KR20240087012A - 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러 - Google Patents
하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러에 관한 것으로, 강화섬유를 퍼니스에서 가열하여 디사이징한 후 상기 디사이징된 강화섬유를 펼쳐서 얇게 스프레딩하고, 이어서 상기 스프레딩된 강화섬유를 함침다이를 통해 열가소성 수지에 함침시켜서 열가소성 복합재를 생산한 다음, 상기 함침다이에서 인출되는 열가소성 복합재를 냉각시키는 단계로 구성되며, 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 스프레딩을 통해 강화섬유를 개섬한다.
Description
본 발명은 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 복합재 시트 및 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 개섬롤러에 관한 것으로, 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러에 관한 것이다.
전기차는 주행거리 증가를 위하여 한정된 공간에 더 많은 배터리가 탑재되어야 한다. 이를 위해, 전장부품의 소형화와 경량화, 그리고 기능 통합 및 일체화를 통한 부품 수 절감이 설계에 고려되어야 하며, 배터리 팩 커버에 요구되는 높은 구조 안전성을 만족시키기 위하여 방열 및 난연 성능이 향상된 PPS(Polyphenylene sulfide) 복합소재를 기반으로 구조 강성과 충격 특성이 극대화 된 UD-Tape의 연속섬유 복합소재의 보강 및 이를 위한 개발이 진행되고 있다. 이러한 개발에 의해 기존의 금속(Al)으로 제작된 어퍼 및 로워 케이스를 방열 및 난연 성능이 향상된 PPS 복합소재로 대체하여 경량성을 확보할 수 있다.
대한민국 특허등록 제10-2078617호(코오롱 플라스틱)는, (a) 강화섬유에 저점도 열가소성 수지를 함침시켜 가함침된 열가소성 복합재를 제조하는 단계; (b) 함침성 향상을 위하여 상기 가함침된 열가소성 복합재를 가압하는 단계; (c) 가압된 가함침된 열가소성 복합재에 고점도 열가소성 수지를 공급하는 단계; (d) 목표 무게분율을 갖는 함침된 열가소성 복합재를 제조하는 단계; 및 (e) 함침된 열가소성 복합재를 냉각 및 권취하는 단계를 포함하는 열가소성 복합재의 제조방법에 있어서, 상기 강화 섬유는 탄소섬유, 유리섬유, 실리콘카바이드 섬유, 보론섬유, 아라미드 섬유 및 메탈릭 섬유로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재의 제조방법 및 이에 의한 열가소성 복합재를 제공한다.
이러한 종래기술은, 은 강화섬유의 단사없이 고점도 열가소성 수지에 함침이 가능할 뿐만 아니라, 기계적 물성, 난연성, 내광성 등의 기능성까지 부여할 수 있으므로, 강화섬유가 고함침되고, 기능화된 열가소성 복합재를 제조할 수 있다.
대한민국 특허등록 제10-2455361호(엘엑스하우시스)는 전술한 종래기술에 적용되는 강화섬유의 개섬성을 향상시키기 위한 발명으로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 섬유가 권취되어 있는 풀림롤부(1100); 상기 풀림롤부로부터 풀리고 이동되는 섬유에 유체를 분사하는 유체분사모듈(1200); 상기 유체분사모듈을 거쳐간 섬유가 접촉되어 이동되는 개섬롤러부(1300); 및 상기 개섬롤러부를 통과한 섬유가 권취되는 권취롤(1400)을 포함하고, 상기 개섬롤러부는 롤러바디(1311, 2311)와, 상기 롤러바디외 원주방향 외주부에 형성된 개섬돌기(1312, 2312)가 형성된 개섬롤러를 포함하며, 유체분사부는 복수의 분사플레이트와, 상기 분사플레이트 사이에 내재되는 섬유층을 포함하고, 상기 분사플레이트에는 유체공급홀이 형성되며, 상기 복수의 분사플레이트는 제1 분사플레이트, 제2 분사플레이트 및 제3 분사플레이트를 포함하고, 상기 섬유층은 상기 제1 분사플레이트와 상기 제2 분사플레이트 사이에 내재된 제1 섬유층과, 상기 섬유층은 상기 제2 분사플레이트와 상기 제3 분사플레이트 사이에 내재된 제2 섬유층을 포함하는 프리프레그용 강화섬유의 개섬장치를 제공한다.
이러한 또 다른 종래기술은, 섬유에 균일하게 유체를 분사시킬 수 있고, 개섬롤러의 돌기에 의해 보풀발생을 억제함과 동시에 개섬성을 향상시킬 수 있는 프리프레그용 강화섬유의 개섬장치를 제공한다.
그러나, 전술한 또 다른 종래기술은 보플발생 억제 및 개섬성 향상을 위해, 섬유 접촉면적이 협소한 삼각형 개섬돌기(1312)나 섬유 접촉면적이 넓게 형성된 요형 개섬돌기(2311)를, 섬유 특성에 따라 서로 교체하여 개섬롤러의 거칠기를 조절해야 하므로, 교체시 개섬롤러를 스프레더에서 모두 해체하여 완전히 분리한 후, 다른 종류의 개섬롤러를 다시 장착해야 하는 문제가 있다.
그리고, 구성 및 구조적 한계로 인하여 좀더 다양한 거칠기를 제공할 수 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 다양한 거칠기를 갖는 구성요소들이 복합적으로 구성되어 다양한 거칠기로 섬유를 가공할 수 있는, 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러를 제공하기 위함이 그 목적이다.
특히, 디사이징과 스프레딩 및 함침이 연속되는 공정으로 구성되되, 돌기 롤러 및 곡면 롤러가 착탈가능하게 복합되어 일체를 이루는 하이브리드 타입 개섬롤러를 이용하여 스프레딩하고, 더 나아가 하이브리드 타입 개섬롤러를 장비에서 해체하지 않고 장비에 장착된 상태에서 일부분만을 분리하여 다른 형태의 롤러를 노출시켜서 섬유를 스프레딩할 수 있는, 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러를 제공하기 위함이 그 목적이다.
이에 더하여, 곡면 롤러가 원형의 구형 곡면이나 이러한 구형 곡면을 감싸는 크기로 이루어진 반원형의 반구형 곡면으로 구성되어 다양한 면적의 면접촉을 통해 섬유의 거칠기를 개섬할 수 있는, 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러를 제공하기 위함이 다른 목적이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열가소성 복합재의 제조방법은, 개섬롤러를 이용하여 열가소성 복합재를 제조하는 제조방법에 있어서, 강화섬유를 퍼니스에서 가열하여 디사이징하는 디사이징 단계; 상기 디사이징된 강화섬유를 긴장상태로 펼쳐서 얇게 스프레딩하는 스프레딩 단계; 상기 스프레딩된 강화섬유를 함침다이를 통해 열가소성 수지에 함침시켜서 열가소성 복합재를 생산하는 함침 단계; 및 상기 함침다이에서 인출되는 열가소성 복합재를 냉각시키는 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스프레딩 단계는, 상기 디사이징된 강화섬유를 돌기 롤러 및 곡면 롤러로 구성된 하이브리드 타입 개섬롤러를 통해 스프레딩하는 것을 특징으로 한다.
상기 돌기 롤러는, 상기 강화섬유와 접촉하는 복수의 돌기 및 상기 돌기들 사이에 형성되는 복수의 홈이 외주면에 원주방향을 따라 방사형으로 형성되되, 길이방향을 따라 형성되어 상기 돌기를 통해 강화섬유와 선접촉식으로 접촉되면서 강화섬유를 스프레딩하는 것을 특징으로 한다.
상기 곡면 롤러는, 상기 강화섬유와 대향하는 외주면에 곡면이 구비되어 외주면을 통해 섬유와 면접촉식으로 접촉되면서 강화섬유를 스프레딩하는 것을 특징으로 한다.
상기 하이브리드 타입 개섬롤러는, 상기 돌기 롤러에 상기 곡면 롤러가 착탈가능하게 결합되어 상기 돌기 롤러 및 상기 곡면 롤러가 일체를 이루는 것을 특징으로 한다.
상기 스프레딩 단계는, 상기 돌기 롤러의 홈에 삽입되어 고정되고, 원형의 곡면을 갖는 원통으로 형성되어 원형의 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 봉 롤러 및 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 외주면에 결합되어 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러를 차폐하고, 외주면에 반구형의 곡면이 형성되어 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 커버 롤러 중 적어도 어느 하나로 상기 곡면 롤러가 구성됨에 따라, 상기 봉 롤러나 상기 커버 롤러를 통해 스프레딩하는 것을 특징으로 한다.
상기 함침단계는, 상기 강화섬유에 대한 상기 열가소성 수지의 무게분율이 1: 0.6~0.7인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열가소성 복합재 시트는, 전술한 제조방법의 열가소성 복합재에 의해 판상으로 제조된다.
본 발명의 시트 프리폼은, 전술한 열가소성 복합재 시트가 인서트되어 열가소성 복합재 시트와 일체를 이루는 판상의 본체부; 및 상기 본체부에 일체로 연장형성되되, 상기 본체부의 강성 보강을 위해 상기 본체부에 앵글이나 찬넬 형태로 절곡되어 연장형성되는 절곡부;를 포함한다.
상기 절곡부는, 상기 본체부의 길이방향을 따라 상기 본체부에 일체로 형성된다.
본 발명의 하이브리드 타입 개섬롤러는, 섬유의 스프레딩 공정에 사용되는 개섬롤러에 있어서, 외주면에 복수의 돌기 및 홈이 원주방향을 따라 방사형으로 형성되되 길이방향을 따라 형성되며, 상기 돌기를 통해 섬유와 접촉되는 돌기 롤러; 및 상기 돌기 롤러와 일체를 이루고, 섬유와 대향하는 외주면에 곡면이 구비되며, 섬유가 스프레딩되도록 곡면을 갖는 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 곡면 롤러;를 포함한다.
상기 곡면 롤러는, 상기 돌기 롤러에 착탈가능하게 결합되어 상기 돌기 롤러와 일체를 이루는 것을 특징으로 한다.
상기 곡면 롤러는, 상기 돌기 롤러의 홈에 삽입되어 고정되고, 원형의 곡면을 갖는 원통으로 형성되어 원형의 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 봉 롤러 및 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 외주면에 결합되어 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러를 차폐하고, 외주면에 반구형의 곡면이 형성되어 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 커버 롤러 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌기 롤러는, 상기 홈이 상기 돌기들 사이의 틈새에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 봉 롤러는, 상기 홈에 삽입된 상태에서 상기 돌기들의 외측으로 외주면이 돌출되는 것을 특징으로 한다.
상기 커버 롤러는, 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 외주면 일측을 감싸는 일측 커버; 및 상기 일측 커버에 일체로 결합되어 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 타측을 감싸는 타측 커버;를 포함한다.
상기 하이브리드 타입 개섬롤러는, 상기 봉 롤러나 상기 커버 롤러가 상기 돌기 롤러에서 분리됨에 따라 상기 돌기 롤러의 상기 돌기가 섬유와 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 하이브리드 타입 개섬롤러는, 상기 커버 롤러가 상기 돌기 롤러에서 분리됨에 따라 상기 봉 롤러의 돌기 롤러의 외주면이 섬유와 접촉되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명은, 개섬롤러가 돌기 롤러와 봉 롤러 및/또는 커버 롤러가 복합적으로 구성되어 다양한 거칠기를 제공하므로 섬유의 재질특성에 따라 섬유를 다양하게 가공하여 개섬할 수 있다.
특히, 종래와 같이 개섬롤러 완전히 해체하지 않아도, 돌기 롤러와 봉 롤러 및 커버 롤러를 선택적으로 노출시켜서 사용할 수 있으므로 사용상 편의성을 대폭적으로 향상시킬 수 있고, 롤러의 교체에 따른 섬유 가공시간(작업시간)의 연장을 방지하여 기존에 비해 작업시간을 대폭적으로 경감시킬 수 있다.
그리고, 돌기 롤러를 통해 대략 선접촉 형태로 섬유를 가공할 수 있고, 봉 롤러를 통해 대략 면접촉 형태로 섬유를 스프레딩할 수 있으며, 커버 롤러를 통해 광폭의 면접촉 형태로 섬유를 스프레딩할 수 있다.
또한, 돌기 롤러와 봉 롤러 및 커버 롤러를 다양한 형태로 조합하거나 일률적인 형태로 적용하여 섬유를 스프레딩할 수 있으므로 개섬성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 열가소성 복합재의 제조공정을 도시한 공정도;
도 2는 도 1의 제조공정에 적용되는 개섬롤러의 측면도;
도 3은 도 2와 달리 구성된 개섬롤러의 측면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 제조공정을 개략적으로 도시한 공정도;
도 5는 도 4에 도시된 스프레딩부의 측면도;
도 6은 도 4에 도시된 스프레딩부의 사시도;
도 7은 도 6에 도시된 스프레딩부의 일부분을 확대 도시한 확대도;
도 8은 도 7에 도시된 하이브리드 타입 개섬롤러의 분해 사시도;
도 9는 도 8에 도시된 일부 구성의 결합상태를 도시한 사시도;
도 10은 도 8에 도시된 개섬롤러의 측단면도 및 종단면도를 도시한 단면도;
도 11은 도 8에 도시된 개섬롤러의 사용상태를 도시한 개념도;
도 12는 도 4의 제조공정에 의해 제조되는 열가소성 복합재 시트의 평면도;
도 13은 도 12의 시트가 인서트된 프리폼의 사시도;
도 14는 도 13에 도시된 프리폼의 제품을 도시한 사진; 및
도 15는 도 4의 제조공정에 의해 제조된 열가소성 복합재 시트에 의한 핫프레스 프리폼의 사시도이다.
도 2는 도 1의 제조공정에 적용되는 개섬롤러의 측면도;
도 3은 도 2와 달리 구성된 개섬롤러의 측면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 제조공정을 개략적으로 도시한 공정도;
도 5는 도 4에 도시된 스프레딩부의 측면도;
도 6은 도 4에 도시된 스프레딩부의 사시도;
도 7은 도 6에 도시된 스프레딩부의 일부분을 확대 도시한 확대도;
도 8은 도 7에 도시된 하이브리드 타입 개섬롤러의 분해 사시도;
도 9는 도 8에 도시된 일부 구성의 결합상태를 도시한 사시도;
도 10은 도 8에 도시된 개섬롤러의 측단면도 및 종단면도를 도시한 단면도;
도 11은 도 8에 도시된 개섬롤러의 사용상태를 도시한 개념도;
도 12는 도 4의 제조공정에 의해 제조되는 열가소성 복합재 시트의 평면도;
도 13은 도 12의 시트가 인서트된 프리폼의 사시도;
도 14는 도 13에 도시된 프리폼의 제품을 도시한 사진; 및
도 15는 도 4의 제조공정에 의해 제조된 열가소성 복합재 시트에 의한 핫프레스 프리폼의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 의한 열가소성 복합재는, 도 4에 도시된 바와 같이 크릴랙(10)에서 공급되는 강화섬유가 퍼니스(20)와 스프레더(30)와 함침다이(35) 및 냉각쿨러(40)를 통해 열가소성 복합재로 제조되며, 열가소성 복합재에 열을 제공하는 플러(50) 및 열가소성 복합재를 권취하는 와인더(60)를 통해 보빈에 권취된 상태로 제조될 수 있다.
퍼니스(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 크릴랙(10)에서 공급되는 강화섬유를 가열하여 디사이징하는 통상의 기기이다. 이러한 퍼니스(20)는 통상적으로, 가열 온도가 강화섬유의 사이징 분해온도 보다 낮을 경우에는 함침다이(35)의 내부 온도에 준하는 온도를 부여하고, 가열 온도가 강화섬유의 사이징의 분해온도 보다 높을 경우 사이징의 분해가 발생하지 않는 온도를 유지하여 디사이징한다. 바람직하게는, 사이징 처리의 경우보다 사이징 처리가 되어 있지 않을 때 더욱 높은 상용성을 나타내는 경우 사이징을 없앨 수 있는 온도에서 섬유를 가열한다.
스프레더(30)는 전술한 바와 같이 디사이징된 강화섬유를 긴장상태로 펼쳐서 얇게 스프레딩한다. 스프레더(30)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 종래와 같은 고정 롤러(R1) 및 이동 롤러(R2)로 구성되며, 이러한 고정 롤러(R1) 및 이동 롤러(R2)를 통해 강화섬유를 긴장시키면서 얇게 펼쳐서 스프레딩한다. 즉, 스프레더(30)는 통상의 방식과 같이, 이동 롤러(R2)의 이동(승강)을 통해 강화섬유를 스프레딩한다.
함침다이(35)는 종래 기술에 기재 및 도시된 바와 같이 함침핀(롤러)이 내장되고, 통상의 열가소성 수지가 충전된 통상의 기기이다. 함침다이(35)는 전술한 스프레더(30)에서 스프레딩된 강화섬유를 내부의 열가소성 수지에 침지식으로 함침시켜서 열가소성 복합재를 생산한다. 이때, 열가소성 복합재는 강화섬유에 대한 열가소성 수지의 무게분율(비율)이 0.3~0.4 : 0.6~0.7 로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 무게분율은 열가소성 복합재의 용도에 따라 조절될 수 있다.
여기서, 전술한 열가소성 수지는 MI(Melt Index)가 1000 이상인 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 폴리부 틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸에테르케톤(PEEK), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 적어도 어느 하나 등을 예시할 수 있고, 점도 조절을 위한 별도의 첨가제의 투입이 가능하다. 이와 달리, 열가소성 수지는 기계적 특성, 열적 특성, 내광특성, 내스크래치성, 내가수분해성, 전기전도성, 열전도성 및 내약품성으로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 물성을 부여하기 위한 첨가제를 포함하는 것을 이용할 수도 있고, 고점도 열가소성 수지로 MI(Melt Index)가 500 이하인 PEEK, PEAK, PPS, PA6, PA66 대부분의 열가소성 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
냉각쿨러(40)는 열가소성 복합재의 권취를 위해 함침다이(35)에서 인출되는 열가소성 복합재를 냉각시키는 통상의 기기이다. 즉, 열가소성 복합재는 냉각에 의해 수지가 적정상태로 경화됨에 따라 권취가 가능하다.
강화섬유는 디사이징되기 전에 종래기술과 같이 열가소성 수지에 가함침된 후 전술한 공정에 의해 열가소성 복합재로 제조될 수 있다. 그리고, 강화섬유는 블레이딩된 후 퍼니스(20)에 제공될 수도 있다. 이러한 가함침 및 블레이딩은 통상적으로 선택 및 적용되는 일반적인 통상의 공정에 해당하여 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 기술이므로 그 자세한 설명은 생략한다.
한편, 전술한 스프레더(30)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 하이브리드 타입 개섬롤러에 의해 이동 롤러(R2)가 구성된다. 즉, 이동 롤러(R2)는 종래 내지 기존의 이동 롤러와 달리 특별하게 구성된다. 하이브리드 타입 개섬롤러의 이동 롤러(R2)는 예컨대, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 돌기 롤러(31) 및 곡면 롤러(33, 35)에 의해 하이브리드 타입으로 구성될 수 있다.
돌기 롤러(31)는 돌출되어 강화섬유와 접촉하도록, 도시된 바와 같이 돌출형성되는 복수의 돌기(31a) 및 이러한 돌기(31a)들 사이에 의해 형성되는 복수의 홈(틈새형 이격공간)이 외주면에 원주방향을 따라 방사형으로 형성된다. 즉, 돌기 롤러(31)는 돌기(31a) 및 홈이 도시된 바와 같이, 스프레더(30)의 브래킷(BK)에 고정되는 양단의 보스를 중심으로 방사형으로 형성된다. 돌기 롤러(31)는 도시된 바와 같이 돌기(31a) 및 홈이 길이방향을 따라 길게 형성된다. 돌기(31a)는 강화섬유와 선접촉식으로 접촉되면서 강화섬유를 스프레딩한다. 홈은 도시된 바와 같이 후술되는 봉 롤러(33)의 일부분이 삽입되도록 오목한 단면을 갖는 장홈으로 형성된다.
곡면 롤러(33, 35)는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 돌기 롤러(31)에 착탈가능하게 결합되는 봉 롤러(33) 및 커버 롤러(55) 중 적어도 어느 하나로 구성된다. 곡면 롤러(33, 35)는 도시된 바와 같이 봉 롤러(33) 및 커버 롤러(55)의 외주면, 즉 강화섬유와 대향하는 표면에 곡면이 구비됨에 따라 외주면을 통해 섬유와 면접촉식으로 접촉되면서 강화섬유를 스프레딩한다.
봉 롤러(33)는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 돌기 롤러(31)의 홈에 삽입된 후 볼트(BT)에 의해 돌기 롤러(31)에 일체로 고정된다. 봉 롤러(33)는 도시된 바와 같이 원형의 곡면을 갖는 원통으로 형성되어 원형의 외주면을 통해 섬유와 접촉된다. 이를 위해, 봉 롤러(33)는 돌기 롤러(31)의 홈에 삽입된 상태에서 돌기(31a)들의 외측으로 외주면이 돌출되도록 구성된다. 즉, 봉 롤러(33)는 돌기(31a)들 사이로 돌출이 가능한 지름으로 형성된다. 봉 롤러(33)는 전술한 바와 같이 볼트(BT)로 돌기 롤러(31)에 고정될 수 있으나, 이와 달리 미도시된 통상의 요크형태 브래킷으로 돌기 롤러(31)에 고정될 수도 있다. 이러한 브래킷은 다양한 분야에 사용되는 통상의 기술이므로 그 자세한 설명은 생략한다. 결론적으로, 봉 롤러(33)는 전술한 볼트(BT) 및 요크형태 브래킷을 포함하는 통상의 다양한 클램프에 의해 돌기 롤러(31)에 착탈가능하게 클램핑될 수 있다.
커버 롤러(55)는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 봉 롤러(33)나 돌기 롤러(31)의 외주면에 볼팅으로 결합되어 봉 롤러(33)나 돌기 롤러(31)를 차폐한다. 커버 롤러(35)는 도시된 바와 같이, 반원형의 원통으로 구성되어 외주면에 반구형의 곡면이 형성된다. 커버 롤러(35)는 반구형의 곡면이 형성된 외주면을 통해 섬유와 접촉된다. 커버 롤러(35)는 도시된 바와 같이 원형의 원통이 양분된 반원형의 일측 커버 및 타측 커버로 각각 구성된다. 커버 롤러(35)는 도시된 바와 같이 일측 커버를 통해 봉 롤러(33)나 돌기 롤러(31)의 외주면 일측을 감싸서 차폐하고, 일측 커버에 일체로 결합되면서 일측 커버와 함께 원통을 형성하는 타측 커버를 통해 봉 롤러(33)나 돌기 롤러(31)의 타측을 감싸서 차폐한다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예는, 크릴랙(10)에서 공급되는 강화섬유가 퍼니스(20)로 공급되어 디사이징된 후 스프레더(30)로 공급되어 얇게 펼쳐진다. 스프레더(30)는 도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 개섬롤러들 중 돌기 롤러(31)에 커버 롤러(35)가 원통형으로 결합된 롤러나, 봉 롤러(33)가 노출되도록 돌기 롤러(31)에 커버 롤러(35)가 결합된 롤러로 구성된다. 그리고, 일부의 개섬롤러는 봉 롤러(33) 및/또는 커버 롤러(35)가 제거되어 돌기 롤러(31)의 돌기(31a)가 노출된 롤러로 구성된다. 이러한 개섬롤러들은 글라스 화이버나 카본 화이버와 같은 강화섬유의 재질특성에 따라, 도시된 바와 같이 상반된 상태나 대향상태로 배치된다. 이에 따라, 개섬롤러들은 통과하는 강화섬유에 돌기(31a)나 봉 롤러(33) 또는 커버 롤러(35)가 접촉됨에 따라 다양한 거칠기를 섬유에 제공하여 개섬한다. 따라서, 스프레더(30)는 다양한 섬유들을 가공할 수 있다.
개섬롤러들은 경우에 따라 모두 커버 롤러(35)가 장착된 상태나 봉 롤러(33)가 노출된 상태 또는 돌기(31a)가 노출된 상태로 섬유를 개섬할 수 있다. 이러한 개섬롤러의 상태나 조합은 섬유의 재질특성에 의해 결정된다.
개섬롤러들은 섬유의 개섬에 돌기(31a)가 적용되어야 할 경우, 커버 롤러(35) 및/또는 봉 롤러(33)가 돌기 롤러(31)에서 순차적으로 해체되어 제거된다. 그리고, 봉 롤러(33)가 개섬에 적용되어야 할 경우 커버 롤러(35)만 제거된다. 이와 달리, 커버 롤러(35)가 적용되어야 할 경우 돌기 롤러(31)에 커버 롤러(35)가 체결된다. 이때, 커버 롤러(35)는 봉 롤러(33)가 돌기 롤러(31)에 체결된 후 체결될 수 있지만, 돌기 롤러(31)에 직결되어 체결될 수도 있다. 따라서, 사용자는 종래와 같이 개섬롤러 전체를 해체하지 않아도, 필요에 따라 다양한 형태의 개섬롤러를 공정에 적용할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 제조되는 열가소성 복합재는 도 12에 도시된 바와 같이 다양한 형태를 갖는 판상의 시트로 제조되어 적층상태로 보관될 수 있다. 이러한 판상의 시트는 미도시된 통상의 가열 및 가압식 성형몰드의 성형기를 통해 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같은 인서트 프리폼으로 제조될 수 있다. 이러한 프리폼(70)은 도시된 바와 같이 판상의 시트가 인서트된 본체부(71) 및 인서트 사출에 의해 형성되는 절곡부(72)로 구성된다.
본체부(71)는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 전술한 판상의 열가소성 복합재 시트가 전술한 성형몰드의 성형에 의해 도시된 바와 같이 인서트되어 사출물 수지(레진)와 일체를 이룬다. 절곡부(72)는 도시된 바와 같이, 인서트 성형시 사출물 수지에 의해 본체부(71)와 함께 성형되어 본체부(71)에서 일체로 연장형성된다. 절곡부(72)는 본체부(71)의 강성 보강을 위해, 도시된 바와 같이 본체부(71)에서 앵글이나 찬넬 형태로 절곡되어 연장형성된다. 절곡부(72)는 도시된 바와 같이 본체부(71)의 길이방향 강성이 보강되되록 본체부(71)의 길이방향을 따라 본체부에 일체로 형성된다. 이러한 절곡부(72)는 도시된 바와 같이 본체부(71)의 테두리에 형성되는 것이 바람직하며, 통상적인 사출구조물의 리브와 같은 역할을 함에 따라 본체부(71)의 강성을 보강한다. 따라서, 프리폼(70)은 강성 강화에 의해 구조적 안정성이 보강된다.
다른 한편, 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 평판형 시트는, 도 15에 도시된 바와 같이 여러장이 중첩된 상태로 성형될 수도 있다. 이러한 시트는 통상의 핫프레스에 의해 가열 및 가압되어 도시된 바와 같은 커버나 함체 등과 같은 다양한 형태로 성형되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 시트는 핫프레스에 의해 통상의 FRP 패널과 같이 다양한 형상으로 가공되어 사용될 수 있다.
전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 본질적 특징이 충족될 수 있을 경우 동일 사상의 범주내에서 적절한 변형(구조나 구성의 변경이나 부분적 생략 또는 보완)이 가능하다. 또한, 전술한 실시예들은 특징의 일부 또는 다수가 상호 간에 조합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 구조 및 구성은 변형이나 조합에 의해 실시할 수 있으므로 이러한 구조 및 구성의 변형이나 조합이 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 크릴랙
20: 퍼니스
30: 스프레더 31: 돌기 롤러
31a: 돌기 33: 봉 롤러
35: 커버 롤러 35: 함침다이
40: 냉각쿨러 50: 플러
60: 와인더 70: 시트 프리폼
71: 본체부 72: 절곡부
30: 스프레더 31: 돌기 롤러
31a: 돌기 33: 봉 롤러
35: 커버 롤러 35: 함침다이
40: 냉각쿨러 50: 플러
60: 와인더 70: 시트 프리폼
71: 본체부 72: 절곡부
Claims (9)
- 개섬롤러를 이용하여 열가소성 복합재를 제조하는 제조방법에 있어서,
강화섬유를 퍼니스에서 가열하여 디사이징하는 디사이징 단계;
상기 디사이징된 강화섬유를 긴장상태로 펼쳐서 얇게 스프레딩하는 스프레딩 단계;
상기 스프레딩된 강화섬유를 함침다이를 통해 열가소성 수지에 함침시켜서 열가소성 복합재를 생산하는 함침 단계; 및
상기 함침다이에서 인출되는 열가소성 복합재를 냉각시키는 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 스프레딩 단계는,
상기 디사이징된 강화섬유를 돌기 롤러 및 곡면 롤러로 구성된 하이브리드 타입 개섬롤러를 통해 스프레딩하는 것을 특징으로 하며,
상기 돌기 롤러는,
상기 강화섬유와 접촉하는 복수의 돌기 및 상기 돌기들 사이에 형성되는 복수의 홈이 외주면에 원주방향을 따라 방사형으로 형성되되, 길이방향을 따라 형성되어 상기 돌기를 통해 강화섬유와 선접촉식으로 접촉되면서 강화섬유를 스프레딩하는 것을 특징으로 하고,
상기 곡면 롤러는,
상기 강화섬유와 대향하는 외주면에 곡면이 구비되어 외주면을 통해 섬유와 면접촉식으로 접촉되면서 강화섬유를 스프레딩하는 것을 특징으로 하며,
상기 하이브리드 타입 개섬롤러는,
상기 돌기 롤러에 상기 곡면 롤러가 착탈가능하게 결합되어 상기 돌기 롤러 및 상기 곡면 롤러가 일체를 이루는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 스프레딩 단계는,
상기 돌기 롤러의 홈에 삽입되어 고정되고, 원형의 곡면을 갖는 원통으로 형성되어 원형의 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 봉 롤러 및 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 외주면에 결합되어 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러를 차폐하고, 외주면에 반구형의 곡면이 형성되어 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 커버 롤러 중 적어도 어느 하나로 상기 곡면 롤러가 구성됨에 따라, 상기 봉 롤러나 상기 커버 롤러를 통해 강화섬유를 스프레딩하는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 함침단계는,
상기 강화섬유에 대한 상기 열가소성 수지의 무게분율이 0.3~0.4 : 0.6~0.7인 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재의 제조방법. - 제 1 항에 의한 제조방법의 열가소성 복합재에 의해 판상으로 제조되는 열가소성 복합재 시트.
- 제 4 항의 열가소성 복합재 시트가 인서트되어 열가소성 복합재 시트와 일체를 이루는 판상의 본체부; 및
상기 본체부에 일체로 연장형성되되, 상기 본체부의 강성 보강을 위해 상기 본체부에 앵글이나 찬넬 형태로 절곡되어 연장형성되는 절곡부;를 포함하는 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼. - 섬유의 스프레딩 공정에 사용되는 개섬롤러에 있어서,
외주면에 복수의 돌기 및 홈이 원주방향을 따라 방사형으로 형성되되 길이방향을 따라 형성되고, 섬유가 스프레딩되도록 상기 돌기를 통해 섬유와 접촉되는 돌기 롤러; 및
상기 돌기 롤러와 일체를 이루고, 섬유와 대향하는 외주면에 곡면이 구비되며, 섬유가 스프레딩되도록 곡면을 갖는 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 곡면 롤러;를 포함하고,
상기 곡면 롤러는,
상기 돌기 롤러에 착탈가능하게 결합되어 상기 돌기 롤러와 일체를 이루는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 개섬롤러. - 제 6 항에 있어서, 상기 곡면 롤러는,
상기 돌기 롤러의 홈에 삽입되어 고정되고, 원형의 곡면을 갖는 원통으로 형성되어 원형의 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 봉 롤러; 및 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 외주면에 결합되어 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러를 차폐하고, 외주면에 반구형의 곡면이 형성되어 외주면을 통해 섬유와 접촉되는 커버 롤러; 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 개섬롤러. - 제 7 항에 있어서, 상기 돌기 롤러는,
상기 홈이 상기 돌기들 사이의 틈새에 의해 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 봉 롤러는,
상기 돌기 롤러의 상기 홈에 삽입된 상태로 상기 돌기 롤러에 고정되고, 상기 돌기들의 외측으로 외주면이 돌출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 개섬롤러. - 제 7 항에 있어서, 상기 커버 롤러는,
상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 외주면 일측을 감싸는 일측 커버; 및
상기 일측 커버에 일체로 결합되어 상기 봉 롤러나 상기 돌기 롤러의 타측을 감싸는 타측 커버;를 포함하는 하이브리드 타입 개섬롤러.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220172294A KR20240087012A (ko) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220172294A KR20240087012A (ko) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20240087012A true KR20240087012A (ko) | 2024-06-19 |
Family
ID=91712635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220172294A KR20240087012A (ko) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 하이브리드 타입 개섬롤러에 의한 열가소성 복합재의 제조방법, 이에 의한 열가소성 복합재 시트 및 강성보강 구조를 갖는 시트 프리폼, 그리고 이를 위한 하이브리드 타입 개섬롤러 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20240087012A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102078617B1 (ko) | 2019-09-27 | 2020-02-19 | 코오롱플라스틱 주식회사 | 기능화를 부여하는 열가소성 복합재의 제조방법과 및 이로부터 제조된 열가소성 복합재 |
| KR102455361B1 (ko) | 2018-11-27 | 2022-10-17 | (주)엘엑스하우시스 | 프리프레그용 강화섬유의 개섬장치 |
-
2022
- 2022-12-12 KR KR1020220172294A patent/KR20240087012A/ko unknown
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| KR102078617B1 (ko) | 2019-09-27 | 2020-02-19 | 코오롱플라스틱 주식회사 | 기능화를 부여하는 열가소성 복합재의 제조방법과 및 이로부터 제조된 열가소성 복합재 |
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