WO2017131344A1 - 프리프레그 제조 장치 및 이를 이용한 프리프레그 제조 방법 - Google Patents

프리프레그 제조 장치 및 이를 이용한 프리프레그 제조 방법 Download PDF

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WO2017131344A1
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upper guide
prepreg manufacturing
lower guide
manufacturing apparatus
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PCT/KR2016/014962
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이희정
박종성
김희준
송강현
문영이
최재훈
한동주
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(주)엘지하우시스
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    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing

Definitions

  • the present invention relates to a prepreg manufacturing apparatus and a prepreg manufacturing method using the same, and more particularly, a prepreg manufacturing apparatus that can improve the resin impregnation rate by spreading the reinforcing fibers introduced into the impregnation mold in the width direction and using the same A prepreg manufacturing method.
  • the fiber-reinforced composite material refers to a material consisting of a combination of at least two or more materials, as a representative example of a material having a structure in which a reinforcing material such as glass and carbon fiber is impregnated into the base material of the resin (for example, polymer resin, etc.) Say.
  • Continuous fiber-reinforced composite material refers to a composite material produced by continuously impregnating the reinforcing fibers in the base material, unlike conventional short fiber reinforced composite material or long fiber reinforced composite material. According to these manufacturing characteristics, the continuous fiber reinforced composite material has a high ratio of reinforcing material can be injected compared to the existing short fiber reinforced composite material or long fiber reinforced composite material to secure a high level of mechanical properties compared to the existing There is this.
  • the continuous fiber-reinforced composite material is manufactured in a woven or laminated manner, in which the laminated continuous fiber-reinforced composite material is laminated by unidirectional reinforced continuous fiber prepreg in various directions and molded by applying heat.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram briefly showing a general prepreg manufacturing apparatus.
  • the illustrated prepreg manufacturing apparatus includes a reinforcing fiber supply unit 10 for supplying a reinforcing fiber f, an extruder 20 for supplying a resin, and a resin receiving the reinforcing fiber f and a resin. It includes an impregnation mold 30 to impregnate. Reinforcing fibers f 'impregnated with resin are provided through the impregnation mold 30.
  • impregnation die 30 the most important part in manufacturing the prepreg is an apparatus for inducing impregnation of a resin called an impregnation die 30.
  • thermoplastic resin when manufacturing a prepreg using a thermoplastic resin, the resin in the molten state is directly injected into the impregnation mold 30 through an extruder 20, etc., the thermoplastic resin has a higher viscosity than the thermosetting resin, so the impregnation rate Is difficult to improve.
  • An object of the present invention is to provide a prepreg manufacturing apparatus and a prepreg manufacturing method using the same, which can improve the resin impregnation rate by spreading the reinforcing fibers introduced into the impregnation mold in the width direction.
  • the impregnation mold for impregnating the resin into the reinforcing fibers; And a plurality of guide members spaced apart from each other up and down to unfold the reinforcing fibers introduced into the impregnation mold in the width direction.
  • the plurality of guide members at least one upper guide member for guiding the reinforcing fibers introduced into the impregnating mold from the top to spread in the width direction; And at least one lower guide member disposed below the upper guide member and spaced apart from the upper guide member to guide the reinforcing fiber introduced into the impregnating mold from the lower side and expand in the width direction.
  • the upper guide member and the lower guide member, the reinforcing fibers may be disposed close to the inlet portion that is introduced into the impregnating mold.
  • the upper guide member may have a rod shape and may include a plurality of upper guide grooves through which the reinforcing fibers are guided through an outer circumferential surface thereof.
  • each of the plurality of upper guide grooves may be spaced apart from each other at the same set interval along the outer circumferential surface of the upper guide member.
  • the lower guide member may be formed in a rod shape and may include a plurality of lower guide grooves through which the reinforcing fiber is guided through an outer circumferential surface thereof.
  • each of the plurality of lower guide grooves may be spaced apart from each other at the same set interval along the outer circumferential surface of the lower guide member.
  • each of the upper guide member and the lower guide member may be formed to be movable left and right within a set distance for alignment adjustment of the reinforcing fiber.
  • each of the upper guide member and the lower guide member may have a structure capable of height adjustment.
  • the upper guide member position adjusting portion for moving the upper guide member up and down;
  • a lower guide member position adjusting unit for moving the lower guide member up and down;
  • a control unit controlling the upper guide member position adjusting unit and the lower guide member position adjusting unit.
  • a prepreg manufacturing method using the prepreg manufacturing apparatus comprising the steps of: (a) receiving a reinforcing fiber; (b) unfolding the reinforcing fibers in the width direction by using the upper guide member and the lower guide member immediately before the reinforcing fibers are introduced into the impregnation mold; And (c) impregnating the resin by injecting the reinforcing fibers unfolded in the width direction into the impregnation mold.
  • the set height may be adjustable.
  • the resin impregnation rate in the impregnation mold may be improved by unfolding the reinforcing fibers introduced into the impregnation mold in the width direction.
  • the resin impregnation rate is improved compared to the existing products it is possible to increase the physical properties of the continuous fiber composite material using the prepreg prepared in this way. As a result, the performance of a product to which such continuous fiber composite material is applied can be improved.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram briefly showing a conventional prepreg manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram briefly showing a prepreg manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of region A of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of region B of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a view illustrating a structure in which the lower guide member and the upper guide member included in the prepreg manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention are movable up and down.
  • FIG. 6 is a flow chart briefly showing a prepreg manufacturing method using a prepreg manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Fiber-reinforced composite material refers to a material consisting of a combination of at least two materials, as a representative example refers to a material consisting of a structure in which reinforcing materials such as glass, carbon fiber, etc. are impregnated into the base material of the resin (eg, polymer resin, etc.).
  • the resin eg, polymer resin, etc.
  • the continuous fiber-reinforced composite material refers to a composite material produced by continuously impregnating the reinforcing fiber in the base material unlike the conventional short fiber reinforced composite material or long fiber reinforced composite material.
  • the continuous fiber-reinforced composite material can ensure a high level of mechanical properties compared to the existing as a high ratio of reinforcing material is injected compared to the conventional short fiber reinforced composite material or long fiber reinforced composite material.
  • the laminated continuous fiber reinforced composite material is laminated by laminating unidirectional reinforced continuous fiber prepreg (hereinafter referred to as 'prepreg') in various directions. And in the process using a prepreg, the resin impregnation rate in reinforcing fiber in an impregnation die becomes an important requirement.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram briefly showing a prepreg manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the prepreg manufacturing apparatus 100 shown in the role of unfolding the reinforcing mold (30), the reinforcing fibers (f) introduced into the impregnation mold (30) in the width direction It includes an upper guide member 110 and the lower guide member 120 in charge.
  • the impregnation mold 30 refers to an apparatus for receiving a reinforcing fiber f through a reinforcing fiber supply unit 10 (see FIG. 1) and receiving a resin through an extruder 20 (refer to FIG. 1) to impregnate the resin in the reinforcing fiber. .
  • the present invention has been made to solve this problem is to add a step of unfolding the reinforcing fibers in the width direction immediately before the reinforcing fibers are injected into the impregnation mold (30).
  • the upper guide member 110 serves to guide the reinforcing fibers f introduced into the impregnating mold 30 from the top to spread in the width direction.
  • the lower guide member 120 together with the upper guide member 110 is disposed below the upper guide member 110 at intervals, and guides the reinforcing fibers introduced into the impregnation mold 30 from the lower side thereof. It serves to unfold in the direction.
  • the number of the use of the upper guide member 110 and the lower guide member 120 is not limited to the illustrated form, and can be used in more than this number if the excessive number of the guide member is used to cause a single yarn or cost There may be an increasing problem.
  • each of the upper guide member 110 and the lower guide member 120 need not be limited to the material, but may be any material having a low level of friction with the reinforcing fibers.
  • the upper guide member 110 and the lower guide member 120 may be spaced apart from each other back and forth at intervals, and may be spaced apart from each other up and down with a set height difference.
  • the upper guide member 110 and the lower guide member 120 are disposed as close as possible to the inlet portion into which the reinforcing fibers are introduced into the impregnation mold 30.
  • the reinforcing fiber (f) can be directly introduced into the impregnation mold (30) while maintaining the unfolded state in the width direction.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the upper guide member 110 shown in FIG. 2 in the A direction.
  • a plurality of upper guide grooves 111 may be provided in the upper guide member 110.
  • the upper guide member 110 has a rod shape (that is, a bar of a circular cross section), and the plurality of upper guide grooves 111 are spaced apart from each other at the same set interval along the outer circumferential surface of the upper guide member 110. Can be arranged.
  • the reinforcing fibers may be introduced into the impregnation mold 30 (see FIG. 2) after being unfolded in the width direction.
  • each of the plurality of upper guide grooves 111 may be formed in a quadrangle as illustrated in FIG. 3, and may be formed in a U-shaped shape or other rounded cross-sectional shape.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the lower guide member 120 shown in FIG. 2 in the B direction.
  • the lower guide member 120 may have a rod shape in the same manner as the upper guide member 110 (see FIG. 3).
  • the lower guide member 120 may include a plurality of lower guide grooves 121.
  • the plurality of lower guide grooves 121 may be spaced apart from each other at the same set interval along the outer circumferential surface of the lower guide member 120.
  • the reinforcing fibers may be introduced into the impregnation mold 30 (see FIG. 2) after being unfolded in the width direction.
  • each of the plurality of lower guide grooves 121 may be formed in the same square as the cross-sectional shape of each of the plurality of upper guide grooves 111 described above, but is not limited thereto.
  • the cross-sectional width sizes W2 of the plurality of lower guide grooves 121 may be different from the cross-sectional width sizes W1 of the plurality of upper guide grooves 111 (see FIG. 3). Can be.
  • the cross-sectional width sizes W2 of the plurality of lower guide grooves 121 are smaller than the cross-sectional width sizes W1 of the plurality of upper guide grooves 111 (see FIG. 3).
  • the lower guide member 120 (ie, the pre-arranged guide member) may be used to unfold the reinforcing fibers or to adjust the center alignment of the reinforcing fibers, and may also be provided with the same width as the reinforcing fibers. Can be.
  • a plurality of upper guide grooves 111 be formed at the same interval as the spread width of the target reinforcing fiber.
  • each of the upper guide member 110 and the lower guide member 120 may be formed to be movable left and right within a set distance for alignment adjustment of the reinforcing fibers.
  • a predetermined space may be secured to the left and right end sides of the upper guide member 110 and the lower guide member 120, through which the upper guide member 110 and the lower guide member 120 are located within a set distance. You can move from side to side.
  • FIG. 5 is a view illustrating a structure in which the lower guide member and the upper guide member included in the prepreg manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention are movable up and down.
  • each of the upper guide member 110 and the lower guide member 120 shown in the figure is made of a height adjustable structure.
  • each of the upper guide member 110 and the lower guide member 120 can be moved up and down according to the control command of the controller 150, thereby adjusting the height difference between them.
  • the height of the upper guide member 110 and the lower guide member 120 may be configured to allow the user to directly adjust.
  • the resin impregnation rate in the impregnation mold can be improved by unfolding the reinforcing fibers introduced into the impregnation mold in the width direction.
  • FIG. 4 is a flow chart briefly illustrating a prepreg manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated prepreg manufacturing method includes a reinforcing fiber supplying step S100, a spreading step S200, and an impregnation mold feeding step S300.
  • This step is a step of supplying the reinforcing fiber, the step of receiving the reinforcing fiber through the reinforcing fiber supply unit 10 (see Fig. 1).
  • the reinforcing fiber refers to the reinforcing material
  • glass fiber may be used as a preferred example.
  • This step is a step of spreading the width of the impregnation mold 30 by using the upper guide member 110 (see FIG. 2) and the lower guide member 120 (see FIG. 2) disposed at the inlet of the impregnation mold 30 (see FIG. 2). , (See Fig. 2) is carried out to expand the reinforcing fibers introduced in the width direction.
  • the upper guide member 110 (refer to FIG. 2) and the lower guide member 120 (refer to FIG. 2) used in this step are spaced apart from each other up and down with a set height difference, and the set height may be adjusted.
  • This step is an impregnating mold input step, and refers to a step of impregnating a reinforcing fiber unfolded in the width direction in the previous step with a resin in the impregnating mold.
  • polypropylene can be used as a preferable example, but it is not limited to this.
  • the resin impregnation rate in the impregnation mold can be improved by unfolding the reinforcing fibers introduced into the impregnation mold in the width direction.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

프리프레그 제조 장치 및 이를 이용한 프리프레그 제조 방법에 관하여 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르는 프리프레그 제조 장치는, 강화 섬유에 수지를 함침하는 함침 금형; 및 상기 함침 금형에 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주도록 상, 하로 이격하여 배치되는 다수의 가이드 부재를 포함한다.

Description

프리프레그 제조 장치 및 이를 이용한 프리프레그 제조 방법
본 발명은 프리프레그 제조 장치 및 이를 이용한 프리프레그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 함침 금형으로 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주어 수지 함침률을 향상시킬 수 있는 프리프레그 제조 장치 및 이를 이용한 프리프레그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 섬유 강화 복합재료는 적어도 두 가지 이상의 재료의 결합으로 이루어진 소재를 말하는데, 대표적인 예로서 유리, 탄소 섬유 등의 강화재가 수지(예: 고분자 resin 등)의 모재에 함침 되어 있는 구조로 이루어진 재료를 말한다.
최근에는, 섬유 강화 복합재료 중에서 연속섬유 강화 복합재료에 대한 관심이 고조되고 있다.
연속섬유 강화 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료와 달리 강화 섬유를 모재에 연속적으로 함침시켜 제작되는 복합재료를 가리킨다. 이러한 제조상의 특징에 따라, 연속섬유 강화 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료에 비해 높은 비율의 강화재가 투입이 가능하여 기존 대비 높은 수준의 기계적 물성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이러한 연속섬유 강화 복합재료는 직조 또는 적층형 방식으로 제조되는데, 그 중에서 적층형 연속섬유 강화 복합재료는 일 방향 강화 연속섬유 프리프레그를 다양한 방향으로 적층하고 열을 가하여 성형을 한다.
그런데 적층형 복합재료에 사용되는 일 방향 강화 연속섬유 프리프레그를 제조함에 있어서, 강화 섬유와 수지 간의 함침률을 향상시키는 것이 중요한 요건이 된다.
도 1은 일반적인 프리프레그 제조 장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 프리프레그 제조 장치는 강화 섬유(f)를 공급하는 강화 섬유 공급부(10), 수지를 공급하는 압출기(20), 그리고 상기 강화 섬유(f)와 수지를 공급 받아 수지를 함침하는 함침 금형(30)을 포함한다. 상기 함침 금형(30)을 통과하여 수지가 함침된 강화 섬유(f')가 제공된다.
이와 같이 프리프레그를 제조함에 있어 가장 중요한 부분은 함침 금형(impregnation die)(30)라 불리는 수지의 함침을 유도하는 장치가 된다.
그런데 열가소성 수지를 이용하여 프리프레그를 제조 하는 경우, 압출기(20) 등을 통해 용융된 상태의 수지가 직접 함침 금형(30)으로 투입되는데, 열가소성 수지는 열경화성 수지에 비해 높은 점도를 가지고 있어 함침률을 향상시키기에 어려움이 있다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-1999-0053333호(2001.06.15. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 섬유강화복합재료용 매트릭스 수지조성물, 프리프레그 및 섬유강화복합재료가 개시되어 있다.
본 발명은, 함침 금형으로 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주어 수지 함침률을 향상시킬 수 있는 프리프레그 제조 장치 및 이를 이용한 프리프레그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 장치는, 강화 섬유에 수지를 함침하는 함침 금형; 및 상기 함침 금형에 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주도록 상, 하로 이격하여 배치되는 다수의 가이드 부재를 포함한다.
여기서, 상기 다수의 가이드 부재는, 상기 함침 금형에 투입되는 강화 섬유를 상부에서 안내하여 폭 방향으로 펼쳐주는 적어도 하나의 상부 가이드부재; 및 상기 상부 가이드 부재와 간격을 두고 하측에 배치되며, 상기 함침 금형에 투입되는 강화 섬유를 하부에서 안내하여 폭 방향으로 펼쳐주는 적어도 하나의 하부 가이드부재;를 포함한다.
또한, 상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재는, 상기 강화 섬유가 상기 함침 금형으로 투입되는 입구 부위에 근접 배치될 수 있다.
또한, 상기 상부 가이드부재는, 봉 형상으로 이루어지며, 외주 면을 통해 상기 강화 섬유가 안내되는 다수 개의 상부 가이드 홈을 구비할 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 상부 가이드 홈 각각은, 상기 상부 가이드부재의 외주 면을 따라 동일한 설정간격을 두고 이격하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 하부 가이드부재는, 봉 형상으로 이루어지며, 외주 면을 통해 상기 강화 섬유가 안내되는 다수 개의 하부 가이드 홈을 구비할 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 하부 가이드 홈 각각은, 상기 하부 가이드부재의 외주 면을 따라 동일한 설정간격을 두고 이격하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재 각각은, 상기 강화 섬유의 얼라인(align) 조정을 위해 설정거리 내에서 좌우로 이동 가능하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재 각각은, 높이 조절이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 상부 가이드부재를 상하로 이동시키는 상부 가이드부재 위치조절부; 상기 하부 가이드부재를 상하로 이동시키는 하부 가이드부재 위치조절부; 및 상기 상부 가이드부재 위치조절부와 상기 하부 가이드부재 위치조절부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 프리프레그 제조 방법은, 상기의 프리프레그 제조 장치를 이용한 프리프레그 제조 방법으로서, (a) 강화 섬유를 공급 받는 단계; (b) 상기 강화 섬유가 상기 함침 금형으로 투입되기 직전에 상기 상부 가이드부재 및 상기 하부 가이드부재를 이용하여 상기 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주는 단계; 및 (c) 상기 폭 방향으로 펼쳐진 강화 섬유를 상기 함침 금형으로 투입하여 수지를 함침하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 (b) 단계에서, 상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재는 설정높이 차를 두고 상하로 이격하여 배치되되, 상기 설정높이는 조절 가능해 질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 함침 금형으로 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐줌으로써 함침 금형 내부에서의 수지 함침률을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 수지 함침률이 기존 제품들에 비해 향상됨에 따라 이와 같은 방법으로 제조된 프리프레그를 이용한 연속 섬유 복합재료의 물성을 상승시킬 수 있다. 그 결과 이러한 연속 섬유 복합재료가 적용된 제품의 성능 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 기존의 프리프레그 제조 장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 B영역을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 장치에 포함된 하부 가이드 부재와 상부 가이드 부재가 상하로 이동 가능한 구조임을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 장치를 이용한 프리프레그 제조 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
섬유 강화 복합재료는 적어도 두 가지 이상의 재료의 결합으로 이루어진 소재를 말하는데, 대표적인 예로서 유리, 탄소 섬유 등의 강화재가 수지(예: 고분자 resin 등)의 모재에 함침 되어 있는 구조로 이루어진 재료를 말한다.
그 중에서 연속섬유 강화 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료와 달리 강화 섬유를 모재에 연속적으로 함침시켜 제작되는 복합재료를 말한다.
특히, 연속섬유 강화 복합재료는 기존의 단섬유 강화 복합재료 또는 장섬유 강화 복합재료에 비해 높은 비율의 강화재가 투입됨에 따라 기존 대비 높은 수준의 기계적 물성을 확보할 수 있다.
예컨대, 적층형 연속섬유 강화 복합재료는 일 방향 강화 연속섬유 프리프레그(이하 '프리프레그'라 함)를 다양한 방향으로 적층하여 합지한다. 그리고 프리프레그를 이용하는 공정에서는 함침 금형 내에서의 강화 섬유 내 수지 함침률이 중요한 요건이 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 장치(100)는 함침 금형(30), 상기 함침 금형(30)으로 투입되는 강화 섬유(f)를 폭 방향으로 펼쳐주는 역할을 담당하는 상부 가이드부재(110)와 하부 가이드부재(120)를 포함한다.
함침 금형(30)은 강화 섬유 공급부(10, 도 1 참조)를 통해 강화 섬유(f)를 공급 받으며 압출기(20, 도 1 참조)를 통해 수지를 공급받아 강화 섬유에 수지를 함침하는 장치를 말한다.
다만, 기존의 경우 강화 섬유를 그대로 함침 금형(30)에 투입하였는데, 이 경우 수지 함침률을 향상시키기에는 어려움이 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 안출된 것으로 함침 금형(30)에 강화 섬유를 투입하기 직전에 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주는 공정을 추가한 것이다.
다시 말해 강화 섬유가 폭 방향으로 펼쳐지면 상대적으로 섬유 번들의 두께는 감소되고, 이를 통해 수지가 함침을 위해 이동하는 유동 거리가 짧아지게 된다. 그 결과 수지 함침률을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.
상부 가이드부재(110)는 상기 함침 금형(30)에 투입되는 강화 섬유(f)를 상부에서 안내하여 폭 방향으로 펼쳐주는 역할을 담당한다.
이러한 상부 가이드부재(110)와 함께 하부 가이드부재(120)는 상기 상부 가이드 부재(110)와 간격을 두고 이의 하측에 배치되는데, 상기 함침 금형(30)에 투입되는 강화 섬유를 하부에서 안내하여 폭 방향으로 펼쳐주는 역할을 한다.
다만, 이러한 상부 가이드부재(110) 및 하부 가이드부재(120)의 이용 개수는 도시된 형태에 제한되지 않으며, 이보다 많은 수로 이용 가능한데 만일 지나치게 많은 수의 가이드부재가 사용될 섬유의 단사가 유발되거나 비용이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상부 가이드부재(110)와 하부 가이드부재(120) 각각은 그 재질을 한정할 필요는 없으나, 바람직하게는 강화 섬유와의 마찰이 적은 수준의 재질이라면 무방하다.
이들 상부 가이드부재(110)와 하부 가이드부재(120)는 서로 간격을 두고 전후로 이격하여 배치될 수 있으며, 서로 설정높이 차를 두고 상하로도 이격하여 배치될 수 있다.
구체적으로, 상부 가이드부재(110)와 하부 가이드부재(120)는 상기 강화 섬유가 상기 함침 금형(30)으로 투입되는 입구 부위에 최대한 근접하여 배치되는 것이 바람직하다. 이를 통해 강화 섬유(f)는 폭 방향으로 펼쳐진 상태를 유지하면서 바로 함침 금형(30)의 내부로 투입될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 상부 가이드부재(110)를 A 방향에서 확대한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 상부 가이드부재(110)에는 다수 개의 상부 가이드 홈(111)이 구비될 수 있다.
상기 상부 가이드부재(110)는 봉 형상(즉, 원형 단면의 바)으로 이루어지는데, 상기 다수 개의 상부 가이드 홈(111)은 상부 가이드부재(110)의 외주 면을 따라 동일한 설정간격을 두고 상호 이격하여 배치될 수 있다.
이들 상기 다수 개의 상부 가이드 홈(111) 각각을 통해 강화 섬유는 폭 방향으로 펼쳐진 후 함침 금형(30, 도 2 참조)의 내부로 투입될 수 있다.
한편, 다수 개의 상부 가이드 홈(111) 각각의 단면 형상은 도 3에 도시된 바와 같이 사각형으로 이루어질 수 있으며, 이와 달리 U자 형태 또는 이와 다른 라운드 진 단면 형상으로 이루어질 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 하부 가이드부재(120)를 B 방향에서 확대한 단면도이다.
상기 하부 가이드부재(120)는 전술한 상부 가이드부재(110, 도 3 참조)와 동일하게 봉 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 하부 가이드부재(120)에는 다수 개의 하부 가이드 홈(121)이 구비될 수 있다.
상기 다수 개의 하부 가이드 홈(121)은 하부 가이드부재(120)의 외주 면을 따라 동일한 설정간격을 두고 상호 이격하여 배치될 수 있다.
이들 상기 다수 개의 하부 가이드 홈(121) 각각을 통해 강화 섬유는 폭 방향으로 펼쳐진 후 함침 금형(30, 도 2 참조)의 내부로 투입될 수 있다.
한편, 상기 다수 개의 하부 가이드 홈(121) 각각의 단면 형상은 전술한 다수 개의 상부 가이드 홈(111) 각각의 단면 형상과 동일하게 사각형으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로는, 상기 다수 개의 하부 가이드 홈(121, 도 4 참조)의 단면 폭 크기(W2)는 상기 다수 개의 상부 가이드 홈(111, 도 3 참조)의 단면 폭 크기(W1)와 다른 크기로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 다수 개의 하부 가이드 홈(121, 도 4 참조)의 단면 폭 크기(W2)가 상기 다수 개의 상부 가이드 홈(111, 도 3 참조)의 단면 폭 크기(W1)에 비해 작게 형성될 수 있다. 이는 하부 가이드 홈(121, 도 4 참조)을 통해서 강화 섬유의 폭이 선행하여 펼쳐지고, 상부 가이드 홈(111, 도 3 참조)에서는 어느 정도 폭 펼침이 이루어진 강화 섬유가 진입하기 때문이다.
다시 말해, 하부 가이드부재(120)(즉, 선행 배치된 가이드부재)의 경우 강화 섬유의 펼침 또는 강화 섬유의 센터 얼라인(center align) 조정으로 사용 가능하며, 강화 섬유와 동일한 폭으로도 제공될 수 있다.
그리고 상부 가이드 홈(111, 도 4 참조)은 목표하는 강화 섬유의 펼침 폭과 동일한 간격을 두고 다수 개가 형성되는 것이 좋다.
한편, 상기 상부 가이드부재(110)와 상기 하부 가이드부재(120) 각각은 상기 강화 섬유의 얼라인(align) 조정을 위해 설정거리 내에서 좌우로 이동 가능하게 형성될 수 있다.
즉, 상부 가이드부재(110)와 하부 가이드부재(120)의 좌우 단부 쪽에는 소정의 공간이 확보될 수 있으며, 이 공간을 통해 상부 가이드부재(110)와 하부 가이드부재(120)는 설정거리 내에서 좌우로 이동 가능하다.
이와 같이 구성됨에 따라, 강화 섬유의 얼라인(align) 조정이 가능해 질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 장치에 포함된 하부 가이드 부재와 상부 가이드 부재가 상하로 이동 가능한 구조임을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 도시된 상부 가이드부재(110)와 하부 가이드부재(120) 각각은 높이 조절이 가능한 구조로 이루어진다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따르면 상부 가이드부재(110)를 상하로 이동시키는 상부 가이드부재 위치조절부(151)와, 하부 가이드부재(120)를 상하로 이동시키는 하부 가이드부재 위치조절부(153)와, 상부 가이드부재 위치조절부(151)와 하부 가이드부재 위치조절부(153)를 제어하는 제어부(150)를 포함한다.
즉, 상기 제어부(150)의 제어지령에 따라 상기 상부 가이드부재(110)와 상기 하부 가이드부재(120) 각각이 상하로 이동 가능한데, 이로써, 상호 간의 높이 차를 조절할 수 있다.
한편, 상기 상부 가이드부재(110) 및 상기 하부 가이드부재(120)의 높이를 사용자가 직접 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 함침 금형으로 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐줌으로써 함침 금형 내부에서의 수지 함침률을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 프리프레그 제조 방법은, 강화 섬유 공급 단계(S100), 폭 펼침 단계(S200), 그리고 함침 금형 투입 단계(S300)를 포함한다.
강화 섬유 공급 단계(S100)
*본 단계는 강화 섬유 공급 단계로서, 강화 섬유 공급부(10, 도 1 참조)를 통해 강화 섬유를 공급받는 단계를 말한다.
여기서, 강화 섬유라 함은 강화재를 의미하는데, 바람직한 예로서 유리 섬유가 이용될 수 있다.
폭 펼침 단계(S200)
본 단계는 폭 펼침 단계로서, 함침 금형(30, 도 2 참조)의 입구에 배치된 상부 가이드부재(110, 도 2 참조)와 하부 가이드부재(120, 도 2 참조)를 이용하여 함침 금형(30, 도 2 참조)으로 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼치는 작업을 실시한다.
이 단계에서 이용되는 상부 가이드부재(110, 도 2 참조)와 하부 가이드부재(120, 도 2 참조)는 설정높이 차를 두고 상하로 이격하여 배치되는데, 이때의 설정높이는 조절될 수 있다.
함침 금형 투입 단계(S300)
본 단계는 함침 금형 투입 단계로서, 이전 단계에서 폭 방향으로 펼쳐진 강화 섬유를 함침 금형 내에서 수지로 함침하는 단계를 말한다.
여기서, 수지는 바람직한 예로서 폴리프로필렌이 이용 가능한데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 제조 방법에 의해 제조된 프리프레그를 다수 적층하여 연속섬유 강화 복합재를 제조한 결과, 기존의 방식에 비해 상, 하부 가이드부재를 이용하여 함침 금형으로 투입하기 직전에 강화 섬유를 펼친 경우 상대적으로 굴곡강도와 굴곡강성이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상, 하부 가이드부재가 고정된 형태가 아니라 회전하는 롤 형태로 구성된 경우 단사로 인해 제조가 불가한 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 함침 금형으로 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐줌으로써 함침 금형 내부에서의 수지 함침률을 향상시킬 수 있다.
나아가, 수지 함침률이 기존 제품들에 비해 향상됨에 따라 이와 같은 방법으로 제조된 프리프레그를 이용한 연속 섬유 복합재료의 물성을 상승시킬 수 있다.
그 결과 이러한 연속 섬유 복합재료가 적용된 제품의 성능 향상을 도모할 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. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (12)

  1. 강화 섬유에 수지를 함침하는 함침 금형; 및
    상기 함침 금형에 투입되는 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주도록 상, 하로 이격하여 배치되는 다수의 가이드 부재를 포함하는 프리프레그 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 가이드 부재는,
    상기 함침 금형에 투입되는 강화 섬유를 상부에서 안내하여 폭 방향으로 펼쳐주는 적어도 하나의 상부 가이드부재; 및
    상기 상부 가이드 부재와 간격을 두고 하측에 배치되며, 상기 함침 금형에 투입되는 강화 섬유를 하부에서 안내하여 폭 방향으로 펼쳐주는 적어도 하나의 하부 가이드부재;를 포함하는 프리프레그 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재는,
    상기 강화 섬유가 상기 함침 금형으로 투입되는 입구 부위에 근접 배치되는 프리프레그 제조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부 가이드부재는,
    봉 형상으로 이루어지며, 외주 면을 통해 상기 강화 섬유가 안내되는 다수 개의 상부 가이드 홈을 구비하는 프리프레그 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수 개의 상부 가이드 홈 각각은,
    상기 상부 가이드부재의 외주 면을 따라 동일한 설정간격을 두고 이격하여 배치되는 프리프레그 제조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하부 가이드부재는,
    봉 형상으로 이루어지며, 외주 면을 통해 상기 강화 섬유가 안내되는 다수 개의 하부 가이드 홈을 구비하는 프리프레그 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다수 개의 하부 가이드 홈 각각은,
    상기 하부 가이드부재의 외주 면을 따라 동일한 설정간격을 두고 이격하여 배치되는 프리프레그 제조 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재 각각은,
    상기 강화 섬유의 얼라인(align) 조정을 위해 설정거리 내에서 좌우로 이동 가능하게 형성되는 프리프레그 제조 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재 각각은,
    높이 조절이 가능한 구조로 이루어지는 프리프레그 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 가이드부재를 상하로 이동시키는 상부 가이드부재 위치조절부;
    상기 하부 가이드부재를 상하로 이동시키는 하부 가이드부재 위치조절부; 및
    상기 상부 가이드부재 위치조절부와 상기 하부 가이드부재 위치조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 프리프레그 제조 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 프리프레그 제조 장치를 이용한 프리프레그 제조 방법으로서,
    (a) 강화 섬유를 공급 받는 단계;
    (b) 상기 강화 섬유가 상기 함침 금형으로 투입되기 직전에 상기 상부 가이드부재 및 상기 하부 가이드부재를 이용하여 상기 강화 섬유를 폭 방향으로 펼쳐주는 단계; 및
    (c) 상기 폭 방향으로 펼쳐진 강화 섬유를 상기 함침 금형으로 투입하여 수지를 함침하는 단계;를 포함하는 프리프레그 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 상부 가이드부재와 상기 하부 가이드부재는 설정높이 차를 두고 상하로 이격하여 배치되되, 상기 설정높이는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조 방법.
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