KR100306684B1 - 다축 와인딩 시스템의 유리섬유강화플라스틱 인발성형기 - Google Patents

다축 와인딩 시스템의 유리섬유강화플라스틱 인발성형기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리섬유로빙을 감아 인발성형시키는 인발성형기에 관한 것이다. 유리섬유로빙을 함침된 다발(棒을 만들 때) 또는 맨드릴(管을 만들 때)에 감는 풀와인딩(Full winding)설비를 별도로 갖추면 그 점유공간이 커서 다축으로 구성하기 어려웠다. 그래서 1차 및 2차 와인딩 보빈(12a,12b)(14a,14b)을 각각 맨드릴(11) 또는 함침로빙다발에 끼워 유리섬유로빙이 맨드릴 또는 함침로빙다발과 동심(同芯)에서 90° 또는 45°로 연속해서 와인딩되도록 구성한 것이다. 2개 1조의 1차 및 2차 와인딩 보빈은 각각 트래버스 캠(18,25)에 의해 번갈아가면서 유리섬유로빙이 감겨진다. 다축의 구성이 용이하여 작은 공간에서 FRP제의 봉(棒) 또는 관류(管類)를 대량생산할 수 있다.

Description

다축 와인딩 시스템의 유리섬유강화플라스틱 인발성형기{FRP Pultrusion Machine Having Multi-shaft Winding System}
본 발명은 매트릭스에 함침시킨 유리섬유로빙다발이 지나갈 때 그 외면에 유리섬유로빙을 감아 인발성형시켜서 봉 또는 관류의 FRP(유리섬유강화플라스틱) 인발제품을 얻는 인발성형기에 관한 것으로, 특히 와인딩 보빈이 축에 끼워지도록 해 좁은 장소에서 다축의 설치가 가능하게 한 와인딩 시스템에 관한 것이다.
지금까지 FRP 연속인발성형공법으로 생산되는 봉(rod) 및 관류(tube, pipe) 등은 인발성형공법상에 주로 길이방향으로 섬유가 배향되어(0°방향) 직교방향(90°방향)의 강도가 상대적으로 취약하였으며, 이를 보완하기 위하여는 유리섬유 매트 또는 제직된 유리섬유 직물을 투입하거나 유리섬유로빙을 90°방향 또는 45°방향으로 감아주는 방법을 강구하여야 하며, 두께를 두껍게 하여 강도에 대한 취약점을 보완하여 주었다. 이때 유리섬유 매트나 재직된 유리섬유 직물을 투입하거나 유리섬유로빙을 90° 또는 45°등으로 감아줄 때 섬유가이드나 권취설비 등의 복잡성으로 인해 인발성형기 한 대에 통상 한두개의 라인이 작업된다.
도 4는 일축 와인딩 시스템을 갖는 종래의 인발성형기를 예시한 것이다. 이 인발성형기는 맨드릴(1)의 주위에 1차 와인딩 보빈(2a), 1차 가이드(3a), 2차 와인딩 보빈(2b), 2차 가이드(3b)를 순차적으로 설치하고, 보빈(4)에 감겨 있는 유리섬유가 수지함침조(5)를 통과하며 수지에 함침된 후 함침로빙다발을 이루며 맨드릴(1) 쪽으로 투입된다. 이러한 함침로빙다발의 외면에는 1차 와인딩 보빈(2a)에서 공급되는 유리섬유가 90°방향으로 감겨진다. 그런 후에 90°로 감겨진 위에 1차 가이드(3a)를 통해 새로이 투입되는 함침로빙다발이 길이방향으로 공급된다. 또 다시 연속해서 2차 와인딩 보빈(2b)과 2차 가이드(3b)가 상기한 1차 와인딩 보빈(2a)과 1차 가이드(3a)의 역할과 동일한 역할을 수행한 후, 풀 와인딩된 예비성형품(6)은 인발금형(7) 내를 통과하면서 경화되어 성형이 완료되는 것이다.
FRP 인발제품에서 90°방향의 강도를 보강해 주기 위해서는 유리섬유 매트나유리섬유 직물을 보강해 줄 때는 성형금형의 앞 단계에 4∼5개의 가이드(Forming guide)가 설치되어 작업하거나 유리섬유로빙을 큰 원반에 얹어서 90°방향으로 직교가 되도록 돌려주는 설비가 필요하게 된다.
그러나 이와 같은 종래의 인발성형기는 위와 같이 주변설비가 차지하는 공간과 부피가 크기 때문에 인발기 1대에서 생산할 수 있는 생산라인이 상기한 가이드 설치시에는 2∼3개의 라인이 가능하고(작은 구조물인 경우), 특히 유리섬유로빙을 90°, 45°등의 방향으로 와인딩할 경우(이것을 풀와인딩 이라 함)에는 도 4에서 예시한 바와 같이 1개의 라인밖에 성형이 어려워 다축으로 설치하려면 와인딩은 더욱 곤란하여 와인딩을 포기하고 대신에 직교강도를 보완하기 위해 어쩔 수 없이 두껍고 무거운 성형품을 생산하게 된다.
본 발명의 목적은 위와 같이 유리섬유로빙을 90°, 45° 등의 방향으로 감아주는 풀와인딩설비를 설치할 때 그 풀와인딩설비의 점유공간과 부피가 커서 인발성형기의 축을 다축으로 설치하지 못하는 문제를 개선하여 단시간에 고강도의 제품을 대량 생산할 수 있도록 하는데 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 기본적인 일축(一軸) 구성도.
도 2는 본 발명의 맨드릴과 와인딩 보빈과의 결합부 개략 확대도.
도 3은 본 발명의 다축(多軸) 구성의 평면예시도.
도 4는 종래의 와인딩 시스템을 갖는 FRP인발성형기 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11:맨드릴, 12a,12b:1차 와인딩 보빈, 13:1차 가이드, 14a,14b:2차 와인딩 보빈, 15:2차 가이드, 16,22,26,26',27:보빈, 17,23,28:수지함침조, 18,25:트래버스 캠(Traverse cam), 19:원사공급장치, 29,24:모터, 30:인발금형
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 유리장섬유에 열경화성 수지를 주성분으로 하는 매트릭스를 함침시켜 함침로빙다발을 형성하고, 1차 와인딩 보빈에 감겨진 유리섬유로빙을 상기 함침로빙다발 상에 90° 또는 45°방향으로 와인딩하는 풀와인딩작업을 행하며, 다시 새로운 함침로빙다발을 1차 가이드를 통해 진행방향으로 재첨가하고, 또 다시 2차 와인딩 보빈을 통한 풀와인딩작업과 2차 가이드를통한 함침로빙다발의 첨가를 거치게 한 후 인발금형상에서 성형되도록 한 것에 있어서, 상기 1차 및 2차 와인딩 보빈을 각각 2개 1조로 구성하여 맨드릴 또는 함침로빙다발에 끼우고 유리섬유로빙이 맨드릴 또는 함침로빙다발과 동심(同芯)에서 90° 또는 45°로 연속해서 와인딩되도록 구성한 것이다.
위와 같이 1차 및 2차 와인딩 보빈을 맨드릴 또는 함침로빙다발에 끼워 설치하고 유리섬유로빙을 함침로빙다발 위에 곧 바로 감아주게 되면 별도의 풀와인딩설비를 갖출 필요가 없어서 풀와인딩설비가 점유하는 공간이 줄고 설치구조가 간단해져서 인발성형기의 축을 다축으로 구성할 수 있게 된다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.
도 1은 일축을 형성하고 있는 상태에서 본 발명이 적용된 인발성형기의 구성을 예시한 것이다. 하나의 축을 이루는 함침로빙다발 또는 맨드릴(11)에는 입구로부터 1조의 1차 와인딩 보빈(12a,12b), 1차 가이드(13), 1조의 2차 와인딩 보빈(14a,14b), 2차 가이드(15)가 순차적으로 설치되어 있다.
관(파이프 또는 튜브)을 만들기 위해서는 축에 맨드릴(11)이 설치되어야 하고, 봉을 만들 경우에는 맨드릴(11)이 필요 없으므로 상기 장치들이 함침로빙다발에 끼워진다. 함침로빙다발은 1조의 보빈(16)에서 풀려나는 유리섬유로빙(유리장섬유)이 수지함침조(17)를 통과하여 수지가 함침된 상태에서 합쳐져 다발 형태를 이루는 것을 말한다. 유리섬유로빙을 함침하는 수지함침조(17)의 수지는 열경화성 수지를 주성분으로 하는 매트릭스이다.
1차 와인딩 보빈(12a,12b)은 2개로 이루어져 있다. 1차 와인딩보빈(12a,12b) 2개를 1조로 하여 설치하는 것은 보빈에 감겨 있는 유리섬유로빙이 다 풀렸을 때 옆에 있는 보빈의 유리섬유로빙이 연속해서 공급되도록 하는 방법을 취하였기 때문이다. 1차 와인딩 보빈(12a,12b)은 도 1과 같이 좌측의 와인딩 보빈(12a)이 함침로빙다발에 유리섬유로빙을 공급하고 있을 때 우측의 와인딩 보빈(12b)에는 보빈(26')의 유리섬유로빙이 트래버스 캠(18)에 의하여 미리 감아진다. 좌측의 와인딩 보빈(12a)에 있는 유리섬유로빙이 다 풀리면 우측의 와인딩 보빈(12b)에 감겨져 있던 유리섬유로빙이 함침로빙다발에 공급되며, 좌측의 와인딩 보빈(12a)에는 트래버스 캠(18)에 의하여 유리섬유로빙이 다시 감겨진다. 이렇게 양쪽 와인딩 보빈(12a,12b)은 유리섬유로빙의 감기와 풀기를 번갈아가면서 계속 반복하게 된다.
1차 와인딩 보빈(12a,12b)은 외면의 일측에 각각 원사공급장치(19)가 설치되어 있는데, 이 원사공급장치(19)는 보빈 본체에 감겨 있는 유리섬유로빙을 함침로빙다발로 보내는 것을 안내하는 일종의 가이드 아암이다. 1차 와인딩 보빈(12a,12b)은 좌우측의 것이 각각 모터(20)에 의하여 회전한다. 도 1에서 점선으로 표현된 것은 구동벨트이다.
도 2는 와인딩 보빈과 맨드릴간의 결합관계를 나타낸 것이다. 유리섬유로빙이 통과할 수 있는 여러 개의 구멍이 원주방향으로 뚫려 있는 1차 가이드(13)는 맨드릴(11)과 고정되어 있으며, 와인딩 보빈(12a,12b)과 가이드(13) 사이에는 베어링(21)이 설치되어 있다. 그래서 와인딩 보빈(12a,12b)을 모터(20)에 의하여 회전시키면 원사공급장치(19)를 따라 함침로빙다발의 외면으로 첨가(공급)되는 유리섬유로빙은 맨드릴(11)의 축선 방향과 직교되는 방향으로 자연히 감겨지게 되는 것이다.
1차 가이드(13)에는 상기와 같이 여러 개의 구멍이 원주방향으로 형성되어 있으며, 보빈(22)에서 풀려나는 유리섬유로빙이 수지함침조(23)를 거치면서 수지가 함침된 함침로빙다발이 상기 구멍들을 통과하도록 하고 있다. 1차 가이드(13)의 구멍을 통과한 함침로빙다발은 맨드릴(11)의 축선방향 또는 인발되고 있는 함침로빙다발의 진행방향과 일치되는 방향으로 첨가된다.
2차 와인딩 보빈(14a,14b)은 1차 가이드(13)의 후미에 설치되며, 2개가 1조를 이루고 있고, 좌우의 와인딩 보빈(14a,14b)이 모터(24)에 의하여 회전하며, 트래버스 캠(25)에 의하여 번갈아 가면서 보빈(26)의 유리섬유로빙이 감겨진다. 2차 가이드(15)의 경우에도 보빈(27)에서 풀려나는 유리섬유로빙을 수지함침조(28)에서 함침시킨 함침로빙다발이 1차 가이드(13)와 동일하게 투입되는 것이다.
2차 와인딩 보빈(14a,14b)은 1차 와인딩 보빈(12a,12b)과 동일한 형식이며, 2차 가이드(15)는 1차 가이드(13)와 동일한 형식이다. 자세한 설명은 위의 1차 와인딩 보빈(12a,12b)과 1차 가이드(13) 설명에서 하였으므로 그 자세한 설명을 생략한다.
2차 가이드(15)를 거쳐 최종적으로 함침로빙다발이 투입된 후에는 그 와인딩된 예비성형품(29)이 인발금형(30) 내로 들어가 가열에 의하여 경화되면서 성형을 완료하게 된다.
도 3은 다축으로 형성되는 인발성형기를 축부분을 기준으로 하여 평면상으로간단히 예시한 것이다. 더욱 정확하게는 다축인 경우에 트래버스 캠(18,25)의 위치와 역할을 설명하기 위한 도면이다. 이 도면에는 5개의 축이 결합되어 있는 형식이다. 하나의 축에 설치된 1차 와인딩 보빈(12a,12b)을 이루는 좌우의 와인딩 보빈 위에는 하나의 트래버스 캠(18)이 위치하고 있다. 마찬가지로 하나의 축에 설치된 2차 와인딩 보빈(14a,14b)을 이루는 좌우의 와인딩 보빈 위에도 하나의 트래버스 캠(25)이 위치하고 있다. 이들 트래버스 캠(18,25)은 전후로 이동하면서 1,2차 와인딩 보빈(12a,12b,14a,14b)의 좌우측에 번갈아가며 유리섬유로빙이 감기도록 공급하는 역할을 한다.
위와 같이 트래버스 캠(18,25)이 1,2차 와인딩 보빈(12a,12b,14a,14b)의 위에 있게 하면 평면상 4∼6개 라인의 다축으로 하나의 인발성형기를 구성할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 와인딩 보빈 내부로 맨드릴 및 수지함침된 유리섬유로빙이 진행되므로 설비의 폭을 대폭 줄일 수 있어 다축의 형성이 가능하다. 또 2개 1조의 와인딩 보빈을 번갈아가면서 사용하도록 하였기 때문에 와인딩 보빈의 착탈 없이 연속성형할 수 있다. 따라서 와인딩 보빈 2∼4개가 공정하는 종전의 방식에 비해 설치 폭이 1/4∼1/6로 좁아져 다축(4∼6개 라인)을 효과적으로 설치할 수 있는 것이다. 이로 말미암아 주어진 동일시간에 대량 생산의 효과를 볼 수 있으며, 풀와인딩공법으로 제품의 직교강도를 높여 주게 되므로 제품을 불필요하게 두껍고 무겁게 생산할 필요가 없어진다. 이에 따른 원·부재료의 절감효과도 볼 수 있다.

Claims (1)

  1. 유리장섬유에 열경화성 수지를 주성분으로 하는 매트릭스를 함침시켜 함침로빙다발을 형성하고, 1차 와인딩 보빈에 감겨진 유리섬유로빙을 상기 함침로빙다발 상에 90° 또는 45°방향으로 와인딩하는 풀와인딩작업을 행하며, 다시 새로운 함침로빙다발을 1차 가이드를 통해 진행방향으로 재첨가하고, 또 다시 2차 와인딩 보빈을 통한 풀와인딩작업과 2차 가이드를 통한 함침로빙다발의 첨가를 거치게 한 후 인발금형상에서 성형되도록 한 것에 있어서, 상기 1차 및 2차 와인딩 보빈을 각각 2개 1조로 구성하여 맨드릴 또는 함침로빙다발에 끼우고 유리섬유로빙이 맨드릴 또는 함침로빙다발과 동심(同芯)에서 90° 또는 45°로 연속해서 와인딩되도록 구성한 것을 특징으로 하는 다축 와인딩 시스템의 유리섬유강화플라스틱 인발성형기.
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