KR20210158053A - Apparatus and method of manufacturing continuous fiber reinforced thermoplastic composite using double impregnation mold - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to an apparatus and method for manufacturing a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold.
연속섬유 강화 복합재는 자동차, 항공, 전자, 건설, 스포츠 레저 및 국방 산업 등과 관련하여 산업재료로서 최근 각광을 받고 있으며, 성형 공정에서 그 조성을 비교적 자유롭게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.Continuous fiber-reinforced composites have recently been spotlighted as industrial materials in relation to automobiles, aviation, electronics, construction, sports leisure and defense industries, and have the advantage of being able to change their composition relatively freely in the forming process.
연속섬유 강화 열가소성 복합재는 연속적으로 공급되는 섬유에 열가소성 수지(resin)를 함침하고, 경화 또는 응고 과정을 거쳐 연속적으로 생산되고 있다. The continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material is continuously produced by impregnating a continuously supplied fiber with a thermoplastic resin, and then curing or solidifying the fiber.
특히, 섬유 보강 일방향 프리프레그(Pre-Preg)는 열가소성 수지에 섬유를 일 방향으로 함침시켜 연속적으로 제조된다. 그리고 이렇게 제조되는 섬유 보강 일방향 프리프레그를 UD 시트(Unidirectional Sheet)라 한다. In particular, the fiber-reinforced one-way prepreg (Pre-Preg) is continuously manufactured by impregnating the fibers in one direction in a thermoplastic resin. And the fiber-reinforced unidirectional prepreg manufactured in this way is called a UD sheet (Unidirectional Sheet).
UD 시트는 기계적 물성이 우수하여 사출 성형품의 물성이 낮은 부분에 보강재로 주로 이용되고 있다. UD sheet has excellent mechanical properties and is mainly used as a reinforcing material in parts with low properties of injection-molded products.
종래의 UD 시트 제조장치는 섬유를 공급하는 보빈(Bobbin)을 갖는 섬유공급부, 섬유를 펼치는 스프레더, 수지를 공급하는 압출기, 섬유에 수지를 함침하는 함침 금형을 포함하였다. 그런데 종래의 UD 시트 제조장치에 따르면, UD 시트의 제조 라인을 고속화 설계하기에는 어려움이 있었다. A conventional UD sheet manufacturing apparatus includes a fiber supply unit having a bobbin for supplying fibers, a spreader for spreading fibers, an extruder for supplying resin, and an impregnation mold for impregnating the fibers with resin. However, according to the conventional UD sheet manufacturing apparatus, it is difficult to design a high-speed UD sheet manufacturing line.
따라서, 단일의 UD 시트 제조 라인에서 두 종류의 섬유로 이루어진 UD 시트의 동시 제조가 가능할 수 있으며, 또는 한 종류의 섬유가 적용될 경우 UD 시트의 생산성을 두 배로 상승시킬 수 있는 UD 시트 제조 장치의 고속화 설계가 요청된다. 그리고 이를 위해서는 고속에서 섬유의 손상을 방지하고, 이를 위한 함침 유로 구간의 최적화 설계 및 개선방안이 요청된다. Therefore, it may be possible to simultaneously manufacture a UD sheet composed of two types of fibers in a single UD sheet manufacturing line, or when one type of fiber is applied, the UD sheet manufacturing apparatus can double the productivity of the UD sheet manufacturing line. design is requested. And for this, an optimization design and improvement plan of the impregnated passage section are required to prevent damage to fibers at high speed.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0054661호(2016.05.17. 공개)가 있으며, 상기 선행문헌에는 일방향 연속섬유강화 열가소성 복합재 제조장치 및 방법이 개시되어 있다. 다만 선행문헌에 개시된 일방향 연속섬유강화 열가소성 복합재 제조장치 및 방법에는 UD 시트의 생산성을 향상시키고, 동일한 공간에서 생산 효율을 적어도 2배 이상 향상시킬 수 있는 고속 함침 내용에 관하여 전혀 제시하고 있지 않다. As a prior document related to the present invention, there is Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0054661 (published on May 17, 2016), and the prior document discloses an apparatus and method for manufacturing a unidirectional continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material. However, the unidirectional continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material manufacturing apparatus and method disclosed in the prior literature improve the productivity of the UD sheet, and high-speed impregnation that can improve production efficiency at least twice or more in the same space is not presented at all.
본 발명의 목적은 단일의 제조 라인을 통해 섬유 보강 일방향 프리프레그, 즉 UD 시트의 생산성을 대폭 향상시킬 수 있는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus capable of significantly improving the productivity of a fiber-reinforced unidirectional prepreg, that is, a UD sheet through a single manufacturing line.
본 발명의 다른 목적은 단일의 제조 라인을 통해 이종의 섬유로 이루어진 섬유 보강 일방향 프리프레그, 즉 UD 시트를 동시에 제조할 수 있는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material manufacturing apparatus capable of simultaneously manufacturing a fiber-reinforced unidirectional prepreg made of different types of fibers, that is, a UD sheet through a single manufacturing line.
본 발명의 또 다른 목적은, 단일의 제조 라인을 통해 UD 시트의 생산성을 2배 이상 향상시키거나, 이종의 섬유로 이루어진 UD 시트를 동시에 제조할 수 있는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a continuous fiber-reinforced thermoplastic composite that can improve the productivity of the UD sheet more than twice or simultaneously produce a UD sheet composed of different types of fibers through a single manufacturing line. .
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the appended claims.
본 발명의 일 측면에 따르면 단일의 제조 라인을 통해 섬유 보강 일방향 프리프레그, 즉 UD 시트의 생산성을 대폭 향상시킬 수 있는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus capable of significantly improving the productivity of a fiber-reinforced unidirectional prepreg, that is, a UD sheet through a single manufacturing line.
본 발명의 일 실시예에 따르는 이중 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치는, 복수의 섬유를 공급하는 섬유공급부; 상기 복수의 섬유 중 하나인 제1 섬유를 폭 방향으로 펼치는 제1 스프레더와, 상기 제1 스프레더와 서로 다른 위치에서 복수의 섬유 중 다른 하나인 제2 섬유를 폭 방향으로 펼치는 제2 스프레더를 포함하는 스프레딩부; 상기 제1 스프레더를 통과한 상기 제1 섬유에 수지를 함침하는 제1 함침 금형과, 상기 제1 함침 금형과 상하로 평행을 이루며 상기 제2 스프레더를 통과한 상기 제2 섬유에 수지를 함침하는 제2 함침 금형을 포함하는 이중 함침 금형부; 및 상기 제1, 2 함침 금형 각각에 수지를 공급하는 공유 압출기;를 포함한다. Continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material manufacturing apparatus using a double mold according to an embodiment of the present invention, a fiber supply unit for supplying a plurality of fibers; A first spreader that spreads a first fiber, which is one of the plurality of fibers, in a width direction, and a second spreader that spreads a second fiber, which is another one of the plurality of fibers, in a width direction at a position different from that of the first spreader. spreading unit; A first impregnation mold for impregnating the resin into the first fiber that has passed through the first spreader, and a first impregnating mold for impregnating the resin with the second fiber passing through the second spreader in parallel with the first impregnating mold 2 a double impregnation mold portion including an impregnation mold; and a shared extruder for supplying a resin to each of the first and second impregnated molds.
상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유는 동일한 섬유 이거나 또는 서로 다른 종류의 섬유일 수 있다. The first fiber and the second fiber may be the same or different types of fibers.
상기 제1 스프레더는 상기 제1 함침 금형과 동일한 높이 상에 위치할 수 있다. 상기 제2 스프레더는 상기 제1 스프레더와 상하로 평행을 이루며 상기 제2 함침 금형과 동일한 높이 상에 위치할 수 있다. The first spreader may be positioned at the same height as the first impregnating mold. The second spreader may be vertically parallel to the first spreader and positioned at the same height as the second impregnation mold.
상기 제1 스프레더의 출구 측은 상기 제1 함침 금형의 입구 측과 전후 간격을 두고 마주하여 형성될 수 있다. The outlet side of the first spreader may be formed to face the inlet side of the first impregnation mold at a front and rear interval.
상기 제2 스프레더의 출구 측은 상기 제2 함침 금형의 입구 측과 전후 간격을 두고 마주하여 형성될 수 있다. The outlet side of the second spreader may be formed to face the inlet side of the second impregnation mold at a front and rear interval.
상기 공유 압출기는, 상기 제1 함침 금형으로 수지를 공급하는 제1 수지 공급라인; 및 상기 제2 함침 금형으로 수지를 공급하는 제2 수지 공급라인;을 포함한다. The co-extruder, a first resin supply line for supplying the resin to the first impregnated mold; and a second resin supply line for supplying the resin to the second impregnated mold.
이때, 상기 제1, 2 수지 공급라인 각각은 서로 독립된 수지 공급 경로를 가지며, 서로 분리된 플렉시블 한 튜브 형태로 이루어질 수 있다. In this case, each of the first and second resin supply lines may have an independent resin supply path, and may be formed in the form of a flexible tube separated from each other.
또한, 상기 공유 압출기는, 상기 제1 수지 공급라인의 말단에 연결되며, 상기 제1 함침 금형의 제1 유로부에 수지를 주입하도록 제1 수지 토출부를 구비하는 제1 수지 공급노즐; 및 상기 제2 수지 공급라인의 말단에 연결되며, 상기 제2 함침 금형의 제2 유로부에 수지를 주입하도록 제2 수지 토출부를 구비하는 제2 수지 공급노즐;을 포함한다. In addition, the co-extruder, the first resin supply nozzle connected to the end of the first resin supply line, the first resin supply nozzle having a first resin discharging unit to inject the resin into the first flow path of the first impregnated mold; and a second resin supply nozzle connected to the end of the second resin supply line and having a second resin discharge part to inject the resin into the second flow passage part of the second impregnation mold.
상기 제1 수지 토출부는, 상기 제1 유로부의 입구를 향해 위에서 아래로 수지를 토출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 수지 토출부는 상부 토출 방식으로, 제1 유로부의 길이 방향에 교차하는 방향으로 상기 제1 유로부의 내부를 향해 위에서 아래로 수지를 토출하도록 구성될 수 있다.The first resin discharging unit may be configured to discharge the resin from top to bottom toward the inlet of the first flow path unit. For example, the first resin discharging unit may be configured to discharge the resin from top to bottom toward the inside of the first flow path in a direction crossing the longitudinal direction of the first flow path in an upper discharging manner.
상기 제2 수지 토출부는, 상기 제2 유로부의 입구를 향해 아래에서 위로 수지를 토출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 수지 토출부는 하부 토출 방식으로, 제2 유로부의 길이 방향에 교차하는 방향으로 상기 제2 유로부의 내부를 향해 아래에서 위로 수지를 토출하도록 구성될 수 있다. 즉, 제2 수지 토출부는 제1 수지 토출부와 동일한 위치에 형성될 수 있으며, 각각 수지를 토출하는 방향이 반대로 형성되도록 대칭되는 형상을 가질 수 있다.The second resin discharging unit may be configured to discharge the resin from bottom to top toward the inlet of the second flow path unit. For example, the second resin discharging unit may be configured to discharge the resin from the bottom to the top toward the inside of the second flow path unit in a direction crossing the longitudinal direction of the second flow path unit in a lower discharging manner. That is, the second resin discharging unit may be formed at the same position as the first resin discharging unit, and may have a symmetrical shape such that the resin discharging directions are opposite to each other.
상기 제1 유로부는, 상기 제1 섬유에 수지를 함침하는 제1 웨이브형 메인유로; 및 상기 제1 웨이브형 메인유로의 전방에 위치하며, 상기 제1 섬유의 초기 투입 시 상기 제1 섬유의 미함침 부분의 손상을 방지하는 제1 손상방지유로;를 포함한다.The first flow passage includes: a first wave-type main passage for impregnating the first fiber with a resin; and a first damage prevention flow path positioned in front of the first wave-type main flow path and configured to prevent damage to an unimpregnated portion of the first fiber when the first fiber is initially introduced.
상기 제1 손상방지유로의 상단에는 서로 간격을 두고 하향 돌출되어 상기 제1 섬유의 상부와 접촉되는 복수의 제1 미세돌기부가 구비될 수 있다. 상기 제1 손상방지유로의 하단에는 상기 복수의 제1 미세돌기부 사이로 상향 돌출되어 상기 제1 섬유의 하부와 접촉되는 제1 웨이브돌출부가 구비될 수 있다. A plurality of first microprotrusions protruding downward at a distance from each other and in contact with the upper portion of the first fiber may be provided at an upper end of the first damage prevention passage. A first wave protrusion protruding upwardly between the plurality of first microprotrusions and contacting a lower portion of the first fiber may be provided at a lower end of the first damage prevention passage.
상기 제2 유로부는, 상기 제2 섬유에 수지를 함침하는 제2 웨이브형 메인유로; 및 상기 제2 웨이브형 메인유로의 전방에 위치하며, 상기 제2 섬유의 초기 투입 시 상기 제2 섬유의 미함침 부분의 손상을 방지하는 제2 손상방지유로;를 포함한다. The second flow passage includes: a second wave-type main passage for impregnating the second fiber with a resin; and a second damage prevention flow path located in front of the second wave-type main flow path and preventing damage to an unimpregnated portion of the second fiber when the second fiber is initially introduced.
상기 제2 손상방지유로의 하단에는 서로 간격을 두고 상향 돌출되어 상기 제2 섬유의 하부와 접촉되는 복수의 제2 미세돌기부가 구비될 수 있다. A plurality of second microprotrusions may be provided at the lower end of the second damage prevention passage, which protrude upward at a distance from each other and come into contact with the lower portion of the second fiber.
상기 제2 손상방지유로의 상단에는 상기 복수의 제2 미세돌기부 사이로 하향 돌출되어 상기 제2 섬유의 상부와 접촉되는 제2 웨이브돌출부가 구비될 수 있다. A second wave protrusion protruding downward between the plurality of second fine protrusions and contacting an upper portion of the second fibers may be provided at an upper end of the second damage prevention passage.
상기 제1 함침 금형 및 상기 제2 함침 금형 각각은, 코트 행거 다이(Coat-Hanger Type die)일 수 있다. Each of the first impregnation mold and the second impregnation mold may be a coat hanger die.
상기 섬유공급부는, 상기 제1 섬유를 공급하는 제1 보빈; 및 상기 제1 섬유와 동일 또는 이종의 제2 섬유를 공급하는 제2 보빈;을 포함한다. The fiber supply unit may include: a first bobbin for supplying the first fiber; and a second bobbin for supplying a second fiber identical to or different from that of the first fiber.
상기 섬유공급부에서 공급된 복수의 섬유를 서로 다른 경로로 안내하여 상기 스프레딩부로 이송하는 섬유이송부;를 더 포함한다. It further includes; a fiber transport unit for guiding the plurality of fibers supplied from the fiber supply unit to different paths to transfer to the spreading unit.
상기 섬유이송부는, 상기 제1 보빈에서 공급된 상기 제1 섬유를 상기 제1 스프레더의 입측으로 공급하도록 이송하는 제1 가이드 바; 및 상기 제2 보빈에서 공급된 상기 제2 섬유를 상기 제2 스프레더의 입측으로 공급하도록 이송하는 제2 가이드 바;를 포함한다. The fiber transfer unit may include: a first guide bar for transferring the first fiber supplied from the first bobbin to the inlet side of the first spreader; and a second guide bar for transferring the second fiber supplied from the second bobbin to the mouth side of the second spreader.
상기 섬유공급부는, 상기 제1 보빈에서 공급된 상기 제1 섬유를 상기 제1 가이드 바를 향해 안내하는 제1 가이드 롤; 및 상기 제2 보빈에서 공급된 상기 제2 섬유를 상기 제2 가이드 바를 향해 안내하는 제2 가이드 롤;을 포함한다. The fiber supply unit may include: a first guide roll for guiding the first fiber supplied from the first bobbin toward the first guide bar; and a second guide roll for guiding the second fiber supplied from the second bobbin toward the second guide bar.
상기 제1 함침 금형에서 상기 제1 섬유에 수지가 함침된 소재를 냉각하는 제1 냉각 롤과, 상기 제2 함침 금형에서 상기 제2 섬유에 수지가 함침된 소재를 냉각하는 제2 냉각 롤을 포함하는 냉각 롤부;를 더 포함한다. A first cooling roll for cooling the material impregnated with the resin in the first fiber in the first impregnation mold, and a second cooling roll for cooling the material impregnated with the resin in the second fiber in the second impregnation mold It further includes a cooling roll unit.
상기 제1 냉각 롤을 통과한 소재를 권취하는 제1 와인딩 롤과, 상기 제2 냉각 롤을 통과한 소재를 권취하는 제2 와인딩 롤을 포함하는 와인딩 롤부;를 더 포함한다. It further includes; a winding roll unit including a first winding roll for winding the material passing through the first cooling roll, and a second winding roll for winding the material passing through the second cooling roll.
본 발명의 다른 측면에 따르면 단일의 제조 라인을 통해 UD 시트의 생산성을 2배 이상 향상시키거나, 이종의 섬유로 이루어진 UD 시트를 동시에 제조할 수 있는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material capable of improving the productivity of the UD sheet more than twice or simultaneously manufacturing the UD sheet composed of different types of fibers through a single manufacturing line.
본 발명의 일 실시예에 따르는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법은, (a) 복수의 섬유를 공급하는 섬유공급단계; (b) 복수의 섬유 중 하나인 제1 섬유를 폭 방향으로 펼치는 동시에, 복수의 섬유 중 다른 하나인 제2 섬유를 제1 섬유와 다른 위치에서 펼치는 스프레딩단계; 및 (c) 폭 방향으로 펼친 제1, 2 섬유를 상하로 분리된 제1, 2 함침 금형으로 투입하고, 상기 제1, 2 함침 금형 내부에서 각각 상기 제1, 2 섬유에 수지를 함침하는 이중 함침단계;를 포함하며, 상기 (c) 단계에서, 단일의 공유 압출기를 이용하여 상기 제1, 2 함침 금형 각각으로 수지를 공급할 수 있다.A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing method using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention comprises: (a) a fiber supply step of supplying a plurality of fibers; (b) a spreading step of spreading a first fiber, which is one of the plurality of fibers, in the width direction, and at the same time, spreading a second fiber, which is another one of the plurality of fibers, at a position different from that of the first fiber; and (c) inserting the first and second fibers spread in the width direction into the first and second impregnating molds separated vertically, and impregnating the first and second fibers with resin inside the first and second impregnation molds, respectively. impregnation step; and, in step (c), the resin may be supplied to each of the first and second impregnation molds using a single co-extruder.
상기 (c) 단계 이후에, (d) 상기 제1, 2 함침 금형 각각을 통과하여 상기 제1, 2 섬유 각각에 수지가 함침된 소재들을 냉각시키는 냉각단계; 및 (e) 상기 냉각된 소재들을 권취하는 와인딩단계;를 포함한다.After the step (c), (d) a cooling step of cooling the materials impregnated with the resin in each of the first and second fibers by passing through each of the first and second impregnating molds; and (e) a winding step of winding the cooled materials.
본 발명에 의하면 단일의 제조 라인을 통해 섬유 보강 일방향 프리프레그, 즉 UD 시트의 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to significantly improve the productivity of the fiber-reinforced one-way prepreg, that is, the UD sheet through a single manufacturing line.
또한, 본 발명에 의하면 이종의 섬유로 이루어진 섬유 보강 일방향 프리프레그, 즉 UD 시트를 동시에 제조할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to simultaneously manufacture a fiber-reinforced unidirectional prepreg made of heterogeneous fibers, that is, a UD sheet.
구체적으로는, 본 발명에 의하면, 상하로 구분되어 서로 개별적인 유로를 갖는 복수의 함침 금형과 복수의 함침 금형에 수지를 공급하는 공유 압출기를 사용한다. 이에 따라, 기존 대비 생산성이 2배 정도 향상될 수 있으며, 이종의 섬유로 이루어진 UD 시트를 동시에 제조할 수 있는 장점이 있다. Specifically, according to the present invention, a shared extruder for supplying a resin to a plurality of impregnating molds and a plurality of impregnating molds divided vertically and having separate flow paths from each other are used. Accordingly, productivity can be improved by about 2 times compared to the existing one, and there is an advantage in that a UD sheet made of different types of fibers can be manufactured at the same time.
특히, 압출기는 UD 시트 제조 라인 내에서 큰 사이즈를 갖는데, 단일의 압출기를 공유화 사용함으로써, 기존과 동일한 공간을 활용하여 UD 시트의 생산량을 2배 정도로 증가시킬 수 있어, 생산효율을 대폭 향상시킬 수 있다. In particular, the extruder has a large size within the UD sheet manufacturing line. By using a single extruder in common, the production efficiency of the UD sheet can be increased by about 2 times by utilizing the same space as the existing one, and the production efficiency can be greatly improved. have.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 함침 금형이 상하로 배치되되, 서로 대칭되는 구조로 이루어져 있기에, 상하 구간에서 균등한 함침성이 발현될 수 있다. In addition, according to the present invention, a plurality of impregnation molds are arranged vertically, and since they are symmetrical to each other, uniform impregnation properties can be expressed in the upper and lower sections.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 함침 금형 각각의 유로 구조를 개선하여, 고속의 함침 공정에서 초기에 발생 가능한 미함침 섬유의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 함침 금형 각각의 유로 중에서 입구 측 직선구간에 미세 돌기를 형성함으로써, 유로 구조 설계를 통해 미함침 섬유의 손상을 미연에 방지할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to improve the flow path structure of each of the plurality of impregnation molds to prevent damage to the unimpregnated fibers that may occur in the initial stage in the high-speed impregnation process. For example, by forming fine protrusions in the straight section on the inlet side among the flow paths of each of the plurality of impregnated molds, damage to the non-impregnated fibers can be prevented in advance through the flow path structure design.
또한, 본 발명에 의하면, 코트 행거 타입 수지 도포 방식을 채택하여 폭 방향 수지의 균일한 도포를 기대할 수 있다. In addition, according to the present invention, uniform application of the resin in the width direction can be expected by adopting a coat hanger type resin application method.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치 중에서, 공유 압출기와 이중 함침 금형을 간략히 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치에서 이중 함침 금형부의 제1 구현 예를 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치에서 이중 함침 금형부의 제2 구현 예를 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 4에 도시된 이중 함침 금형부 중에서 제1 손상방지유로의 확대 형상을 보여주는 개념도이다.
도 6은 도 4에 도시된 이중 함침 금형부 중에서 제2 손상방지유로의 확대 형상을 보여주는 개념도이다.
도 7은 도 4에 도시된 이중 함침 금형부 중에서 제1, 2 손상방지유로의 대칭된 형상을 보여주는 개념도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c는 단일의 유로를 갖는 함침 금형에 상부 토출, 하부 토출, 상하부 토출 방식이 적용된 비교예들을 간략히 도시한 도면이다.
도 9는 코트 행거 다이 방식을 간략히 도시한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법을 간략히 도시한 순서도이다.1 is an overall configuration diagram of an apparatus for manufacturing a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram schematically illustrating a shared extruder and a double impregnation mold in the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing a first embodiment of the double impregnation mold part in the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material manufacturing apparatus using the double impregnation mold according to the embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the double impregnation mold part in the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material manufacturing apparatus using the double impregnation mold according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual view showing an enlarged shape of a first damage prevention flow path in the double impregnation mold part shown in FIG. 4 .
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an enlarged shape of a second damage prevention flow path in the double impregnation mold part shown in FIG. 4 .
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating symmetrical shapes of first and second damage prevention flow paths in the double impregnation mold part shown in FIG. 4 .
8A, 8B, and 8C are diagrams schematically illustrating comparative examples in which upper discharge, lower discharge, and upper and lower discharge methods are applied to an impregnation mold having a single flow path.
9 is a conceptual diagram schematically illustrating a coat hanger die method.
10 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification. Further, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same reference numerals as much as possible even though they are indicated in different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the nature, order, order, or number of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but other components may be interposed between each component. It should be understood that each component may be “interposed” or “connected”, “coupled” or “connected” through another component.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.In addition, in implementing the present invention, components may be subdivided for convenience of description, but these components may be implemented in one device or module, or one component may include a plurality of devices or modules. It may be implemented by being divided into .
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치Continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using double impregnation mold
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치의 전체 구성도이다. 1 is an overall configuration diagram of an apparatus for manufacturing a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치(1000)는 섬유공급부(100), 섬유이송부(200), 스프레딩부(300), 이중 함침 금형부(400), 공유 압출기(500), 냉각 롤부(600), 와인딩 롤부(700)을 포함한다.The continuous fiber-reinforced thermoplastic
섬유공급부(100)는 복수의 섬유, 예를 들어 제1 섬유(101)와 제2 섬유(102)를 공급한다. 여기서, 제1 섬유(101)와 제2 섬유(102)는 동일한 종류의 섬유일 수 있으며, 서로 다른 종류의 섬유일 수 있다. 만일 제1 섬유(101)와 제2 섬유(102)가 동일한 종류의 섬유일 경우 UD 시트의 생산성이 대략 2배 정도로 상승될 수 있다. 만일, 제1 섬유(101)와 제2 섬유(102)가 서로 다른 종류의 섬유일 경우 단일의 제조 라인을 이용하여 두 종류의 섬유로 이루어진 UD 시트의 제조가 가능할 수 있다. The
구체적인 예로서, 섬유공급부(100)는 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)을 포함한다. 제1 보빈(110)은 제1 섬유(101)를 공급하도록 제1 섬유(101)를 감아 보관한다. 그리고 제2 보빈(120)은 제2 섬유(102)를 공급하도록 제2 섬유(101)를 감아 보관한다. 이때, 별도로 도시하진 않았으나, 제1, 2 보빈(110) 각각에는 제1, 2 섬유(101, 102)의 장력을 제어하는 크릴 장치가 구비될 수 있는데, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 크릴 장치를 제한 없이 이용할 수 있다. As a specific example, the
섬유이송부(200)는 섬유공급부(100)에서 공급된 복수의 섬유, 즉 제1, 2 섬유(101, 102)를 서로 다른 경로로 안내하여 스프레딩부(300)의 입구까지 이송한다. The
구체적인 예로서, 섬유이송부(200)는 제1 가이드 바(210)과 제2 가이드 바(220)를 포함한다. As a specific example, the
제1 가이드 바(210)는 제1 보빈(110)에서 공급된 제1 섬유(101)를 제1 스프레더(310)의 입측으로 공급하도록 제1 섬유(101)를 안내하는 가이드 바(Guide Bar) 형태로 구성될 수 있다. 다만, 반드시 도시된 형태에 제한되지는 않으며 통상의 기술자에게 자명한 다양한 변형 예를 가질 수 있다. The
제2 가이드 바(220)는 제2 보빈(120)에서 공급된 제2 섬유(102)를 제2 스프레더(320)의 입측으로 공급하도록 제2 섬유(102)를 안내하는 가이드 바(Guide Bar) 형태로 구성될 수 있다. 제2 가이드 바(220)도 역시 도 1에 도시된 형태에 한정될 필요는 없으며, 사용자의 필요에 따라 다양한 형태로 변경 가능하다. The
한편, 섬유공급부(100)는 제1 보빈(110)에서 공급된 제1 섬유(101)를 제1 가이드 바(210)를 향해 안내하는 제1 가이드 롤(130)을 더 포함할 수 있다. 또한, 섬유공급부(100)는 제2 보빈(120)에서 공급된 제2 섬유(102)를 제2 가이드 바(220)를 향해 안내하는 제1 가이드 롤(140)을 더 포함할 수 있다. 이들 제1, 2 가이드 롤(130, 140)의 설치 형태 및 위치는 도시된 형태에 한정되지 않으며 통상의 기술자에게 자명한 다양한 형태로 변경될 수 있다. Meanwhile, the
스프레딩부(300)는 제1 스프레더(310)와 제2 스프레더(320)를 포함한다.The spreading
제1 스프레더(310)는 복수의 섬유 중 하나인 제1 섬유(101)를 폭 방향으로 펼치는 장치이다. 이와 마찬가지로, 제2 스프레더(320)는 복수의 섬유 중 다른 하나인 제2 섬유(102)를 폭 방향으로 펼치는 장치이다. The
본 발명의 실시예에 따르는 제2 스프레더(320)는 제1 스프레더(310)와 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. The
바람직하게는, 제2 스프레더(320)는 제1 스프레더(310)의 하측에서 소정의 높이 간격을 두고 제1 스프레더(320)와 평행을 이루어 배치될 수 있다. 다시 말해, 제1, 2 스프레더(310, 320)는 서로 소정의 높이 간격을 두고 상, 하측에 나란하게 배치될 수 있는데, 각각의 출구 측은 제1, 2 함침 금형(410, 420)의 입구 측과 수평을 이루어 배치될 수 있다. Preferably, the
구체적인 예로서, 제1 스프레더(310)는 제1 함침 금형(410)과 동일한 높이 상에 위치하는 것이 좋다. 그리고 제2 스프레더(320)는 제1 스프레더(310)와 상하로 평행을 이루며 제2 함침 금형(420)과 동일한 높이 상에 위치할 수 있다. As a specific example, the
이에 더하여, 제1 스프레더(310)의 출구 측은 제1 함침 금형(410)의 입구 측과 전후 간격을 두고 서로 마주하여 형성될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 스프레더(410)의 출구 측은 제2 함침 금형(420)의 입구 측과 전후 간격을 두고 서로 마주하여 형성될 수 있다. 이로써, 제1, 2 스프레더(310, 320)에서 배출된 제1, 2 섬유(101, 102)는 서로 설정된 높이 차를 두고 제1, 2 함침 금형(410, 420)의 입구를 향해 평행을 이루면서 투입될 수 있다. 그 결과, 스프레딩 공정과 함침 공정의 연속성이 향상될 수 있으며, 함침 공정의 품질 향상을 도모할 수 있다. In addition, the exit side of the
이중 함침 금형부(400)는 제1 함침 금형(410)과 제2 함침 금형(420)을 포함한다. The double
제1 함침 금형(410)은 제1 스프레더(310)를 통과한 후 설정 폭으로 펼쳐진 제1 섬유(101)에 수지를 함침하는 장치이다. The
제2 함침 금형(420)은 제2 스프레더(320)를 통과한 후 설정 폭으로 펼쳐진 제2 섬유(102)에 수지를 함침하는 장치이다. 제2 함침 금형(420)은 제1 함침 금형(410)과 상하로 분리되어 각각 개별적인 유로부(이하, 이를 제1 유로부(411), 제2 유로부(421)라 함)를 가질 수 있다. 따라서, 제1 함침 금형(410)과 제2 함침 금형(420)은 상, 하측으로 분리된 이중의 함침 금형 구조를 갖는다. 이 때문에, 제1 함침 금형(410)과 제2 함침 금형(420)을 포함하여 이중 함침 금형부(400)라 지칭할 수 있다. The
따라서, 이중 함침 금형부(400)는 제1, 2 유로부(411, 421)를 이용하여 제1, 2 섬유(101, 102)에 수지를 함침하는 작업을 동시에 실시할 수 있다. 이로써, 동일 종류의 섬유일 경우에는 UD 시트의 생산성을 대략 2배 정도로 상승시킬 수 있으며, 이종의 섬유일 경우에는 다른 종류의 섬유로 이루어진 UD 시트를 제조할 수 있다. 이중 함침 금형부(400에 대해서는 이후 상세히 설명하기로 한다.Therefore, the double
공유 압출기(500)는 제1, 2 함침 금형(410, 420) 각각에 수지를 공급하는 단일의 압출기를 말한다. 다시 말해, 기존의 경우 함침 금형에 대해 적어도 하나의 압출기를 이용하였는데, 압출기는 전체 제조장치 중에서 큰 사이즈를 갖는 장치에 해당한다. 따라서, 함침 금형의 개수가 2개로 증가할 경우에는 2개의 압출기를 이용해야 했기에 제조 라인의 공간적인 제약이 큰 문제가 있었다. 이 때문에, UD 시트의 생산성을 높이고 고속화 설계를 추구하기 위해서는 더 큰 공간이 요구되는 문제점이 있었다.The shared
본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 단일, 즉 1개의 압출기를 2개의 함침 금형, 즉 제1, 2 함침 금형(410, 420)에 공유화 하여 이용할 수 있는 구조를 제시하고 있다. 그 결과, 압출기 설치에 따른 공간적인 제약을 줄이고, UD 시트를 대략 2배로 생산할 수 있어, 제조 비용을 낮추고 제품 경쟁력을 높일 수 있다. In the present invention, as a way to solve the conventional problems as described above, a single, that is, one extruder, is proposed to be used by sharing the two impregnating molds, that is, the first and second impregnating
냉각 롤부(600)는 이중 함침 금형부(400)를 거쳐 제1, 2 섬유에 수지가 함침된 소재를 공급받아 냉각시키는 롤 장치를 말한다. 예를 들어, 냉각 롤부(600)는 제1 냉각 롤(610)과 제2 냉각 롤(620)을 포함한다. 제1 냉각 롤(610)은 제1 함침 금형(410)을 거쳐 이송된 소재(즉, 제1 섬유에 수지가 함침된 소재)를 전달 받아 소정 온도로 냉각시킨다. 제2 냉각 롤(620)은 제2 함침 금형(620)을 거쳐 이송된 소재(즉, 제2 섬유에 수지가 함침된 소재)를 전달 받아 소정 온도로 냉각시킨다. 바람직하게는, 제1, 2 냉각 롤(610, 620)은 제1, 2 함침 금형(410, 420)의 높이 차에 대응하여 소정의 높이 간격을 두고 배치되는 것이 좋다. 다만, 제1, 2 냉각 롤(610, 620)의 배치 형태는 반드시 도시된 형태에 한정되지는 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 구조로 변경되어도 무방하다. The
와인딩 롤부(700)는 냉각 롤부(600)를 거쳐 이송된 소재, 예를 들어 연속섬유 강화 열가소성 복합재(또는 UD 시트)를 감는 롤 장치를 말한다. 예를 들어, 와인딩 롤부(700)는 제1 와인딩 롤(710)과 제2 와인딩 롤(720)을 포함한다. 제1 와인딩 롤(710)은 제1 냉각 롤(610)을 통과한 소재를 권취한다. 그리고 제2 와인딩 롤(720)은 제2 냉각 롤(620)을 통과한 소재를 권취한다. 바람직하게는 제1, 2 와인딩 롤(710, 720)은 소정의 높이 간격을 두고 배치될 수 있다. 다만, 반드시 도시된 형태에 한정될 필요는 없다.The winding
공유 압출기shared extruder
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치 중에서, 공유 압출기와 이중 함침 금형을 간략히 도시한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram schematically illustrating a shared extruder and a double impregnation mold in the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치 중에서 공유 압출기(500)는 제1, 2 섬유에 수지가 함침하는 제1, 2 함침 금형(410, 420) 각각에 수지를 공급한다.Among the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention, the co-extruder 500 is a resin in each of the first and
즉, 공유 압출기(500)는 제1, 2 함침 금형(410, 420) 각각의 내부에 마련된 제1, 2 유로부(411, 421)에 공유화 방식으로 수지를 동시(또는 개별) 공급할 수 있다. That is, the shared
이를 위해, 공유 압출기(500)는 제1 수지 공급라인(510)과 제2 수지 공급라인(520)을 포함한다. To this end, the shared
제1 수지 공급라인(510)은 공유 압출기(500)에서 공급된 수지를 제1 함침 금형(410)에 공급하도록 형성된다. 또한, 제2 수지 공급라인(520)은 공유 압출기(500)에서 공급된 수지를 제2 함침 금형(420)에 공급하도록 형성된다. The first
예를 들어, 제1, 2 수지 공급라인(510, 520)은 수지의 원활한 이송 및 공급이 가능한 내부 통로를 갖는 플렉시블 한 튜브를 이용할 수 있다. 다만, 제1, 2 수지 공급라인(510, 520)의 재질 및 연결 형태는 특별히 한정할 필요가 없으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 재질 및 연결 형태로 변경하여 이용할 수 있다. For example, the first and second
제1, 2 수지 공급라인(510, 520) 각각은 제1, 2 함침 금형(410, 420) 각각으로 수지를 공급하기 위해 서로 독립된 수지 공급 경로를 가질 수 있다. 따라서, 서로 분리된 플렉시블 한 튜브 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.Each of the first and second
한편, 공유 압출기(500)는 제1 수지 공급노즐(511)과 제2 수지 공급노즐(521)을 포함한다. Meanwhile, the shared
제1 수지 공급노즐(511)은 제1 수지 공급라인(510)의 말단에 연결된다. 제1 수지 공급노즐(511)은 제1 함침 금형(410)의 제1 유로부(411)에 수지를 주입할 수 있다. 그리고 제1 수지 공급노즐(511)의 선단에는 제1 유로부(411)의 내부로 수지를 토출시키기 위한 제1 수지 토출부(512)가 구비될 수 있다. The first
제2 수지 공급노즐(521)은 제2 수지 공급라인(520)의 말단에 연결된다. 제2 수지 공급노즐(521)은 제2 함침 금형(420)의 제2 유로부(421)에 수지를 주입할 수 있다. 그리고 제2 수지 공급노즐(521)의 선단에는 제2 유로부(421)의 내부로 수지를 토출시키기 위한 제2 수지 토출부(522)가 구비될 수 있다. The second
예컨대, 제1 수지 토출부(512)는 제1 유로부(411)의 입구 측에서 제1 유로부(411)의 내부를 향해 위에서 아래 방향으로 수지를 토출하도록 형성될 수 있다. 이를 상부 토출 방식이라 한다. For example, the first
또한, 제2 수지 토출부(522)는 제2 유로부(421)의 입구 측에서 제2 유로부(421)의 내부를 향해 아래에서 위 방향으로 수지를 토출하도록 형성될 수 있다. 이를 하부 토출 방식이라 한다. In addition, the second
구체적인 예로서, 제1 수지 토출부(512)는 제1 유로부(411)의 길이 방향에 교차하는 방향으로 수지를 토출 하는데, 제1 유로부(411)의 내부를 향해 위에서 아래 방향으로 수직되게 수지를 토출하도록 구성될 수 있다.As a specific example, the first
또한, 제2 수지 토출부(522)는 제2 유로부(421)의 길이 방향에 교차하는 방향으로 수지를 토출 하는데, 제2 유로부(421)의 내부를 향해 아래에서 위로 수직되게 수지를 토출하도록 구성될 수 있다. In addition, the second
이에 더하여, 제1 수지 토출부(512)와 제2 수지 토출부(522)는 이중 함침 금형부(400)에 대해 서로 마주보는 동일한 위치에 형성될 수 있으며, 다만 제1 수지 토출부(512)와 제2 수지 토출부(522) 각각이 수지를 토출하는 방향은 반대로 대칭되게 형성될 수 있다. 따라서, 공유 압출기(500)에서 각각 제1, 2 유로부(411, 421)까지 연결된 수지의 공급 계통이 서로 대칭되는 형상을 가짐에 따라, 수지의 공급 및 압력을 일정한 제어 흐름으로 조절 가능하여 공유화 된 형태로 수지의 공급 제어가 손쉬운 장점이 있다.In addition, the first
이중 함침 금형부Double impregnated mold part
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치에서 이중 함침 금형부의 다양한 구현 예를 보여주는 개념도이다. 그리고 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1, 2 손상방지유로를 보여주는 개념도이다. 3 and 4 are conceptual views showing various embodiments of the double impregnation mold part in the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using the double impregnation mold according to the embodiment of the present invention. 5 to 7 are conceptual views showing first and second damage prevention flow paths according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 공유 압출기(500)에서 제1, 2 수지 공급라인(510, 520)과 제1, 2 수지 공급노즐(511, 512)을 거쳐 제1, 2 수지 토출부(512, 522)를 통해 제1, 2 함침 금형(410, 420)의 각각의 유로로 수지가 공급된다.As shown, in the shared
도 3의 경우, 제1 함침 금형(410)의 제1 유로부(411)와 제2 함침 금형(420)의 제2 유로부(421)는 모두 설정 길이(L)를 갖는 웨이브(wave) 형상의 함침 구간을 갖는다.In the case of FIG. 3 , both the first
한편, 제1 유로부(411)는 입구 측으로부터 제1 섬유가 공급되고 출구 측으로 배출된다. 이때, 제1 유로부(411)의 내부에는 제1 수지 토출부(512)에서 상부 토출 된 수지가 채워져 제1 섬유에 수지가 함침된다. On the other hand, in the first
또한, 제2 유로부(421)는 입구 측으로부터 제2 섬유가 공급되고 출구 측으로 배출된다. 이때, 제2 유로부(521)의 내부에는 제2 수지 토출부(522)에서 하부 토출 된 수지가 채워져 제2 섬유에 수지가 함침된다. In addition, in the second
다만, 제1 유로부(411)의 전체 함침 구간이 웨이브 형상으로만 형성될 경우(도 3 참조), 수지의 상부 토출 시, 제1 유로부(411)의 초반 구간에서 제1 섬유의 하부에 수지가 함침되지 못한 부분(즉, 미함침 부분)이 존재하게 된다. 만일 고속 함침 시, 제1 섬유의 미함침 부분은 제1 유로부(411)의 웨이브 형상에 심하게 접촉되어 제1 섬유의 손상을 유발할 수 있다. 특히, 제1 섬유의 선속이 증가할수록 손상량이 증가할 수 있다. 따라서, 제1 유로부(411)의 초반 구간에 제1 섬유의 손상을 방지할 수 있는 제1 손상방지유로(414, 도 4 참조)를 더 형성하는 것이 바람직하다.However, when the entire impregnation section of the first
반대의 경우로서, 제2 유로부(421)의 전체 함침 구간이 웨이브 형상으로만 형성될 경우(도 3 참조), 수지의 하부 토출 시, 제2 유로부(421)의 초반 구간에서 제2 섬유의 상부에 미함침 부분이 존재하게 된다. 만일 고속 함침 시, 제2 섬유의 미함침 부분은 제2 유로부(421)의 웨이브 형상에 심하게 접촉되어 제2 섬유의 손상을 유발할 수 있다. 특히, 제2 섬유의 선속이 증가할수록 손상량이 증가할 수 있다. 따라서, 제2 유로부(421)의 초반 구간에 제2 섬유의 손상을 방지할 수 있는 제2 손상방지유로(424, 도 4 참조)를 더 형성하는 것이 바람직하다.Conversely, when the entire impregnation section of the second
제1 유로부first flow path
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 유로부(411)는 제1 웨이브형 메인유로(412)와 제1 손상방지유로(414)를 포함한다. 4 and 5 , the first
제1 웨이브형 메인유로(412)는 제1 섬유에 수지를 함침하는 제1 함침 금형(410)의 메인 유로를 말한다. 제1 웨이브형 메인유로(412)는 도 3의 제1 유로부(411)의 웨이브 형상과 동일(또는 유사)한 형태를 가진다. The first wave-type
제1 손상방지유로(414)는 제1 웨이브형 메인유로(412)의 전방에 위치한다. The first
다시 말해, 제1 손상방지유로(414)는 제1 유로부(411)의 초반부에 위치하여, 제1 섬유의 투입 시 상부에서 토출되는 수지에 의해 함침되지 못한 부분, 즉 제1 섬유의 미함침 부분의 손상을 방지한다. 이 경우, 수지가 상부에서 토출되는 경우, 제1 섬유의 미함침 부분은 제1 섬유의 하부에서 나타난다. 따라서, 제2 섬유의 하부, 즉 미함침 부분의 접촉 마찰로 인한 손상을 방지하는 것이 중요하다.In other words, the first damage
도 5를 참조하면, 제1 손상방지유로(414)의 확대된 단면 구조를 보여준다. Referring to FIG. 5 , an enlarged cross-sectional structure of the first
제1 손상방지유로(414)의 입구(즉, 도 5의 좌측 단부) 측으로 제1 섬유(101)가 투입되고, 제1 수지 토출부(512)가 수지를 상부에서 토출할 경우, 제1 섬유(101)의 하부에서 미함침 부분이 발생될 수 있다. When the
만일, 제1 손상방지유로(414)가 없이 전체적으로 웨이브 형상의 메인 유로가 존재한다면, 제1 섬유(101)의 하부, 즉 미함침 부분은 고속 함침 시 웨이브 형상에 심각하게 접촉 마찰되어 제1 섬유(101)의 손상을 가져올 수 있다. If there is an overall wave-shaped main flow path without the first damage
따라서, 제1 손상방지유로(414)가 제1 웨이브형 메인유로(412)의 전방에 선행 배치되어, 제1 섬유(101)의 초반 투입 시 미함침 부분의 손상을 방지한다.Accordingly, the first
구체적으로는, 제1 손상방지유로의 상단(415)에는 복수의 제1 미세돌기부(416)가 구비되고, 제1 손상방지유로의 하단(417)에는 제1 웨이브돌출부(418)가 구비될 수 있다. Specifically, a plurality of first
복수의 제1 미세돌기부(416)는 제1 섬유(101)가 유동하는 유로공간(4141)의 상단(415)(예: 상부 벽면 등)에 형성되는데, 구체적으로는 제1 섬유(101)의 상부를 향하여 아래로 돌출되는 형상을 가진다. 예를 들어, 복수의 제1 미세돌기부(416)가 서로 설정 간격을 두고 하향 돌출되어 제1 섬유(101)의 상부와 최소 면적으로 접촉될 수 있다.The plurality of
제1 웨이브돌출부(418)는 제1 손상방지유로의 하단(417)(예: 하부 벽면 등)에 형성되는데, 구체적으로는 제1 섬유(101)의 하부를 향하여 위로 돌출되는 형상을 가진다. 다만, 제1 웨이브돌출부(418)는 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 제1 미세돌기부(416)와 서로 다른 형상을 갖는다. 예를 들어, 복수의 제1 미세돌기부(416)가 곡률반경(r)이 낮은 반원 형상 단면을 갖는다면, 제1 웨이브돌출부(418)는 곡률반경(r)이 상대적으로 큰 웨이브(wave) 형상 단면을 가진다.The
제1 웨이브돌출부(418)는 복수의 제1 미세돌기부(416) 사이로 상향 돌출되어 복수의 제1 미세돌기부(416)에 의해 양단 지지된 제1 섬유(101)의 중앙 하부를 한 지점에서 접촉하여 지지한다. 이에 따라, 고속 함침 시 수지의 상부 토출 방식 단점인 제1 섬유(101)의 손상 문제를 미연에 방지할 수 있다. 나아가 필요에 따라 제1 섬유(101)의 목표 선속이 증가하는 경우, 제1 미세돌기부(416)의 개수 및 형상을 적절히 변경하여 제1 섬유(101)의 손상을 방지할 수 있다. The
제2 유로부2nd euro section
도 4 및 도 6을 참조하면, 제2 유로부(421)는 제2 웨이브형 메인유로(422)와 제2 손상방지유로(424)를 포함한다. 4 and 6 , the
제2 웨이브형 메인유로(422)는 제2 섬유에 수지를 함침하는 제2 함침 금형(420)의 메인 유로를 말한다. 제2 웨이브형 메인유로(422)는 전술한 제1 웨이브형 메인유로(422)와 동일한 형상을 가질 수 있다. The second wave-type
제2 손상방지유로(424)는 제2 웨이브형 메인유로(422)의 전방에 위치한다. 제2 손상방지유로(424)는 제2 유로부(421)의 초반부에 위치하여, 제2 섬유의 투입 시 하부에서 토출되는 수지에 의해 함침되지 못한 부분, 즉 제2 섬유의 미함침 부분의 손상을 방지한다. 이 경우, 수지가 하부에서 토출되는 경우, 제2 섬유의 미함침 부분은 제2 섬유의 상부에서 나타난다. 따라서, 제2 섬유의 상부, 즉 미함침 부분의 접촉 마찰로 인한 손상을 방지하는 것이 중요하다.The second
도 6을 참조하면, 제2 손상방지유로(424)의 확대된 단면 구조를 보여준다. Referring to FIG. 6 , an enlarged cross-sectional structure of the second
제2 손상방지유로(424)의 입구(즉, 도 6의 좌측 단부) 측으로 제2 섬유(102)가 투입되고, 제2 수지 토출부(522)가 수지를 하부에서 토출 한다.The
만일, 제2 손상방지유로(424)가 없이 전체적으로 웨이브 형상의 메인 유로만 존재할 경우, 제2 섬유(102)의 상부, 즉 미함침 부분은 고속 함침 시 메인 유로의 웨이브 형상에 큰 면적으로 접촉되어 마찰로 인한 손상을 크게 입을 수 있다. If only a wave-shaped main channel exists without the second
따라서, 제2 손상방지유로(424)가 제2 웨이브형 메인유로(422)의 전방에 선행 배치되어, 제2 섬유(101)의 초반 투입 시 미함침 부분의 손상을 방지한다. Accordingly, the second
구체적으로는, 제2 손상방지유로의 하단(425)에는 복수의 제2 미세돌기부(426)가 구비되고, 제2 손상방지유로의 상단(427)에는 제2 웨이브돌출부(428)가 구비될 수 있다. Specifically, a plurality of second
복수의 제2 미세돌기부(426)는 제2 섬유(102)가 유동하는 유로공간(4241)의 하단(425)(예: 하부 벽면 등)에 형성되는데, 구체적으로는 제2 섬유(102)의 하부를 향하여 위로 돌출되는 형상을 가진다. 예를 들어, 복수의 제2 미세돌기부(426)가 서로 설정 간격을 두고 상향 돌출되어 제2 섬유(102)의 하부와 최소 면적(예: 점 접촉 등)으로 접촉될 수 있다.The plurality of
제2 웨이브돌출부(428)는 제2 손상방지유로의 상단(427)(예: 상부 벽면 등)에 형성되는데, 구체적으로는 제2 섬유(102)의 상부를 향하여 아래로 돌출되는 형상을 가진다. 다만, 제2 웨이브돌출부(428)는 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 제2 미세돌기부(426)와 서로 다른 형상을 갖는다. 예를 들어, 복수의 제2 미세돌기부(426)가 곡률반경(r)이 낮은 반원 형상 단면을 갖는다면, 제2 웨이브돌출부(428)는 곡률반경(r)이 상대적으로 큰 웨이브(wave) 형상 단면을 가진다.The
제2 웨이브돌출부(428)는 복수의 제2 미세돌기부(426) 사이로 하향 돌출되어 복수의 제2 미세돌기부(426)에 의해 양단 지지된 제2 섬유(102)의 중앙 상부를 한 지점에서 접촉하여 지지한다. 이에 따라, 고속 함침 시 수지의 하부 토출 방식 단점인 제2 섬유(102)의 손상 문제를 미연에 방지할 수 있다. The
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 전술한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치에서, 서로 대칭된 형상을 갖는 제1, 2 손상방지유로(414, 424)의 단면 구조를 보여준다. 7, in the above-described continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, the cross-sectional structure of the first and second
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 함침 금형(410)의 경우 제1 수지 토출부(512)에서 상부 토출 방식으로 토출된 수지가 제1 유로부(411)로 공급된다. 그리고 제2 함침 금형(420)의 경우 제2 수지 토출부(522)에서 하부 토출 방식으로 토출된 수지가 제2 유로부(421)로 공급된다. 따라서, 단일의 공유 압출기(500)를 이용하지만, 서로 반대되는 상, 하부 토출 방식이 제1, 2 금형(410, 420)에 적용되므로, 제1, 2 섬유(101, 102)의 초반부 손상을 방지하기 위해서, 제1, 2 손상방지유로(414, 424)는 서로 대칭되는 형상을 가진다. 이와 같이, 손상방지유로의 단면 구조는 수지의 토출 방향에 따라 적절히 변경될 수 있다. According to the embodiment of the present invention, in the case of the first impregnated
비교예comparative example
한편, 도 8a, 도 8b, 도 8c는 함침 금형에 상부 토출, 하부 토출, 상하부 토출 방식이 적용된 비교예들을 간략히 도시한 도면이다.Meanwhile, FIGS. 8A, 8B, and 8C are diagrams schematically illustrating comparative examples in which upper discharge, lower discharge, and upper and lower discharge methods are applied to an impregnated mold.
먼저, 도 8a를 참조하면, 도시된 비교예 1에 따른 함침 금형(40)의 유로(41)는 전체적으로 웨이브 형상으로만 이루어지며, 수지 토출부(51)는 상부 토출 방식이 적용되어 있다. 이 경우, 1개의 함침 금형(40)을 이용하므로, 본 발명의 실시예에 비해 생산속도가 대략 1/2 정도로 느려지는 단점이 있다. 또한, 수지가 상부에서 토출되므로 초반부 섬유의 하부에 미함침 부분이 발생된다. 고속 함침 시, 웨이브 형상의 유로(41)의 하단 돌출 부위에 접촉되어 섬유의 하부에서 손상이 유발될 수 있다. First, referring to FIG. 8A , the
도 8b를 참조하면, 도시된 비교예 2에 따른 함침 금형(40)의 유로(41)는 전체적으로 웨이브 형상으로만 이루어지며, 수지 토출부(52)는 하부 토출 방식이 적용되어 있다. 이 경우, 도 8a에 도시된 함침 금형(40)과 마찬가지로 본 발명의 실시예에 비해 생산속도가 대략 1/2 정도로 느려지는 단점이 있다. 또한, 수지가 하부에서 토출되므로 초반부 섬유의 상부에 미함침 부분이 발생된다. 고속 함침 시, 웨이브 형상의 유로(41)의 상단 돌출 부위에 접촉되어 섬유의 상부에서 손상이 유발될 수 있다. Referring to FIG. 8B , the
도 8c를 참조하면, 도시된 비교예 3에 따른 함침 금형(40)의 유로(41)는 전체적으로 웨이브 형상으로만 이루어지며, 상, 하부 토출 방식의 복수의 수지 토출부(51, 52)가 구비되어 있다. 다만, 이 경우 도 8a의 비교예 1과 도 8b의 비교예 2와 대비하여 섬유의 미함침 부분 손상이 어느 정도 억제될 수 있으나, 공유 압출기, 및 이중 함침 금형부를 갖는 본 발명의 실시예에 비해 생산속도 및 생산량이 대략 1/2 정도로 감소하는 단점이 있다. 다시 말해, 도 8c의 비교예 3은 단일의 함침 유로에 대해 상, 하부 토출 방식을 적용한 것으로, 복수의 함침 유로를 갖는 본 발명의 실시예에 비해 생산성이 낮은 단점이 있다. Referring to FIG. 8C , the
도 9는 코트 행거 다이 방식을 간략히 도시한 개념도이다. 도시된 바와 같이, 제1 함침 금형(410)은 상부 토출 방식의 제1 수지 토출부(512)가 적용되고, 제2 함침 금형(420)은 하부 토출 방식의 제2 수지 토출부(522)가 적용되어 있다. 9 is a conceptual diagram schematically illustrating a coat hanger die method. As shown, the first impregnating
이때, 제1, 2 함침 금형(410, 420)은 코트 행거 다이(Coat-Hanger Type die)를 이용한다. 제1, 2 함침 금형(410, 420)은 코트 행거 다이 형태로 이루어짐에 따라, 폭 방향으로 펼쳐 투입된 제1, 2 섬유에 대해 수지(R1, R2)를 균일하게 도포할 수 있다. In this case, the first and
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법Method for manufacturing continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using double impregnation mold
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법을 간략히 도시한 순서도이다. 10 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법은 섬유 공급 단계(S100), 스프레딩 단계(S200), 이중 함침 단계(S300), 냉각 단계(S400), 와인딩 단계(S500)를 포함한다. 각 단계별 공정 과정은 전술된 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치(1000, 도 1 참조)를 이용하여 실시될 수 있다.The continuous fiber reinforced thermoplastic composite manufacturing method using a double impregnation mold according to an embodiment of the present invention comprises a fiber supply step (S100), a spreading step (S200), a double impregnation step (S300), a cooling step (S400), a winding step ( S500). Each step-by-step process may be performed using the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus 1000 (see FIG. 1 ) using the double impregnation mold described above.
먼저, 섬유 공급 단계(S100)가 수행될 수 있다. 섬유 공급 단계(S100)에서는 복수의 섬유가 공급된다. 복수의 섬유는 제1, 2 섬유일 수 있다. 여기서, 제1 섬유와 제2 섬유는 동일한 종류의 섬유일 수 있으며, 서로 다른 종류의 섬유일 수 있다. First, the fiber supply step (S100) may be performed. In the fiber supply step (S100), a plurality of fibers are supplied. The plurality of fibers may be first and second fibers. Here, the first fiber and the second fiber may be the same type of fiber or different types of fiber.
다음으로, 스프레딩 단계(S200)가 수행될 수 있다. 스프레딩 단계(S200)에서는 복수의 섬유 중 하나인 제1 섬유를 폭 방향으로 펼치는 스프레딩 작업과, 복수의 섬유 중 다른 하나인 제2 섬유를 제1 섬유와 다른 위치에서 펼치는 스프레딩 작업을 동시에 수행할 수 있다. Next, a spreading step (S200) may be performed. In the spreading step (S200), the spreading operation of spreading the first fiber, which is one of the plurality of fibers, in the width direction, and the spreading operation of spreading the second fiber, which is the other one of the plurality of fibers, at a different position from the first fiber are simultaneously performed. can be done
그 다음으로, 이중 함침 단계(S300)가 수행될 수 있다. 이중 함침 단계(S300)에서는 스프레딩 단계(S200)를 거쳐 서로 다른 위치에서 폭 방향으로 펼친 제1, 2 섬유를 상하로 분리된 제1, 2 함침 금형(410, 420, 도 1 참조)으로 투입한다. 그리고 제1, 2 함침 금형(410, 420, 도1 참조) 각각의 내부로 수지를 공급하여 제1, 2 섬유에 수지를 함침한다. 이 단계에서, 수지의 공급은 단일의 공유 압출기(500, 도 1 참조)를 이용하는데, 단일의 공유 압출기(500, 도 1 참조)를 이용하여 각각 개별 함침 유로(즉, 제1, 2 유로부)를 갖는 제1, 2 함침 금형(410, 420, 도 1 참조) 각각으로 수지를 공급할 수 있다. Next, a double impregnation step (S300) may be performed. In the double impregnation step (S300), the first and second fibers spread in the width direction at different positions through the spreading step (S200) are introduced into the first and second impregnation molds (410, 420, see FIG. 1) separated up and down. do. And the first and second impregnation molds (410, 420, see Fig. 1) by supplying the resin into each of the first and second fibers are impregnated with the resin. In this step, the resin is supplied by using a single co-extruder (500, see Fig. 1), and using a single co-extruder (500, see Fig. 1), each individual impregnated flow path (ie, the first and second flow path parts) ) having the first and second impregnation molds (410, 420, see FIG. 1) can be supplied with the resin, respectively.
그 다음으로, 냉각 단계(S400)가 수행될 수 있다. 냉각 단계(S400)에서는 제1, 2 함침 금형(410, 420, 도 1 참조) 각각을 통과한 소재들, 즉 제1, 2 섬유 각각에 수지가 함침된 소재들을 냉각시킨다. Next, a cooling step ( S400 ) may be performed. In the cooling step (S400), the materials that have passed through each of the first and second impregnating
그 다음으로, 와인딩 단계(S500)가 수행될 수 있다. 와인딩 단계(S500)에서는 이전 단계에서 소정 온도로 냉각되어 함침 후 경화된 소재들을 권취한다. Next, the winding step (S500) may be performed. In the winding step (S500), the materials that have been cooled to a predetermined temperature in the previous step and have been impregnated are wound up.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 단일의 제조 라인을 통해 섬유 보강 일방향 프리프레그, 즉 UD 시트의 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 이종의 섬유로 이루어진 섬유 보강 일방향 프리프레그, 즉 UD 시트를 동시에 제조할 수 있다. As described above, according to the configuration and operation of the present invention, it is possible to significantly improve the productivity of the fiber-reinforced unidirectional prepreg, that is, the UD sheet through a single manufacturing line. In addition, a fiber-reinforced unidirectional prepreg made of heterogeneous fibers, that is, a UD sheet can be simultaneously manufactured.
예를 들어, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 상하로 구분되어 서로 개별적인 유로를 갖는 복수의 함침 금형과 복수의 함침 금형에 수지를 공급하는 공유 압출기를 사용한다. 그 결과, 기존 대비 생산성이 2배 정도 향상될 수 있으며, 이종의 섬유로 이루어진 UD 시트를 동시에 손쉽게 제조할 수 있다. For example, according to the configuration and operation of the present invention, a shared extruder for supplying a resin to a plurality of impregnating molds and a plurality of impregnating molds having separate flow paths separated from each other is used. As a result, productivity can be improved by about 2 times compared to the conventional one, and UD sheets made of different types of fibers can be easily manufactured at the same time.
실제, UD 시트 제조 라인에서 압출기는 양산기준 5m(가로)*2m(세로) 정도이며, 라인 중 가장 큰 사이즈를 갖는다. 이러한 큰 사이즈의 압출기를 복수의 함침 금형에 대해 공유로 사용할 수 있어, 기존과 동일한 공간을 활용하여 UD 시트의 생산량을 2배 정도로 증가시킬 수 있다. 따라서, 공간적인 활용도를 대폭 향상시킬 수 있다. Actually, in the UD sheet manufacturing line, the extruder is about 5m (horizontal)*2m (length) based on mass production, and has the largest size among the lines. Since this large-size extruder can be shared for a plurality of impregnating molds, it is possible to double the production of UD sheets by utilizing the same space as before. Accordingly, the spatial utilization can be significantly improved.
나아가, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 복수의 함침 금형이 상하로 배치될 때, 서로 대칭되는 구조로 이루어질 수 있다. 이로써, 상하 구간에서 균등한 함침성이 발현될 수 있다.Furthermore, according to the configuration and operation of the present invention, when a plurality of impregnating molds are disposed vertically, they may have a structure symmetrical to each other. As a result, uniform impregnation properties can be expressed in the upper and lower sections.
더 나아가, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 복수의 함침 금형 각각의 유로 구조를 개선하여, 고속의 함침 공정에서 초기에 발생 가능한 미함침 섬유의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 함침 금형 각각의 유로 중에서 입구 측 직선구간에 미세 돌기를 형성할 수 있다. 이와 같은 유로 구조 설계에 따라, 미함침 섬유의 손상을 미연에 방지할 수 있다. Furthermore, according to the configuration and operation of the present invention, it is possible to improve the flow path structure of each of the plurality of impregnation molds, thereby preventing damage to the non-impregnated fibers that may occur in the initial stage in the high-speed impregnation process. For example, fine protrusions may be formed in a straight section on the inlet side among the flow paths of each of the plurality of impregnation molds. According to such a flow path structure design, it is possible to prevent damage to the unimpregnated fibers in advance.
더 나아가, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 코트 행거 타입 수지 도포 방식을 채택하여 폭 방향 수지의 균일한 도포를 기대할 수 있다.Furthermore, according to the configuration and operation of the present invention, it is possible to expect uniform application of the resin in the width direction by adopting a coat hanger type resin application method.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made.
100: 섬유공급부
101: 섬유
110: 제1 보빈
120: 제2 보빈
130: 제1 가이드 롤
140: 제2 가이드 롤
200: 섬유이송부
210: 제1 가이드 바
220: 제2 가이드 바
300: 스프레딩부
310: 제1 스프레더
320: 제2 스프레더
400: 이중 함침 금형부
410: 제1 함침 금형
411: 제1 유로부
412: 제1 웨이브형 메인유로
414: 제1 손상방지유로
4141: 유로공간
415: 제1 손상방지유로의 상단
416: 제1 미세돌기부
417: 제1 손상방지유로의 하단
418: 제1 웨이브돌출부
420: 제2 함침 금형
421: 제2 유로부
422: 제2 웨이브형 메인유로
424: 제2 손상방지유로
4241: 유로공간
425: 제2 손상방지유로의 하단
426: 제2 미세돌기부
427: 제2 손상방지유로의 상단
428: 제2 웨이브돌출부
500: 공유 압출기
510: 제1 수지 공급라인
511: 제1 수지 공급노즐
512: 제1 수지 토출부
520: 제2 수지 공급라인
521: 제2 수지 공급노즐
522: 제2 수지 토출부
600: 냉각 롤부
610: 제1 냉각 롤
620: 제2 냉각 롤
700: 와인딩 롤부
710: 제1 와인딩 롤
720: 제2 와인딩 롤
1000: 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치100: fiber supply unit
101: fiber
110: first bobbin
120: second bobbin
130: first guide roll
140: second guide roll
200: fiber transfer unit
210: first guide bar
220: second guide bar
300: spreading unit
310: first spreader
320: second spreader
400: double impregnated mold part
410: first impregnated mold
411: first flow path unit
412: first wave type main flow path
414: first damage prevention flow path
4141: Eurospace
415: the top of the first damage prevention flow path
416: first microprotrusions
417: the lower end of the first damage prevention flow path
418: first wave protrusion
420: second impregnation mold
421: second flow path part
422: second wave type main flow path
424: second damage prevention flow path
4241: Eurospace
425: the lower end of the second damage prevention flow path
426: second microprotrusion
427: upper end of the second damage prevention flow path
428: second wave protrusion
500: co-extruder
510: first resin supply line
511: first resin supply nozzle
512: first resin discharge unit
520: second resin supply line
521: second resin supply nozzle
522: second resin discharge unit
600: cooling roll unit
610: first cooling roll
620: second cooling roll
700: winding roll unit
710: first winding roll
720: second winding roll
1000: continuous fiber reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold
Claims (20)
상기 복수의 섬유 중 하나인 제1 섬유를 폭 방향으로 펼치는 제1 스프레더와, 상기 제1 스프레더와 서로 다른 위치에서 복수의 섬유 중 다른 하나인 제2 섬유를 폭 방향으로 펼치는 제2 스프레더를 포함하는 스프레딩부;
상기 제1 스프레더를 통과한 상기 제1 섬유에 수지를 함침하는 제1 함침 금형과, 상기 제1 함침 금형과 상하로 평행을 이루며 상기 제2 스프레더를 통과한 상기 제2 섬유에 수지를 함침하는 제2 함침 금형을 포함하는 이중 함침 금형부; 및
상기 제1, 2 함침 금형 각각에 수지를 공급하는 공유 압출기;
를 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
a fiber supply unit for supplying a plurality of fibers;
A first spreader that spreads a first fiber, which is one of the plurality of fibers, in a width direction, and a second spreader that spreads a second fiber, which is another one of the plurality of fibers, in a width direction at a position different from that of the first spreader. spreading unit;
A first impregnation mold for impregnating the resin into the first fiber that has passed through the first spreader, and a first impregnating mold for impregnating the resin with the second fiber passing through the second spreader in parallel with the first impregnating mold 2 a double impregnation mold portion including an impregnation mold; and
a shared extruder for supplying a resin to each of the first and second impregnated molds;
Continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유는,
동일한 섬유 이거나 또는 서로 다른 종류의 섬유인 것을 특징으로 하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
According to claim 1,
The first fiber and the second fiber,
Characterized in that they are the same fiber or different types of fibers
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 제1 스프레더는,
상기 제1 함침 금형과 동일한 높이 상에 위치하며,
상기 제2 스프레더는,
상기 제1 스프레더와 상하로 평행을 이루며 상기 제2 함침 금형과 동일한 높이 상에 위치하는 것을 특징으로 하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
According to claim 1,
The first spreader,
Located on the same height as the first impregnated mold,
The second spreader,
It is parallel to the first spreader vertically and is positioned on the same height as the second impregnating mold.
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 제1 스프레더의 출구 측은 상기 제1 함침 금형의 입구 측과 전후 간격을 두고 마주하여 형성되고,
상기 제2 스프레더의 출구 측은 상기 제2 함침 금형의 입구 측과 전후 간격을 두고 마주하여 형성되는 것을 특징으로 하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
4. The method of claim 3,
The outlet side of the first spreader is formed to face the inlet side of the first impregnation mold at a front and rear interval,
The outlet side of the second spreader is formed to face the inlet side of the second impregnation mold at a front and rear interval
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 공유 압출기는,
상기 제1 함침 금형으로 수지를 공급하는 제1 수지 공급라인; 및
상기 제2 함침 금형으로 수지를 공급하는 제2 수지 공급라인;
을 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
According to claim 1,
The co-extruder is
a first resin supply line for supplying a resin to the first impregnated mold; and
a second resin supply line for supplying the resin to the second impregnated mold;
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 제1, 2 수지 공급라인 각각은,
서로 독립된 수지 공급 경로를 가지며, 서로 분리된 플렉시블 한 튜브 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
6. The method of claim 5,
Each of the first and second resin supply lines,
Characterized in that it has an independent resin supply path and is formed in a flexible tube form separated from each other.
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 공유 압출기는,
상기 제1 수지 공급라인의 말단에 연결되며, 상기 제1 함침 금형의 제1 유로부에 수지를 주입하도록 제1 수지 토출부를 구비하는 제1 수지 공급노즐; 및
상기 제2 수지 공급라인의 말단에 연결되며, 상기 제2 함침 금형의 제2 유로부에 수지를 주입하도록 제2 수지 토출부를 구비하는 제2 수지 공급노즐;
을 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
6. The method of claim 5,
The co-extruder is
a first resin supply nozzle connected to an end of the first resin supply line and having a first resin discharge part to inject a resin into the first flow path part of the first impregnation mold; and
a second resin supply nozzle connected to the end of the second resin supply line and having a second resin discharge part to inject the resin into the second flow path part of the second impregnation mold;
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 제1 수지 토출부는, 상기 제1 유로부의 입구를 향해 위에서 아래로 수지를 토출하고,
상기 제2 수지 토출부는, 상기 제2 유로부의 입구를 향해 아래에서 위로 수지를 토출하는 것을 특징으로 하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
8. The method of claim 7,
The first resin discharging unit discharges the resin from top to bottom toward the inlet of the first flow path unit,
The second resin discharging unit, characterized in that the resin is discharged from the bottom upward toward the inlet of the second flow path unit
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 제1 유로부는,
상기 제1 섬유에 수지를 함침하는 제1 웨이브형 메인유로; 및
상기 제1 웨이브형 메인유로의 전방에 위치하며, 상기 제1 섬유의 초기 투입 시 상기 제1 섬유의 미함침 부분의 손상을 방지하는 제1 손상방지유로;
를 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
9. The method according to any one of claims 7 to 8,
The first flow path part,
a first wave-type main flow path for impregnating the first fiber with a resin; and
a first damage prevention flow path positioned in front of the first wave-type main flow path and configured to prevent damage to an unimpregnated portion of the first fiber when the first fiber is initially introduced;
Continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 제1 손상방지유로의 상단에는 서로 간격을 두고 하향 돌출되어 상기 제1 섬유의 상부와 접촉되는 복수의 제1 미세돌기부가 구비되고,
상기 제1 손상방지유로의 하단에는 상기 복수의 제1 미세돌기부 사이로 상향 돌출되어 상기 제1 섬유의 하부와 접촉되는 제1 웨이브돌출부가 구비되는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
10. The method of claim 9,
A plurality of first microprotrusions protruding downward at a distance from each other and in contact with the upper portion of the first fiber are provided at an upper end of the first damage prevention passage,
At a lower end of the first damage prevention passage, a first wave protrusion protruding upwardly between the plurality of first microprotrusions and contacting a lower portion of the first fiber is provided.
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 제2 유로부는,
상기 제2 섬유에 수지를 함침하는 제2 웨이브형 메인유로; 및
상기 제2 웨이브형 메인유로의 전방에 위치하며, 상기 제2 섬유의 초기 투입 시 상기 제2 섬유의 미함침 부분의 손상을 방지하는 제2 손상방지유로;
를 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
9. The method according to any one of claims 7 to 8,
The second flow path part,
a second wave-type main channel impregnating the second fiber with a resin; and
a second damage prevention flow path positioned in front of the second wave-type main flow path and configured to prevent damage to an unimpregnated portion of the second fiber when the second fiber is initially introduced;
Continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 제2 손상방지유로의 하단에는 서로 간격을 두고 상향 돌출되어 상기 제2 섬유의 하부와 접촉되는 복수의 제2 미세돌기부가 구비되고,
상기 제2 손상방지유로의 상단에는 상기 복수의 제2 미세돌기부 사이로 하향 돌출되어 상기 제2 섬유의 상부와 접촉되는 제2 웨이브돌출부가 구비되는 것을 특징으로 하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
12. The method of claim 11,
A plurality of second microprotrusions protruding upward at a distance from each other and in contact with the lower portion of the second fiber are provided at the lower end of the second damage prevention passage,
A second wave protrusion protruding downwardly between the plurality of second microprotrusions and in contact with the upper portion of the second fibers is provided at an upper end of the second damage prevention passage.
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 제1 함침 금형 및 상기 제2 함침 금형 각각은,
코트 행거 다이(Coat-Hanger Type die)인 것을 특징으로 하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
According to claim 1,
Each of the first impregnation mold and the second impregnation mold,
Characterized in that it is a coat hanger die (Coat-Hanger Type die)
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing device using a double impregnation mold.
상기 섬유공급부는,
상기 제1 섬유를 공급하는 제1 보빈; 및
상기 제1 섬유와 동일 또는 이종의 제2 섬유를 공급하는 제2 보빈;
을 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
According to claim 1,
The fiber supply unit,
a first bobbin for supplying the first fiber; and
a second bobbin for supplying a second fiber identical to or different from that of the first fiber;
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 섬유공급부에서 공급된 복수의 섬유를 서로 다른 경로로 안내하여 상기 스프레딩부로 이송하는 섬유이송부;를 더 포함하며,
상기 섬유이송부는,
상기 제1 보빈에서 공급된 상기 제1 섬유를 상기 제1 스프레더의 입측으로 공급하도록 이송하는 제1 가이드 바; 및
상기 제2 보빈에서 공급된 상기 제2 섬유를 상기 제2 스프레더의 입측으로 공급하도록 이송하는 제2 가이드 바;
를 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
15. The method of claim 14,
It further includes; a fiber transfer unit for guiding the plurality of fibers supplied from the fiber supply unit to different paths to transfer to the spreading unit;
The fiber transfer unit,
a first guide bar for transferring the first fiber supplied from the first bobbin to the inlet side of the first spreader; and
a second guide bar for transferring the second fiber supplied from the second bobbin to the mouth side of the second spreader;
Continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 섬유공급부는,
상기 제1 보빈에서 공급된 상기 제1 섬유를 상기 제1 가이드 바를 향해 안내하는 제1 가이드 롤; 및
상기 제2 보빈에서 공급된 상기 제2 섬유를 상기 제2 가이드 바를 향해 안내하는 제2 가이드 롤;
을 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
16. The method of claim 15,
The fiber supply unit,
a first guide roll for guiding the first fiber supplied from the first bobbin toward the first guide bar; and
a second guide roll for guiding the second fiber supplied from the second bobbin toward the second guide bar;
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold comprising a.
상기 제1 함침 금형에서 상기 제1 섬유에 수지가 함침된 소재를 냉각하는 제1 냉각 롤과,
상기 제2 함침 금형에서 상기 제2 섬유에 수지가 함침된 소재를 냉각하는 제2 냉각 롤을 포함하는 냉각 롤부;
를 더 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
According to claim 1,
a first cooling roll for cooling the material in which the resin is impregnated in the first fiber in the first impregnation mold;
a cooling roll unit including a second cooling roll for cooling the material in which the resin is impregnated in the second fiber in the second impregnation mold;
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold further comprising a.
상기 제1 냉각 롤을 통과한 소재를 권취하는 제1 와인딩 롤과,
상기 제2 냉각 롤을 통과한 소재를 권취하는 제2 와인딩 롤을 포함하는 와인딩 롤부;
를 더 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
18. The method of claim 17,
a first winding roll for winding the material that has passed through the first cooling roll;
a winding roll unit including a second winding roll for winding the material that has passed through the second cooling roll;
A continuous fiber-reinforced thermoplastic composite manufacturing apparatus using a double impregnation mold further comprising a.
(a) 복수의 섬유를 공급하는 섬유공급단계;
(b) 복수의 섬유 중 하나인 제1 섬유를 폭 방향으로 펼치는 동시에, 복수의 섬유 중 다른 하나인 제2 섬유를 제1 섬유와 다른 위치에서 펼치는 스프레딩단계; 및
(c) 폭 방향으로 펼친 제1, 2 섬유를 상하로 분리된 제1, 2 함침 금형으로 투입하고, 상기 제1, 2 함침 금형 내부에서 각각 상기 제1, 2 섬유에 수지를 함침하는 이중 함침단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계에서, 단일의 공유 압출기를 이용하여 상기 제1, 2 함침 금형 각각으로 수지를 공급하는
이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법.
A method for manufacturing a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold, comprising:
(a) a fiber supply step of supplying a plurality of fibers;
(b) a spreading step of spreading a first fiber, which is one of the plurality of fibers, in the width direction, and at the same time, spreading a second fiber, which is another one of the plurality of fibers, at a position different from that of the first fiber; and
(c) Double impregnation in which the first and second fibers spread in the width direction are put into the first and second impregnation molds separated vertically, and the first and second fibers are impregnated with resin inside the first and second impregnation molds, respectively step; including,
In step (c), the resin is supplied to each of the first and second impregnation molds using a single co-extruder.
A method for manufacturing a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold.
상기 (c) 단계 이후에,
(d) 상기 제1, 2 함침 금형 각각을 통과하여 상기 제1, 2 섬유 각각에 수지가 함침된 소재들을 냉각시키는 냉각단계; 및
(e) 상기 냉각된 소재들을 권취하는 와인딩단계;
를 포함하는 이중 함침 금형을 이용한 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조방법.20. The method of claim 19,
After step (c),
(d) a cooling step of cooling the materials impregnated with the resin in each of the first and second fibers by passing through each of the first and second impregnating molds; and
(e) a winding step of winding the cooled materials;
A method for manufacturing a continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material using a double impregnation mold comprising a.
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---|---|---|---|
KR1020200076329A KR20210158053A (en) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Apparatus and method of manufacturing continuous fiber reinforced thermoplastic composite using double impregnation mold |
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---|---|---|---|
KR1020200076329A KR20210158053A (en) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Apparatus and method of manufacturing continuous fiber reinforced thermoplastic composite using double impregnation mold |
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KR20160054661A (en) | 2014-11-06 | 2016-05-17 | 한화첨단소재 주식회사 | Complex materials with unidirectional continuous fiber reinforced thermoplasticity resins, apparatus and method for manufacturing the same |
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2020
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KR20160054661A (en) | 2014-11-06 | 2016-05-17 | 한화첨단소재 주식회사 | Complex materials with unidirectional continuous fiber reinforced thermoplasticity resins, apparatus and method for manufacturing the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20200623 |
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PG1501 | Laying open of application |