KR20200038235A - 섬유-보강 몰딩 화합물 및 이를 형성하는 방법 및 사용하는 방법 - Google Patents

섬유-보강 몰딩 화합물 및 이를 형성하는 방법 및 사용하는 방법 Download PDF

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KR20200038235A
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7세 크리스토퍼 존스턴
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에어라이트, 아이엔씨.
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Abstract

섬유-보강 몰딩 화합물 및 동일한 것을 형성하는 방법 및 사용하는 방법. 방법은 사전 함침된 보강 필라멘트를 포함하는 복합재 물질 및 제2 폴리머 물질(제1 폴리머 물질보다 높은 제2 용융 온도를 가질 수 있다)을 용융 흐름으로 투여하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 방법은 폴리머 물질로 탄소 보강 필라멘트를 사전 함침시켜 사전 함침된 가닥을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 방법은 압출 공정의 오프라인으로 폴리머 물질로 탄소 보강 필라멘트를 사전 함침시켜 사전 함침된 가닥을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적 방법은 폴리머 물질로 사전 함침된 보강 필라멘티를 포함하는 하나 이상의 기설정된 형상의 사전 함침된 플레이크를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질은 적어도 30%의 보강 필라멘트를 보호할 수 있다.

Description

섬유-보강 몰딩 화합물 및 이를 형성하는 방법 및 사용하는 방법
본 개시는 섬유-보강(fiber-reinforced) 몰딩 화합물 및 이를 형성하는 방법 및 사용하는 방법, 예를 들어 압출기 및 몰딩 시스템에서 사용하는 방법에 관한 것이다.
섬유-보강 복합재(composite)는 일반적으로 2가지 주요 성분들을 포함한다: 매트릭스 물질을 구성하는 폴리머 물질 및 보강 물질. 상기 폴리머 물질은 순수 수지(neat resin), 잡종 혼합물(neat resin), 동종 혼합물(blend), 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 폴리머 물질은 첨가제, 필러, 안정화제, 안료 및/또는 다른 구성 성분을 포함할 수 있다. 상기 보강 물질은 사이즈제(sizing agent)를 포함할 수 있는 섬유일 수 있다.
전형적으로, 상기 폴리머 물질 및 보강 물질은, 이들이 조합될 때 중간체 성질을 갖는 복합재 물질이 형성되도록 다른 성질들을 갖는다. 예를 들어, 상기 폴리머 물질은 상대적으로 낮은 강도일 수 있으나 상대적으로 높은 연신 특성(elongation property)을 가지며, 반면에 상기 보강 물질은 매우 강하나 상대적으로 부러지기 쉬울 수 있다. 복합재 물질로부터 유래한 복합재 플라스틱 부품은 보강 물질에 비하여 상대적으로 단단하면서 폴리머 물질 강도보다 더 큰 강도를 가질 수 있다.
사출 몰딩(injection molding)은 복합재 플라스틱 부품을 제조하기 위해 가장 폭넓게 사용된 공정들 중 하나이다. 하나의 공통된 사출 몰딩 공정은 한정된 길이의 펠렛을 이용하며, 이 펠렛은 사전에 제조되고 사출 몰딩 기계 내로 분산된다. 그러한 펠렛은 사전 함침된 섬유를 포함하는 복합재 물질일 수 있으며, 여기서 수지는 필라멘트라고 하는 각 개별 섬유를 실질적으로 적시거나 함침시킨다. 대안적으로, 그러한 펠렛은 와이어 코팅된 펠렛(wire coated pellet)의 형태로 함께 투여된 복합재 물질의 구성 성분들을 포함할 수 있으며, 상기 수지는 실질적인 함침이나 젖게하지 않고 대량의 보강 섬유 외부를 캡슐화하여, 압출기(extuder) 내에서 크게 혼합하여 실질적으로 젖음과 함침을 얻을 수 있다. 단섬유 펠렛은 폴리머 물질(예를 들어 수지) 내로 무작위적으로 혼합된 섬유를 포함한다. 장섬유 펠렛은 단일방향 섬유를 포함할 수 있다. 펠렛의 길이는 보다 긴 길이의 펠렛들을 이송 및 꺼내놓는 것이 어렵다는 이유로 1인치 이하로 전형적으로 제한될 수 있다. 상기 펠렛은 사출 몰딩 기계의 압출기 내로 공급된다. 동시에, 다른 타입의 펠렛은 사출 몰딩 기계 내로 공급되어 관련된 직능화(functionalization)를 얻어진 복합재 물질에 도입시킬 수 있다. 다른 타입의 펠렛들은 순수 수지 펠렛, 예를 들어 주요 확인된 폴리머 및 선택적으로 작은 단편 량의 안정화제 및/또는 첨가제만을 포함하는 펠렛, 첨가제 및/또는 필러와 조합된 수지 포함 펠렛(resin-containing pellet)을 포함한다. 상기 펠렛은 차가운 고체 상태로 압출기 내로 도입되어 펠렛이 서로 붙거나 및/또는 압출기 내로 공급물이 들어가는 것을 차단하는 것을 방지한다. 압출기 내로 펠렛을 제공한 후, 상기 펠렛은 압출기로 크게 전단(shear)되어 수지를 가열 및 용융하여 펠렛들이 또한 혼합되고 균일한 화합물로 균질화되어 형성(예를 들어 몰딩 또는 압출)에 사용된다. 이 공정(소성화) 동안 전단-용융 인터페이스 및/또는 마찰력은 섬유 길이를 크게 줄인다.
사출 몰딩의 대안적 형태는 인라인(in-line) 컴파운딩 방법을 포함하며, 이는 유리 보강 섬유의 건조한 토(tow: 짧은 섬유)(예를 들어 임의 폴리머, 잠재적으로 사이징외로 적셔지지 않은 것)를 수지에 노출시키고 및/또는 수지의 용융 흐름 내로 도입하여 압출기 내에서 크게 혼합하여 실질적으로 젖음 및 함침을 얻는다. 이 공정에서 상기 섬유는 수지 내에 분산되고 수지에 의해 적셔지고 필요하다면 절단되고 이어서 이종 혼합, 동종 혼합 및/또는 균질화되어 균일한 밀도의 화합물로 만들어 몰드 내로 사출하여 사출 몰드 부품을 제조한다.
압축 몰딩은 플라스틱 부품을 제조하기 위해 사용되는 또 다른 공정이며, 여기서 몰딩 화합물은 개방 온도-제어된 몰드 캐비티(open temperature-controlled mold cavity) 내에 놓아 사출 몰딩에서 전형적으로 요구되는 운전 시스템을 피하고 섬유의 전단 노출을 줄인다. 상기 몰드를 폐쇄하고 힘을 가하여 몰딩 화합물을 몰드 캐비티 모든 면적 내로 밀어 넣는다. 이 단계 동안, 온도 및 압력을 유지하여 열경화성(thermoset) 몰딩 화합물을 경화시키고 열가소성 몰딩 화합물을 고형화한다. 압축 몰딩은 복합 및 고강도 섬유 보강 부품을 몰딩하기 위해 사용될 수 있다. 상기 몰딩 화합물을 포함하는 물질은 열가소성 플레이크(상기 몰드 내에서 용융되고 연속해서 냉각되어야만 함), 벌크 열경화성 또는 열가소성 몰딩 화합물의 압출물, 열경화성 또는 열가소성 몰딩 화합물의 시트, 또는 이들의 조합의 형태로 몰드 내로 부하될 수 있다.
압축 몰딩의 대안 형태는 LFT-D (Long Fiber Thermoplastic - Direct)으로 알려진 산업에서 알려진 인라인 컴파운딩 옵션을 포함한다. 다시, 압출물 형태의 상기 복합재 플라스틱 몰딩 화합물은 인라인으로 제조되며, 여기서 유리 보강 섬유의 건조 토는 수지에 노출되고 및/또는 수지의 용융 흐름 내로 도입되어 압출기 내에 크게 혼합되어 실질적 젖음 및 함침을 얻는다. 상기 섬유는 수지 내에 분산되고 수지로 적셔지고 필요하면 절단되고, 동종 혼합, 이종 혼합 및/또는 균질화 되어 균일한 화합물이 되어 몰딩된다. LFT-D에서, 용융된 화합물을 압축 몰드 내로 직접적으로 도입한다.
다양한 압출 공정을 또한 사용하여 직접적으로 플라스틱 부품을 제조한다. 그러한 공정은 몰딩 화합물로부터 형상화된 제품을 압출하기 위하여 사용될 수 있다. 고정된 단면 프로파일을 갖는 부품을 제조하기 위하여 압출이 사용된다. 펠렛 형태의 복합재 또는 폴리머 물질을 압출기 내로 공급하여 복합재 또는 폴리머 물질을 가열하고 부드럽게 한다. 상기 몰딩 화합물을 다이(die)를 통해 눌러 나와 가능하다면 냉각수 내로 넣어 압출된 제품을 고형화한다. 압출을 사용하여 우수한 표면 피니시를 갖는 매우 복잡한 단면을 만들 수 있다.
블로우(blow) 몰딩은 플라스틱 부품을 제조하는데 사용된 또 다른 공정이다. 블로우 몰딩은 중공(hollow) 플라스틱 부품을 제조하는데 사용된다. 블로우 몰딩 공정은 전형적으로 펠렛으로부터 몰딩 화합물을 제조하면서 시작하고 이것으로 패리슨(parison)을 형성한다. 패리슨은 일 말단에 홀을 갖는 용융 물질의 튜브 유사 조각(tube-like piece)이며, 이 말단을 통해 압축된 공기가 통과할 수 있다. 패리슨은 몰드 내로 고정되고 공기를 그 안으로 불어넣는다. 상기 공기압은 이후 상기 용융 물질을 눌러 몰드와 매치시킨다. 일단 용융된 물질이 냉각되고 경화되면 몰드가 열리고 플라스틱 부품이 튀어나오게 한다.
요약
섬유-보강 몰딩 화합물 및 이를 형성하고 사용하는 방법에 관한 실시예들이 개시되어 있다. 방법은 용융 흐름 내로 사전 함침된 보강 필라멘트를 포함하는 복합재 물질 및 제2 폴리머 물질(제1 폴리머 물질보다 높은 제2 용융 온도를 가질 수 있음)을 투여하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 방법은 용융 흐름 내로 폴리머 물질로 사전 함침된 탄소 보강 필라멘트를 포함하는 복합재 물질을 투여하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 방법은 압출 공정의 오프라인으로 폴리머 물질로 탄소 보강 필리멘트를 사전 함침시켜 사전 함침된 가닥을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 방법은 압출 공정의 오프라인으로 폴리머 물질로 보강 필라멘트를 사전 함침시켜 사전 함침 테이프를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적 방법은 폴리머 물질로 사전 함침된 보강 필라멘트를 포함하는 하나 이상의 기설정된 형상의 사전-함침된 플레이크를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질은 적어도 30%의 보강 필라멘트를 보호할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 압축 몰딩을 위한 압출 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2a는 일 실시예에 따른 연속적인 가닥 테이프 물질의 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 연속적인 가닥 테이프 물질의 측면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 가열 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 4는 사전 함침된 플레이크로 나누어진 사전 함침된 가닥의 평면도를 나타낸다.
도 5는 테이프 포맷의 사전 함침된 가닥을 사전-함침된 플레이크로 나누기 위한 절단 도구의 개략도를 나타낸다.
도 6a, 6b 및 6c는 테이프 포맷의 사전-함침된 가닥을 플레이크로 나누는 다른 도식들을 개략적으로 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 압축 몰딩(compression molding)을 위한 압출(extrusion) 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따른 압출 시스템을 나타낸다.
도 9a는 또 다른 실시예에 따른 압출 시스템을 나타낸다.
도 9b, 9c, 9d 및 9e는 사전-함침된 연속 가닥의 단면의 예들을 나타낸다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 압출 시스템을 나타낸다.
본 발명의 예는 여기 설명된다. 그러나, 개시된 실시예들은 단지 실시예들이며 다른 실시예들이 다양하고 대안적인 형태들을 취할 수 있다고 이해된다. 상기 도면들은 규모화할 필요가 없으며; 일부 특징들은 과장하거나 최소화하여 특정 구성들을 상세하게 나타낼 수 있다. 그러므로, 여기 개시된 구체적 구조 및 기능성 설명은 제한되는 것으로 해석되지 않으며, 단지 당해 기술 분야의 통상의 기술자가 실시예를 다양하게 구현하는 대표적인 기초일 뿐이다. 통상의 기술자가 이해할 것으로서, 임의 도면들을 참조로 설명되고 구현되는 다양한 특징들은 하나 이상의 다른 도면들에 설명된 특징들과 조합되어 명백하게 설명되거나 구현되지 않은 실시예들을 제조할 수 있다. 설명된 특징들의 조합은 전형적인 응용 분야에 대한 대표 실시예를 제공한다. 그러나, 본 개시 내용과 일치하는 특징들을 다양하게 조합 및 변형하는 것은 특정 분야 또는 실행에 대해 바람직할 수 있다.
용어 “약”은 개시되거나 또는 청구된 실시예들을 설명하기 위하여 사용될 수 있다. 용어 “약”은 본 출원에 개시되거나 또는 청구된 값들을 수정할 수 있다. 예를 들어, "약"은 수정하는 값이 상기 값의: ±0%, 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5% 또는 10% 내라는 것을 의미한다.
상술한 것처럼, 섬유-보강 물질의 컴파운딩 동안, 섬유는 절단되고 혼합될 수 있다. 예를 들어, 사전 형성된 펠렛들이 사용될 때, 상기 가소화 동안 고체-용융 인터페이스는 섬유 길이를 크게 줄인다. 아직 용융되지 않은 펠렛들(예를 들어 여전히 고체)은 용융의 섬유와 접촉시킬 수 있으며, 이는 섬유를 손상시키거나 및/또는 절단시킬 수 있다. 상기 절단은 용융물에서 상기 섬유의 길이, 궁극적으로 최종 제품의 길이를 줄일 수 있다. 일반적으로, 최종 제품에서 섬유 길이는 최종 제품의 품질 또는 성질에 긍정적으로 대응할 수 있다. 예를 들어, 만약 고강도(인장 강도) 섬유가 복합재 물질 내에 포함된다면, 최종 제품의 전체 강도가 전형적으로 높아지면 포함된 섬유의 보유 길이가 더 길어진다.
섬유 손상 및 섬유 길이는 모든 보강 섬유에 대해 중요한 인자들이며, 일부 타입의 섬유들은 다른 것들 보다 더 단단하다. 강하고 단단한 탄소 섬유는 또한 일반적으로, 예를 들어 유리 섬유에 비하여 상당히 약하다. 그러므로 탄소 섬유는 혼합으로 인한 전단, 건조 섬유들 사이의 마찰력 및/또는 펠렛 컴파운드딩을 위한 고체-용융 인터페이스로 인하여 특히 손상되기 쉬울 수 있다. 예를 들어 사출 또는 압축 몰딩을 위한 인라인 컴파운딩 동안, 미미한 함침 또는 적셔진 수지 내에 캡슐화된 건조 토 또는 토들을 용융 흐름 내로 도입할 때, 건조 섬유들 사이의 마찰력뿐만 아니라 상기 용융 흐름 내로 탄소 섬유들을 분산하고 적시기에 필요한 작업 결과 탄소 섬유에 심각한 손상을 일으켜서 섬유 길이를 심각하게 축소시킨다. 상술한 것처럼, 이 손상 및 절단은 몰드된 부품의 기계적 성능을 심각하게 줄일 수 있다. 게다가, 보다 높은 섬유 농도에서 마찰에 의한 가열뿐만 아니라 섬유 마찰 상의 섬유는 열적으로 수지를 열하시키거나 영구적으로 경화를 시작한다(열경화성 수지). 임의 사전 함침없는 탄소 섬유 토는 10% 부피율(volume fraction, Vf)만큼 낮은 큰 섬유 손상을 나타낸다. 부피율이 20%에서 30%로 증가할 때, 인장 강도(tensile strength)가 줄어든다. 이는 수지 열화를 야기하는 마찰로 인한 제어되지 않은 열 발생으로 인하여 40% 이상의 부피율이 유지될 수 없다는 것을 나타내었다.
따라서, 보강 섬유에 손상을 줄이기 위한 물질, 시스템 및 방법이 여전히 필요하다. 특히, 탄소 섬유에 대한 손상을 줄이고 마감된 복합재 부품에서 섬유 길이를 더 길게 할 수 있는 연구가 유리할 것이다. 여기 하나 이상의 실시예에서, 상기 압출 공정으로부터 오프라인으로 그리고 정확하고 섬세한 작동 조건하에서 제조된 보강 섬유를 포함하는 사전 함침된 복합재 물질을 사용하는 몇가지 접근법이 제안되었으며, 이는 섬유 손상을 줄이고 섬유 길이를, 특히 탄소 섬유의 길이를 증가시킨다. 일 실시예에서, 보강 섬유를 포함하는 사전-함침된 복합재 물질의 연속적인 가닥이 몰딩 화합물의 일부 또는 전부로서 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 매우 높은 면적 대 두께 비를 갖는 사전-함침된 복합재 물질이 예를 들어, 연속적인 테이프 또는 플레이크로서 몰딩 화합물의 일부 또는 전부로서 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 사전-함침된 복합재 물질이 성립된 용융 흐름 내로 도입될 수 있다. 상기 용융 흐름은 하나 이상의 폴리머, 첨가제, 필러 및/또는 다른 구성 성분들을 포함할 수 있다. 이들 연구들은 각 연구의 장점 및 시너지 장점을 갖는 추가적인 공정들을 만들기 위하여 더 조합될 수 있다.
도 1을 참조하면, 압축 몰딩을 위한 압출 시스템(10)의 개략도가 보여진다. 상기 시스템(10)은 압출기(12)를 포함할 수 있으며, 이는 스크류 압출기일 수 있다. 상기 압출기(12)는 단일 스크류(14)를 포함하거나, 트윈-스크류 압출기일 수 있다. 압출기(12)는 원료 물질, 예를 들어 사전-함침된 연속 가닥(18)을 압출기(12)의 후미 말단 또는 후미부(20)로 수용하는 입구 포트(16)를 포함할 수 있다. 상기 스크류(14)는 압출기 내에서 사전 함침된 연속 가닥(18)을 앞으로 나아가게 할 수 있고 복합재 물질을 회전, 절단, 혼합, 전단 및 가열시키며 시간에 따라 이동하면서 몰딩 화합물(22)을 제조하여 상기 물질이 압출기(12)의 전단 또는 전단부(24)에 도달하게 한다.
압출기(12)의 전단(24)은 다이(26)를 포함할 수 있고, 이는 그 안에 개구부를 규정할 수 있다. 상기 몰딩 화합물(22)은 상기 스크류(14)로부터 압력하에 상기 다이(26)를 통해 힘이 주어진다. 압축 몰딩 시스템의 경우에, 예를 들어 도 1에 보여진 것과 같은 경우에, 다이(26)는 블랭크(28)로 몰딩 화합물(22)를 형성할 수 있다. 블랭크(28)은 이후 몰드(32)를 갖는 압축 프레스(30)로 공급될 수 있다. 상기 블랭크(28)는 몰드(32) 내로 직접적으로 압출시키거나 또는 슈팅 포트(shooting port)로부터 사출을 통하는 단계를 포함하는 임의 적당한 방법으로 몰드(32)로 이송될 수 있다. 상기 블랭크(28)은 압출기(12)로부터 프레스(30)로 컨베이어 벨트(34)를 통해 이송될 수 있다. 블랭크(28)은 임의 적당한 방법, 예를 들어 도시된 것처럼 로봇(36)을 사용하여 몰드(32) 내로 부하될 수 있다. 상기 블랭크(28)는 몰드(32)가 폐쇄될 때 상기 블랭크(28)가 몰드(32)의 캐비티에 맞춰지고 원하는 부품 형상에 대응하는 몰드 캐비티 형태를 갖도록 몰드(32) 내로 부하될 때 용융 및 유연한 상태일 수 있다. 열가소성 몰딩 화합물에 대하여, 상기 몰드(32)는 그 안에 냉각 채널을 포함하여 부품의 냉각을 가속화한다. 상기 부품이 형성되고 이 형상을 유지할 정도로 충분히 냉각시킨 후, 상기 몰드(32)로부터 튀어나올 수 있다. 열경화성 몰딩 화합물에 대해서는, 상기 몰드(32)는 그 안에 가열 채널을 포함하여 물질의 화학적 경화를 가속화할 수 있으며, 이 후에 상기 부품은 몰드로부터 단단한 상태로 튀어나올 수 있다.
사전 함침된 연속 가닥(18)은 폴리머 물질 및 보강 섬유를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질은 열가소성 또는 열경화성 폴리머 물질일 수 있다. 상기 폴리머 물질은 사전-함침된 연속 가닥(18)을 제조하는 공정에 맞춤제조될 수 있다. 예를 들어, 보다 높은 용융 흐름은 보다 낮은 점도 수지를 사용하여 섬유의 젖음 및 함침을 용이하게 할 수 있다.
상기 섬유들은 임의 적당한 보강 물질, 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 합성 섬유[e.g., 아라미드 또는 초고분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE)], 천연 섬유, 또는 임의의 이들의 조합일 수 있다. 섬유의 형상-인자, 예를 들어 크기 및 수는 섬유 타입에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 탄소 섬유는 일반적으로 섬유 토 내로 다발로 들어가질 수 있고, 이는 수천 가닥의 개별 탄소 필라멘트(e.g., 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 50k 또는 다른 크기, 여기서 "k"는 1000을 나타낸다)를 포함한다.
사전-함침된 연속 가닥(18)은 테이프 또는 코드의 포맷(예를 들어, 원형 또는 타원형 단면을 갖음)일 수 있다. 도2a 및 2b에 보여진 것처럼, 사전 함침된 연속 테이프(46)는 폴리머 물질(44) 내에 연속 섬유(42)를 포함한 것이다. 여기 사용된 것처럼, 연속 섬유는 사전 함침된 연속 테이프(46)의 길이 또는 폭 전반에서 부러지지 않은 것들일 수 있다. 상기 섬유(42)는 실질적으로 단일 방향으로 배열될 수 있고, 이는 사전-함침된 연속 테이프(46)의 길이와 평행일 수 있다(예를 들어 도 2a에 도시된 것처럼). 다른 실시예에서, 상기 섬유는 한정된 길이 또는 한정된 길이 및 연속 섬유의 조합일 수 있다. 사전 함침된 연속 테이프(46)의 길이는 다음 값들 중 어느 하나 또는 다음 값들 중 임의 2개의 범위 내일 수 있다: 0.01, 0.1, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 50 또는 100km. 긴 길이의 사전 함침된 연속 가닥은 롤(roll) 또는 스툴(spool)로 수집될 수 있다. 롤로 감아지지 않은 사전-함침된 연속 테이프(46)의 일부는 도 2a의 평면도 및 도 2b의 측면도로 보여진다. 사전-함침된 연속 테이프(46)는 상대적으로 큰 폭(W)(도 2a) 및 상대적으로 작은 두께(T)(도 2b)를 가질 수 있다. W는 다음 값들 중 어느 하나 또는 다음 값들 중 임의의 2개 범위 내일 수 있다: 6, 60, 120, 180, 240, 300, 360, 420, 480, 540 및 600 mm. T는 다음 값들 중 어느 하나 또는 다음 값들 중 임의 2개의 범위 내일 수 있다: 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 및 1.0 mm.
적어도 어느 하나 실시예에서, 사전 함침된 연속 테이프(46) 중 섬유(42)는 실질적으로 폴리머 물질(44)에 의해 적셔지고 함침된다. 여기 사용된 것처럼, 실질적으로 적셔지고 함침된 물질은 각 필라멘트가 폴리머 물질로 크게 코팅되거나 또는 폴리머 물질에 의해 다른 필라멘트로부터 분리시켜 보호되는 물질이다. 실제적으로 연속적으로 적셔지고 함침된 것은 모든 필라멘트가 폴리머 물질로 코팅되거나 보호되거나 및/또는 각 필라멘트가 폴리머 물질로 크게 코팅되거나 둘러쌓여질 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
현미경 관찰법(microscopy)은 사전-함침된 복합재 물질, 예를 들어 연속 가닥 내에 적심 및 함침을 평가하기에 유용할 수 있는 기술이다. 광학적, 적외선, 및 전자 현미경 관찰법은 연속 공정 동안 다른 필라멘트와 가능한 직접적 접촉으로부터 폴리머 물질, 예를 들어 수지로 보호된 표본 내 개별 필라멘트를 확인하고 수를 세는데 적용될 수 있다. 필라멘트의 총 수로부터 보호된 필라멘트의 퍼센트는 젖음 및 함침의 정도를 정량할 수 있다. 예를 들어, 샘플 단면은 사전 함침된 복합재 물질 내에 존재하는 각 섬유 축에 대해 제조될 수 있다. 각 샘플 단면은 개별 필라멘트 말단을 확인할 수 있을 만큼 충분한 크기로 보여질 수 있다. 만약 폴리머 물질이 필라멘트를 둘러싸서 상기 필라멘트와 인접한 필라멘트 사이에 장벽을 완전하게 형성한다면 필라멘트는 보호된 것으로 생각될 수 있다. 다른 필라멘트와 포인트 접촉은 폴리머 물질이 필라멘트의 환경 곳곳에 존재하는 것을 조건으로 허용된다. 필라멘트와 접촉시 보이드(void)는, 폴리머 물질이 필라멘트 및 보이드를 완전하게 캡슐화한다는 것을 조건으로 허용된다. 필라멘트에 인접하지는 않지만 폴리머 물질 내에 분산된 보이드는 치수에 영향이 없다. 통계적으로 큰 샘플 크기의 데이터들을 수집하고 분석하여 적심 및 함침된 필라멘트 대 총 필라멘트의 퍼센트를 얻는다.
압출기에 들어가기 전에, 좋지 못한 적심, 예를 들어 토를 유지하고 퍼트리고, 섬유 다발 내로 폴리머 물질을 주의깊게 넣는 작업을 하려는 노력없이 목적에 도달하기 위해 섬유 토를 수지에 노출시키면, 그 결과 압출기 내에서 혼합하는 동안 섬유들 사이에서 마찰력이 증가하고, 남아있는 섬유 다발을 열고 젖음 및 함침을 얻기 위하여 상기 용융 흐름 내로 보다 큰 작업(전단)을 할 스크류 디자인이 필요할 수 있다. 그 결과 몰딩 화합물 내 섬유 길이 보유력이 낮으며, 전형적으로 탄소 섬유의 경우 평균 섬유 길이 2mm 미만이지만, 보다 자주 평균 섬유 길이 1mm 미만이 된다. 사전 함침된 복합재 물질, 예를 들어 연속 가닥이 오프라인(예를 들어 압출기 내가 아님)으로 제조되고, 여기서 인장하에서 함침시키는 동안 토를 적절하게 유지하고 조작하여 실질적으로 젖고 함침된 가닥을 제공하고, 총 필라멘트에 대한 젖고 함침된 필라멘트의 수는 30%, 50%, 75%, 95% 또는 98% 이상이다. 보다 높은 수준으로 사전-함침하면 그 결과 가공 동안 섬유 길이의 보유를 통해 몰드된 부품의 성능을 개선하게 된다.
실질적 젖음을 완성하기 위해서는 사전 함침된 복합재 물질을 제조할 때 다중 파라미터들을 정확하게 제어할 필요가 있을 수 있다. 특정 복합재 물질은 다른 것보다 더 높은 수준으로 제어될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 이들의 물리적 성질 및 보다 작은 필라멘트 직경으로 인하여, 탄소 섬유를 실질적으로 함침시키거나 적시는 것은 대부분의 다른 섬유 타입, 예를들어 유리 섬유보다 훨씬 더 어렵다. 예를 들어, 특정 인라인 컴파운딩 공정을 위해 연속적인 로빙(roving)으로서 보통 사용된 E-유리 섬유는 14~24㎛의 필라멘트 직경 및 절단(failure) 전까지 4.5%~4.9%에 근접한 인장을 나타낼 수 있으나; 탄소 섬유의 강성도(stiffiness) 및 강도가 유리 섬유에 비하여 매우 우수하다고 할지라도, 탄소 섬유는 전형적으로 5~10㎛에 근접한 필라멘트 직경과 보다 높은 모듈러스 섬유에 대해서는 7% 이하로부터 높은 강도 섬유에 대해 약 2.2%까지의 인장을 나타낸다. 각 필라멘트의 젖음과 함침이 수행되는 동안에, 탄소 섬유를 실질적으로 젖게 하려면 섬유 긴장(tension)을 정확하고 세심하게 제어할 필요가 있고, 예를 들어 토를 서로 접촉된 것에서 개별 필라멘트로 방출하고 표면적을 증가시시키기 위하여 퍼뜨리고, 사이징(화학적 표면 처리)할 때 습기를 제거하기 위하여 섬유를 건조시키고, 폴리머 물질의 용융점에 가깝거나 그 이상으로 섬유를 사전 가열하고, 상기 섬유에 수지를 정확하게 적용시키고, 열 및 압력하에서 벤딩 및 가로방향 전단 또는 연장된 기간을 최소화하는 섬세하고 반복적인 섬유 조작을 할 필요가 있다. 상기 정확하고 섬세한 제어는 단순한 한 쌍의 닙(nip) 롤러의 롤러 닙의 단순성으로도, 수지와 접촉하는 채널 또는 다이를 통해 탄소 섬유를 인출하는 것을 통해서도 얻어질 수 없고, 여기서 필라멘트는 부서지고 축적되어 상기 채널 또는 다이를 통해 탄소 섬유 토를 인출하는 것을 방해할 수 있다.
사이즈제는 전형적으로 다양한 구성 성분들, 예를 들어 필름 형성제, 결합제, 수지 및/또는 다른 화합물을 포함하는 필라멘트에 적용된 복잡한 화학적 혼합물이다. 사이즈제는 유기 용매를 사용하는 분산액 또는 용액 또는 수성계 용액 또는 분산액으로 전형적으로 적용될 수 있다. 사이즈제의 비제한적 기능은 (1) 연속적인 핸들링, 예를 들어 직조 동안 마모로부터 필라멘트를 보호, (2) 정전기의 제어, 및 (3) 연속되는 공정 동안 적용된 필라멘트 및 수지 사이의 화학적 결합의 촉진을 포함한다.
사이즈제는 매트릭스 물질의 주된 기능이 섬유들 사이에 로드(load)의 이송을 용이하게 하고 외부력 또는 환경적 손상으로부터 섬유을 보호한다는 점에서 매트릭스 물질과 차이가 있다. 게다가, 매트릭스 물질은 탄소 섬유보다 절단(failure) 전 더 높은 스트레인을 나타내며 복합재 물질의 인성(toughness)에 기여할 수 있다. 일단 건조되면, 사이징이 개별 필라멘트들을 함께 약하게 붙잡는 경향이 있다.
복합재 물질의 섬유, 특히 탄소 섬유를 실질적으로 젖게 하는 것이 상대적으로 어렵다는 점외에, 복합재 물질을 직접적으로 컴파운딩하는 것 또한 도전이다. 그러한 도전 하나는, 특히 탄소 섬유에 대한 도전은 처리량(throughput)이다. 실질적 섬유 함침 또는 젖음은 상술한 바와 같이 높은 준위로 제어할 필요가 있다. 따라서, 사전-함침된 연속 가닥이 발생되는 속도는 직접적 컴파운딩 시스템 내로 제한될 수 있다. 일 실시예에서, 1,000tex(g/1,000m)로 각각 24k 필라멘트를 갖는 50 탄소 섬유 토가 10m/분으로 함침되면, 사전 함침된 연속 가닥이 약 60kg로 제조될 수 있다. 그러나, 전형적인 몰딩 또는 압출 공정은 보다 큰 양의 원료 물질, 예를 들어 대규모 이상이 필요할 수 있다.
따라서, 적어도 일 실시예에서, 사전 함침된 연속 가닥(18)은 사출 공정(예를 들어 오프 공정) 전에 완전히 생성될 수 있다. 사전-함침된 연속 가닥(18)은 완전히 고체 주입 또는 출발 물질일 수 있으며, 롤 또는 스툴로서 형성될 수 있다. 사전 함침된 연속 가닥의 형성은 그러므로 압출 공정으로부터 완전히 분리될 수 있다. 이것으로 각 공정은 그 자신의 작동 조건을 사용하여 수행될 수 있게 되며, 이는 각 공정에 대해 최적화될 수 있다. 사전 함침된 연속 가닥이 다량 생성되고 제자리에서 직접적으로 컴파운딩될 수 있는 압출기로 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 사전-함침된 연속 가닥(예를 들어, 오프라인으로 형성된 테이프)은 압출 공정, 예를 들어 시스템(10)로 수행된 공정을 위한 전체 원료 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 사전 함침된 연속 가닥의 조성물은 최종 몰드 부품의 목적 조성물과 동일하거나 매우 유사할 수 있다.
사전-함침된 연속 가닥(예를 들어, 테이프)이 전체 원료 물질이 아닌 경우의 일 실시예에서, 추가적 구성 성분이 압출기에 첨가될 수 있고, 사전 함침된 연속 가닥(예를 들어, 테이프)으로 컴파운드될 수 있다. 추가 구성 성분들은 폴리머/수지(예를 들어, 순수한 폴리머), 첨가제, 예를 들어 UV 또는 열 안정화제 또는 상용화제, 필러, 블로우제, 착색제 또는 다른 구성 성분들을 포함할 수 있다. 만약 하나 이상의 폴리머 또는 수지를 사전 함침된 연속 가닥(예를 들어, 테이프)에 첨가하면, 이들은 사전 함침된 연속 가닥 내에 사용된 것과 동일한 타입의 폴리머 또는 수지이거나 다른 수지(또는 둘 다의 조합, 만약 다중 폴리머가 첨가되는 경우에)일 수 있다.
첨가된 폴리머 물질이 사전 함침된 연속 가닥과 동일하면, 제공된 추가적 폴리머 물질이 효과적으로 절단되고 용융 흐름의 섬유 농도를 희석시킨다. 따라서, 사전 함침된 연속 가닥(예를 들어, 테이프)은 몰드된 부품 내에서 원하는 목표 농도보다 높은 섬유 농도로 형성되고 이후 압출기 내에서 동일한 조성의 순수 폴리머와 혼합되어 섬유 농도를 목표 농도로 줄일 수 있다. 만약 첨가된 폴리머 물질이 사전 함침된 연속 가닥과 다르면, 폴리머 혼합물 또는 합금은 압출 동안 형성될 수 있다. 이것으로 사전 함침된 연속 가닥에 사용된 폴리머 물질에 비교하여, 형성된 부품 내에서 폴리머 성질을 조절하거나 변화할 수 있게 한다.
사전 함침된 연속 가닥(예를 들어 테이프)의 섬유를 함침시키거나 젖게 하는 것으로 압출 공정 동안 섬유를 보호할 수 있다는 것을 밝혔다. 상술한 것처럼, 압출 공정은 원료 물질 내 섬유를 손상시킬 수 있는 특히 탄소 섬유와 같은 보다 약한 섬유를 손상시킬 수 있는 전단 및 혼합 단계를 포함한다. 상기 손상은 복합재 물질의 기계적 성질을 줄이거나 및/또는 보다 짧은 길이로 섬유를 부러트리거나 또는 절단(이는 또한 기계적 성질을 줄임)시킬 수 있다. 그러나, 실질적으로 함침되고 젖셔진 섬유는 압출 공정 동안 그러한 손상으로부터 더 보호되는 것을 발견하였다. 필라멘트는 폴리머 물질과 완전히 접촉하기 때문에 섬유는 직접적으로 접촉되고 손상될 위험이 덜하다.
이 개선된 보호법은 첨가제, 필러, 또는 전형적으로 섬유를 손상시키거나 함침을 방해할 다른 구성 성분들을 사용할 수 있게 한다. 예를 들어, 일부 폴리머들은 함침 동안 다른 것에 비해 섬유에 손상을 야기할 수 있다. 복합재 물질은 전형적으로 젖음과 함침을 보다 용이하게 하도록 낮은 점도 또는 보다 높은 용융 흐름을 제공하는 보다 낮은 분자량 수지로 제조되는 반면에, 그러한 수지의 강도는 이들의 높은 분자량에 대응하는 수지의 강도보다 낮다. 게다가, 비용을 줄이거나 및/또는 표면 외관을 증진시키는 미네랄 필러는 섬유에 큰 손상을 일으키는 마모제일 수 있다. 티타늄 디옥사이드와 같은 안료(예를 들어, 흰색)는 특히 마모적이다. 일 실시예에서, 상기 사전-함침된 연속 가닥은 섬유에 덜 가혹한 폴리머 물질(예를 들어, 상기 인자들을 기초로 함) 및/또는 상기 섬유를 용이하게 적시고 함침시키는 폴리머 물질(섬유 타입에 따라 달라질 수 있음)을 포함할 수 있다. 사전-함침된 연속 가닥은 압출기 내에서 폴리머 물질 또는 구성 성분들과 조합될 수 있으며, 이는 압출기 내에서 연속 가닥을 함침시키고 젖게 하는데 사용된 폴리머 물질보다 섬유에 더 혹독하다. 완전히 함침된 섬유는 보다 혹독한 물질들로부터 보호될 수 있고 섬유에 대한 손상이 줄어들거나 제거될 수 있고, 몰드된 부품의 최종 섬유 길이가 증가될 수 있다.
상술한 것처럼, 사전 함침된 연속 가닥 및 그로 인해 제공된 섬유의 보호는 압출 공정에서 섬유 길이를 보다 길게 할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 평균 최종 섬유 길이(예를 들어 압출된 몰드 제품 내에서 섬유 길이)는 탄소 섬유에 대해 적어도 2mm일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 평균 최종 섬유 길이는 다른 섬유 타입에 대해서는 적어도 5, 10, 15 또는 20mm일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 평균 최종 섬유 길이는 다른 섬유 타입에 대해 적어도 0.25인치, 0.5인치, 또는 0.75인치일 수 있다. 비교하자면, 사전 함침된 펠렛 또는 건조한 탄소 토 또는 약하게 적셔지고 함침된 토로 직접 컴파운딩한 것(예를 들어 압출기 내에서 인라인으로)은 전형적으로 탄소 섬유에 대하여 2mm 미만이고 때때로 1mm 미만이다.
도 3을 참조로 하면, 가열 시스템(50)은 압출 시스템(10) 내에 포함될 수 있다. 가열 시스템(50)은 하나 이상의 히터 또는 가열 소자(52)를 포함할 수 있다. 상기 가열 소자(52)는 임의 적당한 가열 도구 또는 장치, 예를 들어 뜨거운 공기 히터, 불꽃 히터, 적외선(IR) 히터, 컨덕션(conduction) 히터, 인덕션(induction) 히터, 레이저 또는 다른 것들뿐만 아니라 이들의 조합들일 수 있다. 가열 소자(52)는 이들이 입구 포트(16)에 들어가기 전(예를 들어 포트에 들어가기 바로 직전)에 사전 함침된 연속 가닥(18)을 가열하게 구성되도록 입구 포트(16)에 인접하게 위치될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 사전 함침된 연속 가닥(18)은 사전 함침된 연속 테이프(46)일 수 있다. 가열 시스템(50)은 부드러워지나 여전히 고체(예를 들어, 폴리머 물질의 용융 온도 이하)가 되도록 원료 물질을 가열하도록 구성될 수 있다. 이는 폴리머 물질을 용융시키기 위하여 압출기에 의해 가해져야만 하는 추가 열/에너지의 양을 줄일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가열 시스템(50)은 적어도 부분적으로 또는 완전히 용융될 수 있도록, 폴리머 물질의 용융 온도 또는 그 이상으로 원료 물질을 가열하도록 구성될 수 있다. 이는 압출기에 의해 가해질 필요가 있는 에너지를 더 줄일 수 있고, 압출 공정을 용이하게 할 수 있다. 상기 원료 물질을 부드럽게하거나 용융시키는 것으로, 용융되지 않은 원료 물질이 용융 흐름 내에서 접촉하는 동안 섬유를 손상시키는 고체-용융 인터페이스를 제거하거나 최소화한다. 테이프 또는 플레이크는 이의 형상 인자에 내재하는 컴플리언스(compliance)에 의한 섬유 손상을 더 보호하고 열 전이를 용이하게 한다.
도 4 및 5를 참조로 하면, 적어도 하나의 일 실시예에서, 상기 사전 함침된 연속 가닥이 플레이크(60)로서 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 플레이크(60)는 사전 함침된 연속 테이프(46)를 다수의 규정된 분절들로 절단, 조각(shredding), 다짐(chopping), 또는 그렇지 않다면 나누는 것으로 형성될 수 있다. 압출기 내로 플레이크를 도입하는 것으로, 초기 섬유 길이 대 압출기 내 절단 건조 토 또는 사전 함침된 연속 가닥에 우수한 제어력을 제공하며, 여기서 상기 토 또는 사전 함침된 연속 가닥 내 섬유를 스트레칭 및 전단하면 결과적으로 섬유에 손상을 주고, 제어되지 않은 섬유 길이의 분포를 가져올 수 있다. 사전 함침된 연속 가닥(46)은 이들의 장축에 대해 수직 방향으로 절단되어 다수의 직사각형 플레이크(60)(테이프(46)가 직사각형인 것을 조건으로 함)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 플레이크(60)는 이 안의 섬유들이 모두 실질적으로 동일한 길이(예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같음)가 되도록 절단될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 플레이크(60)는 그 안의 섬유 길이가 변화하도록 절단될 수 있다. 예를 들어, 상기 절단은, 플레이크의 일측면을 테이프의 장축에 수직이고 다른 측면은 상기 플레이크의 폭을 가로지르는 다양한 섬유 길이를 만들어내는 일정 각도로 존재하도록 교대로 수직과 사선 패턴으로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 수직 절단을 하여, 압출기 내로 하나의 출발 길이와 동일한 길이를 만들 수 있다. 또 다른 실시예에서, 수직 절단을 사용하여 각 절단의 상대적인 비를 기초로 특정 크기들로 여러 가지 길이로 만들 수 있다. 대안적인 실시예에서, 상기 원료 물질은 최소 및 최대 플레이크 길이들 사이에서 섬유 길이들을 연속적인 분포로 제공하기 위하여 일정 각도로 절단될 수 있다.
도 6a, 6b 및 6c는 기설정된 분포의 섬유 길이를 갖는 사전-함침된 플레이크로 각각 나누어진, 사전-함침된 연속 테이프(70, 72, 74)의 예들을 더 설명한다. 사전 함침된 연속 가닥(70, 72, 74) 각각은 연속 보강 섬유를 포함한다. 이들 보강 섬유는 사전 함침된 연속 테이프(70, 72, 74) 각각에 보여진 나누는 선(76, 78, 80)에 따라 나누어진다. 도 6a에는, 사전 함침된 연속 테이프(70)는 나눔선(76)에 의해 플레이크(82)로 나누어지고, 각 플레이크는 동등한 길이(A)를 갖는다. 도 6b에서, 사전 함침된 연속 테이프(72)는 나눔선(78)에 의해 플레이크(84)로 나누어지며, 각 플레이크는 길이 A 또는 길이 B를 갖는다. 일 실시예에서, 길이 A는 5mm일 수 있고 길이 B는 10mm일 수 있다. 도 6b에서 확인된 나눔 도식은 길이 A를 갖는 플레이크 반 및 길이 B를 갖는 플레이크 반을 갖는 균일한 분포의 플레이크를 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 이 나눔 도식은 3 이상의 다른 기설정된 길이로 소정의 패턴으로 플레이크들을 나누어 균일하거나 또는 비균일한 분포로 3 이상의 다른 소정의 길이들로 만드는데 사용될 수 있다. 도 6c에서, 사전 함침된 연속 테이프(74)는 나눔선(80)에 의해 플레이크(86)로 나누어진다. 각 플레이크는 길이 A를 갖는 측면과 길이 B를 갖는 반대 측면을 갖는 4변형이다. 이들 플레이크들은 길이 A에서 길이 B로 변화하는 균일한 분포의 섬유들을 만든다. 일 실시예에서, 길이 A는 5mm일 수 있고 길이 B는 10mm일 수 있다.
여기 사용된 것처럼, 용어 플레이크는 상대적으로 일치하는 길이 및 폭과 상기 길이 및 폭에 비해 작은 두께를 갖는 형상을 의미할 수 있다. 만약 플레이크(60)가 테이프, 예를 들어 테이프(46)로부터 형성되면, 상기 플레이크는 테이프와 동일한 두께 및 폭을 가질 것이나 유한한 길이를 가질 것이다. 플레이크(60)는 테이프(46)와 유사한, 여기 배치된 연속 섬유들을 가질 수 있다. 상기 섬유는, 상기 플레이크의 일측면으로부터 다른 측면으로 부러지지 않고 연장하거나 또는 테이프(46)에 대해 상술된 것들과 유사한 다른 패턴을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 플레이크(60)는 압출기 내로 도입되기 전에 바로 형성될 수 있다. 연속 원료 물질(62)이 절단 장치(64)를 통해 공급되어 절단, 전단 또는 연속 원료 물질(62)를 다수의 분리된 플레이크(60)로 나눌 수 있다.
상기 플레이크(60)는 중력에 의해 입구 포트(66) 내로 떨어지고 압출기로 공급되어 용융 및 가공된다. 연속 원료 물질(62)은 테이프, 예를 들어 상술된 테이프(46)일 수 있다. 상기 연속 원료 물질(62)은 임의 수단, 예를 들어 롤러 또는 컨베이어 벨트를 사용하여 절단 장치(64)로 공급될 수 있다. 상기 절단 장치(64)는 임의 적당한 절단 소자 또는 소자들(68), 예를 들어 절단 롤러, 다짐 블레이드(chopping blade), 레이저 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가열 시스템, 예를 들어 도 3에 대해 도시되고 설명된 가열 시스템이 포함되고 플레이크(60)가 입구 포트(66)에 떨어질 때 이들을 가열하도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 플레이크(60)가 생성되고 상기 압출기 내로 도입 전 수집될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 입구 포트(66) 내로 떨어지는 대신에, 플레이크(60)는 수집기, 예를 들어 통 또는 용기 내로 떨어질 수 있다. 압출 및 몰딩 작용이 수행될 때까지 이후 플레이크(60)는 벌크로 저장될 수 있다. 플레이크가 필요할 때, 종래 펠렛이 도입되는 것과 유사한 방법, 예를들어 호퍼(hopper)를 통해 압출기 내로 공급될 수 있다.
특정 분야에서, 플레이크는 펠렛보다 빠르게 용융할 수 있으며, 특히 이들의 큰 표면적 및 작은 두께로 인하여 기존 용융 흐름 내로 도입될 때 펠렛보다 빠르게 용융할 수 있다. 또한 플레이크는 펠렛처럼 단단하지 않고 완전히 용융되기 전에 전단될 때 부서지지 않고 보다 용이하게 순응할 수 있다.
도 7을 참조로 하면, 압축 몰딩을 위한 압출 시스템(100)의 개략도가 보여진다. 시스템(100)은 동일한 숫자들을 공유하는 유사한 소자들을 갖는, 시스템(10)과 유사할 수 있다. 2개 시스템에서 차이는 이하 설명된다. 시스템(100)은 압출기(12)를 포함할 수 있다. 압출기(12)는 압출기(12)의 후단 또는 후방부(20)에 하나 이상의 원료 물질(104)를 수용하는 입구 포트(102)를 포함할 수 있다. 스크류(14)는 압출기 내 원료 물질(102)를 앞으로 밀고 상기 물질을 회전, 혼합, 전단 및/또는 가열할 수 있어 이것은 이동하여 물질들이 압출기(1)의 전단 또는 부분(24)에 도달하는 시간까지 용융 흐름(22)을 형성한다.
적어도 일 실시예에서, 원료 물질(104)은 적어도 하나의 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질은 펠렛, 입자, 또는 당해 기술분야에 알려진 임의 다른 형성 인자로서 형성될 수 있다. 폴리머 물질은 호퍼로부터 입구 포트(102)로 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 입구 포트(102)로 공급된 폴리머 물질은 그 안에 보강 섬유가 없는 순수 수지일 수 있다. 그러한 경우에, 폴리머 물질의 섬유 농도는 0이다. 폴리머 물질은 첨가제, 예를 들어 필러, 블로우제, 착색제, 및/또는 다른 구성 성분들을 포함할 수 있다. 상기 폴리머 물질 또는 구성 성분은 그러므로 압출기의 배후 근처로 도입될 수 있고 혼합 및 전단(shear)을 시작할 수 있고, 이들은 전단(front end)쪽으로 이송된다.
압출기(12)는 제2 입구 포트(106)을 포함할 수 있고, 이는 입구 포트(102) 인접하거나 또는 입구 포트(102)로부터 하류(압출기 전면부 쪽)에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제2 입구 포트(106)는 도 6에 도시된 것과 같이 입구 포트(102)의 하류일 수 있다. 이들 실시예에서, 원료 물질(104)은 제2 입구 포트(106)가 위치한 이들이 압출기의 영역에 도달하는 시간까지 적어도 부분적으로 용융될 수 있다. 대안적으로 별도 압출기 내에서 다른 구성 성분들과 폴리머 물질을 컴파운딩하고, 제2 압출기 내로 용융 흐름으로서 도입하고, 이 안으로 섬유-보강 원료 물질을 도입한다. 일 실시예에서 원료 물질(104)은 제2 입구 포트 (106)의 영역에 도달할 때 완전히 용융될 수 있다.
섬유-보강 원료 물질(108)은 제2 입구 포트(106)을 통해 압출기(12) 내로 도입될 수 있다. 상술한 것처럼, 제2 입구 포트(106)은 원료 물질(104)이 부분적으로 또는 완전히 용융되는 압출기 영역에 위치될 수 있다. 따라서, 섬유-보강 원료 물질(108)은 기존 용융 흐름 내로 도입될 수 있다. 일 실시예에서, 섬유-보강 원료 물질(108)은 사전 함침된 섬유 원료 물질, 예를 들어 여기 설명된 것들 중 임의 것이다. 예를 들어, 사전 함침된 원료 물질은 연속된 사전 함침된 원료 물질, 예를 들어 테이프(예를 들어 테이프 46)이거나, 또는 플레이크(60)와 같은 플레이크된 사전 함침된 원료 물질일 수 있다. 이들 사전 함침된 원료 물질은 실질적으로 함침되거나 젖을 수 있다. 그러나, 다른 섬유-보강 물질은 또한 섬유-보강 원료 물질(108), 예를 들어 펠렛으로 사용될 수 있다.
상기 섬유-보강 원료 물질(108)은 사전 함침된 연속 가닥(18)에 대해 상술된 섬유 타입 및/또는 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유-보강 원료 물질(108)은 섬유, 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 또는 다른 것들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 섬유-보강 원료 물질(108)은 열가소성 또는 열경화성 폴리머 물질을 매트릭스 물질로 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 섬유 보강 원료 물질(108)의 매트릭스 물질은 적어도 하나의 원료 물질(104)과 동일할 수 있다. 따라서 만약 원료 물질(104)이 순수한 폴리머(섬유 없음)이거나 또는 섬유 보강 원료 물질(108)보다 섬유 농도가 낮으면, 섬유 보강 원료 물질(108)의 하류 도입으로 상기 원료 물질(104) 및 섬유-보강 원료 물질(108) 사이에 중간 섬유 농도를 갖는 섬유-보강 물질을 제조할 수 있다. 그러므로 상기 원료 물질(104)은 최종 용융 흐름 및 몰드 부품의 섬유 농도를 죽이거나 줄이기 위하여 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 섬유-보강 원료 물질(108)의 매트릭스 물질은 적어도 하나의 원료 물질(104), 또는 모든 원료 물질(104)과 다를 수 있다. 따라서, 섬유-보강 원료 물질(108)의 도입으로 원료 물질(104)과 폴리머 혼합물 또는 합금을 제조할 수 있다. 혼합물의 조성은 원료 물질(104) 및 섬유-보강 원료 물질(108)의 상대적 함량에 따라 달라질 것이다. 상기와 유사하게, 만약 원료 물질(104)이 순수한 폴리머(섬유 없음)이거나 섬유-보강 원료 물질(108)보다 낮은 섬유 농도를 갖는다면, 섬유-보강 원료 물질(108)의 하류 도입으로 상기 원료 물질(104) 및 섬유-보강 원료 물질(108) 사이의 중간 섬유 농도를 갖는 섬유-보강 물질을 제조할 수 있다. 섬유-보강 원료 물질(108)은 수지로 사전에 코팅된 섬유를 가져, 이들을 물질(104)로 제조된 상류 용융 흐름으로부터 보호되어, 이는 보다 높은 점도, 마모 필러 등으로 인하여 함침 공정과 적합화될 수 없는 다른 매트릭스 수지 또는 조성을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압출 시스템(200)을 나타낸다. 압출 시스템(200)은 상류 포트(202), 하류 포트(204) 및 출구 포트(206)을 포함한다. 원료 물질은 상류 포트(202) 내로 투여될 수 있다(예를 들어 중량 공급 공정). 상기 원료 물질은 고체 펠렛 또는 수지로 사전 함침된 단방향성 섬유를 갖는 펠렛들 또는 섬유 코어의 환경 주위에 코팅된 와이어로 공급되어 섬유의 초기 길이가 펠렛의 길이로 고정될 수 있다. 이들 펠렛은 첨가제, 필러, 블로우제 또는 공정 또는 부품에 의해 요구되는 다른 기능화제들을 포함하는 순수 수지 또는 화합물로 제조된 다른 펠렛과 함께 투여될 수 있다. 각 펠렛 타입은 상류 포트(202) 내로 제어된 방법으로 투여되고 크게 전단되고, 펠렛들이 조합되고, 이송되고, 가열되고 혼합되어 용융 흐름 영역(205) 내 용융 흐름이 되어, 상류 포트(202) 및 하류 포트(204) 사이로 연장한다.
일 실시예에서, 복합재 물질은 용융 흐름이 상류 포트(202)의 원료 물질로부터 성립된 후 하류 포트(204)로 투여된다. 하류 포트(204)의 복합재 물질은 매트릭스 물질에 의해 사전 함침된 보강 섬유일 수 있다. 상기 복합재 물질은 예를 들어 펠렛, 테이프 또는 플레이크로 투여될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복합재 물질의 섬유 농도는 몰딩 화합물 및 원료 물질의 섬유 농도보다 높을 수 있다. 상기 용융 흐름 내로 상기 복합재 물질을 투여하는 것으로, 종래 공정에 비해 복합재 물질을 보다 빠르게 용융시킬 수 있다. 상기 용융 공정은 컴파운딩 영역(208)에서 일어나며, 이는 하류 포트(204) 및 출구 포트(206) 사이에 위치된다. 상기 컴파운딩 영역(208)은 절단 지대(210)을 포함할 수 있으며, 이는 연속 섬유를 포함하는 가닥으로서 투여된 복합재 물질을 나눌 수 있다. 복합재 물질을 빠르게 가열하는 것 외에, 상기 용융 흐름은 복합재 물질을 윤활시키는 것을 돕고 용융 흐름과 조합하여 복합재 물질에 대한 전단을 최소화하면서 용융된다. 가열 단계 동안 전단 감소와 함께 복합재 물질의 용융과 결합한 빠른 가열은 부품이 제조되는 용융 흐름 내 섬유 길이를 유지하는 것을 용이하게 한다. 몰딩 화합물은 의도된 공정을 위하여 적당하게 구성된 출구 포트(206)에서 압출 시스템(200)을 나오고 임의의 적당한 몰딩 공정, 예를들어 압축 몰딩, 압출, 사출 몰딩 또는 블로우 몰딩을 사용하여 복합재 부품을 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
대안적으로, 복합재 물질은 원료 물질의 용융 온도보다 높은 용융 온도를 갖는 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 상기 복합재 물질은 복합재 물질이 그의 원래의 포맷의 온전성을 유지하게 하는 복합재 물질의 용융 온도 이하의 온도에서 용융 흐름 내로 투여될 수 있고 이는 상기 용융 흐름 내로 혼합 및 분산된다. 용융 흐름의 온도는 몰딩 화합물이 압출기 내에서 유지되는 전체 시간 동안 복합재 물질의 용융 온도 이하로 유지될 수 있거나, 또는 용융 흐름의 온도는 복합재 물질의 용융 온도 이상에서 투여 후 일정 지점에서 상승될 수 있다. 그러한 실시예는 하나 이상의 장점을 가질 수 있다. 본 실시예는 대부분 또는 모든 압출 공정을 통해 바람직한 배열(예를 들어 서로 평행)로 섬유들을 유지시켜 화합물 내에 섬유를 고농도로 존재하게 할 수 있다. 또 다른 장점의 예로서, 상기 복합재 물질은 용융 흐름 내에서 혼합되고 전단에 노출되기 때문에, 용융되지 않은 복합재 물질 내 섬유들은 수집적으로 서로 보강하며 매트릭스 수지들이 좌굴(buckling)에 저항하는데 기여한다. 좌굴은 섬유들이 압출기 내 또는 몰딩 공정에서 전단에 노출되기 때문에 섬유 손상의 매우 중요한 원인일 수 있다. 또 다른 장점으로는, 바람직한 배열로 섬유들을 보유하는 것은 완전히 분산되고 무질서한 섬유에서 특히 충격 경우에 최종 부품의 강도 성질을 개선할 수 있다. 또한, 복합재 물질을 완전히 용융시켜 섬유를 완전히 분산시키면 몰딩 화합물의 점도를 증가시킬 수 있으며 특히 보다 높은 섬유 부피 분율로 몰딩 화합물의 점도를 증가시켜 상기 몰드 내 추가적 섬유 손상 및 흐름 억제를 야기한다. 반면에, 플레이크와 같은 복합재 물질의 원래 포맷을 유지하는 것으로 용융 흐름이 개별 플레이크를 윤활하게 할 수 있어 흐름을 증가시킬 수 있다. 보다 높은 용융 온도를 갖는 PA66과 같이 상용가능한 수지 조합들이 상기 복합재 물질에 대해 사용될 수 있고 보다 낮은 용융 온도를 갖는 PA6은 원료 물질의 기초를 형성할 수 있다. 그러한 경우에, 각 수지는 별개의 용융 온도를 가지나 상기 PA6은 상기 PA66의 용융 온도 이상으로 연장하는 가공 범위를 갖는다. 따라서, 같은 패밀리 수지가 사용되거나 대안적으로 다른 수지 패밀리의 호환가능한 수지가 사용될 수 있다.
대부분의 경우에, 상류 포트(202)의 원료 물질 및 하류 포트(204)의 복합재 물질은 각각 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복합재 물질을 제조하는데 사용된 것과 동일한 패밀리의 수지는 원료 물질에 사용될 수 있다. 수지 패밀리의 비제한적 예는 폴리프로필렌, 폴리아미드, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 상기 원료 물질 중 수지는 보다 높은 분자량 또는 점도를 가질 수 있으며, 그렇지 않다면 복합재 물질의 섬유들의 초기 함침에 적당하지 않을 것이나, 출구 포트(206)에서 압출 시스템(200)을 빠져나가는 몰딩 화합물의 인성(toughness) 또는 가공가능성을 증가시킬 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 원료 물질은 복합재 물질을 제조하는 데 사용된 것과 동일한 패밀리 수지를 포함하는 폴리머 물질을 포함할 수 있으나 또한 첨가제, 필러 및/또는 미세입자들을 포함할 수 있고, 이들은 건조 섬유에 마찰을 일으킬 수 있고, 섬유 함침을 용이하게 하는 점도 이상으로 점도를 높이거나 섬유 함침 가공과 일부 다른 비혼환성을 나타낼 수 있다. 그러나, 그러한 수지 또는 폴리머 물질만을 용융 흐름 내에서 사용하고 이후 이것을 복합재 물질과 조합하는 것으로, 얻어진 몰딩 화합물의 밀도를 줄이고, 기계적 또는 물리적 성질을 증가시키고, 단가를 줄이고, 흐름성 및/또는 최종 부품 제조와 관련된 다른 성질들을 개선할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 원료 물질은 최종 부품 분야에 대하여 증가된 성질 및 성능을 갖는 혼합물 또는 합금을 제조하기 위하여 복합재 물질에 사용된 것과 동일한 패밀리에 속하지 않는 다른 수지를 포함할 수 있다. 상기 원료 물질 내 수지는 복합재 물질의 섬유 농도를 희석하는데 사용될 수 있다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 압출 시스템(300)을 묘사한다. 압출 시스템(300)은 입구 포트(input port)(302) 및 출구 포트(312)를 포함한다. 일 실시예에서, 여기 개시된 임의 형태의 복합재 물질(304)의 사전 함침 연속 가닥은 사전 함침된 연속 테이프를 포함하며 포트(302) 내로 투여 된다. 상기 사전 함침된 연속 가닥은 실질적으로 균일한 단면, 예를 들어 연속 가닥의 길이를 따라 임의 단면에서 단면적의:± 0%, 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5% 또는 10% 이상을 벗어나지 않는다. 단면 형상의 비제한적 예는 원형(도 9b), 타원형(도 9c), 직사각형(9d), 또는 테이프(도 9e)를 포함한다. 하나 이상의 단면 형상화된 사전 함침된 연속 가닥은 입구 포트(302) 내로 연속적으로 또는 동시에 도입되어 충분한 물질 처리량을 확보한다. 예를 들어, 하나의 200mm 폭 테이프-형상 가닥 또는 2x 100mm 폭 테이프 형상 가닥 또는 10 원형 형상 가닥은 동시에 입구 포트(302) 내로 도입되어 충분한 물질 처리량을 확보한다.
복합재 물질(304)는 복합재 물질의 코일(306)로부터 송달될 수 있다. 복합재 물질은 분야에 따라서 섬유 길이들이 연속적, 비연속적 또는 이들 길이의 조합들을 포함한다. 상기 복합재 물질 내 섬유 농도는 최종 부품 분야에 대해 의도된 섬유 농도와 대략 동일할 수 있다. 선택적으로 복합재 물질(304)은 가열 장치(308)에 의해 가열될 수 있고, 이 가열 장치는 컨덕션, 인덕션, 컨백션, 방사선(예를 들어, 적외선) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 압출 시스템(300)은 연속 섬유를 포함하는 가닥으로 형성된 복합재 물질(304)를 나누기 위한 절단 지대(310)을 포함할 수 있다. 용융 컴파운딩 흐름은 압출 시스템(300) 내에서 형성된다. 상기 컴파운딩 흐름은 목적한 공정을 위해 적당하게 구성된 압출 출구 포트(312)에서 압출 시스템(300)로부터 나가서, 임의 적당한 몰딩 공정, 예를 들어 압축 몰링, 압출, 사출 몰딩 또는 블로우 몰딩을 사용하여 복합재 부품을 제조하는데 사용될 수 있다.
복합재 물질(304)은 압출 시스템(300)에 투여된 중간체 물질로서 사용된 사전 함침된 연속 가닥일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 사전-함침된 연속 가닥은 탄소 섬유를 포함한다. 사전 함침된 연속 가닥은 건조되거나 부족하게 함침된 토를 인라인으로 컴파운딩 할 때의 잠재적 단점을 피하기 위하여 오프라인으로 압출 시스템(300)으로 제조된다. 예를 들어, 건조하거나 수지로 낮게 함침된 유리 섬유의 토를 인라인으로 컴파운딩하는 공정이 20mm 이상의 섬유 길이를 유지할 수 있는 반면에, 건조한 탄소 섬유의 토에 동일한 공정을 적용할 때 섬유의 부서짐 및 구조로 인하여 평균 2mm를 유지할 수 없다. 섬유 길이 유지는 얻어진 몰딩 화합물의 가치를 최대화하는데 결정적이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 섬유의 함침을 해체하고 그 자신의 최적 공정 조건하에서 별도로 사전 함침된 연속 가닥을 제조하고 이어서 사전 함침된 연속 가닥을 잡아 이것을 공정과 관련된 매우 높은 속도로 공급하여 상기 가닥을 복합재 부품으로 전환시키는 단계를 포함한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 압출 시스템(400)을 도시한다. 압출 시스템(400)은 입구 포트(402) 및 출력 포트(404)를 포함한다. 도 10에 도시된 것처럼, 복합재 물질의 사전 함침된 연속 테이프(406)가 절단 소자(408) 내로 공급된다. 사전 함침된 연속 테이프(406)는 의도한 분야에 따라 제형화된 연속, 비연속 또는 이들의 조합의 섬유 길이를 포함할 수 있다. 사전 함침된 연속 테이프(406)는 복합재 물질의 코일(410)로부터 이송될 수 있다. 절단 소자(408)는 사전 함침된 테이프(406)를 플레이크(412)로 나눈다. 플레이크를 위한 형성 인자들의 예는 상기 개시되어 있다. 사전 함침된 연속 테이프(406)를 플레이크(412)로 나누기 전에, 히터(414)가 사용되어 사전 함침된 연속 테이프(406) 또는 대안적으로 사전 함침된 플레이크(412)를 가열할 수 있다. 상기 플레이크(412)는 소정의 속도로 입구 포트(402) 내로 도입된다. 상대적으로 작은 부품의 사출 몰딩을 위하여, 임의 다음 값 또는 2개의 다음 값들의 범위로부터 속도가 선택될 수 있다: 10 lbs/hour, 20 lbs/hour, 30 lbs/hour, 40 lbs/hour 또는 50 lbs/hour. 보다 큰 부품의 압출 몰딩을 위하여, 상기 속도는 임의 다음 값 또는 2개 다음 값들의 범위로부터 선택될 수 있다: 100lbs/hour, 200lbs/hour, 300lbs/hour, 400lbs/hour, 500 lbs/hour, 600 lbs/hour, 700 lbs/hour, 800 lbs/hour, 900 lbs/hour 또는 1,000 lbs/hour. 매우 큰 부품의 블로우 몰딩을 위하여, 상기 속도는 임의의 다음 값 또는 2개의 다음 값들의 범위로부터 선택될 수 있다: 500 lbs/hour, 1,000 lbs/hour, 1,500 lbs/hour, 2,000 lbs/hour, 또는 2,500 lbs/hour. 연속 압출 공정을 위하여, 상기 속도는 임의의 다음 값 또는 2개 다음 값들의 범위로부터 선택될 수 있다: 1,000 lbs/hour, 2,000 lbs/hour, 3,000 lbs/hour, 4,000 lbs/hour, 5,000 lbs/hour. 본 단락의 상술된 인라인 절단에 대한 대안예에서, 플레이크는 사전 함침된 연속 테이프를 오프라인으로 사전 절단될 수 있고, 벌크로 저장되고, 입구 포트(402)로 직접적으로 투여될 수 있다. 용융 흐름은 압출 시스템(400) 내에서 형성된다. 상기 몰딩 화합물은 상기 의도된 공정을 위해 적절하게 구성된 출구 포트(404)에서 압출 시스템(400)을 나가며, 이는 임의 적당한 몰딩 공정, 예를 들어 압축 몰딩, 압출, 사출 몰딩 또는 블로우 몰딩을 사용하여 복합재 부품을 제조하는데 사용될 수 있다.
몰딩 공정으로 제조된 부품은 10% ~ 60% 중량 분율의 전형적인 섬유 함량을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 사전 함침된 연속 테이프(406)는 상기 부품과 약 동일한 섬유 함량 또는 유사한 섬유 함량을 가질 수 있다. 하나 이상의 실시예의 장점으로서, 만약 추가적인 기능성이 필요하지 않다면, 부품의 약 동일한 섬유 함량으로 사전 함침된 테이프(406)를 제조하는 것으로 혼합에 필요한 전단을 제거한다. 또한, 사전 함침된 테이프(406)는 부품을 제조하기 위하여 사용된 물질의 전체성을 대표할 수 있다. 이것은 인라인으로 제조된 낮게 함침된 가닥이 동일한 폴리머 물질의 용융 흐름 내로 나중에 도입되어, 섬유 농도를 희석하고 추가적인 혼합이 필요한 이전 연구의 경우가 아니다.
도 10에 도시된 공정에 의하면, 플레이크는 테이프 또는 얇은 시트로부터 제조될 수 있고 압출기 내로 투여될 수 있다. 그러한 공정은 플레이크가 특정 크기 또는 크기들의 조합으로 제조될 수 있기 때문에 초기 섬유 길이의 제어성을 개선한다. 게다가, 초기 크기는 용이하게 이송되거나 중력적으로 투여될 수 있는 정도를 넘어서야 하며, 그러한 테이프 또는 시트는 제어된 속도로 인라인으로 도입될 수 있으며, 그로 인하여 테이프 또는 시트는 압출기 내로 직접적으로 고안된 크기로 플레이크를 투여하도록 조각나거나 전단된다. 대안적으로, 기하학적 구조의 플레이크가 이송되고 투여된다면, 이후 플레이크는 테이프 또는 시트로 사전에 제조되어 벌크로 이송될 수 있다. 플레이크들이 펠렛보다 유연하기 때문에, 플레이크가 압출기의 스크류와 초기에 만나고 융융 상태를 시작할 때 이들은 인접 플레이크에 손상을 덜 일으킬 것이다. 또 다른 장점으로는, 플레이크는 면적/단위 질량의 형태로 바람직한 종횡비를 가지므로, 플레이크는 보다 따르게 심지어는 펠렛보다 빠르게 열을 흡수하여, 용융 흐름으로 발달하는 중에 섬유에 손상을 일으키는 경향이 덜할 것이다.
여기 개시된 공정, 방법, 알고리즘이 공정 장치, 콘트롤러, 또는 컴퓨터로 이송되거나/실행될 수 있고, 이는 임의의 기존 프로그램가능한 전자 제어 유닛 또는 전용 전자 제어 유닛을 포함할 수 있다. 유사하게, 본 공정, 방법 또는 알고리즘은, 이에 한정되지는 않으나, ROM 장치와 같은 기록할 수 없는 저장 매체에 영구적으로 저장된 정보, 및 플라피 디스크, 자성 테이프, CD, RAM 장치 및 다른 자성 및 광학적 매체와 같은 기록가능한 저장 매체에 대안적으로 저장된 정보를 포함하는 많은 형태의 콘트롤러 또는 컴퓨터로 실행가능한 데이터 및 지침서로서 저장될 수 있다. 본 공정, 방법, 또는 알고리즘은 소프트웨어 실행가능한 대상 내에서 실행될 수 있다. 대안적으로, 상기 공정, 방법 또는 알고리즘은 적당한 하드웨어 구성 소자들, 예를 들어 Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), 상태 기계, 콘트롤러 또는 다른 하드웨어 구성소자 또는 장치들, 또는 하드웨어의 조합, 소프트웨어 및 펌웨어 구성소자들을 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
다음 출원은 본 출원과 관련이 있다: U.S. Pat. Appl. Ser. Nos. 15/657,741, 15/657,948, 15/657,863, 15/657,934, 및 15/657,770, 2017년 7월 24일에 출원되어 있다. 확인된 출원 각각은 전체로서 여기 참조로서 통합된다.
예시적 실시예는 상술되어 있으나, 이들 실시예들은 청구항에 의해 포함된 모든 가능한 형태를 설명하고자 의도한 것은 아니다. 본 명세서 사용된 단어들은 제한보다는 설명의 단어이고, 다양한 변화들은 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다고 이해된다. 이전에 설명된 것처럼, 다양한 실시예의 특징들을 조합하여 분명하게 설명되거나 도시되지 않은 본 발명의 추가 실시예를 형성할 수 있다. 다양한 실시예들은 장점들을 제공하기 위하여 설명될 수 있거나 하나 이상의 원하는 특징들에 대하여 다른 실시예 또는 선행 기술 실무에 비해 바람직한 것으로 설명될 수 있으며, 반면에 당해 기술 분야의 통상의 기술자들은 하나 이상의 특징 또는 특성들이 화합하여 원하는 전체 시스템 속성들을 얻을 수 있고, 이는 특정 분야 및 구현에 따라 달라질 수 있다. 이들 속성은, 이에 한정되지는 않지만, 금액, 강도, 내구성, 생애주기 비용(life cycle cost), 시장성, 외관, 포장, 크기, 편의성, 중량, 제조가능성, 조립 용이성 등을 포함할 수 있다. 이러한 이유로, 임의 실시예가 하나 이상의 특성들에 대하여 다른 실시예 또는 선행 기술 실행보다 덜 바람직한 것으로 설명될 수 있는 정도로, 이들 실시예들은 개시의 범위 밖이 아니며 특정 분야에 바람직할 수 있다.

Claims (106)

  1. 다음을 포함하는 방법:
    압출기 내로 제1 용융 온도를 갖는 제1 폴리머 물질을 포함하는 원료 물질의 용융 흐름을 성립시키는 단계;
    상기 용융 흐름 내로 복합재 물질을 투여하는 단계로서, 상기 복합재 물질은 보강 필라멘트를 포함하는 사전 함침된 보강 섬유 및 상기 제1 용융 온도보다 높은 제2 용융 온도를 갖는 제2 폴리머 물질을 포함하며, 상기 복합재 물질은 상기 폴리머 물질이 필라멘트 및 인접한 필라멘트 사이에 적어도 30%의 필라멘트로 장벽을 완전하게 형성하는 각 필라멘트를 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 30%의 보강 필라멘트를 가지며, 투여시 용융 흐름의 온도는 상기 제2 용융 온도 이하인, 복합재 물질의 투여 단계;
    상기 원료 및 복합재 물질로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복합재 물질은 상기 투여 및 형성 단계 사이에 일정 기간 동안 용융되지 않은 상태로 남아있는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투여 단계는 원료 물질의 용융 흐름으로 복합재 물질을 윤활시키는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복합재 물질은 펠렛 또는 플레이크의 형태인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보강 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머 물질 각각은 열가소성 플라스틱 물질을 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머 물질 각각은 열경화성 폴리머 물질을 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 물질이 상기 인접하는 필라멘트들 각각의 사이에 적어도 50%의 필라멘트로 장벽을 형성하도록, 상기 복합재 물질이 상기 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 필라멘트를 갖는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 몰딩 화합물의 온도는 사용 단계 전에 제2 용융 온도 이상으로 승온된, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 성립된 단계는 제1 압출기 내에 용융 흐름을 성립시키는 단계를 포함하고 상기 투여하는 단계는 제2 압출기 내에서 복합재 물질과 상기 용융 흐름을 조합하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 다음을 포함하는 방법:
    압출기 내에서 원료 물질의 용융 흐름을 성립시키는 단계;
    상기 용융 흐름 내로 복합재 물질을 투여하는 단계로서, 상기 복합재 물질은 폴리머 물질로 사전 함침된 탄소 보강 필라멘트를 포함하는 탄소 보강 섬유를 포함하고, 상기 복합재 물질은 상기 폴리머 물질이 각 필라멘트 및 인접한 필라멘트 사이에 적어도 30%의 필라멘트로 장벽을 완전하게 형성하는 각 필라멘트를 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 30%의 보강 필라멘트를 갖는, 복합재 물질을 투여하는 단계;
    상기 원료 및 복합재 물질로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  12. 제11항에 있어서, 상기 투여 단계는 원료 물질의 용융 흐름으로 상기 복합재 물질을 윤활시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 투여 단계는 고체 형태로 상기 용융 흐름 내로 복합재 물질을 투여하고 상기 용융 흐름은 적어도 부분적으로 상기 복합재 물질을 용융시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 복합재 물질이 하나 이상의 연속 가닥의 형태인, 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 복합재 물질은 펠렛 또는 플레이크 형태인, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 투여 단계는 사이드 피더(side feeder)를 사용하여 수행되는, 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 투여 단계 전에 복합재 물질을 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 원료 물질은 폴리머 물질을 포함하고, 상기 원료 및 복합재 물질의 폴리머 물질은 열가소성 폴리머 물질을 포함하는, 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 원료 물질은 폴리머 물질을 포함하고, 및 상기 원료 물질 및 복합재 물질의 각각의 폴리머 물질이 열경화성 폴리머 물질인, 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 복합재 물질은 상기 폴리머 물질이 필라멘트 및 인접한 필라멘트 사이에 적어도 50%의 필라멘트로 장벽을 완전하게 형성하는 각 필라멘트를 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 필라멘트를 갖는, 방법.
  21. 다음을 포함하는 방법:
    압출기의 상류 공급 지대 내로 원료 물질을 도입하는 단계;
    상류 공급 지대 및 하류 공급 지대 사이에 원료 물질의 용융 흐름을 성립시키는 단계;
    폴리머 물질로 사전 함침된 탄소 보강 필라멘트를 포함하는 탄소 보강 섬유를 포함하는 복합재 물질을 압출기의 하류 공급 지대 내로 투여하는 단계로서, 상기 복합재 물질은 상기 폴리머 물질이 필라멘트 및 인접 필라멘트 사이에 적어도 30%의 필라멘트로 장벽을 완전히 형성하는 각 필라멘트를 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 30%의 필라멘트를 갖는, 복합재 물질을 투여하는 단계;
    상기 원료 및 복합재 물질을 혼합하여 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  22. 제21항에 있어서, 상기 혼합 단계는 원료 물질의 용융 흐름으로 복합재 물질을 윤활시키는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 혼합 단계는 용융 흐름과 고체 형태의 복합재 물질을 혼합시키는 단계를 포함하고 상기 용융 흐름은 적어도 부분적으로 복합재 물질을 용융시키는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 복합재 물질은 하나 이상의 연속 가닥의 형태인, 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 복합재 물질은 펠렛 또는 플레이크의 형태인, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 투여 단계는 사이드 피더를 사용하여 수행되는, 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 투여 단계 전에 복합재 물질을 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 원료 물질은 폴리머 물질을 포함하고, 상기 원료 물질 및 복합재 물질의 폴리머 물질은 열가소성 폴리머 물질을 포함하는, 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 원료 물질은 폴리머 물질을 포함하고, 상기 원료 물질 및 복합재 물질의 폴리머 물질 각각은 열경화성 폴리머 물질인, 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기 복합재 물질은 상기 폴리머 물질이 필라멘트 및 인접 필라멘트 사이에 적어도 50%의 필라멘트로 장벽을 완전히 형성하는 각 필라멘트를 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 보강 필라멘트를 갖는, 방법.
  31. 제11항에 있어서, 상기 성립된 단계는 제1 압출기 내 용융 흐름을 성립하는 단계를 포함하고 상기 투여 단계는 제2 압출기 내 복합재 물질과 용융 흐름을 조합하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 다음을 포함하는 방법:
    압출기 내에 제1 폴리머 물질을 포함하는 원료 물질의 용융 흐름을 성립시키는 단계;
    상기 용융 흐름 내로 복합재 물질을 투여하는 단계로서, 상기 복합재 물질이 보강 필라멘트를 포함하는 사전 함침된 보강섬유 및 제2 폴리머 물질을 포함하고, 상기 복합재 물질은 상기 제1 폴리머 물질이 각 필라멘트 및 인접한 필라멘트 사이에 적어도 30%의 필라멘트로 장벽을 완전히 형성하는 각 필라멘트를 둘러싸도록 제1 폴리머 물질에 의해 보호되는 적어도 30%의 보강 필라멘트를 갖는, 복합재 물질을 투여하는 단계;
    상기 원료 및 복합재 물질로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계로서, 상기 제1 및 제2 폴리머 물질은 상기 제1 폴리머 물질 내에 존재하지 않는 기능성을 몰딩 화합물 내로 도입하도록 서로 다른, 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  33. 제22항에 있어서, 상기 원료 물질은 제1 분자량 및 제1 점도를 갖는 제1 수지를 포함하고 상기 복합재 물질이 제2 분자량 및 제2 점도를 갖는 제2 수지를 포함하고, 상기 제1 분자량이 제2 분자량보다 크거나 제1 점도가 제2 점도보다 큰, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 제1 및 제2 수지는 동일한 수지 패밀리인, 방법.
  35. 제22항에 있어서, 상기 원료 물질은 제1 수지 및 건조 보강 섬유에 마모적인 첨가제, 필러 및/또는 나노입자를 포함하는, 방법.
  36. 제32항에 있어서, 상기 원료 물질은 제1 점도를 갖는 제1 수지 및 제1 점도에 영향을 미치는 첨가제, 필러 및/또는 나노 입자를 포함하는 방법.
  37. 제32항에 있어서, 상기 원료 물질은 제1 폴리머 물질의 점도가 제2 폴리머 물질의 점도보다 크도록 제1 수지 및 첨가제, 필러 및/또는 나노 입자를 포함하는, 방법.
  38. 제32항에 있어서, 상기 원료 물질은 제1 수지를 포함하고 상기 복합재 물질은 제2 수지를 포함하고, 제1 수지 및 제2 수지는 다른 수지 패밀리로부터 나온 것인, 방법.
  39. 제32항에 있어서, 상기 투여 단계가 원료 물질의 용융 흐름으로 복합재 물질을 윤활시키는 단계를 포함하는, 방법.
  40. 제32항에 있어서, 상기 투여 단계가 상기 복합재 물질을 고체 형태로 상기 용융 흐름 내에 투여하고 상기 용융 흐름이 적어도 부분적으로 상기 복합재 물질을 용융시키는 단계를 포함하는 방법.
  41. 제32항에 있어서, 상기 복합재 물질이 하나 이상의 연속 가닥의 형태인, 방법.
  42. 제32항에 있어서, 상기 복합재 물질이 펠렛 또는 플레이크 형태인, 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 투여 단계가 사이드 피더를 사용해서 수행되는 방법.
  44. 제32항에 있어서, 상기 보강 섬유가 탄소 섬유, 유리 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  45. 제32항에 있어서, 상기 복합재 물질을 투여 전에 가열시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  46. 제32항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머 물질 각각은 열가소성 폴리머 물질을 포함하는 단계.
  47. 제32항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머 물질 각각은 열경화성 폴리머 물질인, 방법.
  48. 제32항에 있어서, 상기 복합재 물질은 상기 폴리머 물질이 필라멘트 및 인접한 필라멘트 사이에 적어도 50%의 필라멘트로 장벽을 완전히 형성하는 각 필라멘트를 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 필라멘트를 갖는, 방법.
  49. 제32항에 있어서, 상기 성립된 단계가 제1 압출기 내에 용융 흐름을 성립시키는 단계를 포함하고 상기 투여 단계가 제2 압출기 내에 복합재 물질과 용융 흐름을 조합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  50. 다음을 포함하는 방법:
    폴리머 물질로 탄소 보강 필라멘트를 포함하는 탄소 보강 섬유를 사전 함침시켜, 상기 폴리머 물질이 인접한 필라멘트 각 쌍들 사이에 장벽을 적어도 30%의 필라멘트로 형성하도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 30%의 필라멘트를 갖는 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 형성는 단계;
    하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 벌크로 저장하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 압출기 내로 도입시키는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥으로부터 몰딩 화합물을 형성시키는 단계;
    상기 압출기로부터 상기 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 이용하여 부품을 제조하는 단계.
  51. 제51항에 있어서, 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥은 폴리머 물질이 인접 필라멘트 각 쌍들 사이에 장벽을 적어도 50%의 필라멘트로 형성하도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 필라멘트를 갖는, 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 보강 섬유는 연속 또는 비연속 길이의 것인, 방법.
  53. 제51항에 있어서, 상기 보강 섬유는 적어도 2개의 다른 길이의 섬유들을 포함하는, 방법.
  54. 제51항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 열가소성 수지를 포함하는, 방법.
  55. 제51항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 열경화성 수지인, 방법.
  56. 제51항에 있어서, 하나 이상의 사전 함침된 가닥을 압출기 내에서 절단하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  57. 제51항에 있어서, 상기 도입 단계 전에 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  58. 다음을 포함하는 방법:
    폴리머 물질로 탄소 보강 필라멘트를 포함하는 탄소 보강 섬유를 사전 함침시켜, 상기 폴리머 물질이 인접한 필라멘트 각 쌍들 사이에 장벽을 적어도 30%의 필라멘트로 형성하는 각 필라멘트를 적어도 30%의 필라멘트로 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 30%의 필라멘트를 갖는 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 형성하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 벌크로 저장하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 압출기 내로 도입하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥으로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 상기 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  59. 제58항에 있어서, 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥은 상기 폴리머 물질이 인접한 필라멘트 각 쌍 사이에 장벽을 적어도 50%의 필라멘트로 형성하도록 적어도 50%의 필라멘트로 각 필라멘트를 둘러싸도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 필라멘트를 갖는, 방법.
  60. 제58항에 있어서, 상기 보강 섬유는 연속 또는 비연속 길이의 것인, 방법.
  61. 제58항에 있어서, 상기 보강 섬유는 적어도 2개의 다른 길이의 섬유들을 포함하는, 방법.
  62. 제58항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 열가소성 수지를 포함하는 방법.
  63. 제58항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 열경화성 수지인, 방법.
  64. 제58항에 있어서, 상기 압출기 내에 하나 이상의 사전 함침된 가닥을 절단하는 단계를 더 포함하는 방법.
  65. 제58항에 있어서, 상기 도입 단계 전에 하나 이상의 사전 함침된 연속 가닥을 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  66. 제51항에 있어서, 상기 폴리머 물질이 적어도 30%의 필라멘트의 일부로 필라멘트와 접촉시 보이드(void)를 형성하는 방법.
  67. 제51항에 있어서, 상기 폴리머 물질이 폴리머 물질 내 분산된 보이드를 형성하고 적어도 30%의 필라멘트의 일부는 필라멘트에 인접하지 않는, 방법.
  68. 제51항에 있어서, 상기 부품이 탄소 보강 섬유에 대해 적어도 2mm의 평균 섬유 길이를 갖는, 방법.
  69. 제58항에 있어서, 상기 부품이 탄소 보강 섬유에 대해 적어도 2mm의 평균 섬유 길이를 갖는, 방법.
  70. 다음을 포함하는 방법:
    폴리머 물질로 보강 필라멘트를 포함하는 보강 섬유를 사전 함침하여 상기 폴리머 물질이 인접한 필라멘트 각 쌍 사이에 적어도 30%의 필라멘트로 장벽을 형성하도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 30%의 보강 필라멘트를 갖는 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 형성하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 벌크로 저장하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 압출기로 도입시키는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  71. 제70항에 있어서, 상기 하나 이상의 함침 연속 테이프는 상기 폴리머 물질이 인접한 각 쌍들 사이에 장벽을 적어도 50%의 필라멘트로 형성하도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 보강 필라멘트를 갖는, 방법.
  72. 제70항에 있어서, 상기 보강 섬유는 유리 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  73. 제70항에 있어서, 상기 압출기 내에서 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 절단하는 단계를 더 포함하는 방법.
  74. 제70항에 있어서, 상기 보강 섬유가 적어도 2개의 다른 길이의 섬유를 포함하는 방법.
  75. 제70항에 있어서, 상기 보강 섬유는 연속 또는 비연속 길이의 것인 방법.
  76. 제70항에 있어서, 상기 도입 단계 전에 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 가열시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  77. 다음을 포함하는 방법:
    폴리머 물질로 보강 섬유를 사전 함침시켜 9~66 중량% 분율의 섬유 함량을 갖는 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 형성하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 벌크로 저장하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 인라인으로 가열하여 하나 이상의 가열된, 사전 함침된 연속 테이프를 형성하는 단계;
    상기 하나 이상의 가열된, 사전 함침된 연속 테이프를 압출기 내로 도입하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 상기 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  78. 제77항에 있어서, 상기 보강 섬유는 연속 또는 비연속 길이의 것인, 방법.
  79. 제77항에 있어서, 상기 보강 섬유들 중 일부는 연속해서 사전 함침된 연속 테이프의 대략 방향성 길이로 달리는, 방법.
  80. 제77항에 있어서, 상기 보강 섬유는 유리 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
  81. 제77항에 있어서, 상기 보강 섬유는 탄소 섬유인, 방법.
  82. 제77항에 있어서, 상기 보강 섬유는 적어도 2개의 다른 길이의 섬유들을 포함하는 방법.
  83. 제77항에 있어서, 상기 압출기 내에서 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 절단하는 단계를 더 포함하는 방법.
  84. 다음을 포함하는 방법:
    보강 섬유를 포함하는 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트로부터 하나 이상의 기설정된 형상의 사전 함침된 플레이크를 형성하는 단계로서, 상기 보강 섬유는 폴리머 물질이 인접한 필라멘트들 각 쌍 사이에 적어도 30%의 필라멘트로 장벽을 형성하도록 폴리머 물질에 의해 보호된 보강 필라멘트를 적어도 30% 갖는 폴리머 물질에 의해 사전 함침되는, 사전 함침된 플레이크를 형성하는 단계;
    압출기 내로 사전 함침된 플레이크를 도입하는 단계;
    상기 사전 함침된 플레이크로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 이용하여 부품을 제조하는 단계.
  85. 제84항에 있어서, 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트가 사전 함침된 연속 테이프이고 상기 보강 섬유 일부가 연속적으로 상기 사전 함침된 연속 테이프의 대략 방향성 길이로 달리는, 방법.
  86. 제84항에 있어서, 상기 도입 단계 전에 사전 함침된 플레이크를 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  87. 제84항에 있어서, 상기 사전 함침된 플레이크는 기설정된 분포의 섬유 길이를 갖는, 방법.
  88. 제87항에 있어서, 상기 기설정된 분포의 섬유 길이는 약 동일한 길이의 섬유 길이인, 방법.
  89. 제87항에 있어서, 상기 기설정된 분포의 섬유 길이들은 적어도 제1 및 제2 섬유 길이의 섬유 길이들의 균일한 분포의 섬유 길이인, 방법.
  90. 제84항에 있어서, 상기 보강 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합를 포함하는 방법.
  91. 제84항에 있어서, 상기 보강 섬유는 단방향성 섬유, 직포(woven) 섬유, 비연속 섬유 또는 이들의 조합인 방법.
  92. 다음을 포함하는 방법:
    폴리머 물질로 보강 섬유를 사전 함침시켜 9%~66% 중량 분율의 섬유 함량을 갖는 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트를 형성하는 단계;
    상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트를 저장하는 단계;
    압출기로 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트를 인라인으로 나누어 하나 이상의 기설정된 형상의 사전 함침된 플레이크를 형성하는 단계;
    상기 압출기 내로 사전 함침된 플레이크를 도입하는 단계;
    상기 사전 함침된 플레이크로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  93. 제92항에 있어서, 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트는 사전 함침된 연속 테이프이고 상기 보강 섬유의 일부는 연속해서 상기 사전 함침된 연속 테이프의 대략 방향성 길이로 달리는 방법.
  94. 제92항에 있어서, 상기 도입 단계는 기설정된 속도로 압출기 내로 상기 사전 함침된 플레이크를 도입시키는 단계를 포함하는, 방법.
  95. 제92항에 있어서, 상기 도입 단계 전에 사전 함침된 플레이크를 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  96. 제92항에 있어서, 상기 나누는 단계가 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트를 나누어 기설정된 분포의 섬유 길이를 갖는 사전 함침된 플레이크를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  97. 제92항에 있어서, 상기 보강 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  98. 다음을 포함하는 방법:
    폴리머 물질로 보강 필라멘트를 포함하는 보강 섬유를 사전 함침시켜, 폴리머 물질이 인접한 필라멘트 각 쌍 사이에 적어도 30%의 필라멘트로 장벽을 형성하도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 30%의 보강 필라멘트를 갖는 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프를 형성하는 단계;
    압출기로부터 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트를 오프라인으로 나누어 하나 이상의 기설정된 형상의 사전 함침된 플레이크를 형성하는 단계;
    상기 압출기 내로 사전 함침된 플레이크를 도입하는 단계;
    상기 사전 함침된 플레이크로부터 몰딩 화합물을 형성하는 단계;
    상기 압출기로부터 상기 몰딩 화합물을 꺼내놓는 단계; 및
    상기 몰딩 화합물을 사용하여 부품을 제조하는 단계.
  99. 제98항에 있어서, 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트는 사전 함침된 연속 테이프이고, 상기 보강 섬유의 일부는 연속적으로 사전 함침된 연속 테이프의 대략 방향성 길이로 달리는 방법.
  100. 제98항에 있어서, 상기 도입 단계 전에 사전 함침된 플레이크를 저장하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  101. 제98항에 있어서, 상기 도입 단계 전에 상기 사전 함침된 플레이크를 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  102. 제98항에 있어서, 상기 도입 단계는 기설정된 속도로 상기 사전 함침된 플레이크를 압출기 내로 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  103. 제98항에 있어서, 상기 나누는 단계는 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트를 나누어 기설정된 분포의 섬유 길이를 갖는 사전 함침된 플레이크를 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  104. 제98항에 있어서, 사전 함침된 플레이크를 벌크로 저장하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  105. 제92항에 있어서, 상기 하나 이상의 연속 플레이크는 폴리머 물질이 인접한 필라멘트 각 쌍 사이에 적어도 50%의 필라멘트로 장벽을 형성하도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 필라멘트를 갖는, 방법.
  106. 제98항에 있어서, 상기 하나 이상의 사전 함침된 연속 테이프 또는 시트는 폴리머 물질이 적어도 50%의 필라멘트로 인접한 필라멘트 각 쌍 사이에 장벽을 형성하도록 폴리머 물질로 보호된 적어도 50%의 필라멘트를 갖는, 방법.
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