홀과 대응되도록 이동바에 수직으로 삽입되며, 끝단에 고리를 형성하여 탄소섬유가닥을 고정하는 섬유당김바를 포함하여, 상기 수평실린더의 구동시 가이드홀을 따라 이동하는 이동바에 의해 섬유당김바가 동작되어 탄소섬유가닥들이 이동되게 할 수 있다.

또한 상기 탄소섬유 절단부는, 상/하 구동력을 전가하는 수직 실린더; 상/하 이동을 가이드하는 수직 레일; 상기 튜브실린더 장착부와 섬유지지블록 사이에 대응되게 장착되며, 상기 접촉각 측정셀의 길이와 동일한 폭을 형성하는 회전컷팅날; 상기 회전컷팅날을 구동시키는 회전구동모터; 상/하 이동을 가이드하는 수직 레일 및 상기 수직 레일과 결합되며, 상기 수직 실린더, 회전컷팅날, 구동모터를 결합하여 상/하로 이송시키는 절단부 이송판을 포함하며, 상기 회전구동모터에 의해 회전하는 회전컷팅날이 상기 수직 실린더에 의해 접촉각 측정셀 양단 상측까지 돌출되어 탄소섬유가닥을 절단할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 전원을 인가하는 전원부; 상기 탄소섬유 절단부의 이동을 제어하는 절단부 컨트롤러; 상기 탄소섬유 절단부의 작동속도를 제어하는 절단부 속도 컨트롤러 및 상기 탄소섬유 당김부의 이동을 제어하는 당김부 컨트롤러를 포함할 수 있다.

또한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플 제작장치는, 상기 탄소섬유 인서트부가 형성된 몸체 상단 타측에 탄소섬유 탈착부를 더 포함하여 측정에 사용한 패킹 샘플을 재활용하여 사용할 수 있다.

또한 상기 탄소섬유 탈착부는, 내측으로 압축실린더가 유동하는 큐브; 상기 큐브 내 압축실린더 상단에 고정되는 셀 거치봉 및 상기 큐브 양측으로 형성되는 2개의 탈착프레임 상부 사이로 결합되는 돌기 고정판에 수직으로 결합되는 압축돌기를 포함하고, 상기 제어부는, 압축실린더를 제어하는 탈착부 컨트롤러를 더 포함하여, 상기 셀 거치봉에 측정된 탄소섬유가 내재된 접촉각 측정셀을 거치시킨 뒤 상기 탈착부 컨트롤러를 작동시킴으로 압축돌기가 가압하여 탄소섬유가 이탈될 수 있다.

또한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플 제작장치는, 상기 튜브실린더와 접촉각 측정셀을 거치하는 튜브보관부를 더 포함할 수 있다.

또한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플 제작장치는, 사용자의 안전을 위해 탄소섬유 인서트부와 탄소섬유 당김부를 덮도록 구성되는 안전덮개를 더 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 탄소섬유 일방향 패킹 샘플 제작장치를 이용하여 패킹 샘플을 제작하는 방법은, (a) 접촉각 측정셀을 선택하는 단계; (b) 접촉각 측정셀의 내부 직경에 맞게 탄소섬유 인서트량을 결정하는 단계; (c) 접촉각 측정셀을 튜브실린더에 장착하는 단계; (d) 접촉각 측정셀이 수용된 튜브실린더를 튜브실린더 장착부에 삽입한 뒤 고정핀을 삽입하여 홀드하는 단계; (e) 탄소섬유 당김부를 접촉각 측정셀을 통과시켜 반대측으로 돌출하도록 하는 단계; (f) 탄소섬유가닥을 양갈래로 나누어 탄소섬유 당김부에 고정하는 단계; (g) 고정된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 당김부를 통해 당겨 접촉각 측정셀 안에 패킹되도록 하는 단계 및 (h) 접촉각 측정셀 양측으로 돌출된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 절단부로 절단하여 패킹 샘플장치를 완성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치는 측정셀의 크기에 맞게 계산된 탄소섬유의 혼입량을 결정하고, 측정셀을 수평되게 설치하여 탄소섬유를 일방향으로 패킹 후, 측정셀의 양끝단을 초경절단 휠(Wheel)로 수직 절단함으로 샘플을 제작하여 접촉각을 정확하게 측정 할 수 있다.

또한, 탄소섬유 탈착장비를 구비하여 접촉각 측정이 끝난 샘플의 재활용이 가능하고, 측정셀의 안쪽 면에 대한 스크레치의 위험을 최소하여 측정셀의 정밀도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 샘플측정의 모든 과정이 수작업이 최소화되어 안전성을 높이고 작업능률이 향상된 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 제어부를 제거한 뒤, 전면에서 바라본 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 인서트부 상세도이다.
도 4는 도 3의 튜브실린더에 수용된 접촉각 측정셀에 탄소섬유가닥을 패킹한 뒤 튜브실린더를 절개한 도면이다.
도 5는 접촉각 측정셀의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 당김부 상세도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 절단부 상세도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 제어부 상세도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 탈착부 상세도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 튜브보관부 상세도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작방법이다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 사시도이며, 도 2는 도 1의 제어부를 제거한 뒤, 전면에서 바라본 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 인서트부 상세도이며, 도 4는 도 3의 튜브실린더에 수용된 접촉각 측정셀에 탄소섬유가닥을 패킹한 뒤 튜브실린더를 절개한 도면이고, 도 5는 접촉각 측정셀의 구성도이다.

또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 당김부 상세도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 절단부 상세도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 제어부 상세도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 탄소섬유 탈착부 상세도이다.

또한 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 튜브보관부 상세도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작방법이다.

먼저, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치는 몸체(100), 탄소섬유 인서트부(200), 탄소섬유 당김부(300), 탄소섬유 절단부(400), 제어부(500)를 포함할 수 있다.

자세하게는 몸체(100)는 직육면체로 구성될 수 있다. 또한 몸체(100) 하단에는 몸체(100)를 쉽게 이동시킬 수 있도록 바퀴(110)를 구비할 수 있다. 이때, 바퀴(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 균형이 잘 잡히도록 몸체(100) 하단부 각 모서리측에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 몸체(100)는 고정부재(120)를 구비할 수 있다. 이는 몸체(100)를 고정하기 위한 수단으로써, 바퀴(110)와 인접하게 구비되거나, 바퀴(110)와 결합되어 형성될 수 있다. 바퀴(110)와 결합되어 형성될 시에는 바퀴 내에 고정부재(120)와 연결되는 가압수단(미도시)을 더 구비하여, 고정부재(120)가 상/하측으로 가압되도록 구성되는 것이 바람직하다.

몸체(100)의 상단에는 탄소섬유 인서트부(200), 탄소섬유 당김부(300)가 구비될 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 탄소섬유 인서트부(200)는 튜브실린더 장착부(210) 및 섬유지지블록(220, 230)을 포함할 수 있다.

자세하게는, 튜브실린더 장착부(210)는 접촉각 측정셀(720)을 수용하는 튜브실린더(710)가 삽입될 수 있다. 이를 위해, 튜브실린더 장착부(210)는 전면 중앙에서 내측으로 절개된 형태를 가질 수 있다. 또한, 튜브실린더(710)가 삽입될 시, 튜브실린더(710)의 이탈이 방지되도록 튜브실린더 장착부(210) 전면부로 고정핀(212)이 삽입될 수 있다. 이를 위해, 튜브실린더 장착부(210)의 상단 전방에는 핀홀(211)이 형성될 수 있다.

즉, 튜브실린더(710)는 접촉각 측정셀(720)을 수용하도록 내부가 관통되어 형성되며, 튜브실린더 장착부(210)에 삽입시, 수평방향으로 삽입되고, 삽입 방향 타측에 고정핀(212)이 삽입되어 고정되는 형태일 수 있다.

또한 튜브실린더(710) 양단은 튜브실린더 장착부(210) 내부로 절개된 높이보다 큰 직경으로 형성되어 좌/우로의 이탈도 방지할 수 있다.

이때, 튜브실린더(710)는 일체형으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 내부에 수용된 접촉각 측정셀(720)을 용이하게 이탈시키도록 분리형으로 구성될 수도 있다.

상기 접촉각 측정셀(720)은 도 5에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 탄소섬유가닥을 내재하는 튜브형태의 셀이다. 즉, 탄소섬유를 패킹하기 위한 패킹하우징으로써, 접촉각 측정셀(720)에 탄소섬유가닥이 내재됨으로써, 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 패킹 샘플이 완성될 수 있다.

또한 접촉각 측정셀(720)은 탄소섬유가닥이 삽입되는 일단부 직경보다 타단부 직경이 작게 형성될 수 있다. 이는 접촉각 측정셀(720)이 튜브실린더(710)를 통과하지 않고 튜브실린더(710)의 길이에 맞춰 내재되기 위함이다.

이를 위해, 튜브실린더(710) 내부는 도 4에 도시된 바와 같이, 탄소섬유가닥(C)이 삽입되는 일단부 직경보다 타단부 직경에 작게 형성될 수 있다. 즉, 튜브실린더(710) 내부는 접촉각 측정셀(720)의 외형과 동일한 형태를 가질 수 있다.

패킹 샘플 제작에 관한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

섬유지지블록(220, 230)은 2개가 일방향으로 대칭되어 형성될 수 있다. 이때, 2개의 섬유지지블록(220, 230)은 튜브실린더 장착부(210) 좌/우 양측으로 이격되도록 형성될 수 있다. 또한 2개의 섬유지지블록(220, 230)은 각각 관통홀(221, 231)을 형성할 수 있다. 이때, 관통홀(221, 231)은 튜브실린더 장착부(210)에 장착되는 튜브실린더(710)와 대응되도록 형성될 수 있다.

즉, 섬유지지블록(220, 230)은 '凸' 형상으로써 양단이 몸체(100) 상단에 고정되며, 접촉각 측정셀(720)을 수용한 튜브실린더(710)의 중앙에 형성되는 관통구와 섬유지지블록(220, 230) 중앙에 형성된 관통홀(221, 231)이 대응되는 구조일 수 있다. 이를 통해, 패킹 샘플 제작시 탄소섬유가닥(C)이 일방향으로 용이하게 통과할 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 탄소섬유 당김부(300)는 탄소섬유가닥(C)을 고정시켜 일방향으로 당기는 장치로써, 좌/우로 작동될 수 있으며, 탄소섬유 인서트부(200) 일측에 인접하게 구비될 수 있다.

또한 탄소섬유 당김부(300)는 수평 실린더(320), 이동바(330), 섬유당김바(340)를 포함할 수 있다.

자세하게는, 수평 실린더(320)는 좌/우 구동력을 전가할 수 있다. 이는 2개의 지지판 사이에 구비되어 각 지지판(310)과 결합되므로 이루어질 수 있다. 즉, 수평 실린더(320)는 2개의 지지판 중 일측에 결합된 하나의 지지판(310)을 좌/우로 이동시키도록 작동될 수 있다. 이를 위해, 수평 실린더는 유압장치(미도시) 또는 에어컴프레셔(미도시)와 연결되어 구동될 수 있다.

수평 실린더(320)에 의해 이동되는 하나의 지지판(310)에는 이동바(330)가 결합될 수 있다.

이동바(330)는 탄소섬유 당김부(300)와 대응되게 몸체(100) 상단에 형성되는 가이드홀(130) 상측으로 돌출될 수 있다. 또한 이동바(330)는 가이드홀(130)을 따라 이동할 수 있다. 즉, 수평 실린더(320)의 작동에 의해 지지판(310)과 결합된 이동바(330)가 가이드홀(130)을 따라 이동할 수 있다.

이동바(330)의 상부에는 섬유당김바(340)가 수직으로 삽입될 수 있다. 섬유당김바(340)는 탄소섬유가닥(C)을 고정하는 장치로써, 끝단에 고리를 형성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 끝단에 고리부재를 결합하여 사용할 수도 있다.

한편, 섬유당김바(340)는 탄소섬유가닥(C)을 용이하게 당길 수 있도록, 섬유지지블록(220, 230)의 관통홀(221, 231)과 축 일치가 되도록 이동바(330)에 결합되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 2와 도 7을 참조하면, 몸체(100) 내부에는 상/하로 작동하는 탄소섬유 절단부(400)가 형성될 수 있다. 이때, 탄소섬유 절단부(400)는 탄소섬유 인서트부(200) 하측으로 대응되게 형성될 수 있다. 이는, 탄소섬유 인서트부(200)에 탄소섬유가닥(C) 삽입 시, 탄소섬유 절단부(400)가 몸체(100) 상측으로 돌출되어 탄소섬유가닥(C)을 절단하기 위함이다.

이를 위해, 튜브실린더 장착부(210)와 2개의 섬유지지블록(220, 230) 사이에 탄소섬유 절단부(400)가 돌출될 수 있는 커팅홈(140)이 몸체(100) 상면에 형성될 수 있다.

탄소섬유 절단부(400)는 수직 실린더(410), 회전컷팅날(420), 회전구동모터(430), 수직 레일(440), 절단부 이송판(450)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 수직 실린더(410)는 상/하 구동력을 전가할 수 있다. 이를 위해 수평 실린더(320)와 동일하게 유압장치(미도시) 또는 에어컴프레셔(미도시)와 연결되어 구동될 수 있다.

초경날로 구비되는 회전컷팅날(420)은 튜브실린더 장착부(210)와 섬유지지블록(220, 230) 사이에 형성된 커팅홈(140)에 대응되게 장착될 수 있다. 또한, 접촉각 측정셀(720)의 길이와 동일한 폭을 형성할 수 있다. 이는, 접촉각 측정셀(720)에 탄소섬유가닥(C)이 패킹되면 셀 양단에 돌출된 가닥들을 절단하기 위함이다.

회전컷팅날(420)의 구동은 회전구동모터(430)에 의해 이루어질 수 있다. 이를 위해 회전컷팅날(420)과 회전구동모터(430)는 연결되도록 구성될 수 있다. 이때 연결은 베벨기어 형태일 수 있다. 자세하게는, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전컷팅날(420)의 회전축의 끝단과 회전구동모터(430)의 끝단이 각각 베벨기어로 형성되어 서로 치합하는 형태일 수 있다.

그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 회전컷팅날(420)과 회전구동모터(430)를 일렬로 배치하여 각 끝단을 스퍼기어로 치합하는 형태일 수도 있다.

수직 레일(440)은 상/하 이동을 가이드할 수 있다. 또한 수직 레일(440)에는 절단부 이송판(450)이 결합되어 이송될 수 있다. 즉, 수직 레일(440)을 따라 절단부 이송판(450)이 이송하여 회전컷팅날(420)이 몸체 상측으로 돌출될 수 있다. 이를 위해, 수직 실린더(410), 회전컷팅날(420), 회전구동모터(430)는 절단부 이송판(450)에 결합될 수 있다. 이때, 수직 실린더(410)는 절단부 이송판(450) 하면에 결합되고, 회전컷팅날(420)은 상면에 결합되는 것이 바람직하다.

이를 통해, 탄소섬유가닥(C) 절단 시 회전구동모터(430)에 의해 회전하는 회전컷팅날(420)이 수직 실린더(410)에 의해 접촉각 측정셀(720) 양단 상측까지 돌출될 수 있다.

한편, 상기 탄소섬유 당김부(300) 및 절단부(400)는 몸체(100) 전면에 구비되는 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다. 이때, 제어부(500)는 사용자의 편의를 고려하여 몸체(100) 전면 상부에 위치되는 것이 바람직하다.

도 8을 참조하면, 제어부(500)는 전원부(510), 절단부 컨트롤러(520), 절단부 속도 컨트롤러(530), 당김부 컨트롤러(540)를 포함할 수 있다.

자세하게는, 전원부(510)는 전원을 인가하는 스위치로써, 버튼식, 레버식, 토글식 등으로 구비될 수 있다.

절단부 컨트롤러(520)는 탄소섬유 절단부(400)의 상/하 이동을 제어할 수 있으며, 레버 또는 토글식으로 구성될 수 있다.

절단부 속도 컨트롤러(530)는 탄소섬유 절단부의 작동속도를 제어할 수 있다. 자세히는 회전컷팅날(420)의 회전속도를 제어할 수 있다. 즉, 절단부 속도 컨트롤러(530)는 모터와 연결되어 구동전력을 증감시킬 수 있다. 이를 위해, 절단부 속도 컨트롤러(530)는 상/하 버튼을 구비하거나, 레버로 구성될 수 있다. 또한, 누름버튼을 구성하여 설정된 값만큼 회전할 수 있도록 할 수 있다.

이때, 절단부 컨트롤러(520)는 회전컷팅날(420)의 회전상태를 알 수 있도록 디스플레이도 함께 구비하는 것이 바람직하다.

당김부 컨트롤러(540)는 탄소섬유 당김부(300)의 좌/우 이동을 제어할 수 있으며, 절단부 컨트롤러(520)와 마찬가지로 레버 또는 토글식으로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치는, 측정에 사용된 패킹 샘플을 재활용할 수 있도록 탄소섬유 탈착부(600)를 더 포함할 수 있다.

이때, 탄소섬유 탈착부(600)는 탄소섬유 인서트부(200)와 탄소섬유 당김부(300)가 형성된 몸체 상단 타측에 형성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 탄소섬유 탈착부(600)는 큐브(610), 압축실린더(615), 셀 거치봉(620), 압축돌기(650)를 포함할 수 있다.

자세하게는, 큐브(610)는 몸체(100) 상단에 고정되어 내측으로 압축실린더(615)를 수용할 수 있다. 이때, 압축실린더(615)는 수직으로 형성되어 큐브(610) 내측으로 유동할 수 있다.

압축실린더(615) 상단에는 셀 거치봉(620)이 구비될 수 있다. 이는 접촉각 측정셀(720)에 탄소섬유가닥(C)이 내재된 패킹 샘플을 거치시키기 위한 구성으로, 압축실린더(615)의 작동에 의해 상/하로 이동될 수 있다.

압축돌기(650)는 셀 거치봉(620)에 거치된 접촉각 측정셀(720)을 가압하도록, 셀 거치봉(620) 상측에 형성될 수 있다. 이를 위해, 큐브(610) 양측으로 2개의 탈착프레임(630)이 설치되며, 탈착프레임(630) 사이로 돌기 고정판(640)이 결합되고, 돌기 고정판(640) 중앙부에 압축돌기(650)를 고정시킬 수 있다.

이를 통해, 셀 거치봉(620)에 거치된 측정된 패킹 샘플이 압축실린더(615)에 의해 상승하고, 압축돌기(650)에 의해 가압되어 내재된 탄소섬유가닥(C)을 용이하게 배출할 수 있다.

한편, 이러한 작동은 셀의 안쪽 면에 대한 스크레치의 위험이 최소화되어 접촉각 측정셀(720)의 재활용시에도 정밀도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

한편, 탄소섬유 탈착부(600)가 구성될 시 제어부(500)는 압축실린더(615)의 상/하 이동을 제어하도록 탈착부 컨트롤러(550)를 더 포함할 수 있다.

탈착부 컨트롤러(550)는 절단부, 당김부 컨트롤러(540)와 동일하게 레버 또는 토글식으로 구비될 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치는 접촉각 측정셀(720)과 튜브실린더(710)를 거치시켜 보관할 수 있는 도 10에 도시된 튜브보관부(700)를 더 포함할 수 있다.

이때, 접촉각 측정셀(720)은 셀 마개(725)가 장착되어 안전하게 보관될 수 있다.

또한, 회전컷팅날(420) 작동 시 사용자의 안전을 위해 탄소섬유 인서트부(200)와 탄소섬유 당김부(300)를 덮도록 구성되는 투명한 안전덮개(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치의 작동에 의해 제작되는 패킹 샘플의 제작방법을 설명하면,

(a) 접촉각 측정셀을 선택하는 단계(S100) (b) 접촉각 측정셀의 내부 직경에 맞게 탄소섬유 인서트량을 결정하는 단계(S110) (c) 접촉각 측정셀을 튜브실린더에 장착하는 단계(120) (d) 접촉각 측정셀이 수용된 튜브실린더를 튜브실린더 장착부에 삽입한 뒤 고정핀을 삽입하여 홀드하는 단계(S130) (e) 탄소섬유 당김부를 접촉각 측정셀을 통과시켜 반대측으로 돌출하도록 하는 단계(S140) (f) 탄소섬유가닥을 양갈래로 나누어 탄소섬유 당김부에 고정하는 단계(S150) (g) 고정된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 당김부를 통해 당겨 접촉각 측정셀 안에 패킹되도록 하는 단계(S160) 및 (h) 접촉각 측정셀 양측으로 돌출된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 절단부로 절단하여 패킹 샘플장치를 완성하는 단계(170)를 포함하여 제작될 수 있다.

이때, 접촉각 측정셀은 내경 6.35mm 기준으로 7μm의 직경을 가지는 탄소섬유 528,000 가닥이 패킹될 수 있다. 그러나, 이는 이해를 돕기 위한 실시예에 불과하며, 한정되는 것은 아니다.

상기 단계를 통해, 기존의 접촉각 측정방법에 비하여 높은 정밀도를 확보하며, 재활용 할 수 있는 탄소섬유 접촉각 측정을 위한 탄소섬유 일방향 패킹 샘플을 제작할 수 있다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

100 : 몸체 110 : 바퀴
120 : 고정부재 130 : 가이드홀
140 : 커팅홈 200 : 탄소섬유 인서트부
210 : 튜브실린더 장착부 211 : 핀홀
212 : 고정핀 220, 230 : 섬유지지블록
221, 231 : 관통홀 300 : 탄소섬유 당김부
310 : 지지판 320 : 수평 실린더
330 : 이동바 340 : 섬유당김바
400 : 탄소섬유 절단부 410 : 수직 실린더
420 : 회전컷팅날 430 : 회전구동모터
440 : 수직 레일 450 : 절단부 이송판
500 : 제어부 510 : 전원부
520 : 절단부 컨트롤러 530 : 절단부 속도 컨트롤러
540 : 당김부 컨트롤러 550 : 탈착부 컨트롤러
600 : 탄소섬유 탈착부 610 : 큐브
615 : 압축실린더 620 : 셀 거치봉
630 : 탈착프레임 640 : 돌기 고정판
650 : 압축돌기 700 : 튜브보관부
710 : 튜브 실린더 720 : 접촉각 측정셀
725 : 셀 마개 C : 탄소섬유가닥

Claims

몸체;
상기 몸체 상단에 구비되는 탄소섬유 인서트부;
상기 탄소섬유 인서트부 일측으로 인접하게 구비되며, 좌/우로 작동하는 탄소섬유 당김부;
상기 몸체 내부에 구비되며, 탄소섬유 인서트부 하측으로 형성되어 상/하로 작동하는 탄소섬유 절단부 및
상기 몸체 전면에 구비되어 상기 탄소섬유 당김부 및 절단부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 탄소섬유 인서트부 일측에서 상기 탄소섬유 당김부에 다수의 탄소섬유가닥을 양갈래로 나누어 고정한 뒤, 상기 탄소섬유 인서트부 타측으로 일방향 이동시켜 패킹하고, 탄소섬유 절단부로 패킹된 양단을 절단함으로써 패킹 샘플을 제작하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소섬유 인서트부는,
접촉각 측정셀을 수용하는 튜브실린더를 삽입하도록 전면 중앙에서 내측으로 절개되며, 튜브실린더가 고정되도록 하는 고정핀이 삽입되는 핀홀이 형성된 튜브실린더 장착부 및
상기 튜브실린더 장착부 좌/우 양측으로 이격되도록 형성되며, 상기 튜브실린더 장착부에 장착되는 튜브실린더와 대응되도록 관통홀을 형성하는 2개의 섬유지지블록을 포함하며,
패킹 시, 2개의 섬유지지블록의 관통홀과 튜브실린더에 수용된 접촉각 측정셀 사이로 탄소섬유가닥이 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소섬유 당김부는,
2개의 지지판 사이로 구비되며, 좌/우 구동력을 전가하는 수평 실린더;
상기 수평 실린더와 결합된 2개의 지지판 중 하나와 결합되며, 몸체 상단에 형성된 가이드홀 상측으로 돌출되는 이동바 및
상기 섬유지지블록의 관통홀과 대응되도록 이동바에 수직으로 삽입되며, 끝단에 고리를 형성하여 탄소섬유가닥을 고정하는 섬유당김바를 포함하여,
상기 수평 실린더의 구동시 가이드홀을 따라 이동하는 이동바에 의해 섬유당김바가 동작되어 탄소섬유가닥들이 이동되게 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소섬유 절단부는,
상/하 구동력을 전가하는 수직 실린더;
상/하 이동을 가이드하는 수직 레일;
상기 튜브실린더 장착부와 섬유지지블록 사이에 대응되게 장착되며, 상기 접촉각 측정셀의 길이와 동일한 폭을 형성하는 회전컷팅날;
상기 회전컷팅날을 구동시키는 회전구동모터;
상/하 이동을 가이드하는 수직 레일 및
상기 수직 레일과 결합되며, 상기 수직 실린더, 회전컷팅날, 구동모터를 결합하여 상/하로 이송시키는 절단부 이송판을 포함하며,
상기 회전구동모터에 의해 회전하는 회전컷팅날이 상기 수직 실린더에 의해 접촉각 측정셀 양단 상측까지 돌출되어 탄소섬유가닥을 절단하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
전원을 인가하는 전원부;
상기 탄소섬유 절단부의 이동을 제어하는 절단부 컨트롤러;
상기 탄소섬유 절단부의 작동속도를 제어하는 절단부 속도 컨트롤러 및
상기 탄소섬유 당김부의 이동을 제어하는 당김부 컨트롤러를 포함하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소섬유 인서트부가 형성된 몸체 상단 타측에 탄소섬유 탈착부를 더 포함하여 측정에 사용한 패킹 샘플을 재활용하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 6 항에 있어서,
상기 탄소섬유 탈착부는,
내측으로 압축실린더가 유동하는 큐브;
상기 큐브 내 압축실린더 상단에 고정되는 셀 거치봉 및
상기 큐브 양측으로 형성되는 2개의 탈착프레임 상부 사이로 결합되는 돌기 고정판에 수직으로 결합되는 압축돌기를 포함하고,
상기 제어부는,
압축실린더를 제어하는 탈착부 컨트롤러를 더 포함하여,
상기 셀 거치봉에 측정된 탄소섬유가 내재된 접촉각 측정셀을 거치시킨 뒤 상기 탈착부 컨트롤러를 작동시킴으로 압축돌기가 가압하여 탄소섬유가 이탈되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항에 있어서,
상기 튜브실린더와 접촉각 측정셀을 거치하는 튜브보관부를 더 포함하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항에 있어서,
사용자의 안전을 위해 탄소섬유 인서트부와 탄소섬유 당김부를 덮도록 구성되는 안전덮개를 더 포함하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작장치로 탄소섬유 일방향 패킹 샘플을 제작하는 방법에 있어서,
(a) 접촉각 측정셀을 선택하는 단계;
(b) 접촉각 측정셀의 내부 직경에 맞게 탄소섬유 인서트량을 결정하는 단계;
(c) 접촉각 측정셀을 튜브실린더에 장착하는 단계;
(d) 접촉각 측정셀이 수용된 튜브실린더를 튜브실린더 장착부에 삽입한 뒤 고정핀을 삽입하여 홀드하는 단계;
(e) 탄소섬유 당김부를 접촉각 측정셀을 통과시켜 반대측으로 돌출하도록 하는 단계;
(f) 탄소섬유가닥을 양갈래로 나누어 탄소섬유 당김부에 고정하는 단계;
(g) 고정된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 당김부를 통해 당겨 접촉각 측정셀 안에 패킹되도록 하는 단계 및
(h) 접촉각 측정셀 양측으로 돌출된 탄소섬유가닥을 탄소섬유 절단부로 절단하여 패킹 샘플장치를 완성하는 단계를 포함하는 탄소섬유 일방향 패킹 샘플제작방법.