KR20150075271A - 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치 - Google Patents
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치에 관한 것으로, 이는 공급되는 섬유 다발을 광폭화시키는 광폭화부; 섬유 다발에 접착제로 된 코팅층을 형성하는 코팅부; 섬유 다발의 상측 또는 하측 중 적어도 일측에 열가소성 필름을 배치하고 접합하여 접합체를 형성하는 접합부; 접합체를 폭방향으로 접어 적층체를 형성하는 폴딩부; 및 적층체를 열융착시키는 가열압착부를 포함하여서, 펼쳐진 연속 섬유 다발과 열가소성 플라스틱 필름의 접합체를 접고 열융착함으로써 유연성이 뛰어나고 균일성 및 함침성이 극대화된 복합재를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있게 된다.
Description
본 발명은 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 라인으로 광폭화(Spreading)된 섬유 다발 및 열가소성 플라스틱 필름의 접합체를 형성한 후 이 접합체를 접고(Folding) 나서 열융착함으로써, 열가소성 플라스틱이 함침된 효과를 가진 복합재를 만들 수 있는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.
일반적으로 복합재는 강화재와 모재로 구성되는데, 강화재로는 유리섬유나 탄소섬유 등이 사용되고, 모재로는 크게 열경화성 플라스틱과 열가소성 플라스틱으로 분류되어 사용된다.
복합재로서의 섬유 강화 열가소성 플라스틱은 기계적 강도가 상대적으로 취약한 플라스틱 속에 유리섬유나 탄소섬유 등의 강화재를 내장하고 있다.
이러한 섬유 강화 열가소성 플라스틱은 단 섬유 강화 열가소성 플라스틱(Short fiber- reinforced thermoplastic)과, 예컨대 LFT(Long fiber-reinforced thermoplastic), GMT(Glass mat-reinforced thermoplastic), D-LFT(Direct long fiber-reinforced thermoplastic) 등과 같은 장 섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱(Continuous fiber-reinforced thermoplastic)으로 구별될 수 있다.
여기서, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱은 단 섬유 또는 장 섬유 강화 열가소성 플라스틱과 비교할 때, 기계적 물성과 충격 성능이 매우 우수한 장점을 가지고 있다. 이러한, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱은 펄트루젼(Pultrusion) 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
펄트루젼 방법은 넓게 펼쳐진 연속 섬유 다발을 액상(또는 용융)의 용융조 또는 다이를 통과시켜 연속 섬유 다발에 플라스틱을 함침시키는 것인데, 이는 생산성이 고려되면 함침 효율이 낮아지게 되는 단점이 있다. 즉, 열가소성 플라스틱을 이용한 복합재의 경우, 열경화성 수지와 비교하여 점도가 매우 높기 때문에, 동일한 함침 길이를 기준으로 충분한 함침을 위해서는 소요 시간이 길어진다.
이러한 이유로 분말 상의 플라스틱 및 섬유 상의 플라스틱을 이용해 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제조하는 방법이 제안되었는데, 이는 우수한 함침성과 생산성을 확보할 수는 있지만, 플라스틱을 분말과 섬유로 만드는 공정이 추가되기 때문에, 비용의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 펼쳐진 연속 섬유 다발에 용융된 열가소성 플라스틱을 직접 함침시키지 않고 필름 형태의 열가소성 플라스틱을 접합시켜 접합체를 형성한 후 이 접합체를 접고 나서 열융착함으로써, 유연성이 뛰어나 직조가 용이하고 균일성 및 함침성이 극대화된 복합재를 제조할 수 있는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 단일한 장치로 다양한 강화재(예컨대, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 세라믹섬유, 금속섬유, 폴리머섬유 등)를 열가소성 플라스틱 속에 균일하게 혼합한 형태로 제조가 가능하여, 우수한 생산성을 확보할 수 있으며 차별화된 제품을 제조할 수 있는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양상에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치는, 공급되는 섬유 다발을 광폭화시키는 광폭화부; 상기 섬유 다발에 접착제로 된 코팅층을 형성하는 코팅부; 상기 섬유 다발의 상측 또는 하측 중 적어도 일측에 열가소성 필름을 배치하고 접합하여 접합체를 형성하는 접합부; 상기 접합체를 폭방향으로 접어 적층체를 형성하는 폴딩부; 및 상기 적층체를 열융착시키는 가열압착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상에 따른 복합재는, 전술한 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치에 의해, 연속된 섬유 다발과 열가소성 필름이 접합되어 폭방향으로 접히고 열융착되어 제조되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 펼쳐진 연속 섬유 다발과 열가소성 플라스틱 필름의 접합체를 접고 열융착함으로써 유연성이 뛰어나고 균일성 및 함침성이 극대화된 복합재를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 단일한 장치로 우수한 생산성을 확보할 수 있게 됨과 동시에, 다양한 강화재를 열가소성 플라스틱 속에 균일하게 혼합한 형태로 제조가 가능하여 차별화된 복합재를 제조할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 일측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광폭화부와 코팅부의 한 예를 보다 상세하게 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 폴딩부의 한 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 일측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광폭화부와 코팅부의 한 예를 보다 상세하게 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 폴딩부의 한 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 일측면도이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 일측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광폭화부와 코팅부의 한 예를 보다 상세하게 도시한 사시도이며, 도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 폴딩부의 한 예를 설명하기 위한 도면들이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치(100)는, 공급되는 섬유 다발(10)을 광폭화시키는 광폭화부(110); 광폭화된 섬유 다발(10)에 접착제로 된 코팅층을 형성하는 코팅부(116); 광폭화되고 코팅층이 형성된 섬유 다발(10)의 상측 또는 하측 중 적어도 일측에 열가소성 필름(20)을 배치하고 접합하여 접합체(30)를 형성하는 접합부(120); 접합체(30)를 폭방향으로 접어 적층체(40)를 형성하는 폴딩부(130); 및 적층체(40)를 열융착시키는 가열압착부(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
섬유 다발(10)은 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱에 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 화학적 결합력을 높이기 위해 사용될 열가소성 플라스틱에 맞춰 적절한 크기로 처리된 섬유를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 섬유의 직경은 작을수록 좋으나 5 내지 20㎛의 범위가 좋다. 섬유 다발은 수 내지 수십만 가닥의 섬유로 이루어진다.
섬유는 강화재로 적용가능한 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 세라믹섬유, 금속섬유, 폴리머섬유 등으로 될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 복수의 섬유 권출 롤에 권취된 상태에서 복수의 섬유가 풀리면서 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치(100)의 광폭화부(110)에 공급된다.
광폭화부(110)는 이렇게 권출되는 섬유 다발(10)을 원하는 간격으로 펼쳐지도록 할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 광폭화부(110)는 복수의 흡인 풍구(111)를 포함한다. 추가로 적어도 2개의 안내 롤(112)이 흡인 풍구(110)들의 상하류에 또는 그들 사이에 마련될 수 있다. 상류의 안내 롤(112)로부터 송출되는 섬유 다발(10)은 흡인 풍구(111)를 지나 하류의 안내 롤(112)을 거쳐 이송된다.
섬유 다발(10)은 흡인 풍구(111) 내에서 흡인 기류를 만나는 것에 의해 강력하게 흡인됨과 동시에, 뿜어져 나오는 열풍과 부딪치게 됨으로써 활 모양으로 만곡되고, 이때의 통기(通氣) 작용에 의해 섬유 다발(10)이 펼쳐지게 된다.
흡인 풍구(111) 내에 발생하는 흡인 기류는 진공 펌프(113)가 생성하며, 기류 조정 밸브(114)에 의해 일정한 풍속으로 조절될 수 있다. 또, 흡인 풍구(111) 내에 발생하는 열풍은 열풍기(115)에서 생성되어 섬유 다발(10) 쪽으로 분출된다.
복수의 흡인 풍구(111)를 사용함으로써 점진적으로 섬유 다발(10)을 균일하게 또는 불규칙하게 펼칠 수 있는데, 사용되는 흡인 풍구(111)의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 광폭화부(110)에 의해 펼쳐진 섬유 다발(10)은 하나의 섬유가 갖는 폭보다 10배 이상의 광폭으로 펼쳐지는 것이 바람직하며, 섬유 다발(10)의 폭이 대략 100mm까지 확장될 수 있다.
안내 롤(112)은 섬유 다발(10)의 이탈을 막고 이 섬유 다발(10)을 흡인 풍구(111) 또는 코팅부(116)로 유도하는 역할을 하는 것으로, 섬유 다발(10)과 접촉하는 중앙부는 편평하거나 그 양단부와 대비하여 다소 오목하게 형성될 수 있다.
코팅부(116)는 섬유 다발(10)을 코팅액에 잠기게 해서 섬유 다발(10)이 코팅액으로 코팅되게 하는 코팅액조(117)와 통과 롤(118) 및, 섬유 다발(10)의 표면에 코팅된 코팅액을 건조시키는 건조기(119)를 포함한다.
코팅액조(117)는, 후술하는 열가소성 필름보다 용융점이 낮은 동일 계열의 열가소성 플라스틱으로 된 액상의 접착제를 코팅액으로 하여 수용하고 있다. 코팅액조(117)는 그 하부에 가온할 수 있는 히터(미도시)를 구비하는 것이 좋다.
또한, 코팅액조(117)는 섬유 다발(10)을 코팅액에 잠기게 하기 위해 코팅액 내에 적어도 일부가 잠겨 있는 통과 롤(118)을 회전 가능하게 지지하고 있다.
건조기(119)는 열풍을 발생시키고, 이를 통과하는 섬유 다발(10)의 표면에 씌워진 코팅액을 급속 건조시킨다.
따라서, 섬유 다발(10)은 안내 롤(112)로부터 송출되어 코팅액조(117)로 들어오고, 통과 롤(118)의 밑으로 감아 돌아 코팅액이 입혀진 후 코팅액조(117)의 밖으로 나아간다. 코팅액조(117)를 빠져나온 섬유 다발(10)이 건조기(119)를 지나가게 됨으로써, 광폭화된 섬유 다발(10)의 표면에 접착제로 된 코팅층이 형성되게 된다.
열가소성 필름(20)은 일정 폭의 열가소성 플라스틱이 필름 형상으로 이루어진 것으로, 섬유 다발(10)의 상측 또는 하측에 위치할 수 있으나, 상하측 양쪽에도 위치할 수 있음은 물론이다.
열가소성 필름(20)의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 20 내지 100㎜의 폭과, 10 내지 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 열가소성 필름(20)의 폭은 펼쳐진 섬유 다발(10)의 폭과 일치되는 것이 바람직하다. 한편, 두께가 10㎛ 미만인 경우에는 제조 공정의 수행이 용이하지 않고 가격 상승의 문제가 있으며, 두께가 100㎛을 초과하는 경우에는 접힘이 힘들고 함침되는 열가소성 플라스틱 양의 미세 조절이 용이하지 않아 균일한 함침이 저하될 수 있는 문제가 있다.
이러한 섬유 다발의 광폭화 수준에 따른 폭 및 두께를 조절함으로써 제조될 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 내의 섬유 및 열가소성 플라스틱의 함량을 조절할 수도 있다.
열가소성 필름(20)은 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
접합부(120)에서 광폭화된 섬유 다발(10)과 열가소성 필름(20)이 접합되어 접합체(30)를 형성하게 된다. 이때, 접합체(30)는 기본적으로 하나의 열가소성 필름 및 하나의 섬유층을 포함할 수 있는데, 이에 덧붙여 섬유층의 상측 또는 하측에 열가소성 필름을 더 포함하거나, 열가소성 필름의 상측 또는 하측에 섬유층을 더 포함할 수도 있다.
접합부(120)는 도 1에 도시되 것처럼 적어도 하나의 맞춤 롤(121)과 가열기(122)를 포함할 수 있다.
접합부(120)에 하나의 맞춤 롤(121)이 사용되는 경우에, 열가소성 필름(20) 또는 섬유 다발(10)과 접촉하는 맞춤 롤(121)의 중앙부는 편평하거나 그 양단부와 대비하여 다소 오목하게 형성된 단차부를 구비하는 것이 좋다. 후자와 같이 단차부를 구비함으로써, 열가소성 필름(20) 및 섬유 다발(10)이 이탈되는 것을 방지하고 상호 간 정착에 도움이 될 수 있게 된다.
접합부(120)는, 도시되지는 않았지만 2개의 맞춤 롤(121)이 접하도록 결합된 것을 사용할 수 있다. 이러한 경우에 맞춤 롤(121)은 편평하고, 적어도 한쪽의 맞춤 롤(121)이 모터(미도시)에 의해 회전 구동되도록 될 수 있다.
여기서, 하나의 맞춤 롤(121) 또는 한 쌍의 맞춤 롤에만 그 구성이 한정되지 않으며, 다수의 롤을 조합한 기구, 롤과 벨트를 결합한 기구 등과 같이 다양한 기구가 접합부에 구비되어도 된다.
가열기(122)는 전술한 열풍기(115)와 같이 열풍을 발생시키거나, 할로겐 램프 또는 적외선 램프와 같은 복사열을 발생시킬 수 있다. 이러한 가열기(122)에 의해 열가소성 필름(20)의 용융점보다 낮은 온도로, 바람직하게는 열가소성 필름(20)의 열수축이 발생하는 온도보다 낮은 온도로, 광폭화되고 코팅층이 형성된 섬유 다발(10)과 열가소성 필름(20)을 함께 가열함으로써 섬유 다발(10)의 표면에 있는 코팅층이 용융되고, 이에 따라 섬유 다발(10)과 열가소성 필름(20)이 접합하여 접합체(30)를 형성할 수 있게 되는 것이다.
선택적으로, 접착제로 된 코팅층이 열가소성 필름(20)의 적어도 일측면에 위치할 수도 있다.
접합부(120)로부터 송출된 접합체(30)는 폴딩부(130)에 의해 접혀져 적층체(40)를 얻게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치(100)가 채용하고 있는 폴딩부(130)의 예는 도 3a 내지 도 3c를 참조로 하여 설명된다.
폴딩부(130)는, 중심부가 볼록하게 절곡되어 중심부로부터 양단부로 경사면이 형성되어 있는 절곡 롤(131), 이 절곡 롤(131)의 경사면과 상응하게 배치된 지지 롤(132), 및 폭방향으로 서서히 접혀진 접합체(30)를 완전하게 접어 구부려서 겹쳐진 적층체(40)를 형성하는 접철 롤(133)을 포함한다.
도 1에 도시된 예에서는 2 세트(Set)의 절곡 롤(131)과 지지 롤(132)을 채용하고 있는데, 구체적으로 도 3a에 도시된 절곡 롤(131)과 2개의 지지 롤(132)에 의해 접합체(30)는 그 양단이 수평면에서 약 30°정도 일어난 상태로 접혀 구부려지게 되고, 이어서 도 3b에 도시된 절곡 롤(131)과 2개의 지지 롤(132)에 의해 접합체(30)는 그 양단이 약 60°정도 일어난 상태로 구부려지게 된다. 절곡 롤(131)과 지지 롤(132)의 편성을 더 많이 하여, 접합체(30)가 접히는 각도를 세세하게 하면서 서서히 접혀 구부려지게 하여도 좋다.
또한, 폴딩부(130)를 복수개로 하여 연달아 배치함으로써, 접합체(30)가 폭방향으로 여러 번 접히도록 할 수도 있다. 덧붙여, 도 1에 도시된 예에서는 접히는 횟수가 홀수 회일 때, 접합체(30)가 폭방향으로 접혀 적층체(40)의 두께방향이 접합체(30)의 두께방향에서 90°로 회전한 방향이 되지만, 접히는 횟수가 짝수 회로 될 때에는 적층체(40)의 두께방향이 접합체(30)의 두께방향과 동일하게 된다.
적층체(40)의 두께방향이 접합체(30)의 두께방향을 90°로 회전한 방향이 될 때, 다음 공정을 위해 적층체(40)의 두께방향을 90°로 되돌릴 필요가 있다. 이와 같이 적층체(40)의 두께방향을 90°로 회전시키는 기구의 예로는 도 1에 개략적으로 도시된 것과 같은 선회 롤(134)이 있다.
이러한 선회 롤(134)을 이용해서 적층체(40)의 두께방향을 서서히 회전시키고, 적층체(40)의 두께방향을 접합체(30)의 두께방향과 동일하게 맞출 수 있는 것이다. 선회 롤(134)의 갯수를 더 많이 하여, 적층체(40)의 회전각도를 세세하게 하면서 적층체(40)가 서서히 회전되게 하여도 좋다.
적층체(40)가 형성됨에 따라 이를 가열압착부(140)에 통과시켜 복합재의 적층 배열이 유지될 수 있게 한다.
가열압착부(140)는 한 쌍의 가열 롤(141)을 포함한다. 이들 가열 롤(141)에 의한 열융착은 150 내지 450℃의 온도로 실시될 수 있는데, 온도가 너무 낮으면 접합체의 접힌 상태, 다시 말해 적층체(40)의 적층이 유지되지 못하고 다시 풀어지는 문제가 있고, 온도가 너무 높을 경우에는 열가소성 플라스틱이 열화 또는 연소될 수 있다.
이와 같이 접합체를 접어 적층체를 만들고 이 적층체를 한 쌍의 가열 롤(141) 사이에서 열간 압착함으로써 열가소성 플라스틱이 섬유의 내부로 용융 함침되게 되는데, 이에 따라 본 발명의 제조장치로 제조된 복합재는 매우 우수한 균일성 및 함침성을 발휘할 수 있다.
부가적으로, 가열압착부(140)를 통한 열간 압착에 의해서, 광폭화된 섬유 다발(10)과 열가소성 필름(20)의 적층체(30)가 접혀진 적층체(40) 내에 잔존하는 기포가 용이하고 완전하게 제거될 수 있다.
또한, 적어도 가열압착부(140) 또는 접합부(120) 이후의 구성요소를 진공 쉴드(미도시) 내에 배치하여 압착이 진공 분위기 하에서 이루어지는 경우에, 이러한 기포 제거가 더욱 용이하며 기포의 잔존을 더욱 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치(100)는, 선택적으로 냉각부를 포함할 수 있는데, 이러한 냉각부는 제조된 복합재를 상온에서 자연 냉각하거나, 별도로 공기를 주입하여 냉각하도록 구성될 수 있다. 전자와 같이 자연 냉각을 수행하는 경우에, 냉각을 수행하면서 와인딩 롤(Winding roll; 150)에 제조된 복합재를 감을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 일측면도이다.
도 4에 도시된 제2 실시예는 폴딩부 및 가열압착부가 이중으로 배치된 점만 제외하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제1 실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치(200)를 설명함에 있어, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 실시예에서는, 제1 실시예와 같은 구성요소들, 특히 폴딩부(130a)와 가열압착부(140a)를 통해 얻어진 적층체(40)에 대해, 재차 폴딩부(130b)에 의해 적층체(40)를 거의 중앙에서 절곡하여, 폭이 줄어든 적층체(40')로 만들게 된다. 이어서 선회 롤(134)에 의해 두께방향을 90°로 회전시키고 나서, 가열압착부(140b)에 의해 적층체(40')를 열융착하여 복합재를 얻을 수 있다.
최종적으로 얻어진 복합재에 대해서는 냉각을 수행하면서 와인딩 롤(150)에 권취할 수 있다.
선택적으로, 폴딩부(130a)와 가열압착부(140a)를 통해 얻어진 적층체(40)에 대해, 해당 적층체(40)를 구성하는 섬유 다발(10)과 동일한 재질 혹은 상이한 재질의 섬유 다발(10')이 추가로 접합되어 접합체(30')를 형성할 수 있다. 이때에는, 섬유 다발(10')을 펼치기 위한 광폭화부, 섬유 다발에 접착제로 된 코팅층을 형성하는 코팅부, 및 적층체(40)에 섬유 다발(10')을 접합하기 위한 접합부가 가열압착부(140a)와 폴딩부(130b) 사이에 위치하게 된다.
예를 들어, 첫 번째 섬유 다발(10)이 탄소 섬유이고 두 번째 섬유 다발(10')이 유리 섬유라면, 최종적으로 얻어진 복합재 내에는 열가소성 필름(20)들 사이에 탄소 섬유층과 유리 섬유층이 적층되어 혼섬된 섬유층이 존재하게 된다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치에 의하면, 다양한 강화재가 열가소성 플라스틱 속에 균일하게 혼합된 복합재를 용이하게 제조할 수 있어 차별화된 복합재를 제공할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치
110: 광폭화부 116: 코팅부
120: 접합부 130: 폴딩부
140: 가열압착부
110: 광폭화부 116: 코팅부
120: 접합부 130: 폴딩부
140: 가열압착부
Claims (22)
- 공급되는 섬유 다발을 광폭화시키는 광폭화부;
상기 섬유 다발에 접착제로 된 코팅층을 형성하는 코팅부;
상기 섬유 다발의 상측 또는 하측 중 적어도 일측에 열가소성 필름을 배치하고 접합하여 접합체를 형성하는 접합부;
상기 접합체를 폭방향으로 접어 적층체를 형성하는 폴딩부; 및
상기 적층체를 열융착시키는 가열압착부
를 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 광폭화부는 복수의 흡인 풍구를 포함하고,
상기 흡인 풍구는 진공 펌프에 연결되어 상기 흡인 풍구 내에 흡인 기류가 생성되는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제2항에 있어서,
상기 흡인 풍구는 열풍기에 연결되어 상기 열풍기로부터 열풍이 분출되는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제2항에 있어서,
상기 광폭화부는 안내 롤을 더 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 코팅부는, 상기 코팅액을 수용하는 코팅액조, 상기 코팅액조에 적어도 일부가 잠겨 있게 설치되고 상기 섬유 다발이 밑으로 감아 돌아 지나가는 통과 롤, 및 상기 섬유 다발의 표면에 입혀진 코팅액을 건조시키는 건조기를 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 접합부는 적어도 하나의 맞춤 롤과 가열기를 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제6항에 있어서,
상기 맞춤 롤은 중앙부가 양단부와 대비하여 오목하게 형성된 단차부를 구비하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제6항에 있어서,
상기 접합부는 2개의 맞춤 롤이 접하도록 되어 있고,
상기 맞춤 롤 중 적어도 하나가 모터에 의해 회전 구동되는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제6항에 있어서,
상기 가열기는 열풍기, 할로겐 램프 또는 적외선 램프 중 적어도 하나를 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 폴딩부는, 중심부가 볼록하게 절곡되어 상기 중심부로부터 양단부로 경사면이 형성되어 있는 절곡 롤, 상기 절곡 롤의 경사면과 상응하게 배치된 지지 롤, 및 상기 접합체를 완전하게 접어 구부려서 겹쳐진 상기 적층체를 형성하는 접철 롤을 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 적층체의 두께방향을 회전시키는 선회 롤을 더 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 가열압착부는 한 쌍의 가열 롤을 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 열융착은 150 내지 450℃의 온도에서 실시되는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 열융착은 진공 분위기 하에서 실시되는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
제조된 복합재를 상온에서 자연 냉각하거나, 별도로 공기를 주입하여 냉각하도록 된 냉각부를 더 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
제조된 복합재를 자연 냉각하면서 권취할 수 있는 와인딩 롤을 더 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 열가소성 필름은 10 내지 100㎛의 두께를 갖는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 열융착된 적층체를 폭방향으로 접어 폭이 줄어든 적층체를 형성하는 폴딩부와, 상기 폭이 줄어든 적층체를 열융착시키는 가열압착부를 더 포함하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제18항에 있어서,
상기 적층체에 대해, 해당 적층체를 구성하는 상기 섬유 다발과 동일한 재질 혹은 상이한 재질의 섬유 다발이 추가로 접합되는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 제조장치에 의해,
연속된 섬유 다발과 열가소성 필름이 접합되어 폭방향으로 접히고 열융착되어 제조되는 복합재. - 제20항에 있어서,
상기 섬유 다발은 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 세라믹섬유, 금속섬유, 폴리머섬유 중 적어도 하나를 포함하는 복합재. - 제20항에 있어서,
상기 열가소성 필름은 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 그룹에서 선택되는 복합재.
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