KR20180133716A - Apparatus and method for menufacturing continuous fiber reinforced composites having twist type hollow profiles structure - Google Patents

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KR20180133716A
KR20180133716A KR1020170070926A KR20170070926A KR20180133716A KR 20180133716 A KR20180133716 A KR 20180133716A KR 1020170070926 A KR1020170070926 A KR 1020170070926A KR 20170070926 A KR20170070926 A KR 20170070926A KR 20180133716 A KR20180133716 A KR 20180133716A
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박상호
박종성
김희준
송강현
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(주)엘지하우시스
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Abstract

An apparatus and a method for manufacturing a continuous fiber composite material having a twist type hollow profile structure using a simple device such as a roller and a mandrel are disclosed. The apparatus for manufacturing the continuous fiber composite material having the twisted hollow profile structure according to the present invention comprises: a roller on which a prepreg sheet is wound on a rotating shaft; a mandrel winding the prepreg sheet on an outer circumferential surface thereof; a pulling unit pulling the prepreg sheet in the vertical direction with respect to the winding direction of the prepreg sheet so that the prepreg sheet is wound in a spiral shape on the outer peripheral surface of the mandrel; and a cutting section cutting the spirally wound prepreg sheet.

Description

트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MENUFACTURING CONTINUOUS FIBER REINFORCED COMPOSITES HAVING TWIST TYPE HOLLOW PROFILES STRUCTURE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure,

본 발명은 연속섬유 복합재료의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롤러와 맨드릴 등의 간단한 장치를 이용한 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a continuous fiber composite material manufacturing technology, and more particularly, to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure using simple devices such as rollers and mandrels.

신소재로 각광받고 있는 섬유강화 복합재료(Fiber Reinforced Plastic; 이하 FRP)는 일반 금속재료에 비해 비강성(Specific Stiffness)과 비강도(Specific Strength) 등의 우수한 기계적 성질을 나타내므로 구조물의 경량화가 요구되는 여러 산업분야에서 널리 사용이 확대되고 있는 추세이다.Fiber Reinforced Plastic (FRP), which is widely regarded as a new material, exhibits excellent mechanical properties such as specific stiffness and specific strength compared with general metal materials, It is widely used in various industrial fields.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 섬유강화 복합재료는 인발성형(thermo pultrusion) 및 브레이딩(braiding) 장치를 이용하여 제조된다. As shown in Figs. 1 and 2, a fiber-reinforced composite material is manufactured using a thermo pultrusion and a braiding device.

예를 들어, 로빙 크릴(10)에서 섬유사들이 당겨지면서 공급된 후, 적층 및 배열시킨다. 적층 및 배열된 섬유사들을 수지에 함침시키고 압축 및 인발(pulling)하는 과정을 거친다. 그 다음으로, 인발된 결과물을 경화시킨 후 원하는 크기로 절단하여 섬유강화 복합재료를 제조할 수 있다.For example, the roving krill 10 is fed with fiber yarns pulled, then laminated and arranged. The laminated and arranged fiber yarns are impregnated into the resin, compressed and pulled. Next, the drawn product is cured and then cut to a desired size to produce a fiber-reinforced composite material.

그러나, 이러한 방식은 공정 속도가 느리고, 고가의 장비 및 높은 공정 비용으로 인해, 섬유사들이 꼬여있는 트위스트 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조하는데 어려움이 있다.However, this approach has difficulties in producing continuous fiber composite materials having twisted structures in which fiber yarns are twisted because of the slow processing speed, costly equipment and high process cost.

따라서, 종래 장치에 비해, 비교적 간단한 장비를 이용한 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 기술의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop a manufacturing technology of a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure using relatively simple equipment as compared with the conventional device.

관련 선행문헌으로는 한국 공개특허공보 특2000-0015333 (2000.03.15.공개)가 있으며, 상기 문헌에는 인발성형에 의한 섬유 강화 복합재 제조 방법 및 그 제조 장치가 기재되어 있다.
Related publications are disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-0015333 (published on Mar. 15, 2000), which discloses a method for manufacturing a fiber-reinforced composite material by drawing and a manufacturing apparatus thereof.

본 발명의 목적은 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조 장치를 이용한 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법을 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a method for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure using the above production apparatus.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치는 회전축에 프리프레그 시트가 감겨진 롤러; 외주면에 상기 프리프레그 시트를 와인딩(winding)하는 맨드릴(mandrel); 상기 맨드릴 외주면에 프리프레그 시트가 나선형으로 와인딩되도록, 상기 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해, 수직 방향으로 프리프레그 시트를 당기는 풀링 유닛(pulling unit); 및 상기 나선형으로 와인딩된 프리프레그 시트를 절단하는 절단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure, comprising: a roller on which a prepreg sheet is wound; A mandrel for winding the prepreg sheet on an outer circumferential surface thereof; A pulling unit for pulling the prepreg sheet in a vertical direction with respect to a winding direction of the prepreg sheet so that the prepreg sheet is wound spirally on the outer circumferential surface of the mandrel; And a cutting section for cutting the spirally wound prepreg sheet.

상기 맨드릴의 외주면에 와인딩된 프리프레그 시트를 가열하도록 상기 맨드릴 외측에 배치된 가열부;를 더 포함할 수 있다.And a heating unit disposed outside the mandrel to heat the prepreg sheet wound on the outer circumferential surface of the mandrel.

상기 가열부는 30~300℃로 조절될 수 있다.The heating part may be adjusted to 30 to 300 ° C.

상기 프리프레그 시트는 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함할 수 있다.The prepreg sheet may include continuous fibers having a single directional orientation.

상기 풀링 유닛(pulling unit)은 프리프레그 시트에 1~50N/m의 장력을 부여할 수 있다.The pulling unit can impart a tensile force of 1 to 50 N / m to the prepreg sheet.

상기 풀링 유닛(pulling unit)의 회전 속도는 5~50m/min일 수 있다.
The rotation speed of the pulling unit may be 5 to 50 m / min.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법은 (a) 회전축에 프리프레그 시트가 감겨진 롤러를 마련하는 단계; (b) 맨드릴의 외주면에 상기 프리프레그 시트를 와인딩(winding)하여 상기 프리프레그 시트를 풀링 유닛(pulling unit)에 연결하는 단계; (c) 상기 프리프레그 시트가 상기 맨드릴의 외주면에 나선형으로 와인딩되도록, 상기 풀링 유닛에 의해, 상기 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해 수직 방향으로 프리프레그 시트가 당겨지는 단계; 및 (d) 상기 나선형으로 와인딩된 프리프레그 시트를 절단하여 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure, the method comprising: (a) providing a roller on which a prepreg sheet is wound, (b) winding the prepreg sheet on an outer circumferential surface of the mandrel to connect the prepreg sheet to a pulling unit; (c) pulling the prepreg sheet in a direction perpendicular to the winding direction of the prepreg sheet by the pulling unit so that the prepreg sheet is wound spirally on the outer circumferential surface of the mandrel; And (d) cutting the spirally wound prepreg sheet to produce a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure.

상기 프리프레그 시트는 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함할 수 있다.The prepreg sheet may include continuous fibers having a single directional orientation.

상기 (c) 단계는 30~300℃에서 가열이 수행될 수 있다.In the step (c), heating may be performed at 30 to 300 ° C.

상기 (d) 단계에서, 상기 풀링 유닛(pulling unit)은 프리프레그 시트에 1~50N/m의 장력을 부여할 수 있다.In the step (d), the pulling unit may impart a tensile force of 1 to 50 N / m to the prepreg sheet.

상기 (d) 단계에서, 풀링 유닛(pulling unit)의 회전 속도는 5~50m/min일 수 있다.In the step (d), the rotation speed of the pulling unit may be 5 to 50 m / min.

상기 (d) 단계에서, 트위스트 각도는 10~60˚로 조절될 수 있다.
In the step (d), the twist angle may be adjusted to 10 to 60 degrees.

본 발명에 따른 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치는 프리프레그 시트가 감겨진 롤러, 맨드릴, 가열부와 절단부를 포함하는 장치로서, 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해 수직하는 방향으로 상기 시트를 잡아당겨 맨드릴 외주면에 와인딩함으로써, 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.An apparatus for manufacturing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure according to the present invention is an apparatus including a roller, a mandrel, a heating unit, and a cut-out unit in which a prepreg sheet is wound, The continuous sheet composite material having a twisted hollow profile structure can be manufactured by winding the sheet on the outer peripheral surface of the mandrel.

본 발명에서는 별도의 인발성형(pultrusion) 및 브레이딩(braiding) 장치 없이도 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있으며, 공정 설비 비용이 절감되고 공정 시간이 단축되는 효과가 있다.
According to the present invention, a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure can be manufactured without a separate pultrusion and braiding device, and the process equipment cost can be reduced and the process time can be shortened.

도 1은 종래 기술에 따른 인발성형 장치의 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 브레이딩 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 롤러, 맨드릴, 가열부를 포함하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연속섬유가 프리프레그 시트의 길이 방향으로 배열되어 있는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 롤러와 맨드릴을 이용하여 프리프레그 시트가 트위스트 형태를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 트위스트 각도(θ)를 나타낸 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 가열부에 프리프레그 시트가 와인딩된 맨드릴이 삽입되어 가열되는 모습을 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 롤러, 맨드릴, 가열부, 풀링 유닛, 절단부를 포함하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치를 나타낸 구성도이다.
1 is a configuration diagram of a drawing and forming apparatus according to the prior art.
2 is a block diagram of a conventional braiding device.
3 is a structural view showing an apparatus for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure including a roller, a mandrel and a heating unit according to the present invention.
4 is a plan view in which continuous fibers according to the present invention are arranged in the longitudinal direction of a prepreg sheet.
5 is a photograph showing a prepreg sheet in a twisted state using a roller and a mandrel according to the present invention.
6 is a cross-sectional view of a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure showing a twist angle &thetas; according to the present invention.
7 is a view illustrating a state in which a mandrel having a prepreg sheet wound thereon is inserted into a heating unit according to the present invention and heated.
8 is a flowchart showing a method for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure according to the present invention.
9 is a structural view showing an apparatus for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure including a roller, a mandrel, a heating unit, a pulling unit, and a cutting unit according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치 및 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and a method for manufacturing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

기존의 인발성형 장치와 브레이딩(20) 장치를 이용한 방식은 공정 속도가 느리고 섬유의 낭비가 발생하고, 고가의 장비가 필요한 단점이 있다.Conventional methods using a drawing-forming apparatus and a braiding (20) apparatus have a disadvantage in that the processing speed is slow, the waste of fibers occurs, and expensive equipment is required.

본 발명은 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하는 프리프레그로부터 롤러, 맨드릴 등의 간단한 장비를 이용하여 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.The present invention can produce a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure by using simple equipment such as rollers, mandrels, etc. from preforms containing continuous fibers having a unidirectional orientation.

도 3은 본 발명에 따른 롤러, 맨드릴, 가열부를 포함하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치를 나타낸 구성도이다.3 is a structural view showing an apparatus for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure including a roller, a mandrel and a heating unit according to the present invention.

도 3을 참조하면, 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료(100)의 제조 장치는 롤러(30), 맨드릴(40), 가열부(50) 및 절단부(미도시)를 포함한다.
Referring to FIG. 3, an apparatus for producing a continuous fiber composite material 100 having a twisted hollow profile structure includes a roller 30, a mandrel 40, a heating portion 50, and a cut portion (not shown).

롤러(30)The roller (30)

롤러는 회전축에 프리프레그 시트가 감겨진 형태를 나타내며, 프리프레그 시트는 수지와 같은 결합재에 섬유를 미리 함침시킨 반경화된 박판 형태를 나타낸다. The roller shows a form in which a prepreg sheet is wound on a rotating shaft, and the prepreg sheet shows a semi-hardened laminated form in which fibers are preliminarily impregnated with a binder such as a resin.

본 발명의 프리프레그 시트는 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하는 UD 프리프레그(UniDirectional Prepreg)로서, 수지에 일정한 방향으로 배열된 연속섬유를 함침시킨 반경화형 복합 시트를 의미한다. 연속섬유는 프리프레그 시트의 길이 방향으로 배열될 수 있으며, 프리프레그 시트의 폭 방향으로 연속섬유가 배열될 수도 있다. 본 발명에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 연속섬유(70)가 프리프레그 시트(60)의 길이 방향으로 배열되어 있음을 가정 하에 설명하기로 한다.The prepreg sheet of the present invention is a UD prepreg containing continuous fibers having a unidirectional orientation and means a semi-cured composite sheet impregnated with continuous fibers arranged in a certain direction in the resin. The continuous fibers may be arranged in the longitudinal direction of the prepreg sheet, and the continuous fibers may be arranged in the width direction of the prepreg sheet. In the present invention, it is assumed that the continuous fibers 70 are arranged in the longitudinal direction of the prepreg sheet 60 as shown in Fig.

본 발명의 프리프레그 시트는 열가소성 수지 100중량부에 대하여, 연속섬유 20~80중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 연속섬유의 종류 및 함량에 따라, 본 발명의 프리프레그 시트의 두께가 조절될 수 있으며, 대략 0.1~0.5mm일 수 있다.The prepreg sheet of the present invention may contain 20 to 80 parts by weight of continuous fibers per 100 parts by weight of the thermoplastic resin, but is not limited thereto. The thickness of the prepreg sheet of the present invention can be adjusted depending on the type and content of the continuous fibers, and may be about 0.1 to 0.5 mm.

상기 열가소성 수지는 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지 및 폴리올레핀계 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The thermoplastic resin may be an aromatic vinyl resin, a rubber modified aromatic vinyl resin, a polyphenylene ether resin, a polycarbonate resin, a polyester resin, a methacrylate resin, a polyarylene sulfide resin, a polyamide resin , A polyvinyl chloride resin, and a polyolefin resin.

상기 연속섬유는 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 연속섬유는 제조되는 복합재료의 최종적인 크기에 의존하여 그 내부에서 끊어지지 않고 연속적인 형태로 존재하는 것을 의미한다.  예를 들어, UD 시트(unidirection sheet) 내의 연속섬유와 같이, 상기 연속섬유는 연속 공정으로 제조될 수 있고, 이러한 연속 공정에 상기 연속섬유를 연속적으로 공급함으로써, 연속섬유를 포함하는 복합재료를 제조할 수 있다.  따라서, 상기 복합재료는 시트와 같은 특정 형상의 제품으로 제조될 수 있는데, 이러한 시트와 같은 제품 내에서 상기 연속섬유는 그 제품의 형상에 따라 특정 범위의 길이를 가지게 된다.  그러나, 이러한 특정 범위의 길이는 연속적으로 연속섬유가 공급되는 제조 공정상 임의 조절이 가능하다는 점에서 상기 연속섬유는 ‘연속성’을 가지는 것으로 보아야 할 것이고, UD 시트 또는 직물 내의 연속섬유와 같이 대부분의 경우, 제품 내부에서 끊어지지 않고 연속성을 갖는다.
The continuous fiber may include at least one of carbon fiber, glass fiber and aramid fiber. The continuous fibers mean that the continuous fibers are present in a continuous form without being broken inside thereof depending on the final size of the composite material to be produced. For example, as continuous fibers in a UD sheet (unidirection sheet), the continuous fibers can be produced by a continuous process, and by continuously supplying the continuous fibers to the continuous process, a composite material containing continuous fibers is produced can do. Thus, the composite material can be made into a product of a particular shape, such as a sheet, wherein the continuous fiber has a certain range of length depending on the shape of the product. However, the length of such a specific range should be regarded as having 'continuity' in that it can be arbitrarily adjusted in the manufacturing process in which continuous fibers are continuously fed, and most of the continuous fibers such as UD sheets or continuous fibers in the fabric , It has continuity without breaking inside the product.

프리프레그 시트는 연속섬유의 배열 방향에 따라 복합재료의 우수한 강도 향상 효과를 확보할 수 있으며, 복합재료의 강도 향상을 위해, 무질서한 배열 방향보다 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
The prepreg sheet can secure an excellent strength improving effect of the composite material along the arrangement direction of the continuous fibers and more preferably includes the continuous fibers having the unidirectional orientation more than the disordered arrangement direction in order to improve the strength of the composite material Do.

맨드릴(40)The mandrel (40)

도 3에 도시한 바와 같이, 회전축을 중심으로 맨드릴(mandrel)의 외주면에 상기 프리프레그 시트가 나선형으로 와인딩(winding)된다. 상기 맨드릴은 회전하지 않고 가열부(50)의 온도에 따라 가열될 수 있으며, 사이즈나 형상이 다른 맨드릴로 교체가 가능하다. 상기 맨드릴 내부에는 별도의 가열부를 장착하여 중공 프로파일 구조의 성형을 더욱 용이하게 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As shown in Fig. 3, the prepreg sheet is wound spirally on the outer circumferential surface of the mandrel about the rotation axis. The mandrel can be heated according to the temperature of the heating part 50 without rotating, and can be replaced with a mandrel having a different size or shape. However, the present invention is not limited to this, but it is possible to easily form a hollow profile structure by mounting a separate heating part in the mandrel.

상기 맨드릴은 열전도가 용이하고, 상기 프리프레그 시트와 마찰이 적은 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질로 형성될 수 있으며, 상기 스테인리스 스틸 재질의 맨드릴의 표면이 아연으로 도금되거나 테프론으로 코팅될 수 있다. The mandrel may be formed of a stainless steel material which is easy to conduct heat and has less friction with the prepreg sheet, and the surface of the mandrel of the stainless steel material may be plated with zinc or coated with Teflon.

상기 맨드릴은 복합재료의 모양에 따라 사각형, 원형, 다각형 등의 형태를 사용할 수 있다. 상기 맨드릴은 후술할 가열부 공간에서는 존재하나, 풀링 유닛 공간에서는 존재하지 않고, 상기 풀링 유닛 공간에서는 중공 프로파일 구조의 연속섬유 복합재료만 남게 된다.
The mandrel may have a shape of a rectangle, a circle, a polygon, or the like depending on the shape of the composite material. The mandrel exists in the heating space, which will be described later, but does not exist in the pooling unit space, and only the continuous fiber composite material having the hollow profile structure remains in the pooling unit space.

가열부(50)The heating unit 50,

가열부는 상기 와인딩된 프리프레그 시트를 가열하는 공간으로, 가열에 의해 와인딩된 프리프레그 시트간의 틈새(기공)가 제거되고 결합력이 증가하여 일체화된 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.The heating part is a space for heating the winded prepreg sheet, and clearance (pores) between the prepreg sheets wound by heating is removed, and the bonding force is increased to produce an integrated continuous fiber composite material.

상기 가열부는 상기 맨드릴의 외주면에 와인딩된 프리프레그 시트를 가열하도록, 상기 맨드릴 외측에 배치되는 것이 바람직하다.The heating unit is preferably disposed outside the mandrel so as to heat the prepreg sheet wound on the outer circumferential surface of the mandrel.

상기 가열부는 상기 프리프레그 시트에 포함된 열가소성 수지의 융점보다 30~80℃가 높은 온도로 조절되는 것이 바람직하다.The heating unit is preferably controlled to a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin included in the prepreg sheet by 30 to 80 ° C.

예를 들어, 상기 가열부는 30~300℃로 조절되는 것이 바람직하며, 30℃ 이하인 경우, 상기 열가소성 수지가 용융되지 않아 연속섬유 복합재료의 성형성 및 작업성이 저하될 수 있다. 300℃를 초과하는 경우, 상기 열가소성 수지의 분해가 발생하게 되어 연속섬유 복합재료의 물성이 저하될 수 있다.
For example, the heating part is preferably adjusted to 30 to 300 캜, and if the temperature is lower than 30 캜, the thermoplastic resin is not melted and the moldability and workability of the continuous fiber composite material may be deteriorated. If the temperature is higher than 300 ° C, the thermoplastic resin may be decomposed to deteriorate the properties of the continuous fiber composite material.

전술한 바와 같이, 상기 가열부는 맨드릴 외측에 배치되는 것이 바람직하며, 도 3에 도시한 바와 같이, 가열부는 맨드릴을 중심으로 상부 가열부와 하부 가열부로 형성될 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 가열부는 맨드릴이 삽입되도록 형성될 수도 있다.
As described above, it is preferable that the heating portion is disposed outside the mandrel. As shown in FIG. 3, the heating portion may be formed as an upper heating portion and a lower heating portion around the mandrel. Further, as shown in Fig. 7, the heating portion may be formed so as to insert the mandrel.

풀링 유닛(55)The pulling unit 55,

트위스트 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제작하기 위해서는 상기 맨드릴에 감기는 프리프레그 시트를 당기는 장력이 존재해야 하는데, 이러한 역할을 풀링 유닛(pulling unit)이 한다.In order to produce a continuous fiber composite material having a twist profile structure, there is a tension that pulls the prepreg sheet wound on the mandrel. This function is performed by a pulling unit.

즉, 상기 풀링 유닛은 상기 회전축을 중심으로 프리프레그 시트가 나선형으로 와인딩되도록, 상기 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해, 수직하는 방향으로 상기 시트를 당기는 역할을 한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 풀링 유닛의 구조는 더블 벨트(double belt) 형태로, 상기 트위스트 형태의 프리프레그 시트가 삽입되는 공간을 기준으로 상부, 하부 각각에 회전하는 벨트가 형성되어 상기 프리프레그 시트를 잡아당기게 된다. 상기 벨트는 마찰이 높은 고무와 같은 재질로 형성될 수 있다.That is, the pulling unit pulls the sheet in a direction perpendicular to the winding direction of the prepreg sheet so that the prepreg sheet is wound spirally about the rotation axis. As shown in FIG. 9, the pulling unit is of a double belt type, and a belt rotatable in each of the upper and lower portions is formed on the basis of a space in which the twist type prepreg sheet is inserted, The leg sheet is pulled. The belt may be formed of a material such as rubber with high friction.

상기 풀링 유닛은 회전하면서 프리프레그 시트를 잡아당길 수 있으며, 이로 인해 프리프레그 시트가 꼬여 있는 트위스트 형태로 와인딩될 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 트위스트 형태는 프리프레그 시트가 중공 프로파일 구조의 길이 방향이 아닌 사선 방향으로 연속섬유가 감긴 형태이다. The pulling unit can pull the prepreg sheet while rotating, whereby the prepreg sheet can be wound in twisted twisted form. As shown in Fig. 5, the twisted shape is a shape in which the prepreg sheet is not continuous with the longitudinal direction of the hollow profile structure, but the continuous fibers are wound in a diagonal direction.

일반적으로, 프로파일 구조의 길이 방향으로 연속섬유가 배향되어 있는 경우 길이 방향에 대한 기계적 물성은 매우 우수하지만, 측면 부분에 대한 기계적 물성은 매우 취약한 단점이 있다. In general, when the continuous fibers are oriented in the longitudinal direction of the profile structure, the mechanical properties for the longitudinal direction are excellent, but the mechanical properties for the side portions are very weak.

본 발명의 연속섬유 복합재료는 중공 프로파일 구조의 사선 방향으로 연속섬유가 감기기 때문에 연속섬유 복합재료의 길이 방향 뿐만 아니라 측면 부분의 기계적 물성도 우수한 효과가 있다.
The continuous fiber composite material of the present invention has an excellent effect not only in the longitudinal direction but also in the mechanical properties of the side portions of the continuous fiber composite material, since the continuous fibers are wound in the oblique direction of the hollow profile structure.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 트위스트 각도(θ)는 맨드릴의 회전축에 대한 수평선과, 상기 수평선과 인접한 프리프레그의 선 사이의 끼인각을 의미하며, 상기 트위스트 각도는 맨드릴의 크기 및 형상, 풀링 유닛의 회전 속도, 장력에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 트위스트 각도는 10~60˚일 수 있으며, 이 범위를 벗어나는 경우, 각도가 작거나 커지면서 맨드릴 외주면에 프리프레그 시트가 와인딩되기 어려울 수 있다.As shown in FIG. 6, in the present invention, the twist angle? Refers to the angle formed between the horizontal line of the mandrel and the line of the prepreg adjacent to the horizontal line, and the twist angle is the size and shape of the mandrel, The rotation speed of the pulling unit, and the tension of the pulling unit. For example, the twist angle may be in the range of 10 to 60 degrees. If the angle is smaller or larger than the range, the prepreg sheet may be difficult to wind on the outer circumferential surface of the mandrel.

상기 풀링 유닛이 회전함에 따라, 상기 프리프레그 시트에 장력이 부여될 수 있고, 상기 트위스트 각도가 조절될 수 있다. 상기 풀링 유닛의 회전 속도는 5~50m/min일 수 있으며, 속도 범위에서 상기 풀링 유닛은 상기 프리프레그 시트에 1~50N/m의 장력을 부여함으로써, 트위스트 각도의 조절이 용이하고, 균일한 두께로 와인딩된 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다. 장력이 1N/m 미만인 경우, 트위스트 형태로 와인딩되는 프리프레그 시트 사이에 틈이 발생할 수 있어 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제작이 어려울 수 있다. 장력이 높을수록 복합재료의 물성 및 형상화가 유리할 수 있으나, 상기 풀링 유닛만으로 장력 50N/m을 초과하기에는 어려울 수 있다.
As the pulling unit rotates, tension can be applied to the prepreg sheet, and the twist angle can be adjusted. The rotating speed of the pulling unit may be 5 to 50 m / min. In the speed range, the pulling unit imparts a tensile force of 1 to 50 N / m to the prepreg sheet, thereby easily adjusting the twist angle, To produce a continuous fiber composite material. If the tensile force is less than 1 N / m, a gap may be formed between the prepreg sheets wound in a twisted form, so that it may be difficult to produce a continuous fiber composite material having a hollow profile structure. The higher the tension, the better the physical properties and formability of the composite material, but it may be difficult to exceed the tension of 50 N / m only with the pulling unit.

절단부(56)The cutting portion (56)

상기 나선형으로 와인딩된 프리프레그 시트는 절단부에 의해, 맨드릴의 길이 방향에 대하여 수직한 방향으로 절단되며, 원하는 길이로 절단하여 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.
The spirally wound prepreg sheet is cut by a cut portion in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the mandrel and cut to a desired length to produce a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure.

전술한 바와 같이, 본원발명의 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치는 롤러, 맨드릴, 가열부, 풀링 유닛 및 절단부를 포함하는 구성으로, 별도의 브레이딩(braiding) 장치 없이 롤러와 감겨진 프리프레그 시트를 잡아당겨 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료(100)를 제조할 수 있다.As described above, the apparatus for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure according to the present invention comprises a roller, a mandrel, a heating section, a pulling unit, and a cut section. And the rolled prepreg sheet may be pulled to produce a continuous fiber composite material 100 having a twisted hollow profile structure.

본 발명에서는 풀링 유닛의 회전에 의해 프리프레그의 트위스트 형성 효과 및 인발 효과를 나타낼 수 있으며, 별도의 로빙 크릴(roving creel)과 브레이딩 장치 없이 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있는 특징이 있다.
In the present invention, it is possible to produce a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure which can exhibit a twist forming effect and a pulling effect of the prepreg by the rotation of the pulling unit and without a separate roving creel and a braiding device There is a feature that can be.

도 8은 본 발명에 따른 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 9는 본 발명에 따른 롤러, 맨드릴, 가열부, 풀링 유닛, 절단부를 포함하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치를 나타낸 구성도이다.
FIG. 8 is a flow chart showing a method for producing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure according to the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view of a twisted hollow structure including a roller, mandrel, heating section, pulling unit, Fig. 1 is a configuration diagram showing an apparatus for producing a continuous fiber composite material having a profile structure; Fig.

본 발명에 따른 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법은 롤러를 마련하는 단계(S110), 맨드릴 외주면에 프리프레그 시트를 와인딩하는 단계(S120) 및 절단하는 단계(S130)를 포함한다.A method of manufacturing a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure according to the present invention includes a step S110 of providing a roller, a step S120 winding a prepreg sheet on the mandrel outer peripheral surface, and a step S130 cutting the mandrel do.

전술한 바와 같이, 본 발명의 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치를 이용하여 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조할 수 있다.
As described above, the continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure can be produced by using the apparatus for producing a continuous fiber composite material having the twisted hollow profile structure of the present invention.

먼저, 회전축에 프리프레그 시트가 감겨진 롤러를 마련한다. 상기 프리프레그 시트는 전술한 바와 같이, 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함한다.
First, a roller on which a prepreg sheet is wound is provided on a rotary shaft. As described above, the prepreg sheet includes continuous fibers having a unidirectional orientation.

다음으로, 맨드릴의 외주면에 상기 프리프레그 시트를 와인딩(winding)하여 상기 프리프레그 시트를 풀링 유닛에 연결한다.Next, the prepreg sheet is wound on the outer peripheral surface of the mandrel to connect the prepreg sheet to the pulling unit.

다음으로, 상기 회전축을 중심으로 프리프레그 시트가 나선형으로 와인딩되도록, 상기 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해 수직하는 방향으로 상기 시트를 당긴다. 상기 시트가 상기 풀링 유닛에 의해 당겨지는 동안, 상기 와인딩된 프리프레그 시트가 30~300℃의 가열부에서 가열되며, 가열에 대한 사항은 전술한 바와 같다.Next, the sheet is pulled in a direction perpendicular to the winding direction of the prepreg sheet so that the prepreg sheet is spirally wound around the rotation axis. While the sheet is pulled by the pulling unit, the rolled prepreg sheet is heated in a heating part at 30 to 300 캜, and the heating is as described above.

도 9에 도시한 바와 같이, 상기 프리프레그 시트가 감겨진 롤러는 고정되어 있고, 상기 프리프레그 시트를 풀링 유닛에 연결한 후, 풀링 유닛이 작동하도록 회전 속도를 조절하게 되면 상기 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해, 수직 방향으로 당겨지게 된다.As shown in FIG. 9, the rollers around which the prepreg sheet is wound are fixed. After the prepreg sheet is connected to the pulling unit, when the rotational speed is adjusted to operate the pulling unit, the prepreg sheet is wound In the vertical direction.

상기 프리프레그 시트의 와인딩 두께는 0.2~20mm로 형성될 수 있으며, 두께가 0.2mm 미만으로 형성되는 경우, 연속섬유 복합재료의 강도 및 경도 등의 물성이 저하될 수 있으며, 20mm를 초과하는 경우, 물성의 향상 효과 없이 와인딩된 프리프레그의 두께만 증가하게 된다.
When the thickness of the prepreg sheet is less than 0.2 mm, the properties such as strength and hardness of the continuous fiber composite material may be deteriorated. When the thickness exceeds 20 mm, The thickness of the prepreg that is wound is increased only without improving the physical properties.

전술한 바와 같이, 상기 풀링 유닛(pulling unit)의 회전 속도는 5~50m/min일 수 있으며, 이 범위에서 상기 풀링 유닛(pulling unit)은 프리프레그 시트에 1~50N/m의 장력을 부여할 수 있다.As described above, the rotational speed of the pulling unit may be 5 to 50 m / min, and in this range, the pulling unit may apply a tension of 1 to 50 N / m to the prepreg sheet .

전술한 바와 같이, 상기 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 트위스트 각도는 10~60˚로 조절될 수 있다.
As described above, the twist angle of the continuous fiber composite material having the twisted hollow profile structure can be adjusted to 10 to 60 degrees.

다음으로, 상기 나선형으로 와인딩된 프리프레그 시트를 절단하여 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조한다. 즉, 상기 맨드릴은 가열부 공간에서는 존재하고, 상기 풀링 유닛 및 절단부 공간에서는 맨드릴이 없는 트위스트형 중공 프로파일 구조의 연속섬유 복합재료만 남게 된다.
Next, the spirally wound prepreg sheet is cut to produce a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure. That is, the mandrel is present in the heating space, and only the continuous fiber composite material of the twisted hollow profile structure is left without the mandrel in the pooling unit and the cutting space.

전술한 바와 같이, 기존 로빙 크릴과 브레이딩 장치를 포함하는 인발성형 장치에 비해, 본 발명에서는 비교적 간단한 장치를 이용하여 추가적인 설비 비용을 절감하고 공정 속도를 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, in comparison with the draw-forming apparatus including the conventional roving crill and the braiding apparatus, the present invention can reduce the additional equipment cost and increase the processing speed by using a relatively simple apparatus.

또한, 중공 프로파일 구조의 사선 방향으로 연속섬유가 감기기 때문에 연속섬유 복합재료의 측면 부분의 기계적 물성이 보완되는 효과가 있다.
Further, since the continuous fibers are wound in the oblique direction of the hollow profile structure, the mechanical properties of the side portions of the continuous fiber composite material are complementary.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

10 : 로빙 크릴
20 : 브레이딩
30 : 롤러
40 : 맨드릴
50 : 가열부
55 : 풀링 유닛
56 : 절단부
60 : 프리프레그 시트
70 : 연속섬유
100 : 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료
10: roving krill
20: Braiding
30: Rollers
40: Mandrel
50:
55: pulling unit
56:
60: prepreg sheet
70: continuous fiber
100: Continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure

Claims (12)

회전축에 프리프레그 시트가 감겨진 롤러;
외주면에 상기 프리프레그 시트를 와인딩(winding)하는 맨드릴(mandrel);
상기 맨드릴 외주면에 프리프레그 시트가 나선형으로 와인딩되도록, 상기 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해, 수직 방향으로 프리프레그 시트를 당기는 풀링 유닛(pulling unit); 및
상기 나선형으로 와인딩된 프리프레그 시트를 절단하는 절단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치.
A roller on which a prepreg sheet is wound on a rotating shaft;
A mandrel for winding the prepreg sheet on an outer circumferential surface thereof;
A pulling unit for pulling the prepreg sheet in a vertical direction with respect to a winding direction of the prepreg sheet so that the prepreg sheet is wound spirally on the outer circumferential surface of the mandrel; And
And a cutting section for cutting the spirally wound prepreg sheet. The apparatus for manufacturing a continuous fiber composite material of the twisted hollow profile structure according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 맨드릴의 외주면에 와인딩된 프리프레그 시트를 가열하도록 상기 맨드릴 외측에 배치된 가열부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치.
The method according to claim 1,
And a heating unit disposed outside the mandrel to heat the prepreg sheet wound on the outer circumferential surface of the mandrel. ≪ Desc / Clms Page number 13 >
제2항에 있어서,
상기 가열부는 30~300℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the heating unit is adjusted to 30 to 300 ° C.
제1항에 있어서,
상기 프리프레그 시트는 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the prepreg sheet comprises continuous fibers having an orientation in a unidirectional direction.
제1항에 있어서,
상기 풀링 유닛(pulling unit)은 프리프레그 시트에 1~50N/m의 장력을 부여하는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the pulling unit applies a tensile force of 1 to 50 N / m to the prepreg sheet.
제1항에 있어서,
상기 풀링 유닛(pulling unit)의 회전 속도는 5~50m/min인 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the rotating speed of the pulling unit is 5 to 50 m / min.
(a) 회전축에 프리프레그 시트가 감겨진 롤러를 마련하는 단계;
(b) 맨드릴의 외주면에 상기 프리프레그 시트를 와인딩(winding)하여 상기 프리프레그 시트를 풀링 유닛(pulling unit)에 연결하는 단계;
(c) 상기 프리프레그 시트가 상기 맨드릴의 외주면에 나선형으로 와인딩되도록, 상기 풀링 유닛에 의해, 상기 프리프레그 시트가 감긴 방향에 대해 수직 방향으로 프리프레그 시트가 당겨지는 단계; 및
(d) 상기 나선형으로 와인딩된 프리프레그 시트를 절단하여 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법.
(a) providing a roller on which a prepreg sheet is wound on a rotary shaft;
(b) winding the prepreg sheet on an outer circumferential surface of the mandrel to connect the prepreg sheet to a pulling unit;
(c) pulling the prepreg sheet in a direction perpendicular to the winding direction of the prepreg sheet by the pulling unit so that the prepreg sheet is wound spirally on the outer circumferential surface of the mandrel; And
(d) cutting the spirally wound prepreg sheet to produce a continuous fiber composite material having a twisted hollow profile structure. 2. The continuous fiber composite material as claimed in claim 1, Way.
제7항에 있어서,
상기 프리프레그 시트는 단일 방향의 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the prepreg sheet comprises continuous fibers having an orientation property in a unidirectional direction.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는 30~300℃에서 가열이 수행되는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the step (c) comprises heating at 30 to 300 ° C.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 상기 풀링 유닛(pulling unit)은 프리프레그 시트에 1~50N/m의 장력을 부여하는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the pulling unit imparts a tensile force of 1 to 50 N / m to the prepreg sheet in the step (c).
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 풀링 유닛(pulling unit)의 회전 속도는 5~50m/min인 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the rotating speed of the pulling unit in the step (c) is 5 to 50 m / min.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 트위스트 각도는 10~60˚로 조절되는 것을 특징으로 하는 트위스트형 중공 프로파일 구조를 갖는 연속섬유 복합재료의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the twist angle is adjusted to 10 to 60 degrees in the step (c).
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