KR20190005305A - 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법 - Google Patents

균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법은,
X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과, 수지섬유가 무작위로 얽혀져 만들어진 수지섬유웹을 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유직물과 상기 수지섬유웹을 적층하는 제2단계;
상기 적층된 탄소섬유직물과 수지섬유웹을 니들펀칭하여, 상기 수지섬유웹의 수지섬유를 Z축 방향으로 끌고 내려와, 상기 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 꽂는 제3단계;
상기 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여, 상기 수지섬유를 녹여 상기 탄소섬유직물의 X,Y,Z축 방향으로 수지를 골고루 침투시키는 제4단계;
상기 탄소섬유직물 사이로 골고루 침투된 수지를 경화시켜 수지매트릭스를 형성하는 제5단계; 및
상기 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물을 임펠러의 형상대로 가공하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING PUMP IMPELLER HAVING UNIFORM RIGIDITY}
본 발명은 펌프 임펠러에 관한 것이다.
양.배수장에 배수나 급수를 위한 펌프가 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같은, 펌프(1)는 케이싱(2), 모터(3), 축(4), 임펠러(5)로 구성된다.
축(4)은 모터(3) 축과 임펠러(5)를 연결한다.
모터(3)는 임펠러(5)를 회전시킨다.
임펠러(5)는 금속으로 만들어진다.
최근에는 임펠러(5)의 무게를 줄이기 위해, 금속 대신 섬유강화플라스틱으로 임펠러(5)를 만들고 있다.
섬유강화플라스틱으로 임펠러(5)를 만드는 방법은 다음과 같다.
짧게 잘려진 탄소섬유를 수지와 혼합하여 몰드에 붓는다.(이하,“성형물”이라 칭함)
성형물을 프레스로 가압하고 히터로 가열한다.
성형물에 포함된 수지가 경화된다.
수지가 경화된 성형물을 몰드로부터 꺼낸다.
수지가 경화된 성형물을 도 2에 도시된 임펠러(5)의 형상대로 가공한다.
그러면, 섬유강화플라스틱으로 만들어진 임펠러(5)가 만들어진다.
이렇게 섬유강화플라스틱으로 만들어진 임펠러(5)는, 수지매트릭스에 짧은 탄소섬유가 분포된 구조를 가진다.
그러나, 탄소섬유가 끊어진 상태로 수지매트릭스에 무작위로 분포되어 있어, 균일하고 고강도의 펌프용 임펠러를 기대하기 어렵다.
미국공개특허(US4249863A)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는, 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법은,
X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과, 수지섬유가 무작위로 얽혀져 만들어진 수지섬유웹을 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유직물과 상기 수지섬유웹을 적층하는 제2단계;
상기 적층된 탄소섬유직물과 수지섬유웹을 니들펀칭하여, 상기 수지섬유웹의 수지섬유를 Z축 방향으로 끌고 내려와, 상기 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 꽂는 제3단계;
상기 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여, 상기 수지섬유를 녹여 상기 탄소섬유직물의 X,Y,Z축 방향으로 수지를 골고루 침투시키는 제4단계;
상기 탄소섬유직물 사이로 골고루 침투된 수지를 경화시켜 수지매트릭스를 형성하는 제5단계; 및
상기 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물을 임펠러의 형상대로 가공하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과, 탄소섬유 및 수지섬유가 무작위로 얽혀져 만들어진 탄소수지섬유웹을 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유직물과 상기 탄소수지섬유웹을 적층하는 제2단계;
상기 적층된 탄소섬유직물과 탄소수지섬유웹을 니들펀칭하여, 상기 탄소수지섬유웹의 탄소섬유 및 수지섬유를 Z축 방향으로 끌고 내려와, 상기 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 꽂는 제3단계;
상기 탄소섬유 및 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여, 상기 수지섬유를 녹여 상기 탄소섬유직물의 X,Y,Z축 방향으로 수지를 골고루 침투시키는 제4단계;
상기 탄소섬유직물 사이로 골고루 침투된 수지를 경화시켜 수지매트릭스를 형성하는 제5단계; 및
상기 수지매트릭스가 균일하게 형성되고 상기 탄소섬유에 의해 층간결합된 탄소섬유직물을 임펠러의 형상대로 가공하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명은, 짧게 끊어진 탄소섬유가 아닌, X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물을 적층하여 임펠러를 제조한다. 이로 인해, 균일 및 고강도의 임펠러가 제조된다.
본 발명은, X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과 수지섬유가 무작위로 혼합된 수지섬유웹을 적층한 후 니들펀칭한다. 그러면, 수지섬유웹의 수지섬유가 Z축 방향으로 끌려 내려와, 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 골고루 꽂힌다. 그 다음, 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여 수지섬유를 녹여 탄소섬유직물 사이사이로 골고루 침투시켜, 탄소섬유직물을 감싸는 수지매트릭스를 균일하게 형성시킨다. 이로 인해, 균일 및 고강도의 임펠러가 제조된다.
본 발명은, X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과 탄소섬유 및 수지섬유가 무작위로 혼합된 탄소수지섬유웹을 적층한 후 니들펀칭한다. 그러면, 탄소수지섬유웹의 탄소섬유 및 수지섬유가 Z축 방향으로 끌려 내려와, 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 골고루 꽂힌다. 이때, 탄소수지섬유웹의 탄소섬유에 의해 탄소섬유직물이 층간결합되어, Z축방향의 강도가 더욱 보강된다. 그 다음, 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여 수지섬유를 녹여 탄소섬유직물 사이사이로 골고루 침투시켜, 탄소섬유직물을 감싸는 수지매트릭스를 균일하게 형성시킨다. 이로 인해, 균일 및 고강도의 임펠러가 제조된다.
도 1은 종래 임펠러가 설치된 펌프를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 임펠러를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 탄소섬유직물을 나타낸 도면이다.
도 5는 수지섬유웹을 나타낸 도면이다.
도 6은 적층된 탄소섬유직물과 수지섬유웹을 니들펀칭하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 탄소수지섬유웹을 나타낸 도면이다.
도 11은 적층된 탄소섬유직물과 탄소수지섬유웹을 니들펀칭하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 탄소섬유 및 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 수지매트릭스가 균일하게 형성되고 탄소섬유에 의해 층간결합된 탄소섬유직물을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법을 자세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법은,
X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과, 수지섬유가 무작위로 얽혀져 만들어진 수지섬유웹을 준비하는 제1단계(S11);
상기 탄소섬유직물과 상기 수지섬유웹을 적층하는 제2단계(S12);
상기 적층된 탄소섬유직물과 수지섬유웹을 니들펀칭하여, 상기 수지섬유웹의 수지섬유를 Z축 방향으로 끌고 내려와, 상기 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 꽂는 제3단계(S13);
상기 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여, 상기 수지섬유를 녹여 상기 탄소섬유직물의 X,Y,Z축 방향으로 수지를 골고루 침투시키는 제4단계(S14);
상기 탄소섬유직물 사이로 골고루 침투된 수지를 경화시켜 수지매트릭스를 형성하는 제5단계(S15); 및
상기 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물을 임펠러의 형상대로 가공하는 제6단계(S16)로 구성된다.
제1단계(S11)를 설명한다.
X,Y축 방향으로 탄소섬유(11,12)를 직조하여, 도 4에 도시된 탄소섬유직물(10)을 제조한다. 탄소섬유직물(10)은 능직, 평직, 주자직 중 어느 하나의 조직을 가진다. 탄소섬유직물(10)이 적절한 기계적 강도를 가지도록, 탄소섬유직물(10)은 100~400g/m2의 면밀도를 가진다.
도 5에 도시된 수지섬유(21)가 얽혀져 만들어진 수지섬유웹(20)을 준비한다. 수지섬유(21)란 수지(Resin)로 만들어진 섬유이다.
수지섬유웹(20)의 수지섬유(21)가 니들펀칭시 Z축 방향으로 원활하게 끌려내려 올 수 있도록, 수지섬유웹(20)은 30~200g/m2의 면밀도를 가진다.
제2단계(S12)를 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 탄소섬유직물(10)과 수지섬유웹(20)을 적층한다. 이때, 설정된 크기의 임펠러를 만들기 위해, 여러 장의 탄소섬유직물(10)과 수지섬유웹(20)을 번갈아가며 적층한다.
제3단계(S13)를 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 적층된 탄소섬유직물(10)과 수지섬유웹(20)을 니들펀칭한다. 수지섬유웹(20)의 수지섬유(21)가 Z축 방향(수직방향)으로 끌려내려오면서 Z축 방향으로 꽂힌다.
제4단계(S14)를 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 수지섬유(21)가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물(10)을 가압 및 가열하여, 수지섬유(21)를 녹여 탄소섬유직물(10)의 X,Y,Z축 방향으로 수지(R, 도 8참조)를 골고루 침투시킨다. 도 7에 도시된 점선 화살표는 수지의 흐름을 나타낸다.
제5단계(S15)를 설명한다.
탄소섬유직물(10) 사이로 골고루 침투된 수지(R)를 경화시켜 수지매트릭스를 형성한다.
그러면, 도 8에 도시된 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물(100)이 만들어진다.
제6단계(S16)를 설명한다.
수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물(100)을 도 3에 도시된 임펠러의 형상대로 가공한다.
제1단계(S11) 내지 제6단계(S16)를 거쳐, 균일 및 고강도의 펌프 임펠러가 만들어진다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법을 자세히 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법은,
X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과, 탄소섬유 및 수지섬유가 무작위로 얽혀져 만들어진 탄소수지섬유웹을 준비하는 제1단계(S21);
상기 탄소섬유직물과 상기 탄소수지섬유웹을 적층하는 제2단계(S22);
상기 적층된 탄소섬유직물과 탄소수지섬유웹을 니들펀칭하여, 상기 탄소수지섬유웹의 탄소섬유 및 수지섬유를 Z축 방향으로 끌고 내려와, 상기 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 꽂는 제3단계(S23);
상기 탄소섬유 및 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여, 상기 수지섬유를 녹여 상기 탄소섬유직물의 X,Y,Z축 방향으로 수지를 골고루 침투시키는 제4단계(S24);
상기 탄소섬유직물 사이로 골고루 침투된 수지를 경화시켜 수지매트릭스를 형성하는 제5단계(S25); 및
상기 수지매트릭스가 균일하게 형성되고 상기 탄소섬유에 의해 층간결합된 탄소섬유직물을 임펠러의 형상대로 가공하는 제6단계(S26)로 구성된다.
제1단계(S21)를 설명한다.
X,Y축 방향으로 탄소섬유(11,12)를 직조하여, 도 4에 도시된 탄소섬유직물(10)을 제조한다. 탄소섬유직물(10)에 대한 자세한 설명은 전술하였으므로 생략한다.
도 10에 도시된 수지섬유(31)와 탄소섬유(32)가 얽혀져 만들어진 탄소수지섬유웹(30)을 준비한다. 수지섬유(31)란 수지(Resin)로 만들어진 섬유이다. 탄소수지섬유웹(30)의 수지섬유(31)와 탄소섬유(32)가 니들펀칭시 Z축 방향으로 원활하게 끌려내려 올 수 있도록, 탄소수지섬유웹(30)은 30~200g/m2의 면밀도를 가진다.
제2단계(S22)를 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 탄소섬유직물(10)과 탄소수지섬유웹(30)을 적층한다. 이때, 설정된 크기의 임펠러를 만들기 위해, 여러 장의 탄소섬유직물(10)과 탄소수지섬유웹(30)을 번갈아가며 적층한다.
제3단계(S23)를 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 적층된 탄소섬유직물(10)과 탄소수지섬유웹(30)을 니들펀칭한다. 탄소수지섬유웹(30)의 수지섬유(31)와 탄소섬유(32)가 Z축 방향(수직방향)으로 끌려내려오면서 Z축 방향으로 꽂힌다.
제4단계(S24)를 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 수지섬유(31)와 탄소섬유(32)가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물(10)을 가압 및 가열하여, 수지섬유(31)를 녹여 탄소섬유직물(10)의 X,Y,Z축 방향으로 수지(R, 도 13참조)를 골고루 침투시킨다. 도 12에 도시된 점선 화살표는 수지의 흐름을 나타낸다.
제5단계(S25)를 설명한다.
탄소섬유직물(10) 사이로 골고루 침투된 수지(R)를 경화시켜 수지매트릭스를 형성한다.
그러면, 도 13에 도시된 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물(200)이 만들어진다.
제6단계(S26)를 설명한다.
수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물(200)을 도 3에 도시된 임펠러의 형상대로 가공한다.
제1단계(S21) 내지 제6단계(S26)를 거쳐, 균일 및 고강도의 펌프 임펠러가 만들어진다.
10: 탄소섬유직물 20: 수지섬유웹
11,12: 탄소섬유 21,31: 수지섬유
30: 탄소수지섬유웹 32: 탄소섬유
100,200: 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물

Claims (5)

  1. X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과, 수지섬유가 무작위로 얽혀져 만들어진 수지섬유웹을 준비하는 제1단계;
    상기 탄소섬유직물과 상기 수지섬유웹을 적층하는 제2단계;
    상기 적층된 탄소섬유직물과 수지섬유웹을 니들펀칭하여, 상기 수지섬유웹의 수지섬유를 Z축 방향으로 끌고 내려와, 상기 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 꽂는 제3단계;
    상기 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여, 상기 수지섬유를 녹여 상기 탄소섬유직물의 X,Y,Z축 방향으로 수지를 골고루 침투시키는 제4단계;
    상기 탄소섬유직물 사이로 골고루 침투된 수지를 경화시켜 수지매트릭스를 형성하는 제5단계; 및
    상기 수지매트릭스가 균일하게 형성된 탄소섬유직물을 임펠러의 형상대로 가공하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서,
    상기 탄소섬유직물은 100~400g/m2의 면밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서,
    상기 수지섬유웹은 30~200g/m2의 면밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법.
  4. X,Y축 방향으로 탄소섬유가 직조되어 만들어진 탄소섬유직물과, 탄소섬유 및 수지섬유가 무작위로 얽혀져 만들어진 탄소수지섬유웹을 준비하는 제1단계;
    상기 탄소섬유직물과 상기 탄소수지섬유웹을 적층하는 제2단계;
    상기 적층된 탄소섬유직물과 탄소수지섬유웹을 니들펀칭하여, 상기 탄소수지섬유웹의 탄소섬유 및 수지섬유를 Z축 방향으로 끌고 내려와, 상기 탄소섬유직물의 Z축 방향으로 꽂는 제3단계;
    상기 탄소섬유 및 수지섬유가 Z축 방향으로 꽂혀진 탄소섬유직물을 가압 및 가열하여, 상기 수지섬유를 녹여 상기 탄소섬유직물의 X,Y,Z축 방향으로 수지를 골고루 침투시키는 제4단계;
    상기 탄소섬유직물 사이로 골고루 침투된 수지를 경화시켜 수지매트릭스를 형성하는 제5단계; 및
    상기 수지매트릭스가 균일하게 형성되고 상기 탄소섬유에 의해 층간결합된 탄소섬유직물을 임펠러의 형상대로 가공하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서,
    상기 탄소수지섬유웹은 30~200g/m2의 면밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 균일 및 고강도의 펌프 임펠러 제조방법.
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