KR20220159119A - 일체형 프리프레그 제조장치 및 이를 이용한 일체형 프리프레그의 제조방법 - Google Patents

일체형 프리프레그 제조장치 및 이를 이용한 일체형 프리프레그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인조피혁의 제조나 반도체 공정용 점착필름 내 점착층의 패턴 전사에 이용되는 이형필름을 재활용하는 방법에 관한 것이다. 이형필름의 재활용 방법은, 합성수지를 포함하는 기재층 및 상기 합성수지와 상이한 성분의 패턴층을 포함하는 이형필름을 박리장치의 공급부에 공급하는 단계(S1); 상기 공급된 이형필름의 패턴층이 존재하는 면을 박리장치 내 구비된 연마부재로 연마하여 합성수지 기재층을 분리하는 단계(S2); 상기 분리된 합성수지 기재층을 회수하는 단계(S3)를 포함한다.

Description

일체형 프리프레그 제조장치 및 이를 이용한 일체형 프리프레그의 제조방법{Manufacturing Device for Integral Prepreg and Manufacturing Integral Prepreg using thereof}
본 발명은 방탄용 제품의 원단에 포함되는 일체형 프리프레그를 손쉽게 제조할 수 있는 장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.
국방용이나 경찰 등 특수업무 종사자의 생존성과 기동성 향상을 위하여 가볍고, 유연하고, 착용감이 우수한 방호재료가 필수적으로 요구되며, 이러한 소재에 관한 연구가 진행되고 있다. 이러한 이유로 방탄복 제조기술은 지속적으로 발전하여 왔다.
통상 케블라(Kevlar®)라는 상표명으로 불리는 초고강도 아라미드 섬유 적용 방탄제품이 개발된 시기에는 직물이 여러겹으로 구성된 방탄복이 사용되었다. 직물형으로 구성된 방탄복은 관통에 대한 저항은 강하나 착용자에게 물리적 충격이 가해질 수 있는 '후면 변형량'이 많은 것으로 알려져 있다. 이후, 일방향으로 배향된 고강도 섬유로 만든 일방향(unidirectional, UD) 시트로 구성된 방탄제품이 제시되었다. 일방향 제품의 경우 방탄성능이 우수하여 총알관통이 되지 않은 성능 및 후면 변형이 적은 성능은 좋으나 파편탄의 관통에 대한 저항은 약한 문제점이 있었다.
이에 일방향 부직포시트를 다른 각도로 교차배열하여 방탄성능을 향상시키고자 하는 시도가 있었다. 이는 일방향 부직포시트를 0°및 90°방향으로 교차시켜 배열하거나 추가로 45°배열을 더하여 충격에너지를 분산을 효율화하는 기술이다. 섬유가 등방형으로 배열되면 충격에너지 흡수효율이 증가하지만, 일방향배열 부직포를 여러방향으로 배열하는 것은 설비비가 증가하는 단점이 있다.
최근에는 총알 및 파편탄에 대한 관통저항, 후면변형, 착용시 유연성, 경량화, 가격 등의 요소를 만족하기 위해서 직물, 편물, 일방향 부직포, 등방형 부직포 등이 조합된 다양한 기술들이 사용되고 있다. 무작위 배열 부직포는 등방성이 좋으므로 충돌 에너지의 효율적 분산에 유리하다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제2010-0040833호에는 무작위 배열된 부직포가 포함된 다층구조의 방탄 시트가 기재되어 있다. 국개공개공보 WO2012/015680호에는 일방향 부직포와 무작위배열 부직포가 혼합되어 사용되고 있다. 대한민국 공개특허공보 제2017-0091665호에는 충돌면에서 다층으로 형성되고 인성이 줄어드는 구조를 형성하는 방호구의 재료구조를 제시하고 있다.
방탄 물품 내지 방탄 시트에 포함되는 무작위배열 부직포를 제조하는 방법으로는 건식 카드법, 건식 에어레이법, 습식 에어레이법 등이 있다.
건식 카드법으로 제조한 부직포를 방탄복에 적용하는 방식은 통상적으로 스테이플 섬유를 개면하고, 카딩, 크로스랩핑, 드로잉, 니들펀칭 후 부직포를 권취하여 롤을 생산하고, 방탄복 구조에 적용할 때 필요한 양을 제단하여 사용한다. 이러한 통상적인 제조방법은 제조 공정이 길고, 사용되는 원사 간의 오염을 방지할 필요가 있어 전용설비를 사용하여야한다. 이는 가격상승의 원인이 된다. 또한 방탄용 부직포를 위해서는 방탄 물성의 저하를 방지하기 위해 최소한의 니들펀칭을 하여야 하는데, 이는 방탄복 제조시의 작업성을 저하시키는 단점이 있고, 방탄복의 형태안정성에 좋지 않은 영향을 준다.
건식 에어레이(air-laid)법으로 등방향 부직포를 제조할 경우에는 통상적으로 개면, 웹포밍 및 결합의 공정을 거친 후 권치하여 부직포 롤을 생산하고, 방탄복 제조시 필요량을 제단하여 사용한다. 건식 에어레이법은 카드법보다는 공정이 비교적 단순할 수 있으나, 롤 제조 후 제단하여 적용하는 방식은 여전히 방탄복 또는 방탄 시트를 제조하는데 있어서 생산성이 높이 않을 수 있다.
한편, 습식 레이법은 물을 사용하기 때문에 장치가 복합하고 에너지비용이 증가하여 경제성이 부족하다.
1. 한국 공개특허공보 제2010-0040833호 2. 국제특허공개공보 WO2012/015680호 3. 한국 공개특허공보 제2017-0091665호
본 발명은 방탄시트에 있어서, 일방향 부직포와 등방형 부직포를 동시에 형성하여 적층시킬 수 있는 일체형 프리프레그 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 장치를 이용하여 일방향 부직포와 등방형 부직포를 동시에 형성하여 적층시킬 수 있는 장치를 이용하여 일체형 프리프레그를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 일방향 시트 제조 라인 및 등방형 부직포 형성장치를 포함하고, 상기 등방형 부직포 형성장치는 일방향 시트 제조 라인 상측 또는 하측에 이격되어 배치되며,상기 등방형 부직포 형성장치는 웹형성부, 전이부 및 중간부를 포함하는 것인, 일체형 프리프레그 제조장치가 제공된다.
상기 구현예에 있어서, 상기 일방향 시트 제조 라인은 크릴장치, 송출롤러, 확개롤러, 접착성분 부여부, 건조부, 송출롤러를 순서대로 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 등방형 부직포 형성장치는 접착성분 부여부와 건조부 사이에 위치하고, 라인의 수평면을 기준으로 상부에 위치하며, 상기 라인의 수평면과 등방형 부직포 형성장치의 최저점의 사이의 거리가 50mm 내지 500m인 것일 수 있다.
또한, 상기 구현예에서 등방형 부직포 형성장치의 웹형성부에는 음압이 인가되고, 전이부에는 양압이 인가되며, 중간부는 압력이 인가되지 않는 것일 수 있다.
아울러, 상기 등방형 부직포 형성장치에는 섬유공급부 및 개섬부가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 일체형 프리프레그 제조장치를 이용하여 일체형 프리프레그를 제조하는 방법이 제공된다.
도 1은 에어레이법에 의해 등방형 부직포를 제조하는 종래의 장치를 나타낸 모식도이다.
도 2는 일방향 시트 제조 라인을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 등방형 부직포 형성장치의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 일체형 프리프레그 제조장치를 나타내는 모식도이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐, 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 구현예 및 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 일방향 시트 제조 라인 및 등방형 부직포 형성장치를 포함하고, 상기 등방형 부직포 형성장치는 일방향 시트 제조 라인 상측 또는 하측에 이격되어 배치되며, 상기 등방형 부직포 형성장치는 웹형성부, 전이부 및 중간부를 포함하는 것인, 일체형 프리프레그 제조장치가 제공된다.
상기 일방향 시트 제조 라인은 도 2에 모식적으로 나타낸 바와 같이 일련의 장치들을 포함할 수 있다.
도 2를 예를 들어 설명하면, 일방향 시트 제조라인은 탄소섬유, 고분자량 폴리에틸렌 섬유, 아라미드 섬유 등을 포함하는 고강력 섬유를 공급하기 위한 크릴장치(100)를 포함한다. 크릴장치에서 공급된 섬유를 일정하게 송출하고 섬유가 정방향으로 잘 이송될 수 있도록 선택적으로 코우머 가이드(101)이 포함될 수 있다. 크릴장치에서 공급된 섬유는 송출롤러(110)을 통해 일방향 시트 제조를 위한 장치로 이송된다. 상기 송출롤러에서는 일방향 시트를 제조하는데 문제가 없도록 장력 조절이 이루어질 수 있다.
이후 송출된 섬유가닥은 확개롤러(120)을 거치면서 평편화된다. 즉, 상기 확개롤러는 섬유를 일방향으로 배치하면서 시트형상이 될 수 있도록 평편화하는 작업을 수행하게 된다.
통상 확개롤러를 통과한 평편화된 섬유집합은 섬유의 종류에 따라 접착제 또는 수지가 담겨진 수지통(140)을 함침롤러(130)에 의해 통과하면서 고착화된다. 상기 수지통 및 합침롤러를 포함하는 부분을 본 발명을 설명하는데 있어서 '접착성분 부여부'라 정의한다.
상기 접착성분 부여부를 통과한 일방향 시트는 건조부(150)를 거쳐 이후 용도에 적용 가능한 일방향 시트의 형태를 갖추고 인출롤러(160)을 거쳐 권취롤러(170)에서 귄취된다.
도 1은 에어레이법에 의해 등방형 부직포를 제조하는 종래의 장치를 나타낸 모식도이다. 이를 간략히 설명하면 스테이플 섬유가 공급되면 이를 개섬하는 개섬실린더를 거치게되고 천공된 실린더에 송풍기에 의한 음압이 걸리게 되면 스테이플 섬유가 천공실린더에 부착 및 교락되어 등방형 부직포가 형성된다.
종래에는 신뢰성 있는 방탄시트 또는 방탄복을 제조하기 위해서 일방향시트를 제조하여 권취하고 역시 등방향 부직포를 제조 권취하여 각각 제단 및 적층하였다. 일방향 시트와 등방형 부직포가 적층된 방탄시트는 종래의 직물보다 우수한 성능을 보이나, 제조공정이 복합한 측면이 있었다.
본 발명의 구현예에 따르면 상기 설명한 바와 같아 일방향 시트와 등방형 부직포를 하나의 공정에서 동시에 생산하여 적층함으로써 공정을 획기적으로 줄일 수 있다.
이를 위해서 등방형 부직포 형성장치는 신규의 구조를 갖는다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 등방형 부직포 형성장치의 단면을 나타내는 모식도이다. 종래의 구조처럼 에어레이법에 의한 등방형 부직포를 제조하는 천공실린더가 3개의 구간으로 구분된다.
상기 3개의 구간은 웹형성부(200), 전이부(210) 및 상기 웹형성부(200)와 전이부(210)의 중간에 위치한 중간부(220)로 구성된다.
상기 웹형성부는 에어레이법에 의한 등방형 부직포 형성 부분으로서 음압이 인가된다. 그리고, 상기 전이부(210)에는 상기 웹형성부에서 형성된 등방형 부직포를 일방향 시트 제조라인으로 전이할 수 있도록 양압을 인가하여 전이와 동시에 일방향시트에 적층되기 용이하도록 한다. 상기 중간부(220)는 양압과 음압 중간의 압력이 인가되지 않는 부분으로서 일종의 버퍼(buffer) 존이 될 수 있다. 상기 중간부는 오염에 강하도록 처리할 수 있으며, 양압과 음압이 잘 인가될 수 있도록 천공될 수도 있고 천공되지 않을 수도 있다.
상기 3개 구간은 실린더 내에 위치한 격벽에 의해서 구분될 수 있으며, 일방향 시트 제조 라인과 조화되어 일방향 시트와 등방형 부직포가 적층되기 용이하도록 그 구간의 크기 및 압력을 조절할 수 있다. 상기 구간의 크기 및 압력의 조절은 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자는 생산 조건에 따라 용이하게 수행할 수 있을 것이다.
상기 등방형 부직포의 형성장치는 실린더 형으로서 일방향 시트와 등방형 부직포의 적층방향으로 회전하며, 이는 상기 설명한 일방향 시트 제조 라인의 구성에 있어서 접착성분 부여부(130, 140)와 건조부(150) 사이에 위치할 수 있다.(도 4 참고)
상기 접착성분 부여부 및 건조부 사이로 이송되는 일방향 시트의 면을 라인의 수평면이라고 정의할 때, 상기 등방형 부직포 형성장치의 최저점은 상기 라인의 수평면의 상부에 약 50mm 내지 500mm의 거리로 이격되어 위치할 수 있다.
아울러, 상기 등방형 부직포 형성장치에는 등방형 부직포가 형성될 수 있도록 스테이플 섬유를 공급하는 섬유공급부(미도시) 및 개섬부(미도시)가 더 포함될 수 있다. 또한 일체형 프리프레그의 적층을 더욱 용이하게 하기 위해 접착롤(141, 도4)이 그 하부에 위치할 수 있다.
도 4에 예시적으로 나타낸 본 발명의 일구현예에 따른 일체형 프리프레그 제조장치는 하나의 공정에서 일방향 시트와 등방형 부직포를 적층할 수 있어 공정을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 설명된 일체형 프리프레그 제조장치에 의해서 일체형 프리프레그를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 장치 및 공정을 이용할 경우, 방탄복 또는 방탄시트를 제조를 위한 프리프레그를 생산하는 공정을 효과적으로 줄일 수 있어, 생산성을 높일 수 있다.
100: 크릴장치 101: 코우머 가이드
110: 송출 롤러 120: 확개 롤러
130: 함침 롤러 140: 수지통
141: 접착롤 150: 건조로
160: 인출 롤러 170: 권취롤러
200: 웹형성부 210: 전이부
220: 중간부

Claims (6)

  1. 일방향 시트 제조 라인 및 등방형 부직포 형성장치를 포함하고,
    상기 등방형 부직포 형성장치는 일방향 시트 제조 라인 상측 또는 하측에 이격되어 배치되며,
    상기 등방형 부직포 형성장치는 웹형성부, 전이부 및 중간부를 포함하는 것인, 일체형 프리프레그 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 일방향 시트 제조 라인은 크릴장치, 송출롤러, 확개롤러, 접착성분 부여부, 건조부, 송출롤러를 순서대로 포함하는 것인, 일체형 프리프레그 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 등방형 부직포 형성장치의 웹형성부에는 음압이 인가되고, 전이부에는 양압이 인가되며, 중간부는 압력이 인가되지 않는, 일체형 프리프레그 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 등방형 부직포 형성장치에는 섬유공급부 및 개섬부가 더 포함되는 것인, 일체형 프리프레그 제조장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 등방형 부직포 형성장치는 접착성분 부여부와 건조부 사이에 위치하고, 라인의 수평면을 기준으로 상부에 위치하며, 상기 라인의 수평면과 등방형 부직포 형성장치의 최저점의 사이의 거리가 50mm 내지 500m인 것인, 일체형 프리프레그 제조장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 일체형 프리프레그 제조장치를 이용하여 일체형 프리프레그를 제조하는 방법.

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