KR101180504B1 - 탄소섬유의 개섬장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소섬유의 개섬장치의 개섬장치에 관한 것으로, 두께를 갖는사각판상의 개섬유니트와; 상기 개섬유니트의 폭방향으로 일정간격을 두고 다수 형성됨과 동시에 상기 개섬유니트의 길이방향으로 관통하여 형성된 탄소섬유 통과용 개섬통로와; 상기 개섬통로와 연통되고, 상기 개섬유니트의 상단면 또는 하단면에 형성되며, 압축공기를 공급받을 수 있도록 형성된 공기주입포트와; 상기 개섬통로들을 서로 연결하면서 상기 개섬유니트의 양측면을 통해 외부와 연통되게 형성되어 상기 개섬통로 내부로 공급된 압축공기의 일부를 배출시키는 벤트와; 상기 개섬유니트의 입구측과 출구측에 각각 설치되어 상기 탄소섬유를 상기 개섬통로로 안내하는 롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 개섬장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 섬유의 장력 조절과 유지가 용이하여 개섬하기 쉽고, 롤러 수가 최소 2개로 구성되어 속도의 영향을 줄임으로써 섬유와 롤러 사이의 마찰을 최소화시킬 수 있어 보풀 발생이 극소화되어 제품의 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

탄소섬유의 개섬장치{FIBER OPENING APPARATUS OF CARBON FIBER}

본 발명은 탄소섬유의 개섬장치의 개섬장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유 속을 균일한 상태로 얇고 폭넓게 개섬할 수 있도록 한 탄소섬유의 개섬장치에 관한 것이다.

일반적으로, 개섬(Opening)은 방적의 혼타면 공정에서 섬유의 덩어리를 푸는 것을 말한다.

그리고, 잘알려진 바와 같이, 탄소섬유 등의 강화섬유와, 에폭시 수지 등의 매트릭스 수지를 포함하는 섬유강화 복합재료는 무게가 가볍고 기계적 강도와 내 부식성이 우수하므로 비행기 우주로켓의 제조에도 사용될 뿐만 아니라 낚시대, 골프채 및 산업용 기계의 구조부품 등과 같은 일반 수요자용 제품에도 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 섬유강화 복합재료로 만들어진 제품과 부품들을 제조하고, 요구되는 형태로 만들기 위해 상기 섬유강화 복합재료는 일반적으로 상기 강화섬유들로 만들어진 사전함침 시트의 섬유 성분들간에 매트릭스 수지가 함침되는 조건하에서 제공되며, 최근의 그러한 제품들과 무거운 건조물의 경량화에 대한 기대 때문에 사전함침 시트의 균일 밀도와 두께에 대한 개선이 추구되고 있다.

이때, 균일한 밀도와 더 작은 두께를 갖는 사전함침 시트는 얇고 가벼운 모양의 제품을 대량생산할 수 있게 할 뿐만 아니라 섬유가 일축 방향으로 배열되어 있는 사전함침 시트가 겹겹이 라미네이트 될 수 있도록 해주며, 각각의 시트의 방향이 서로에 대해 수평하게, 수직하게, 대각선방향으로 옮겨 놓아 복합 사전함침 시트를 얻을 수 있게 해준다.

이러한 복합 사전함침 시트로부터 만들어지는 물건의 생산은 그러한 물건의 파열강도를 대단히 향상시킬 수 있다.

따라서, 각 산업계에서는 섬유가 가로로 평행하게 배열되어 있고 밀도가 균일하게 분포되어 있는 더 얇은 개섬 섬유시트의 합리적인 제조기술이 수립될 것을 매우 기대하고 있다.

그런데, 지금까지 알려진 탄소섬유 개섬 기술은, 일본공개특허 제2006-257593호, 제2006-297889호 등에 나타나 있듯이, 일정속도로 섬유를 공급하고 축방향에 진동시킨 환형봉 또는 회전볼을 여러개 통과시켜 개섬하는 방법, 섬유에 일정한 장력을 부여한 상태에서 자유 회전롤 상에 통과시키면서 하나의 롤러를 진동시켜 개섬하는 방법, 탄소섬유 속을 미리 예열하고 진동 플랫 자유회전롤과 플랫 레이스회전롤의 편성에 따른 개섬 방법 등과 같이 다양하게 개시되고 있으나 개섬에 필요한 롤러가 다수 요구되고 있고, 이로 인해 섬유 마찰이 커져 품질이 저하되는 단점이 있어 왔다.

이는 개섬시 가장 중요한 인자로 장력과 속도를 들 수 있는데, 적정 장력이 가해지지 않으면 섬유를 개섬시키기 어렵고, 속도가 너무 빠르면 마찰이 증가되어 섬유에 보풀이 발생되며, 이에 따라 품질이 저하되기 때문이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 공기 분사방식을 이용하여 개섬에 필요한 롤러 개수를 최소화하면서 개섬시 가장 중요한 인자인 장력과 속도 조건을 모두 충족시킬 수 있고, 나아가 이들의 조절도 용이하게 한 탄소섬유의 개섬장치를 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 두께를 갖는사각판상의 개섬유니트와; 상기 개섬유니트의 폭방향으로 일정간격을 두고 다수 형성됨과 동시에 상기 개섬유니트의 길이방향으로 관통하여 형성된 탄소섬유 통과용 개섬통로와; 상기 개섬통로와 연통되고, 상기 개섬유니트의 상단면 또는 하단면에 형성되며, 압축공기를 공급받을 수 있도록 형성된 공기주입포트와; 상기 개섬통로들을 서로 연결하면서 상기 개섬유니트의 양측면을 통해 외부와 연통되게 형성되어 상기 개섬통로 내부로 공급된 압축공기의 일부를 배출시키는 벤트와; 상기 개섬유니트의 입구측과 출구측에 각각 설치되어 상기 탄소섬유를 상기 개섬통로로 안내하는 롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 개섬장치를 제공한다.

이때, 상기 개섬유니트는 상판과 하판으로 분리되어 상호 조립되게 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 공기주입포트는 상기 개섬통로 보다 상대적으로 작은 직경을 갖고 좁게 형성된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 탄소섬유에 걸리는 장력은 상기 롤러의 상호 회전속도 차이를 조절하는 것에 의해 공정속도에 맞도록 제어되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 섬유의 장력 조절과 유지가 용이하여 개섬하기 쉽고, 롤러 수가 최소 2개로 구성되어 속도의 영향을 줄임으로써 섬유와 롤러 사이의 마찰을 최소화시킬 수 있어 보풀 발생이 극소화되어 제품의 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유 개섬장치를 보인 개략적인 개념도이다.
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유 개섬장치를 보인 개략적인 개념도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유 개섬장치는 탄소섬유 개섬(100) 개섬에 필요한 최소 갯수의 롤러(110,120)만을 포함하여 구성된 것에 큰 특징이 있다.

또한, 본 발명에서는 종래 개시된 기술들처럼 진동, 복수의 롤러를 이용한 방식이 아니라 압축공기를 이용하고 있다는 점도 큰 특징 중 하나이다.

정리하자면, 본 발명에 따른 탄소섬유 개섬장치는 섬유의 장력을 조절할 수 있는 속도제어용 롤러(110,120)를 입구와 출구에 설치하여 개섬이 유리한 적정 장력을 공정속도에 맞게 쉽게 조절할 수 있도록 구성된 점과, 압축공기를 주입할 수 있는 주입공기시스템(후술되는 개섬유니트(200))을 갖추어 공기 분사를 통한 개섬 효과를 얻도록 구성된 점이 그 주된 특징이라 할 수 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 탄소섬유 개섬장치는 개섬유니트(Opening Unit)(200)를 포함한다.

이때, 상기 개섬유니트(200)는 다수의 탄소섬유(100), 다시 말해 탄소 다발이 통과될 수 있도록 도 2에 확대 도시된 바와 같이, 여러개의 개섬통로(210)를 갖는다.

이 경우, 상기 개섬통로(210)는 상기 개섬유니트(200)의 길이방향으로 형성되며, 이를 위해 상기 개섬유니트(200)는 직사각형상의 두께를 갖는 판형으로 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 개섬유니트(200)의 탄소섬유(100) 입구측과, 출구측에는 각각 롤러(110,120)가 설치되는데, 상기 롤러(110,120)는 입구측과 출구측에만 설치되어 있기 때문에 양자의 회전속도를 제어하는 것을 통해 탄소섬유(100)에 걸리는 장력을 쉽게 조절할 수 있게 된다.

따라서, 기존처럼 롤러의 개수가 너무 많이 어려웠던 장력 조절을 아주 쉽게 할 수 있어 공정속도에 맞춰 개섬을 유리하게 하면서 마찰을 최소화시킬 수 있어 보풀 발생이 억제되어 제품의 품질도 향상시킬 수 있게 된다.

아울러, 상기 개섬유니트(200)의 개섬통로(210)는 개섬유니트(200)의 상면에 형성된 공기주입포트(220)와 연통되어 공급된 압축공기가 주입될 수 있도록 구성된다.

이때, 상기 탄소섬유(100)가 위치된 개섬통로(210)가 넓고, 이로부터 공기주입포트(220)로 갈수록 입구가 좁아지다가 일정 직경을 갖는 형태로 상기 공기주입포트(220)가 형성됨이 바람직한데, 이는 압축공기의 분사시 그 분사압에 의해 개섬 효과를 더욱 높일 수 있도록 하기 위함이다.

즉, 좁은 공간을 통해 고압의 공기가 빠르게 이동하다가 순간적으로 넓은 공간에서 확 퍼지면서 내부에 존재하는 탄소섬유(100)를 더 쉽게 개섬하도록 하기 위함이다.

여기에서, 상기 공기주입포트(220)는 개섬유니트(200)의 상부인 상판에 형성하는 것으로 국한되지 않고, 반대로 개섬유니트(200)의 하부인 하판에 형성할 수도 있음은 물론이다.

그리고, 상기 개섬통로(210)들 끼리는 벤트(Vent)(230)를 통해 개섬유니트(200) 외부와 연통되게 구성함으로써 고압분사된 압축공기가 상기 개섬통로(210)로 유입된 다음 상기 벤트(230)를 통해 배출되면서 더욱 더 원활한 개섬을 유도하게 된다.

뿐만 아니라, 상기 개섬유니트(200)는 상하로 분할되게 형성하여 상호 조립설치하도록 구성되면 분리와 조립이 더욱 용이하여 작업효율을 높일 수 있다.

이때, 상기 개섬통로(210)는 상기 개섬유니트(200)의 폭방향으로 일정간격을 두고 다수개(도시된 예시 도면에는 4개가 형성되어 있음) 형성되고, 이와 동시에 길이방향으로 관통하도록 길게 형성되어 있어 탄소섬유(100)를 다발로 탄소섬유속을 개섬하는데 적당하다.

덧붙여, 경우에 따라서는 상기 개섬통로(210)를 진행하는 탄소섬유(100)에 일정한 진동을 가하거나 혹은 상기 개섬통로(210) 통과 전에 가열챔버 등을 거치도록 하여 미리 일정한 온도로 예열되게 함으로써 개섬 효율을 더욱 증진시킬 수도 있을 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 탄소섬유 개섬장치는 개섬유니트(200)의 입구와 출구에만 최소한의 롤러(110,120)를 설치하기 때문에 구성이 단순화되어 설치와 제어가 쉽고, 무엇보다도 두 롤러(110,120) 간의 속도차를 간단히 조절하는 것에 의해 탄소섬유(100)에 걸리는 장력을 쉽게 조절할 수 있어 공정속도에 맞춰 개섬하기 적당하다는 장점을 가진다.

뿐만 아니라, 롤러(110,120)의 갯수가 줄어든 만큼 롤러(110,120)와의 마찰이 줄어 들게 되므로 마찰에 의한 보풀 현상도 극소화된다.

나아가, 다수의 롤러가 아닌 압축공기를 이용하여 특정한 밀폐공간 내에서 주입되는 공기압에 의해 개섬이 이루이지므로 보다 균일하고 얇은 개섬이 가능하고, 공기압 조절을 통해 개섬 정도도 조절할 수 있어 매우 고효율적이다.

100 : 탄소섬유 110,120 : 롤러
200 : 개섬유니트 210 : 개섬통로
220 : 공기주입포트 230 : 벤트

Claims (4)

1. 두께를 갖는사각판상의 개섬유니트(200)와;
   상기 개섬유니트(200)의 폭방향으로 일정간격을 두고 다수 형성됨과 동시에 상기 개섬유니트(200)의 길이방향으로 관통하여 형성된 탄소섬유(100) 통과용 개섬통로(210)와;
   상기 개섬통로(210)와 연통되고, 상기 개섬유니트(200)의 상단면 또는 하단면에 형성되며, 압축공기를 공급받을 수 있도록 형성된 공기주입포트(220)와;
   상기 개섬통로(210)들을 서로 연결하면서 상기 개섬유니트(200)의 양측면을 통해 외부와 연통되게 형성되어 상기 개섬통로(210) 내부로 공급된 압축공기의 일부를 배출시키는 벤트(230)와;
   상기 개섬유니트(200)의 입구측과 출구측에 각각 설치되어 상기 탄소섬유(100)를 상기 개섬통로(210)로 안내하는 롤러(110,120)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 개섬장치.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 개섬유니트(200)는 상판과 하판으로 분리되어 상호 조립되게 구성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 개섬장치.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 공기주입포트(220)는 상기 개섬통로(210) 보다 상대적으로 작은 직경을 갖고 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 개섬장치.
   
4. 청구항 1에 있어서;
   상기 탄소섬유(100)에 걸리는 장력은 상기 롤러(110,120)의 상호 회전속도 차이를 조절하는 것에 의해 공정속도에 맞도록 제어되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 개섬장치.

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