KR101953609B1 - 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열가소성 복합체의 재질적인 특징을 이용하여 가열/가압만으로 변사처리를 완료할 수 있는 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법은, 열가소성 필름 위에 유리섬유 다발을 균일하게 펼치는 분산단계와, 펼쳐진 유리섬유 위에 열가소성 필름을 덮고 열을 가해 접합체를 제조하는 접합단계와, 접합체를 경사와 위사로 공급하여 복합체를 직조하는 직조단계와, 직조된 복합체의 폭 방향 양단부를 길이방향을 따라 소정 간격으로 열융착하는 변사단계 및 열융착된 복합체를 롤 형상으로 권취하는 와인딩단계를 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법은, 열가소성 필름 위에 유리섬유 다발을 균일하게 펼치는 분산단계와, 펼쳐진 유리섬유 위에 열가소성 필름을 덮고 열을 가해 접합체를 제조하는 접합단계와, 접합체를 경사와 위사로 공급하여 복합체를 직조하는 직조단계와, 직조된 복합체의 폭 방향 양단부를 길이방향을 따라 소정 간격으로 열융착하는 변사단계 및 열융착된 복합체를 롤 형상으로 권취하는 와인딩단계를 포함한다.
Description
본 발명은 열가소성 복합체의 재질적인 특징을 이용하여 가열/가압만으로 변사처리를 완료할 수 있는 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법에 관한 것이다.
2종 이상의 서로 다른 소재를 이용하여 새로운 기능의 발현을 가능하게 하는 복합재료는 경량화는 물론 높은 비강도와 비탄성화 및 강화된 기계적 성질의 유지를 그 주된 목적으로 하며, 항공기나 선박, 자동차부품, 정밀, 전기, 전자부품 등 제품의 강도와 강성 및 내구성 등의 특성을 요구하는 각 산업분야에 널리 활용되고 있다.
특히, 연속섬유강화 열가소성 복합재료(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic ; CFRT)는 금속 성형방법과도 같은 스탬핑 성형공법이 적용될 수 있는 관계로 생산성이 높고, 디자인 자유도가 금속보다 우수하다는 장점을 가지므로 각종 산업분야에서 채용이 확산되고 있다.
연속섬유강화 열가소성 복합재료는, 연속섬유 다발에 열가소성 수지를 함침시켜 원사 형상의 복합체로 제조한 후 제조된 복합체를 이용하여 직조하고, 직조가 완료된 복합체를 액상의 열가소성수지에 투입하여 열과 압력을 가해 판상의 시트 형상으로 제조하게 된다.
이러한 일련의 과정은 연속적으로 이루어지지 않고 각 단계별로 나뉘어 진행되는 것이 일반적이며, 직조된 직물은 롤 형상으로 권취되어 보관/이동된 후 필요할 때 마다 필요한 양만큼 권출 및 절취하여 다음 공정에 투입하게 된다.
즉, 경사 (날실; 세로 방향으로 놓인 실)와 위사 (씨실; 가로 방향으로 놓인 실)를 상하 교대로 교차시켜 소정의 면적을 가지는 직물을 연속적으로 직조함과 동시에 와인딩롤러를 이용하여 롤 형상으로 권취하고, 일정량만큼 권취가 완료되면 직물을 절단한 후 새로운 와인딩롤러로 교체하여 새로운 롤을 권취한다.
이렇게 롤 형상으로 제조된 직물의 경우 가장자리('변'이라 함 ; Selage)의 경사와 위사가 끊어진 상태로 노출되는데, 느슨해지거나 풀리지 않고 후공정에 견딜 수 있도록 하기 위해 변사처리를 하게 된다.
일반적으로 변사처리라 함은 지그재그 방식으로 실을 엮어 롤이 풀리지 않도록 하는 것인데, 연속섬유강화 열가소성 복합재료 역시 직조 후 와인딩롤러를 이용하여 권취하기 전에 변사처리를 진행하게 된다.
특히, 연속섬유강화 열가소성 복합재료를 이용하여 제조된 테잎직물(위사와 경사의 폭이 20mm 이상이면 '테잎직물'이라 함)의 경우 위사와 경사 사이에 마찰력이 거의 없어 매우 쉽게 풀리고, 원사의 폭이 넓어 복원력이 강하다 보니 롤 형상을 유지하지 못하고 풀리려는 문제점이 있어 변사처리가 필수적으로 이루어 진다.
그러나 테잎직물과 같이 폭이 넓고 표면이 매끄러운 직물에 실을 이용하여 변사처리를 할 경우 이송/보관 과정 중 지그재그로 엮여 있던 실 중 일부가 엮여 있는 상태를 유지하지 못하고 쉽게 풀리는 문제가 있고, 일부가 이탈될 경우 그 부분이 다른 곳에 걸려 나머지 부분도 풀리는 문제가 있다.
또한, 롤 단위로 권취되어 있는 테잎직물 복합체를 후공정에 적용할 때 필요한 만큼만 잘라 사용하게 되는데, 폭 방향으로 양단부를 따라 변사처리가 되어 있기 때문에 폭 방향 전체가 아닌 일부분 만을 잘라 사용하게 되면 나머지 부분이 직물 형태를 유지하지 못하고 풀어지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는, 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법에 관한 것으로서, 열가소성 복합체의 재질적인 특징을 이용하여 가열/가압만으로 변사처리를 완료할 수 있는 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법은, 열가소성 필름 위에 유리섬유 다발을 균일하게 펼치는 분산단계와, 펼쳐진 유리섬유 위에 열가소성 필름을 덮고 열을 가해 접합체를 제조하는 접합단계와, 접합체를 경사와 위사로 공급하여 복합체를 직조하는 직조단계와, 직조된 복합체의 폭 방향 양단부를 길이방향을 따라 소정 간격으로 열융착하는 변사단계 및 열융착된 복합체를 롤 형상으로 권취하는 와인딩단계를 포함한다.
본 발명은 하기와 같은 다양한 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 연속섬유강화 열가소성 복합체의 재질적인 특성을 이용하여 변사처리를 하므로 제조비용을 절감할 수 있다.
둘째, 본 발명은 실을 이용하여 변사처리를 하지 않기 때문에 이송/보관 중 주변에 실이 걸려 연속적으로 풀어지는 문제점을 해결할 수 있다.
셋째, 본 발명은 복합체의 길이방향 뿐만 아니라 폭 방향으로도 소정 간격의 융착부를 형성하여 사용자가 복합체의 일부만 잘라 사용하여도 나머지 부분이 풀리지 않는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 실, 테이프 등을 이용하여 변사처리를 하지 않고 열융착을 통해 변사처리를 하므로 매우 깔끔한 외관을 유지할 수 있어 상품성이 매우 뛰어나다.
도 1은 본 발명에 따른 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법의 순서도이다.
도 2는 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법을 통해 제조된 복합체의 실제 제품을 나타낸 사진이다.
도 3 및 도 4는 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법을 통해 형성된 융착부를 나타낸 사진이다.
도 2는 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법을 통해 제조된 복합체의 실제 제품을 나타낸 사진이다.
도 3 및 도 4는 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법을 통해 형성된 융착부를 나타낸 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하며, 배경기술 및 이미 설명한 구성의 도면번호는 특별한 언급이 없다면 동일하게 적용된다.
또한, 본 발명의 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법에 관한 설명은 바람직한 실시예로서, 그 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 각 구성에 대한 형상 및 크기 등은 대표적인 실시예를 나타낸 것일 뿐 고정된 것이 아니고, 동일/유사한 효과를 구현할 수 있다면 다양하게 변경 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법은, 분산단계(S100), 접합단계(S200), 직조단계(S300), 변사단계(S400), 와인딩단계(S00) 및 마감단계(S600)를 포함한다.
분산단계(S100)는 열가소성 필름 위에 유리섬유 다발을 균일하게 펼치는 단계이다. 유리섬유 다발은 통상 연속섬유강화 복합체(플라스틱)에 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 화학적 결합력을 높이기 위해 사이징 처리된 유리섬유를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 유리섬유의 직경은 작을수록 좋으나 통상 15 내지 20 마이크로미터 수준의 것을 적용하는 것이 바람직하다. 유리섬유 다발은 볼록 바(convex bar) 및 안내 바(guide bar)를 이용하여 점진적으로 광폭화하여 균일하게 펼칠 수 있으며, 사용되는 볼록 바 및 안내 바의 수는 필요에 따라 조절될 수 있다.
안내 바는 유리섬유 다발의 이탈을 막고 볼록 바로 안내하는 역할을 하며, 볼록 바는 유리섬유 다발을 시트 형태로 균일하게 펼치는 역할을 하며, 유리섬유 다발은 후술하는 접합단계(S200)를 위해 열가소성 필름 위에 균일하게 펼쳐진다.
접합단계(S200)는 펼쳐진 유리섬유 위에 열가소성 필름을 덮고 열을 가해 접합체를 제조하는 단계이다.
이러한 접합단계(S200)는 열가소성 필름 - 유리섬유 다발 - 열가소성 필름의 순서로 적층된 상태에서 120℃~280℃의 온도범위로 가열함과 동시에 상하 방향으로 압착하며, 가열/가압에 의해 한 쌍의 열가소성 필름이 녹으면서 유리섬유 다발을 내부에 수용한 상태로 서로 접합된다.
한편 열가소성 필름은 하나의 면으로 형성되는 것도 가능하지만 다층구조로 적층 가능하도록 다수 개의 절첩선이 일정 간격으로 형성될 수 있다.
즉, 열가소성 필름의 표면에 형성된 절첩선을 기준으로 접거나 펼 수 있어 지그재그 형태의 다층으로 접는 것이 가능하다.
이러한 다층 구조는 접합단계(S200)를 실시할 때 펼쳐진 유리섬유 다발 위에 열가소성 필름을 덮은 후 다층으로 접어 가열/가압 하므로 다층의 접합체를 제조하는 것도 가능하고, 단층의 접합체를 제조한 후 다층으로 접어 다시 한번 가열/가압하므로 다층의 접합체를 제조하는 것도 가능하다.
접합체의 제조시 폭을 20mm 이상이 되도록 제조하면 후술하는 직조단계(S300)를 통해 테잎직물 복합체(1)를 제조할 수 있다.
직조단계(S300)는 접합단계(S200)를 통해 제조된 접합체를 경사(10)와 위사(20)로 공급하여 복합체(1)를 직조하는 단계이다.
이러한 직조단계(S300)는 별도의 직조장치를 통해 이루어지며, 길게 형성된 다수의 접합체를 직조장치에 공급하면 직조장치에서 세로 방향의 경사(10)와 가로 방향의 위사(20)를 상하 교대로 교차시켜 소정의 폭을 갖는 직물을 연속적으로 직조한다.
변사단계(S400)는 직조된 복합체(1)의 폭 방향 양단부를 길이방향을 따라 소정 간격으로 열융착하는 단계로 직조단계(S300)와 연속하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 변사단계(S400)는 기존의 실을 이용한 변사처리가 아닌 열가소성 필름의 특성을 이용하여 별도의 실 없이 가열/가압만으로 변사를 실시한다.
즉, 직조단계(S300)를 통해 제조된 접합체는 위사(20)와 경사(10)로 적용되어 교차하게 되는데, 이때 접합체의 표면은 열가소성 필름으로 이루어지기 때문에 교차하는 부분 역시 경사(10)와 위사(20) 각각의 열가소성 필름이 교접하게 된다.
따라서, 경사(10)와 위사(20)가 접하는 부분을 상측과 하측에서 가열/가압하면 단순히 지그재그 형상으로 교차만 하던 경사(10)와 위사(20)의 표면이 녹으면서 융착되어 융착부(30)가 형성된다.
상술한 직조단계(S300)를 통해 제조되는 복합체(1)는 연속적으로 제조되고 후술하는 와인딩단계(S00)를 통해 와인딩롤러에 권취되므로 경사(10)와 위사(20)를 열융착하는 변사단계(S400)는 직조단계(S300)와 와인딩단계(S00) 사이에서 실시된다.
그리고 직조되는 복합체(1)는 와인딩롤러에 권취될 수 있도록 매우 길게 연속적으로 제조되기 때문에 변사효과를 극대화 하기 위해서는 도 2와 같이 직조된 복합체(1)의 폭 방향 양단부를 길이방향을 따라 소정 간격으로 열융착하는 것이 바람직하다.
경사(10)와 위사(20)를 열융착 할 때는 폭 방향 양단부를 길이방향을 따라 전체적으로 열융착 할 경우 전기세 등의 제조비용이 매우 증가하게 되어 제품의 단가가 크게 증가하는 부작용이 생긴다.
따라서 전체적으로 열융착하는 것이 아닌 소정 간격으로 열융착하는 것이 바람직하며, 도 3 및 도 4와 같이 스팟 융착을 실시하여 점 형상의 융착부를 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 양단부가 열융착된 복합체(1)는 길이뿐만 아니라 폭 역시 다양하게 제조될 수 있는데, 추후 복합체(1)를 사용하고자 하는 사람이 폭 방향 전체에 대해 사용할 수도 있지만 작은 크기의 복합체(1)가 필요할 경우 일부만을 잘라서 사용할 수도 있다.
이러한 경우 권취되어 있는 복합체(1)의 끝단 양단부 중 잘리지 않은 일단부는 융착된 상태를 유지하지만 잘려진 부분은 융착부가 없게 된다. 즉, 사용자가 일부만 잘라서 사용할 경우 남아 있는 부분의 일단에 융착부가 없기 때문에 해당 부분부터 풀어지게 되고, 복합체(1)가 직물 형상을 유지하지 못하게 된다.
따라서, 복합체(1)의 양단부 길이방향을 따라 소정 간격으로 열융착하는 것뿐만 아니라 폭 방향을 따라서도 소정 간격으로 열융착 할 수 있다. 일 예로 양단부에 길이방향을 따라 10cm 간격으로 열융착을 실시할 때 폭 방향을 따라서 8cm 간격으로 융착부를 형성할 수 있다.
이때 폭 방향 열융착 간격은 폭 방향 길이를 소정 등분으로 나눠 결정하는 것이 바람직하다.
이러한 변사단계(S400)는 직조된 복합체(1)의 상측과 하측에서 동시에 가열/가압할 수 있는 한 쌍의 융착롤을 이용해 실시할 수 있다. 한 쌍의 융착롤은 복합체(1)의 길이보다 길게 형성되어 서로 마주보며 이격되어 위치하고, 한 쌍의 융착롤 사이로 직조된 복합체(1)가 통과한다. 융착롤의 표면에는 다수의 가압돌기가 소정 간격으로 형성되며 한 쌍의 융착롤 사이로 복합체(1)가 지나갈 때 가압돌기에 의해 복합체(1)의 상하면이 접촉 가압된다.
가압돌기는 전원 공급시 열을 발생시키며, 직조된 복합체(1)의 경사(10)와 위사(20)가 교차하는 부분이 마주보는 가압돌기에 의해 가열/가압됨으로써 복합체(1)의 길이방향 및 폭 방향을 따라 소정 간격으로 열융착 된다.
이때 가압돌기에서 발생시키는 온도는 열가소성 필름의 종류에 따라 설정 가능하다. 일 예로 PP(polypropylene)는 170℃~180℃ 사이에서 녹기 시작하므로 가열온도는 175℃ 정도가 적합하며, PA(polyamide resin)는 220℃~230℃ 사이에서 녹기 시작하므로 가열온도는 225℃ 정도가 적합하다. 또한 PET(polyethylene terephthalate)는 250℃에서 녹기 시작하므로 가열온도는 255℃ 정도가 적합하다.
와인딩단계(S00)는 열융착이 완료된 복합체(1)를 와인딩롤러를 이용하여 롤 형상으로 권취하는 단계이며, 직조단계(S300) 및 변사단계(S400)와 연속적으로 실시하는 것이 바람직하다.
마감단계(S600)는 와인딩단계(S00)가 완료된 후 복합체(1)의 길이방향 끝단부를 잘라 권취된 복합체(1)의 표면에 열융착하는 단계이다.
이러한 마감단계(S600)는 와인딩롤러에 복합체(1)가 일정량만큼 권취되면 와인딩롤러의 회전을 정지시킨 후 이루어지는 것이 바람직하며, 복합체(1)의 일단을 잘랐기 때문에 잘려진 끝단부는 권취되어 있는 복합체(1)의 표면에 붙어있지 않고 풀어지려고 하게 된다.
따라서 권취된 복합체(1) 롤이 이송/보관을 위해 풀어지지 않고 롤 형상을 유지하도록 하기 위해서는 잘려진 끝단을 복합체(1) 롤의 표면에 부착시키는 것이 바람직하다.
기존에는 테이프 등을 이용하여 잘려진 끝단을 복합체(1) 롤의 표면에 부착시켰지만 본 발명에서는 잘려진 끝단을 열융착하여 복합체(1) 롤의 표면에 부착시킨다.
이러한 마감단계(S600)시 복합체(1) 롤은 권취된 상태이기 때문에 하측 방향에서 가열/가압하는 것은 불가능하다. 따라서 복합체(1) 롤의 상측 방향에서만 융착롤을 이용해 가열/가압하면 권취된 복합체(1) 롤의 표면이 잘려진 끝단을 지지해주기 때문에 융착 가능하다.
1 : 복합체 10 : 경사
20 : 위사 30 : 융착부
S100 : 분산단계 S200 : 접합단계
S300 : 직조단계 S400 : 변사단계
S500 : 와인딩단계 S600 : 마감단계
20 : 위사 30 : 융착부
S100 : 분산단계 S200 : 접합단계
S300 : 직조단계 S400 : 변사단계
S500 : 와인딩단계 S600 : 마감단계
Claims (5)
- 열가소성 필름 위에 유리섬유 다발을 균일하게 펼치는 분산단계;
펼쳐진 유리섬유 위에 열가소성 필름을 덮어 열가소성 필름 - 유리섬유 다발 - 열가소성 필름의 순서로 적층된 상태에서 120℃~280℃의 온도범위로 가열함과 동시에 가압함으로써 한 쌍의 열가소성 필름이 녹으면서 유리섬유 다발을 내부에 수용한 상태이고 20㎜이상의 폭을 갖는 테잎 형태의 접합체를 제조하는 접합단계;
접합체를 경사와 위사로 공급하여 복합체를 직조하는 직조단계;
직조된 복합체의 경사와 위사가 교차하는 지점을 상하방향에서 동시에 가열압착하여 열융착하는 변사단계; 및
열융착된 복합체를 롤 형상으로 권취하는 와인딩단계를 포함하는 것으로,
상기 변사단계는,
상기 직조된 복합체의 폭방향으로 양단부를 따라 소정 간격으로 열융착하며,
상기 직조된 복합체의 폭방향을 따라서도 소정 간격으로 열융착하는 것을 특징으로 하는, 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 와인딩단계가 완료된 후,
복합체의 길이방향 끝단부를 잘라 권취된 복합체 롤의 표면에 접촉시킨 후 가열가압하여 열융착하는 마감단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법. - 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170055407A KR101953609B1 (ko) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170055407A KR101953609B1 (ko) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | 연속섬유강화 열가소성 복합체 제조방법 |
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| KR20180121113A KR20180121113A (ko) | 2018-11-07 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR200308983Y1 (ko) | 2002-12-16 | 2003-03-31 | 주식회사 퓨리텍 | 와이퍼제조용 크로스 커팅장치 |
| KR100925549B1 (ko) * | 2009-01-16 | 2009-11-05 | 두지산업 주식회사 | 리본형 직물 및 리본형 직물 제조장치 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050082430A (ko) * | 2005-07-22 | 2005-08-23 | 황선영 | 화학섬유의 슬리팅장치 |
| KR101234494B1 (ko) * | 2008-10-22 | 2013-02-18 | (주)엘지하우시스 | 열가소성 플라스틱-연속섬유 혼성복합체 제조방법 |
-
2017
- 2017-04-28 KR KR1020170055407A patent/KR101953609B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100925549B1 (ko) * | 2009-01-16 | 2009-11-05 | 두지산업 주식회사 | 리본형 직물 및 리본형 직물 제조장치 |
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| KR20180121113A (ko) | 2018-11-07 |
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