KR20230014972A - Die for pultrusion, apparatus for manufacturing hybrid composite material including same, and method for manufacturing hybrid composite material using same - Google Patents

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KR20230014972A KR1020210096185A KR20210096185A KR20230014972A KR 20230014972 A KR20230014972 A KR 20230014972A KR 1020210096185 A KR1020210096185 A KR 1020210096185A KR 20210096185 A KR20210096185 A KR 20210096185A KR 20230014972 A KR20230014972 A KR 20230014972A
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Abstract

A die for pultrusion of the present invention comprises: an introduction part into which resin-impregnated composite fibers are aligned and introduced; a main body which binds the composite fibers by applying heat to the introduced composite fibers; and an outlet which discharges the bound composite fibers. The introduction part includes a plate for preventing the introduction of the composite fibers, and a plurality of holes formed through the plate to introduce the composite fibers. An objective of the present invention is to provide a die for pultrusion capable of controlling fiber orientation in the production of a rod-shaped hybrid composite material, a hybrid composite material manufacturing apparatus including the same, and a hybrid composite material manufacturing method using the same.

Description

인발성형용 다이, 이를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조장치 및 이를 이용한 하이브리드 복합소재의 제조방법 {DIE FOR PULTRUSION, APPARATUS FOR MANUFACTURING HYBRID COMPOSITE MATERIAL INCLUDING SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING HYBRID COMPOSITE MATERIAL USING SAME}Die for pultrusion molding, apparatus for manufacturing hybrid composite material including same, and method for manufacturing hybrid composite material using same

본 발명은 인발성형용 다이, 이를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조장치, 및 이를 이용한 하이브리드 복합소재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 로드 형상의 하이브리드 복합소재의 제조에 있어서, 섬유의 배향을 제어할 수 있는 인발성형용 다이, 이를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조장치 및 이를 이용한 하이브리드 복합소재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a die for pultrusion, an apparatus for manufacturing a hybrid composite material including the same, and a method for manufacturing a hybrid composite material using the same. More specifically, the present invention relates to a pultrusion mold capable of controlling the orientation of fibers in the production of a rod-shaped hybrid composite material, a hybrid composite material manufacturing apparatus including the same, and a hybrid composite material manufacturing method using the same. it's about

일반적으로, 인발 성형으로 제작된 로드 형상 복합소재의 경우, 대부분 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 단독으로 제작된다. In general, in the case of a rod-shaped composite material made by pultrusion, most of them are made of glass fiber, carbon fiber, or aramid fiber alone.

유리섬유는 가격이 저렴하지만 인장물성, 충격물성, 내마모성이 충분하지 않으며, 탄소섬유는 인장 물성은 높으나 변형률이 낮아 부셔버리는 특성이 있다. 또한, 아라미드 섬유는 탄소섬유에 비해 연신률이 높아 잘 부셔지지 않고 질긴 장점을 가지나 압축응력이 약하다는 단점이 있다. Glass fiber is inexpensive, but has insufficient tensile properties, impact properties, and abrasion resistance, and carbon fiber has high tensile properties but a low strain rate and is prone to breakage. In addition, aramid fiber has a high elongation rate compared to carbon fiber and has the advantage of being tough and not easily broken, but has a disadvantage in that the compressive stress is weak.

이에 따라, 성능 대비 가격적인 이슈 해결을 위해 유리섬유와 탄소섬유의 하이브리드 형태로 많이 제작되고 있다. 그러나, 유리섬유/탄소섬유 하이브리드 로드형상 복합소재의 경우, 하이브리드 효과를 나타내기 위해서는 강성이 높고 변형률이 작은 탄소섬유가 먼저 파단되고, 이어서 유리섬유가 파단되어야 한다. 이러한 효과를 위해서는 섬유 조합의 비율이나 위치가 중요한데, 이를 제어하는 것은 쉽지 않은 문제가 있다. Accordingly, in order to solve the performance-to-price issue, a lot of glass fiber and carbon fiber hybrid forms are being manufactured. However, in the case of a glass fiber/carbon fiber hybrid rod-shaped composite material, in order to exhibit the hybrid effect, the carbon fiber having a high stiffness and a small strain must be broken first, and then the glass fiber must be broken. For this effect, the ratio or position of the fiber combination is important, but there is a problem that is not easy to control.

또한, 하이브리드 직물을 활용하여 제작되는 시트 형태의 복합소재의 경우, 인발 성형공정에 비해 시트 공정이 추가됨에 따라 소재 단가가 높고 두께가 두꺼워질수록 제작하기 어렵고, 소재 단가가 높아지는 단점이 있다. In addition, in the case of a composite material in the form of a sheet manufactured using a hybrid fabric, as the sheet process is added compared to the pultrusion process, the material cost is high and the thickness becomes thicker, so it is difficult to manufacture, and the material cost increases.

종래의 인발성형용 다이는 도 3A에 도시된 바와 같이 입구에 비해 출구가 작은 테이퍼형 다이가 사용되고 있다. As a conventional pultrusion die, a tapered die having a smaller exit than an inlet is used, as shown in FIG. 3A.

도 3A에 도시된 바와 같이 종래의 인발성형용 다이(3)는 수지 함침 후, 다이를 통과할 때, 도입부(3a)를 통해 넓은 시트 형상의 복합섬유 다발이 유입되고, 출구(3b)를 통해 배출된다. 본체(3c) 에서는 열 또는 압력이 가해지며, 섬유가 원형으로 집속된다. 이때 넓은 시트형상에서 원형형상으로 바뀌면서 섬유 배향이 랜덤하게 배치되는데, 탄소섬유와 아라미드 섬유과 같이 이종의 섬유가 적용될 경우, 이들의 위치를 제어하기 어렵다. As shown in FIG. 3A, when the conventional pultrusion molding die 3 passes through the die after resin impregnation, a wide sheet-shaped composite fiber bundle is introduced through the inlet portion 3a, and through the outlet 3b. It is discharged. Heat or pressure is applied to the main body 3c, and the fibers are converged into a circular shape. At this time, fiber orientation is randomly arranged while changing from a wide sheet shape to a circular shape. When heterogeneous fibers such as carbon fibers and aramid fibers are applied, it is difficult to control their positions.

따라서, 로드 형상의 하이브리드 복합소재의 제조에 있어서, 섬유 배향을 조절할 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, in the production of a rod-shaped hybrid composite material, it is necessary to develop a method capable of controlling fiber orientation.

관련 선행기술로는 KR1541060 가 있다. A related prior art is KR1541060.

본 발명의 목적은 로드 형상의 하이브리드 복합소재의 제조에 있어서, 섬유 배향을 조절할 수 있는 인발성형용 다이, 이를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조장치 및 이를 이용한 하이브리드 복합소재의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a pultrusion molding die capable of controlling fiber orientation in the production of a rod-shaped hybrid composite material, a hybrid composite material manufacturing apparatus including the same, and a hybrid composite material manufacturing method using the same. .

본 발명의 다른 목적은 2종의 섬유를 균일하게 배향시켜 콘크리트 수명을 연장시킬 수 있는 하이브리드 복합소재 및 이를 포함하는 복합재료를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a hybrid composite material capable of extending the life of concrete by uniformly orienting two types of fibers and a composite material including the same.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.

1. 본 발명의 하나의 관점은 인발성형용 다이에 관한 것이다, 상기 인발성형용 다이는 수지가 함침된 복합섬유가 정렬되어 유입되는 도입부; 유입된 복합섬유에 열을 가하여 집속하는 본체; 및 상기 집속된 복합섬유를 배출하는 출구;를 구비하며, 상기 도입부에는, 복합섬유의 유입을 막는 플레이트; 및 상기 플레이트를 관통하여 형성되어 복합섬유가 유입되는 복수의 홀;을 포함한다. 1. One aspect of the present invention relates to a pultrusion molding die, wherein the pultrusion molding die includes: an introduction part into which composite fibers impregnated with a resin are aligned and introduced; A main body for converging by applying heat to the introduced composite fibers; and an outlet through which the bundled conjugate fibers are discharged, wherein the introduction part includes a plate for preventing the inflow of the conjugate fibers; and a plurality of holes formed through the plate through which the composite fibers are introduced.

2. 상기 1 에서, 상기 홀은 직경(d)이 0.1 내지 10mm 일 수 있다. 2. In the above 1, the hole may have a diameter (d) of 0.1 to 10 mm.

3. 상기 1 내지 2에서, 상기 홀은 개수가 20 내지 200개 일 수 있다.3. In the above 1 to 2, the number of holes may be 20 to 200.

4. 상기 1 내지 3에서, 상기 다이는 하기 식 1 및 2를 만족하는 것일 수 있다:4. In the above 1 to 3, the die may satisfy the following formulas 1 and 2:

[식 1][Equation 1]

Db * 2 ≤ Da ≤ Db * 4Db * 2 ≤ Da ≤ Db * 4

(식 1에서 Da는 도입부의 직경(mm)이고, Db 는 출구의 직경(mm)임)(In Equation 1, Da is the diameter of the inlet (mm), and Db is the diameter of the outlet (mm))

[식 2] [Equation 2]

20° ≤ θ ≤ 60° 20° ≤ θ ≤ 60°

(식 2에서 θ 는 테이퍼 각도(°)임)(In Equation 2, θ is the taper angle (°))

5. 본 발명의 다른 관점은 하이브리드 복합소재의 제조장치에 관한 것이다. 하나의 구체예에서 상기 하이브리드 복합소재의 제조장치는 섬유를 제공하는 크릴부; 상기 크릴부로부터 제공된 섬유에 수지가 함침되는 수지 함침부; 및 상기 수지가 함침된 섬유를 배향시켜 성형하는 성형부;를 포함하며, 상기 성형부는 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 인발성형용 다이를 포함할 수 있다. 5. Another aspect of the present invention relates to an apparatus for manufacturing a hybrid composite material. In one embodiment, the hybrid composite material manufacturing apparatus includes a creel unit for providing fibers; a resin impregnation unit in which a resin is impregnated into fibers provided from the creel unit; and a molding unit which orients and molds the resin-impregnated fibers, wherein the molding unit may include any one of the pultrusion molding dies of 1 to 4 above.

6. 상기 1 내지 5에서, 상기 섬유는 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 포함하며, 상기 인발성형용 다이의 홀을 통해 탄소섬유 및 아라미드 섬유는 위치가 정렬되어 유입될 수 있다. 6. In the above 1 to 5, the fibers include carbon fibers and aramid fibers, and the carbon fibers and aramid fibers may be aligned and introduced through the hole of the pultrusion die.

7. 다른 구체예에서 상기 하이브리드 복합소재의 제조장치는 섬유를 연속적으로 공급하는 크릴부; 상기 크릴부로부터 공급된 섬유에 장력을 부여하는 장력부; 상기 장력이 부여된 섬유를 폭방향으로 배열하는 스프레더; 상기 배열된 섬유에 수지를 주입하여 함침시키는 주입부; 상기 수지가 함침된 섬유를 배향시켜 성형하는 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 인발성형용 다이; 상기 배향된 섬유를 냉각하는 냉각부; 상기 냉각된 섬유를 인발하는 인발부; 및 상기 인발부를 통과한 섬유를 로드 형으로 커팅하는 커팅부; 를 포함한다. 7. In another embodiment, the manufacturing apparatus of the hybrid composite material is a creel unit for continuously supplying fibers; A tension unit for imparting tension to the fibers supplied from the creel unit; a spreader arranging the tension-applied fibers in a width direction; an injection unit for injecting and impregnating the arrayed fibers with a resin; a pultrusion molding die of any one of the above 1 to 4, which orients and molds the resin-impregnated fiber; a cooling unit for cooling the oriented fibers; a drawing unit for drawing the cooled fibers; and a cutting unit for cutting the fibers passing through the drawing unit into a rod shape. includes

8. 상기 7에서, 상기 섬유는 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 포함하며, 상기 인발성형용 다이의 홀을 통해 탄소섬유 및 아라미드 섬유는 위치가 정렬되어 유입될 수 있다. 8. In the above 7, the fibers include carbon fibers and aramid fibers, and the carbon fibers and aramid fibers may be aligned and introduced through the hole of the pultrusion die.

9. 본 발명의 또 다른 관점은 하이브리드 복합소재의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 크릴부로부터 공급된 섬유에 수지를 함침하고; 및 상기 수지가 함침된 섬유다발을 제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 인발성형용 다이를 통해 섬유를 배향시켜 성형하는; 단계를 포함한다. 9. Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a hybrid composite material. The method includes impregnating a resin into a fiber supplied from a creel unit; and molding the fiber bundle impregnated with the resin by orienting the fibers through the pultrusion molding die of any one of claims 1 to 4; Include steps.

10. 상기 9에서, 상기 섬유는 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 포함하며, 상기 인발성형용 다이의 홀을 통해 탄소섬유 및 아라미드 섬유는 위치가 정렬되어 유입될 수 있다. 10. In 9 above, the fibers include carbon fibers and aramid fibers, and the carbon fibers and aramid fibers may be aligned and introduced through the hole of the pultrusion die.

11. 상기 9 내지 10에서, 상기 인발성형용 다이를 통과하여 배향된 섬유는 냉각되는 단계를 더 포함할 수 있다. 11. In the above 9 to 10, the step of cooling the fibers oriented after passing through the pultrusion die may be further included.

12. 상기 11에서, 상기 냉각된 섬유는 인발 및 커팅 단계를 더 포함할 수 있다. 12. In the above 11, the cooled fiber may further include a drawing and cutting step.

13. 본 발명의 또 다른 관점은 하이브리드 복합소재에 관한 것이다. 상기 하이브리드 복합소재는 상기 방법에 의해 제조되며, 탄소섬유 및 아라미드 섬유가 배향된 것을 특징으로 한다. 13. Another aspect of the present invention relates to hybrid composite materials. The hybrid composite material is prepared by the above method, and is characterized in that carbon fibers and aramid fibers are oriented.

14. 상기 하이브리드 복합소재는 로드 형상일 수 있다. 14. The hybrid composite material may have a rod shape.

15. 본 발명의 또 다른 관점은 상기 하이브리드 복합소재를 포함하는 복합재료에 관한 것이다. 상기 복합재료는 상기 13 및 14의 하이브리드 복합소재가 콘크리트에 매립된 것을 특징으로 한다. 15. Another aspect of the present invention relates to a composite material including the hybrid composite material. The composite material is characterized in that the hybrid composite materials of 13 and 14 are embedded in concrete.

본 발명은 로드 형상의 하이브리드 복합소재의 제조에 있어서, 섬유 배향을 조절할 수 있는 인발성형용 다이, 이를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조장치 및 이를 이용한 하이브리드 복합소재의 제조방법과 2종의 섬유를 균일하게 배향시켜 콘크리트 수명을 연장시킬 수 있는 하이브리드 복합소재 및 이를 포함하는 복합재료를 제공하는 발명의 효과를 갖는다. In the production of a rod-shaped hybrid composite material, the present invention relates to a pultrusion molding die capable of controlling fiber orientation, an apparatus for manufacturing a hybrid composite material including the same, a method for manufacturing a hybrid composite material using the same, and a method for uniformly producing two types of fibers. It has the effect of the invention to provide a hybrid composite material that can extend the life of concrete by being oriented properly and a composite material including the same.

도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 하이브리드 복합소재의 제조장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 하이브리드 복합소재의 제조장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3A는 종래의 인발성형용 다이의 측면을 도시한 것이며, 도 3B는 종래의 인발성형용 다이의 정면을 도시한 것이다.
도 4A는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 인발성형용 다이의 측면을 도시한 것이며, 도 4B는 본 발명의 인발성형용 다이의 정면을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 인발성형용 다이의 도입부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 인발성형용 다이의 측면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 방법에 따라 제조된 하이브리드 복합소재의 개략도이다.
도 8은 비교예 1에 따라 제조된 하이브리드 복합소재의 사진이다. 1 schematically illustrates an apparatus for manufacturing a hybrid composite material according to one embodiment of the present invention.
2 schematically illustrates an apparatus for manufacturing a hybrid composite material according to another embodiment of the present invention.
3A shows a side view of a conventional pultrusion die, and FIG. 3B shows a front view of a conventional pultrusion die.
4A is a side view of a die for pultrusion according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a front view of a die for pultrusion of the present invention.
5 schematically shows the introduction of the die for pultrusion of the present invention.
6 schematically shows the side of the die for pultrusion of the present invention.
7 is a schematic diagram of a hybrid composite material prepared according to the method of the present invention.
8 is a photograph of a hybrid composite material prepared according to Comparative Example 1.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the following drawings are only provided to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the drawings. In addition, since the shape, size, ratio, angle, number, etc. disclosed in the drawings are exemplary, the present invention is not limited to the illustrated details.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Like reference numbers designate like elements throughout the specification. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.When 'includes', 'has', 'consists of', etc. mentioned in this specification is used, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where a component is expressed in the singular, the case including the plural is included unless otherwise explicitly stated.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, even if there is no separate explicit description, it is interpreted as including the error range.

~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.When the positional relationship of two parts is described by 'over', 'over', 'under', 'beside', etc., unless 'immediately' or 'directly' is used, there is a One or more other parts may be located.

'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다. Positional relationships such as 'top', 'top', 'bottom', and 'bottom' are described based on the drawings, and do not represent absolute positional relationships. That is, the positions of 'upper' and 'lower' or 'upper surface' and 'lower surface' may be changed depending on the observation position.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 구체예에 따른 리와인딩 장치를 설명한다. Hereinafter, a rewinding device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 하이브리드 복합소재의 제조장치 을 개략적으로 도시한 것이다. 1 schematically shows an apparatus for manufacturing a hybrid composite material according to one embodiment of the present invention.

상기 하이브리드 복합소재의 제조장치는 섬유를 제공하는 크릴부(10); 상기 크릴부로부터 제공된 섬유에 수지가 함침되는 수지 함침부(20); 및 상기 수지가 함침된 섬유를 배향시켜 성형하는 성형부(30);를 포함한다. The manufacturing apparatus of the hybrid composite material is a creel unit 10 for providing fibers; A resin impregnating unit 20 in which a resin is impregnated into fibers provided from the creel unit; and a molding unit 30 which orients and molds the resin-impregnated fiber.

상기 크릴부(10)는 복수의 로빙크릴로 구성되어 있으며, 각 로빙크릴에는 섬유(F)가 권취되어 있으며, 수지 함침부(20)로 섬유(F)를 공급한다. The creel unit 10 is composed of a plurality of roving creels, fibers (F) are wound around each roving creel, and the fibers (F) are supplied to the resin impregnated unit 20.

구체예에서 상기 섬유(F)는 탄소섬유 및 아라미드 섬유이며, 각각의 로빙크릴에 권취되어 있다. In an embodiment, the fiber (F) is a carbon fiber and an aramid fiber, and is wound on each roving creel.

이와 같이, 탄소섬유와 아라미드 섬유를 조합할 경우, 탄소섬유와 아라미드 섬유 단독으로 사용할 때의 단점을 상쇄시키고, 인장강도와 탄성률이 높은 탄소섬유와 높은 충격강도와 내마모성이 강한 아라미드 섬유의 장점을 부각시켜 콘크리트 구조물의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 기존의 철강으로 사용되던 보강재에 비해 부식이 없으며, 기존의 유리섬유에 비해 인장물성, 충격물성, 내마모성이 뛰어나 콘크리트의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다. In this way, when carbon fiber and aramid fiber are combined, the disadvantages of using carbon fiber and aramid fiber alone are offset, and the advantages of carbon fiber with high tensile strength and elastic modulus and aramid fiber with high impact strength and strong abrasion resistance are highlighted. This can ensure the stability of concrete structures. In addition, there is no corrosion compared to the existing reinforcing material used as steel, and it has excellent tensile properties, impact properties, and abrasion resistance compared to existing glass fibers, so that the lifespan of concrete can be further extended.

상기 수지 함침부(20)는 상기 크릴부(10)로부터 제공된 섬유에 수지를 함침하여 복합섬유다발을 형성한다. The resin impregnation part 20 impregnates the resin into the fiber provided from the creel part 10 to form a composite fiber bundle.

도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 하이브리드 복합소재의 제조장치를 개략적으로 도시한 것이다. 2 schematically illustrates an apparatus for manufacturing a hybrid composite material according to another embodiment of the present invention.

구체예에서 상기 수지 함침부(20)는 크릴부로부터 공급된 섬유에 장력을 부여하는 장력부(21); 상기 장력이 부여된 섬유를 폭방향으로 배열하는 스프레더(22); 및 상기 배열된 섬유에 수지를 주입하여 함침시키는 주입부(23)을 포함할 수 있다. In a specific embodiment, the resin impregnated part 20 includes a tension unit 21 for imparting tension to the fibers supplied from the creel unit; a spreader 22 arranging the fibers to which the tension is applied in a width direction; and an injection unit 23 for injecting and impregnating the arranged fibers with a resin.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수지 함침부(20)에서 수지가 함침된 섬유는 성형부(30)을 통해 섬유가 배향되어 성형되어 하이브리드 복합소재(100)가 형성된다. As shown in FIG. 1 , the fibers impregnated with the resin in the resin impregnation part 20 are oriented and molded through the molding part 30 to form the hybrid composite material 100 .

도 2에 따르면, 상기 성형부(30)는 수지가 함침된 섬유를 배향시켜 성형하는 인발성형용 다이(31); 상기 배향된 섬유를 냉각하는 냉각부(32); 상기 냉각된 섬유를 인발하는 인발부(33); 및 상기 인발부를 통과한 섬유를 로드 형으로 커팅하는 커팅부(34);를 포함할 수 있다. According to FIG. 2, the forming unit 30 includes a pultrusion molding die 31 for shaping by orienting a fiber impregnated with a resin; a cooling unit 32 for cooling the oriented fibers; a drawing unit 33 for drawing the cooled fibers; and a cutting unit 34 for cutting the fibers passing through the drawing unit into a rod shape.

크릴부(10)로부터 공급된 섬유는 장력부(21)에 의해 장력이 부여되며, 스프레더(22)에서 균일하게 펼쳐져 주입부(23)로 공급된다. 상기 주입부(23)에서는 폴리프로필렌, 폴리아미드 등의 열가소성 수지가 주입될 수 있다. 이와 같이 주입된 수지는 섬유에 함침되어 복합섬유다발을 형성하게 된다. 수지가 함침된 복합섬유다발은 이후 인발성형용 다이(31)로 투입되어 넓은 시트형상에서 원형형상으로 바뀌며, 2종 섬유가 일정 위치에서 배향되어 성형된다. The fibers supplied from the creel unit 10 are tensioned by the tension unit 21, spread evenly in the spreader 22, and supplied to the injection unit 23. A thermoplastic resin such as polypropylene or polyamide may be injected into the injection part 23 . The resin thus injected is impregnated into fibers to form a composite fiber bundle. The resin-impregnated composite fiber bundle is then put into the pultrusion molding die 31 and changed from a wide sheet shape to a circular shape, and the two types of fibers are oriented at a certain position and molded.

도 4A는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 인발성형용 다이(31)의 측면을 도시한 것이며, 도 4B는 본 발명의 인발성형용 다이(31)의 정면을 도시한 것이다. 4A shows a side view of a die 31 for pultrusion according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows a front view of the die 31 for pultrusion according to the present invention.

도 4A에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인발성형용 다이(31)는 수지가 함침된 복합섬유가 정렬되어 유입되는 도입부(31a); 유입된 복합섬유에 열을 가하여 집속하는 본체(31c); 및 상기 집속된 복합섬유를 배출하는 출구(31b);를 구비한다. 도 4B에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인발성형용 다이(31)의 도입부(31a)에는 복합섬유가 유입되는 복수의 홀이 형성되어 있다. As shown in FIG. 4A, the pultrusion molding die 31 of the present invention includes an introduction part 31a into which composite fibers impregnated with resin are aligned and introduced; a main body 31c for converging by applying heat to the introduced composite fibers; and an outlet (31b) for discharging the bundled composite fibers. As shown in FIG. 4B, a plurality of holes through which composite fibers are introduced are formed in the inlet portion 31a of the pultrusion molding die 31 of the present invention.

도 5는 본 발명의 인발성형용 다이의 도입부를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 도입부(31a)에는, 복합섬유의 유입을 막는 플레이트(311); 및 상기 플레이트를 관통하여 형성되어 복합섬유가 유입되는 복수의 홀(310);을 포함한다. 상기 홀은 원형일 수 있으며, 직경(d)를 갖는다. 5 schematically shows the introduction of the die for pultrusion of the present invention. In the introduction part (31a), the plate 311 for preventing the inflow of the composite fiber; and a plurality of holes 310 formed through the plate and through which composite fibers are introduced. The hole may be circular and has a diameter d.

구체예에서 상기 홀(310)은 직경(d)이 0.1 내지 10mm 일 수 있다. In a specific embodiment, the hole 310 may have a diameter (d) of 0.1 to 10 mm.

또한, 상기 홀(310)은 개수가 20 내지 200개 일 수 있다. Also, the number of holes 310 may be 20 to 200.

구체예에서, 상기 인발성형용 다이(31)는 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다:In a specific embodiment, the die 31 for pultrusion may satisfy Equation 1 below:

[식 1][Equation 1]

Db * 2 ≤ Da ≤ Db * 4Db * 2 ≤ Da ≤ Db * 4

(식 1에서 Da는 도입부의 직경(mm)이고, Db 는 출구의 직경(mm)임)(In Equation 1, Da is the diameter of the inlet (mm), and Db is the diameter of the outlet (mm))

구체예에서, 상기 인발성형용 다이(31)는 하기 식 2를 만족하는 것일 수 있다:In a specific embodiment, the die 31 for pultrusion may satisfy Equation 2 below:

[식 2] [Equation 2]

20° ≤ θ ≤ 60° 20° ≤ θ ≤ 60°

(식 2에서 θ 는 테이퍼 각도(°)임)(In Equation 2, θ is the taper angle (°))

상기 본체(31c)에는 열 및/또는 압력이 가해지며, 함침된 섬유 다발을 성형한다. 본체(31c)에는 섬유진행방향에 따라 온도 구배가 있을 수 있다. Heat and/or pressure are applied to the body 31c to form an impregnated fiber bundle. In the main body 31c, there may be a temperature gradient according to the fiber traveling direction.

본 발명의 인발성형용 다이(31)를 통해 종래의 배향 조절이 어려운 문제점을 해소하여 섬유 배향을 용이하게 조절할 수 있다. Through the pultrusion molding die 31 of the present invention, it is possible to easily control the fiber orientation by solving the conventional difficult orientation control problem.

다시 도 2로 돌아가서, 본 발명의 인발성형용 다이(31)를 통과하여 배향된 섬유는 냉각부(32)를 통해 냉각되며, 냉각된 섬유는 인발부(33)에서 인발된다. 상기 인발부(33)을 통과한 섬유는 커팅부(34)를 통해 로드형으로 커팅된다. Returning to FIG. 2 again, the fibers oriented through the drawing die 31 of the present invention are cooled through the cooling section 32, and the cooled fibers are drawn in the drawing section 33. The fiber passing through the drawing part 33 is cut into a rod shape through the cutting part 34 .

이와 같이 제조된 하이브리드 복합소재는 탄소섬유 및 아라미드 섬유가 위치가 정렬되고 일방향으로 배향된다. In the hybrid composite material prepared as described above, the positions of the carbon fibers and the aramid fibers are aligned and oriented in one direction.

도 7은 본 발명의 방법에 따라 제조된 하이브리드 복합소재의 개략도이다. 도시된 바와 같이 로드 형상의 하이브리드 복합소재는 탄소섬유(CF)와 아라미드 섬유(AF)가 균일하게 배향되고, 상기 탄소섬유(CF) 및 아라미드 섬유(AF)의 사이 공간은 수지(R)로 채워진다. 7 is a schematic diagram of a hybrid composite material prepared according to the method of the present invention. As shown, in the rod-shaped hybrid composite material, carbon fibers (CF) and aramid fibers (AF) are uniformly oriented, and the space between the carbon fibers (CF) and aramid fibers (AF) is filled with resin (R) .

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, but these examples are only for the purpose of explanation and should not be construed as limiting the present invention.

실시예 1Example 1

탄소섬유 및 아라미드 섬유를 폴리프로필렌(PP) 수지에 함침하고, 도 4에 도시된 본 발명의 인발성형용 다이를 사용하여 로드 형상으로 성형하였다. 이때, 홀의 직경(d)은 1mm, 홀은 개수는 50개이며, 도입부의 직경은 300mm, 출구의 직경은 100mm 이고, 테이퍼 각도는 25 ° 이었다.Carbon fibers and aramid fibers were impregnated with polypropylene (PP) resin and molded into a rod shape using the pultrusion molding die of the present invention shown in FIG. 4 . At this time, the diameter (d) of the hole was 1 mm, the number of holes was 50, the diameter of the inlet was 300 mm, the diameter of the outlet was 100 mm, and the taper angle was 25 °.

비교예 1Comparative Example 1

탄소섬유 및 아라미드 섬유를 폴리프로필렌(PP) 수지에 함침하고, 도 3에 도시된 종래의 테이퍼형 다이를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 동일 실험을 3회 반복하였으며, 제조된 하이브리드 복합소재의 사진은 도 8에 나타내었다. (a)는 1차 실험, (b)는 2차 실험, (c)는 3차 실험을 한 것이며, 동일한 다이에서 동일한 조건에서 실험한 것임에도 불구하고, 탄소섬유와 아라미드 섬유의 배열이 불규칙하고 재현성이 없음을 알 수 있다. Carbon fibers and aramid fibers were impregnated with polypropylene (PP) resin, and the same procedure as in Example 1 was performed except that a conventional tapered die shown in FIG. 3 was used. The same experiment was repeated three times, and a photograph of the prepared hybrid composite material is shown in FIG. 8. (a) is the 1st experiment, (b) is the 2nd experiment, and (c) is the 3rd experiment. Even though the experiment was performed on the same die under the same conditions, the arrangement of carbon fibers and aramid fibers is irregular and It can be seen that there is no reproducibility.

본 발명의 인발성형용 다이를 적용할 경우, 탄소섬유 및 아라미드 섬유가 균일하게 배향되는 반면, 종래의 다이를 적용한 비교예 1로부터 제조된 하이브리드 복합소재는 탄소섬유와 아라미드 섬유의 배열이 불균일하고, 위치 제어가 곤란한 것을 알 수 있었다. When the die for pultrusion of the present invention is applied, carbon fibers and aramid fibers are uniformly oriented, whereas in the hybrid composite material prepared from Comparative Example 1 to which the conventional die is applied, the arrangement of carbon fibers and aramid fibers is non-uniform, It was found that position control was difficult.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily performed by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.

10 : 크릴부 20: 수지 함침부
30: 성형부 31: 인발성형용 다이10: creel part 20: resin impregnated part
30: molding part 31: die for pultrusion

Claims (15)

수지가 함침된 복합섬유가 정렬되어 유입되는 도입부;
유입된 복합섬유에 열을 가하여 집속하는 본체; 및
상기 집속된 복합섬유를 배출하는 출구;
를 구비하며,
상기 도입부에는,
복합섬유의 유입을 막는 플레이트; 및 상기 플레이트를 관통하여 형성되어 복합섬유가 유입되는 복수의 홀;
을 포함하는 인발성형용 다이.

An introduction part into which the resin-impregnated composite fibers are aligned and introduced;
A main body for converging by applying heat to the introduced composite fibers; and
an outlet for discharging the bundled composite fibers;
Provided with,
In the introduction,
A plate that prevents the inflow of composite fibers; and a plurality of holes through which the composite fibers are introduced through the plate.
A die for pultrusion comprising a.

 제1항에 있어서, 상기 홀은 직경(d)이 0.1 내지 10mm 인 인발성형용 다이.
The pultrusion molding die according to claim 1, wherein the hole has a diameter (d) of 0.1 to 10 mm.
 제1항에 있어서, 상기 홀은 개수가 20 내지 200 개인 인발성형용 다이.
The pultrusion molding die according to claim 1, wherein the number of holes is 20 to 200.
 제1항에 있어서, 상기 다이는 하기 식 1 및 2를 만족하는 인발성형용 다이:
[식 1]
Db * 2 ≤ Da ≤ Db * 4
(식 1에서 Da는 도입부의 직경(mm)이고, Db 는 출구의 직경(mm)임)

[식 2]
20° ≤ θ≤ 60°
(식 2에서 θ 는 테이퍼 각도(°)임)
The pultrusion molding die according to claim 1, wherein the die satisfies the following formulas 1 and 2:
[Equation 1]
Db * 2 ≤ Da ≤ Db * 4
(In Equation 1, Da is the diameter of the inlet (mm), and Db is the diameter of the outlet (mm))

[Equation 2]
20° ≤ θ ≤ 60°
(In Equation 2, θ is the taper angle (°))
 섬유를 제공하는 크릴부;
상기 크릴부로부터 제공된 섬유에 수지가 함침되는 수지 함침부; 및
상기 수지가 함침된 섬유를 배향시켜 성형하는 성형부;
를 포함하며,
상기 성형부는 제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 인발성형용 다이를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조장치.
A creel unit that provides fibers;
a resin impregnation unit in which a resin is impregnated into fibers provided from the creel unit; and
a molding unit that orients and molds the resin-impregnated fibers;
Including,
The molding unit manufacturing apparatus of a hybrid composite material comprising the pultrusion molding die of any one of claims 1 to 4.
 제5항에 있어서, 상기 섬유는 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 포함하며,
상기 인발성형용 다이의 홀을 통해 탄소섬유 및 아라미드 섬유는 위치가 정렬되어 유입되는 하이브리드 복합소재의 제조장치.
The method of claim 5, wherein the fibers include carbon fibers and aramid fibers,
An apparatus for manufacturing a hybrid composite material in which carbon fibers and aramid fibers are aligned and introduced through the hole of the pultrusion die.
 섬유를 연속적으로 공급하는 크릴부;
상기 크릴부로부터 공급된 섬유에 장력을 부여하는 장력부;
상기 장력이 부여된 섬유를 폭방향으로 배열하는 스프레더;
상기 배열된 섬유에 수지를 주입하여 함침시키는 주입부;
상기 수지가 함침된 섬유를 배향시켜 성형하는 제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 인발성형용 다이;
상기 배향된 섬유를 냉각하는 냉각부;
상기 냉각된 섬유를 인발하는 인발부; 및
상기 인발부를 통과한 섬유를 로드 형으로 커팅하는 커팅부;
를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조장치.
Creel unit for continuously supplying fibers;
A tension unit for imparting tension to the fibers supplied from the creel unit;
a spreader arranging the tension-applied fibers in a width direction;
an injection unit for injecting and impregnating the arrayed fibers with a resin;
The drawing die according to any one of claims 1 to 4 for oriented and molded fibers impregnated with the resin;
a cooling unit for cooling the oriented fibers;
a drawing unit for drawing the cooled fibers; and
a cutting unit for cutting the fibers passing through the drawing unit into a rod shape;
Manufacturing apparatus of a hybrid composite material comprising a.
 제7항에 있어서, 상기 섬유는 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 포함하며,
상기 인발성형용 다이의 홀을 통해 탄소섬유 및 아라미드 섬유는 위치가 정렬되어 유입되는 하이브리드 복합소재의 제조장치.
The method of claim 7, wherein the fibers include carbon fibers and aramid fibers,
An apparatus for manufacturing a hybrid composite material in which carbon fibers and aramid fibers are aligned and introduced through the hole of the pultrusion die.
 크릴부로부터 공급된 섬유에 수지를 함침하고; 및
상기 수지가 함침된 섬유다발을 제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 인발성형용 다이를 통해 섬유를 배향시켜 성형하는;
단계를 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조방법.
impregnating the fiber supplied from the creel unit with a resin; and
Molding the resin-impregnated fiber bundle by orienting the fibers through the pultrusion molding die of any one of claims 1 to 4;
Method for producing a hybrid composite material comprising the step.
 제9항에 있어서, 상기 섬유는 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 포함하며, 상기 인발성형용 다이의 홀을 통해 탄소섬유 및 아라미드 섬유는 위치가 정렬되어 유입되는 하이브리드 복합소재의 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the fibers include carbon fibers and aramid fibers, and the carbon fibers and aramid fibers are aligned and flowed through holes of the pultrusion die.
 제10항에 있어서, 상기 인발성형용 다이를 통과하여 배향된 섬유는 냉각되는 단계를 더 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조방법.
11. The method of claim 10, further comprising cooling the fibers oriented through the pultrusion die.
 제11항에 있어서, 상기 냉각된 섬유는 인발 및 커팅 단계를 더 포함하는 하이브리드 복합소재의 제조방법.
[Claim 12] The method of manufacturing a hybrid composite material according to claim 11, further comprising drawing and cutting the cooled fibers.
 제9항의 방법에 의해 제조되며, 탄소섬유 및 아라미드 섬유가 배향된 하이브리드 복합소재.
A hybrid composite material prepared by the method of claim 9, in which carbon fibers and aramid fibers are oriented.
 제13항에 있어서, 상기 하이브리드 복합소재는 로드 형상인 것인 하이브리드 복합소재.
The hybrid composite material according to claim 13, wherein the hybrid composite material has a rod shape.
 제14항의 하이브리드 복합소재가 콘크리트에 매립된 복합재료.

A composite material in which the hybrid composite material of claim 14 is embedded in concrete.
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