KR20010005798A - 다축섬유웹의 제조방법 및 장치 - Google Patents

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브뤼노 봉빠르
삐에르 올리
르노 뒤발
알렝 브뤼에르
도미니끄 꾸프
쟝 오까뉴
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소시에떼 나쇼날 데듀뜨 에 드 꽁스트럭시용 드 모뙤르 다비아시옹-에스.엔.이.씨.엠.에이.
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Abstract

다수의 단방향 시트(30a, 30b, 30c)가 다른 방향으로 중첩되어 서로 합착되어 있고, 균일한 두께와 5 cm 이상의 폭 그리고 300 g/m2이하의 중량을 갖도록 하기 위해 토우가 펼쳐져서 단방향 시트가 제조되며, 다른 시트와 중첩되기에 앞서 먼저 처리될 수 있도록 시트에 응집성이 부여되며, 바람직하기로는 단방향 시트는 탄소섬유로 만들어지고 큰 토우를 펼쳐서 얻어진다.

Description

다축섬유웹의 제조방법 및 장치 {Method and Machine for Producing Multiaxial Fibrous Webs}
단방향으로 방향설정된 실이나 섬유로 이루어진 단방향의 시트를 다양한 방향으로 중첩시켜 다축섬유 시트를 제조하는 것이 오랫동안 알려져 왔다.
통상적인 기술은 먼저 단방향의 섬유시트를 제조하고, 이어서 그 구성성분을 분산시키지 않고 처리할 수 있도록 상기 시트에 충분한 결합력을 주는 것으로 구성된다.
일반적으로 제안된 해결책은 단방향 시트들의 날실을 형성하는 성분들을 씨실 방향으로 연장되는 실들과 함께 결합시키는 것이다. 이렇게 하면 복수의 시트가 중첩되어 서로에 대해 가압될 때 섬유들이 짜부러져 뭉개지고 파손됨으로써 불연속이 발생하여 형성되는 기복을 필수적으로 초래한다. 이와 같이 상기 방법으로 제조된 다축 시트는 왜곡되며, 따라서 이러한 다축 시트로부터 제조되는 합성물질 부분들의 기계적인 성질은 왜곡된다.
이러한 단점을 해소하기 위한 공지된 방법으로는, 가능한 한 무게와 개수를 줄인 결합사(結合絲)를 사용하는 것이다. 탄소 전구체 섬유로 이루어진 시트에 관한 문헌 GB-A-1 190 214(롤스 로이스 리미티드; Rolls Royce Limited)와 유리섬유로 이루어진 시트들에 관한 문헌 FR-A-1 469 065(레스 필스 도귀스테 코마라 앤 씨; Les Fils d'Auguste Chomarat ＆ Cie)에 이러한 방법이 개시되어 있다. 그러나, 명백히 상술한 단점은 감소되지만 제거되지는 않는다.
문헌 EP-A-O 193 478(에타블리세망 레스 필스 도귀스테 코마라 앤 씨; Etablissements Les Fils d'Auguste Chomarat ＆ Cie)에는 열가용성 재질로 이루어진 결합사들을 사용하는 것이 제안되어 있다. 합성물질을 제조하는 동안, 사용되는 온도 때문에 결합사들은 적어도 부분적으로 녹게 되어 결합사들이 날실 성분들과 교차하는 곳의 여분의 두께를 감소시킨다. 그러나, 결합사들의 재질은 합설물질의 매트릭스의 성질과 일치할 필요가 있는데, 이 때문에 상기 방법의 사용이 극히 제한된다.
문서 FR-A-1 394 271(레스 필스 도귀스테 코마라 앤 씨)에는 유리섬유사들을 서로 평행하게 위치시키고 이들을 화학적으로 결합시키는 방법이 기술되어 있는데, 사용되는 결합재는 매트릭스 내에서 녹기 쉬운 성질을 갖는다. 이 경우에도, 결합재와 매트릭스 사이의 일치성이 요구되기 때문에 응용에 제한을 받는다. 더욱이, 실들을 서로 평행하게 위치시키는 어떠한 방법도 기술되어 있지 않으며, 또한 산업적인 스케일로 넓은 시트를 제조하는 것은 실제로 어렵다는 것을 용이하게 알 수 있다. 마지막으로, 결과적인 시트는 나란히 놓인 실들로부터 야기되는 기복으로부터 자유로울 수 없다.
다른 해결책으로는 복수의 토우(tow)를 펼치고, 시트를 형성하기 위하여 결과적인 단방향 섬유 스트립을 나란하게 놓고, 바느질에 의해 시트에 가로지르는 결합력을 부여하는 것이다. 이러한 방법은 특히 문헌 US-A-5 184 387(에어로스페이스 프리폼스 리미티드(Aerospace Preforms Limited)에 양도됨)에 기술되어 있는데, 여기에서는 사용된 토우가 파손되지 않고 바느질될 수 있는 탄소 전구체 섬유로 이루어져 있다. 그럼에도 불구하고, 다축 시트는 이들 단방향 시트를 중첩시켜 제조되지 않는다. 상기 문서에 따르면, 환형상 부분들이 단방향 시트로부터 절취되어 중첩되고 바느질되는 환형상 가닥을 형성한다.
다축 시트를 제조하기 위하여 단방향 시트에 임시적인 결합력을 주어야 하는 점을 피하기 위하여, 복수의 단방향 시트를 형성하고 어떠한 중간처리 없이 다양한 방향으로 이 시트들을 중첩시켜 다축 시트를 직접 제조하는 것이 공지되어 있다. 중첩된 시트들은 접착, 재봉질 또는 뜨개질에 의해 서로 연결될 수 있다.
이러한 기술은 예컨대 US-A-4 518 640, US-A-4 484 459, 및 US-A-4 677 831에 기술되어 있다.
문헌 US-A-4 518 640(칼 마이어(Karl Mayer)에게 양도됨)에 의하면, 시트가 형성되는 동안 강화사(絲)가 시트내로 인입되어 섬유를 관통하지 않고도 시트가 접착될 수 있다. 그러나, 이러한 방법에 의하면 다축 시트에 개구들이 존재하게 되는데, 이 개구들 때문에 표면이 불연속으로 된다.
문헌 US-A-4 484 459(킨텍스 프리폼(Kyntex Preform)에 양도됨)에서는, 스파이크(spike)들 사이에서 자유롭게 연장되는 실들의 부분이 서로 평행하게 되도록 실을 2개의 평행한 순환체인에 의해 지지되는 스파이크 둘레를 통과시킴으로써 각각의 단방향 시트가 형성된다. 단방향 시트는 각각의 실들을 다양한 방향으로 안내함으로써 형성되며, 재봉질에 의해 이 시트들은 서로 결합된다. 이러한 기술을 사용하면, 다축 시트의 길이방향으로 강화사를 구비하는 것이 불가능한데, 불행하게도 이 주방향으로 강화성분들을 위치시킬 필요가 있다. 또한, 각 시트에서의 평행성을 보장하기 위하여 커다란 장력이 실에 가해지는 경우, 스파이크 체인 사이에서 연장되는 실들의 부분은 팽팽해지는 섬유에 의해 둥글게 될 수 있어서, 다축 시트 내에 개구들이 형성될 수 있다. 마지막으로, 이러한 기술에 의하면 각각의 단방향 시트를 형성하는데 필요한 시간만큼 가능한 고속제조가 불가능하다.
문헌 US-A-4 677 831(리바 마스키넨파브릭 게엠바하(Liba Maschinenfabrik GmbH)에게 양도됨)에는, 주된 단방향 시트를 그 구성성분들의 방향으로 평행하게 길이방향으로 변위시키고, 가로지르는 단방향 시트를 주시트(0°)의 방향과 소정의 각도, 예컨대 +45°와 -45° 및/또는 +60°와 -60°를 이루는 방향으로 그 위에 적층시키는 기술이 기재되어 있다. 가로지르는 시트들은 주시트의 양쪽에 위치하는 두개의 스파이크 체인 사이에서 적층공정에 의해 적층된다. 반드시 주시트가 존재할 것을 요구하지 않는 이러한 기술도 여러가지 단점을 갖는다.
따라서, 가로지르는 시트들이 스파이크 둘레를 회전하는 여유영역을 제거할 필요가 있다. 불행히도, 가로지르는 시트들이 넓으면 넓을수록 여유영역도 더 커지고 이 여유영역은 제거되어야 하기 때문에 재료의 손실도 커지게 되며, 또한 시트가 스파이크 상에서 회전하는 것이 더욱 어렵게 된다. 이러한 점에 의해 가로지르는 시트에 대해 사용될 수 있는 폭은 극히 제한된다. 또한, 특히 가로지르는 시트들의 성분들이 적층되는 동안 평행을 유지하도록 하기 위해 가해지는 장력 때문에 홀들이 형성되어 불규칙성이라는 상술한 단점이 역시 다축 시트에서 발견될 수 있다.
또한, 결과적인 다축 시트에 충분한 강도를 주기 위하여 비교적 높은 바늘땀 밀도가 적층후에 즉시 요구된다. 이러한 고밀도 바늘땀 밀도는 매끄러운 표면상태를 불가능하게 하는 것외에도 다축 시트의 구부러짐 특성에 영향을 미쳐 예컨대 포장에 의해 사용중의 변형이 제한을 받는다.
더욱이, 주시트(0°)가 제공되는 경우, 가로지르는 시트들이 모두 주시트의 같은 쪽에서 발견되도록 가로지르는 시트가 적층되는 동안 주시트를 지지할 필요가 있다. 주방향(0°)으로 연장되는 보강성분들이 제공되지만, 생성된 다축 시트는 그 면들사이에서 대칭적이지 않다. 불행히도 대칭성이 정규의 보강재의 구성을 촉진하는데 유리하므로, 주된 방향을 그 면들 사이에서 다축 시트의 중간에 0°로 위치시키는 것이 바람직하다.
단방향 시트를 형성하기 위하여 실들을 사용하는 이러한 기술들에 공통적인 단점은 실들 때문에 표면이 거칠고 그리고 얇은 시트가 때때로 요구되지만 얇지 않은 다축 시트를 얻는다는 데에 있다.
먼저, 단방향 시트들로부터 다축 시트를 제조하는 방법은 문헌 GB-A-1 447 030(히필 리미티드; Hyfil Limited)에도 기술되어 있다. 날실을 형성하는 탄소섬유의 제 1단방향 시트는 예비 바느질되고 다른 씨실을 형성하는 단방향 시트는 마찬가지로 바느질에 의해 제 1시트에 결합된다. 제 1시트의 예비 바느질은 제 2시트가 위치될 쪽으로부터 섬유들을 변위시켜 결합되도록 하기 위한 것이다. 사용된 단방향 시트들은 결합사들에 의해 긴밀하게 제조되는데, 이는 그 단점과 함께 상기 문헌 GB-A-1 190 214에 기술되어 있다.
상기 공지된 기술들 모두는 탄소섬유를 사용하여 제조되는 경우 다축섬유 시트가 상대적으로 고가로 되는 단점을 갖는다. 특히, 응용분야를 확장하기 위하여 이러한 시트의 제조원가를 낮출 필요가 있다.
본 발명은 섬유시트의 제조에 관한 것으로서, 특히 다양한 방향으로 배열되는 복수의 단방향 섬유시트를 함께 중첩 및 연결시켜 형성되는 다축 시트에 관한 것이다.
본 발명은 합성물질 부분을 제조하기 위하여 강화층을 형성하기 위한 다축섬유(multiaxial) 시트의 제조에 응용된다. 이러한 목적을 위한 물질들은 특히 중합체, 유리, 탄소, 세라믹, 파라아라미드 등의 섬유와 같은 유기 또는 무기물 또는 이들의 전구체일 수 있는 섬유 보강재에 의해 구성되는데, 이 보강재는, 예컨대 수지와 같은 유기 매트릭스 또는 예컨대 유리, 탄소, 세라믹과 같은 무기 매트릭스에 의해 고밀도화된다.
도 1은 제조될 단방향 시트들이 긴밀하게 결합되도록 하는 장치의 개략적인 부분도이고,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 부분적인 평면도,
도 3은 도 1에 도시된 장치의 결합수단의 제 1변형례에 대한 부분도,
도 4는 도 1에 도시된 장치의 결합수단의 제 2변형례에 대한 부분도,
도 5는 불연속 섬유로 구성되는 응집성 단방향 시트의 제조 및 넓힘을 도시하는 부분도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에서 다축섬유 시트를 제조하는 적층기의 개괄적인 전체 평면도,
도 7은 도 6a 내지 도 6b의 적층기의 적소에 국부적인 강화필름을 삽입하는 장치를 상세히 도시한 정면도,
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 장치를 사용하여 적소에 강화필름을 삽입하는 연속적인 단계를 나타내는 도면,
도 9는 길이방향의 단방향 시트를 여러 부분들로 절단하고 절단된 부분을 고정시키는 도 6a 내지 도 6b의 적층기내의 장치를 상세히 도시하는 측면도,
도 10은 도 9의 절단 및 고정장치의 정면도,
도 11a 내지 도 11c는 도 6a 내지 도 6b의 적층기에서 가로지르는 단방향 시트의 부분을 이송, 절단 및 고정하는 연속적인 단계들을 나타내는 도면,
도 12는 도 6a 내지 도 6b의 적층기의 변형예를 도시하는 부분도,
도 13a 내지 도 13d는 도 6a 내지 도 6b의 적층기의 다른 변형예에서 가로지르는 단방향 시트의 부분을 이송, 절단 및 고정하는 연속적인 단계들을 나타내는 도면,
도 14는 도 6a 내지 도 6b의 적층기에서 가로지르는 단방향 시트의 부분들을 고정시키는 변형실시예를 나타내는 도면,
도 15는 가로지르는 단방향 시트를 적층하는 변형실시예를 나타내는 도면,
도 16은 가로지르는 단방향 시트들이 부분적으로 겹치는 적층의 변형실시예를 나타내는 도면,
도 17과 도 18 및 도 19는 적층기에서 중첩된 단방향 시트를 함께 결합시키는 수단의 제 1과 제 2 및 제 3변형실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 목적은, 특히 예컨대 탄소섬유와 같이 값비싼 섬유로 만들어진 다축 시트가 좀 더 매력적으로 될 수 있도록 제조원가를 낮출 수 있는 다축섬유 시트의 새로운 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 거울상의 다축 시트, 즉 중간면 특히 그 시트가 주된 방향에 대하여 대각을 이루는 길이방향의 단방향 시트들 사이에 위치하는 주된 단방향 시트(0°)에 대하여 대칭인 다축 시트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 홀들이나 거칠음 등의 불규칙성 없이 표면이 매끄러운 다축섬유 시트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 긴밀한 결합력을 보장하기 위하여 다축섬유 시트를 구성하는 단방향 시트에 대하여 길이방향으로 매우 낮은 결합밀도만을 필요로 하여, 다축 시트가 양호한 변형성을 가질 수 있도록 하는 다축섬유 시트들의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 길이가 길고 두께가 얇으며 (단위면적 당) 무게가 작으면서도 상기 특징들을 가지는 다축섬유 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 양호한 표면 규칙성을 유지하고 재료의 손실을 제한하면서 상대적으로 넓은 단방향 시트로부터 다축섬유 시트를 제조할 수 있는 적층 방법 및 기계를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 복수의 단방향 시트를 다양한 방향으로 중첩시키는 단계와, 이 중첩된 시트들을 함께 결합시키는 단계로 구성되는 다축섬유 시트의 제조방법이 제공되는데, 여기에서 적어도 하나의 단방향 시트를 제조하기 위하여 대체로 균일한 두께와 5cm 보다 큰 폭 및 300g/m2를 초과하지 않는 무게를 가지는 시트를 얻도록 적어도 하나의 토우가 펼쳐지고, 적어도 하나의 다른 단방향 시트와 중첩되기 전에 취급될 수 있도록 단방향 시트에 결합력이 주어진다.
본 방법의 특징에 있어서, 적어도 하나의 단방향 시트를 제조하기 위하여 복수의 토우들이 사용되는데, 이 토우들은 단방향 스트립들을 형성하도록 펼쳐지며, 상기 스트립들은 5cm 보다 큰 폭 및 300g/m2를 초과하지 않는 무게를 가지는 단방향 시트를 얻기 위하여 나란히 위치된다.
본 발명의 장점을 더욱 개선시키기 위하여, 특히 탄소를 사용할 때, 적어도 하나의 단방향 시트가 바람직하게는 12K(12,000)개 이상의 필라멘트를 가지며 가능하게는 480K(480,000)개 이상의 필라멘트를 가지는 적어도 하나의 토우를 펼쳐 얻어진다.
유사한 기술이 모든 기술적인 섬유에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 장점은 커다란 토우, 특히 다양한 종류의 섬유에 대해 이용가능한 가장 큰 토우를 사용하는 것이다.
주어진 중량에 대하여, 특히 탄소의 경우에, 굵은 토우의 제조원가는 가느다란 토우의 제조원가나 본 출원인이 알고 있는 한 다축 시트를 제조하는 공지기술에 사용되는 실보다 훨씬 낮다.
예로써, 표 1은 다양한 갯수의 필라멘트들을 사용하여 제조된 상업적으로 이용가능한 탄소사(炭素絲)나 또는 토우에 적용되며, 공지기술에서와 같이 서로 평행한 실에 의해 형성되는지 또는 본 발명에서와 같이 토우들을 펼쳐 형성되는지에 따라 단방향 시트에 대하여 얻을 수 있는 무게들을 표시한다. 실이나 토우들은 폴리아크릴로니트릴 또는 이방성 수지(pitch) 전구체를 구비하는 고강도 또는 고결합 탄소로 이루어진다.
토우가 펼쳐지거나 또는 복수의 토우들이 펼쳐져 병치되어, 300g/m2보다 크지 않은 단위면적 당 무게를 가지는 적어도 하나의 단방향 시트를 형성함으로써, 제한된 수의 무거운 토우들로부터 상대적으로 넓은 폭, 즉 적어도 5cm 바람직하게는 적어도 10cm의 폭을 가지는 시트를 제공할 수 있다.
상대적으로 가벼운 단방향 시트들의 사용에 의해 이러한 단방향 시트들로 이루어진 다축 시트의 특성을 보존할 수 있다.
또한, 평행사들의 시트를 사용하는 상기 종래기술과 달리, 가벼운 시트가 얻어질때까지 토우들을 펼침으로써 다축 시트가 홀이나 기복과 같은 표면결함을 갖지 않고 그리고 외관상 매끄러운 표면을 갖도록 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 파손되기 쉬운 섬유들을 사용할 수 있다.
단방향 시트가 불연속 필라멘트들로 이루어지는 경우, 필라멘트를 약간 매팅(matting)시킴으로써 시트에 결합력이 주어질 수 있다. 이를 위하여, 시트는 바느질되거나 또는 가압하의 물젯트에 노출될 수 있는데, 시트는 플레이트 위에 배치된다. 이에 따라, 시트는 그 결합력을 잃지 않고 펼쳐질 수 있다.
모든 경우에, 단방향 시트가 연속 또는 불연속 필라멘트로 이루어지는지에 관계없이, 제거되기에(또는 희생되거나) 적당한 화학적인 접합제에 의해 결합력이 시트에 주어진다. 접착제는 시트 상에 액체 화합물을 분무시키거나 또는 욕조를 통과시켜 가해지게 된다. 결합력은 열가용성 또는 열점착성 중합체를 분말형태로 시트 상에 뿌려 얻을 수 있다.
적어도 하나의 열가용성 또는 열점착성 필름이나 실을 이용하여 고정시키거나 또는 예컨대 증발가능한 용매에 녹아 있는 접착제의 라인을 형성시킴으로써 사용되는 적어도 하나의 단방향 시트에 길이방향 결합력을 부여하는 것이 가능하다.
본 발명의 방법은 더욱 상세하게는 적어도 하나의 길이방향의 단방향 시트를 다축 시트의 길이방향에 대하여 평행한 진행방향으로 이동하는 이동지지부 위로 이송시켜 길이방향을 가지는 연속적인 다축 시트를 제조하기 위한 것으로서, 길이방향의 단방향 시트 또는 그 각각은 인접하는 또는 부분적으로 겹치며 진행방향에 대하여 동일한 선택각을 이루는 연속적인 부분들로서 이송된다.
중첩되는 단방향 시트들의 결합력은 다축 시트가 서로에 대하여 단방향 시트들을 적층시키는 것에 구속받지 않도록 하여, 단방향 시트들이 중첩되는 순서에 관하여 커다란 융통성을 제공하게 된다. 따라서, 가로지르는 시트의 양쪽에 배치되고 대각을 이루는 적어도 2개의 길이방향의 단방향 시트와 함께, 중간면에 대하여 특히 그 방향이 진행방향에 대하여 평행한 길이방향의 중간 단방향 시트에 대하여 대칭("거울상" 대칭)인 다축시트를 제조할 수 있다.
본 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 가로지르는 시트를 형성하는 연속적인 부분들의 각각은 시트를 가로지르는 시트의 방향에 평행하게 측정한 경우 대체로 다축 시트의 치수와 동일한 길이에 걸쳐 이동시킴으로써 이송되고, 이러한 방식으로 이송된 부분을 절단하고, 이동지지부 또는 제조될 다축 시트상에 절단된 부분을 배치시키게 된다. 가로지르는 시트는 절단된 영역에서 예컨대 그 면들중 적어도 하나에 필름을 고정시킴으로써 강화된다.
연속적으로 절단된 부분들에 가로지르는 시트들을 적층시킴으로써 스파이크 둘레로 시트를 회전시켜 적층하는 종래기술에 비해 재료의 손실을 줄일 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 작업함으로써 섬유들이 손상되는 것을 피할 수 있고, 따라서 고계수의 탄소섬유 또는 이방성 수지에 근거하는 탄소섬유 또는 세라믹 섬유와 같이 파손되기 쉬운 섬유들을 적층하는 것이 가능하다. 또한, 가로지르는 시트의 공급이 중지된 후 적층공정을 재시작하는 것이 가로지르는 시트들이 서로 결합되지 않은 한 세트의 평행한 섬유들에 의해 형성되는 경우에 비하여 좀더 용이하게 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법에 의해 얻어지는 단방향 또는 다축섬유 시트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 매트릭스에 의해 밀도가 높혀진 강화섬유를 구비하는 합성물 부분의 제조방법을 제공하는데, 상기 부분들에 있어서 강화섬유는 적어도 하나의 단방향 또는 다축 시트로 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 실행될 방법의 바람직한 구현을 가능하게 하는 적층기계가 제공된다.
이를 위하여, 본 발명은 다양한 방향으로 단방향 섬유 시트를 중첩시킴으로써 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층기계를 제공하는데, 이 기계는 제조될 다축 시트를 지지하는 지지수단과 진행방향으로 지지수단을 구동시키는 구동수단을 구비하여 다축 시트를 진행시키는 장치와; 진행방향에 평행한 방향으로 길이방향의 단방향 시트를 공급하는 공급수단과; 복수의 교차적층장치로서, 각각 연속적인 단방향 시트를 상기 교차적층장치에 공급하는 공급수단과, 시트의 자유끝을 파지하는 이동성 파지부 헤드, 및 진행방향에 대하여 선택된 각도로 길이방향에 평행하게 연속적인 시트의 부분들을 적층하는 수단을 구비하는 복수의 교차적층장치; 및 지지수단으로부터 진행방향의 하류에 위치하여 중첩된 단방향 시트들을 함께 결합시키는 결합수단을 구비하고, 각각의 교차적층장치는 절단수단과 각각의 교차적층장치에 대하여 파지부 헤드에 의해 단방향 시트의 자유끝을 파지하고 단방향 시트의 부분을 이송하기 위하여 파지부 헤드를 이동시키고 이송된 단방향 시트의 부분을 절단하고 단방향 시트의 절단된 부분을 지지수단 위에 적층하는 연속적인 사이클을 제공하기 위한 수단을 포함한다.
이러한 기계의 중요한 장점은 길이방향으로를 포함하여 상대적으로 넓은 단방향 시트를 적층시킬 수 있다는 것이다.
중첩되는 단방향 시트들은 예컨대 바느질, 뜨개질, 재봉질 또는 접착, 접착제 분무 또는 시트들 사이에 열가용성 또는 열점착성 필름의 삽입 등과 같이 다양한 방식으로 함께 결합될 수 있다. 단방향 시트들 내의 결합력을 제공하는데 사용될 수 있는 접착제는 시트들을 서로 결합시키기 위해 재생될 수 있다.
단방향 시트의 제조 (도 1 내지 도 5)
토우들은 개별적으로 펼쳐지고 생성된 단방향 스트립들은 릴에 시트를 저장하기 전에 시트를 이루는 필라멘트들 사이에 결합 또는 부착제를 가함으로써 결합력이 제공되는 단방향 시트를 형성하도록 선택적으로 병치된다.
도 1에서는, 명료하게 하기 위하여 하나의 토우를 펼치는 장치가 도시된다. 토우(10a)는 토우가 넣어져 있는 박스로부터 직접 취해진다. 변형례에서는, 토우가 크릴(creel)에 의해 지지되는 릴로부터 취해질 수 있다.
시트의 사용목적에 따라 다양한 종류의 토우들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 토우들은 탄소 섬유거나 세라믹 섬유일 수 있으며, 또는 탄소나 세라믹의 전구체인 섬유들, 유리섬유, 아리미드 섬유 또는 다른 종류의 섬유 혼합물로 이루어질 수도 있다. 적당한 세라믹으로는 특히 실리콘 카바이드 및 반사성 산화물, 예컨대 알루미나와 지르코니아를 들 수 있다. 토우들은 연속 필라멘트로 이루어지거나 불연속 필라멘트로 이루어 질 수 있으며, 토우들이 불연속인 경우에는, 예컨대 연속 필라멘트들의 토우들을 찢어서 얻을 수 있다. 불연속 필라멘트로 이루어진 토우들과 함께, 서로 친밀하게 혼합된 다른 물질들로 이루어진 필라멘트를 구비하는 하이브리드 토우들을 사용할 수 있다. 이는 다른 물질로 이루어진 찢어진 토우들 또는 리본들을 이송시키고 그 섬유들을 질(gill) 박스를 통과시켜 혼합시킴으로써 얻을 수 있다.
가능하다면 무거운 토우가 사용되는데, 특히 생성된 시트의 제조원가를 감소시키기 위하여 사용된다. "무거운" 토우라는 용어는 본 명세서에서는 적어도 12K개의 필라멘트들로 이루어진 토우(즉, 12,000개의 필라멘트들로 이루어진 토우)에 대하여 사용되는데, 비람직하게는 50K 보다 많은 개수의 필라멘트를 가지는 그리고 가능하다면 480K개 이상의 필라멘트를 가지는 토우에 대하여 사용된다.
토우(10a)는 2개의 끝판(12b)사이에서 연장되는 복수의 바아(12a)에 의해 형성되는 뽑기 및 풀기장치(12) 위를 지나는데, 상기 장치는 모터(13)의 구동에 의해 바아에 평행한 축 주위를 회전한다. 예컨대, 4개의 바아(12a)는 회전축 주위로 규칙적으로 배치된다.
자유롭게 회전하도록 장착된 2개의 편향롤(14,16)위를 지난 후, 토우(10a)는 마찬가지로 자유롭게 회전하도록 장착된 4개의 롤(18a,18b,18c,18d)로 이루어진 장력 조정장치(18)에 도달한다. 이 롤들은 장력 조정장치를 통하여 토우(10a)의 경로를 길게 하거나 짧게 하여 장력을 일정하게 하기 위하여 롤들을 지지하는 아암에 작용함으로써 가능하게 되는 액츄에이터(19)의 구동에 의해 변형가능한 평행사변형을 공지의 방법으로 구성한다.
그 다음, 토우(10a)는 복수의 고정된 만곡롤(22a,22b,22c) 위를 지나간다. 예컨대, 3개인 이 롤들은 얇은 단방향 스트립(20a)이 형성되도록 공지의 방식으로 리본을 펼치기 위하여 작동한다.
스트립(20a)의 장력은 롤들(24a,24b,24c)의 위를 지남으로써 종래의 방식으로 측정되는데, 롤(24b)은 탄성력에 의해 가압되면서 수직으로 이동가능하다. 롤(24) 축의 변위를 측정함으로써 제공되는 것과 같은 스트립의 장력변화에 대한 정보는 측정된 장력이 일정하게 유지되도록 하기 위하여 액츄에이터(19)를 조절하는데 사용된다.
스트립(20a)은 자유롭게 회전하는 롤(25)상에서 동일 또는 유사한 다른 스트립(20b,20c,20d,20e)에 인접하여 위치됨으로써, 단방향 시트(30)를 형성한다. 따라서, 스트립들은 동일한 또는 다른, 예컨대 다르다면 무게가 다른 또는 다른 종류의 섬유로 이루어진 토우로부터 나오게 되므로, 하이브리드 시트를 얻을 수 있다.
스트립(20b 내지 20e)은 상술한 장치와 동일한 토우 펼침장치에 의해 얻을 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 펼침장치가 각각의 프레임(26a,26b,26c, 26d,26e)에 장착되는데, 각 프레임은 일점쇄선으로 이루어진 사각형에 의해 표시된다. 프레임들은 서로 간섭하는 것을 피하기 위하여 선택적으로 공통의 수평면 위 및 아래에 위치된다.
다른 펼침장치로부터 나온 스트립(20a 내지 20e)은 롤(25)을 만난다. 스트립의 위치를 조정하여 스트립들이 정확히 인접되도록 하기 위하여 토우의 진행방향에 대한 프레임의 길이방향 위치는 조정될 수 있다. 따라서, 각 프레임(26e)은 모터 (29e)의 구동에 의해 가로지르는 안내 활송로(28e)를 따라 이동될 수 있다.
변형례에서는, 인접하지 않지만 부분적으로 중첩되는 방식으로 나란히 단방향 스트립들이 위치될 수 있다. 스트립들을 정확히 끝 대 끝 방식으로 위치시키는 것과 비교하여 작은 허용오차가 요구되나, 결과적인 시트에서 각 끝을 따라 위치되는 부분들은 희생될 필요가 있다.
롤(25)로부터 하류쪽으로 시트위에 액체 합성물을 내뿜어 가로지르는 결합력을 시트(30)에 부여할 수 있는데, 상기 합성물은 화학적인 결합제 예컨대 용액상태의 중합체를 포함한다.
다양한 중합체들이 사용될 수 있다. 사용되는 중합체는 희생되기에 적당한 것이, 즉 예컨대 용해되거나 가열처리하여 제거하기에 용이한 것이 유리하다. 이러한 중합체중에서, 수용성이며 가용성 폴리에스터로 이루어진 폴리비닐 알콜(PVA)이나 폴리비닐파이로리돈 형의 중합체가 적당하다. 단방향 시트를 포함하는 다축시트로부터 제조되는 강화섬유를 사용하여 합성물질을 제조하는 경우, 더 큰 스테이지에서 위치되는 매트릭스와 일치하는 중합체를 사용할 수도 있다. "매트릭스와 일치하는 중합체"라는 용어는, 본 명세서에서 예컨대 수지와 같이 동일한 종류를 가지며 매트릭스에 용해되기에 적당한 중합체나 또는 다른 종류로 구성되지만 매트릭스와 접촉한 상태에서 그 존재가 합성물질의 특성에 영향을 미치지 않는 중합체를 나타내는데 사용된다.
액체 합성물은 공급파이프(34)를 통해 노즐(32)에 배송된다. 합성물이 분무된 후, 시트는 조정되는 압력으로 서로에 대하여 가압되어 원하는 액체 합성물의 양을 시트(30)의 전 표면 위에 균일하게 분산시키는 2개의 롤(36) 사이를 통과한다. 그 후, 액체 합성물에 포함된 용매를 제거하기 위하여 시트(30)는 스트립 건조기(38) 밑을 통과한다. 이어서, 밀착하는 시트(30)가 모터(39)에 의해 회전되는 릴(40)에 저장된다.
변형례에서는, 액상의 수지를 포함하는 합성물을 분무하고 이 수지를 경화시킴으로써 결합력이 시트에 주어질 수 있다. 스트립 건조기(38)를 자외선 소스로 대체하고 자외선을 쪼여 경화될 수 있는 수지를 사용하는 것이 유리하다. 예를 들면, 이러한 수지로는 자외선 경화 아크릴레이트일 수 있다.
다른 기술이 사용될 수도 있는데, 예컨대 시트위에 열가용성 또는 열점착성 중합체의 분말을 뿌리거나 또는 시트위에 열가용성 또는 열점착성 필름이나 실을 증착하고 가열기에 이들을 노출시킬 수도 있다. 시트위에 용액상태의 접착제로 구성되는 접착제 라인들을 형성시키고 이어서 용매를 증발시키는 것도 가능하다.
사용되는 토우의 무게와 개수에 따라, 폭이 더 크거나 더 작은 시트(30)를 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 상대적으로 많은 개수의 필라멘트를 가지는 토우로부터 시작하는 경우, 본 발명의 방법은 넓은 시트가 얻어질 수 있다는 장점이 있는데, 제한된 개수의 토우와 넓힘장치를 사용하더라도 예를 들어 폭이 적어도 5 cm이고 바람직하게는 적어도 10cm 이상인 시트를 얻을 수 있다. 본 발명의 다른 특징은 얇은 시트를 얻을 수 있다는 것으로서, 두께가 균일하고 무게가 300g/m2보다 크지 않은 얇은 시트를 얻을 수 있다.
시트가 연속 필라멘트로 이루어진 경우와 불연속 필라멘트로 이루어진 경우 모두에 똑같이 고정시킬 목적으로 결합제가 시트에 가해질 수 있다.
매트릭스와 함께 섬유보강재를 고밀도화시켜 얻어지는 합성물질 부분의 섬유보강재를 형성하는데 사용되도록 시트가 설계되는 경우, 결합제를 그러한 기능이 있는 것으로 선택하는 것이 바람직하다. 예컨대, 희생되기에 적당한 결합제가 사용될 수 있는데, 즉 합성물질의 매트릭스에 의해 고밀도화시키기 전에 용해시키거나 열을 가하여 제거할 수 있는 결합제가 사용될 수 있다. 매트릭스와 일치하는 즉, 매트릭스 내에서 용해되거나 매트릭스와 화학적으로 반응하지 않고 잔류하여 매트릭스의 성질을 열화시키지 않는 결합제를 사용할 수도 있다.
시트가 취급될 수 있도록 하기 위하여 시트에 가로지르는 결합력을 충분히 부여하는 하나의 고정방법은 시트가 불연속 필라멘트로 구성된 경우에 실시할 수도 있다. 이것들은 특히 평행한 불연속 필라멘트를 서로 부착시키는 역할을 하는 고정방법에 관한 것이다.
도 3은 시트가 금속판(33a)를 지나가는 동안 시트로의 압력하에 물젯트를 분사하는 장치(33)를 관통하는 인접하면서 단일한 방향의 스트립들(20a ~ 20e)에 형성된 시트(30)를 도시하고 있다. 상기 금속판(33a) 위에서 되튐으로써, 물젯트는 적당한 양의 불연속 필라멘트들의 매트를 형성하게 된다. 그 후에, 상기 시트(30)는 릴(40)에 저장되기 이전에 건조기(38) 앞으로 지나가게 된다.
도 4에 도시된 다른 변형예에서, 상기 스트립(30)은 바느질 장치(35)를 관통하는데, 이 장치는 수직한 왕복운동으로 구동되는 바늘판(35a)과, 스트립(30)이 그 위로 지나가는 지지부(35b)를 구비한다. 이 지지부(35b)는 상기 판(35a)의 바늘들로 찍히는 바늘구멍을 갖게 된다. 따라서, 상기 바늘들은 불연속 필라멘트들을 옮겨 놓는 동안 시트(30)의 전체 두께를 통해 관통하게 되어, 요구되는 교차접착을 제공하는 제한된 양의 교차하는 매트를 생성하게 된다. 바느질된 시트는 릴(40)에 저장된다.
도 1에 도시된 펼침장치는 연속 또는 불연속인 섬유나 필라멘트로 이루어진 토우로 사용될 수 있지만, 연속 필라멘트의 토우가 아주 특히 알맞다.
바람직하기로, 불연속 필라멘트로 이루어진 스트립이나 단방향 시트를 형성하는 작업은 도 1에 도시된 바와 같이 연속 필라멘트의 토우를 펴는 것을 포함하여, 연속 필라멘트의 시트(20a)를 얻을 수 있게 된다. 이는 잡아 늘이면서 누르는 장치(21)로 이루어진다(도 5 참조). 이 잡아 늘이고 누르는 기술은 원래 잘 알려져 있는 바, 이는 상기 시트가 여러 연속된 쌍들의 구동롤(21a,21b,21c) 사이를 통과하는 것으로 이루어지되, 이들 롤은 각각의 속도(Va,Vb,Vc)로 구동되며, Vc 〉Vb 〉Va 이다. 증가하는 속도로 시트를 잡아 당김으로써 연속 필라멘트는 끊어지게 된다. 상기 쌍들의 롤 사이의 거리, 특히 롤들(21a,21b) 사이의 거리는 누르는 유형을 결정하게 되는데, 즉 눌려진 필라멘트의 평균길이를 결정한다.
잡아 늘이고 누른 후에, 상기 시트(20'a)는 잡아 늘려지는데, 단위면적 당 중량은 시트(20a)와 비교하여 현저하게 감소된다. 불연속 필라멘트로 이루어진 잡아 늘려진 시트(20'a)는 다른 유사한 시트(20'b ~ 20'e)와 부분적으로 겹쳐지거나 이들과 나란히 병렬로 배치된 후에, 전술된 적당한 매팅수단에 의해, 예컨대 도 3의 실시예에서와 같이 압력하의 물젯트를 받거나, 도 4의 실시에에서와 같이 바느질 장치(35)에 의한 바느질로 부착된다.
생성된 시트(30)는 넓어져서 시트가 접착력을 상실하지 않고서 그 단위면적 당 중량이 더욱 감소된다. 이 넓어지는 능력은 사용된 물젯트나 바느질과 같은 사용된 기술로 주어진다.
예컨대, 접착시트(30)가 릴(40)에 저장되기 전에 하나 이상인 쌍들의 만곡된 롤(37) 위로 통과시킴으로써, 넓어질 수 있게 된다.
상기 시트는, 예컨대 다축시트를 형성하기 위해 저장릴로부터 주어질 때, 상기 릴(40)상에 저장된 후 넓어질 수 있다. 넓어지는 토우에 의해 단방향 시트를 얻는 다른 공지된 기술로는, 예컨대 론 포우렌 파이브레(Rhone Poulenc Fibres)의 FR-A-2 581 085와 동 FR-A-2 581 086에 설명된 기술들이 사용될 수 있다. 이들 문헌에서, 펴는 토우는 발생기의 라인을 따라 위치되고 스파이크을 구비한 그들의 외면에 탄력있는 연장된 부재를 갖춘 롤로 주어진다. 이 롤과 접촉하는 그 경로의 일부에서, 상기 토우는 스파이크에 고정되고, 롤의 축에 평행하게 연장하는 탄성부재에 의해 펴지게 된다.
다축시트의 제조
이제 도 6a 내지 도 6b를 참조로 하는 바, 이는 다수의 단방향 시트에서 연속적인 다축시트를 만드는 데에 적합한 본 발명에 따른 실시예를 구성하는 적층기계를 도시하고 있다.
도시된 예에서, 다축시트(50)는 길이방향에 각각 0°,+60°,-60°의 각도로 되는 3개의 단방향 시트(30a,30b,30c)로 이루어진다. 0°의 시트(30a), 즉 "주"시트는 전술한 방법으로 얻어진 부착성인 단방향 시트인데, 릴(40a)로부터 풀려나온다. +60°와 -60°인 가로지르는 시트(30b,30c)는 전술한 방법으로 얻어지는 부착성 시트이면서 각 릴(40b,40c)로부터 풀려나오는 단방향 시트이다. 사용된 단방향 시트는 반드시 동일한 폭을 가질 필요는 없다. 따라서, 예에서 양쪽의 가로지르는 시트(30b,30c)는 길이방향의 시트(30a)보다 작은 동일한 폭을 갖는다. 일반적으로, 가로지르는 시트는 주시트(0°)보다 작은 폭으로 된다.
0°인 시트에 대해 가로지르는 시트들로 형성된 각도는 +60°및 -60°와 다를 수 있는데, 예컨대 이들은 +45°나 -45°또는 더 일반적으로 반대부호의 각도이되, 반드시 동일하지 않는 각도일 수 있다. 또한, 2이상의 가로지르는 시트들이 예컨대 90°인 시트를 부가하거나 길이방향에 대해 대각을 형성하는 적어도 다른 쌍인 시트들을 부가함으로써, 0°의 시트와 겹쳐질 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 다축 시트(50)는 모터(47)로 구동되는 구동롤(46)과 편향롤(48) 위를 지나는 컨베이어(44)의 순환벨트(42)의 수평한 상부 분할부로 이루어진 지지부에 형성된다 (도 6b 참조). 상기 벨트(42)의 폭은 시트(50)의 폭보다 좁아서 시트가 벨트(42)의 양측면(42a,42b)에서 다소 돌출하게 된다.
상기 시트는 벨트(42)에 +60°인 나란한 분할부를 나오게 한 후에 0°로 위치된 시트(30a)를 놓고 -60°로 위치된 시트(30c)의 나란한 분할부 위로 끌어들임으로써 만들어진다. 바람직한 형태로는 0°인 시트가 가로지르는 시트들 사이에 위치된 다축 시트(50)를 만들어 시트(50)에 대칭성을 부여할 수 있다는 것이다. 이는 가능한 시트(30a)에 본질적인 접착성에 의해 만들어진다.
또한, 바람직하기로 전술한 방법으로 얻어진 0°인 단방향 시트가 5cm 이상, 적어도 10cm의 비교적 큰 폭이어서, 큰 폭의 다축시트를 만들 수 있게 된다.
시트들(30b,30c)의 연속적인 분할부를 나오게 하고 절단하며 적층하는 장치 (60)는 동일하여, 단지 시트(30c)와 관련된 장치를 설명한다.
상기 시트(30c)는 이 시트(30c)의 자유끝을 고정시킬 수 있는 적어도 하나의 죔쇠를 갖춘 파지부 헤드(70)에 의해 릴(40c)로부터 풀려나온다.
상기 시트(30c)는 길이방향 시트의 폭을 덮기에 충분한 길이 이상으로 컨베이어 벨트(42)의 끝(42a)에서 당겨진다. 따라서, 나온 분할부는 절단장치(80)에 의해 컨베이어 벨트의 끝(42a) 위에 위치된 시트(30a)의 끝에서 길이방향으로 절단된다. 동시에, 시트(30c)의 절단된 분할부는 바로 절단된 그 끝에 의해 고정되어 이전에 나온 고정부와 이미 놓인 시트(30a)에 대한 컨베이어 벨트상의 위치를 보존하게 된다.
변형이나 풀어짐 없이 시트(30c)를 절단하기 위해서, 필름 또는 테이프(92)의 분할부 형태인 국부적인 보강재가 시트(30c)의 각 면의 절단될 각각의 위치에 고정된다. 상기 필름(92)은 예컨대 접착제나, 열점착, 고주파용접, 초음파용접, 장치(90) 등에 의해 고정될 수 있는데, 예컨대 폴리에틸렌필름이 열점착에 의해 고정될 수 있도록 사용된다. 보강용 필름은 단지 시트(30c)의 한 면 위에 고정될 수 있게 된다.
상기 파지부 헤드는 비임(966)의 활송로(64)를 미끄럼 이동하는 블록(62)에 의해 이동된다. 한 예로, 상기 블록(62)은 전환가능한 모터(69)에 의해 활송로(64)에서 구동되는 순환케이블(68)에 고정되고, 상기 비임(66)은 릴(40c)과, 시트의 분할부를 절단하고 적층하면서 적소에 보강용 필름을 놓는 장치(80,90)를 지지한다.
상기 헤드(70)와 장치(80,90)가 실시되는 방법의 상세한 설명은 아래에 기술된다. 상기 파지부 헤드는 비임(66)에 대한 장치(80,90)와 같이 블록(62)에 대해 장착된 회전받침일 수 있다. 따라서, 길이방향(0°)에 대해 놓인 가로지르는 시트에 의해 형성된 각도는 비임(66)의 위치를 적당히 조정하고, 비임에 대한 장치(80, 90)와 헤드(60)의 위치를 조정함으로써, 쉽게 변할 수 있다. 상기 헤드(70)와 장치 (80,90)의 작동은 제어유니트(100)에 의해 제어되는데, 이들은 비임(66)을 따라 진행하는 한 묶음의 케이블(102)로 연결되어 있다.
상기 컨베이어(44)가 정지되어 있는 동안 각 시트(30b,30c)의 분할부는 나오고, 절단되며, 놓여서, 고정된다. 그 후에, 상기 컨베이어는 길이방향으로 나아갈 때 시트(30b,30c)의 크기와 동일한 길이 이상으로 진행하고, 공정이 되풀이된다. 상기 컨베이어(44)의 각 진행에서, 길이방향 시트의 같은 길이가 풀려나오게 된다.
겹쳐진 후, 상기 시트(30a,30b,30c)는 서로 부착된다. 도 6b에 도시된 실시예에서, 이 부착은 컨베이어를 떠나게 될 때, 다축 시트(50)의 전체 폭을 가로질러 연장하는 바늘판에 의한 바느질로 이행된다. 바느질 동안, 상기 시트(50)는 바늘들이 손상없이 관통할 수 있는, 예컨대 폴리프로필렌으로 된 기저펠트(52b)를 이송하는 플레이트(52a)에 지지된다. 바느질은 컨베이어의 진행 때마다 이루어진다. 바느질에 의한 부착은 불연속 필라멘트나, 바느질에 의해 과도하게 손상되지 않는 연속 필라멘트로 된 시트용으로 특히 알맞다.
불연속적인 섬유의 웹은 바느질 전에 바로 다축시트에 사용될 수 있는데, 바늘들에 의해 처리되기에 적당한 불연속적인 섬유를 공급하여 다축시트에 가로질러 넣어져 부착된다.
바느질 후, 보강용 필름(92)의 일부를 이송하는 다축시트(50)의 가장자리 영역은 시트의 양측면에 위치된 회전식 절단휠(56)에 의해 절단됨으로써 제거될 수 있다. 생성된 다축시트는, 동시에 간헐적인 컨베이어(44)의 진행과 함께 모터(59)에 의해 구동되는 릴(58)에 저장될 수 있다.
이제, 도 7을 참조로 하는 바, 이는 열점착에 의해 적소에 보강용 필름(92)을 넣는 장치를 더욱 상세하되 아주 개략적으로 도시한다.
각 필름(92)은 각각의 저장릴(92a)로부터 당겨지고, 2개의 릴(93a,93b) 사이를 지나가는데, 예컨대 이들 중 하나(93a)는 양쪽 릴(93a)에 공통인 구동모터(도시되지 않음)에 연결된다. 2개의 죔쇠(96)는 액츄에이터(96a)의 제어하에 개폐되고, 공기 액츄에이터(99)의 동일한 실린더에 고정된 로드(98)의 끝에 고정된다. 2개의 로드(98)는 릴(40c)로부터 당겨질 때 시트(30c) 경로의 위아래로 각각 연장하고, 이들은 시트의 폭보다 긴 길이를 갖는다.
2개의 가열압축부(97)는 시트(30c) 경로의 어느 한 쪽에 위치된다. 역행 블레이드(94b)와 상호작용하는 2개의 블레이드(94a)는 릴(93a,93b)의 쌍들로부터 바로 하류에 위치되어 액츄에이터(도시되지 않음)의 제어하에 필름(92)을 분할할 수 있게 된다.
보강용 필름(92)을 적소에 넣는 사이클은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같은 다음 작동으로 이루어진다.
액츄에이터(99)에 인접한 끝에서 반대편의 시트(30c)의 끝을 지난 가장 전진된 위치에서 죔쇠(96)를 이송하는 로드(98)로 작동을 시작하면서, 상기 필름(92)은 그들의 자유끝이 개방되어 있는 죔쇠(96)에 완전히 고정될 때까지 릴(93a,93b)에 의해 전진된다(도 8a 참조). 구동휠(93a)은 필름(92)의 끝이 적당한 센서를 사용함으로써 죔쇠(96)의 안착부에 있는지를 감지하는 것에 응하거나, 필름이 예정된 길이를 통해 전진된 후일지라도 정지될 수 있다.
상기 죔쇠(96)는 액츄에이터(96a)의 제어하에 오무려지고, 상기 릴(93a)은 풀리며, 액츄에이터(99)가 제어되어 로드(98)를 수축시켜 액츄에이터(99)와 동일한 쪽에 시트(30c)의 끝을 넘어 필름(92)을 당기게 된다(도 8b 참조).
상기 가열압축부(97)는 상기 시트의 각 면에 위치된 필름(92)의 분할부에 대해 시트(30c)의 어느 한쪽에 사용되어 열점착으로 상기 분할부를 고정하게 된다. 압축부(97)가 사용되자마자, 상기 죔쇠(96)는 벌어지고 블레이드(94a)가 구동되어 필름(92)을 절단하여서 열점착동안 필름의 블레이드 분할부를 해제한다(도 8c).
압착부(97)가 제거되고, 시트(30c)가 전진된 후에 로드(98)는 다시 액츄에이터(99)에 의해 전진된 위치로 보내어지고, 필름적층 공정이 되풀이된다.
이제, 도 9와 도 10을 참조로 하는 바, 이는 가로지르는 시트의 분할부를 저단하고 고정시키는 장치(80)와 파지부 헤드(70)를 아주 개략적이나 보다 상세하게 도시하고 있다. 상기 파지부 헤드(70)는 시트(30c)의 자유끝을 고정시키는 2개의 부재(71a,71b)를 갖춘 죔쇠(71)를 구비하고 있는데, 이 죔쇠(71)의 개폐는 상부부재(71a)에 작용하는 액츄에이터(72)의 제어하에 이루어진다. 또한, 상기 죔쇠(71)는 컨베이어 벨트(42)의 평면에 밀접한 위치와, 블록(62)에 고정되면서 죔쇠(71)를 지지하는 다른 액츄에이터(73)의 제어하에 상기 평면으로부터 멀리 이동된 위치 사이에서 이동할 수 있도록 되어 있다.
시트(30c)가 나오는 쪽에 위치된 컨베이어 벨트(42)의 끝(42a) 근처에서, 안내장치(74)가 죔쇠의 형태로 위치된다. 이 죔쇠는 상기 컨베이어 벨트(42)의 평면으로부터 떨어진 높은 위치와 실제로 상기 평면에 위치된 낮은 위치 사이에서 액츄에이터(7a)의 제어하에 이동할 수 있는 상부부재(74a)를 갖추고 있으며, 상기 죔쇠(74)는 실제로 컨베이어 벨트(42)의 평면에 위치된 낮은 위치와 상기 평면으로부터 조금 떨어져 있는 높은 위치 사이에서 액츄에이터(75b)의 제어하에 이동할 수 있는 바닥부재(74b)도 갖추고 있다.
상기 절단장치(80)는 컨베이어 벨트(42)의 평면 밑에 위치된 지지부(82)상에 장착된 블레이드(81)를 구비하는데, 상기 지지부(82)는 액츄에이터(84)의 제어하에 벨트(42)의 끝(42a)을 따라 미끄러질 수 있다. 압축장치(85)는 상기 컨베이어 벨트(42)의 평면 위에 위치되어 시트의 분할부가 절단되는 동안 지지부(86)로 시트(30c)를 내리누른다. 압력의 사용과 압축장치(85)의 제거는 액츄에이터(87)에 의해 제어되고, 지지부(87)와 압축장치(85)는 각각 블레이드(81)를 지나는 홈(86a, 85a)을 갖추고 있다.
상기 압축장치(85)와 지지부(86)는 가열부재여서 컨베이어 벨트의 측면(42a)상에 놓여 있는 다축시트(50)의 끝들에 대하여 조일 수 있는 가열압축부를 구성한다. 액츄에이터(89)의 제어하의 2개의 유사한 부재(88)로 이루어진 가열압축부는 컨베이어 벨트의 반대편 측면(42b)에 구비될 수 있다.
상기 컨베이어 벨트(42)의 폭은 놓여 있는 다축시트(50)의 폭보다 좁아서 절단장치(80)를 위한 측면(42a)과 임의의 가열압축부(88)를 위한 측면(42b)에 요구되는 공간을 남기게 된다.
가로지르는 시트(30c)의 분할부를 전진시키고 절단하며 고정시키는 과정은 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같은 작동으로 이루어진다.
상기 컨베이어 벨트(42)의 측면(42a) 근처에서 시트(30c)의 자유끝은 높은 위치의 부재들(74a,74b)을 갖춘 죔쇠(74)로 고정된다. 상기 파지부 헤드(70)는 높은 위치의 죔쇠(71)를 갖추고, 이는 컨베이어 벨트의 측면(42a)에서 왕복운동의 끝에 위치한다. 이 위치에서, 상기 죔쇠(71)는 액츄에이터(72)에 의해 오무려져 시트 (30c)의 끝을 고정하게 된다(도 11a 참조).
상기 죔쇠(74)는 바닥부재(74b)를 낮춤으로써 벌어지게 되고, 상기 블록(62)은 모터(69)에 의해 이동되어 왕복운동의 다른 끝, 즉 컨베이어 벨트(42)의 측면 (42b)을 조금 지난 곳으로 죔쇠(71)를 이끌게 된다(도 11b 참조).
상기 죔쇠(71)가 이 죔쇠(74)의 상부부재(74a)와 같이 낮아져서 이미 시트들 (30b,30a)을 지지하고 있는 컨베이어 벨트(42)에 대해 시트(30c)의 분할부를 내리부르게 된다. 상기 압축장치(85)가 액츄에이터(87)에 의해 낮아져서 지지부(86)에 대해 시트(30c)를 내리누르게 된 후에 상기 블레이드(81)가 길이방향으로 이동되어 시트(30C)를 절단한다(도 11c 참조). 상기 시트(30c)는 보강용 필름(92)이 고정되어 있는 위치에서 절단되는데, 보강용 필름을 놓는 장치(90)와 가로지르는 시트를 절단하는 장치(80) 사이의 거리는 시트(30c)의 가로질러 전진한 거리, 즉 절단될 시트(30c) 분할부의 길이와 같게 된다.
상기 가열부재(85,86)는 보강용 필름(92)의 절단된 부분이 컨베이어 벨트( 42)의 측면(42a)에 위치된 다축 시트의 끝에 부착되기 위해 필요한 열을 생성하도록 제어되어 이 측면에 시트(30c)의 절단된 부분의 위치를 고정시킨다. 절단 후 시트(30c)의 자유끝에 고정되어 남게 되는 다른 필름부분(92)은 가열압축부(88)에 의해 다축시트(50)의 다른 측면에 부착될 수 있게 된다. 그 결과, 시트(30c)의 각 절단된 분할부는 그 형성동안 다축시트의 잔여부에 대한 위치에 고정된다. 이는 다축시트가 최종적으로 고정되기 이전에 컨베이어 벨트의 진행동안 가로지르는 시트의 분할부가 임의로 불시에 바뀌어 놓여지는 것을 방지하게 된다.
상기 죔쇠(71)는 다음에 벌어지면서 컨베이어 벨트의 측면(42a)쪽으로 되돌아 이동하기 전에 높은 위치로 복귀되는 한편, 죔쇠(74)는 높은 위치로 복귀되어 요구되는 위치에서 시트(30c)의 자유끝을 파지부 헤드로 보내게 된다.
다양한 실시예들
전술한 적층장치는 형성되는 동안 다축시트의 불연속적인 진행과 함께 작동된다. 생산처리량을 증가시키고, 접착이 바느질이나 뜨개질로 이행될 때 겹쳐진 단방향 시트들을 서로 접착시키는 수단의 동작과의 일치를 향상시키기 위해서, 적층장치가 연속으로 진행되면서 작동되는 것이 바람직하다.
이 때문에(도 12 참조), 가로지르는 시트의 절단된 분할부는 이송장치(104)에 고정되어, 형성되면서 연속적으로 진행하는 다축시트(50)로 연속적으로 보내어진다. 상기 이송장치(104)는 컨베이어 벨트(42)의 어느 한쪽에서 진행방향에 평행한 병진운동으로 이동할 수 있는 블록(106a,106b)에 의해 운반되는 2쌍의 죔쇠 (104a,104b)를 갖춘다. 이 때문에, 상기 블록(106a,106b)은 모터(110)에 의해 구동되는 구동휠(108a, 108b)과 2개의 편향휠(112a,112b) 위로 지나가는 순환케이블에 고정되어 있다. 2쌍의 가열압축휠(114a,114b)은 놓이자마자 시트 분할부의 끝에서 필름(92)들의 열접착에 의해 가로지르는 시트의 분할부를 고정시키도록 작용한다.
가로지르는 시트의 각 분할부는 진행되면서 도 6a와 도 6b에 도시된 기계와 유사한 교차적층장치(60)에 의해 절단되는데, 상기 절단장치(80)가 빔(66)에 의해 운반되고, 시트의 절단된 분할부를 고정하는 가열압축부들이 구비되지 않는 것을 제외하고는 유사하다.
적층은 죔쇠(104a,104b)에 의해 교차적층장치로 해제되자마자 진행시키면서 교차적층장치에 의해 각 분할부를 절단하고 절단된 분할부를 고정시킴으로써 이행된다. 이들은 결정된 속도로 모터(110)에 의해 동시에 이동되어 절단된 분할부가 먼저 놓인 분할부와 접촉하도록 하고 인접하거나 겹쳐지는 요구되는 위치로 보내어진다. 그 후에, 상기 죔쇠(104a,104b)는 그들의 초기위치로 복귀되어 다음 시트의 절단된 분할부를 이송시킨다.
생산처리량을 증가시키는 목적을 위한 다른 실시에에서, 가로지르는 시트의 분할부를 진행시키고 절단하며 연속적으로 적층시키는 각각의 교차적층장치는 폐쇄된 고리의 경로를 따라 이동되는 다수의 파지부 헤드를 갖춘다. 따라서, 하나의 파지부 헤드가 복귀하는 동안 다른 파지부 헤드가 작동할 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 가로지르는 시트의 분할부를 진행시키고 절단하며 고정하는 연속적인 단계를 도시하고 있다.
교차적층장치는 도 6a 내지 도 11c와는 다른데, 이는 벨트나 체인을 이용한 순환이송장치(76)에 장착된 다수의, 예컨대 2개의 파지부 헤드(701,702)를 갖추고 있다. 상기 이송장치(76)는 컨베이어 벨트(42)에 평행하게 그 위로 연장하면서 적층될 가로지르는 시트(30c)를 위한 적층방향으로 연장하는 바닥길이와 상부길이를 갖는다. 상기 이송장치(76)는 컨베이어 벨트(42)의 반대편에 위치된 복귀휠(76b)과 구동휠(76a)의 위로 지나간다. 상기 헤드(70)는 이송장치(76)의 반대쪽 위치에 장착된다.
각 헤드(701,702)는 액츄에이터(78)의 끝에 고정된 접촉부(shoe;77)를 갖추고 있다. 복귀경로의 끝 근처에서 상기 이송장치(76)의 상부길이의 위에 위치된 접착노즐(79)에 의해 접촉부(77)로 분사된 접착제에 의해 파지부 헤드와 시트(30c)의 자유끝 사이의 연결이 이루어진다.
도 13a 내지 도 13d의 교차적층장치도 도 6a 내지 도 11c와는 다른데, 압축장치(85)는 시트에 직각으로 구동되는 액츄에이터 수단의 제어가 아닌 선회하는 탑재판에 의해 사용되고 제거된다. 상기 압축장치(85)는 힌지연결된 링크(85c)에 의해 지지부(85b)에 연결된다. 이 힌지연결된 링크(85c)는 모터부재(도시도지 않음)로 구동되어 블레이드(81) 위의 앞쪽위치와 파지부 헤드를 위한 경로가 확실히 떠나게 되는 뒤쪽위치 사이의 원호를 따라 압축장치(85)를 이동시키게 된다. 상기 지지부(85b)는 시트(50) 평면 위의 상승위치와 시트(50)와 대체로 같은 높이인 하강위치 사이에서 액츄에이터(85e)의 구동하에 이동할 수 있다. 도 9 내지 도 11c의 안내장치(74)는 이제 불필요하게 됨을 알 수 있다. 작동은 다음과 같다.
높은 위치의 지지부(85b)와 뒤쪽위치의 압축장치(85)가 움직이기 시작하면서, 접착제가 분사된 파지부 헤드(701)는 시트(30c)의 자유끝과 접촉하게 된다(도 13a 참조).
압축장치(85)가 링크(85c)에 의해 상승되고, 이송장치(76)가 구동되어 시트(30c)의 자유끝이 시트(500 위로 컨베이어 벨트(42)의 측면(42b) 쪽으로 보내어진다(도 13b 참조).
상기 시트(30c)의 자유끝이 위치에 오게 될 때, 상기 이송장치(76)는 정지하고 압축장치(85)는 그 앞쪽위치로 기울어져서, 파지부 헤드(701)와 압축장치(85) 사이의 긴장상태로 시트(30c)를 고정하게 된다(도 13c 참조).
그 후에, 헤드(70)의 액츄에이터(85e)와 액츄에이터(78)가 제어되어 시트 (50)상에 시트(30c)를 내리누르게 된다(도 13d 참조). 다음에, 분할부는 홈(85a)을 통과하는 블레이드(81)에 의해 절단되고, 동시에 절단된 분할부의 끝은 압축부재 (85)와 가열압축을 이루는 지지부(86) 및, 가열부재(88)상에서 헤드(701)로부터의 압력에 의해 접착된다. 도 9의 실시예와는 달리 단일의 가열부재(88)가 구비됨을 알 수 있다. 동시에, 접착제가 노즐(79)에 의해 헤드(702)로 분사되고, 그 후에 상기 헤드(701)가 상승된 다음, 이송장치(76)가 다시 구동되어 새로운 적층공정이 헤드(702)를 사용하여 시작될 수 있다.
앞에서, 다축시트의 길이방향의 끝 하나 도는 양쪽을 따르는 열접착에 의해 일시적으로 가로지르는 시트의 끝을 고정시키도록 설비가 이루어지는데, 그 가장자리 부분은 다음에 제거된다.
변형예에서, 상기 가로지르는 시트 분할부의 일시적인 고정은 컨베이어 벨트의 끝(42a,42b)을 따르는 길이방향의 2열의 스파이크(49)에 의해 이루어질 수 있다. 가로지르는 시트 분할부는 이들이 죔쇠(71,74)를 낮추거나 도 12에 도시된 이송장치에 의해서 컨베이어 벨트(42)에 대해 내리눌려질 때, 그 끝에서 상기 스파이크(49)들에 고정된다.
다른 변형예에서, 연속적인 상기 가로지르는 시트의 분할부는 서로 인접하지 않으나 부분적으로 겹쳐지도록 위치된다(도 15 참조). 겹쳐지는 정도는 위치로 보내어지는 2개의 연속적인 가로지르는 시트의 분할부 사이의 컨베이어(44)의 속도를 조정함으로써 조정된다. 이러한 부분적인 겹침은 가로지르는 시트 분할부의 끝을 끝에 위치시킬 때 마주칠 수 있는 어려움을 방지할 수 있게 한다. 이러한 환경하에서, 도 5에 도시된 바와 같이 펴진 후 성취될 수 있어서 경량의 가로지르는 시트가 사용된다.
연속적인 분할부를 진행시킴으로써 가로지르는 시트를 적층하는 전술된 방법이 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하지만, 특히 가로지르는 시트가 비교적 작은 폭일 때와 같이 다른 적층기술을 사용할 가능성이 배제되지 않는다.
따라서, 도 16에 아주 개략적으로 도시된 바와 같이 전술된 미국 특허출원 US-A-4 677 831호에 기술된 것과 유사한 유형의 기술을 사용할 수 있다. 이 기술에서, 가로지르는 시트(30b,30c)의 끝은 이 가로지르는 시트의 방향에 평행한 병진운동의 왕복운동으로 구동되는 교차적층 운반대(110)에 고정된다. 상기 시트(30b, 30c)는 교차적층 운반대에 의해 전형적으로 이송되는 릴(도시되지 않음)로부터 풀려나오게 된다. 교차적층 운반대의 왕복운동의 각 끝에서, 가로지르는 시트는 각각의 그 길이방향의 측면을 따라 컨베이어 벨트(42)에 의해 이송되는 스파이크(111)들 위로 지나감으로써 방향을 바꾸게 된다.
도 6b는 바느질에 의해 서로 부착되는 겹쳐진 시트를 도시하는데, 다른 부착방법이 사용될 수 있다. 따라서, 도 17은 컨베이어(44)로부터 바로 하류에 위치된 장치(120)에 의해 바느질됨으로써 부착되는 것을 도시하는 바, 이 바느질은 종래와 같이 체인바늘(122)과 같은 여러 다른 바늘을 사용하여 이행될 수 있다. 한 예로, 사용된 바느질 실(124)은 폴리에스테르나, 유리, 탄소, 아라미드(aramid)로 된 실이다. 예컨대, 지그재그 뜨개질 바늘을 사용하는 뜨개질에 의해 부착될 수도 있다.
도 18은 단방향 시트들 사이에 삽입되는 열가용성 실에 의해 부착되는 것을 도시하고 있는 바, 제 1열가용성 실(130)은 시트(30a)가 놓이기 전에 교차적층장치 (131)에 의해 시트 분할부(3b)에 위치되고, 제 2열가용성 실(132)은 시트 분할부 (30c)가 놓이기 전에 교차적층장치(133)에 의해 시트에 위치된다. 상기 컨베이어 (44)로부터의 바로 하류에서, 다축 시트(50)는 상기 실들(130,132)을 녹이는 2개의 가열롤(124)의 사이로 지나가서, 다축 시트를 위한 점착을 제공하게 된다. 예로써, 실들(130, 132)은 폴리프로필렌으로 코팅된 유리실이다. 열가용성 실 대신에 열가용성 필름이나 열접착필름 또는 열접착실을 사용할 수 있다.
끝으로, 도 19는 접착제에 의한 부착을 도시하는 바, 접착제를 분사하는 줄(140,142)이 단방향 시트(30a)를 놓는 단계와 단방향 시트(30c)를 놓는 단계로부터의 바로 하류에 컨베이어 벨트(42)를 가로질러 위치된다. 컨베이어(44)로부터의 바로 하류에서, 다축시트(50)는 2개의 롤(144) 사이를 지나가게 된다.
상기 단방향 시트의 점착이 열가용성 또는 열접착성의 접착제에 의해 얻어질 때, 단방향 시트들 사이의 접착은 접착제를 열적으로 반응시킴으로써 얻어질 수도 있다.
전술한 바와 같은 적층방법과 장치는 임의의 수의 겹쳐진 시트를 구비하는 다축시트를 제조하는 역할을 한다. 따라서, 적어도 2개의 가로지르는 단방향 시트를 놓음으로써 길이방향으로의 단방향 시트(0°)를 갖지 않는 다축시트를 형성할 수 있다. 이 경우에, 바람지하기로 가로지르는 시트는 그 방향이 길이방향에 대해 대각인 동시에 가로지르는 시트와 90°인 적어도 한쌍의 시트틀 구비한다. 이미 전술한 바와 같이, 길이방향으로의 단방향 시트가 구비될 때, 적어도 한쌍의 가로지르는 시트는 길이방향 시트의 반대편에 위치하면사 이에 대해 대각으로 되는데, 이 경우에도 적어도 하나의 가로지르는 시트가 90°로 부가될 수 있다.
생성된 다축 시트는 예컨대 겹쳐진 주름을 바느질하거나 덮어 싸는 잘 알려진 기술에 의해 복합재료부품의 보강재를 만드느 데에 사용될 수 있다. 그 후에, 생성된 보강재는 화학적 증기침윤이나, 수지와 같은 액체상태로 주형 전구체를 주입하여 열처리에 의해 상기 전조를 변형시키는 액체처리, 또는 실제로 온열에 의해 얻어지는 주형에 의해 조밀하게 된다. 온열에 의해, 예비형성체는 주형의 액체전조에 담겨지고, 이 예비형성체는 에컨대 유도자 코어(core)와의 접촉이나 유도자 코일과의 직접적인 연결에 의해 가열되어, 상기 전구체는 예비형성체와 접촉하면서 기화되고, 예비형성체의 구멍내에 위치됨으로써 주형을 형성하도록 침윤될 수 있게 된다.
실시예
다축시트를 만드는 예가 설명을 위해 아래에 기술되어 있다.
실시예 1
고강도 탄소섬유의 토우가, 3600MPa의 인장의 절단강력을 갖는 30,000텍스 질량의 480,000인 연속 필라멘트(480K)로 구성되고, 250GPa의 모듈러스가 도 1과 유사한 설비에 의해 150mm의 폭에 걸처 펼쳐진다. 펴진 토우는 그 작업 동안 연속 필라멘트가 불연속 필라멘트로 변형되는 펼침 및 부풀림 작업을 격는 바, 섬유 대부분은 25 내지 170mm 범위의 길이를 갖는다. 부풀리는 동안, 펴진 토우는 2 요인 으로 펴지게 되고, 그 질량(단위면적 당)은 감소되어 폭 150mm 및 질량 110g/m2을 갖는 단방향 시트로 주어진다.
시트는 섬유의 방향을 약간 잃게 함으로써 고정되는 바, 이들 대부분은 시트의 방향과 평행하게 남는다. 이 방향상실(disorientation)은 금속판에 놓여있는 시트가 적어도 100바(bar)의 압력하의 물제젯를 격도록 함으로써 수행된다.
최종 시트는 조정될 수 있다.
2개의 유사한 방향상실 시트가 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 유사한 기계에 의해 최종 시트의 길이방향(0°)에 대해 +45°및 -45°로 형성되도록 놓여진다. 시트는 경바느질에 의해 서로 접합되는 바, 바느질의 밀도는 대략 20strokes/cm2이 된다. 시트는 ±45°의 2개의 축과 220g/m2의 질량을 가지며 얻어진다.
주름은 2축 시트로부터 잘려지고, 제조되는 탄소-탄소 섬유 혼합의 재료 부분을 위한 보강재를 만들기 위해 중첩된다. 주름은 바느질에 의해 함께 접합되고, 그 동안 이들은, 예컨대 US-A-4 790 052호에 공개된 공지된 방법에 의해 중첩된다.
최종 수행은 진공 증기침윤에 의해 증착된 탄소 매트릭스에 의해 밀도가 높여진다.
실시예 2
실시예 1의 2축 시트는 바느질에 의해 고정되지 않고, 길이방향에 평행한 지그제그형 뜨개땀(knit stitch)을 사용하는 뜨개질에 의해 고정된다. 뜨개질 실은 2가닥을 꼰 150dtex 면사이다. 조정될 수 있는 2축 시트가 얻어진다.
실시예 3
펼침 및 부풀림 후 물젯트에 의해 펴지고 고정된 실시예 1의 토우는 그 폭을 80mm에서 120mm로 증대시키는 굽은 바에 걸쳐 통과됨으로써 확대된다. 이와 같은 방법으로 얻어진 2개의 작은 단방향 시트가 실시예 1에서와 같이 +45°및 -45°로 놓여지나, 시트의 연속적으로 놓인 분할부 사이에 50% 겹쳐진다. 실시예 1에서와 같이, 2축 시트가 바느질에 의해 고정된다. 2축 시트가 530g/m2의 질량으로 얻어지는 바, 잘 조정될 수 있다.
실시예 4
불연속 탄소섬유에 의해 이루어진 320K 필라멘트의 4개의 토우 각각이 나란히 펴져 600mm의 폭 및 140g/m2의 질량인 시트를 형성한다. 30strokes/cm2의 밀도에서 예비 바느질에 의해 시트가 고정된다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같은 적층기계에 의해 3개의 유사한 단방향 시트가 0°와 60° 및 -60°에 각각 동일한 방향으로 놓인다. 시트가 30strokes/cm2는 바느질에 의해 접합된다. 생성된 3축 시트는 420g/m2의 질량을 갖는다. 평평한 주름을 쌓고 바늘질하거나, 굴대상에서 감거나 바느질함으로써, 혼합 재료부분을 위한 실행을 하는 것이 바람직하다.
실시예 5
50K 필라멘트를 갖고 예비산화된 폴리마크릴로니트릴(PAN) 탄소 전구체로 만들어진 4개의 고강도 탄소 토우가, 도 1에 기재된 바와 같이 펴지고 부풀려진다. 생성된 단방향 스트립은 8cm의 폭 및 170g/m2이의 질량을 갖는다.
320K 필라멘트를 갖는 탄소 필터 토우는 이방성 피치 전구체로 제조되는 바, 8cm의 폭 및 230g/m2의 질량을 갖는 단방향 스트립을 얻기 위해 동일한 방법으로 부풀려진다.
이방성 피치 전구체에 기초한 타입의 2개의 부풀림 스트립은 예비산화된 PAN 전구체상에 기초된 진행타입의 8개의 부풀림 스트립이 끼워지고, 이 어셈블리가 질 박스(gill box)나 "교차"타입 기계를 거처 통과되는 바, 그 내부에서 모든 10개의 스트립이 결합되고 펴져 질량 230g/m2이고 폭이 10cm인 다른 전구체 섬유의 중간 혼합물로 구성된 부풀림 시트를 얻도록 된다.
생성된 혼성시트가 압력하에서 물젯트를 격음으로 고정되고, 그 다음 시트가 금속판에 걸쳐 위치된다.
0°와 60° 및 -60°에서 축을 갖는 3축 시트가, 상기와 같은 방법으로 만들어진 3개의 단방향 시트를 사용하여 만들어진다.
실시예 6
12K 필라멘트를 갖는 고강도 탄소섬유 각각은, 대략 7mm의 폭을 갖도록 펴진다. 폭이 대략 100mm 이고 질량이 125g/m2인 3개의 단방향 시트가 대략 100cm인 폭 및 동일한 질량(단위면적 당)을 갖는 단방향 시트인, 병치되게 펴진 토우에 의해 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액체 형태의 접합약품을 뿌림으로써 시트가 고정된다. 사용된 접합용액은 물용해성 폴리비닐 알콜(PVA)이다. 사용되는 PVA의 양은 시트 질량의 2.1%이다.
시퀀스가 90°/+45°/ 0°/-45°인 90°와 45°-45°방향으로 놓인 가로지르는 시트로서 100mm의 폭인 단방향 시트와 함께 길이방향 시트(0°)로서 100cm인 폭의 단방향 시트를 사용함으로써, 도 6a 및 도 6b에 도시된 유형의 기계를 사용하여 다축섬유 시트가 제조된다. 연속적인 76디텍스 폴리에스터사를 사용하는 바늘땀에 의해 4개의 시트가 함게 접합된다. 6게이지가 사용되고, 4mm의 피치를 갖는 체인 뜸 형태의 뜸이 채용된다.
단방향 시트가 함께 접합된 후, 다축섬유 시트에는 PVA를 제거하기 위해 기름이 제공되고, 의도된 사용과 겸용할 수 있도록 만들어진다.
이와 같은 다축섬유 시트는. 예컨대 혼합물 부분을 만들기 위해 에폭시 수지를 충만시키는데 적합하다.
실시예 7
45°/0°/-45°"거울상" 다축섬유 시트는 프랑스 회사 소피카(SOFICAR)의 고 모듈러스 M46JB 타입 탄소 섬유의 길이방향의 단방향 시트(0°) 및 일본 회사 토레이(TORAY)로부터의 고강도 T700SC 타입 탄소섬유의 2개의 가로지르는 단방향 시트(45°및 -45°)로부터 제조된다.
0°시트는 12K 필라멘트 토우를 3mm의 폭으로 펴고, 150g/m2질량의 300mm 폭을 얻기 위해 펴진 토우를 병치함으로써 형성된다.
45°및 -45°시트는 12K 필라멘트 토우를 8mm로 펴고, 100g/m2질량의 130mm를 얻도록 펴진 케이블을 병치함으로써 형성된다.
에폭시 수지 에멀션을 포함하는 용탕에 담겨짐으로써, 단방향 시트가 고정된다. 압착롤 사이를 시트가 통과하여 수지를 짜내므로, 최종농도가 시트의 질량에 대해 1.8%되게 한다.
병치된 가로지르는 시트 분할부와 함께, 45°/0°/-45°시퀀스에서 적층이 수행된다.
단방향 시트 사이의 접합이, 매 100mm 마다 시트 사이의 열가용성 코폴리마이드사를 위치시키고, 도 17에 도시된 바와 같이, 2개의 가열롤 사이로 다축 시트를 통과시킴으로써 제공된다.
결합력을 단방향 시트에 나누는데 이용되는 화학적인 접합약품으로 사용될 수 있는 에폭시 수지의 포화 후, 생성된 다축섬유 시트가 보우트를 탄소/에폭시 합성물 마스트를 만드는데 사용된다.
실시예 8
90°/+30°/-30°의 3축 시트가 3개의 동일한 단방향 시트로부터 만들어졌다. 각 단방향 시트는 고장력 탄소섬유로 된 50K 필라멘트 토우를 폭 18mm로 펼치고 무게 200 g/m2, 폭 200mm 의 시트를 얻기 위해 상기 펼친 토우를 병렬로 놓음으로써 만들어진다. 상기 단방향 시트는 건조중량 0.8%의 농도로 비닐피롤리돈 중합체 유제를 뿌림으로써 부착된다.
상기 단방향 시트는 나란히 병열로 놓여, 체인 솔기형태로 76텍스 폴리에스터사를 써서 바느질하여 서로 결합된 분할부로 중첩되어 있다. 6게이지가 4mm의 재봉 피치로 사용되었다.
그러고 나서 단방향 시트에 점착성을 부여하기 위해 사용된 접착제를 제거하기 위해 다축 시트는 제유(deoiled)처리되었다.
실시예 9
0°/+45°/90°/-45°의 다축 시트가 4개의 동일한 단방향 시트로부터 만들어졌다. 각 단방향 시트는 로빙(Roving) 2400 텍스 형태의 유리섬유사를 펼쳐서 형성되었다. 펼쳐진 유리섬유사는 길이방향으로 병렬로 놓이고 5cm마다 가로방향으로 놓인 열가용성 실로 서로 평행하게 고정되어 이런 식으로 응집성의 단방향 시트는 중량 300g/m2, 폭 20cm를 형성하였다.
이런 단방향 시트를 사용하여 0°/+45°/90°/-45°의 다축시트는 +45°/ 90°로 형성되고, -45°방향의 시트들은 변과 변으로 나란히 병렬로 놓인 분할부로 구성되어 있다. 4개의 단방향 시트는 폴리에스터사를 사용하여 바느질 선에 의해 서로 부착된다. 상기 바느질은 약 10mm의 길이를 갖고, 이 바느질 선은 약 40mm 정도 떨어져 있다.
접착성의 유리섬유 다축시트는 매우 저밀도의 바느질을 갖도록 되어 충분한 유연성을 보유한 다축 시트가 쉽게 미리 형성되고, 이는 부드러운 표면상태로 존재하게 된다.
실시예 10
4축 시트는 4개의 동일한 단방향 시트로 만들어지는데, 각각의 단방향 시트는 참고번호 "T700SC"하에 일본회사 "토레이"에 의해 공급되는 12K 필라멘트 탄성사를 펴서 형성된다. 펴진 실은 병렬로 되고 대략 5cm 마다 가로질러 위치되는 열가용성 실로 서로 고정되어, 생성된 접착성의 단방향 시트는 150g/m2의 중량과 10cm의 폭을 갖는다.
이들 단방향 시트로부터, A형과 B형인 2개의 다축시트가 다음과 같이 형성된다.
A : -45°/0°/+45°/90°
B : +45°/0°/-45°/90°
이들 2개의 다축 시트를 형성하는 단방향 시트는 폴리에스테르사로 바느질되어 서로 고정된다. 저밀도의 바느질은 10mm의 길이를 갖는 바느질과 25mm 정도 떨어진 바느질 선으로 이루어진다.
다축의 A시트와 B시트는 겹쳐질 수 있어서 중간의 길이방향의 대칭면의 어느 한쪽에 겹쳐지는 같은 수의 시트를 갖춘 "거울상"더미를 생성하는데, 각각의 A시트나 B시트는 상기 평면에 대해 B시트나 A시트에 대칭으로 된다.
예컨대, 하나의 "거울상"더미는 A/A/A/B/B/B와 같은 연속의 시트를 갖추는데, 이 더미는 예컨대 5mm × 5mm의 피치로 이루어진 바느질로 된 217dtex "케블라(Kevlar;등록상표)"와 같은 아라미드사에 의해 두께를 갖는 바느질로 접착된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 예컨대 탄소섬유와 같이 값비싼 섬유로 만들어진 다축시트가 좀 더 매력적으로 될 수 있도록 제조원가를 낮출 수 있는 다축섬유 시트의 새로운 제조방법을 제공하느 효과가 있게 된다.

Claims (77)

  1. 여러 방향으로 다수의 단방향 시트를 중첩하고 중첩된 시트를 서로 결합시키는 것으로 이루어지는 단계를 포함하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 단방향 시트를 제조하기 위하여, 실질적으로 균일한 두께를 갖고, 5cm 이상의 폭과 300g/m2이하의 중량의 시트를 얻을 수 있도록 적어도 하나의 토우(tow)를 펼치고, 단방향 시트에 합착을 부가하여 적어도 하나의 다른 단방향 시트와 중첩되기에 앞서 처리될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트를 제조하기 위하여, 다수의 토우가 사용되고, 단방향 스트립을 형성하도록 상기 토우를 펼치며, 5cm 이상의 폭과 300g/m2이하의 중량을 갖는 단방향의 시트를 얻을 수 있도록 상기 스트립을 나란히 놓는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단방향 시트의 섬유는 탄소, 세라믹, 탄소 또는 세라믹 전구체(precursors), 유리 및 아라미드 중에서 선택된 재질로 된 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트를 얻기 위하여 필라멘트의 수가 12K 이상인 적어도 하나 이상의 토우를 펼친 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 서로 다른 종류의 섬유로 만들어진 단방향 시트가 중첩된 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 다수의 서로 다른 종류의 섬유로 만들어진 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 연속 필라멘트로 만들어진 적어도 하나의 토우를 펼쳐서 만든 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 불연속 필라멘트로 만들어진 적어도 하나의 찢어진 토우를 펼쳐서 만든 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트는 다수의 다른 재질의 불연속 필라멘트를 긴밀히 혼합하여 구성한 적어도 하나의 하이브리드 토우를 펼쳐서 만든 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 단방향 시트에 불연속 필라멘트를 가볍게 매팅함으로써 가로방향 결착을 부가한 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 매팅은 상기 시트가 플레이트 위를 통과할 때 일정 압력하의 물젯트를 부가하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  12. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트에 바느질(needling)에 의해 가로방향 결착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항에 있어서, 상기 단방향 시트에 가로방향 결착이 부여된 후 시트는 넓혀지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  14. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트에 화학 접착제에 의해 가로방향 결착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축 섬유시트를 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 접착제는 제거될 수 있는 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 접착제는 수용성인 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 접착제 또는 전구체를 함유하는 액상의 화합물을 침투시킴으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 중합체를 용액으로 함유하는 액상의 화합물을 침투시킴으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 수지를 함유하는 액상의 화합물을 침투시키고 상기 수지를 중합함으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트에 액상의 화합물을 뿌림으로써 침투되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  21. 제17항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제는 상기 단방향 시트를 액상의 화합물을 함유하는 화학조에 적심으로써 침투되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  22. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단방향 시트에 적어도 하나의 열가용성 실을 고정함으로써 가로방향 결착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다축 시트의 길이방향에 평행한 진행방향으로 이동하는 지지수단에 의해 적어도 하나의 가로방향의 단방향 시트를 이송함으로써, 그리고 각 가로방향의 단방향 시트를 상기 진행방향에 대해 선택된 동일한 각도를 형성하는 연속적인 분할부로 이송함으로써, 길이방향을 가지는 연속적인 다축 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 다축 시트가 상기 진행방향에 대해 대각으로 2개의 가로방향 단방향 시트를 중첩함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 다축 시트가 2 이상의 단방향 시트를 중첩함으로써 제조되되, 그 중 하나의 시트는 상기 진행방향에 평행한 길이방향 시트인 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  26. 제23항에 있어서, 다축 시트가 3 이상의 단방향 시트를 중첩함으로써 제조되되, 그 중 하나의 시트는 상기 진행방향에 평행한 길이방향 시트이고, 2 이상의 다른 단방향 시트는 상기 길이방향 시트의 방향에 대해 다른 각도를 이루는 가로방향 시트인 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 길이방향 시트는 이 길이방향 시트의 방향에 대해 반대부호의 각을 형성하는 2개의 가로방향 시트 사이에 놓이도록 하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  28. 제25항 내지 제27항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 길이방향 시트는, 토우를 펼쳐서 10cm 이상의 폭을 가진 길이방향 스트립을 얻은 다음, 다수의 단방향 스트립을 나란히 놓아서 만들어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 길이방향 시트는, 12K 이상인 다수의 필라멘트를 가진 토우를 펼쳐서 얻은 다수의 단방향 스트립을 나란히 놓아서 만들어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  30. 제23항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 가로방향 시트를 형성하는 상기 연속적인 분할부를 인접하도록 이송시키는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  31. 제23항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 가로방향 시트를 형성하는 상기 연속적인 분할부를 부분적으로 겹치도록 이송시키는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  32. 제23항 내지 제31항 중의 어느 한 항에 있어서, 가로방향 시트를 형성하는 상기 연속적인 분할부를, 상기 가로방향 시트의 방향에 평행하게 측정하여 상기 다축 시트의 크기와 동일한 정도의 길이 이상으로 상기 시트를 이동시켜, 이렇게 이송된 분할부를 잘라내어서 잘라낸 분할부를 이동 지지대나 제조중인 다축 시트 위에 놓아서 이송시키는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 연속적인 분할부가 각각의 가로방향 단방향 시트를 형성하도록 이송되고, 상기 다축 시트가 제조되는 동안, 상기 이동 지지대는 진행방향으로 연속적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  34. 제32항 내지 제33항에 있어서, 상기 가로방향 시트는 잘려진 부분에 국부적으로 보강되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 가로방향 시트는 적어도 한쪽면에 필름을 부착함으로써 보강되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 가로방향 시트는 열점착성 필름을 부착하여 압력하에 가열함으로써 보강되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  37. 제32항 내지 제36항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 단방향 시트는, 적어도 상기 중첩된 단방향 시트가 서로 결착될 때까지 서로에 대해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 단방향 시트는 스파이크에 걸려 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 단방향 시트는 제조중인 상기 다축 시트의 각 길이방향 변을 따라 적어도 하나의 필름으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  40. 제35항 내지 제36항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 단방향 시트 분할부를 이송될 위치에 고정하기 위해 보강필름이 사용되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  41. 제1항 내지 제40항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 누빔에 의해 서로 결착되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  42. 제1항 내지 제40항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 재봉(sewing)이나 뜨개질(knitting)에 의해 서로 결착되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  43. 제1항 내지 제40항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 접착제에 의해 서로 결착되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  44. 제1항 내지 제40항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트는 시트 사이에 열가용성 실을 삽입함으로써 서로 결착되는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하는 방법.
  45. 토우당 12K 이상의 필라멘트를 갖는 토우를 펼쳐서 얻은 단방향 스트립이 병렬로 놓여 구성되되, 무게는 300g/m2이하이며, 폭이 5cm 이상인 응집성 섬유의 단방향 시트.
  46. 제45항에 있어서, 상기 시트는 탄소, 세라믹, 탄소 또는 세라믹 전구체, 유리 및 아라미드로부터 선택된 재질의 섬유로 만들어지는 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  47. 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 시트는 연속 필라멘트로 만들어지는 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  48. 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 시트는 불연속 필라멘트로 만들어지는 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  49. 제47항 또는 제48항에 있어서, 상기 응집성은 접착제가 사용되어 부여되는 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  50. 제49항에 있어서, 상기 접착제는 제거가능한 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  51. 제50항에 있어서, 상기 접착제는 수용성 폴리머인 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  52. 제48항에 있어서, 상기 응집성은 불연속 필라멘트를 가볍게 직조함으로써 부여되는 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  53. 제48항에 있어서, 상기 응집성은 누빔에 의해 부여되는 것을 특징으로 하는 응집성 섬유의 단방향 시트.
  54. 제49항에 따른 적어도 하나의 단방향 시트로부터 섬유 보강재를 비교하는 단계와, 상기 섬유 보강재를 매트릭스에 의해 고밀도화하는 단계를 포함하되, 상기 매트릭스와 양립할 수 있는 접착제를 사용하여 부여된 응집성을 가지는 단방향 시트를 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 재료부재를 제조하는 방법.
  55. 매트릭스로 고밀도화된 섬유 보강재를 포함하되, 상기 섬유 보강재는 제45항 내지 제53항 중의 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 단방향 시트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 재료부재.
  56. 서로 결합되고 다른 방향의 다수의 중첩된 단방향 시트를 포함하되, 상기 단방향 시트는 제46항 내지 제53항 중의 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 단방향 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 길이방향을 가지는 연속 스트립 형태의 다축 섬유 시트.
  57. 제56항에 있어서, 상기 다축 시트의 종방향에 대해 +45°와 -45°의 각도를 가지는 두 개의 단방향 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 스트립 형태의 다축섬유 시트.
  58. 제56항에 있어서, 상기 다축 시트의 길이방향으로 배치된 메인 단방향 시트와, 상기 메인 시트의 각면 위에 놓이고 상기 주시트의 방향과 대각을 이루는 방향으로 뻗어 있는 적어도 두 개의 가로방향의 길이방향 시트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 스트립 형태의 다축 섬유 시트.
  59. 매트릭스로 고밀도화된 섬유 보강재를 포함하되, 상기 섬유 보강재는 제56항 내지 제58항 중의 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 다축 시트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 재료부재.
  60. 단방향 섬유 시트를 다른 방향으로 중첩시켜 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치로서, 제조중인 상기 다축 시트를 지지하기 위한 지지수단과 상기 지지수단을 진행방향으로 구동시키기 위한 구동수단을 포함하는 다축 시트를 전진시키기 위한 전진장치;
    상기 진행방향에 평행한 방향으로 길이방향의 단방향 시트를 공급하기 위한 공급수단;
    연속적인 단방향 시트를 공급하기 위한 공급수단, 시트의 자유단을 고정하기 위한 이동 파지부 헤드, 및 상기 진행방향에 대해 선정된 각도로 가로방향에 평행인 시트의 연속적인 분할부를 적층하기 위한 것으로, 상기 파지부 헤드를 구동하기 위한 수단을 구비한 적층수단을 각각 포함하는 다수의 교차적층장치; 및
    상기 진행방향에서 상기 지지수단으로부터 하류에 위치하고 상기 중첩된 단방향 시트를 서로 합착시키기 위한 결합수단;을 포함하여 이루어진 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치에 있어서, 각 교차적층장치는 절단수단을 구비하고, 각 교차적층장치에 대하여, 상기 파지부 헤드에 의하여 단방향 시트의 자유단을 파지하는 과정, 단방향 시트의 분할부를 이송하기 위하여 상기 파지부 헤드를 이동시키는 과정, 단방향 시트의 상기 이송된 분할부를 절단하는 과정, 및 상기 절단된 단방향 시트의 분할부를 상기 지지수단 위에 적층시키는 과정을 포함하는 연속 사이클을 수행하는 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 다축 섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  61. 제60항에 있어서, 상기 각 교차적층장치는, 직선경로를 따라 한 방향과 반대방향으로 앞뒤로 이동가능한 파지부 헤드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  62. 제60항에 있어서, 상기 각 교차적층장치는, 폐쇄 루프 경로를 따라 이동가능한 다수의 파지부 헤드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  63. 제60항 내지 제62항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 각 교차적층장치는, 절단될 각 부위에서 단방향 시트를 보강하기 위한 보강재 고정수단을 추가로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  64. 제63항에 있어서, 상기 보강재 고정수단은 상기 시트의 적어도 한쪽면 위에 필름을 가로방향으로 이송하기 위한 이송수단과 상기 필름을 상기 시트에 고정하기 위한 고정수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  65. 제64항에 있어서, 상기 고정수단은 가열압축수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  66. 제60항 내지 제65항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전진장치는 상기 지지수단을 연속적으로 구동시키기 위한 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  67. 제66항에 있어서, 상기 각 교차적층장치는, 절단된 단방향 시트 분할부를 상기 연속적으로 구동되는 지지수단 위에 적층되도록 전송하는 전송수단을 추가로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  68. 제60항 내지 제67항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 시트 지지수단 위의 제 위치에 시트 분할부를 고정하기 위한 고정수단이 구비된 것을 특징으로 하는 다축 섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  69. 제68항에 있어서, 상기 고정수단은 연속 시트 분할부를 그 끝부분에서 합착시키기 위한 결합수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  70. 제69항에 있어서, 상기 고정수단은 제조중인 다축 시트의 상기 길이방향 모서리에 적어도 하나의 필름을 부착하기 위한 부착수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  71. 제68항에 있어서, 상기 고정수단은 상기 다축 시트에 대한 지지수단에 의해 운반되는 스파이크를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  72. 제60항 내지 제71항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 파지부 헤드의 경로와 상기 진행방향 사이의 상기 각도는 조정가능한 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  73. 제60항 내지 제72항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 길이방향 시트 공급수단은, 두 개의 교차적층장치 사이의 상기 지지수단 위로 길이방향 시트를 이송하도록 놓여진 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  74. 제60항 내지 제73항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트를 서로 합착시키는 수단은 누빔장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  75. 제60항 내지 제73항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트를 서로 합착시키는 수단은 꿰맴 또는 뜨개질장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  76. 제60항 내지 제73항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트를 서로 합착시키는 수단은 상기 시트 사이에 접착제를 이송하기 위한 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
  77. 제76항에 있어서, 상기 중첩된 단방향 시트를 서로 합착시키는 수단은 상기 시트 사이에 열가용성 실을 삽입하기 위한 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 다축섬유 시트를 제조하기 위한 적층장치.
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