KR20230158273A - 고강도 및 소구경 pcs 섬유 제조 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 PCS 섬유를 제조한다. 이로 인해 PCS의 용융강도를 크게 높여 방사시에 PCS 섬유의 직경을 소구경화하고, 방사한 PCS 섬유의 강도를 크게 증가시켜 권취한 보빈에서 PCS 섬유를 바로 특수 플레이트 위에 풀어 주어 섬유-섬유 사이의 공간을 크게 만들어 불융화를 위한 공정인 열산화 혹은 전자선 조사에서 균일한 품질을 갖는 경화된 PCS 섬유를 얻어 최종 SiC 섬유의 강도를 높이면서 균일화할 수 있다. 또한, 최종 SiC 섬유의 직경이 작아 제직에 편리하고 각종 복합재의 2-D 이상의 프리폼 제조가 용이하여, 기술성, 경제성이 향상된다.
Description
본 발명은 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
탄화규소(silicon carbide; SiC, 이하 ‘SiC’라 칭함) 섬유는 알루미나 섬유, 탄소 섬유 등에 비해 1,200℃ 이상의 고온에서도 산화 또는 크리프로 인한 강도 저하가 일어나지 않기 때문에 고온 내산화성이 요구되는 복합소재의 강화제로 개발되었다.
초고온용 SiC 섬유는 완전결정화로 잔류 탄소와 산소를 제거하고 1,400 ℃ 이상에서 물성 저하 없이 일정하게 사용할 수 있는 섬유로서, 항공기 엔진, 발전소 터빈, 방위산업용 부품 소재 등에 주로 사용되어 왔으며 최근 차량용으로 확산되는 추세이다.
일반적으로, SiC 섬유는 출발 물질인 폴리카보실란(polycarbosilane; PCS, 이하 ‘PCS‘라 칭함)를 용융 방사하여 PCS 섬유를 만든 후 이를 열처리하여 제조된다. 이때, PCS 섬유를 방사 후 바로 열처리하게 되면 용융온도 범위에서 섬유 형상을 유지하지 못하고 녹아버리게 된다. 이러한 현상을 막기 위해 경화과정에 의하여 PCS 섬유의 표면에 가교결합(crosslinking)을 일으켜 불융화 처리를 하는 안정화 공정을 거치게 된다.
종래기술에 따르면, 폴리디메틸실란(polydimethylsilane; PDMS, 이하 ‘PDMS’라 칭함)로부터 합성된 PCS를 용융 방사하여 수백 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 만들고, 이를 집속하여 형성된 단일 가닥의 PCS 섬유를 보빈에 권취한 후, 안정화 공정을 수행하기 위해 보빈에 감긴 PCS 섬유를 다시 풀어낸다. 왜냐하면, 산소가 PCS 섬유 필라멘트의 표면에서 균일하게 반응하게 하기 위함이다.
그런데 PCS는 저분자량의 프리-세라믹 고분자로서 취성이 강하고, 고분자와 달리 선형의 사슬을 갖고 있지 못하며, 일부는 분기구조로서 흐름성이 나쁘고, 용융시에 용융강도(melt strength)가 아주 약하여 액상의 PCS를 잡아 당겨도 신율이 아주 낮아 늘어나지 못하여 절사가 발생하기 쉬워 섬유화가 아주 어려운 특징을 갖는다.
그 결과 용융된 PCS를 방사시에 섬유를 강하게 당겨 직경을 소구경화하기 어렵고, 권취한 섬유를 바로 보빈에서 풀어 주는 것이 거의 불가능하여 보빈 그대로 불융화 처리를 한 후에 섬유를 보빈에서 풀어줌으로써 두껍게 감긴 보빈 내에서의 경화도가 불균일하여 최종 SiC 섬유의 강도를 감소시키거나 불균일하게 만든다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치는,
PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 제1단계;
상기 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하며 집속하여 PCS 섬유를 형성하는 제2단계;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 제3단계;
상기 PCS 섬유를 내부가 그물망 형태인 해사 플레이트 위에 풀어서 적층하는 제4단계; 및
상기 PCS 섬유를 상기 해사 플레이트 위에 적층된 상태로 열산화 또는 전자선 조사를 통해 불융화 처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 나누어 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 제1단계;
각 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유로 각각 집속하는 제2단계;
집속된 각 PCS 섬유를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유로 집속하는 제3단계;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 제4단계;
상기 PCS 섬유를 내부가 그물망 형태인 해사 플레이트 위에 풀어서 적층하는 제5단계; 및
상기 PCS 섬유를 상기 해사 플레이트 위에 적층된 상태로 열산화 또는 전자선 조사를 통해 불융화 처리하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은,
PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 방사 노즐부;
상기 방사 노즐부의 하부에 위치되며, 상기 방사 노즐부에서 형성된 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하며 집속하여 PCS 섬유를 형성하는 집속 가이드부;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 섬유 권취부; 및
상기 PCS 섬유를 풀어서 적층하는 섬유 해사부를 포함하며,
상기 섬유 해사부는,
일정 폭으로 왕복 이동하며, 상기 PCS 섬유의 낙하위치를 안내하는 해사 가이드; 및
상기 해사 가이드의 왕복 이동 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정 속도로 전진 또는 후진 이동하며, 상기 해사 가이드로부터 안내된 상기 PCS 섬유가 낙하하여 일정한 패턴으로 놓이는 해사 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은,
PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 나누어 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 복수 개의 방사 노즐부;
각 방사 노즐부의 하부에 각각 위치되며, 각 방사 노즐부에서 형성된 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 모아서 한 가닥의 PCS 섬유로 집속하는 복수 개의 서브 집속 가이드부;
상기 복수 개의 서브 집속 가이드부의 하부에 위치되며, 각 서브 집속 가이드부에서 집속된 각 PCS 섬유를 안내하며 한 가닥의 PCS 섬유로 집속하는 집속 가이드부;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 섬유 권취부; 및
상기 PCS 섬유를 풀어서 적층하는 섬유 해사부를 포함하며,
상기 섬유 해사부는,
일정 폭으로 왕복 이동하며, 상기 PCS 섬유의 낙하위치를 안내하는 해사 가이드; 및
상기 해사 가이드의 왕복 이동 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정 속도로 전진 또는 후진 이동하며, 상기 해사 가이드로부터 안내된 상기 PCS 섬유가 낙하하여 일정한 패턴으로 놓이는 해사 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치에 의해 달성된다.
본 발명은 PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 PCS 섬유를 제조한다. 이로 인해 PCS의 용융강도를 크게 높여 방사시에 PCS 섬유의 직경을 소구경화하고, 방사한 PCS 섬유의 강도를 크게 증가시켜 권취한 보빈에서 PCS 섬유를 바로 특수 플레이트 위에 풀어 주어 섬유-섬유 사이의 공간을 크게 만들어 불융화를 위한 공정인 열산화 혹은 전자선 조사에서 균일한 품질을 갖는 경화된 PCS 섬유를 얻어 최종 SiC 섬유의 강도를 높이면서 균일화할 수 있다. 또한, 최종 SiC 섬유의 직경이 작아 제직에 편리하고 각종 복합재의 2-D 이상의 프리폼 제조가 용이하여, 기술성, 경제성이 향상된다.
본 발명은 집속된 PCS 섬유가 이동하는 해사 가이드의 안내에 따라 이동하는 해사 플레이트 위에 낙하하여 일정한 패턴으로 적층된다. 이로 인해, PCS 섬유를 연속적으로 적층할 수 있으므로, 길이가 긴 섬유를 제조할 수 있다. 또한, PCS 섬유가 한정된 공간에 권취되지 않아 공간 활용성이 좋다. 또한, PCS 섬유 사이의 공간이 넓어 공기의 흐름이 양호하다. 따라서 해사 플레이트에 적층된 상태로 안정화, 열처리 공정이 진행될 때, 균일한 안정화가 가능하고 섬유의 융착이 방지된다. 또한, 물성이 향상되고, 수율이 상승하며, 품질 안정화를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 후공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 집속 가이드부의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 섬유 해사부를 발췌한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 해사 플레이트에 쌓인 PCS 섬유를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 후공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 집속 가이드부의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 섬유 해사부를 발췌한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 해사 플레이트에 쌓인 PCS 섬유를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법을 자세히 설명한다. 도 4 내지 도 7을 기본적으로 참조한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법은,
PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 제1단계(S11);
상기 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하며 집속하여 PCS 섬유를 형성하는 제2단계(S12);
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 제3단계(S13);
상기 PCS 섬유를 내부가 그물망 형태인 해사 플레이트 위에 풀어서 적층하는 제4단계(S14); 및
상기 PCS 섬유를 상기 해사 플레이트 위에 적층된 상태로 열산화 또는 전자선 조사를 통해 불융화 처리하는 제5단계(S15)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성한다.
방사물질 혼합
PCS와 폴리올레핀을 설정된 비율로 혼합하여 방사물질을 만든다.
PCS는 전구체 물질인 PDMS를 열분해 재배열을 통하여 전환시킴으로써 합성될 수 있다. 폴리올레핀의 종류로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리 메틸펜텐(PMP), 폴리 부텐 -1 (PB-1), 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 폴리이소부틸렌(PIB), 에틸렌프로필렌 고무(EPR) 등이 있다.
본 실시예에서 폴리올레핀으로 폴리프로필렌(PP)을 사용하는 것이 바람직하다. 폴리프로필렌은 중량평균분자량이 수십만에 달하고, 긴 사슬을 갖고 있다. 화학적구조면에서 PCS는 -((CH3)HSiCH2)n이 주골격이며, 폴리프로필렌은 (C3H6)n로 유사한 구조를 갖는다. 폴리프로필렌의 이소텍틱(Isotactic PP)은 한 방향으로 결합이 배열이 되어있다. PCS의 용융지수는 대략 3~10에 달한다.
PCS와 PCS 무게의 2~10wt%의 폴리프로필렌 펠렛을 혼합하고 불활성 분위기에서 자일렌(Xylene) 용매에 용융한다. 온도를 120℃로 가열하여 교반하여 혼합한다. 이를 진공 분위기에 넣고 잔류 용매를 완전하게 제거한다. 이렇게 하여 혼합된 방사물질은 파우더 형상을 갖는다. 이때 사용한 폴리프로필렌의 용융지수(MI: melt index)는 PCS와 유사한 값을 갖는 것을 사용한다.
방사물질 방사
PCS와 폴리올레핀을 혼합한 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 형성한다. 이를 위해, 방사물질을 용융 챔버에 넣고 불활성 분위기에서 방사 온도 이상에서 용융하고 진공하에서 기포를 제거한다. 온도를 방사 온도로 내려 기어펌프를 통하여 정량 토출로 노즐팩으로 보내 직경이 0.1~0.3mm되는 노즐을 통하여 노즐 밖으로 내보내 섬유화한다. 본 실시예에서는 500가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 형성된다.
이러한 방사물질을 사용하는 경우 방사온도를 최대 10℃ 떨어뜨릴 수 있다. 이로 인해 용융된 방사물질의 점도는 감소하여 10Pa.s로 된다. 기존 PCS만으로 이루어진 방사물질은 물성이 위약하여 점도를 너무 감소하면 용융강도가 약하여 10Pa.s로 감소시키는 것이 불가능하다. 따라서 주로 10~30Pa.s의 점도에서 방사가 이루어진다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
방사된 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 설정된 지름의 통로를 통과시키면서 모아서 한 가닥의 PCS 섬유(P)로 집속한다.
또한, 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 하나로 모아주고 당기면서 동시에, 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)에 집속제 또는 유제를 도포시킬 수 있다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
집속된 PCS 섬유(P)는 복수 개의 롤러를 구비하는 섬유 권취부(40)에 의해 설정된 인장력으로 당겨져 전송된다.
롤러를 통과하는 동안 PCS 섬유(P)는 연신되어 직경이 설정된 크기로 감소된다. PCS 섬유(P) 직경은 9~11μm로 감소시키는 것이 바람직하다. 직경이 감소된 PCS 섬유(P)는 보빈에 권취된다.
PCS와 폴리올레핀이 혼합된 방사물질로부터 얻은 PCS 섬유(P)는 용융강도가 증가되어 직경을 9~11μm로 아주 얇은 소구경으로 만들 수 있다. 기존 PCS 섬유(P)는 직경이 14~17μm로, PCS와 폴리올레핀이 혼합된 방사물질로부터 얻은 PCS 섬유(P)는 기존의 PCS 섬유(P)에 비하여 35% 감소한 직경을 갖는다.
본 실시예와 다른 압출식 방사에서도 동일하게 혼합된 방사물질을 사용하여 직경이 작은 PCS 섬유(P)를 얻을 수 있다.
이하, 제4단계(S14)를 설명한다.
PCS 섬유(P)를 풀어서 불융화 처리에 용이하도록 섬유 사이의 공간을 크게 만든다.
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 해사 가이드(51)가 일정 폭으로 왕복 이동하며, PCS 섬유(P)의 낙하위치를 안내한다. 해사 가이드(51)는 PCS 섬유(P)를 안내할 때 PCS 섬유(P)에 유제를 도포시킬 수 있다.
내부가 그물망 형태인 해사 플레이트(53)가 해사 가이드(51)의 왕복 이동 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정 속도로 전진 또는 후진 이동한다. 그러면, 해사 가이드(51)로부터 안내된 PCS 섬유(P)가 낙하하여 해사 플레이트(53) 위에 일정한 패턴으로 놓이게 된다.
즉, 판 형상의 해사 플레이트(53)를 길이 방향으로 조금씩 일정 속도로 이동시키고, 이와 함께 해사 가이드(51)를 해사 플레이트(53)의 폭 방향으로 왕복 이동시키면, PCS 섬유(P)가 해사 가이드(51)의 안내를 따라 낙하하여 해사 플레이트(53) 위에 나선형의 일정한 패턴을 그리며 놓이게 된다. 해사 플레이트(53)가 전진 또는 후진 이동하면, PCS 섬유(P)가 연속적으로 해사 플레이트(53) 위에 적층될 수 있다.
이하, 제5단계(S15)를 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, PCS 섬유(P)는 해사 플레이트(53) 위에 적층된 상태로 안정화 공정이 진행된다. 해사 플레이트(53) 위에 풀어서 적층된 PCS 섬유(P)는 그 상태로 열산화(Thermal oxidation) 또는 전자선 조사(Electron beam irradiation)를 통해 불융화 처리된다. 열산화는 결합 위치에 산소를 넣어서, 전자선 조사는 수소 결합 파단하에 래디컬을 형성하여 가교결합이 이루어지도록 한다.
기존의 PCS 섬유(P)는 강도가 너무 약해 취급이 어려워 보빈 그대로 안정화 처리를 하였다. 보빈에 감은 두꺼운 PCS 섬유(P)를 공기 분위기나 혹은 전자선 조사의 경우에 노출하면 섬유층의 두께가 두꺼워 공간이 좁아 더워진 공기가 조밀한 섬유 사이를 균일하게 통과하여 PCS 섬유(P)와의 반응이 용이하지 않다. 전자선 조사의 경우에도 보빈 그대로 처리를 하게 되면 균일한 처리를 위하여 회전하면서 헬륨 분위기하에서 이루어져야 하므로 이 또한 PCS 섬유(P)가 두꺼우면 균일한 처리가 불가능하고, 회전식의 특수 장치가 요구되고 대량의 처리가 불가능하다.
그러나 PCS와 폴리올레핀을 혼합한 방사물질을 이용하여 얻은 PCS 섬유(P)는 강도가 기존의 PCS 섬유(P)에 비하여 최소 2배 이상 증가한 20Mpa 이상이어서 취급이 용이하다는 큰 장점을 갖는다. 따라서 안정화 공정 전에 해사 플레이트 위에 풀어서 섬유-섬유 사이의 공간을 충분하게 만들어 주어 공기나 전자선 조사가 균일하게 이루어지도록 하여 균일도가 높은 품질의 제품을 얻을 수 있다. 이렇게 얻은 PCS 섬유(P)는 FT-IR분석하면 기존의 PCS 섬유(P)와 동일하며, 새로운 피크의 발생이 나타나지 않고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 후공정으로, 이렇게 불융화 처리된 PCS 섬유(P)를 열분해하여 SiC 섬유를 제조한다. 불융화 처리된 PCS 섬유(P)를 1300℃까지 불활성의 가스 분위기에서 열분해하거나 연속형 퍼니스에서 일정 속도로 장력을 가하면서 열분해하여 최종 직경이 6~9μm의 소구경의 SiC 섬유를 제조한다.
이같이 소구경의 SiC 섬유는 직물의 제직이 용이할 뿐 아니라 2-D 이상의 복합재용 프리폼 제조에도 쉽게 적용할 수 있다. 섬유 직경의 소구경화의 큰 특징은 섬유 표면의 결함을 감소시켜 긍극적으로 SiC 섬유의 강도를 높이는데 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치를 자세히 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치는, 방사 노즐부(10), 집속 가이드부(30), 섬유 권취부(40), 섬유 해사부(50A)로 구성된다.
[방사 노즐부(10)]
방사 노즐부(10)는 PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 형성한다.
방사 노즐부(10)는 용융 챔버, 기어 펌프, 노즐팩 등으로 구성된다. 방사 노즐부(10)는 방사물질을 용융 챔버에 넣고 불활성 분위기에서 방사 온도 이상에서 용융하고 진공하에서 기포를 제거한다. 온도를 방사 온도로 내려 기어펌프를 통하여 정량 토출로 노즐팩으로 보내고 노즐팩에 구비된 복수 개의 노즐을 통하여 노즐 밖으로 내보내 섬유화한다. 본 실시예에서 노즐의 직경은 0.1~0.3mm이며, 500개의 노즐이 구비되어 500가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 형성된다.
[집속 가이드부(30)]
집속 가이드부(30)는 방사 노즐부(10)의 하부에 위치된다. 집속 가이드부(30)는 방사 노즐부(10)에서 형성된 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유(P)로 집속한다.
집속 가이드부(30)는 내부에 PCS 섬유 필라멘트(F)가 통과하여 집속되는 원기둥 형상의 통로를 포함한다. 원기둥 형상의 통로로 방사 노즐부(10)에서 형성된 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 통과하여 하나로 모아진다.
집속 가이드부(30)의 통로의 내벽면은 세라믹 연마, 메탈 코팅, 엠보싱 중 어느 하나로 처리될 수 있다. 이로 인해, 마찰력을 줄여 집속 가이드를 통과하는 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)의 손상을 방지할 수 있다.
이 때, 집속 가이드부(30)는 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 하나로 모아주고 당기면서 동시에, 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)에 집속제 또는 유제를 도포시킬 수 있다. 이로 인해, 서로 이격된 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 모아져 한 가닥의 PCS 섬유(P)가 될 수 있다.
변형예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 집속 가이드부(30A)는 내부에 PCS 섬유 필라멘트(F)가 통과하여 집속되는 원뿔 형상의 통로를 포함할 수 있다. 이렇게 집속 가이드부(30A)의 내부 통로가 원뿔 형상으로 형성될 경우, 퍼져있는 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 더 잘 모아질 수 있다.
[섬유 권취부(40)]
섬유 권취부(40)는 집속 가이드부(30)의 하부에 위치된다. 섬유 권취부(40)는 PCS 섬유(P)를 설정된 인장력으로 당겨, PCS 섬유(P)의 직경을 설정된 크기로 감소시킨다.
섬유 권취부(40)는 복수 개의 롤러를 구비한다. 롤러를 통과하는 동안 PCS 섬유(P)는 연신되어 직경이 설정된 크기로 감소된다. PCS 섬유(P) 직경은 9~11μm로 감소시키는 것이 바람직하다. 직경이 감소된 PCS 섬유(P)는 섬유 권취부(40)에 구비된 보빈에 권취된다.
[섬유 해사부(50A)]
섬유 해사부(50A)는 섬유 권취부(40)의 하부에 위치된다. 섬유 해사부(50A)는 PCS 섬유(P)를 풀어서 적층한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 섬유 해사부(50A)는 해사 가이드(51)와 해사 플레이트(53)로 구성된다.
해사 가이드(51)는 일정 폭으로 왕복 이동하며, PCS 섬유(P)의 낙하위치를 안내한다. 해사 가이드(51)는 상술한 집속 가이드부(30)와 동일한 형상으로 형성된다. 해사 가이드(51)는 PCS 섬유(P)에 유제를 도포시킬 수 있다. 해사 가이드(51)를 왕복 이동시키는 구동부는 모터, 볼스크류, 엘엠가이드, 공압실린더 등을 사용하여 다양하게 구성될 수 있다.
해사 플레이트(53)는 해사 가이드(51)의 왕복 이동 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정 속도로 전진 또는 후진 이동한다. 이동하는 해사 플레이트(53) 위에는 해사 가이드(51)로부터 안내된 PCS 섬유(P)가 낙하하여 일정한 패턴, 즉 나선형으로 놓인다. 해사 플레이트(53)를 전진 또는 후진시키는 구동부는 모터, 볼스크류, 엘엠가이드, 공압실린더 등을 사용하여 다양하게 구성될 수 있다.
해사 플레이트(53)는 길이가 긴 사각 판 형상이며, 내부가 그물망 형태로 형성된다. 해사 플레이트(53)의 테두리는 스테인리스 스틸로 이루어진다.
도 7에 도시된 바와 같이, PCS 섬유(P)는 해사 플레이트(53) 위에 적층된 후, 적층된 상태로 안정화 공정이 진행된다.
이와 같이 적층되는 경우, PCS 섬유(P) 사이의 공간이 넓어 공기의 흐름이 양호하다. 따라서 균일한 안정화가 가능하고 섬유의 융착이 방지된다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법을 자세히 설명한다. 도 9를 기본적으로 참조한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법은,
PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 나누어 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 제1단계(S21);
각 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유로 각각 집속하는 제2단계(S22);
집속된 각 PCS 섬유를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유로 집속하는 제3단계(S23);
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 제4단계(S24);
상기 PCS 섬유를 내부가 그물망 형태인 해사 플레이트 위에 풀어서 적층하는 제5단계(S25); 및
상기 PCS 섬유를 상기 해사 플레이트 위에 적층된 상태로 열산화 또는 전자선 조사를 통해 불융화 처리하는 제6단계(S26)로 구성된다.
제4단계(S24), 제5단계(S25), 제6단계(S26)는 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법의 제3단계(S13), 제4단계(S14), 제5단계(S15)와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
이하, 제1단계(S21)를 설명한다.
방사물질 혼합은 제1실시예에서 설명한 바와 동일하다.
방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 형성한다. 이를 위해, 방사물질을 용융 챔버에 넣고 불활성 분위기에서 방사 온도 이상에서 용융하고 진공하에서 기포를 제거한다.
용융된 방사물질을 나누어 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F) 복수 개를 형성한다.
본 실시예에서는 250가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F) 2개가 형성된다.
이하, 제2단계(S22) 및 제3단계(S23)를 설명한다.
복수 개로 방사된 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)는 서로 붙지 않도록 서로 이격되어 방사된다. 이렇게 방사된 각각의 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 설정된 지름의 통로를 통과시키면서 모아서 한 가닥의 PCS 섬유(P)로 각각 집속한다.
본 실시예에서는 250가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F) 묶음 2개를 설정된 지름의 통로를 통과시키면서 모아서 한 가닥의 PCS 섬유(P) 2개를 형성한다.
이때, 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 하나로 모아주고 당기면서 동시에, 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)에 집속제 또는 유제를 도포시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, PCS 섬유 필라멘트의 방사를 분산하여 수행할 수 있다. 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 하나로 방사하는 것보다 복수 개로 나누어 방사하는 것이 공정 시간을 줄이고 작업을 수월하게 한다. 이로 인해, 용융 방사 공정을 균일하고 장기적으로 운용할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치를 자세히 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치는, 복수 개의 방사 노즐부(110), 서브 집속 가이드부(20), 집속 가이드부(30), 섬유 권취부(40), 섬유 해사부(50A)로 구성된다.
제2실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치의 섬유 권취부(40), 섬유 해사부(50A)는, 제1실시예에 따른 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치의 섬유 권취부(40), 섬유 해사부(50A)와 구성이 동일하므로, 그 설명을 생략한다. 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.
[방사 노즐부(110)]
제2실시예는 제1실시예와 달리 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 하나의 방사 노즐부(10)에 의해 한꺼번에 방사되어 형성되지 않고, 복수 개의 방사 노즐부(110)에 의해 분산 방사되어 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 복수 개로 나뉘어 형성된다.
방사 노즐부(110)는 복수 개가 구비되며, 합성된 PCS를 나누어 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F) 복수 개를 형성한다.
본 실시예에서는 2개의 방사 노즐부(110)에서 250가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 각각 형성된다. 따라서 각 방사 노즐부(110)는 250개의 방사구를 구비하고, 각 방사구를 통해 250 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 형성되어 총 500 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)가 형성된다.
[서브 집속 가이드부(20) 및 집속 가이드부(30)]
서브 집속 가이드부(20)는 복수 개로 구비되어, 각 방사 노즐부(110)에 대응하여 각 방사 노즐부(110)의 하부에 각각 위치된다. 각 서브 집속 가이드부(20)는 각 방사 노즐부(110)에서 형성된 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유(P)로 각각 집속한다.
집속 가이드부(30)는 서브 집속 가이드부(20)의 하부에 위치된다. 집속 가이드부(30)는 각 서브 집속 가이드부(20)에서 집속된 각 PCS 섬유(P)를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유(P)로 집속한다.
이와 같이, 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트(F)를 하나의 방사 노즐부(10)로 방사하는 것보다 복수 개로 나누어 방사하는 것이 공정 시간을 줄이고 작업을 수월하게 한다.
10, 110: 방사 노즐부
20: 서브 집속 가이드부
30, 30A: 집속 가이드부 40: 섬유 권취부
50A: 섬유 해사부 51: 해사 가이드
53: 해사 플레이트 F: PCS 섬유 필라멘트
P: PCS 섬유
30, 30A: 집속 가이드부 40: 섬유 권취부
50A: 섬유 해사부 51: 해사 가이드
53: 해사 플레이트 F: PCS 섬유 필라멘트
P: PCS 섬유
Claims (6)
- PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 제1단계;
상기 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하며 집속하여 PCS 섬유를 형성하는 제2단계;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 제3단계;
상기 PCS 섬유를 내부가 그물망 형태인 해사 플레이트 위에 풀어서 적층하는 제4단계; 및
상기 PCS 섬유를 상기 해사 플레이트 위에 적층된 상태로 열산화 또는 전자선 조사를 통해 불융화 처리하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서,
상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌이며,
상기 폴리프로필렌은 상기 PCS 무게의 2~10wt%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제4단계는,
해사 가이드가 일정 폭으로 왕복 이동하며 상기 PCS 섬유의 낙하위치를 안내하고,
상기 해사 플레이트가 상기 해사 가이드의 왕복 이동 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정 속도로 전진 또는 후진 이동하며 상기 해사 가이드로부터 안내된 상기 PCS 섬유가 낙하하여 상기 해사 플레이트 위에 일정한 패턴으로 놓이는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법. - PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 나누어 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 제1단계;
각 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유로 각각 집속하는 제2단계;
집속된 각 PCS 섬유를 안내하여 한 가닥의 PCS 섬유로 집속하는 제3단계;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 제4단계;
상기 PCS 섬유를 내부가 그물망 형태인 해사 플레이트 위에 풀어서 적층하는 제5단계; 및
상기 PCS 섬유를 상기 해사 플레이트 위에 적층된 상태로 열산화 또는 전자선 조사를 통해 불융화 처리하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 방법. - PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 방사 노즐부;
상기 방사 노즐부의 하부에 위치되며, 상기 방사 노즐부에서 형성된 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 안내하며 집속하여 PCS 섬유를 형성하는 집속 가이드부;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 섬유 권취부; 및
상기 PCS 섬유를 풀어서 적층하는 섬유 해사부를 포함하며,
상기 섬유 해사부는,
일정 폭으로 왕복 이동하며, 상기 PCS 섬유의 낙하위치를 안내하는 해사 가이드; 및
상기 해사 가이드의 왕복 이동 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정 속도로 전진 또는 후진 이동하며, 상기 해사 가이드로부터 안내된 상기 PCS 섬유가 낙하하여 일정한 패턴으로 놓이는 해사 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치. - PCS와 폴리올레핀이 설정된 비율로 혼합된 방사물질을 나누어 용융 방사하여 복수 가닥의 PCS 섬유 필라멘트를 형성하는 복수 개의 방사 노즐부;
각 방사 노즐부의 하부에 각각 위치되며, 각 방사 노즐부에서 형성된 복수 가닥의 상기 PCS 섬유 필라멘트를 모아서 한 가닥의 PCS 섬유로 집속하는 복수 개의 서브 집속 가이드부;
상기 복수 개의 서브 집속 가이드부의 하부에 위치되며, 각 서브 집속 가이드부에서 집속된 각 PCS 섬유를 안내하며 한 가닥의 PCS 섬유로 집속하는 집속 가이드부;
상기 PCS 섬유를 설정된 인장력으로 당겨, 상기 PCS 섬유의 직경을 설정된 크기로 감소시키는 섬유 권취부; 및
상기 PCS 섬유를 풀어서 적층하는 섬유 해사부를 포함하며,
상기 섬유 해사부는,
일정 폭으로 왕복 이동하며, 상기 PCS 섬유의 낙하위치를 안내하는 해사 가이드; 및
상기 해사 가이드의 왕복 이동 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정 속도로 전진 또는 후진 이동하며, 상기 해사 가이드로부터 안내된 상기 PCS 섬유가 낙하하여 일정한 패턴으로 놓이는 해사 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 소구경 PCS 섬유 제조 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220057784A KR20230158273A (ko) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 고강도 및 소구경 pcs 섬유 제조 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220057784A KR20230158273A (ko) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 고강도 및 소구경 pcs 섬유 제조 방법 및 장치 |
Publications (1)
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| KR20230158273A true KR20230158273A (ko) | 2023-11-20 |
Family
ID=88974321
Family Applications (1)
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| KR1020220057784A KR20230158273A (ko) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 고강도 및 소구경 pcs 섬유 제조 방법 및 장치 |
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| KR (1) | KR20230158273A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101586820B1 (ko) | 2014-12-18 | 2016-02-03 | (주) 데크카본 | 균일한 물성을 갖는 실리콘카바이드 섬유의 고속 및 연속 공정에 의한 제조방법 |
-
2022
- 2022-05-11 KR KR1020220057784A patent/KR20230158273A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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| KR101586820B1 (ko) | 2014-12-18 | 2016-02-03 | (주) 데크카본 | 균일한 물성을 갖는 실리콘카바이드 섬유의 고속 및 연속 공정에 의한 제조방법 |
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