KR102275233B1 - 소재의 풀림성 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

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KR102275233B1
KR102275233B1 KR1020200093296A KR20200093296A KR102275233B1 KR 102275233 B1 KR102275233 B1 KR 102275233B1 KR 1020200093296 A KR1020200093296 A KR 1020200093296A KR 20200093296 A KR20200093296 A KR 20200093296A KR 102275233 B1 KR102275233 B1 KR 102275233B1
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정상기
박병열
김현진
임미소
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명에 따른 소재의 풀림성 측정 장치의 일 실시예는, 권출될 소재가 권취되어 있는 언와인딩부; 상기 언와인딩부에 권취되어 있는 소재를 권출시키고, 상기 권출되는 소재가 권취되는 리와인딩부; 상기 리와인딩부의 권취되는 속도를 제어하는 제어부; 및 상기 언와인딩부와 상기 리와인딩부 사이에 배치되어 상기 소재에 걸리는 장력을 측정하는 장력 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소재의 풀림성 측정 장치 및 측정 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING UNWINDING OF MATERIAL}
본 발명은 소재의 풀림성 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 특정 와인딩 속도에서 토우 프리프레그와 같은 소재의 장력을 객관적으로 평가할 수 있게 해주는 소재의 풀림성 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
토우 프리프레그(Tow Prepreg)는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등의 고강도섬유에 일정한 비율의 수지가 미리 함침되어 있는 소재로써, 토우(Tow) 형태를 띄고 있다.
토우 프리프레그는 로켓의 모터케이스, 수소연료 전지자동차용 압력용기 등 고압 용기에 사용되며, 비강성 및 비강도가 우수한 특성과 경량화가 가능하다는 이점이 있다.
종래 고압용기는 Ÿ‡ 와인딩(Wet Winding) 방식을 이용하여 제작되었다.
그러나, 수지의 점도가 매우 낮아야 하는 Ÿ‡ 와인딩 공정의 특성상 다양한 수지 물성 구현이 어렵고, 와인딩 시 슬립(slip) 현상이 발생하며, 섬유와 수지의 함침 비율을 일정하게 조절하기 어려운 등의 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해결하고자 드라이 와인딩(Dry Winding) 방식을 이용하여 고압용기를 제조하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다.
드라이 와인딩은 고강도 섬유에 일정 비율의 수지가 미리 함침된 토우 프리프레그를 이용하여 와인딩을 진행하는 공법이다.
이에 의할 경우 섬유와 수지의 함침 비율을 일정하게 하여 안정적인 물성을 구현할 수 있고, 와인딩 시 슬립 현상이 발생하지 않아 복잡한 구조의 압력용기의 제작, 생산 속도 증대 등이 가능해진다.
그러나, 토우 프리프레그에 함침되어 있는 수지는 경화된 상태가 아닌 에이 스테이지(A-stage) 혹은 비 스테이지(B-stage) 상태의 수지로서, 토우 프리프레그 자체의 점착성(tack)이 있고, 언와인딩 속도에 따라 점착성의 차이가 나타나기도 한다.
이로 인하여 토우 프리 프레그를 고압탱크에 와인딩하기 위해 토우 프리프레그를 보빈에서 언와인딩 시킬 때 장력이 많이 걸려 토우 프리프레그가 끊어지거나 토우 프리프레그의 표면에 보풀이 다수 생기는 등의 문제가 발생하기도 한다.
이에 따라, 토우 프리프레그의 제조 후에 와인딩 속도에 따른 풀림성의 차이를 객관적으로 평가할 수 있는 기술에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
KR 10-2108653 B1 (2020.05.08.공고)
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 설정된 속도로 언와인딩되는 토우 프리프레그와 같은 소재(이하, '소재'라 칭함)에 걸리는 장력을 측정함으로써 소재의 풀림성을 평가할 수 있는 객관적인 데이터를 확보할 수 있는 소재의 풀림성 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 소재의 언와인딩 과정에서 소재의 장력이 정확하게 측정되고 측정 위치에 따른 차이가 발생하지 않도록 측정 위치가 일정하게 형성되도록 하는 소재의 풀림성 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 소재의 리와인딩 과정에서 발생하는 장력의 변화가 소재 자체 풀림성 측정값에 영향을 주지 않도록 장력 변화의 전달을 차단할 수 있는 소재의 풀림성 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점에 따른 소재의 풀림성 측정 장치의 일 실시예는, 권출될 소재가 권취되어 있는 언와인딩부; 상기 언와인딩부에 권취되어 있는 소재를 권출시키고, 상기 권출되는 소재가 권취되는 리와인딩부; 상기 리와인딩부의 권취되는 속도를 제어하는 제어부; 및 상기 언와인딩부와 상기 리와인딩부 사이에 배치되어 상기 소재에 걸리는 장력을 측정하는 장력 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는 상기 리와인딩부의 권취 속도를 제어함으로써, 상기 언와인딩부에서 권출되는 소재의 권출 속도를 소정의 범위 내에서 변경시킬 수 있도록 이루어진다.
또한, 상기 제어부는 2 내지 100 mpm(meter per minute)의 범위에서 상기 언와인딩부에서 권출되는 소재의 권출 속도를 변경시킬 수 있도록 이루어진 것이 바람직하다.
아울러, 상기 장력 측정부는 상기 언와인딩부에서 리와인딩부로 진행하는 소재의 경로를 굴곡지게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 장력 측정부는 내부 또는 일측에 감지센서가 설치된 장력 검출 롤(roll)을 포함하고, 상기 장력 검출 롤은 회전가능하게 이루어질 수 있다.
이러한 장력 측정부는 상기 소재에 인가된 장력을 1초당 10 내지 1000회 측정하도록 이루어진다.
아울러, 상기 언와인딩부와 상기 장력 측정부 사이에 배치되어 상기 소재가 상기 장력 측정부에 일정한 각도로 배치되도록 상기 소재를 가이드하는 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 가이드부는 상기 언와인딩부로부터 리와인딩부로 소재가 진행함에 따라 회전하는 가이드 롤로 이루어지고, 상기 가이드 롤은 소재가 삽입되도록 U자형 홈이 형성되어 상기 언와인딩부와 상기 가이드 롤 사이에 배치된 소재의 각도와 관계없이 상기 가이드 롤과 상기 장력 측정부 사이에 배치되는 소재의 각도를 일정하게 형성시키게 된다.
다른 구성으로, 상기 가이드부는 상기 언와인딩부로부터 리와인딩부로 진행하는 소재의 진행 경로 상에 고정된 가이드 블록으로 이루어질 수 있고, 상기 가이드 블록은 소재가 삽입되도록 U자형 홈이 형성되어 상기 언와인딩부와 상기 가이드 블록 사이에 배치된 소재의 각도와 관계없이 상기 가이드 블록과 상기 장력 측정부 사이에 배치되는 소재의 각도를 일정하게 형성시키게 된다.
또한, 상기 장력 측정부에 의해 측정된 장력 데이터를 전달받아 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 장력 측정부와 저장부는 일체로 이루어지거나 별도로 분리해서 이루어질 수 있다.
이러한 상기 장력 측정부와 저장부는 유무선 통신을 할 수 있도록 이루어진다.
한편, 본 발명의 제1관점에 따른 소재의 풀림성 측정 장치의 다른 실시예는, 권출될 소재가 권취되어 있는 언와인딩부; 상기 언와인딩부에 권취되어 있는 소재를 권출시키고, 상기 권출되는 소재가 권취되는 리와인딩부; 상기 리와인딩부의 권취되는 속도를 제어하는 제어부; 상기 언와인딩부와 상기 리와인딩부 사이에 배치되어 상기 소재에 걸리는 장력을 측정하는 장력 측정부; 상기 언와인딩부와 상기 장력 측정부 사이에 배치되어 상기 소재가 상기 장력 측정부에 일정한 각도로 배치되도록 상기 소재를 가이드하는 가이드부; 및 상기 장력 측정부와 상기 리와인딩부 사이에 배치되어 상기 리와인딩부에 상기 소재가 권취되면서 발생하는 장력의 변화가 상기 장력 측정부로 전달되는 것을 차단하는 장력 변화 차단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 장력 변화 차단부는 수평 방향으로 나란하게 배치된 각각 배치된 제1고정롤 및 제1고정롤과, 상기 제1고정롤 및 제2고정롤 사이에 배치된 유동(遊動)롤을 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같은 유동(遊動)롤은 일정 방향으로 일정 크기의 힘이 가해져 그 위치의 변동에 관계없이 상기 소재에 일정한 장력이 걸리도록 해주게 된다.
또한, 상기 가이드부는 상기 언와인딩부로부터 리와인딩부로 소재가 진행함에 따라 회전하는 가이드 롤로 이루어지고, 상기 가이드 롤은 소재가 삽입되도록 U자형 홈이 형성되어 상기 언와인딩부와 상기 가이드 롤 사이에 배치된 소재의 각도와 관계없이 상기 가이드 롤과 상기 장력 측정부 사이에 배치되는 소재의 각도를 일정하게 형성시키게 된다.
다른 구성으로, 상기 가이드부는 상기 언와인딩부로부터 리와인딩부로 진행하는 소재의 진행 경로 상에 고정된 가이드 블록으로 이루어질 수 있고, 상기 가이드 블록은 소재가 삽입되도록 U자형 홈이 형성되어 상기 언와인딩부와 상기 가이드 블록 사이에 배치된 소재의 각도와 관계없이 상기 가이드 블록과 상기 장력 측정부 사이에 배치되는 소재의 각도를 일정하게 형성시키게 된다.
아울러, 상기 장력 측정부에 의해 측정된 장력 데이터를 전달받아 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 장력 측정부와 저장부는 일체로 이루어지거나 별도로 분리해서 이루어지며, 상기 장력 측정부와 저장부는 유무선 통신을 할 수 있도록 이루어진다.
한편, 본 발명의 제2관점에 따른 소재의 풀림성 측정 방법은, 전술한 소재의 풀림성 측정 장치를 이용하여 소재의 풀림성을 측정하는 방법으로서, 상기 언와인딩부에서 권출되는 소재의 점착성을 상기 장력 측정부에서 측정되는 소재의 장력으로 데이터화하고, 이때, 소재의 풀림성은 특정 권출(풀림) 속도에서 나타나는 소재의 점착성(粘着性)을 의미하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 설정된 속도로 언와인딩되는 토우 프리프레그와 같은 소재(이하, '소재'라 칭함)에 걸리는 장력 및 장력의 편차 데이터를 장력 측정부를 통해 확보함으로써 소재의 물성을 객관적으로 평가할 수 있게 해준다.
또한, 본 발명은 가이드부를 통해 소재의 언와인딩 과정에서 소재의 장력이 항상 일정한 위치에서 측정되도록 함으로써 소재의 물성에 관한 정확한 데이터를 확보할 수 있게 해준다.
아울러, 본 발명은 소재의 리와인딩 과정에서 발생하는 장력의 변화가 장력 측정부로 전달되는 것이 장력 변화 차단부에 의해 차단되도록 함으로써 소재의 물성에 관한 데이터의 정확성을 높여 준다.
도 1은 본 발명에 따른 소재의 풀림성 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 소재의 풀림성 측정 장치에 채용되는 가이드부의 일 예가 사용된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 소재의 풀림성 측정 장치에 채용되는 가이드부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재의 풀림성 측정 장치에 의해 풀림 속도 30 mpm 에서 측정된 토우 프리프레그 샘플 1 내지 샘플 4의 장력 그래프이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재의 풀림성 측정 장치에 의해 풀림 속도 60 mpm 에서 측정된 토우 프리프레그 샘플 1 내지 샘플 4의 장력 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소재의 풀림성 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소재의 풀림성 측정 장치는 설정된 속도로 권출되는 토우 프리프레그와 같은 소재(이하, '토우 프리프레그(W)'를 예로 들어 설명함)에 걸리는 장력을 측정함으로써 토우 프리프레그(W)의 풀림성을 평가할 수 있는 객관적인 데이터를 확보하여 준다.
구체적으로, 언와인딩부(10)에서 소정의 속도로 권출되는 토우 프리프레그(W)는 리와인딩부(60)에서 다시 권취되며, 언와인딩부(10)와 리와인딩부(60) 사이에 배치되는 장력 측정부(30)는 언와인딩부(10)에서 리와인딩부(60)로 진행하는 토우 프리프레그(W)에 걸리는 장력을 측정한다.
이와 같은 토우 프리프레그(W)는 일반적으로 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등의 고강도섬유에 일정한 비율의 수지가 미리 함침되어 있는 소재로써, 토우(Tow) 형태를 띄고 있는 것을 의미한다.
다만, 본 발명의 일 실시예에서, 장력의 측정 대상이 토우 프리프레그(W)로 제한되는 것은 아니며, 와인딩 방식을 이용하여 물건의 제조에 사용되는 다른 복합 재료(예를 들면, 복합 재료 필름 등)도 측정의 대상이 될 수 있다.
한편, 토우 프리프레그(W)의 풀림성이란 특정 풀림 속도에서 나타나는 토우 프리프레그(W)의 점착성을 의미한다.
에이 스테이지(A-stage) 혹은 비 스테이지(B-stage) 상태의 수지인 토우 프리프레그(W)는 점착성을 가지는데, 점착성은 토우 프리프레그(W)의 권출(풀림) 속도에 따라 다르게 발현될 수 있다.
이로 인하여 토우 프리프레그(W)를 고압 탱크에 와인딩하기 위해 토우 프리프레그(W)를 보빈에서 언와인딩 시킬 때 장력이 많이 걸려 토우 프리프레그(W)가 끊어지거나 토우 프리프레그(W)의 표면에 보풀이 발생하기도 한다.
토우 프리프레그(W)의 점착성은 언와인딩부(10)와 리와인딩부(60) 사이에 배치되는 장력 측정부(30)에서 측정되는 토우 프리프레그(W)의 장력과 상관 관계를 가진다.
즉, 토우 프리프레그(W)의 점착성은 장력 측정부(30)에 의해 측정되는 토우 프리프레그(W)의 장력으로 데이터화 될 수 있다.
또한, 토우 프리프레그(W)의 풀림 속도에 따른 점착성의 차이는 장력 측정부(30)에서 측정되는 토우 프리프레그(W)에 걸리는 장력의 차이로 치환되어 해석될 수 있다.
이러한 사실에 근거하여, 본 발명의 일 실시예에 의할 경우, 설정된 속도로 권출되는 토우 프리프레그(W)에 걸리는 장력 및 장력의 편차 데이터를 통해 토우 프리프레그(W)의 점착성 등의 물성을 객관적으로 파악할 수 있게 된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토우 프리프레그 풀림성 측정 장치는 언와인딩부(10), 가이드부(20), 장력 측정부(30), 저장부(40), 장력 변화 차단부(50), 리와인딩부(60) 및 제어부(70)를 포함한다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 토우 프리프레그 풀림성 측정 장치의 각 구성들을 상세하게 설명한다.
언와인딩부(10)는 권출 즉, 언와인딩(unwinding)될 토우 프리프레그(W)가 권취되어 있는 부분이다.
언와인딩부(W)에 권취되어 있는 토우 프리프레그(W)는 리와인딩부(60)의 회전에 따라 권출되어 리와인딩부(60)로 진행하여 리와인딩부(60)에 재권취된다.
언와인딩부(10)는 토우 프리프레그(W)가 권취되어 있으며, 리와인딩부(60)의 회전에 따라 토우 프리프레그(W)를 권출시키도록 배치되어 있는 보빈으로 이루어질 수 있다.
언와인딩부(10)의 권출되는 토우 프리프레그(W)의 풀림 속도는 토우 프리프레그(W)를 재권취하는 리와인딩부(60)의 회전 속도에 상응하여 형성된다.
이와 같이 언와인딩부(10)의 풀림 속도는 리와인딩부(60)의 속도에 따라 소정의 범위 내에서 설정될 수 있다.
이때, 토우 프리프레그(W)의 풀림 속도는 토우 프리프레그(W)의 단위 시간당 권출 길이로 표현될 수 있다.
리와인딩부(60)는 언와인딩부(10)에 권취되어 있는 토우 프리프레그(W)를 권출시키며 권출되는 토우 프리프레그(W)를 권취한다.
리와인딩부(60)는 능동적으로 작동하여 언와인딩부(10)에 권취된 토우 프리프레그(W)를 권출시켜 재권취한다.
이에 따라 리와인딩부(60)가 언와인딩부(10)에서 권출되는 토우 프리프레그(W)를 재권취하기 위하여 회전하는 속도가 언와인딩부(10)의 풀림 속도로 나타나게 된다.
리와인딩부(60)는 토우 프리프레그(W)를 재권취하는 스풀, 스풀을 회전시키는 모터 등의 회전 구동 장치를 포함할 수 있다.
또한, 리와인딩부(60)의 회전 속도는 제어부(70)에 의해 제어될 수 있다.
제어부(70)는 리와인딩부(60)의 속도를 제어한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(70)는 리와인딩부(60)에 포함된 스풀의 회전 속도를 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부(70)는 스풀을 회전시키는 모터의 회전 구동을 제어하는 제어기로 이루어질 수 있다.
제어부(70)는 외부에서 속도 설정 정보를 입력받을 수 있다. 이를 위해 제어부(70)는 HMI(Human Machine Interface)를 제공할 수 있다.
제어부(70)에 의해 설정 및 제어되는 리와인딩부(60)의 속도에 따라 언와인딩부(10)의 풀림 속도가 형성된다.
결국, 제어부(70)는 리와인딩부(60)의 속도 제어를 통해 토우 프리프레그(W)의 권출 속도 즉, 언와인딩부(10)의 풀림 속도를 변경시킬 수 있다.
제어부(70)는 소정의 범위 내에서 토우 프리프레그(W)의 풀림 속도가 설정되도록 리와인딩부(60)의 속도를 제어할 수 있다.
본 실시예에서, 풀림 속도가 설정되는 소정의 범위는 2~100 mpm (meter per minute)일 수 있다.
이러한 범위는 토우 프리프레그(W)를 이용한 와인딩 제조 방식에 적용될 수 있는 와인딩 속도의 전범위를 포함하고 있는 것이다.
그러므로 본 발명의 실시예에 의할 경우 와인딩 제조 방식에 적용될 수 있는 임의의 와인딩 속도에서 특정 토우 프리프레그(W)가 적합한 풀림성을 가지는지 여부를 판단할 수 있는 데이터를 확보할 수 있다.
장력 측정부(30)는 언와인딩부(10)와 리와인딩부(60) 사이에 배치되어 토우 프리프레그(W)에 걸리는 장력을 측정한다.
장력 측정부(30)는 언와인딩부(10)에서 권출되어 리와인딩부(60)에서 재권취되는 토우 프리프레그(W)의 진행 경로 상의 소정의 지점에서 토우 프리프레그(W)의 장력을 측정한다.
장력 측정부(30)는 토우 프리프레그(W)의 진행 경로 상에서 토우 프리프레그(W)의 진행 방향에 굴곡을 발생시키는 형태로 배치될 수 있다.
더욱 상세하게, 장력 측정부(30)는 토우 프리프레그(W)의 진행 방향을 굴곡지게 하면서 소정의 위치에서 일정한 조건으로 걸리는 토우 프리프레그(W)의 장력을 측정할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서, 장력 측정부(30)는 언와인딩부(10)에서 권출되어 리와인딩부(60)로 진행하는 토우 프리프레그(W)에 걸리는 장력을 측정하며 회전하는 장력 검출 롤로 이루어질 수 있다.
장력 검출 롤은 내부 또는 주위에 배치된 힘(장력) 센서 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 장력 측정부(30)는 토우 프리프레그(W)에 인가된 장력을 1초당 10~1000회 측정할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1초당 100~1000회 측정할 수 있다.
이와 같이 일정 시간마다 다수의 장력 측정 데이터를 확보할 경우 소정의 설정 속도로 토우 프리프레그(W)가 권출될 때, 토우 프리프레그(W)에 걸리는 장력의 평균 및 편차를 정밀하게 파악할 수 있다.
이를 통해 해당 풀림 속도에서 토우 프리프레그(W)의 점착성 등의 물성에 관한 정확하고 세밀한 정보를 얻을 수 있다.
저장부(40)는 장력 측정부(30)에 의해 측정된 장력 데이터를 저장한다. 저장부(40)는 장력 측정 시점에서의 토우 프리프레그(W)의 풀림 속도를 함께 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 장력 측정부(30)의 측정 횟수에 따라 저장부(40)에는 1초당 10~1000개의 측정 데이터가 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 저장부(40)는 장력 측정부(30)와 일체로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 저장부(40)는 장력 측정부(30)와 유무선으로 연결된 별도의 저장 장치로 이루어질 수도 있다.
저장부(40)는 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크 타입(Hard Disk), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 등의 저장 매체를 포함할 수 있다.
가이드부(20)는 언와인딩부(10)와 장력 측정부(30) 사이에 배치되어 토우 프리프레그(W)가 장력 측정부(30)에 일정한 각도로 배치되도록 토우 프리프레그(W)를 가이드한다.
즉, 가이드부(20)는 토우 프리프레그(W)가 장력 측정부(30)의 일정한 위치에 일정한 배향을 가지고 걸리도록 해준다.
토우 프리프레그(W) 풀림성 측정 장치에서, 정확한 데이터가 획득되기 위해서는 토우 프리프레그(W)의 장력이 일정한 위치와 배향을 가지고 측정되어야 한다.
이를 위해, 가이드부(20)는 언와인딩부(10)에서 권출되는 토우 프리프레그(W)가 장력 측정부(30)의 일정한 위치에 일정한 방향으로 배치될 수 있게 해준다.
조금 더 구체적으로 살펴보면, 토우 프리프레그(W)가 풀릴 때 사도가 바뀌면서 장력 측정부(30)에서 토우 프리프레그(W)의 위치 또는 각도가 변화되고 이로 인해 장력의 차이가 발생할 수 있다.
이와 같은 토우 프리프레그(W)의 위치 또는 각도 변화로 인한 장력의 차이는 토우 프리프레그(W)의 자체 풀림성으로 인한 것이 아니므로 토우 프리프레그(W)의 풀림성에 관한 데이터의 정확성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
가이드부(20)는 이러한 장력의 차이를 최소화시켜 줄 수 있다. 이를 위해, 가이드부(20)는 언와인딩부(10)에서 권출되어 장력 측정부(30)로 진행하며 토우 프리프레그(W)의 사도가 급격히 바뀌는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 소재의 풀림성 측정 장치에 채용되는 가이드부의 일 예가 사용된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 가이드부(20)는 언와인딩부(10)와 장력 측정부(30) 사이에 회전 가능하게 배치된 가이드 롤(22)로 이루어질 수 있다.
가이드 롤(22)은 토우 프리프레그(W)의 진행에 따라 회전할 수 있다.
가이드 롤(22)은 언와인딩부(10)에서 권출되어 리와인딩부(60)로 진행하는 토우 프리프레그(W)가 삽입되되, 언와인딩부(10)와 가이드 롤(22) 사이에 배치된 토우 프리프레그(W)의 각도와 관계없이 가이드 롤(22)과 장력 측정부(30) 사이에 배치되는 토우 프리프레그(W)의 각도를 일정하게 형성시키는 U자형 홈(22a)을 구비한다.
도 2를 살펴보면, 보빈으로 이루어진 언와인딩부(10)(110)에서 권출되는 토우 프리프레그(W)는 언와인딩부(10) 상에서의 권출 위치가 지속적으로 달라지는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로 토우 프리프레그(W)의 권출 위치가 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)로 바뀔 때, 언와인딩부(10)와 가이드 롤(22) 사이에 배치된 토우 프리프레그(W)의 각도가 이에 상응하여 달라지게 된다.
그러나 토우 프리프레그(W)는 가이드 롤(22)의 U자형 홈(22a)을 통과하면서 U자형 홈(22a) 내에서 그 배향이 정렬될 수 있다.
이에 따라 가이드 롤(22)과 장력 측정부(30) 사이에 배치되는 토우 프리프레그(W)는 일정한 각도 및 위치를 가질 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 소재의 풀림성 측정 장치에 채용되는 가이드부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 가이드부(20)는 가이드 롤을 대체하는 가이드 블록(24)으로 이루어질 수도 있다. 가이드 블록(24)은 토우 프리프레그(W)의 진행 경로 상에 고정 배치된다.
가이드 블록(24)은 언와인딩부(10)에서 권출되어 리와인딩부(60)로 진행하는 토우 프리프레그(W)가 삽입되되, 언와인딩부(10)와 가이드부(20) 사이에 배치된 토우 프리프레그(W)의 각도와 관계없이 가이드 블록(24)과 장력 측정부(30) 사이에 배치되는 토우 프리프레그(W)의 각도를 일정하게 형성시키는 U자형 홈(24a)을 구비한다.
가이드 블록(24)은 회전하지 않고 고정 배치되어 있다는 점에서 가이드 롤과 차이가 있으며, 그 외의 기능은 가이드 롤과 동일하다.
도 4는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 장력 변화 차단부를 나타낸 것이다.
장력 변화 차단부(50)는 장력 측정부(30)와 리와인딩부(60) 사이에 배치되어 리와인딩부(60)에 토우 프리프레그(W)가 재권취되며 발생하는 장력의 변화가 장력 측정부(30)로 전달되는 것을 차단한다.
리와인딩부(60)에 토우 프리프레그(W)가 재권취될 때, 재권취되는 위치에 따라 토우 프리프레그(W)의 배향 각도가 변경되면서 장력의 변화가 발생할 수 있다.
이러한 장력의 변화가 장력 측정부(30) 측으로 전달될 경우 토우 프리프레그(W)의 자체적인 풀림성으로 인한 것이 아닌 외부적인 요인으로 작용하므로 장력 측정의 정확성이 떨어지게 된다.
이러한 문제를 예방하기 위하여, 장력 변화 차단부(50)는 장력의 변화가 장력 측정부(30) 측으로 전달되지 않도록 차단한다.
도 4를 참조하면, 장력 변화 차단부(50)는 나란히 배치된 제 1 고정 롤(51) 및 제 2 고정 롤(52) 사이에 배치된 유동(遊動)롤(53)을 포함할 수 있다.
이러한 유동롤(53)은 일정 방향으로 일정 크기의 힘이 가해진 상태로 배치되며, 그 위치의 변동에 관계없이 토우 프리프레그(W)에 일정한 장력이 걸리도록 해준다.
이때, 고정 롤(51,52)의 배치와 개수, 유동롤(53)의 배치 등은 그 기능의 수행이 가능한 범위에서 얼마든지 변경될 수 있다.
도 5 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토우 프리프레그 풀림성 측정 장치에 의해 풀림 속도 30 mpm 에서 측정된 토우 프리프레그 샘플 1 내지 샘플 4의 장력 그래프이다.
구체적으로, 도 5는 샘플 1, 도 6은 샘플 2, 도 7은 샘플 3, 도 8은 샘플 4의 장력 변화를 각각 보여준다.
도 5 내지 도 8에 나타난 시간에 따른 장력 데이터를 분석하여 얻어진 정보를 정리하면 아래의 [표 1]과 같다.
[표 1]
Figure 112020078495526-pat00001
또한, 도 5 내지 도 8에 나타난 샘플들의 상태 정보를 정리하면 아래의 [표 2]와 같다.
[표 2]
Figure 112020078495526-pat00002
표 1 및 표 2에 나타난 정보를 분석하면, 풀림 속도 30 mpm 에서, 샘플 1의 점착성이 가장 낮고, 샘플 2는 중간 정도의 점착성을 가지며, 샘플 3 및 4는 상대적으로 높은 점착성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 샘플 1 내지 4는 풀림 속도 30 mpm 에서 보풀 및 절사가 나타나지 않는다.
이를 종합할 때, 샘플 1 내지 4는 모두 풀림 속도 30 mpm 로 진행되는 와인딩 제조 공정에 적용가능한 물성을 가진다고 할 수 있다.
도 9 내지 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 토우 프리프레그 풀림성 측정 장치에 의해 풀림 속도 60 mpm 에서 측정된 토우 프리프레그 샘플 1 내지 샘플 4의 장력 그래프이다.
구체적으로, 도 9는 샘플 1, 도 10은 샘플 2, 도 11은 샘플 3, 도 12는 샘플 4의 장력 변화를 각각 보여준다.
도 9 내지 도 12에 나타난 시간에 따른 장력 데이터를 분석하여 얻어진 정보를 정리하면 아래의 [표 3]과 같다.
[표 3]
Figure 112020078495526-pat00003
또한, 도 9 내지 도 12에 나타난 샘플들의 상태 정보를 정리하면 아래의 [표 4]와 같다.
[표 4]
Figure 112020078495526-pat00004
표 3 및 표 4에 나타난 정보를 분석하면, 풀림 속도 60 mpm 에서, 샘플 1 및 2의 점착성이 상대적으로 낮고, 샘플 3 및 4는 상대적으로 높은 점착성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 샘플 1, 3 및 4는 풀림 속도 60 mpm 에서 보풀이 어느 정도 발생하고, 샘플 4의 경우 절사도 발생하는 것으로 나타났다.
이를 종합할 때, 풀림 속도 60 mpm 로 진행되는 와인딩 제조 공정에는 샘플 2가 가장 적합한 물성을 가진다고 할 수 있다.
한편, 샘플 1 내지 4의 점착성에 대한 종래 방식에 따라 감성평가(시험자가 토우 프리프레그를 직접 풀면서 느껴지는 점착성을 정성적으로 판별하는 방식의 평가)를 실시한 결과, 샘플 1의 점착성은 약~중, 샘플 2의 점착성은 약, 샘플 3 및 4의 점착성은 중으로 평가되었다.
이러한 종래의 감성평가 방식에 따라 얻어진 점착성 평가 결과와 본 발명에 따라 얻어진 시험 데이터를 비교하여 보면, 감성평가 방식에 의할 경우 점착성에 대한 객관적인 데이터 확보가 어려움을 확인할 수 있다.
또한, 종래 방식의 감성평가를 통해서는 풀림 속도에 따른 점착성의 변화를 파악하는 것이 사실상 불가능하다.
이와 비교하여 본 발명의 실시예에 의할 경우 특정 풀림 속도 별로, 토우 프리프레그의 점착성을 비롯하여 보풀 및 절사 등의 물성에 대한 평가를 정확하게 내릴 수 있다.
그러므로 본 발명에 따르면 토우 프리프레그의 제조 후에 와인딩 속도에 따른 풀림성의 차이를 객관적으로 평가하여 활용할 수 있게 된다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10 : 언와인딩부
20 : 가이드부
22 : 가이드 롤
24 : 가이드 블록
30 : 장력 측정부
40 : 저장부
50 : 장력 변화 차단부
60 : 리와인딩부
70 : 제어부
W : 토우 프리프레그

Claims (18)

  1. 권출될 소재가 권취되어 있는 언와인딩부;
    상기 언와인딩부에 권취되어 있는 소재를 권출시키고, 상기 권출되는 소재가 권취되는 리와인딩부;
    상기 리와인딩부의 권취되는 속도를 제어하는 제어부;
    상기 언와인딩부와 상기 리와인딩부 사이에 배치되어 상기 소재에 걸리는 장력을 측정하는 장력 측정부;
    상기 언와인딩부와 상기 장력 측정부 사이에 배치되어 언와인딩 과정에서 상기 소재가 상기 장력 측정부의 일정한 위치에 일정한 배향을 가지고 걸리도록 하여 상기 소재의 장력이 항상 일정한 위치에서 측정되도록 가이드하는 가이드부; 및
    상기 장력 측정부와 상기 리와인딩부 사이에 배치되어 상기 리와인딩부에 상기 소재가 권취되면서 발생하는 장력의 변화가 상기 장력 측정부로 전달되는 것을 차단하는 장력 변화 차단부;를 포함하고,
    상기 가이드부는 상기 언와인딩부로부터 리와인딩부로 진행하는 소재의 진행 경로 상에, 회전하는 가이드 롤 또는 고정된 가이드 블록으로 이루어지며,
    상기 가이드 롤 또는 가이드 블록은 소재가 삽입되도록 U자형 홈이 형성되어 상기 언와인딩부와 상기 가이드 블록 사이에 배치된 소재의 각도와 관계없이 상기 가이드 블록과 상기 장력 측정부 사이에 배치되는 소재의 각도를 일정하게 형성시키고,
    상기 장력 변화 차단부는 수평 방향으로 나란하게 각각 배치된 제1고정롤 및 제2고정롤과, 상기 제1고정롤 및 제2고정롤 사이에 배치된 유동(遊動)롤을 포함하며,
    상기 유동(遊動)롤은 일정 방향으로 일정 크기의 힘이 가해져 그 위치의 변동에 관계없이 상기 소재에 일정한 장력이 걸리도록 상기 제1고정롤 및 제2고정롤 사이에서 상하로 직선 왕복운동 가능하게 설치되고,
    상기 장력 측정부는 상기 소재에 인가된 장력을 1초당 10 내지 1000회 측정하여 상기 소재의 점착에 의해 발생하는 순간적 장력 차이를 측정할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는,
    소재의 풀림성 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 리와인딩부의 권취 속도를 제어함으로써, 상기 언와인딩부에서 권출되는 소재의 권출 속도를 소정의 범위 내에서 변경시킬 수 있는 것을 특징으로 하는,
    소재의 풀림성 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 2 내지 100 mpm(meter per minute)의 범위에서 상기 언와인딩부에서 권출되는 소재의 권출 속도를 변경시킬 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는,
    소재의 풀림성 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 장력 측정부는 상기 언와인딩부에서 리와인딩부로 진행하는 소재의 경로를 굴곡지게 배치되는 것을 특징으로 하는,
    소재의 풀림성 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 장력 측정부는 내부 또는 일측에 감지센서가 설치된 장력 검출 롤(roll)을 포함하고,
    상기 장력 검출 롤은 회전가능하게 이루어진 것을 특징으로 하는,
    소재의 풀림성 측정 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 장력 측정부에 의해 측정된 장력 데이터를 전달받아 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 장력 측정부와 저장부는 일체로 이루어지거나 별도로 분리해서 이루어지며,
    상기 장력 측정부와 저장부는 유무선 통신을 할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는,
    소재의 풀림성 측정 장치.
  18. 청구항 1 내지 청구항 5, 청구항 17 중 어느 하나의 청구항에 따른 소재의 풀림성 측정 장치를 이용하여 소재의 풀림성을 측정하는 방법으로서,
    상기 언와인딩부에서 권출되는 소재의 점착성을 상기 장력 측정부에서 측정되는 소재의 장력으로 데이터화하고, 이때, 소재의 풀림성은 특정 권출(풀림) 속도에서 나타나는 소재의 점착성(粘着性)을 의미하는 것을 특징으로 하는,
    소재의 풀림성 측정 방법.
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