KR20190091661A - 원사 다축 배열 장치의 가압헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아래로 돌출된 돌부를 갖는 가압헤드의 몸체; 및 상기 돌부 양 옆에 형성되는 요홈에 형성되는 한 쌍의 고정 턱; 및 상기 몸체의 아랫면의 중앙에, 상기 대향하는 한 쌍의 고정 턱 사이의 그루브에 삽입되는 실리콘 고무 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원사 다축 배열장치의 가압헤드에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 복합재료의 다축 직조형 직물 제조 시 열에 의한 탄소섬유 개섬공정의 결합으로 인해 위사 삽입 공정에서 발생하는 탄소섬유 토우의 점착에 의한 다축배열 불량 및 공정 방해를 해결할 수 있다.

Description

원사 다축 배열 장치의 가압헤드{PRESSURIZATION HEAD OF THREAD MULTI-AXIS LAYING APPARATUS}

본 발명은 원사 다축 배열장치용 가압헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다축 직조형 직물 제조 설비의 원사 다축 배열 장치의 가압헤드에 관한 것이다.

탄소섬유 등의 강화 섬유를 이용한 복합 재료는 그 우수한 역학 특성이나 경량화 효과 등에서 자동차와 항공기를 비롯해 선박 및 스포츠 레저 용도 등 다양한 용도에 사용되고 있다. 이러한 복합 재료로는 단층 혹은 복수의 중첩된 섬유 층들로 제조된 구조를 갖는 다축 직조형 직물들이 종종 사용된다. 여기서 섬유 층들은 서로 평행하게 배열된 보강 섬유들의 시트들로 구성된다. 섬유 층들은 이 층들의 보강 섬유들이 서로 평형하게 또는 교대로 십자형으로 배향되도록 중첩될 수 있다. 다축 직조형 직물의 각도는 실질적으로 다양하게 조절가능하다. 그러나 일반적으로, 다축 직조형 직물들의 각도는 0°, 90°, ±25°, ±30°, ±45°, 또는 ±60°로 설정되고, 복합재료로 사용 시에는 단층 혹은 복수의 중첩된 다축 직조형 직물을 이용하여 요구되는 조건에 따라 가운데 층을 기준으로 대칭 구조가 형성되도록 선택된다.

상기 다축 직조형 직물들(non-crimp fabrics)과 같은 직물들은 금형에서 매트릭스 재료 없이 적층되어 그의 윤곽에 맞게 조정된다. 이러한 방식에 의해, 소위 예비성형체(preform)가 수득되고, 이 내부에 복합 부재(components)를 제조하는데 필요한 매트릭스 재료가 주입 또는 사출을 통해 또는 진공의 인가에 의해 나중에 도입될 수 있다. 공지된 방법들은 소위 액체 성형법(LM: liquid molding) 또는 이와 관련된 방법들, 예를 들어 수지 이송 성형법(RTM: resin transfer molding), 진공 보조 수지 이송 성형법(VARTM: vacuum assisted resin transfer molding), 수지막 주입법(RFI: resin film infusion), 액체 수지 주입법(LRI: liquid resin infusion) 또는 수지 주입 플렉시블 툴링법(RIFT: resin infusion flexible tooling)이다.

중첩 섬유 층들은 서로 인접하게 배열되고 서로에 대해 평행하게 진행하여 스티치를 형성하는 복수의 재봉사들 또는 편직사들을 통해 서로 연결되어 고정될 수 있다. 이러한 타입의 다축 직조형 직물들은, 예를 들어 당업자에게 공지된 표준 경편기(standard warp knitting loom) 또는 스티치 본딩기(stich bonding machine)에 의해, 예를 들어 LIBA 기계 또는 칼 메이어(Karl Mayer)사제 기계에 의해 제조될 수 있다.

다축 직조형 직물 제조 공정에서는 다축으로 원사를 배열하기 위하여 원사의 끝부분을 NCF 제조 설비의 가압헤드가 잡고 반대편으로 끌고 가서 절단 및 가압을 통해 고정 핀에 끼우는 과정이 반복적으로 이루어진다. 저중량의 탄소섬유 다축 직조형 직물의 제조 시는 NCF 공정 직전 열을 이용한 섬유의 개섬이 이루어진다. 이 경우에 도 1에 도시한 바와 같이, 열에 의해 연화된 탄소섬유의 사이징제가 위사 (1) 삽입 중 가압헤드부(10)에 지속적으로 접촉을 하면서 전사되어 가압헤드부(10)에서 점착 현상이 발생하고, 이로 인해서 위사가 끝까지 이송되지 못하고 딸려 오는 불량이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 복합재료의 다축 직조형 직물 제조 시에 열에 의한 탄소섬유 개섬 공정의 결합으로 인해 위사 삽입 공정에서 발생하는 탄소섬유 토우의 점착에 의한 다축배열 불량 및 공정 방해를 해결할 수 있는 원사 다축 배열장치의 가압헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 탄소섬유 토우의 점착에 의한 불량을 방지함으로써 다축 직조형 직물의 생산 시 공정성을 향상시키면서도 제품의 품질을 향상시키는 원사 다축 배열장치의 가압헤드를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,

아래로 돌출된 돌부를 갖는 가압헤드의 몸체; 및

상기 돌부 양 옆에 형성되는 요홈에 형성되는 한 쌍의 고정 턱; 및

상기 몸체의 아랫면의 중앙에, 상기 대향하는 한 쌍의 고정 턱 사이의 그루브에 삽입되는 실리콘 고무 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원사 다축 배열 장치의 가압헤드에 관한 것이다.

상기 실리콘 고무 탄성부는, 상기 고정 턱의 길이 방향으로 연장되는 원통형상의 실리콘 고무 바(bar)로 형성될 수 있다.

상기 실리콘 고무 탄성부는 직경이 5 ~ 20 ㎜인 원통형으로 형성될 수 있다.

상기 실리콘 고무는 40~80 (shore A 경도)의 경도를 갖는 것이 좋다.

상기 실리콘 고무 탄성부의 소재로는 메틸페닐실리콘 고무, 메틸비닐실리콘 고무, 메틸하이드로젠실리콘 고무, 플루오로실리콘 고무 등을 사용할 수 있다.

상기 고정 턱은 아연-알루미늄 합금, 아연-안티몬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 및 알루미늄-아연-마그네슘 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 재료로 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면 다축 직조형 직물 제조 설비의 원사 다축 배열장치의 가압 헤드에서 자주 발생하는 탄소섬유 토우의 점착에 의한 다축배열 불량 문제를 해결하여 공정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면 다축 직조형 직물의 절단 및 인취 장치의 가압 헤드에 내열성 및 내화학성이 우수한 실리콘계 고무를 사용함으로써 열에 의해 개섬된 탄소섬유의 적용을 통해 다양한 중량과 배열의 다축 직조형 직물의 제조가 가능하다.

더욱이, 본 발명에 의하면 다축 직조형 직물의 제조 설비에 탄소섬유의 개섬 기능을 추가하여 하나의 공정으로 제조할 수 있어, 제조공정 및 설비를 단순화하고 제조비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 다축 직조형 직물(NCF)의 제조장치에서의 탄소섬유 토우 점착에 의해 불량이 발생되는 것을 설명하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 원사 다축 배열장치의 가압헤드의 개략정면도 및 가압 헤드 부분의 확대도이다.

본 발명을 첨부 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

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

첨부 도면은 본 발명의 다축 직조형 직물 제조 설비의 원사 다축 배열 장치를 간단한 개략도로 나타낸 것으로 주요 구성요소만 나타내었다.

본 발명의 가압헤드(100)는 다축 직조형 직물 제조설비에서 원사를 다축으로 배열하기 위하여 원사의 끝부분을 잡아서 반대 편으로 끌고 가서 절단하여 가압을 통해서 고정핀에 끼우는 원사 다축 배열 장치의 가압헤드이다. 본 발명의 가압헤드(100)의 하단부에는 가압에 의한 섬유의 손상을 방지하고 두께의 균일성을 확보하며, 탄소섬유 토우의 점착 발생을 방지하기 위해서 실리콘 고무 탄성부(150)가 형성된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예의 원사 다축 배열장치의 가압헤드의 개략정면도 및 가압 헤드 부분의 확대도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 양상의 원사 다축 배열장치의 가압헤드(100)는 아래로 돌출된 돌부를 갖는 가압헤드의 몸체(130); 상기 돌부 양 옆에 형성되는 요홈에 형성되는 한 쌍의 고정 턱(140); 및 상기 몸체의 아랫면의 중앙에, 상기 대향하는 한 쌍의 고정 턱 사이의 그루브에 삽입되는 실리콘 고무 탄성부(150)를 포함한다. 상기 고정턱(140)은 가압헤드 몸체보다 더 길에 아래로 연장되고, 이와 같이 연장된 부분 사이에 그루브가 형성되며, 이러한 그루브 안에 실리콘 고무 탄성부(150)가 형성된다. 상기 실리콘 고무 탄성부(150)는 상기 고정 턱(140) 보다 약간 아래로 돌출되도록 형성된다

본 발명에 따른 다축 직조형 직물의 제조 설비에서, 섬유 보강 복합재를 제조하기 위해 사용될 수 있는 보강 섬유들은 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 아라미드사 또는 고급 UHMW 폴리에틸렌사가 있고, 탄소 섬유가 특히 바람직하다.

본 발명에서 실리콘 고무 탄성부(150)는, 상기 고정 턱(140)의 길이 방향으로 연장되는 원통형상의 실리콘 고무 바(bar)로 형성된다. 이때 상기 실리콘 고무 탄성부(150)의 직경은 5 ~ 20 ㎜의 범위 내일 수 있다. 실리콘 고무 탄성부(150)의 단면 형상은 반드시 원형으로 제한되는 것은 아니고, 타원형, 사각형, 직사각형, 또는 다각형 형상일 수 있다.

본 발명에서 실리콘 고무 탄성부(150)는 경도가 높고 내열성이 우수한 실리콘계 고무를 사용한다. 상기 실리콘 고무는 쇼어 A 경도가 40~80이고, 바람직하게는 60 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.

내열성이 우수한 실리콘 고무의 비제한적인 예들은 경화 플루오로실리콘 고무, 메틸비닐실리콘 고무, 메틸페닐실리콘 고무, 메틸비닐실리콘 고무, 메틸하이드로젠실리콘 고무를 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 상기 실리콘 고무 탄성부(150)는 내열성을 향상시키기 위해서 소량의 산화 티타늄, 산화 세륨, 수산화 세륨, 또는 카본 블랙을 내열 재료로서 포함할 수 있다.

한편, 상기 실리콘 고무 탄성부(150)는, 소정의 탄성을 가지는 물질이라면 실리콘 고무에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 가교 구조를 갖는 내열성 고분자 물질로서 폴리부타디엔 고무, 우레탄 고무, 천연 고무, 폴리이소플렌 고무 기타 탄성 고무로 형성될 수도 있다.

상기 고정 턱(140)은 아연-알루미늄 합금, 아연-안티몬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 및 알루미늄-아연-마그네슘 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 재료로 형성될 수 있다.

본 발명은 다축 직조형 직물의 다축 배열 장치의 가압 헤드에 내열성 및 내화학성이 우수한 실리콘 고무 탄성부를 사용하는 간단한 방법을 통해 열에 의해 개섬된 탄소섬유의 적용을 통해 다양한 중량과 배열의 다축 직조형 직물 제조가 가능하며, NCF 설비에 탄소섬유의 개섬 기능을 추가하여 하나의 공정으로 제조할 수도 있다.

본 발명은 바람직한 실시 태양을 참조하여, 구체적으로 나타내고, 설명되었으나, 당 업계에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정을 가할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이

다.

100: 가압헤드
130: 가압헤드 몸체
140: 고정 턱
150: 실리콘 고무 탄성부

Claims (6)

1. 아래로 돌출된 돌부를 갖는 가압헤드의 몸체; 및
   상기 돌부 양 옆에 형성되는 요홈에 형성되는 한 쌍의 고정 턱; 및
   상기 몸체의 아랫면의 중앙에, 상기 대향하는 한 쌍의 고정 턱 사이의 그루브에 삽입되는 실리콘 고무 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원사 다축 배열장치의 가압헤드.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 고무 탄성부는,
   상기 고정 턱의 길이 방향으로 연장되는 원통형상의 실리콘 고무 바인 것을 특징으로 하는 원사 다축 배열장치의 가압헤드.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 고무 탄성부의 직경은 5 ~ 20 ㎜인 것을 특징으로 하는 원사 다축 배열장치의 가압헤드.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 고무는 40~80 (shore A 경도)의 경도를 갖는 실리콘 고무임을 특징으로 하는 원사 다축 배열장치의 가압헤드.
5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 고무는 메틸페닐실리콘 고무, 메틸비닐실리콘 고무, 메틸하이드로젠실리콘 고무, 및 플루오로실리콘 고무로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 원사 다축 배열장치의 가압헤드.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 고정 턱은 아연-알루미늄 합금, 아연-안티몬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 및 알루미늄-아연-마그네슘 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 원사 다축 배열장치의 가압헤드.
   
   

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