KR20200096978A - 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 매트릭스 재료를 함침시키기 위한 장치로서, 상기 장치는 매트릭스 재료로 침지되는 다공성 재료(3) 및 상기 매트릭스 재료를 상기 다공성 재료(3) 내로 계량 투입하기 위한 계량 설비를 포함하며, 함침시키려는 개별 섬유(5), 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 상기 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대하여 가압할 수 있는 설비를 포함하거나, 또는 상기 다공성 재료(3)는 슬리브(21) 내에 수용되고, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 슬리브(21) 내에서 다공성 재료(3)를 통해 안내될 수 있는 것인 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로부터 구성품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치 및 방법
본 발명은 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 매트릭스 재료를 함침시키기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로부터 구성품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 여기서 상기 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 상기 장치 내에서 함침된다.
함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로부터 제조된 구성품은, 예를 들어 섬유-복합 플라스틱으로 만들어진 권취된 중공체이다. 이러한 권취된 중공체는, 예를 들어, 풍력 발전 설비 또는 다른 범선용의 마스트(mast)이다.
이러한 구성품의 제조에 있어서, 각각의 경우에, 단 하나의 개별 섬유, 하나의 개별 스레드, 또는 하나의 개별 로빙이 사용될 수 있거나, 또는 대안적으로 복수의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 별개의 장치에서 동시에 함침되고 그 후 성형되어 구성품을 형성할 수 있다. 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 함침은, 서로 다른 방향에서 나오는 다수의 개별 섬유들이 다이 또는 툴에 퇴적되는 경우에 특히 유리하다. 이것은 특히 연속 권취법 및 위빙법과 관련된다. 일반적으로, 본원에서는 침지 직후의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 구성품을 제조하기 위해 구성품용 다이에 배치되거나 권취 맨드릴(winding mandrel)에 권취된다.
개별 스레드를 함침시키기 위한 장치는 FR-A 2 703 036에 공지되어 있다. 여기서, 매트릭스 재료는 계량 설비를 통해 개별 스레드 위에 직접 드리즐링된다.
스레드를 함침시키기 위한 다른 장치는 EP-A 0 358 905에 기재되어 있다. 여기서, 스레드는 스레드에 적용될 매체가 가압 라인을 통해 공급되는 다공체를 통해 안내된다. 여기에서 공급되는 양은 스레드에 적용되는 매체의 양에 상응한다.
혼합물을 플라스틱 섬유에 적용하는 데 사용되는 장치는 US-B 6,884,469에 기재되어 있다. 여기서, 섬유는, 섬유를 안내하여 혼합물을 적용하기 위한 롤러에 의해 함침된다. 매트릭스 재료가 적용되는 롤러에 의해 섬유를 코팅하기 위한 유사한 장치가 또한 US 5,049,407 또는 US 5,352,392에 기재되어 있다.
스레드를 함침시키기 위한 추가의 장치는 또한 US 5,330,338, US 5,499,911, US 4,088,468, US 3,924,028 또는 WO-A 81/02008로부터 알려져 있다. 또한, DE-A 41 34 070은, 와이어 둘레로 감긴 섬유에 의해 윤활제가 공급될 때 와이어가 미끄러질 수 있도록 하는 장치를 장치를 기술하고 있다.
그러나, 선행 기술로부터 알려진 방법들은, 특히 함침 유닛이 비가압 방식으로, 그리고 모든 공간 방향으로 작동해야 하는 경우, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 드리핑되는 일 없이 함침될 수는 없음이 입증되었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 개별 섬유를 공간 방향과 무관하게, 그리고 적절한 양의 매트릭스 재료로 실질적으로 비가압 방식으로 습윤시키고 드리핑 없이 작동하는, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로부터 구성품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 매트릭스 재료를 함침시키기 위한 장치로서, 매트릭스 재료로 침지되는 다공성 재료 및 상기 다공성 재료 내로 매트릭스 재료를 계량 투입하기 위한 계량 설비를 포함하며, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 상기 다공성 재료의 단부면에 대하여 가압할 수 있는 설비를 포함하거나, 또는 상기 다공성 재료는 슬리브 내에 수용되고, 상기 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 상기 슬리브 내의 다공성 재료를 통해 안내될 수 있으며, 상기 다공성 재료는 평균 직경이 70 내지 250 ㎛ 범위인 셀 크기를 갖는 오픈셀 폼인 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 맥락에서, 직경의 배수인 길이를 갖는 임의의 구조가 개별 스레드 인 것으로 이해되된다. 스레드는 일반적으로 트위스티드 또는 스펀인 복수의 섬유로 구성된다. 개별 로빙의 경우, 복수의 섬유, 스레드, 또는 필라멘트가 서로 평행하도록 배치된다.
다공성 재료로서 평균 직경이 70 내지 250 ㎛인 셀 크기를 갖는 오픈셀 폼을 사용함으로써, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 다공성 재료와 접촉하는 한, 매트릭스 재료가 다공성 재료로부터 단지 분배되고, 다공성 재료로부터의 매트릭스 재료의 분배는 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙과 다공성 재료 사이에 접촉이 사라지는 즉시 종료되도록 매트릭스 재료가 계량되도록 하는 것이 가능하다. 이것은, 예를 들어, 압력 하에 압축될 수 있고 다공성 재료에 작용하는 압력이 차단되면 바로 그 원래의 형상을 회복할 수 있는 압축성 다공성 재료를 사용함으로써 달성될 수 있다. 이 경우, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 다공성 재료는 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 상기 다공성 재료에 대해 가압되는 영역에서 압축된다. 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시킬 수 있는 매트릭스 재료는 다공성 재료의 압축에 의해 방출된다. 매트릭스 재료가 다공성 재료를 빠져 나갈 수 있도록 하기 위해, 적어도 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 가압되는 단부면의 해당 영역에서 매트릭스 재료로 다공성 재료가 포화되는 것이 바람직하다. 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 다공성 재료에 대해 가압됨에 따라 관련 압축에 의해 부피가 감소되고, 매트릭스 재료가 다공성 재료를 빠져 나간다. 다공성 재료에 더 이상 압력이 가해지지 않으면, 다공성 재료는 그 원래의 형상을 다시 회복하고, 매트릭스 재료는 더 빠져 나가지 않는다.
대안적으로, 매트릭스 재료는 또한 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙과의 접촉에 의해, 다공성 재료로부터 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙으로의 모세관력에 의해 전달될 수 있으며, 매트릭스 재료는 다공성 재료 내의 모세관력에 의한 매트릭스 재료의 분배로 인해 보충된다. 또한, 이 경우, 매트릭스 재료는 다공성 재료가 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙과 접촉할 때만 다공성 재료로부터 분배된다.
함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료의 단부면에 대하여 가압하는 구체예에 있어서, 다공성 재료는 횡단면적의 최대 길이 또는 폭보다 훨씬 더 큰 길이를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 가압되는 단부면은 다공성 재료의 한쪽 단부에서의 횡단면적이다. 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙과 접촉되는 단부면으로의 매트릭스 재료의 이송을 가능하게 하기 위해, 다공성 재료가 모세관력에 의해 길이를 따라 액체를 이송할 수 있도록 하는 것이 또한 바람직하다. 여기서 다공성 재료의 횡단면적은 임의의 형상을 가질 수 있다. 횡단면적은 원형, 직사각형 또는 사각형인 것이 바람직하다.
함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 다공성 재료에 대해 가압되는 구체예에 있어서, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료에 대하여 가압하기 위한 설비가 제공될 필요가 있다. 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료에 가압하는 데 이용될 수 있는 적절한 설비는, 예를 들어, 적어도 2개의 텐션 롤러를 포함하며, 상기 텐션 롤러 위로 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 안내된다.
텐션 롤러에 대안적으로 또는 추가적으로, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료에 대해 가압할 수 있는 설비가 또한 제공될 수 있으며, 상기 설비는 베어링면을 포함하고, 이 베어링면 위에 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 안내된다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 상기 다공성 재료에 대해 가압되는 동안 다공성 재료가 압축될 수 있도록 베어링면에 고체 재료가 제공되는 것이 바람직하다. 베어링면에 적합한 재료는, 예를 들어 플라스틱, 금속, 유리 또는 세라믹일 수 있다. 사용된 재료는 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 재료에 대하여, 그리고 사용된 매트릭스 재료에 대하여 비활성이어야 한다. 베어링면의 재료는 또한 내마모성이 있어, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 베어링면의 브레이디드 재료에 의해 오염되는 일이 없어야 한다. 베어링면의 재료는 금속 또는 유리인 것이 바람직하다. 금속으로서는, 예를 들어 스테인리스강 또는 알루미늄이 적합하다. 내마모성이 있는 세라믹 또는 플라스틱도 베어링면에 사용할 수 있다. 그러나, 금속 또는 유리로 제조된 베어링면이 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 맥락에 있어서 "내마모성이 있는"은, 1000 km의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 처리량에 있어서 0.1 mm 미만이 통과하는 섬유에 의해 제거되는 재료인 것으로 이해된다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 충분히 함침시키기 위해서는, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 가압되는 다공성 재료의 단부면이, 적어도 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 직경에 상응하는 최대 폭 및 최대 길이를 갖는 것이 바람직하다. 비원형 단부면의 경우, 단부면의 최대 폭이 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 직경의 1.5 내지 5배 범위이고, 단부면의 최대 길이가 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 직경의 2 내지 10배 범위인 것이 바람직하다. 이러한 맥락에서, 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 진행 방향을 가로지르는 다공성 재료의 단부면의 범위가 "폭"인 것으로 이해되고, 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 진행 방향에 평행한 범위가 "길이"인 것으로 이해된다. 원형 단부면의 경우, 단부면의 직경은 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 직경의 1.5 내지 10배 범위인 것이 바람직하다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 베어링면을 의해 다공성 재료에 대해 가압되는 경우, 베어링면의 면적은, 베어링면과 다공성 재료의 단부면이 서로 접촉하는 경우 다공성 재료의 전체 단부면이 베어링면 상에서 지지되도록 적어도 다공성 재료의 단부면의 크기인 것이 바람직하다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 그 위에 안내되고 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 다공성 재료에 대해 가압되는 데 이용되는 고체 베어링면 이외에, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 안내되는 베어링면이 이 제2 다공성 재료의 단부면인 것도 가능하다. 일 구체예에서 제2 다공성 재료는 마찬가지로 매트릭스 재료로 침지된다. 이 경우, 제1 다공성 재료와 상이한 재료가 제2 다공성 재료에 사용될 수 있다. 그러나, 제1 다공성 재료와 제2 다공성 재료에 동일한 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 다공성 재료 및 제2 다공성 재료에 의해 서로 다른 성분이 공급되는 것도 가능하며, 예를 들어, 이성분 시스템의 제1 성분은 제1 다공성 재료에 의해 공급되고, 이성분 시스템의 제2 성분은 제2 다공성 재료에 의해 공급되는 것이 가능하다. 이 경우, 혼합은, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙에 대해 처리 중에 직접 행해진다.
그러나, 동일한 매트릭스 재료가 제1 다공성 재료 및 제2 다공성 재료에 의해 공급되는 것이 바람직하다.
제2 다공성 재료의 다른 잠재적 용도는, 제2 다공성 재료에 대해 작용하는 제1 다공성 재료의 압력에 의해 방출되는 과잉 매트릭스 재료를 수용 및 배출하기 위해 제2 다공성 재료를 사용하는 데 있다. 그 때문에, 제1 다공성 재료를 빠져 나가는 과잉 매트릭스 재료를 표적화된 방식으로 제거할 수 있다. 이어서, 제2 다공성 재료에 의해 수용된 매트릭스 재료는, 예를 들어 스퀴징에 의해 표적화된 방식으로 제2 다공성 재료로부터 제거될 수 있다.
다공성 재료가 슬리브에 수용되고 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 그 슬리브를 통해 안내될 경우, 다량의 매트릭스 재료가 다공성 재료 내로 계량 투입되어, 다공성 재료가 과포화되고, 매트릭스 재료가 매트릭스 재료를 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙에 임의의 가압 없이 분배할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 슬리브로의 스레딩을 용이하게 하기 위해, 다공성 재료가 수용되는 슬리브가 두 부분품으로 구현되고 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 스레딩하기 위해 개방될 수 있는 것이 유리하며, 이때 슬리브의 각 부분품은 다공성 재료를 포함한다. 본 명세서에서 슬리브의 두 부분품은 서로 완전히 분리되고 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 스레딩 후 적절한 패스닝 수단에 의해 서로 연결되거나, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 스레딩을 위한 슬리브의 두 부분품이 개방된 채로 접히도록 힌지에 의해 두 부분품이 연결되는 것도 대안으로 제공된다. 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 스레딩 후 두 부분품을 접어 닫고 폐쇄한다.
당업자에게 공지되어 있는 부분품을 연결하기 위한 모든 클로저가 슬리브의 2개의 별개의 부분품의 경우뿐만 아니라 힌지를 갖는 구체예의 경우에 모두 사용될 수 있다. 패스닝 수단의 적절한 클로저로는, 예를 들어, 스냅핏 클로저, 브래킷, 후크, 또는 스크류가 있다. 두 부분품을 닫기 위한 연결은, 예를 들어, 스레드가 파단되거나 섬유 처리가 종료된 경우, 새로운 개별 섬유, 새로운 개별 스레드, 또는 새로운 개별 로빙을 스레딩할 수 있도록 해제될 수 있어야 하는 것이 중요하다.
매트릭스 재료를 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로 전달할 수 있고 70 내지 250 ㎛ 범위의 평균 직경을 갖는 셀 크기를 갖는 오픈셀 폼을 형성하도록 성형될 수 있는 임의의 재료가, 매트릭스 재료로 침지되는 다공성 재료로서 적합하다. 매트릭스 재료와의 임의의 반응을 방지하기 위해, 다공성 재료가 매트릭스 재료에 대하여 비활성인 것이 또한 유리하다. 다공성 재료는 특히 바람직하게는 실질적으로 셀 웹으로만 이루어진 폼이다. 본 발명의 문맥에서 "실질적으로 셀 웹으로만 이루어진"은 폼의 90% 초과, 바람직하게는 폼의 95% 초과, 특히 폼의 98% 초과가 셀 웹만 가지며 셀 벽은 갖지 않음을 의미한다.
다공성 재료가 제조될 수 있는 적합한 재료는 매트릭스 재료와 반응하지 않는 모든 재료이다. 이들은 플라스틱, 금속, 유리 또는 세라믹일 수 있다. 적합한 플라스틱은 특히 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리우레탄 또는 멜라민 수지로부터 선택되고, 적합한 금속은, 예를 들어 소결된 금속이다. 다공성 재료로서 폴리우레탄 또는 멜라민 수지로 제조된 오픈셀 폴리머 폼이 특히 바람직하다.
특히, 매트릭스 재료가 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 의해 압력으로 인해 다공성 재료를 빠져 나가고, 압력이 사라지면 매트릭스 재료가 더 이상 방출되지 않을 경우, 압력이 사라진 후 그 원래의 형상을 회복하는 탄성 오픈셀 폴리머 폼을 사용하는 것이 유리하다.
또한, 매우 긴 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 연속적으로 함침시킬 수 있도록 하기 위해, 충분한 매트릭스 재료가 제공될 필요가 있다. 그러나, 매트릭스 재료가 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙과 접촉할 경우에만 다공성 재료를 빠져나가도록 하기 위해, 다공성 재료는 매트릭스 재료에 의해 과포화되어서는 안 된다. 포화는, 매트릭스 재료가 표면에 의해 임의의 위치에서 분배되지 않으면서 다공성 재료가 임의의 추가의 매트릭스 재료를 더 이상 수용할 수 없을 때 얻어진다. 이것은 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 함침 중에 매트릭스 재료가 다공성 재료로 재계량 투입될 수 있어야 할 것을 요구한다. 이를 위해, 다공성 재료는, 매트릭스 재료가 위치한, 저장 용기에 연결되는 것이 바람직하다. 그 후, 매트릭스 재료는 적절한 계량 설비, 예를 들어 계량 펌프를 통해 다공성 재료로 공급될 수 있다. 대안적으로, 매트릭스 재료가, 예를 들어 중력의 영향하에 단순히 계속 흐르도록 하는 것도 가능하다. 이를 위해, 예를 들어 버퍼 용기가 다공성 재료 위에 사용될 수 있으며, 상기 버퍼 용기는 소정의 충전 수준까지 매트릭스 재료로 충전된다. 이로 인해, 매트릭스 재료가 다공성 재료로 이송되는 정수압은 대체로 일정하게 유지된다. 또한, 매트릭스 재료가 위치한 저장 용기로부터 다공성 재료로의 연결이 추가의 다공성 재료로 채워져서, 매트릭스 재료가 모세관력을 통해 연결 라인을 통해 다공성 재료로 향하도록 하는 것도 가능하다.
다공성 재료가 수용되는 슬리브의 사용 시, 매트릭스 재료는 바람직하게는 계량 설비를 사용하거나 중력의 영향을 받는 상태로 저장 용기로부터 슬리브의 다공성 재료로 공급된다.
소정의 섬유 부피 함량을 설정하기 위해, 노즐 또는 천공판이 추가로 제공될 수 있으며, 상기 노즐 또는 천공판의 직경은 과잉 매트릭스 재료가 노즐에서 또는 천공판에서 닦아내어지도록 선택된다. 그로 인해, 개별 스레드, 개별 섬유 또는 개별 로빙의 실질적으로 일정한 섬유 부피 함량이 설정된다. 다공성 재료가 슬리브에 수용될 경우, 슬리브로부터의 개별 스레드, 개별 섬유, 또는 개별 로빙의 출구에 개구를 설계하여, 상응하는 직경을 갖도록 하여 과잉 매트릭스 재료가 슬리브 내에서 이미 닦여 다공성 재료로 복귀될 수 있도록 하는 것도 가능하다. 그러나, 대안적으로, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 진행 방향으로 슬리브 뒤에 별개의 노즐 또는 천공판이 제공될 수도 있다. 특히, 서로 다른 섬유 부피 함량을 설정하고자 하는 경우, 조절 가능한 천공판을 사용하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 후자가 그 후에 각각 원하는 섬유 부피 함량으로 설정될 수 있기 때문이다.
추가적인 목적은, 하기 단계들을 포함하는, 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로부터 구성품을 제조하는 방법에 의해 달성된다:
(a) 전술한 바와 같은 장치에서 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 매트릭스 재료로 함침시키는 단계;
(b) 침지된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 구성품을 성형하기 위해 성형 공구의 표면 위에 배치하는 단계; 및
(c) 매트릭스 재료를 경화 또는 고화시키고, 구성품을 분리하는 단계.
구성품을 제조하기 위한 성형 공구는 섬유 강화 폴리머로부터 성형 부분품을 제조하기에 적합한 임의의 성형 공구일 수 있다. 제조하고자 하는 구성품의 형상에 따라, 성형 공구는 일체형이거나 복수의 부분품이 되도록 구현될 수 있고, 개방형 성형 공구 또는 폐쇄되는 성형 공구일 수 있다. 성형 공구의 표면 상에 놓인 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 특정 형상으로 가압되어야 할 경우 폐쇄되는 성형 공구가 항상 사용된다. 개방형 성형 공구는, 특히, 성형된 부분품을 제조하기 위한 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 권취될 수 있는 성형 공구, 또는 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 놓여질 때 잠재적인 텐션이 있는 경우에도 표면 상에 완전히 지지되어 성형 공구의 형상을 갖도록 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 볼록한 표면 상에 놓이는 성형 공구이다.
특히 바람직한 한 구체예의 성형 공구는, 중공체를 제조하기 위해 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 권취되는 권취 맨드릴이다.
그러한 중공체는 마스트일 수 있으며, 예를 들어, 이것은 풍력 발전 설비 또는 범선 또는 돛단배에 사용된다. 권취 맨드릴에 권취함으로써 만들어질 수 있는 다른 중공체는, 예를 들어, 범선, 파이프, 또는 임의의 볼록부 또는 오목부를 갖지 않는 임의의 다른 무단 프로파일을 위한 야드(yard)인데, 함침된 개별 섬유, 함침된 개별 스레드, 또는 함침된 개별 로빙은 권취 과정에서 그러한 오목부 또는 볼록부로 가압되지 않을 수 있기 때문이다.
구성품을 제조하기 위해, 각각의 경우에, 단지 하나의 개별 섬유, 하나의 개별 스레드 또는 하나의 개별 로빙을 함침시키고 성형 공구의 표면 상에 배치할 수 있다. 그러나, 특히 큰 구성품을 제조해야 하는 경우, 하나의 개별 섬유, 하나의 개별 스레드, 또는 하나의 개별 로빙을 처리하는 것뿐만 아니라, 복수의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 동시에 처리하는 것이 유리하다. 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 성형 공구의 표면 상에 배치하는 데 필요한 시간은 복수의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 동시 처리에 의해 단축될 수 있다. 복수의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 동시에 처리하는 경우, 각각의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 전술한 바와 같이 장치 내에서 함침되고, 이렇게 함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 그 후에 구성품이 성형되도록 성형 공구의 표면 상에 배치된다.
함침된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 성형 공구의 표면 상에 배치한 후, 구성품이 완성되도록 매트릭스 재료를 경화 또는 고화시킨다. 본원에서 경화는 일반적으로 매트릭스 재료가, 예를 들어, 특히 열경화성 플라스틱의 제조에 사용되는 것과 같은 다성분 시스템인 경우, 또는 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 모노머 또는 올리고머에 의해 함침되고, 함침 후 반응하여 폴리머를 형성하는 일성분 시스템의 경우에, 여전히 화학적으로 반응할 때 이루어진다. 제조되는 폴리머 및 그에 따른 원료 물질에 따라, 예를 들어, 개시제 또는 활성화제의 첨가에 의해 및/또는 에너지 투입에 의해, 예를 들어 열, 광 또는 UV 방사선에 의해 반응이 개시될 수 있다.
매트릭스 재료가 플라스틱 용융물, 전형적으로 열가소성 재료인 경우, 추가 화학 반응은 수행되지 않지만, 플라스틱은 냉각에 의해 고화되고, 이것에 의해 완전히 성형된 구성품이 생성된다.
그러나, 본 발명에 따른 방법은, 매트릭스 재료가 함침 후에만 폴리머를 형성하도록 반응하는 시스템의 경우에 특히 바람직하게 사용된다.
본 발명의 예시적인 구체예가 도면에 도시되어 있으며, 이하의 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도면에서:
도 1은 제1 구체예의 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치를 도시한다.
도 2는, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치로서, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 안내되는 베어링면을 갖는 장치를 도시한다.
도 3은, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치로서, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 안내되는 베어링면이 제2 다공성 재료의 베어링 부위인 장치를 도시한다.
도 4는, 개방된 상태의, 다공성 재료가 슬리브에 수용되는 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치를 도시한다.
도 5, 도 4에 도시된 장치를 닫힌 상태로 도시한다.
도 6은, 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치의 3차원 그림을 도시하며, 여기서 다공성 재료는 슬리브 내에 수용되고, 이를 통해 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙이 안내된다.
도 7은 도 6에 도시된 장치를 개방된 상태로 도시한다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치가 도 1의 제1 구체예로 도시되어 있다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치(1)는 매트릭스 재료로 침지되는 다공성 재료(3)를 포함한다. 함침을 위해, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 다공성 재료의 단부면(7)에 대해 가압된다. 매트릭스 재료는 단부명(7) 상의 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙의 압력에 의해 다공성 재료(3)로부터 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로 전달되어, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 매트릭스 재료가 함침된다.
취급성의 개선을 위해 다공성 재료(3)가 여기에 개략적으로 도시된 바와 같이 마운팅(9)에 수용되는 것이 바람직하다. 마운팅(9)은 임의의 재료, 바람직하게는 금속으로 제조될 수 있다.
특히 연속식 방법으로 함침시키기 위해서는, 매트릭스 재료가 다공성 재료(3)에 주기적으로 또는 연속적으로 공급될 필요가 있다. 주기적 첨가의 경우, 예를 들어, 소정의 한계가 못미쳤을 때 다공성 재료 내의 매트릭스 재료의 함량을 측정하고 매트릭스 재료를 재공급할 수 있다. 매트릭스 재료의 함량은, 예를 들어, 다공성 재료의 질량을 측정함으로써 수행될 수 있다. 매트릭스 재료를 연속적으로 첨가하는 경우, 매트릭스 재료가, 함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙에 분배되는 것과 동일한 속도로 공급되는 계량 펌프가 바람직하게 사용되며, 이로써 다공성 재료 내의 매트릭스 재료의 비율은 일정하게 유지된다. 여기서 다공성 재료에 매트릭스 재료를 첨가하는 것이 화살표(11)에 의해 개략적으로 도시된다. 대안적으로, 또한, 소정의 충전량을 갖는 버퍼 용기가 제공될 수 있으며, 상기 버퍼 용기는 다공성 재료 위에 배치된다. 이어서, 연결 라인을 통해 저장 용기로부터 다공성 재료로 중력의 영향에 의해 매트릭스 재료가 보충될 수 있다. 버퍼 용기 내의 소정의 충전량은, 충분한 매트릭스 재료가 항상 다공성 재료에 함유되는 것이 또한 보장되도록 정수압이 설정될 수 있게 한다.
함침시키려는 개별 섬유, 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료에 대해 가압하기 위해 다양한 방법이 이용될 수 있다. 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 다공성 재료에 대해 가압하는 데 이용되는 3 가지의 다른 변형예가 도 1, 2 및 3에 도시되어 있다.
따라서, 함침시키려는 개별 섬유(5), 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 가압되도록 하기 위해, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 텐션 롤러(13)를 제공할 수 있다. 이를 위한 텐션 롤러는, 함침시키려는 개별 섬유(5), 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대하여 가압되도록 배치된다. 각 경우, 롤러 쌍이 텐션 롤러(13)로서 사용되고, 이 때, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 롤러 쌍 사이를 통해 안내된다는 점에서 필요한 압력이 달성될 수 있다. 이어서, 롤러 쌍의 상이한 회전 속도에 의해 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 텐션이 가해질 수 있어서, 상기 개별 섬유(5), 상기 개별 스레드, 또는 상기 개별 로빙은 다공성 재료의 단부면(7)에 대하여 가압된다.
다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대해 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 가압하기 위한 설비에 대한 대안적인 구체예가 도 2에 도시되어 있다. 여기서, 함침시키려는 개별 섬유(5), 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대하여 가압하는 데 사용되는 설비는 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 그 위에 안내되는 베어링면(15)을 포함한다. 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 베어링면(15)에 의해 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대해 가압된다. 당업자에게 공지된 임의의 비압축성 재료가 베어링면(15)을 위한 재료로서 사용될 수 있다. 매트릭스 표면 재료가 베어링면(15)의 재료를 침범할 수 없도록 재료가 매끄러운 표면을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 금속 또는 유리가 특히 적합한 재료이다.
다른 대안이 도 3에 도시되어 있다. 여기에서 제2 다공성 재료(17)가 베어링면(15)으로서 사용된다. 여기서 제2 다공성 재료(17)는, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 제1 다공성 재료(3) 및 제2 다공성 재료(17)로부터의 매트릭스 재료를 수용할 수 있도록 마찬가지로 매트릭스 재료에 의해 침지되는 것이 바람직하다. 그러나, 제2 다공성 재료(17)가 매트릭스 재료로 침지되지 않는 것도 가능하다. 이 경우, 제2 다공성 재료(17)는 제1 다공성 재료(3)에 의해 분배되었지만 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 의해 수용되지 않은 과잉 매트릭스 재료를 수용할 수 있으며, 이로써 상기 과잉 매트릭스 재료가 드립하여 오염이 발생하는 일이 없다. 수용된 과잉 매트릭스 재료로 제2 다공성 재료가 포화되면, 예를 들어, 매트릭스 재료를 회수하기 위해, 제2 다공성 재료(17)를 스퀴징할 수 있다. 대안적으로, 제2 다공성 재료(17)를 그 후 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위해 매트릭스 재료로 포화된 다공성 재료(3)로서 사용하는 것과, 새로운 다공성 재료를 제2 다공성 재료(17)로서 제공하는 것도 가능하며, 이것에 의해 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대해 가압된다.
그러나, 대안적으로, 다공성 재료(3)의 단부면(7)이 임의의 다른 임의의 방향을 가리킬 수 있도록 전체 구조가 회전될 수도 있다. 본 명세서에서, 다공성 재료(3)와는 별도로, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 단부면에 대해 가압하기 위한 설비가 또한, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대해 가압될 수 있도록 상응하는 방식으로 정렬된다는 점을 언급한다.
개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치의 대안적인 구체예가 도 4 내지 7에 도시되어 있다.
여기서, 도 5 및 6은 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 함침시키기 위한 장치를 닫힌 상태로 도시하고, 도 4 및 7은 개방 상태의 장치를 도시한다.
도 4 및 5에 도시된 구체예의 다공성 재료(3)는 슬리브(7)에 수용된다. 함침을 위한 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 슬리브(21) 내의 다공성 재료를 통해 안내되며, 상기 다공성 재료는 매트릭스 재료에 의해 침지된다.
개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 슬리브 내로 스레딩할 수 있도록 하기 위해서는, 슬리브(21)가 상측 부분품(23) 및 하측 부분품(25)을 갖는 2개의 부분품으로 구현되는 것이 유리하다. 여기서 다공성 재료(3)는, 각각의 경우 상측 부분품(23) 및 하측 부분품(25)에 수용된다. 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 스레딩되도록 하기 위해, 상측 부분품(23) 및 하측 부분품(25)은 개방되고, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 하측 부분품(25)의 다공성 재료(3) 상에 놓이며, 그 후 상측 부분품(23)은 하측 부분품(25)에 연결되고, 이로써 슬리브(21)가 닫힌다.
매트릭스 재료의 공급은, 계량 설비(31)에 의해 이루어지며, 이 때 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 여기에서는 충전 포트를 통한 유입구가 사용될 수 있다. 대안적으로, 계량 펌프 또는 유사한 계량 유닛이, 도 1 내지 3의 구체예의 내용에서 전술한 바와 같이, 매트릭스 재료를 공급하기 위해 사용될 수도 있다.
슬리브(21)를 갖는, 두 부분품으로 된 구조물이 도 6 및 7에 3차원 방식으로 도시되어 있다. 도 6은 닫힌 상태의 구조물을 도시하고, 도 7은 닫힌 상태의 구조물을 도시한다.
개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 슬리브를 통해 안내되도록 하기 위해, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 안내되는 통로(27)가 슬리브(21)의 단부 상에 구성된다. 두 부분품으로 된 슬리브(21)의 구조물의 경우, 여기에 도시된 바와 같이, 슬리브(21)가 닫힌 경우 통로(27)를 형성하는 유극(29)이 이 목적을 위해 상측 부분품(23)과 하측 부분품(25) 각각에 구성되는 것이 바람직하다.
상측 부분품(23)과 하측 부분품(25)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 별개의 부분품일 수 있거나, 또는 대안적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 슬리브(21)가 펼쳐져 개방되도록 한쪽 측의 힌지(27)에 의해 서로 연결될 수 있다.
상측 부분품(23)과 하측 부분품(25)을 서로 연결하기 위해 당업자에게 알려진 임의의 클로징 설비가 사용될 수 있다. 따라서, 상측 부분품(23) 및 하측 부분품(25)은, 예를 들어, 후크 또는 다른 클로징 브래킷 또는 텐션 브래킷을 갖는 텐션 클로저에 의해 서로 연결될 수 있다. 대안적으로, 상측 부분품과 하측 부분품이 서로 나사 결합될 수도 있다. 그러나, 후크 또는 클로징 브래킷을 이용한 경우와 같이 신속하게 개방될 수 있는 클로징 설비 또는 텐션 브래킷을 갖는 텐션 클로저가 각각 바람직하다.
두 부분품으로 분할된 형상의 경우, 상측 부분품(23)과 하측 부분품(25)이 양측에서 서로 연결될 필요가 있다. 대조적으로, 힌지를 갖는 구체예의 경우, 힌지 반대쪽의 측에 클로징 장치가 제공되는 것으로 충분하다.

Claims (13)

  1. 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 매트릭스 재료를 함침시키기 위한 장치로서, 매트릭스 재료로 침지되는 다공성 재료(3) 및 상기 다공성 재료(3) 내로 매트릭스 재료를 계량 투입하기 위한 계량 설비를 포함하며,
    함침시키려는 개별 섬유(5), 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 상기 다공성 재료(3)의 단부면(7)에 대하여 가압할 수 있는 설비를 포함하거나, 또는 상기 다공성 재료(3)가 슬리브(21) 내에 수용되고, 상기 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙은 상기 슬리브(21) 내에서 상기 다공성 재료(3)를 통해 안내될 수 있으며, 상기 다공성 재료는 평균 직경이 70 내지 250 ㎛ 범위인 셀 크기를 갖는 오픈셀 폼인 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 재료(3)가 상기 매트릭스 재료에 대하여 비활성인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공성 재료(3)가, 실질적으로 셀 웹으로 이루어진 오픈셀 폼인 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 재료가 폴리올레핀, 폴리우레탄, 또는 멜라민 수지로부터 선택되는 재료로 제조되는 것인 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 함침시키려는 개별 섬유(5), 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 상기 다공성 재료에 대하여 가압할 수 있는 설비가 적어도 2개의 텐션 롤러(13)를 포함하고, 상기 텐션 롤러 위로 상기 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 안내되는 것인 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 함침시키려는 개별 섬유(5), 함침시키려는 개별 스레드, 또는 함침시키려는 개별 로빙을 상기 다공성 재료(3)에 대하여 가압할 수 있는 설비가 베어링면(15)을 포함하고, 상기 베어링면(15) 위에 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 안내되는 것인 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 가압되는 상기 다공성 재료(3)가 단부면(7)을 가지며, 상기 단부면은 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 직경의 1.5 내지 5배 범위의 최대 폭과, 침지시키려는 개별 섬유, 침지시키려는 개별 스레드, 또는 침지시키려는 개별 로빙의 직경의 2 내지 10배 범위의 최대 길이를 갖는 것인 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 위에 안내되는 베어링면(15)이, 매트릭스 재료로 침지되는 제2 다공성 재료(17)의 단부면인 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 재료가 수용되는 슬리브(21)는 두 부분으로 구현되고, 그 안에 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 배치하기 위해 개방될 수 있으며, 상기 슬리브의 각 부분은 다공성 재료를 포함하는 것인 장치.
  10. 제9항에 있어서, 원하는 섬유 부피 함량을 설정하기 위한 노즐 또는 천공판을 추가로 포함하는 장치.
  11. 함침된 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙으로부터 구성품을 제조하는 방법으로서, 하기 단계:
    (a) 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 장치(1)에서 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙에 매트릭스 재료를 함침시키는 단계;
    (b) 침지된 개별 섬유, 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 구성품을 성형하기 위해 성형 공구의 표면 상에 배치하는 단계; 및
    (c) 매트릭스 재료를 경화 또는 고화시키고, 구성품을 분리하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 성형 공구는, 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙이 권취되어 중공체를 형성하는 권취 맨드릴인 제조 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 구성품을 제조하기 위해, 각각의 경우에 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 장치에서 함침시킨 복수의 개별 섬유(5), 개별 스레드, 또는 개별 로빙을 구성품이 형성되도록 성형 공구의 표면 상에 동시에 배치하는 것인 제조 방법.
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