KR102202376B1 - Apparatus and method for manufacturing thermoplastic - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열가소성 복합재 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열가소성 복합재 제조 장치는 섬유 보강재를 공급하는 섬유 보강재 공급부, 섬유 보강재 공급부로부터 섬유 보강재를 공급받아 수분을 제거하는 열풍건조기, 열풍건조기로부터 수분이 제거된 섬유 보강재를 공급받으며, 공급받은 섬유 보강재에 열가소성 수지를 함침 및 중합하는 다이, 및 열풍건조기와 다이 사이에 배치되며 다이 내부로의 외부 공기 유입을 차단하는 래버린스 실을 포함한다. The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a thermoplastic composite, wherein the apparatus for manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention includes a fiber reinforcement supply unit for supplying a fiber reinforcement material, and a hot air dryer for removing moisture by receiving a fiber reinforcement material from the fiber reinforcement supply unit. , A die that receives a fiber reinforcement from which moisture has been removed from a hot air dryer, and impregnates and polymerizes the supplied fiber reinforcement with a thermoplastic resin, and a labyrinth seal that is disposed between the hot air dryer and the die and blocks the inflow of external air into the die. Includes.
Description
본 발명은 열가소성 복합재 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a thermoplastic composite.
섬유강화 복합소재는 자동차, 항공, 전자, 건설, 스포츠 레저 및 국방 산업 등과 관련하여 산업재료로서 각광을 받고 있으며, 성형 공정에서 그 조성을 비교적 자유롭게 변화시킬 수 있는 특징을 갖는다.Fiber-reinforced composite materials are in the spotlight as industrial materials in relation to automobiles, aviation, electronics, construction, sports, leisure, and defense industries, and have the characteristics of being able to change their composition relatively freely in the molding process.
이러한 섬유강화 복합소재는, 성형 공정 중 인발(pultrusion) 공정에서 연속적으로 공급되는 섬유 보강재에 열경화성 또는 열가소성 수지가 함침된 후, 몰드 내에서 경화 또는 응고되어 연속적으로 생산된다.Such a fiber-reinforced composite material is continuously produced by impregnating a thermosetting or thermoplastic resin into a fiber reinforcement material continuously supplied in a pultrusion process during a molding process, and then curing or solidifying in a mold.
그런데 열가소성 수지와 섬유 보강재를 사용하여 열가소성 복합재를 생산하기 위한 인발 성형 공법은 열가소성 수지의 높은 점도로 인해 섬유 보강재 내에 수지를 균일하게 함침시키는 것이 어렵다. 이 때문에 대부분의 인발 성형 공법은 낮은 점도의 열경화성 수지를 사용하고 있다. However, in the pultrusion molding method for producing a thermoplastic composite using a thermoplastic resin and a fiber reinforcement, it is difficult to uniformly impregnate the resin into the fiber reinforcement due to the high viscosity of the thermoplastic resin. For this reason, most of the pultrusion molding methods use a thermosetting resin having a low viscosity.
최근 들어, 열가소성 수지의 장점(예를 들어, 재성형성, 재활용성 등)을 활용하기 위해서 현장 반응형(In-situ) 열가소성 수지 인발 성형 공법에 관하여 소개되고 있다. Recently, in order to utilize the advantages of thermoplastic resins (eg, re-formability, recyclability, etc.), an in-situ thermoplastic resin pultrusion method has been introduced.
현장 반응형 열가소성 복합재 제조 방법은 매우 낮은 점도의 모노머/촉매/첨가제 등을 인발 함침 다이 내에 직접 주입하여, 강화섬유, 즉 섬유 보강재에 함침 시킨 후 다이 내에서 중합 공정을 진행하는 방식이다. 현장 반응형 열가소성 복합재 제조 방법에 의하면, 함침성이 우수하며 열가소성 복합재의 장점을 확보할 수 있다는 장점이 있다. In the field-reactive thermoplastic composite manufacturing method, a monomer/catalyst/additive of very low viscosity is directly injected into the pultrusion impregnation die, impregnated with reinforcing fibers, that is, fiber reinforcement, and then the polymerization process is carried out in the die. According to the in-situ reactive thermoplastic composite manufacturing method, there is an advantage in that impregnation is excellent and the advantages of the thermoplastic composite can be secured.
한편, 현장 반응형 인발 성형 공법에 사용되는 모노머에는, 폴리아마이드용 모노머인 카프로락탐이 일반적으로 이용된다. 카프로락탐은 음이온 중합 메커니즘을 통해 폴리아마이드 고분자로 중합되는데, 수분에 매우 민감하여 공기 또는 섬유 보강재 내에 존재하는 수분을 제거하는 것이 필수적으로 요구된다.Meanwhile, caprolactam, which is a polyamide monomer, is generally used as a monomer used in the in-situ reaction-type pultrusion method. Caprolactam is polymerized into a polyamide polymer through an anionic polymerization mechanism, and it is very sensitive to moisture, so it is essential to remove moisture present in air or fiber reinforcement.
다만, 현재로서는 현장 반응형 인발 성형 공법을 적용함에 있어 섬유 보강재 내의 수분을 제거하거나 함침 다이 내부로 공기중의 수분이 침투하는 것을 방지하는 기술이 알려진 바 없으므로, 이에 대한 개선 방안이 요청된다. However, at present, there is no known technology for removing moisture in the fiber reinforcement or preventing moisture in the air from penetrating into the impregnation die in applying the on-site reaction-type pultrusion method, and thus an improvement plan is required.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0009888호(2013.01.23. 공개)가 있으며, 상기 선행문헌에는 열가소성 수지 복합 재료 성형품의 성형 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.As a prior document related to the present invention, there is Korean Patent Publication No. 10-2013-0009888 (published on January 23, 2013), and the prior document discloses a method for molding a molded article of a thermoplastic resin composite material.
본 발명은, 함침 다이 내부로 공급되는 섬유 보강재의 수분을 제거하고, 공기중의 수분이 함침 다이 내부로 침투하는 차단하여 고품질의 열가소성 복합재를 제조할 수 있는 현장 반응형 열가소성 복합재 제조 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to provide an on-site reactive thermoplastic composite manufacturing apparatus capable of manufacturing a high-quality thermoplastic composite by removing moisture from the fiber reinforcement material supplied into the impregnation die and blocking moisture in the air from penetrating into the impregnation die. do.
또한, 본 발명은, 함침 다이 내부로 공급되는 섬유 보강재의 수분을 제거하고, 공기중의 수분이 함침 다이 내부로 침투하는 차단하여 고품질의 열가소성 복합재를 제조할 수 있는 현장 반응형 열가소성 복합재 제조 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention provides an in-situ reactive thermoplastic composite manufacturing method capable of manufacturing a high-quality thermoplastic composite by removing moisture from the fiber reinforcement material supplied into the impregnation die and blocking moisture in the air from penetrating into the impregnation die. I want to provide.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 따르는 열가소성 복합재 제조 장치는 섬유 보강재를 공급하는 섬유 보강재 공급부; 상기 섬유 보강재 공급부로부터 섬유 보강재를 공급받아 수분을 제거하는 열풍건조기; 상기 열풍건조기로부터 수분이 제거된 섬유 보강재를 공급받으며, 상기 공급받은 섬유 보강재에 열가소성 수지를 함침 및 중합하는 다이; 및 상기 열풍건조기와 상기 다이 사이에 배치되며 상기 다이 내부로의 외부 공기 유입을 차단하는 래버린스 실;을 포함한다.An apparatus for manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention includes a fiber reinforcement supply unit for supplying a fiber reinforcement; A hot air dryer for removing moisture by receiving a fiber reinforcing material from the fiber reinforcing material supply unit; A die receiving a fiber reinforcement material from which moisture has been removed from the hot air dryer, and impregnating and polymerizing a thermoplastic resin in the supplied fiber reinforcement material; And a labyrinth seal disposed between the hot air dryer and the die and blocking external air inflow into the die.
이때, 상기 섬유 보강재 공급부는, 섬유 보강재를 감아 보관하는 적어도 하나의 보빈을 포함하며, 상기 보빈으로부터 권출되는 섬유 보강재는 설정된 경로를 따라 상기 열풍건조기의 내부로 공급될 수 있다. In this case, the fiber reinforcement supply unit includes at least one bobbin for winding and storing the fiber reinforcement material, and the fiber reinforcement material unwound from the bobbin may be supplied to the inside of the hot air dryer along a set path.
또한, 상기 열풍건조기는, 상기 섬유 보강재 공급부로부터 공급받은 섬유 보강재를 지그재그 형태로 유동시키면서, 열풍을 이용하여 상기 유동 중인 섬유 보강재 내부의 수분을 건조시켜 제거할 수 있다. In addition, the hot air dryer may dry and remove moisture inside the flowing fiber reinforcement using hot air while flowing the fiber reinforcement supplied from the fiber reinforcement supply unit in a zigzag form.
또한, 상기 래버린스 실의 입구는 상기 열풍건조기의 출구와 대면 배치되고, 상기 래버린스 실의 출구는 상기 다이의 입구와 대면 배치되어, 상기 열풍건조기의 출구로부터 공급된 섬유 보강재는 상기 래버린스 실을 경유하여 상기 다이의 입구를 통해 공급될 수 있다. In addition, the inlet of the labyrinth yarn is arranged to face the outlet of the hot air dryer, the outlet of the labyrinth yarn is arranged to face the inlet of the die, and the fiber reinforcement supplied from the outlet of the hot air dryer is the labyrinth yarn It can be supplied through the inlet of the die via.
또한, 상기 래버린스 실은, 상부 몸체; 및 상기 상부 몸체와 설정 간격을 두고 상하로 이격 배치되는 하부 몸체;를 포함하며, 상기 하부 몸체를 상하로 관통하여 형성되며, 외부로부터 공급된 질소가스를 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이의 이격공간부로 공급하는 질소가스 유입부를 구비할 수 있다. In addition, the labyrinth thread, the upper body; And a lower body disposed vertically and spaced apart from the upper body at a set distance, and is formed to penetrate the lower body vertically, and a spaced space between the upper body and the lower body for nitrogen gas supplied from the outside. It may be provided with a nitrogen gas inlet to supply to the part.
또한, 상기 상부 몸체의 하부에는, 하향 돌출된 다수의 제1 돌출부와, 상기 다수의 제1 돌출부 사이마다 소정의 공간을 확보하도록 형성된 제1 홈부가 구비되며, 상기 하부 몸체의 상부에는, 상기 다수의 제1 돌출부에 마주하도록 상향 돌출된 다수의 제2 돌출부와, 상기 다수의 제2 돌출부 사이마다 소정의 공간을 확보하도록 형성된 제2 홈부가 구비되고, 상기 제1, 2 홈부를 통해 마련된 공간을 통해 상기 질소가스 유입부로부터 공급된 질소가스가 설정 압력구배로 채워질 수 있다. In addition, a plurality of first protrusions protruding downward and a first groove formed to secure a predetermined space between the plurality of first protrusions are provided at a lower portion of the upper body, and an upper portion of the lower body, the plurality of A plurality of second protrusions protruding upward to face the first protrusions of, and a second groove formed to secure a predetermined space between the plurality of second protrusions are provided, and a space provided through the first and second grooves is provided. The nitrogen gas supplied from the nitrogen gas inlet may be filled with a set pressure gradient.
또한, 상기 질소가스 유입부는, 상기 래버린스 실의 출구에 근접하여 위치하여, 상기 이격공간부를 통해 공급된 질소가스는 상기 래버린스 실의 출구로부터 입구를 향하는 방향으로 유동할 수 있다. In addition, the nitrogen gas inlet portion is located close to the outlet of the labyrinth chamber, so that the nitrogen gas supplied through the separation space may flow in a direction from the outlet of the labyrinth chamber toward the inlet.
또한, 상기 래버린스 실의 입구를 둘러 감싸 배치되어 상기 열풍건조기의 출구와 상기 래버린스 실의 입구 사이에서 외부 공기의 유입을 차단하는 제1 패킹부재; 및 상기 래버린스 실의 출구를 둘러 감싸 배치되어 상기 래버린스 실의 출구와 상기 다이의 입구 사이에서 외부 공기의 유입을 차단하는 제2 패킹부재;를 포함한다. In addition, a first packing member disposed surrounding the inlet of the labyrinth chamber to block the inflow of external air between the outlet of the hot air dryer and the inlet of the labyrinth chamber; And a second packing member disposed surrounding the outlet of the labyrinth seal to block the inflow of external air between the outlet of the labyrinth seal and the inlet of the die.
또한, 상기 다이 내부로 열가소성 수지를 공급하는 열가소성 수지 공급부; 및 상기 다이 내부에서 섬유 보강재에 열가소성 수지가 함침 및 중합되어 제조된 열가소성 복합재를 외부로 공급하는 풀링장치;를 더 포함한다. In addition, a thermoplastic resin supply unit for supplying a thermoplastic resin into the die; And a pulling device for supplying the thermoplastic composite material produced by impregnating and polymerizing the fiber reinforcement material with the thermoplastic resin inside the die to the outside.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 방법은 (a) 상기 섬유 보강재 공급부에서 섬유 보강재를 공급하는 단계; (b) 상기 열풍건조기에서 상기 섬유 보강재 공급부로부터 섬유 보강재를 공급받아 수분을 제거하는 단계; (c) 상기 수분이 제거된 섬유 보강재를 상기 래버린스 실을 경유하여 상기 다이로 공급하는 단계; (d) 상기 다이에서 수분이 제거된 섬유 보강재에 열가소성 수지를 함침 및 중합시키는 단계; 및 (e) 상기 다이 외부로 섬유 보강재에 열가소성 수지가 함침된 열가소성 복합재가 공급되는 단계;를 포함한다. A method for manufacturing a thermoplastic composite according to another embodiment of the present invention includes the steps of: (a) supplying a fiber reinforcement from the fiber reinforcement supply unit; (b) removing moisture by receiving a fiber reinforcement from the fiber reinforcement supply unit in the hot air dryer; (c) supplying the fiber reinforcement material from which the moisture has been removed to the die via the labyrinth yarn; (d) impregnating and polymerizing a thermoplastic resin in the fiber reinforcement material from which moisture has been removed from the die; And (e) supplying a thermoplastic composite material impregnated with a thermoplastic resin in the fiber reinforcement material to the outside of the die.
본 발명인 열가소성 복합재 제조 장치 및 방법에 의하면, 함침 다이 내부로 공급되는 섬유 보강재의 수분을 제거하고, 공기중의 수분이 함침 다이 내부로 침투하는 차단하여 함침성을 향상시키며, 열가소성 복합재의 장점을 확보할 수 있다.According to the apparatus and method for manufacturing a thermoplastic composite material according to the present invention, moisture from the fiber reinforcement material supplied into the impregnation die is removed, and moisture in the air is blocked from penetrating into the impregnation die to improve the impregnation property, and secure the advantages of the thermoplastic composite material. can do.
또한, 본 발명에 의하면, 비교적 간단한 설비 구성을 가지면서 질소 소모량을 최소화하고, 안정적인 인발 성형 공정이 가능한 유리한 기술적 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantageous technical effect that minimizes nitrogen consumption while having a relatively simple equipment configuration, and enables a stable pultrusion process.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 장치의 전체 구성을 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 장치 중 래버린스 실의 측 방향 단면 형상을 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 장치 중 래버린스 실의 정면 형상을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 방법을 간략히 도시한 순서도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing the overall configuration of a thermoplastic composite manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a lateral cross-sectional shape of a labyrinth yarn in the apparatus for manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing the front shape of a labyrinth yarn in the apparatus for manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention.
4 is a flow chart briefly showing a method of manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description have been omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification. Further, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, the same elements may have the same numerals as possible even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof may be omitted.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, order, or number of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to that other component, but other components between each component It is to be understood that is "interposed", or that each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.In addition, in implementing the present invention, components may be subdivided and described for convenience of description, but these components may be implemented in one device or module, or one component may be a plurality of devices or modules. It can also be implemented separately.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 장치를 간략히 나타낸 구성도이다.1 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 열가소성 복합재 제조 장치(1000)는 섬유 보강재 공급부(100), 열풍건조기(200), 섬유 보강재에 열가소성 수지를 함침 및 중합하는 다이(400), 다이 내부로의 외부 공기 유입을 차단하는 래버린스 실(300)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the
섬유 보강재 공급부(100)는 섬유 보강재(또는 이를 '강화섬유'라 함)를 공급하도록 구성된다. The fiber
도 1에 도시된 바와 같이, 섬유 보강재 공급부(100)는 적어도 하나의 강화섬유, 즉 섬유 보강재(F)를 감아 보관하는데, 이를 위해 적어도 하나의 보빈(110)을 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the fiber
이러한 보빈(110)에 감겨진 상태에서 권출되는 섬유 보강재(F)는 설정된 경로를 따라 열풍건조기(200)의 입구를 통해 열풍건조기(200)의 내부로 공급된다.The fiber reinforcement material F unwound while being wound around the
열풍건조기(200)는 섬유 보강재 공급부(100)에서 공급된 섬유 보강재(F)를 공급받아 섬유 보강재(F) 내에 함유된 수분을 건조시켜 제거할 수 있다. The
구체적인 예로서, 열풍건조기(200)는 섬유 보강재 공급부(100)로부터 공급받은 적어도 하나 이상의 섬유 보강재(F)를 도 1에 도시된 바와 같이 지그재그로 유동시키면서 열풍건조기(200) 내부로 공급된 열풍(HA)을 이용하여 수분을 건조시킨다.As a specific example, the
도 1에 도시된 열풍건조기(200)는 섬유 보강재(F)가 공급되는 입구와 출구가 양측을 통해 형성되며, 열풍(HA)이 하부를 통해 유입되어 상부로 배출되는 형태로 이루어져 있으나 이러한 구조에 한정될 필요는 없다. 따라서, 이와 다른 다양한 구조로 이용되어도 무방하다. In the
래버린스 실(300)은 열풍건조기(200)와 다이(400) 사이에 배치될 수 있다. The
래버린스 실(300)은 열풍건조기(200)로부터 수분이 제거된 섬유 보강재(F)가 다이(400)의 입구를 통해 공급될 때 외부의 공기, 더 구체적으로는 외부의 공기 내에 함유된 수분이 다이(400) 내부로 침투하지 않도록 외기를 차단시킨다.When the fiber reinforcement (F) from which moisture has been removed from the
본 발명의 일 실시예에 따른 래버린스 실(300)의 구체적인 구성에 관하여는 도 2 및 도 3를 참조하여 후술하기로 한다. A detailed configuration of the
다이(400)는 열풍건조기(200)로부터 수분이 제거된 섬유 보강재(F)를 공급받는 동시에, 이와 같이 다이(400) 내부로 공급받은 섬유 보강재(F)에 열가소성 수지를 공급한 후 섬유 보강재(F)와 열가소성 수지를 함침 및 중합하도록 구성된다. The
그리고 열가소성 수지를 공급하는 열가소성 수지 공급부(500)가 다이(400)에 연결될 수 있다. In addition, a thermoplastic
예컨대, 열가소성 수지 공급부(500)는 모노머를 저장하는 제1 저장부(510)와, 첨가제와 촉매 등을 저장하는 제2 저장부(520)와, 제1, 2 저장부(510, 520)로부터 모노머, 첨가제, 촉매 등을 공급받아 믹싱하는 믹서(530)를 포함하여 구성될 수 있다.For example, the thermoplastic
이와 같이, 다이(400)를 통해 수분이 제거된 섬유 보강재(F)가 공급되는 한편, 열가소성 수지 공급부(500)를 통해 별도의 경로를 따라 믹스된 상태로 모노머, 첨가제, 촉매 등이 공급되며, 다이(400) 내부에서 섬유 보강재의 함침, 중합 공정이 진행된다. 이러한 현장 반응형 인발 성형 공법에 사용되는 모노머에는 폴리아마이드용 모노머인 카프로락탐이 이용될 수 있다. 카프로락탐은 음이온 중합 메커니즘을 통해 폴리아마이드 고분자로 중합되는데, 수분에 매우 민감하여 공기 또는 섬유 보강재 내에 존재하는 수분을 제거하는 것이다. In this way, the fiber reinforcement material F from which moisture has been removed is supplied through the
섬유 보강재(F)의 수분은 전술한 열풍건조기(200)에서 제거되는데, 수분이 제거된 섬유 보강재(F)가 다이(400) 내부로 공급되는 과정에서 외기, 즉 외부의 공기 중 수분이 다이(400) 내부로 침입할 우려가 따른다. Moisture from the fiber reinforcement material (F) is removed by the above-described
이에 따라 외기의 침입을 방지하기 위해 열풍건조기(200)와 다이(400) 사이에 래버린스 실(300)을 배치한다.Accordingly, a
구체적으로는, 래버린스 실(300)의 입구는 열풍건조기(200)의 출구와 대면 배치되고, 래버린스 실(300)의 출구는 다이(400)의 입구와 대면 배치될 수 있다. 이에 따라, 열풍건조기(200)의 출구로부터 공급된 섬유 보강재(F)는 래버린스 실(300)을 경유하여 다이(400)의 입구를 통해 공급될 수 있으며, 그 과정 중에 외부의 공기 중 수분이 다이(400) 내부로 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.Specifically, the inlet of the
도 2는 래버린스 실의 측 방향 단면 형상을 간략히 도시한 단면도이고, 도 3은 래버린스 실의 정면 형상을 간략히 나타낸 도면이다. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a lateral cross-sectional shape of the labyrinth yarn, and FIG. 3 is a schematic view showing a front shape of the labyrinth yarn.
도 2 및 도 3을 참조하면, 래버린스 실(300)은 상부 몸체(310)와, 상부 몸체(310)와 설정 간격을 두고 상하로 이격 배치되는 하부 몸체(330)를 포함하여 구성된다. Referring to FIGS. 2 and 3, the
상부 몸체(310)와 하부 몸체(330) 사이에는 설정 간격(H)을 두고 공간이 확보된 이격공간부(305)가 형성되고, 이격공간부(305)는 래버린스 실(300)의 입구(301) 및 출구(303)와 연통된다.Between the
그리고 하부 몸체(330)에는 외부로부터 래버린스 실(300)의 내부로 질소가스(G)가 유입되기 위한 질소가스 유입부(335)가 구비될 수 있다. In addition, the
구체적인 예로서, 질소가스 유입부(335)는 도 2에 도시된 바와 같이 하부 몸체(330)를 상하로 관통하여 형성될 수 있으며, 외부로부터 공급된 질소가스(G)를 상부 몸체(310)와 하부 몸체(330) 사이의 이격공간부(305)로 공급할 수 있다.As a specific example, the
또한, 질소가스 유입부(335)는 래버린스 실(300)의 출구(303)에 근접하여 위치할 수 있는데, 이에 따라 이격공간부(305)를 통해 공급된 질소가스(G)는 도 2에 도시된 바와 같이 래버린스 실(300)의 출구(303)로부터 입구(301)를 향하여 유동하여 설정 압력구배를 형성할 수 있다.In addition, the
이에 더하여, 상부 몸체(310)와 하부 몸체(330)는 각각의 대면 부위를 통해 요철 구조를 가질 수 있다. In addition, the
구체적으로는, 상부 몸체(310)의 하부에는 하향 돌출된 다수의 제1 돌출부(311)와, 다수의 제1 돌출부(311) 사이마다 소정의 공간(즉, 질소가스가 설정 압력구배로 채워지는 공간)을 확보하도록 형성된 제1 홈부(313)가 구비될 수 있다. Specifically, a predetermined space (that is, nitrogen gas is filled with a set pressure gradient) between the plurality of
이와 마찬가지로, 하부 몸체(330)의 상부에는 다수의 제1 돌출부(311)에 마주하도록 상향 돌출된 다수의 제2 돌출부(331)와, 다수의 제2 돌출부(331) 사이마다 소정의 공간을 확보하도록 형성된 제2 홈부(333)가 구비될 수 있다.Likewise, a predetermined space is secured between the plurality of
이러한 상부 몸체(310) 및 하부 몸체(330) 사이의 요철 구조는 도 2를 참조하여 구체적으로 확인할 수 있다. The uneven structure between the
이처럼, 제1, 2 홈부(313, 333)를 통해 마련된 상부 몸체(310)와 하부 몸체(330) 사이의 공간을 통해 질소가스 유입부(335)로부터 공급된 질소가스(G)가 설정 압력구배로 채워지며, 이로 인해 외부의 공기가 섬유 보강재(F)가 이동하는 경로를 통해 침입하는 것을 완벽히 차단할 수 있다.As such, the nitrogen gas G supplied from the
한편, 래버린스 실(300)의 입구(301) 및 출구(303)에는 제1, 2 패킹부재(350, 360)가 구비될 수 있다. Meanwhile, first and
제1 패킹부재(350)는 래버린스 실(300)의 입구(301)를 도 3에 도시된 형태와 같이 둘러 감싸 배치될 수 있다.The
예컨대, 제1 패킹부재(350)는 실리콘 재질로 이루어질 수 있는데, 열풍건조기(200, 도 1 참조)의 출구와 래버린스 실(300)의 입구(301) 사이에서 외부 공기의 유입을 차단할 수 있다. For example, the
또한, 제2 패킹부재(360)는 제1 패킹부재(350)와 동일 유사한 형태로 래버린스 실(300)의 출구(303)를 둘러 감싸 배치되어 래버린스 실(300)의 출구(303)와 다이(400)의 입구 사이에서 외부 공기의 유입을 차단할 수 있다.In addition, the second packing member 360 is disposed surrounding the
여기서, 래버린스 실의 상부 몸체(310)와 하부 몸체(330) 사이의 간격(H), 요철 구조의 간격, 요철 깊이, 요철 개수, 제1, 2 패킹부재의 두께, 폭, 표면경도는 일정 범위로 제한할 필요가 없으며, 작업자의 선택에 따라 적절히 변경하여 이용할 수 있다. 질소가스(G)의 주입 압력은 4~10 bar 이내에서 정해질 수 있으며, 이에 한정되지 않으며, 필요한 압력구배에 따라 적절히 변경 가능하다. Here, the gap (H) between the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 장치(1000)는 도 1에 도시된 바와 같이 풀링장치(600)를 더 포함할 수 있는데, 풀링장치(600)를 통해 다이(400) 내부에서 함침 및 중합되어 제조된 열가소성 복합재가 외부로 공급될 수 있다. On the other hand, the thermoplastic
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 방법을 간략히 도시한 순서도이다.4 is a flow chart briefly showing a method of manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 복합재 제조 방법은, 섬유 보강재 공급 단계(S100), 열풍건조 단계(S200), 래버린스 실 경유 후 다이 공급 단계(S300), 다이 내에서 함침 및 중합 단계(S400), 및 열가소성 복합재 공급 단계(S500)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the method of manufacturing a thermoplastic composite according to an embodiment of the present invention includes a fiber reinforcement supply step (S100), a hot air drying step (S200), a die supply step (S300) after passing through the labyrinth yarn, and within a die. Impregnation and polymerization step (S400), and a thermoplastic composite material supply step (S500).
먼저, 도 1을 통해 설명하였던 섬유 보강재 공급부(100, 도 1 참조)로부터 섬유 보강재가 공급될 수 있다. 다음으로, 열풍건조기(200, 도 1 참조)에서 섬유 보강재 공급부(100, 도 1 참조)로부터 섬유 보강재를 공급받아 수분을 제거할 수 있다. 그 다음으로, 수분이 제거된 섬유 보강재를 래버린스 실(300, 도1 참조)을 경유하여 다이(400, 도 1 참조)로 공급할 수 있다. 그 다음으로, 다이(400, 도 1 참조)에서 수분이 제거된 섬유 보강재에 열가소성 수지를 함침 및 중합시킬 수 있다. 그 다음으로, 풀링장치(600, 도 1 참조)를 이용하여 다이(400, 도 1 참조) 외부로 열가소성 복합재가 공급될 수 있다. First, a fiber reinforcement may be supplied from the fiber reinforcement supply unit 100 (see FIG. 1) described through FIG. 1. Next, moisture may be removed by receiving a fiber reinforcement material from the fiber reinforcement supply unit 100 (see FIG. 1) in the hot air dryer 200 (see FIG. 1). Thereafter, the fiber reinforcement from which moisture has been removed may be supplied to the die 400 (see FIG. 1) via the labyrinth thread 300 (see FIG. 1). Next, a thermoplastic resin may be impregnated and polymerized in the fiber reinforcement material from which moisture has been removed from the die 400 (see FIG. 1 ). Next, the thermoplastic composite material may be supplied to the outside of the die 400 (see FIG. 1) using the pulling device 600 (see FIG. 1).
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 함침 다이 내부로 공급되는 섬유 보강재의 수분을 제거하고, 공기중의 수분이 함침 다이 내부로 침투하는 차단하여 함침성을 향상시키며, 열가소성 복합재의 장점을 확보할 수 있다.As described above, according to the configuration and operation of the present invention, moisture from the fiber reinforcement material supplied into the impregnation die is removed, and moisture in the air is blocked from penetrating into the impregnation die to improve impregnation properties. Advantages can be secured.
나아가, 본 발명에 의하면, 비교적 간단한 설비 구성을 가지면서 질소 소모량을 최소화하고, 안정적인 인발 성형 공정이 가능한 유리한 기술적 효과가 있다.Further, according to the present invention, there is an advantageous technical effect of minimizing nitrogen consumption while having a relatively simple equipment configuration and enabling a stable pultrusion process.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above with reference to the drawings illustrated for the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification, and various by a person skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that transformation can be made. In addition, even if not explicitly described and described the effects of the configuration of the present invention while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the predictable effects of the configuration should also be recognized.
F: 섬유 보강재
HA: 열풍
G: 질소가스
1000: 열가소성 복합재 제조 장치
100: 섬유 보강재 공급부
110: 보빈
200: 열풍건조기
300: 래버린스 실
301: 입구
303: 출구
305: 이격공간부
310: 상부몸체
311: 제1 돌출부
313: 제1 홈부
330: 하부 몸체
331: 제2 돌출부
333: 제2 홈부
335: 질소가스 유입부
350: 제1 패킹부재
370: 제2 패킹부재
400: 다이
500: 열가소성 수지 공급부
510: 제1 탱크
520: 제2 탱크
530: 믹서
600: 풀링장치F: fiber reinforcement
HA: Frenzy
G: nitrogen gas
1000: thermoplastic composite manufacturing apparatus
100: fiber reinforcement supply unit
110: bobbin
200: hot air dryer
300: Labyrinth thread
301: entrance
303: exit
305: separation space
310: upper body
311: first protrusion
313: first groove
330: lower body
331: second protrusion
333: second groove
335: nitrogen gas inlet
350: first packing member
370: second packing member
400: die
500: thermoplastic resin supply unit
510: first tank
520: second tank
530: mixer
600: pulling device
Claims (10)
상기 래버린스 실의 입구는 상기 열풍건조기의 출구와 대면 배치되고, 상기 래버린스 실의 출구는 상기 다이의 입구와 대면 배치되어, 상기 열풍건조기의 출구로부터 공급된 섬유 보강재는 상기 래버린스 실을 경유하여 상기 다이의 입구를 통해 공급되며,
상기 래버린스 실의 입구를 둘러 감싸 배치되어 상기 열풍건조기의 출구와 상기 래버린스 실의 입구 사이에서 외부 공기의 유입을 차단하는 제1 패킹부재; 및 상기 래버린스 실의 출구를 둘러 감싸 배치되어 상기 래버린스 실의 출구와 상기 다이의 입구 사이에서 외부 공기의 유입을 차단하는 제2 패킹부재;를 더 포함하고,
상기 열풍건조기는, 상기 섬유 보강재가 공급되는 입구와 출구가 양측을 통해 형성되며, 열풍이 하부를 통해 유입되어 상부로 배출되는 형태로 이루어지며, 상기 섬유 보강재 공급부로부터 공급받은 섬유 보강재를 지그재그 형태로 유동시키면서, 열풍을 이용하여 섬유 보강재 내부의 수분을 건조시켜 제거하며,
상기 래버린스 실은, 상부 몸체; 및 상기 상부 몸체와 상하로 이격 배치되는 하부 몸체;를 포함하며, 상기 하부 몸체를 상하로 관통하여 질소가스를 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이의 이격공간부로 공급하는 질소가스 유입부를 구비하며,
상기 상부 몸체의 하부에는, 하향 돌출된 다수의 제1 돌출부와, 상기 다수의 제1 돌출부 사이마다 형성된 제1 홈부가 구비되며, 상기 하부 몸체의 상부에는, 상기 다수의 제1 돌출부에 마주하도록 상향 돌출된 다수의 제2 돌출부와, 상기 다수의 제2 돌출부 사이마다 형성된 제2 홈부가 구비되고, 상기 제1, 2 홈부를 통해 마련된 공간을 통해 상기 질소가스 유입부로부터 공급된 질소가스가 설정 압력구배로 채워지고,
상기 질소가스 유입부는, 상기 래버린스 실의 출구에 근접하여 위치하여, 상기 이격공간부를 통해 공급된 질소가스는 상기 래버린스 실의 출구로부터 입구를 향하는 방향으로 유동하는 열가소성 복합재 제조 장치.
A fiber reinforcement supply unit for supplying a fiber reinforcement; A hot air dryer for removing moisture by receiving a fiber reinforcing material from the fiber reinforcing material supply unit; A die receiving a fiber reinforcement from which moisture has been removed from the hot air dryer, and impregnating and polymerizing a thermoplastic resin in the supplied fiber reinforcement; And a labyrinth seal disposed between the hot air dryer and the die and blocking external air inflow into the die, wherein the apparatus comprises:
The inlet of the labyrinth yarn is arranged to face the outlet of the hot air dryer, the outlet of the labyrinth yarn is arranged to face the inlet of the die, and the fiber reinforcement material supplied from the outlet of the hot-air dryer passes through the labyrinth yarn. And supplied through the inlet of the die,
A first packing member disposed surrounding the inlet of the labyrinth chamber to block the inflow of external air between the outlet of the hot air dryer and the inlet of the labyrinth chamber; And a second packing member disposed surrounding the outlet of the labyrinth yarn to block the inflow of external air between the outlet of the labyrinth yarn and the inlet of the die,
In the hot air dryer, the inlet and outlet to which the fiber reinforcement is supplied are formed through both sides, and the hot air is introduced through the lower part and discharged to the upper part, and the fiber reinforcement material supplied from the fiber reinforcement supply unit is zigzag. While flowing, it uses hot air to dry and remove moisture inside the fiber reinforcement,
The labyrinth thread, the upper body; And a lower body disposed vertically and spaced apart from the upper body; and a nitrogen gas inlet portion penetrating the lower body vertically to supply nitrogen gas to a spaced space portion between the upper body and the lower body,
A plurality of first protrusions protruding downward and a first groove formed between each of the plurality of first protrusions are provided at a lower portion of the upper body, and at an upper portion of the lower body, upward to face the plurality of first protrusions A plurality of protruding second protrusions and a second groove formed between each of the plurality of second protrusions are provided, and nitrogen gas supplied from the nitrogen gas inlet through the space provided through the first and second grooves is set at a set pressure Filled with gradient,
The nitrogen gas inlet part is located close to the outlet of the labyrinth chamber, and the nitrogen gas supplied through the spaced space part flows in a direction from the outlet of the labyrinth room toward the inlet.
상기 섬유 보강재 공급부는,
섬유 보강재를 감아 보관하는 적어도 하나의 보빈을 포함하며, 상기 보빈으로부터 권출되는 섬유 보강재는 설정된 경로를 따라 상기 열풍건조기의 내부로 공급되는
열가소성 복합재 제조 장치.
The method of claim 1,
The fiber reinforcement supply unit,
It includes at least one bobbin for winding and storing a fiber reinforcement, and the fiber reinforcement unwound from the bobbin is supplied to the inside of the hot air dryer along a set path.
Thermoplastic composite manufacturing apparatus.
상기 다이 내부로 열가소성 수지를 공급하는 열가소성 수지 공급부; 및
상기 다이 내부에서 섬유 보강재에 열가소성 수지가 함침 및 중합되어 제조된 열가소성 복합재를 외부로 공급하는 풀링장치;
를 더 포함하는 열가소성 복합재 제조 장치.
The method of claim 1,
A thermoplastic resin supply unit for supplying a thermoplastic resin into the die; And
A pulling device for supplying a thermoplastic composite material produced by impregnating and polymerizing a fiber reinforcement material with a thermoplastic resin inside the die;
Thermoplastic composite manufacturing apparatus further comprising a.
(a) 상기 섬유 보강재 공급부에서 섬유 보강재를 공급하는 단계;
(b) 상기 열풍건조기에서 상기 섬유 보강재 공급부로부터 섬유 보강재를 공급받아 수분을 제거하는 단계;
(c) 상기 수분이 제거된 섬유 보강재를 상기 래버린스 실을 경유하여 상기 다이로 공급하는 단계;
(d) 상기 다이에서 수분이 제거된 섬유 보강재에 열가소성 수지를 함침 및 중합시키는 단계; 및
(e) 상기 다이 외부로 섬유 보강재에 열가소성 수지가 함침된 열가소성 복합재가 공급되는 단계;
을 포함하는 열가소성 복합재 제조 방법.In the thermoplastic composite manufacturing method using the thermoplastic composite manufacturing apparatus of any one of claims 1, 2, 9,
(a) supplying a fiber reinforcement from the fiber reinforcement supply unit;
(b) removing moisture by receiving a fiber reinforcement from the fiber reinforcement supply unit in the hot air dryer;
(c) supplying the fiber reinforcement material from which the moisture has been removed to the die via the labyrinth yarn;
(d) impregnating and polymerizing a thermoplastic resin in the fiber reinforcement material from which moisture has been removed from the die; And
(e) supplying a thermoplastic composite material impregnated with a thermoplastic resin in the fiber reinforcement material to the outside of the die;
Thermoplastic composite manufacturing method comprising a.
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