KR20220036589A

KR20220036589A - 섬유 공급장치 및 이를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치

Info

Publication number: KR20220036589A
Application number: KR1020200118977A
Authority: KR
Inventors: 문영이; 박종성
Original assignee: (주)엘엑스하우시스
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-23
Also published as: KR102604471B1

Abstract

본 발명의 실시예들은 섬유 공급장치 및 이를 포함하는 연속섬유 열가소성 복합재 제조 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 연속섬유 열가소성 복합재 제조 장치는 서로 다른 높이에서 섬유를 풀어 제1 방향으로 공급하는 복수 단의 크릴, 및 복수 단의 크릴 각각을 제2 방향을 기준으로 서로 다른 위치로 이동시켜 각 단의 크릴별 위치차이를 발생시키는 크릴 위치 조절기를 포함하는 섬유 공급장치, 섬유 공급장치의 출측에 구비되며, 상기 제2 방향을 기준으로 이동하는 복수 단의 크릴 각각에 연동하여 이동하며, 복수 단의 크릴 각각의 위치에 대응하여 위치하는 복수의 이동식 가이드 바, 복수의 이동식 가이드 바를 통과한 섬유를 공급받아 제2 방향으로 펼치는 적어도 하나의 스프레딩 바를 포함하는 스프레딩부, 스프레딩부를 거쳐 펼쳐진 섬유를 공급받아 수지와 함침하는 함침부를 포함한다. 본 발명의 실시예에 의하면 섬유의 펼침성을 향상시키고 섬유의 물성을 향상시킬 수 있으며, 상부 크릴에서 발생된 섬유의 버(burr)로 인한 표면 결함 및 불량을 방지할 수 있다.

Description

섬유 공급장치 및 이를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치{FIBER SUPPLY DEVICE AND CONTINUOUS FIBER REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITE MANUFACTURING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명의 실시예들은 섬유 공급장치 및 이를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치에 관한 것이다.

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.

연속섬유 강화 열가소성 복합재는 연속적으로 공급되는 섬유에 열가소성 수지(resin)를 함침하고, 경화 또는 응고 과정을 거쳐 연속적으로 생산되고 있다. 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. UD 시트는 기계적 물성이 우수하여 사출 성형품의 물성이 낮은 부분에 보강재로 주로 이용되고 있다.

종래의 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치(1)는 섬유를 공급하는 크릴을 갖는 섬유공급부, 섬유를 펼치는 스프레딩부, 섬유에 수지를 함침하는 함침금형부를 포함하여 구성되었다.

그런데 만일, 복수 개의 크릴이 서로 다른 높이 상에 위치하는 경우 상단 크릴의 섬유에서 발생한 버(burr)가 하단 크릴을 향해 그대로 낙하함에 따라, 복합재의 표면 결함 또는 품질 불량 등을 유발하는 문제점이 있었다.

게다가, 섬유공급부의 출측에 위치한 가이드 바와 스프레딩부의 첫 번째 스프레딩 바 사이는 공정라인의 한계로 인해 비교적 좁은 편인데, 섬유가 가이드 바를 통과하는 접촉 각이 커질 경우 섬유의 손상이 유발되는 문제점이 있었다.

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, 이에 개시된 종래 기술에 따르면 섬유의 펼침성을 향상시키고, 서로 다른 높이 상에 위치하는 복수 개의 크릴을 이용할 때 섬유의 버(burr)로 인한 소재의 결함 발생 및 불량 문제를 해결하는 방안에 대해서는 제시하는 바가 없다.

본 발명은 목적은 섬유의 펼침성을 향상시켜 섬유의 물성을 향상시킬 수 있는 섬유 공급장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수 단의 크릴이 이용하여 섬유를 공급하는 과정에서 상부에 위치한 크릴에서 발생된 섬유의 버(burr)가 하부에 위치한 크릴으로 낙하되어 발생되는 복합재의 표면 결함 및 불량을 방지할 수 있는 섬유 공급장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 섬유의 펼침성을 향상시키고 섬유의 버로 인한 복합재의 표면 결함 및 불량을 방지할 수 있는 섬유 공급장치를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 제공함에 있다.

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.

본 발명의 일 측면에 따르면 섬유의 펼침성을 향상시켜 섬유의 물성을 향상시킬 수 있는 섬유 공급장치를 제공할 수 있다. 또한, 복수 단의 크릴이 이용하여 섬유를 공급하는 과정에서 상부에 위치한 크릴에서 발생된 섬유의 버(burr)가 하부에 위치한 크릴으로 낙하되어 발생되는 복합재의 표면 결함 및 불량을 방지할 수 있는 섬유 공급장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치는 복수 단의 크릴과 크릴 위치 조절기를 포함한다.

복수 단의 크릴은 서로 다른 높이에서 섬유를 풀어 제1 방향으로 공급할 수 있다.

크릴 위치 조절기는 상기 복수 단의 크릴 각각을 제2 방향으로 위치 조절할 수 있다.

크릴 위치 조절기는 상기 제2 방향을 기준으로 상기 복수 단의 크릴 각각을 서로 다른 위치로 이동시켜 각 단별 크릴 위치에 차이를 발생시킬 수 있다.

여기서, 제1 방향은, 섬유가 공급되는 길이 방향(MD: Machine Direction)일 수 있다.

그리고 제2 방향은, 상기 제1 방향에 교차하는 폭 방향(TD; Transverse Direction)일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치는 복수의 이동식 가이드 바를 더 포함한다.

복수의 이동식 가이드 바는 상기 복수 단의 크릴 각각의 출측 방향에 상기 제1 방향으로 설정간격을 두고 설치되며, 상기 복수 단의 크릴 각각의 위치 이동에 대응하여 각각의 위치가 조절될 수 있다.

복수 단의 크릴 각각은, 서로 다른 높이에 위치하되, 상기 제2 방향을 기준으로 서로 간의 위치가 중첩되지 않도록 이동할 수 있다.

복수의 이동식 가이드 바 각각은, 상기 복수 단의 크릴 각각의 위치에 대응하도록 상기 제2 방향으로 위치가 이동할 수 있다.

크릴 위치 조절기는, 복수의 크릴 연결몸체와 복수의 구동몸체를 포함한다.

복수의 크릴 연결몸체는 상기 복수 단의 크릴 각각의 중심 축과 연결될 수 있다.

복수의 구동몸체는 상기 복수의 크릴 연결몸체 각각에 상기 제2 방향으로 직결되며, 상기 복수 단의 크릴 각각을 상기 제2 방향으로 개별 이동시키도록 상기 제2 방향으로 출몰하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 구동몸체는 유압 또는 공압을 이용하여 상기 제2 방향으로 설정거리만큼 출몰하는 유압 실린더 또는 공압 실린더 방식의 구동장치로 이루어질 수 있다. 또한, 복수의 구동몸체는 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환시켜 상기 제2 방향으로 설정거리만큼 출몰하는 리니어 모션 구동장치로 이루어질 수 있다. 이 밖에도 복수의 구동몸체는 통상의 기술자에게 자명한 다양한 관용의 출몰 장치를 제한 없이 이용할 수 있으며, 특정 형태 또는 방식으로 한정될 필요는 없다,

본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치는 위치감지센서를 더 포함한다.

위치감지센서는 복수의 구동몸체에 구비되어 상기 복수 단의 크릴 각각이 상기 제2 방향을 기준으로 서로 간의 위치가 중첩되는지 여부를 감지할 수 있다.

복수의 이동식 가이드 바 각각은, 상기 복수의 구동몸체 각각에 적어도 일단부가 고정되며 상기 제2 방향을 향해 설정길이만큼 돌출되는 바 형상 부재일 수 있다.

복수의 이동식 가이드 바 각각에는 섬유를 관통시켜 스프레딩부를 향해 이송시키는 섬유 이송 홀이 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 섬유의 펼침성을 향상시키고 섬유의 버로 인한 복합재의 표면 결함 및 불량을 방지할 수 있는 섬유 공급장치를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치는 복수 단의 크릴과 크릴 위치 조절기를 포함하는 섬유공급장치, 복수의 이동식 가이드 바, 스프레딩부, 함침부를 포함한다.

크릴 위치 조절기는 복수 단의 크릴 각각을 제2 방향을 기준으로 서로 다른 위치로 이동시켜 각 단의 크릴별 위치차이를 발생시킬 수 있다.

복수의 이동식 가이드 바는 상기 섬유 공급장치의 출측에 구비되며, 상기 제2 방향을 기준으로 이동하는 상기 복수 단의 크릴 각각에 연동하여 이동하며, 상기 복수 단의 크릴 각각의 위치에 대응하여 위치할 수 있다.

스프레딩부는 상기 복수의 이동식 가이드 바를 통과한 섬유를 공급받아 상기 제2 방향으로 펼치는 적어도 하나의 스프레딩 바를 포함한다.

함침부는 상기 스프레딩부를 거쳐 펼쳐진 섬유를 공급받아 수지와 함침시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치는 냉각부와 와인딩부를 더 포함한다.

냉각부는 상기 함침부를 거쳐 수지가 함침된 소재를 냉각할 수 있다.

와인딩부는 상기 냉각부를 거쳐 냉각된 소재를 감아 보관할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 섬유의 펼침성을 향상시켜 섬유의 물성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로는 섬유 공급장치와 스프레딩부 사이의 공정라인의 길이를 증가하지 않으면서도 섬유 공급장치의 출구 측 가이드 바와 스프레딩부의 첫 번째 스프레딩 바 사이로 이송되는 섬유의 접촉 각을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 섬유의 이송 시 큰 접촉 각에 의해 섬유의 방향 꺾임이 발생함에 따라 유발되었던 섬유의 손상을 방지할 수 있다. 그리고 섬유의 펼침성이 향상되어 섬유의 물성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 복수 단의 크릴을 이용하여 섬유를 공급하는 과정 중 상부 크릴에서 발생된 섬유의 버(burr)가 하부 크릴으로 낙하되는 것에 기인된 소재의 표면 결함 및 불량을 방지할 수 있다.

구체적으로는, 복수 단의 크릴을 포함하는 섬유 공급장치의 각 단 별 크릴의 위치가 제1 방향(즉, TD방향)을 기준으로 상하로 위치가 중첩됨에 따라 발생되었던 섬유 버(burr)의 낙하 때문에 발생하는 결함 및 불량을 해결한다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 기존의 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 기존의 섬유 공급장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 기존의 섬유 공급장치의 출측에 위치한 가이드 바를 통과하여 스프레딩부의 제1 스프레딩 바까지 이송되는 모습을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 기존의 가이드 바를 통과하는 섬유의 접촉 각 크기를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치의 출측에 위치한 가이드 바를 통과하여 섬유가 스프레딩부의 제1 스프레딩 바까지 이송되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 가이드 바를 통과하는 섬유의 접촉 각 크기를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치의 변형 예를 간략히 도시한 도면이다.

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.

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.

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.

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.

일반적으로, 연속섬유 강화 열가소성 복합재는 연속적으로 공급되는 섬유에 열가소성 수지(resin)를 함침하고, 경화 또는 응고 과정을 거쳐 연속적으로 생산된다. 예를 들어, 섬유 보강 일방향 프리프레그는 열가소성 수지에 섬유를 일 방향으로 함침시켜 연속적으로 제조된다. 이와 같이 제조된 섬유 보강 일방향 프리프레그는 다른 용어로 UD 시트(Unidirectional Sheet)라 한다. UD 시트는 기계적 물성이 우수하여 사출 성형품의 물성이 낮은 부분에 보강재로 이용되고 있다.

그런데 기존의 일반적인 섬유 공급장치와 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치는 몇 가지 문제점이 있었다. 이에 관하여 간략히 살펴본 후 이의 문제점을 해결할 수 있는 본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치와 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 기존의 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 간략히 도시한 개념도이고, 도 2는 섬유 공급장치를 간략히 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치(10)는 복수 단의 크릴(10: 11, 12, 13)과, 각 크릴(10: 11, 12, 13)에서 공급된 섬유를 펼치는 스프레딩부(30), 섬유에 수지를 함침하는 함침부(40)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 복수 단의 크릴(10: 11, 12, 13)이 서로 다른 높이 상에 위치한다. 그런데 복수 단의 크릴(10: 11, 12, 13)은 TD(Transverse Direction)(D2)를 기준으로 같은 위치에 배치되어 있다.

이 경우, 복수 단의 크릴(10: 11, 12, 13)의 배치 구조에 따라 상단에 위치한 크릴의 섬유(3)에서 발생한 버(burr)(B)가 하단에 위치한 크릴을 향해 낙하하여 쌓이는 문제가 있다.

예를 들어, 최 상단에 위치한 3단 크릴(11)에서 발생된 섬유의 버(B)는 낙하하여 중간 높이에 위치한 2단 크릴(12)의 전체 영역(S1)에 결함 및 불량을 일으킬 수 있다.

이와 마찬가지로 2단 크릴(12)에서 발생된 섬유의 버(B)는 낙하하여 최 하단에 위치한 1단 크릴(13)의 전체 영역(S2)에 결함 및 불량을 일으킬 수 있다.

여기서, 섬유의 버(B)는 꼬인 상태로 감긴 섬유가 일정한 크기의 텐션이 가해진 상태로 풀려나올 때 크릴(10: 11, 12, 13)과의 마찰 등으로 인해 섬유의 표면에서 탈락되는 보푸라기, 이물질 등을 말한다.

만일 섬유의 버(B)가 하단의 크릴으로 낙하될 경우 제품의 심각한 표면 결함 또는 품질 불량 등을 발생시키는 원인이 된다.

도 3은 기존의 섬유 공급장치의 출측에 위치한 가이드 바를 통과하여 스프레딩부의 제1 스프레딩 바까지 이송되는 모습을 간략히 도시한 도면이고, 도 4는 가이드 바를 통과하는 섬유의 접촉 각 크기를 보여준다.

가이드 바(15)는 크릴(10: 11, 12, 13)의 출구 측에 위치하며, 섬유는 가이드 바(15)의 섬유 이송 홀(15)을 통과하여 스프레딩부(30)의 첫 번째 스프레딩 바(31)로 이송된다.

그런데, 공정라인의 한계로 인하여 가이드 바(15)와 스프레딩부(30)의 첫 번째 스프레딩 바(31) 사이의 거리(L1)는 비교적 좁은 편이다. 이 때문에, 섬유(3)가 가이드 바(15)의 섬유 이송 홀(15)을 통과하는 접촉 각(θ1, 도 4)이 커지는 현상이 유발되었고, 이는 섬유의 손상을 일으키는 원인으로 작용되었다.

만일, 가이드 바(15)와 스프레딩 바(31) 사이의 거리(L1)를 넓히게 되면 접촉 각(θ1, 도 4)이 작아지게 되어 섬유의 손상을 줄일 수 있다. 다만, 이는 공정라인의 길이가 증가하는 문제가 있어서 현실적으로 적용하기에는 어려운 실정이다.

이하에서 설명될 본 발명의 실시예들은 도 1 내지 도 4를 참조로 설명한 기존의 일반적인 섬유 공급장치 및 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치의 문제점을 개선하고자 안출된 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치와 이를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도면에서, 도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 간략히 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치를 간략히 도시한 도면이다.

그리고 도 7은 섬유 공급장치의 출측에 위치한 가이드 바를 통과하여 섬유가 스프레딩부의 제1 스프레딩 바까지 이송되는 모습을 보여주며, 도 8은 가이드 바를 통과하는 섬유의 접촉 각 크기를 보여준다.

한편 도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치의 변형 예를 보여준다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 섬유의 펼침성을 향상시키고 섬유의 버(burr)로 인한 복합재의 표면 결함 및 불량을 방지할 수 있는 섬유 공급장치와, 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치를 제공한다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치(1000)는 섬유공급장치(100), 복수의 이동식 가이드 바(150), 스프레딩부(200), 함침부(300)를 포함한다.

섬유공급장치(100)는 복수 단의 크릴(110)과 크릴 위치 조절기(130, 도 6 참조)를 포함한다.

복수 단의 크릴(110: 111, 112, 113)은 서로 다른 높이로 배치될 수 있다. 서로 다른 높이로 배치된 복수 단의 크릴(110: 111, 112, 113)은 섬유(101)를 풀어 제1 방향(D1, 도 5 참조)을 따라 공급한다.

크릴 위치 조절기(150, 도 6 참조)는 복수 단의 크릴 각각을 제2 방향(D2, 도 6 참조)을 기준으로 서로 다른 위치로 이동시킬 수 있다.

여기서, 제1 방향(D1, 도 5 참조)은 섬유(101)가 공급되는 길이 방향 일 수 있다. 제1 방향(D1, 도 5 참조)은 MD 방향(Machine Direction)이라 한다. 그리고 제2 방향(D2, 도 6 참조)은 제1 방향(D1, 도 5 참조)에 교차하는 폭 방향 일 수 있다. 제2 방향(D2, 도 6 참조)은 TD 방향(Transverse Direction)이라 한다.

구체적으로는, 크릴 위치 조절기(150, 도 6 참조)는 복수 단의 크릴 각각을 제2 방향(D2, 도 6 참조)을 기준으로 서로 다른 위치로 이동시켜 각 단의 크릴(111, 112, 113)의 위치차이를 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 복수 단의 크릴(110)은 최 상단에 위치한 3단 크릴(이하, 제1 크릴)(111)과, 가운데 높이에 위치한 2단 크릴(이하, 제2 크릴)(112)과 최 하단에 위치한 1단 크릴(이하, 제3 크릴)(113)을 포함할 수 있다.

이 경우, 크릴 위치 조절기(150, 도 6 참조)는 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)을 각각 제2 방향(D2, 도 6 참조)을 기준으로 서로 다른 위치로 이동시킬 수 있다.

다만, 본 발명은 반드시 도시된 형태에 제한되지 않으며 통상의 기술자에게 자명한 다양한 복수 단의 크릴을 이용하면서 이들의 위치를 조절하는 크릴 위치 조절기를 적절히 변경하여 이용할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)이 서로 다른 높이 상에 위치하면서 크릴 위치 조절기(130)에 의해 제2 방향(D2)을 기준으로 서로 다른 위치로 이동한다.

이에 따라, 제1 크릴(111)과 제2 크릴(112) 각각에서 발생된 섬유의 버(B)가 낙하하는 경우에도, 제2 크릴(112)과 제3 크릴(113) 각각의 전체 영역(S1, 도 2 참조)보다 대폭 좁혀진 영역(S1, 도 6 참조)으로 떨어질 수 있다.

바람직하게는 도 9에 도시된 형태와 같이 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)이 제2 방향(D2)을 기준으로 서로 위치가 중첩되지 않도록 이동하는 것이 좋다.

도 9를 참조하면, 제1 크릴(111)과 제2 크릴(112) 각각에서 발생된 섬유의 버(B)의 낙하 시, 섬유의 버(B)는 그 하부에 위치한 제2 크릴(112)과 제3 크릴(113)을 완전히 벗어난 위치로 떨어지게 된다.

이로써, 섬유의 버(B)로 인한 표면 불량 및 품질 저하의 문제를 미연에 방지할 수 있다.

그리고 공정라인의 사이즈를 고려하여 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113) 각각의 위치 이동 범위(W4, W5, W6, 도 9 참조)는 사용자가 적절히 조절할 수 있다.

여기서, 버(B)는 꼬인 상태로 감겨 있는 섬유가 일정한 텐션이 걸린 상태로 크릴에서 풀려나올 때 접촉 마찰 등에 의해 섬유의 표면으로부터 탈락되는 보푸라기 등의 이물질을 말한다.

크릴 위치 조절기(130)는 복수의 크릴 연결몸체(131)와 복수의 구동몸체(133)를 포함한다(도 6 참조).

구체적인 예로서 도 6을 참조하면, 복수의 크릴 연결몸체(131)는 복수 단의 크릴(110) 각각, 즉 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)의 중심 축과 연결될 수 있다.

복수의 구동몸체(133)는 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)의 중심 축과 연결된 복수의 크릴 연결몸체(131) 각각에 제2 방향(D2)을 따라 직선 방향으로 연결될 수 있다.

복수의 구동몸체(133)는 제1 복수의 크릴 연결몸체(131) 각각에 제2 방향(D2)을 따라 직선 방향으로 연결되며 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)을 제2 방향(D2)을 따라 각각 개별적으로 이동시킬 수 있다.

이를 위해, 복수의 구동몸체(133)는 섬유 공급장치(100)의 몸체로부터 각각의 설정거리(W4, W5, W6) 이내에서 제2 방향(D2)을 따라 출몰(또는 진퇴) 구동하는 구동장치로 구성될 수 있다.

예를 들어, 복수의 구동몸체(133)는 유압(또는 공압)을 이용하여 제2 방향으로 설정거리(W4, W5, W6) 이내에서 출몰하는 실린더 등으로 구성될 수 있다. 이 경우, 복수의 구동몸체(133)의 출몰 동작에 필요한 유압을 제공하는 구동원(예: 유압탱크 등)(135)과, 적어도 하나의 펌프, 밸브 등이 더 포함될 수 있다.

또한, 복수의 구동몸체(133)의 출몰 동작을 제어하도록 구동원(135)의 동작을 제어하는 제어부(137)가 더 포함될 수 있다.

이와 다른 실시 형태로서, 복수의 구동몸체(133)는 모터(미도시)의 회전력을 직선 이동으로 변환시켜 제2 방향(D2)으로 설정거리(W4, W5, W6)만큼 출몰하는 관용의 기어 조립체(예:랙 피니언 등) 등으로 구성될 수 있다. 이와 같이, 복수의 구동몸체(133)는 반드시 도시된 형태에 한정되지 않으며 통상의 기술자에게 자명한 다양한 장치 구성으로 변경하여 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치(100)는 위치감지센서(140)를 더 포함한다(도 6 참조).

위치감지센서(140, 도 6 참조)는 복수의 구동몸체(133)에 구비될 수 있다. 구체적으로는, 위치감지센서(140, 도 6 참조)는 복수의 구동몸체(133)의 출몰 동작에 의해 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113) 각각이 제2 방향(D2)을 기준으로 서로 간의 위치가 어느 정도 중첩되었는지 여부를 실시간으로 감지할 수 있다.

예를 들어, 위치감지센서(140, 도 6 참조)의 위치 감지 결과는 제어부(137)로 전달되고, 제어부(137)는 복수의 구동몸체(133) 각각에 필요한 출몰 길이를 정밀하게 제어한다. 이로써, 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)의 위치는 제2 방향(D2)을 기준으로 최대한 서로 중첩되지 않도록 제어될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 섬유 공급장치(100)는 복수의 이동식 가이드 바(150)를 더 포함한다(도 7 참조).

도 7을 참조하면, 복수의 이동식 가이드 바(150: 151, 152, 153)는 섬유 공급장치(100)의 출구 측에 구비될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 각각의 이동식 가이드 바(151, 152, 153)는 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113) 각각의 전방에서 일정한 간격을 두고 설치된다.

각각의 이동식 가이드 바(151, 152, 153)는 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)에 마주하여 제2 방향(D2)을 따라 길게 형성되며, 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)에서 공급된 섬유의 공급 방향을 안내할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 복수의 이동식 가이드 바(150: 151, 152, 153)는 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)의 위치 조절에 연동하여 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)과 함께 제2 방향(D2)을 기준으로 이동하여 위치가 변경될 수 있다.

예를 들어, 복수의 이동식 가이드 바(150: 151, 152, 153) 각각은 복수의 구동몸체(133) 각각에 일단부가 고정되는 바 형상 부재일 수 있다.

이에 따라, 복수의 구동몸체(133) 각각이 서로 다른 길이로 출몰하여 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)의 위치를 서로 중첩되지 않도록 변경할 때, 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)에 대응하는 이동식 가이드 바(151, 152, 153)의 위치도 함께 변경될 수 있다.

이와 같이, 복수의 이동식 가이드 바(151, 152, 153) 각각은 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)의 위치에 대응하여 제2 방향(D2)을 향해 설정길이만큼 돌출되어 이동이 가능하다.

한편, 복수의 이동식 가이드 바(150: 151, 152, 153)를 통과한 섬유는 스프레딩부(200)로 이송된다.

본 발명의 실시예의 경우, 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)에서 공급된 섬유가 이동식 가이드 바(151, 152, 153)를 거쳐 스프레딩부(200)에 공급되는 이송경로(W1, W2, W3, 도 7 참조)는, 도 3에서 살펴본 기존의 섬유 이송경로(W1, W2, W3, 도 3 참조)와 비교하여 경사가 작아진 것을 알 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 실시예의 공정라인의 길이(L2, 도 7 참조)가 기존의 공정라인의 길이(L1, 도 3 참조)와 비교하여 증가하지 않았음에도, 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)과 이에 대응하는 이동식 가이드 바(151, 152, 153)의 제2 방향(D2)을 위치 이동에 따라 섬유의 이송경로가 도 7에 도시된 형태로 개선될 수 있다.

한편, 도 8을 참조하면 복수의 이동식 가이드 바(150: 151, 152, 153)에는 섬유(101)를 관통시켜 이송시키는 섬유 이송 홀(160)이 더 구비될 수 있다.

섬유 이송 홀(160)은 제1, 2, 3 크릴(111, 112, 113)을 통해 공급된 섬유가 이동식 가이드 바(151, 152, 153)를 거쳐 스프레딩부(200)에 공급될 때, 이동식 가이드 바(151, 152, 153)를 관통하여 이송하는 홀이다.

섬유(101)는 섬유 이송 홀(160)을 통과하면서 스프레딩 부(200)의 첫 번째 스프레딩 바(210)로 이송되는데, 이때 섬유는 전술한 이송경로(W1, W2, W3, 도 7 참조)를 따라 이송된다.

이때, 본 발명의 실시예에 따르면 공정라인의 길이(L2, 도 7 참조)가 기존의 길이(L1, 도 3 참조)보다 증가되지 않았음에도, 이동식 가이드 바(151, 152, 153)를 관통하여 스프레딩 바(210)로 이송되는 섬유의 이송경로(W1, W2, W3, 도 7 참조)가 직진에 가깝게 경사가 줄어들 수 있다.

이에 따라, 섬유(101)가 복수의 이동식 가이드 바(150)의 섬유 이송 홀(160)을 통과하는 접촉 각(θ2, 도 8)은 기존의 접촉 각(θ1, 도 4)에 비해 크기가 작아질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 접촉 각(θ2, 도 8)이 기존의 접촉 각(θ1, 도 4)에 비해 작아짐에 따라, 섬유(101)가 복수의 이동식 가이드 바(150)를 통과할 때의 주변 접촉 마찰이 감소될 수 있으며, 그 결과 섬유 손상은 억제될 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면 스프레딩부(200)는 적어도 하나의 스프레딩 바(210)를 포함한다. 스프레딩부(200)는 복수의 이동식 가이드 바(150)를 통과한 섬유(101)를 공급받아 제2 방향(D2, 도 7 참조)을 따라 설정 폭 크기로 섬유를 펼치기 한다.

함침부(300)는 스프레딩부(200)를 거쳐 펼쳐진 섬유를 공급받아 수지와 함침시킬 수 있다.

함침부(300)는 별도로 도시하진 않았으나 수지를 공급하는 압출기를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치(1000)는 냉각부(400)와 와인딩부(500)를 더 포함한다.

냉각부(400)는 함침부(300)를 거쳐 수지가 함침된 소재(즉, 연속섬유 강화 열가소성 복합재)를 냉각할 수 있다.

예를 들어, 냉각부(400)는 냉각 롤 장치로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 냉각 장치로 변경하여 실시하여도 무방하다.

와인딩부(500)는 냉각부(400)를 거쳐 냉각된 소재(즉, 연속섬유 강화 열가소성 복합재)를 권취하여 보관할 수 있다.

예를 들어, 와인딩부(500)는 냉각부(400)를 거쳐 이송된 소재, 예를 들어 연속섬유 강화 열가소성 복합재(또는 UD 시트)를 감아 보관하는 롤 장치로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 섬유의 펼침성을 향상시켜 섬유의 물성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로는, 제조 공정라인의 길이를 증가하지 않으면서도 섬유 공급장치의 출구 측 가이드 바와 스프레딩부의 첫 번째 스프레딩 바 사이로 이송되는 섬유의 접촉 각을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 섬유의 이송 시 큰 접촉 각에 의해 섬유의 방향 꺾임이 발생함에 따라 유발되었던 섬유의 손상을 방지할 수 있다. 그리고 섬유의 펼침성이 향상되어 섬유의 물성을 향상시킬 수 있다.

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.

D1: 제1 방향(또는 MD 방향)
D2: 제2 방향(또는 TD 방향)
W1: 제1 섬유 펼치기 방향
W2: 제2 섬유 펼치기 방향
W3: 제3 섬유 펼치기 방향
θ1, θ2: 접촉 각
100: 섬유 공급장치
101: 섬유
110: 복수 단의 크릴
111: 제1 크릴(또는 3단 크릴)
112: 제2 크릴(또는 2단 크릴)
113: 제3 크릴(또는 1단 크릴)
130: 크릴 위치 조절기
131: 크릴 연결몸체
133: 구동몸체
135: 구동원
137: 제어부
140: 위치감지센서
150: 복수의 이동식 가이드 바
151: 제1 이동식 가이드 바
152: 제2 이동식 가이드 바
153: 제3 이동식 가이드 바
160: 섬유 이송 홀
200: 스프레딩부
210: 스프레딩 바
300: 함침부
400: 냉각부
500: 와인딩부
1000: 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치

Claims

서로 다른 높이에서 섬유를 풀어 제1 방향으로 공급하는 복수 단의 크릴; 및
상기 복수 단의 크릴 각각을 제2 방향으로 위치 조절하는 크릴 위치 조절기;를 포함하고,
상기 크릴 위치 조절기는,
상기 제2 방향을 기준으로 상기 복수 단의 크릴 각각을 서로 다른 위치로 이동시켜 각 단별 크릴 위치에 차이를 발생시키는 것을 특징으로 하는
섬유 공급장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 방향은,
섬유가 공급되는 길이 방향(MD: Machine Direction)이며,
상기 제2 방향은,
상기 제1 방향에 교차하는 폭 방향(TD; Transverse Direction)인 것을 특징으로 하는
섬유 공급장치.
제2항에 있어서,
상기 복수 단의 크릴 각각의 출측 방향에 상기 제1 방향으로 설정간격을 두고 설치되며, 상기 복수 단의 크릴 각각의 위치 이동에 대응하여 각각의 위치가 조절되는 복수의 이동식 가이드 바;
를 더 포함하는 섬유 공급장치.
제3항에 있어서,
상기 복수 단의 크릴 각각은,
서로 다른 높이에 위치하되, 상기 제2 방향을 기준으로 서로 간의 위치가 중첩되지 않도록 이동하며,
상기 복수의 이동식 가이드 바 각각은,
상기 복수 단의 크릴 각각의 위치에 대응하도록 상기 제2 방향으로 위치가 이동하는
섬유 공급장치.
제3항에 있어서,
상기 크릴 위치 조절기는,
상기 복수 단의 크릴 각각의 중심 축과 연결되는 복수의 크릴 연결몸체; 및
상기 복수의 크릴 연결몸체 각각에 상기 제2 방향으로 직결되며, 상기 복수 단의 크릴 각각을 상기 제2 방향으로 개별 이동시키도록 상기 제2 방향으로 출몰하는 복수의 구동몸체;
를 포함하는 섬유 공급장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 구동몸체에 구비되어 상기 복수 단의 크릴 각각이 상기 제2 방향을 기준으로 서로 간의 위치가 중첩되는지 여부를 감지하는 위치감지센서;
를 더 포함하는 섬유 공급장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 이동식 가이드 바 각각은,
상기 복수의 구동몸체 각각에 적어도 일단부가 고정되며 상기 제2 방향을 향해 설정길이만큼 돌출되는 바 형상 부재이며,
상기 복수의 이동식 가이드 바 각각에는 섬유를 관통시켜 스프레딩부를 향해 이송시키는 섬유 이송 홀이 구비되는 것을 특징으로 하는
섬유 공급장치.
서로 다른 높이에서 섬유를 풀어 제1 방향으로 공급하는 복수 단의 크릴; 및
상기 복수 단의 크릴 각각을 제2 방향을 기준으로 서로 다른 위치로 이동시켜 각 단의 크릴별 위치차이를 발생시키는 크릴 위치 조절기;를 포함하는 섬유 공급장치;
상기 섬유 공급장치의 출측에 구비되며, 상기 제2 방향을 기준으로 이동하는 상기 복수 단의 크릴 각각에 연동하여 이동하며, 상기 복수 단의 크릴 각각의 위치에 대응하여 위치하는 복수의 이동식 가이드 바;
상기 복수의 이동식 가이드 바를 통과한 섬유를 공급받아 상기 제2 방향으로 펼치는 적어도 하나의 스프레딩 바를 포함하는 스프레딩부;
상기 스프레딩부를 거쳐 펼쳐진 섬유를 공급받아 수지와 함침하는 함침부;
를 포함하는 연속섬유 열가소성 복합재 제조 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 방향은,
섬유가 공급되는 길이 방향(MD: Machine Direction)이며,
상기 제2 방향은,
상기 제1 방향에 교차하는 폭 방향(TD; Transverse Direction)인 것을 특징으로 하는
연속섬유 열가소성 복합재 제조 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수 단의 크릴 각각은,
서로 다른 높이에 위치하되, 상기 제2 방향을 기준으로 서로 간의 위치가 중첩되지 않도록 이동하며,
상기 복수의 이동식 가이드 바 각각은,
상기 복수 단의 크릴 각각의 위치에 대응하도록 상기 제2 방향으로 위치가 이동하는
연속섬유 열가소성 복합재 제조 장치.
제9항에 있어서,
상기 크릴 위치 조절기는,
상기 복수 단의 크릴 각각의 중심 축과 연결되는 복수의 크릴 연결몸체; 및
상기 복수의 크릴 연결몸체 각각에 상기 제2 방향으로 직결되며, 상기 복수 단의 크릴 각각을 상기 제2 방향으로 개별 이동시키도록 상기 제2 방향으로 출몰하는 복수의 구동몸체;
를 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
제11항에 있어서,
상기 복수의 크릴 연결몸체 각각에 적어도 하나 구비되어 상기 복수 단의 크릴 각각이 상기 제2 방향을 기준으로 서로 간의 위치가 중첩되는지 여부를 감지하는 위치감지센서;
를 더 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
제11항에 있어서,
상기 복수의 이동식 가이드 바 각각은,
상기 복수의 구동몸체 각각에 적어도 일단부가 고정되며 상기 제2 방향을 향해 설정길이만큼 돌출되는 바 형상 부재이며,
상기 복수의 이동식 가이드 바 각각에는 섬유를 관통시켜 스프레딩부를 향해 이송시키는 섬유 이송 홀이 구비되는 것을 특징으로 하는
연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
제8항에 있어서,
상기 함침부를 거쳐 수지가 함침된 소재를 냉각하는 냉각부;
를 더 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.
제14항에 있어서,
상기 냉각부를 거쳐 냉각된 소재를 감아 보관하는 와인딩부;
를 더 포함하는 연속섬유 강화 열가소성 복합재 제조장치.