KR101445445B1 - 2 종 이상의 섬유를 이용할 수 있는 복합 재료 제조 장치 - Google Patents

Abstract

2종 이상의 섬유를 동시에 이용하여 복합재료를 제조할 수 있는 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 복합재료 제조 장치는 2종 이상의 섬유가 고분자 필름에 함침되도록 압착시켜 복합재료를 형성하는 가열 프레스와, 상기 2종 이상의 섬유를 각각 광폭으로 펼쳐서 상기 가열 프레스에 공급하는 섬유 공급부 및 상기 고분자 필름을 상기 가열 프레스에 공급하는 고분자 필름 공급부를 포함하여, 보다 다양한 복합재료의 제작 변수를 제공할 수 있고, 기존의 섬유 펼치기 방법의 장점이 서로 다른 종류의 섬유의 혼합 측면에서도 그 효과를 발휘하여 복합재료의 특성을 더욱 향상 시킬 수 있는 장점을 갖는다.

Description

2 종 이상의 섬유를 이용할 수 있는 복합 재료 제조 장치{DEVICE FOR PRODUCING COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 복합재료 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 섬유단면반경과 비중이 서로 다른 종류의 섬유들을 혼합하여 주입함으로써 무게와 강도 측면에서 성능이 우수한 복합재료를 제조할 수 있는 장치에 관한 것이다.

종래의 강화 복합재료 제작 기술은 플라스틱 수지와 한 종류의 섬유(탄소 섬유 혹은 유리 섬유 등)를 혼합하여 함침시킴으로써 이를 통해 금속과 비교하였을 때, 비슷한 강도를 유지하면서도 무게가 가벼운 재료를 개발하려는 목적으로 이용되고 있다. 복합재료의 강도와 경도 특성은 섬유의 종류와 굵기, 함침 비율에 따라서 달라진다.

종래의 복합재료는 일반적으로 한 가지 섬유를 사용하므로 이를 제작할 때 섬유의 함유율에 따른 강도와 경도, 이 두 가지 특징은 서로 상반되는 경향성을 보인다.

최근에는 한가지 섬유 종류만을 사용하는 기존의 복합재료와 달리 2 종 이상의 복수의 섬유를 이용하여 복합재료를 제작할 수 있는 장치에 관한 연구가 활발히 이루어 지고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2종 이상의 복수의 섬유를 이용하여 복합재료의 제조가 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복합재료 제조 장치는 2종 이상의 섬유가 고분자 필름에 함침되도록 압착시켜 복합재료를 형성하는 가열 프레스와 상기 2종 이상의 섬유를 각각 광폭으로 펼쳐서 상기 가열 프레스에 공급하는 섬유 공급부 및 상기 고분자 필름을 상기 가열 프레스에 공급하는 고분자 필름 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 복합재료 제조장치는 2종 이상의 섬유를 사용함으로써 보다 다양한 복합재료의 제작 변수를 제공할 수 있고, 기존의 섬유 펼치기 방법의 장점이 함침 효과의 개선뿐만 아니라 서로 다른 종류의 섬유의 혼합 측면에서도 그 효과를 발휘하여 복합재료의 특성을 더욱 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합재료 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 복합재료의 제조 장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

복합재료 제조 장치

도 1은 본 발명에 따른 복합재료 제조 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합재료 제조 장치는 2종 이상의 섬유가 고분자 필름에 함침되도록 압착시켜 복합재료를 형성하는 가열 프레스(10)와, 상기 2종 이상의 섬유를 각각 광폭으로 펼쳐서 상기 가열 프레스에 공급하는 섬유 공급부(30) 및 상기 고분자 필름을 상기 가열 프레스에 공급하는 고분자 필름 공급부(21, 22)를 포함한다.

먼저, 가열 프레스(10)는 고분자 필름 공급부에서 공급되는 고분자 필름이 상기 섬유 공급부에서 공급되는 2종 이상의 섬유에 침투되고 함침되도록 이들을 고온 압착하여 복합재료를 형성하는 구성이다.

상기 섬유 공급부(30)는 특히 2종 이상의 섬유를 공급하는 것을 특징으로 한다. 복합재료에 사용되는 섬유로는 유리 섬유, 탄소 섬유, 바잘트 섬유, 아라미드 섬유를 포함하는 유기 섬유 및 무기 섬유가 있다. 상기 섬유 공급부는 예를 들면 유리 섬유와 탄소 섬유를 각각 광폭으로 펼쳐 상기 가열 프레스(10)에 공급할 수 있다.

상기 섬유 공급부(30)는 바람직하게는 제1섬유가 권취되어 있는 제1섬유 롤(31)과 제2섬유가 권취되어 있는 제2섬유 롤(32)을 포함할 수 있다. 즉, 제1섬유로서 유리 섬유를 이용할 수 있고, 제2섬유로서 탄소 섬유를 이용할 수 있다.

또한, 상기 섬유 공급부(30)는 상기 섬유를 광폭으로 균일하게 펼치게 하는 컨벡스 바(convex bar, 41) 및 상기 섬유를 상기 컨벡스 바(42)로 안내하는 가이드 바(guide bar, 42)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 2종 이상의 섬유를 다단계의 컨벡스 바(41) 및 가이드 바(42)를 이용하여 점진적으로 광폭화하여 균일하게 펼칠 수 있는데, 사용되는 컨벡스 바(41) 및 가이드 바(42)의 수는 필요에 따라 조절될 수 있다.

상기 가이드 바(42)는 섬유 다발의 이탈을 막고 이를 컨벡스 바로 안내하는 역할을 하는 것으로, 섬유 다발과 접촉하는 중앙부는 평평하고 그 양단부 대비 들어간 형태를 가지며 섬유의 폭에 따라 조절될 수 있다.

상기 컨벡스 바(41)는 섬유 다발을 시트 형태로 균일하게 펼치는 역할을 한다.

상기 고분자 필름 공급부는 제1고분자 필름이 권취되어 있는 제1고분자 필름 롤(21)과 제2고분자 필름이 권취되어 있는 제2고분자 필름 롤(22)을 포함할 수 있다.

상기 고분자 필름 공급부를 통해 공급되는 고분자 필름은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리 에스테르, 폴리아미드 및 ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)를 포함하는 열가소성 수지가운데 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 고분자 필름은 복수 개의 일정폭의 플라스틱 테이프가 펼져진 상태에서 나란히 동일 평면에 간극 없이 배열된 것일 수 있는데, 그 폭의 합이 상기 가열된 유리섬유의 폭과 일치될 수 있다.

상기 고분자 필름은 상기 2종 이상의 섬유 상부 또는 하부에 위치할 수 있으나, 상부 및 하부 양쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 고분자 필름이 2종 이상의 섬유의 상부 및 하부에 위치하기 위해 상기 제1고분자 필름 롤(21) 및 제2고분자 필름 롤(22)은 상기 섬유 공급부를 사이에 두고 배치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 에어워셔(50)를 더 구비한 복합재료 제조 장치가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 복합재료 제조 장치는 상기 가열 프레스와 상기 섬유 공급부 사이에 위치하며, 상기 2종 이상의 섬유에 공기를 분사하는 에어워셔(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 에어워셔(50)는 상기 가열 프레스에서 섬유가 혼사되어 들어가는 부분 앞에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 에어워셔(50)는 복합재료에 묻은 먼지나 이물질을 제거하는 기능을 갖는다. 상기 에어워셔(50)를 통해서 먼지나 이물질을 제거하게 되면, 복합재료의 혼사율이 더욱 높아지며 물성이 우수한 복합재료의 제조가 가능하다.

즉, 본 발명의 복합재료 제조 장치는 상기 에어워셔(50)를 더 구비하여 더욱 물성이 우수한 복합재료를 제조할 수 있다.

도 3을 참조하면, 니들링 장치(60)를 더 구비한 복합재료 제조 장치가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 복합재료 제조 장치는 상기 가열 프레스와 상기 섬유 공급부 사이에 위치하며, 상기 2종 이상의 섬유를 니들링 처리하는 니들링 장치(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 니들링 장치(60)는 상기 가열 프레스에서 섬유가 혼사되어 들어가는 부분 앞에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 니들링 장치(60)는 가열 프레스로 삽입되는 복합재료를 니들링처리하여 줌으로써 2종 이상의 섬유의 혼사율을 최대한으로 높일 수 있는 기능을 갖는다. 상기 니들링 장치(60)를 통해서 복합재료의 혼사율을 높이면 더욱 물성이 우수한 복합재료의 제조가 가능하다.

즉, 본 발명의 복합재료 제조 장치는 상기 니들링 장치(60)를 더 구비하여 더욱 물성이 우수한 복합재료를 제조할 수 있다.

도면 상에 도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 복합재료 제조 장치는 상기 에어워셔(50)와 니들링 장치(60)를 모두 구비할 수도 있다.

본 발명에 따른 복합재료 제조 장치는 가열 프레스를 통해 압착된 복합재료를 일정온도로 냉각하는 냉각 프레스(미도시)를 더포함할 수 있다. 이때, 상기 가열 프레스(10)와 냉각 프레스는 고온 압착 및 저온 냉각이 연속 공정으로 이루어질 수 있도록 하기 위해 최대한 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 제조 장치는 압축 프레스(및 냉각 프레스)를 통과한 복합재료를 규격에 맞도록 절단하는 절단 유닛(미도시)을 포함할 수 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 복합재료의 제조 장치를 이용하여 2종 이상의 섬유가 포함된 복합재료를 제조할 경우, 보다 다양한 복합재료 제작 변수를 제공할 수 있고, 기존의 섬유 펼치기 방법의 장점이 함침 효과 개선뿐만 아니라 서로 다른 종류의 섬유의 혼합 측면에서도 그 효과를 발휘하여 복합재료의 특성을 더욱 향상 시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 혼합 법칙과 부피 비중을 고려하여 2종 이상의 섬유가 갖는 단면반경과 복합재료 제작조건을 결정함으로써 복합재료의 특성을 보다 높은 수준에서 최적화 시킬 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하며, 다만 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

[실시예1]

실시예에서는 유리섬유와 탄소섬유를 각각 제1섬유 제2섬유로 하여 본 발명에 따른 복합재료 제조 장치에 적용하였다.

상기 유리섬유와 탄소섬유 다발은 각각 폴리프로필렌 수지에 적합하도록 사이징 처리된 것을 사용하였다. 초기 각 섬유 다발은 약 5 mm 폭을 가지고 있으며, 이들은 가이드 바와 컨백스 바를 거쳐 약 25 mm의 폭으로 광폭화되었다.

상기 섬유들을 공급하는 섬유 공급부의 상부 및 하부에 위치한 고분자 필름 공급부에서는 상기 섬유들을 상부 및 하부에서 덮을 수 있는 고분자 필름이 공급된다. 상기 고분자 필름은 커플링제로 가교처리된 폴리프로필렌을 사용하였다.

상기 유리섬유 및 탄소섬유와 이들을 덮고 있는 폴리프로필렌 필름이 적층되어 가열 프레스로 이동하고, 가열 프레스에서는 상기 섬유들과 고분자 필름의 적층체가 가열 압착되었다. 본 발명의 장치를 이용하여 상기와 같은 일련의 과정을 거쳐 2종 이상의 섬유가 사용된 복합재료를 제조하였다.

[실시예2]

상기 실시예 1에 사용된 복합재료 제조 장치에서 가열 프레스와 섬유 공급부 사이에 에어워셔를 더 장착하고 복합재료를 제조하였다.

[실시예3]

상기 실시예 1에 사용된 복합재료 제조 장치에서 가열 프레스와 섬유 공급부 사이에 에어워셔 및 니들링 장치를 더 장착하고 복합재료를 제조하였다.

[비교예1]

본 발명의 복합재료 제조 장치와 달리 1종의 섬유가 사용되는 기존의 장치를 이용하여, 탄소섬유를 이용한 복합재료를 제조하였다.

상기 실시예 1~3과 비교예1을 통해 제조된 복합재료의 인장강도와 굴곡강도를 평가한 결과, 실시예 1~3을 통해 제조된 복합재료의 물성이 상대적으로 매우 우수하게 평가되었다.

즉, 본 발명에 따른 장치를 통해 제조된 복합재료는 2종 이상의 섬유가 포함되어, 기존의 복합재료와는 달리 다양한 제작 변수의 제공이 가능하다. 또한, 기존의 섬유 펼치기 방법의 장점이 수지 함침 효과의 개선뿐만 아니라 서로 다른 종류의 섬유의 혼합 측면에서도 그 효과를 발휘되는 것이 본 실시예를 통해 확인되었다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

10 : 가열 프레스
21 : 제1고분자 필름 롤
22 : 제2고분자 필름 롤
30 : 섬유 공급부
31 : 제1섬유 롤
32 : 제2섬유 롤
41 : 컨벡스 바
42 : 가이드 바
50 : 에어워셔
60 : 니들링 장치

Claims (8)

1. 2종 이상의 섬유가 고분자 필름에 함침되도록 압착시켜 복합재료를 형성하는 가열 프레스;
   상기 2종 이상의 섬유를 각각 광폭으로 펼쳐서 상기 가열 프레스에 공급하는 섬유 공급부; 및
   상기 고분자 필름을 상기 가열 프레스에 공급하는 고분자 필름 공급부;를 포함하고,
   상기 가열 프레스와 상기 섬유 공급부 사이에 위치하며,
   상기 2종 이상의 섬유를 니들링 처리하는 니들링 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 제조 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 섬유 공급부는
   제1섬유가 권취되어 있는 제1섬유 롤과 제2섬유가 권취되어 있는 제2섬유 롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 제조 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 섬유 공급부는
   상기 섬유를 광폭으로 균일하게 펼치게 하는 컨벡스 바(convex bar); 및
   상기 섬유를 상기 컨벡스 바(convex bar)로 안내하는 가이드 바(guide bar);를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 제조 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 고분자 필름 공급부는
   제1고분자 필름이 권취되어 있는 제1고분자 필름 롤과 제2고분자 필름이 권취되어 있는 제2고분자 필름 롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 제조 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1고분자 필름 롤 및 제2고분자 필름 롤은
   상기 섬유 공급부를 사이에 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합재료 제조 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 가열 프레스와 상기 섬유 공급부 사이에 위치하며,
   상기 2종 이상의 섬유에 공기를 분사하는 에어워셔;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 제조 장치.
   
7. 삭제
8. 제1항 내지 제6항 가운데 어느 한 항에 기재된 복합재료 제조 장치를 통해 제조되어, 2종 이상의 섬유를 포함하는 복합재료.
   
   
   

Images