KR20230072971A - pressure vessel and manufacturing method and manufacturing apparatus of composite material filament for thereof - Google Patents

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Abstract

In order to improve a sealing performance, the present invention provides a manufacturing method of a composite material filament for a pressure vessel which comprises: a first step in which a carbon fiber, withdrawn from a carbon fiber supplying unit where the carbon fiber is wound, is inserted into an inside of a plasma treating unit where plasma particles heated at a preset temperature range are flowing, and continuously conveyed while a surface is treated by plasma; a second step in which as the plasma-treated carbon fiber is continuously withdrawn from the plasma treating unit and impregnated inside a resin bath unit where impregnated resins containing epoxy resins to be cured, carbon fiber having the impregnated resins coated is manufactured; a third step in which as the carbon fiber having the impregnated resins coated is continuously withdrawn from the resin bath unit and inserted into a roller unit to be rolled and pressurized, a composite material filament of carbon fiber reinforced plastic materials is manufactured; and a fourth step in which the composite material filament is wound and stacked with a preset thickness in order to be in contact with and covered as a shape surrounding appearances of a boss unit and a liner unit provided in the pressure vessel.

Description

압력 용기 및 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법 및 제조장치{pressure vessel and manufacturing method and manufacturing apparatus of composite material filament for thereof}Pressure vessel and manufacturing method and manufacturing apparatus of composite material filament for pressure vessel {pressure vessel and manufacturing method and manufacturing apparatus of composite material filament for its}

본 발명은 압력 용기 및 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실링성능이 개선되는 압력 용기 및 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a pressure vessel and a composite filament for a pressure vessel, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a pressure vessel and a composite material filament for a pressure vessel having improved sealing performance.

일반적으로 수소, 질소, 천연가스 등 다양한 종류의 가스를 저장하고, 필요에 따라 저장된 가스를 배출하기 위하여 가스의 저장 용기가 필요하다. 특히, 가스는 용기 내 저장 밀도가 낮기 때문에 고압으로 저장될 필요가 있으며, 이러한 고압 환경에서 이용하기 압력 용기가 필수적이다.In general, a gas storage container is required to store various types of gas such as hydrogen, nitrogen, and natural gas, and to discharge the stored gas as needed. In particular, since gas has a low storage density in a container, it needs to be stored at a high pressure, and a pressure container is essential to use in such a high-pressure environment.

예컨대, 연료전지자동차 또는 압축천연가스자동차를 포함하는 대체연료가스 차량은 연료 가스의 저장방식에 따라 저장시스템의 구조가 달라지며, 현재에는 저장시스템의 단가, 무게 및 단순함을 고려하여 압축가스 형태의 저장방식이 각광받고 있다. 하지만, 기체 상태의 연료는 에너지 저장밀도가 낮아 더 많은 운행거리를 확보하려면 저장량을 늘리거나, 저장압력을 높여야 한다. 특히, 자동차의 경우 가스 저장시스템 탑재 공간이 한정되어 있어 저장탱크의 크기를 늘리는 것은 한계가 있으므로 보다 고압의 가스를 안전하게 저장하는 것이 탱크기술의 핵심이다.For example, alternative fuel gas vehicles including fuel cell vehicles or compressed natural gas vehicles have different storage system structures depending on the fuel gas storage method. Storage methods are gaining popularity. However, gaseous fuel has a low energy storage density, so it is necessary to increase the storage amount or increase the storage pressure to secure a longer driving distance. In particular, in the case of automobiles, there is a limit to increasing the size of the storage tank due to the limited space for mounting the gas storage system, so safely storing higher-pressure gas is the key to tank technology.

그리고, 연료가스 저장탱크 중 복합재 탱크의 경우, 압축가스로 인한 내압을 감당하기 위해 비강도 및 비강성이 높은 섬유강화 복합재료로 외피를 보강하며, 내부에는 가스의 기밀성을 유지하는 라이너(Liner)가 삽입된다. 이때, 연료가스 저장 탱크는 라이너의 재질에 따라 형태가 나뉘며, 알루미늄과 같은 금속재질의 라이너가 삽입된 탱크를 타입 3으로, 고밀도 폴리머 라이너가 삽입된 탱크를 타입 4로 구분한다. And, in the case of a composite tank among fuel gas storage tanks, the outer shell is reinforced with a fiber-reinforced composite material with high specific strength and specific stiffness to handle the internal pressure caused by the compressed gas, and a liner is installed inside to maintain gas tightness. is inserted At this time, the fuel gas storage tank is divided into shapes according to the material of the liner, and a tank with a metal liner such as aluminum inserted is classified as a type 3 and a tank with a high-density polymer liner inserted as a type 4.

상세히, 타입 3의 경우, 안정성은 상대적으로 높으나, 고가이고, 내피로특성이 떨어지는 단점이 있는 반면, 타입 4 탱크는 타입 3에 비해 저렴하고 내피로특성은 우수하나, 수소의 누출(leakage) 및 내투과성능이 떨어지는 등 안전성의 문제가 있다. 특히, 외부 밸브 장착을 위해 적용되는 금속노즐과 몸통의 플라스틱 재료가 이종(異種)인 관계로 보스연장부위의 기밀 건전성이 중요하다.In detail, in the case of type 3, the stability is relatively high, but it is expensive and has poor fatigue resistance, while the type 4 tank is cheaper than type 3 and has excellent fatigue resistance, but hydrogen leakage and There are safety issues such as poor permeation resistance. In particular, since the metal nozzle used for mounting the external valve and the plastic material of the body are different, the airtight integrity of the boss extension is important.

즉, 플라스틱 라이너를 사용하여 압력 용기를 제조하는 경우라도 노즐보스는 라이너와 다른 금속재 또는 비금속재를 사용해야 했으며, 이로 인해 금속재 라이너를 사용할 때 발생되지 않았던 금속성 또는 비금속성 노즐보스와 플라스틱 라이너 간의 접합력이 저하되는 문제점이 있었다.That is, even when a pressure vessel is manufactured using a plastic liner, the nozzle boss had to use a different metal or non-metallic material from the liner, and as a result, the bonding force between the metallic or non-metallic nozzle boss and the plastic liner, which was not generated when the metal liner was used, was increased. There was a problem with deterioration.

여기서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 종래에는 플라스틱 라이너와 금속성 노즐보스를 결착하기 위한 플라스틱 조임쇠를 이용하였으나, 이는 플라스틱 라이너 내부에 조임쇠를 설치하기 어렵다는 또 다른 문제를 야기시켰다.Here, in order to solve the above problem, conventionally, a plastic fastener for binding the plastic liner and the metallic nozzle boss was used, but this caused another problem that it was difficult to install the fastener inside the plastic liner.

다른 방법으로, 노즐보스에 홈을 만들어 노즐보스를 플라스틱 라이너에 삽입성형하는 방법으로 사용하기도 하였으나, 이 또한 완벽한 접합 상태를 구현하기에는 다소 무리가 있었다.As another method, a groove was made in the nozzle boss and the nozzle boss was inserted and molded into a plastic liner, but it was also somewhat unreasonable to realize a perfect bonding state.

따라서, 금속성 또는 비금속성의 노즐보스와 플라스틱 라이너 간의 접합력을 향상시켜 내부에 충진된 유체의 비이상적인 유출을 방지하도록 하는 연구가 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need for research into preventing non-ideal outflow of the fluid filled therein by improving bonding strength between a metallic or non-metallic nozzle boss and a plastic liner.

한국 등록특허 제10-1806643호Korean Patent Registration No. 10-1806643

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 실링성능이 개선되는 압력 용기 및 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for manufacturing a pressure vessel having improved sealing performance and a composite material filament for the pressure vessel.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 탄소섬유가 권취된 탄소섬유공급부로부터 인발되는 탄소섬유가, 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 유동되는 플라즈마처리부의 내부로 삽입되어 표면이 플라즈마 처리되며 연속적으로 이송되는 제1단계; 플라즈마 처리된 상기 탄소섬유가 상기 플라즈마처리부로부터 에폭시수지를 포함하는 함침수지가 수용된 레진배스부 내부로 연속 인발되어 함침된 후 경화됨에 따라 함침수지가 코팅된 탄소섬유가 제조되는 제2단계; 상기 함침수지가 코팅된 상기 탄소섬유가 상기 레진배스부로부터 연속 인발되어 롤러부로 삽입됨에 따라 롤링 가압되어 탄소섬유강화플라스틱 재질의 복합재료 필라멘트가 제조되는 제3단계; 및 상기 복합재료 필라멘트가 압력 용기에 구비된 보스부 및 라이너부의 외면을 감싸는 형태로 밀착 커버되도록 기설정된 두께로 권취 및 적층되는 제4단계를 포함하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is that carbon fibers drawn from a carbon fiber supply unit in which carbon fibers are wound are inserted into a plasma processing unit in which plasma particles heated to a predetermined temperature range flow, and the surface is plasma-treated A first step that is continuously conveyed; A second step of producing carbon fibers coated with impregnated resin as the plasma-treated carbon fibers are continuously drawn from the plasma treatment unit into a resin bath containing an impregnated resin containing epoxy resin, impregnated, and cured; a third step in which the carbon fibers coated with the impregnating resin are continuously drawn from the resin bath and inserted into the roller, thereby rolling and pressing the carbon fiber-reinforced plastic composite material filaments; and a fourth step of winding and stacking the composite material filament to a predetermined thickness so as to closely cover the outer surfaces of the boss portion and the liner portion provided in the pressure vessel. .

한편, 본 발명은 탄소섬유가 권취되어 보관되는 탄소섬유공급부; 상기 탄소섬유공급부의 후방에 배치되되, 상기 탄소섬유공급부로부터 인발되는 상기 탄소섬유가 내부로 삽입되도록 입구부가 개구되어 구비되며, 내부에 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 유동되는 플라즈마처리부; 상기 플라즈마처리부의 후방에 배치되되, 에폭시수지를 포함하는 함침수지가 수용된 레진배스부; 및 상기 레진배스부의 후방에 배치되되, 상기 레진배스부로부터 인발된 함침수지가 코팅된 탄소섬유가 롤링 가압되는 롤러부를 포함하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조장치를 제공한다.On the other hand, the present invention is a carbon fiber supply unit in which carbon fibers are wound and stored; a plasma processing unit disposed behind the carbon fiber supplying unit, having an opening so that the carbon fibers drawn from the carbon fiber supplying unit are inserted therein, and flowing plasma particles heated to a predetermined temperature range therein; a resin bath part disposed behind the plasma processing part and containing an impregnated resin including an epoxy resin; and a roller unit disposed at the rear of the resin bath unit and pressing the carbon fibers coated with the impregnated resin drawn from the resin bath unit to roll and pressurize.

또한, 본 발명은 하부로 갈수록 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 확장되되, 중앙부에 상하방향을 따라 관통홀이 관통 형성되는 보스부; 상부 테두리가 상기 보스부의 하부 외곽을 감싸며 인서트 사출되어 밀폐 결합되고, 내부에 유체가 수용되도록 상기 관통홀에 연통된 수용공간이 형성되는 라이너부; 및 플라즈마 처리된 탄소섬유의 표면에 에폭시수지를 포함하는 함침수지가 코팅되어 구비되되, 상기 보스부의 상부 외면과 상기 라이너부의 외면을 감싸는 형태로 밀착 커버되도록 기설정된 두께로 권취 및 적층되는 탄소섬유강화플라스틱 재질의 복합재료 필라멘트부를 포함하는 압력 용기를 제공한다.In addition, the present invention is doedoe extending outward in the radial direction along the circumferential direction towards the bottom, the boss portion through which through-holes are formed along the vertical direction in the central portion; a liner part in which an upper rim surrounds the lower periphery of the boss part and is sealed by insert injection, and has a receiving space communicating with the through hole to accommodate fluid therein; And an impregnated resin containing an epoxy resin is coated on the surface of the plasma-treated carbon fiber, and carbon fiber reinforcement is wound and laminated to a predetermined thickness so as to closely cover the outer surface of the upper part of the boss part and the outer surface of the liner part. A pressure vessel including a composite material filament part made of plastic is provided.

상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above solution, the present invention provides the following effects.

첫째, 탄소섬유의 표면에 에폭시수지를 포함하는 함침수지가 함침되기 전에 탄소섬유가 플라즈마입자가 유동되는 플라즈마처리부의 내부로 삽입되어 플라즈마 처리됨에 따라 표면 개질되므로 탄소섬유와 함침수지 간의 결합력이 증가되어 실링성능이 현저히 개선될 수 있다. First, before the surface of the carbon fiber is impregnated with an impregnated resin including an epoxy resin, the carbon fiber is inserted into the plasma processing unit where the plasma particles flow and the surface is modified as the plasma is treated, so the bonding force between the carbon fiber and the impregnated resin is increased. Sealing performance can be significantly improved.

둘째, 플라즈마처리부에서 탄소섬유의 표면에 질소, 산소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나를 포함하여 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 증착되어 표면에 요철부가 형성된 상태에서 함침수지가 함침되어 경화되므로 접촉면적 증가에 따른 결합력이 현저히 증가되어 제품의 내구성이 현저히 개선될 수 있다.Second, plasma particles heated to a predetermined temperature range containing at least one of nitrogen, oxygen, and argon are deposited on the surface of the carbon fiber in the plasma processing unit, and the impregnating resin is impregnated and hardened in a state where concavo-convex portions are formed on the surface, so that the contact area As the bonding force increases significantly, the durability of the product can be significantly improved.

셋째, 탄소섬유가 플라즈마처리부의 내부로 삽입되어 대기압 상태에서 표면이 플라즈마 처리되며 통과하는 중에도 탄소섬유가 연속적으로 인발되어 함침수지가 수용된 레진배스부로 이송되므로 제품의 생산성이 현저히 개선될 수 있다.Third, the carbon fiber is inserted into the plasma processing unit, and the surface is plasma-treated under atmospheric pressure. While passing through, the carbon fiber is continuously drawn and transferred to the resin bath unit containing the impregnated resin, so the productivity of the product can be remarkably improved.

넷째, 함침수지가 경화되기 전의 탄소섬유의 표면에 플라즈마입자가 충돌되어 탄소섬유 표면에 적층된 불순물이 1차 제거되며 충돌에 의해 생성된 미세한 스크래치에 의해 표면적이 증가되므로 탄소섬유와 함침수지 간의 결합력이 현저히 개선될 수 있다. Fourth, plasma particles collide with the surface of the carbon fiber before the impregnated resin is cured, and the impurities accumulated on the surface of the carbon fiber are primarily removed, and the surface area is increased by the fine scratches generated by the collision, so the bonding force between the carbon fiber and the impregnated resin. This can be significantly improved.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조장치를 나타낸 예시도.
도 3a 및 도 3b 및 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법에 따른 제조과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기를 나타낸 단면도.1 is a flow chart showing a method for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary view showing an apparatus for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
3a and 3b and 3c and 3d are exemplary views showing a manufacturing process according to a method for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a pressure vessel according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력 용기 및 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법 및 제조장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for manufacturing a pressure vessel and a composite material filament for a pressure vessel according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조장치를 나타낸 예시도이며, 도 3a 및 도 3b 및 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법에 따른 제조과정을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기를 나타낸 단면도이다. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view showing an apparatus for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention. , Figures 3a and 3b and Figures 3c and 3d are exemplary views showing a manufacturing process according to the manufacturing method of the composite material filament for pressure vessel according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an embodiment of the present invention It is a cross-sectional view showing the pressure vessel according to.

도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법은 탄소섬유 표면이 플라즈마 처리(s10), 탄소섬유가 함침수지에 함침(s20), 탄소섬유가 롤링 가압되어 복합재료 필라멘트가 제조(s30) 및 복합재료 필라멘트가 압력 용기의 외면을 감싸는 형태로 권취 및 적층(s40)의 일련의 단계를 포함한다.As shown in FIGS. 1 to 4, in the method for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention, the surface of the carbon fiber is plasma treated (s10), the carbon fiber is impregnated with an impregnating resin (s20), Composite filaments are produced by rolling and pressing the fibers (s30), and winding and stacking (s40) in a form in which the composite material filaments are wrapped around the outer surface of the pressure vessel are included.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조장치(1000)는 탄소섬유공급부(1010), 플라즈마처리부(1020), 레진배스부(1030) 및 롤러부(1040)를 포함하여 구비된다. In addition, the apparatus 1000 for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention includes a carbon fiber supply unit 1010, a plasma processing unit 1020, a resin bath unit 1030, and a roller unit 1040. It is provided by

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조장치(1000)는 도면에 도시되지 않았으나 탄소섬유를 인발하도록 구비되는 인발장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. In addition, the apparatus 1000 for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention may further include a drawing device (not shown) provided to draw carbon fibers, although not shown in the drawings.

여기서, 도 2를 참조하면, 상기 탄소섬유공급부(1010)는 탄소섬유(F1)가 권취되어 보관되도록 복수개의 원통형 크릴(creel)에 탄소섬유가 각각 권취되어 구비될 수 있다. Here, referring to FIG. 2 , the carbon fiber supply unit 1010 may be provided by winding the carbon fibers around a plurality of cylindrical creels so that the carbon fibers F1 are wound and stored.

그리고, 상기 플라즈마처리부(1020)는 상기 탄소섬유공급부(1010)의 후방에 배치됨이 바람직하다. 이러한 상기 플라즈마처리부(1020)는 상기 탄소섬유공급부(1010)로부터 인발되는 상기 탄소섬유(F1)가 내부로 삽입되도록 전방부에 입구부가 개구되어 구비되며, 내부에 질소(N2), 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 유동되도록 구비되고, 후방부에 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)가 배출되도록 출구부가 개구되어 구비될 수 있다. 이때, 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부는 개구된 상기 입구부 및 상기 출구부를 통해 외부와 연통되어 기압이 대기압과 동일한 기압으로 설정될 수 있다. Also, the plasma processing unit 1020 is preferably disposed behind the carbon fiber supply unit 1010. The plasma processing unit 1020 has an inlet opening at the front portion so that the carbon fiber F1 drawn from the carbon fiber supply unit 1010 is inserted into the inside, and nitrogen (N2) and oxygen (O2) are disposed therein. And argon (Ar) is provided to flow plasma particles heated to a predetermined temperature range, including at least one of argon (Ar), and an outlet portion may be provided so that plasma-treated carbon fibers (F2) are discharged from the rear portion. At this time, the inside of the plasma processing unit 1020 communicates with the outside through the open inlet and outlet, so that atmospheric pressure can be set to the same atmospheric pressure as atmospheric pressure.

한편, 상기 레진배스부(1030)는 상기 플라즈마처리부(1020)의 후방에 배치되되, 에폭시수지를 포함하는 함침수지(E1)가 수용되도록 용기형상으로 구비됨이 바람직하다. Meanwhile, the resin bath unit 1030 is disposed behind the plasma processing unit 1020 and is preferably provided in a container shape to accommodate the impregnation resin E1 including an epoxy resin.

이때, 상기 플라즈마처리부(1020)로부터 인발되는 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)가 상기 레진배스부(1030)로 안내되도록 상기 레진배스부(1030)의 전방부 및 상부에는 복수개의 가이드롤러가 상호 전후방향 및 상하방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)가 각 상기 가이드롤러에 의해 안내되며 상기 레진배스부(1030)로 이동될 수 있다. At this time, a plurality of guide rollers are provided on the front and upper portions of the resin bath unit 1030 so that the plasma-treated carbon fibers F2 drawn from the plasma processing unit 1020 are guided to the resin bath unit 1030. It may be arranged spaced apart along the direction and the vertical direction. Accordingly, the plasma-treated carbon fibers F2 may be guided by the guide rollers and moved to the resin bath part 1030 .

한편, 상기 롤러부(1040)는 상기 레진배스부(1030)의 후방에 배치되되, 상기 레진배스부로(1030)부터 인발된 함침수지가 코팅된 탄소섬유(F3)가 롤링 가압되는 한쌍의 가압롤러를 포함하여 구비됨이 바람직하다. 이때, 한쌍의 가압롤러는 제조될 복합재료 필라멘트(F4)의 두께에 대응되는 간격을 두고 상호 이격 배치되며, 함침수지가 코팅된 탄소섬유(F3)가 한쌍의 가압롤러 사이로 인발됨에 따라 가압 소성 변형되어 복합재료 필라멘트(F4)로서 제조될 수 있다. 이때, 상기 복합재료 필라멘트(F4)는 탄소섬유강화플라스틱 재질인 것으로 이해함이 바람직하다. On the other hand, the roller unit 1040 is a pair of pressure rollers disposed at the rear of the resin bath unit 1030 and pressing the carbon fiber F3 coated with the impregnated resin drawn from the resin bath unit 1030 by rolling. It is preferable to be provided including. At this time, the pair of pressure rollers are spaced apart from each other at an interval corresponding to the thickness of the composite material filament F4 to be manufactured, and as the impregnated resin-coated carbon fiber F3 is drawn between the pair of pressure rollers, the pressure plastic deformation It can be manufactured as a composite material filament (F4). At this time, it is preferable to understand that the composite material filament (F4) is a carbon fiber reinforced plastic material.

그리고, 상기 복합재료 필라멘트(F4)는 상기 롤러부(1040)로부터 인발되어 압력 용기(900)에 구비된 보스부(910) 및 라이너부(920)의 외면에 기설정된 두께로 권취 및 적층될 수 있다. In addition, the composite material filament F4 may be drawn from the roller unit 1040 and wound and laminated to a predetermined thickness on the outer surfaces of the boss unit 910 and the liner unit 920 provided in the pressure vessel 900. there is.

더욱이, 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조장치(1000)는 상기 롤러부(1040)의 후방에 배치되며 상기 보스부(910) 및 상기 라이너부(920)의 전방에 배치되되 상기 복합재료 필라멘트(F4)의 권취를 안내하도록 링형으로 구비되어 내부에 상기 복합재료 필라멘트(F4)가 삽입되는 권취가이드부를 더 포함할 수 있다. Furthermore, the apparatus 1000 for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention is disposed behind the roller part 1040 and in front of the boss part 910 and the liner part 920. It is disposed but provided in a ring shape to guide the winding of the composite material filament (F4) may further include a winding guide portion into which the composite material filament (F4) is inserted.

여기서, 상기 탄소섬유공급부(1010)로부터 인발되어 상기 플라즈마처리부(1020), 상기 레진배스부(1030), 상기 롤러부(1040) 및 상기 압력 용기(900)로 이송되는 탄소섬유(F1)는 연속적으로 이송됨으로 이해함이 바람직하다. 이때, 연속적으로 이송되는 탄소섬유(F1)가 상기 플라즈마처리부(1020)에서 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)로 가공되고, 상기 레진배스부(1030)에서 함침수지가 코팅된 탄소섬유(F3)로 가공되며, 상기 롤러부(1040)에서 복합재료 필라멘트(F4)로 가공됨으로 이해함이 바람직하다. Here, the carbon fibers F1 drawn from the carbon fiber supply unit 1010 and transferred to the plasma processing unit 1020, the resin bath unit 1030, the roller unit 1040, and the pressure vessel 900 are continuously It is desirable to understand that it is transferred to . At this time, the continuously transported carbon fibers (F1) are processed into plasma-treated carbon fibers (F2) in the plasma processing unit 1020, and then converted into carbon fibers (F3) coated with an impregnated resin in the resin bath unit 1030. It is processed, and it is preferable to understand that it is processed into a composite material filament (F4) in the roller unit 1040.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a composite material filament for a pressure vessel according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 탄소섬유(F1)가 권취된 상기 탄소섬유공급부로(1010)부터 인발되는 탄소섬유(F1)가, 질소(N2), 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 유동되는 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부로 삽입되어 상기 탄소섬유(F1)의 표면이 플라즈마 처리되며 연속적으로 이송된다(s10). First, the carbon fibers F1 drawn from the carbon fiber supply unit 1010 in which the carbon fibers F1 are wound contain at least one of nitrogen (N2), oxygen (O2), and argon (Ar). Plasma particles heated to a set temperature range are inserted into the plasma processing unit 1020 and the surface of the carbon fiber (F1) is plasma-treated and continuously transported (s10).

여기서, 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부는 상기 플라즈마입자가 고온에서 활성화되어 유동되도록 기설정된 온도 범위로 가열된 상태로 제어됨이 바람직하다. 이때, 상기 기설정된 온도 범위는 400~1000℃로 설정될 수 있다. 또는, 경우에 따라 상기 기설정된 온도 범위는 20~30℃로 설정될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부의 기압은 대기압과 동일한 기압으로 설정됨이 바람직하다.Here, the inside of the plasma processing unit 1020 is preferably controlled to be heated to a predetermined temperature range so that the plasma particles are activated and flowed at a high temperature. At this time, the predetermined temperature range may be set to 400 ~ 1000 ℃. Alternatively, in some cases, the predetermined temperature range may be set to 20 to 30°C. In addition, the atmospheric pressure inside the plasma processing unit 1020 is preferably set to the same atmospheric pressure as the atmospheric pressure.

즉, 플라즈마 처리가 대기압상태의 기체에서 원자 혹은 분자에서 전자가 떨어져나가 방전되어 전기가 흐르며 발광됨에 따라 플라즈마화되는 대기압 플라즈마 처리 공정으로서 수행됨으로 이해함이 바람직하다. 이때, 상기 기설정된 온도 범위는 400~1000℃로 설정되는 경우에는 고온 대기압 플라즈마 처리가 수행되며, 상기 기설정된 온도 범위는 20~30℃로 설정되는 경우에는 저온 대기압 플라즈마 처리가 수행됨으로 이해함이 바람직하다. That is, it is preferable to understand that the plasma treatment is performed as an atmospheric pressure plasma treatment process in which electrons are separated from atoms or molecules in a gas under atmospheric pressure, discharged, electricity flows, and light is turned into plasma. At this time, it is preferable to understand that when the preset temperature range is set to 400 to 1000 ° C, high-temperature atmospheric pressure plasma treatment is performed, and when the preset temperature range is set to 20 to 30 ° C, low-temperature atmospheric pressure plasma treatment is performed. do.

그리고, 상기 탄소섬유(F1)가 상기 인발장치(미도시)에 의해 인발되어 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부로 삽입되며 연속적으로 이송됨과 동시에, 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌 및 증착됨에 따라 상기 탄소섬유(F1)의 표면이 요철부(k)로 소성 변형되는 플라즈마 처리가 수행됨이 바람직하다. In addition, the carbon fiber (F1) is drawn by the drawing device (not shown), inserted into the plasma processing unit 1020, and continuously transported, and at the same time, the plasma particles are formed on the surface of the carbon fiber (F1). It is preferable to perform a plasma treatment in which the surface of the carbon fiber (F1) is plastically deformed into the concave-convex portion (k) as it is collided and deposited.

즉, 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)는 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부로 삽입되며 연속적으로 이송되며 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌 및 증착됨에 따라 상기 탄소섬유(F1)의 표면이 요철부(k)로 소성 변형되며 형성됨이 바람직하다.That is, the plasma-treated carbon fiber (F2) is inserted into the plasma processing unit (1020) and continuously transported, and as the plasma particles collide and deposit on the surface of the carbon fiber (F1), the carbon fiber (F1) It is preferable that the surface of is plastically deformed into the concavo-convex portion (k).

여기서, 상기 플라즈마입자는 기설정된 온도 범위로 가열된 질소(N2), 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 중 적어도 어느 하나를 포함함이 바람직하다. 물론, 경우에 따라 상기 플라즈마입자는 헬륨, 네온 등의 비활성기체 및 천연가스를 더 포함할 수도 있다. Here, the plasma particles preferably include at least one of nitrogen (N2), oxygen (O2) and argon (Ar) heated to a predetermined temperature range. Of course, in some cases, the plasma particles may further include natural gas and an inert gas such as helium or neon.

그리고, 도 3a를 참조하면, 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부에서 상기 탄소섬유(F1)의 표면이 플라즈마 처리되는 단계는, 먼저 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌되어 상기 탄소섬유(F1) 표면에 적층된 불순물(m)이 1차 제거되는 단계를 포함할 수 있다. And, referring to FIG. 3A, in the step of plasma-treating the surface of the carbon fiber F1 inside the plasma processing unit 1020, first, the plasma particles collide with the surface of the carbon fiber F1 to cause the carbon A step of firstly removing impurities m deposited on the surface of the fiber F1 may be included.

이에 따라, 도 3b를 참조하면, 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부에서 상기 탄소섬유(F1) 표면에 적층된 먼지 등의 불순물(m)이 분리되어 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부에서 유동되므로, 불순물(m)에 의한 함침수지(E1)와의 접착력 저하를 예방할 수 있다. Accordingly, referring to FIG. 3B, since the impurities (m) such as dust accumulated on the surface of the carbon fiber (F1) are separated from the inside of the plasma processing unit 1020 and flow inside the plasma processing unit 1020, It is possible to prevent deterioration of adhesion with the impregnation resin (E1) due to the impurity (m).

이어서, 도 3c를 참조하면, 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부에서 불순물(m)이 제거된 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 상기 플라즈마입자에 포함된 산소(O2) 입자가 증착되는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 증착된 산소(O2) 입자에 의해 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 요철부(k)가 형성될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 상기 플라즈마입자 중 산소(O2) 입자를 제외한 다른 입자가 증착될 수도 있다. Subsequently, referring to FIG. 3C, the step of depositing oxygen (O2) particles included in the plasma particles on the surface of the carbon fibers (F1) from which impurities (m) are removed from the inside of the plasma processing unit 1020. can do. At this time, uneven portions k may be formed on the surface of the carbon fibers F1 by oxygen (O2) particles deposited on the surface of the carbon fibers F1. Of course, in some cases, particles other than oxygen (O2) particles among the plasma particles may be deposited on the surface of the carbon fibers (F1).

이에 따라, 도 3d를 참조하면, 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 증착된 산소(O2) 입자에 상기 함침수지(E1)가 함침되어 경화시 접촉면적이 현저히 증가됨에 따라 상기 탄소섬유(F1)와 상기 함침수지(E1) 간의 결합력이 현저히 개선될 수 있다. Accordingly, referring to FIG. 3D, the carbon fiber (F1) is impregnated with the oxygen (O2) particles deposited on the surface of the carbon fiber (F1) and the contact area is significantly increased during curing, so that the carbon fiber (F1) The bonding force between the and the impregnation resin (E1) can be remarkably improved.

더욱이, 상기 플라즈마처리부(1020)의 내부에서 불순물(m)이 제거된 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌되어 스크래치가 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다. Furthermore, a step of forming scratches by colliding the plasma particles on the surface of the carbon fiber F1 from which the impurity m is removed inside the plasma processing unit 1020 may be further included.

이에 따라, 상기 탄소섬유(F1)의 표면에 형성된 상기 스크래치에 상기 함침수지(E1)가 함침되어 경화시 접촉면적이 현저히 증가됨에 따라 상기 탄소섬유(F1)와 상기 함침수지(E1) 간의 결합력이 현저히 개선될 수 있다. Accordingly, as the scratch formed on the surface of the carbon fiber (F1) is impregnated with the impregnated resin (E1) and the contact area is significantly increased during curing, the bonding force between the carbon fiber (F1) and the impregnated resin (E1) is increased. can be significantly improved.

한편, 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)가 상기 플라즈마처리부(1020)로부터 에폭시수지를 포함하는 함침수지(E1)가 수용된 상기 레진배스부(1030) 내부로 연속 인발되어 함침된 후 경화됨에 따라 함침수지가 코팅된 탄소섬유(F3)가 제조된다(s20).On the other hand, as the plasma-treated carbon fiber (F2) is continuously drawn from the plasma treatment unit 1020 into the resin bath unit 1030 containing the epoxy resin impregnation resin (E1), impregnated, and then cured, the impregnation resin A coated carbon fiber (F3) is produced (s20).

여기서, 상기 요철부(k)로 소성 변형된 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)의 표면에 상기 함침수지(E1)가 함침되어 경화됨에 따라 결합됨이 바람직하다. Here, it is preferable that the surface of the plasma-treated carbon fiber (F2) plastically deformed into the concavo-convex portion (k) is impregnated with the impregnation resin (E1) and bonded as it is cured.

그리고, 함침수지가 코팅된 탄소섬유(F3)가 상기 레진배스부(1030)로부터 연속 인발되어 상기 롤러부(1040)로 삽입됨에 따라 롤링 가압되어 탄소섬유강화플라스틱 재질의 복합재료 필라멘트(F4)가 제조된다(s30).And, as the carbon fiber (F3) coated with impregnated resin is continuously drawn from the resin bath part (1030) and inserted into the roller part (1040), it is rolled and pressed to form a composite material filament (F4) made of carbon fiber reinforced plastic. It is manufactured (s30).

또한, 상기 복합재료 필라멘트(F4)가 압력 용기(900)에 구비된 보스부(910) 및 라이너부(920)의 외면을 감싸는 형태로 밀착 커버되도록 기설정된 두께로 권취 및 적층된다(s40). 이를 통해, 상기 복합재료 필라멘트(F4)가 상기 보스부(910) 및 상기 라이너부(920)의 외면에 기설정된 두께로 복수회 권취 및 적층되어 탄소섬유강화플라스틱 재질의 복합재료 필라멘트부(930)로서 형성됨에 따라 압력 용기(900)가 제조될 수 있다. In addition, the composite material filament F4 is wound and stacked to a predetermined thickness so as to closely cover the outer surfaces of the boss portion 910 and the liner portion 920 provided in the pressure vessel 900 (s40). Through this, the composite material filament F4 is wound and stacked multiple times with a predetermined thickness on the outer surfaces of the boss part 910 and the liner part 920 to form a composite material filament part 930 made of carbon fiber reinforced plastic. As it is formed as, the pressure vessel 900 can be manufactured.

한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 압력 용기(900)는 보스부(910), 라이너부(920) 및 복합재료 필라멘트부(930)를 포함하여 구비된다.Meanwhile, referring to FIG. 4 , a pressure vessel 900 according to an embodiment of the present invention includes a boss part 910, a liner part 920, and a composite material filament part 930.

여기서, 상기 압력 용기(900)는 내부에 산소, 천연가스, 질소, 수소 등의 각종 유체를 보관하기 위해 사용되는 용기로, 반복적으로 상기 유체가 선택적으로 유입 및 배출되도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 유체는 700bar의 고압으로 상기 압력 용기(900) 내부에 저장될 수 있다.Here, the pressure container 900 is a container used to store various fluids such as oxygen, natural gas, nitrogen, and hydrogen therein, and may be provided so that the fluid is selectively introduced and discharged repeatedly. In this case, the fluid may be stored inside the pressure vessel 900 at a high pressure of 700 bar.

한편, 상기 보스부(910)는 하부로 갈수록 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 확장되되, 중앙부에 상하방향을 따라 관통홀(912)이 관통 형성됨이 바람직하다. Meanwhile, it is preferable that the boss portion 910 expands outward in the radial direction along the circumferential direction toward the bottom, and the through hole 912 is formed through the center portion along the vertical direction.

상세히, 상기 보스부(910)는 원통형으로 구비되어 중앙부에 상하방향을 따라 상기 관통홀(912)이 관통 형성되는 보스연장부를 포함함이 바람직하다. 또한, 상기 보스부(910)는 상기 보스연장부의 하부에 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 일체로 확장되며 반경방향 내측에 상기 관통홀(912)이 상하방향으로 연장되는 보스플랜지부를 포함함이 바람직하다. In detail, the boss portion 910 preferably has a cylindrical shape and includes a boss extension portion through which the through hole 912 passes through the central portion along the vertical direction. In addition, the boss portion 910 integrally extends radially outward along the circumferential direction at the lower portion of the boss extension portion and includes a boss flange portion in which the through hole 912 extends vertically in the radially inner side. desirable.

여기서, 상기 보스연장부 및 상기 보스플랜지부는 상호 일체로 형성되며, 상기 보스연장부는 상기 보스부(910)의 상측에 형성되고 상기 보스플랜지부는 상기 보스부(910)의 하측에 형성됨으로 이해함이 바람직하다. 이때, 상기 보스연장부의 외측면은 상단으로부터 하부의 상기 보스플랜지부와의 경계영역으로 갈수록 원주방향을 따라 반경방향 내측으로 함몰되며 라운드진 형태로 오목하게 형성될 수 있다. Here, it is preferable to understand that the boss extension part and the boss flange part are integrally formed with each other, the boss extension part is formed on the upper side of the boss part 910 and the boss flange part is formed on the lower side of the boss part 910. do. At this time, the outer surface of the boss extension part is depressed inward in the radial direction along the circumferential direction as it goes from the upper end to the boundary area with the lower boss flange part, and may be formed concave in a rounded shape.

그리고, 상기 보스플랜지부의 상면은 상부의 상기 보스연장부와의 경계영역으로부터 하단으로 갈수록 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 확장되는 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 보스연장부 및 상기 보스플랜지부를 포함하는 상기 보스부(910)는 스틸 또는 알루미늄 등을 가공하여 제조될 수 있으며, 재질이 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the upper surface of the boss flange portion may be formed in a form extending outward in a radial direction along a circumferential direction toward a lower end from a boundary region with the boss extension portion at an upper portion. Here, the boss portion 910 including the boss extension portion and the boss flange portion may be manufactured by processing steel or aluminum, and the material is not limited thereto.

또한, 상기 관통홀(912)은 상기 보스연장부 및 상기 보스플랜지부의 내부에 상하방향을 따라 관통 형성될 수 있으며, 상단이 외측으로 개구되며 하단이 상기 라이너부(920) 내부의 수용공간(920a)에 연통됨이 바람직하다. In addition, the through hole 912 may be formed through the inside of the boss extension part and the boss flange part in the vertical direction, and the upper end is open to the outside and the lower end is the accommodation space inside the liner part 920 ( 920a) is preferably communicated.

더욱이, 상기 관통홀(912)에는 상기 압력 용기(900)로의 유체의 유입 및 상기 압력 용기(900)의 외부로의 유체의 배출시 외부장치(미도시)와 나사 체결되어 유체 유출이 방지되도록 상측 내주면에 나사산이 형성될 수 있다.Further, the through-hole 912 has an upper portion of the through-hole 912 to prevent fluid leakage by being screwed with an external device (not shown) when the fluid is introduced into the pressure container 900 and the fluid is discharged to the outside of the pressure container 900. A screw thread may be formed on the inner circumferential surface.

한편, 상기 라이너부(920)는 상부 테두리가 상기 보스부(910)의 하부 외곽을 감싸며 인서트 사출되어 밀폐 결합되고, 내부에 유체가 수용되도록 상기 관통홀(912)에 연통된 수용공간(920a)이 형성됨이 바람직하다. On the other hand, the liner part 920 has an upper rim surrounding the lower outer edge of the boss part 910 and is insert-injected and sealed, and has an accommodation space 920a communicating with the through hole 912 so that fluid is accommodated therein. It is desirable that this is formed.

이러한 상기 라이너부(920)는 상부 및 하부가 분할 제조된 후 상호간 레이저 용접되어 결합됨에 따라 하나의 라이너부로서 제조될 수 있다. 물론, 상기 라이너부(920)가 블로우 성형되어 일체로 제조될 수도 있다. The liner part 920 may be manufactured as a single liner part as the upper and lower parts are separately manufactured and then coupled to each other by laser welding. Of course, the liner part 920 may be integrally manufactured by blow molding.

또한, 상기 라이너부(920)는 하부가 보스테일부(940)의 상면을 따라 인서트 사출되어 밀폐 결합됨이 바람직하다. 이때, 상기 보스테일부(940)는 상기 보스부(910)와 동일재질로서 구비될 수 있으며, 상기 압력 용기(900)의 하부를 밀폐하도록 구비될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 보스테일부(940)가 구비되지 않고 라이너부가 압력 용기의 하부를 일체로 밀폐하도록 형성될 수도 있다. In addition, the lower portion of the liner portion 920 is preferably insert-injected along the upper surface of the boss tail portion 940 to be hermetically coupled. In this case, the boss tail part 940 may be made of the same material as the boss part 910 and may be provided to seal the lower part of the pressure container 900 . Of course, in some cases, the bosseil part 940 may not be provided and the liner part may be formed to integrally seal the lower part of the pressure container.

여기서, 상기 라이너부(920)는 상기 보스부(910) 및 상기 보스테일부(940)와 이종(異種) 재질인 합성수지 재질로 구비될 수 있다. 이때, 상기 라이너부(920)는 폴리아미드(polyamide)를 포함하는 합성수지 재질로서 구비됨이 가장 바람직하다. Here, the liner part 920 may be made of a synthetic resin material that is different from the boss part 910 and the boss tail part 940 . At this time, it is most preferable that the liner part 920 is provided with a synthetic resin material including polyamide.

한편, 상기 복합재료 필라멘트부(930)는 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)의 표면에 에폭시수지를 포함하는 함침수지(E1)가 경화되어 코팅된 후 롤링 가압되어 제조된 탄소섬유강화플라스틱 재질로 구비되되, 상기 보스부(910)의 상부 외면과 상기 라이너부(920)의 외면을 감싸는 형태로 밀착 커버되도록 기설정된 두께로 권취 및 적층됨이 바람직하다. On the other hand, the composite material filament part 930 is provided with a carbon fiber reinforced plastic material manufactured by curing and coating an impregnation resin (E1) containing an epoxy resin on the surface of the plasma-treated carbon fiber (F2) and then rolling and pressing. However, it is preferable that the upper outer surface of the boss part 910 and the outer surface of the liner part 920 are wrapped and stacked to a predetermined thickness so as to be tightly covered.

예컨대, 상기 복합재료 필라멘트부(930)는 상기 관통홀(912)의 축방향을 기준으로 제1각도로 경사진 제1방향으로 상기 보스부(910)의 상부 외면과 상기 라이너부(920)의 외면을 감싸는 형태로 1차 권취될 수 있다. 이어서, 상기 복합재료 필라멘트부(930)는 상기 관통홀(912)의 축방향을 기준으로 제1각도와 상이한 제2각도로 경사진 제2방향으로 상기 보스부(910)의 상부 외면과 상기 라이너부(920)의 외면을 감싸는 형태로 2차 권취될 수 있다. 이러한 방식으로 상기 복합재료 필라멘트부(930)는 상기 보스부(910)의 상부 외면과 상기 라이너부(920)의 외면을 감싸는 형태 복수회 교차 권취됨에 따라 적층될 수 있다. For example, the composite material filament part 930 is formed by forming an upper outer surface of the boss part 910 and the liner part 920 in a first direction inclined at a first angle based on the axial direction of the through hole 912 . It may be primarily wound in the form of wrapping the outer surface. Subsequently, the composite material filament part 930 is formed on the upper outer surface of the boss part 910 and the liner in a second direction inclined at a second angle different from the first angle based on the axial direction of the through hole 912. It may be secondarily wound in a form surrounding the outer surface of the portion 920 . In this way, the composite material filament part 930 may be stacked by being cross-wound multiple times in a shape surrounding the upper outer surface of the boss part 910 and the outer surface of the liner part 920 .

이를 통해, 상기 복합재료 필라멘트부(930)가 상기 보스부(910) 및 상기 라이너부(920)의 외측에 권취 적층됨에 따라 상기 라이너부(920) 내부의 수용공간(920a)의 내압성이 향상될 수 있다. Through this, as the composite material filament part 930 is wound and stacked outside the boss part 910 and the liner part 920, the pressure resistance of the accommodation space 920a inside the liner part 920 is improved. can

이처럼, 본 발명은 탄소섬유(F1)의 표면에 에폭시수지를 포함하는 함침수지(E1)가 함침되기 전에 탄소섬유(F1)가, 질소, 산소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나를 포함하여 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 유동되는 플라즈마처리부(1020)의 내부로 삽입되어 플라즈마 처리됨에 따라 표면 개질되므로 플라즈마 처리된 탄소섬유(F2)와 함침수지 간의 결합력이 증가되어 실링성능이 현저히 개선될 수 있다. As such, in the present invention, before impregnating the surface of the carbon fiber (F1) with the impregnating resin (E1) containing an epoxy resin, the carbon fiber (F1) contains at least one of nitrogen, oxygen and argon within a predetermined temperature range. As the plasma particles heated to are inserted into the flowing plasma processing unit 1020 and subjected to plasma treatment, the surface is modified, so that the bonding strength between the plasma-treated carbon fibers (F2) and the impregnated resin is increased, thereby significantly improving sealing performance.

또한, 플라즈마처리부(1020)에서 탄소섬유(F1)의 표면에 질소, 산소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나를 포함하여 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자 중 산소 입자가 증착되어 표면에 요철부(k)가 형성된 상태에서 함침수지(E1)가 함침되어 경화되므로 접촉면적 증가에 따른 결합력이 현저히 증가되어 장기간 사용시 상기 함침수지의 탈락 및 벗겨짐이 최소화되며 제품의 내구성이 현저히 개선될 수 있다. 더욱이, 요구되는 함침수지(E1)의 양이 감소되더라도 동일한 성능의 복합재료 필라멘트(F4)가 제조될 수 있어 경제성이 개선될 수 있다. In addition, oxygen particles among plasma particles heated to a predetermined temperature range including at least one of nitrogen, oxygen, and argon are deposited on the surface of the carbon fiber (F1) in the plasma processing unit 1020 to form an uneven portion (k) on the surface. Since the impregnating resin (E1) is impregnated and hardened in the formed state, the bonding force is remarkably increased according to the increase in the contact area, so that the dropping and peeling of the impregnating resin is minimized during long-term use, and the durability of the product can be significantly improved. Moreover, even if the required amount of the impregnation resin E1 is reduced, a composite material filament F4 having the same performance can be manufactured, and thus economic efficiency can be improved.

그리고, 탄소섬유(F1)가 플라즈마처리부(1020)의 내부로 삽입되어 대기압 상태에서 표면이 플라즈마 처리되며 통과하는 중에도 탄소섬유(F1)가 연속적으로 인발되어 함침수지(E1)가 수용된 레진배스부(1030)로 이송되므로 제품의 생산성이 현저히 개선될 수 있다.In addition, the carbon fiber (F1) is inserted into the plasma processing unit 1020, and the surface is plasma-treated in an atmospheric pressure state, and the carbon fiber (F1) is continuously drawn even while passing through the resin bath unit in which the impregnation resin (E1) is accommodated ( 1030), the productivity of the product can be remarkably improved.

또한, 함침수지(E1)가 경화되기 전의 탄소섬유(F1)의 표면에 플라즈마입자가 충돌되어 탄소섬유(F1) 표면에 적층된 불순물(m)이 1차 제거되며 충돌에 의해 생성된 미세한 스크래치에 의해 표면적이 증가되므로 탄소섬유와 함침수지 간의 결합력이 현저히 개선될 수 있다. In addition, plasma particles collide with the surface of the carbon fiber (F1) before the impregnation resin (E1) is cured, and the impurities (m) stacked on the surface of the carbon fiber (F1) are primarily removed, and the fine scratches generated by the collision are removed. Since the surface area is increased by the surface area, the bonding force between the carbon fiber and the impregnated resin can be remarkably improved.

이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In this case, terms such as "include", "comprise" or "have" described above mean that the corresponding component may be present unless otherwise stated, excluding other components. It should be construed as being able to further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as being consistent with the contextual meaning of the related art, and unless explicitly defined in the present invention, they are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is possible to modify and implement the present invention by those skilled in the art without departing from the scope claimed in the claims of the present invention. And, such modifications fall within the scope of the present invention.

900: 압력 용기 910: 보스부
920: 라이너부 930: 복합재료 필라멘트부
1010: 탄소섬유공급부 1020: 플라즈마처리부
1030: 레진배스부 1040: 롤러부
E1: 함침수지 F1: 탄소섬유
F2: 플라즈마 처리된 탄소섬유 F3: 함침수지가 코팅된 탄소섬유
F4: 복합재료 필라멘트900: pressure vessel 910: boss part
920: liner part 930: composite material filament part
1010: carbon fiber supply unit 1020: plasma processing unit
1030: resin bath part 1040: roller part
E1: impregnated resin F1: carbon fiber
F2: Plasma treated carbon fiber F3: Carbon fiber coated with impregnated resin
F4: Composite Filament

Claims (11)

탄소섬유가 권취된 탄소섬유공급부로부터 인발되는 탄소섬유가, 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 유동되는 플라즈마처리부의 내부로 삽입되어 표면이 플라즈마 처리되며 연속적으로 이송되는 제1단계;
플라즈마 처리된 상기 탄소섬유가 상기 플라즈마처리부로부터 에폭시수지를 포함하는 함침수지가 수용된 레진배스부 내부로 연속 인발되어 함침된 후 경화됨에 따라 함침수지가 코팅된 탄소섬유가 제조되는 제2단계;
상기 함침수지가 코팅된 상기 탄소섬유가 상기 레진배스부로부터 연속 인발되어 롤러부로 삽입됨에 따라 롤링 가압되어 탄소섬유강화플라스틱 재질의 복합재료 필라멘트가 제조되는 제3단계; 및
상기 복합재료 필라멘트가 압력 용기에 구비된 보스부 및 라이너부의 외면을 감싸는 형태로 밀착 커버되도록 기설정된 두께로 권취 및 적층되는 제4단계를 포함하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.A first step in which the carbon fibers drawn from the carbon fiber supply unit in which the carbon fibers are wound are inserted into the plasma processing unit in which plasma particles heated to a predetermined temperature range flow, and the surface thereof is plasma-treated and continuously transported;
A second step of producing carbon fibers coated with impregnated resin as the plasma-treated carbon fiber is continuously drawn from the plasma treatment unit into a resin bath containing an impregnated resin containing an epoxy resin, impregnated, and cured;
a third step in which the carbon fibers coated with the impregnating resin are continuously drawn from the resin bath and inserted into the roller, thereby rolling and pressurizing to produce composite material filaments made of carbon fiber-reinforced plastic; and
A method of manufacturing a composite material filament for a pressure vessel comprising a fourth step of winding and stacking the composite material filament to a predetermined thickness so as to closely cover the outer surfaces of the boss portion and the liner portion provided in the pressure vessel. 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서, 상기 탄소섬유가 상기 플라즈마처리부의 내부로 삽입되며 연속적으로 이송됨과 동시에, 상기 탄소섬유의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌 및 증착됨에 따라 상기 탄소섬유의 표면이 요철부로 소성 변형되는 플라즈마 처리가 수행되고,
상기 제2단계에서, 상기 요철부로 소성 변형된 상기 탄소섬유의 표면에 상기 함침수지가 함침되어 경화됨에 따라 결합됨을 특징으로 하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.According to claim 1,
In the first step, the carbon fiber is inserted into the plasma processing unit and continuously transported, and at the same time, as the plasma particles collide and deposit on the surface of the carbon fiber, the surface of the carbon fiber is plastically deformed into an uneven portion. Plasma treatment is performed;
In the second step, the surface of the carbon fiber plastically deformed into the uneven portion is impregnated with the impregnating resin and bonded as it is cured. 제 2 항에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 탄소섬유의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌되어 상기 탄소섬유 표면에 적층된 불순물이 제거되는 단계와,
불순물이 제거된 상기 탄소섬유의 표면에 상기 플라즈마입자에 포함된 산소 입자가 증착되는 단계를 포함하고,
상기 제2단계는, 상기 탄소섬유의 표면에 증착된 산소 입자에 상기 함침수지가 함침되어 경화됨을 특징으로 하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.According to claim 2,
The first step is
The plasma particles collide with the surface of the carbon fiber to remove impurities accumulated on the surface of the carbon fiber;
Depositing oxygen particles included in the plasma particles on the surface of the carbon fiber from which impurities are removed,
In the second step, the impregnation resin is impregnated with oxygen particles deposited on the surface of the carbon fiber and cured. 제 2 항에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 탄소섬유의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌되어 상기 탄소섬유 표면에 적층된 불순물이 제거되는 단계와,
불순물이 제거된 상기 탄소섬유의 표면에 상기 플라즈마입자가 충돌되어 스크래치가 형성되는 단계를 포함하고,
상기 제2단계는, 상기 탄소섬유의 표면에 형성된 상기 스크래치에 상기 함침수지가 함침되어 경화됨을 특징으로 하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.According to claim 2,
The first step is
The plasma particles collide with the surface of the carbon fiber to remove impurities accumulated on the surface of the carbon fiber;
Forming a scratch by colliding the plasma particles on the surface of the carbon fiber from which impurities are removed;
In the second step, the scratch formed on the surface of the carbon fiber is impregnated with the impregnation resin and cured. 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마입자는 질소, 산소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나를 포함함을 특징으로 하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.According to claim 1,
The method of producing a composite material filament for a pressure vessel, characterized in that the plasma particles include at least one of nitrogen, oxygen and argon. 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서, 상기 플라즈마처리부의 내부의 기압은 대기압과 동일한 기압으로 설정됨을 특징으로 하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.According to claim 1,
In the first step, the atmospheric pressure inside the plasma processing unit is set to the same atmospheric pressure as the atmospheric pressure. 제 6 항에 있어서,
상기 제1단계에서, 기설정된 온도 범위는 400~1000℃로 설정됨을 특징으로 하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.According to claim 6,
In the first step, the predetermined temperature range is a method for producing a composite material filament for a pressure vessel, characterized in that set to 400 ~ 1000 ℃. 제 6 항에 있어서,
상기 제1단계에서, 기설정된 온도 범위는 20~30℃로 설정됨을 특징으로 하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조방법.According to claim 6,
In the first step, the method for producing a composite material filament for a pressure vessel, characterized in that the predetermined temperature range is set to 20 ~ 30 ℃. 탄소섬유가 권취되어 보관되는 탄소섬유공급부;
상기 탄소섬유공급부의 후방에 배치되되, 상기 탄소섬유공급부로부터 인발되는 상기 탄소섬유가 내부로 삽입되도록 입구부가 개구되어 구비되며, 내부에 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 유동되는 플라즈마처리부;
상기 플라즈마처리부의 후방에 배치되되, 에폭시수지를 포함하는 함침수지가 수용된 레진배스부; 및
상기 레진배스부의 후방에 배치되되, 상기 레진배스부로부터 인발된 함침수지가 코팅된 탄소섬유가 롤링 가압되는 롤러부를 포함하는 압력 용기용 복합재료 필라멘트의 제조장치.A carbon fiber supply unit in which carbon fibers are wound and stored;
a plasma processing unit disposed behind the carbon fiber supplying unit, having an opening so that the carbon fibers drawn from the carbon fiber supplying unit are inserted therein, and flowing plasma particles heated to a predetermined temperature range therein;
a resin bath part disposed behind the plasma processing part and containing an impregnated resin including an epoxy resin; and
An apparatus for producing a composite material filament for a pressure vessel comprising a roller unit disposed at the rear of the resin bath unit and rolling-pressing the carbon fibers coated with the impregnated resin drawn from the resin bath unit. 하부로 갈수록 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 확장되되, 중앙부에 상하방향을 따라 관통홀이 관통 형성되는 보스부;
상부 테두리가 상기 보스부의 하부 외곽을 감싸며 인서트 사출되어 밀폐 결합되고, 내부에 유체가 수용되도록 상기 관통홀에 연통된 수용공간이 형성되는 라이너부; 및
플라즈마 처리된 탄소섬유의 표면에 에폭시수지를 포함하는 함침수지가 코팅되어 구비되되, 상기 보스부의 상부 외면과 상기 라이너부의 외면을 감싸는 형태로 밀착 커버되도록 기설정된 두께로 권취 및 적층되는 탄소섬유강화플라스틱 재질의 복합재료 필라멘트부를 포함하는 압력 용기.A boss portion extending outward in the radial direction along the circumferential direction toward the bottom and having through-holes formed in the central portion in the vertical direction;
a liner part in which an upper rim surrounds the lower periphery of the boss part and is sealed by insert injection, and has a receiving space communicating with the through hole to accommodate fluid therein; and
A carbon fiber reinforced plastic coated with an impregnated resin containing an epoxy resin on the surface of the plasma-treated carbon fiber, which is wound and laminated to a predetermined thickness so as to closely cover the outer surface of the upper part of the boss part and the outer surface of the liner part. A pressure vessel comprising a composite material filament portion of the material. 제 10 항에 있어서,
상기 복합재료 필라멘트부에는 상기 탄소섬유의 표면에 질소, 산소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나를 포함하여 기설정된 온도 범위로 가열된 플라즈마입자가 충돌 및 증착됨에 따라 형성된 요철부가 형성되며,
상기 함침수지는 상기 요철부에 함침되어 경화됨을 특징으로 하는 압력 용기.According to claim 10,
The composite material filament part has concavo-convex parts formed by collision and deposition of plasma particles heated to a predetermined temperature range including at least one of nitrogen, oxygen, and argon on the surface of the carbon fiber,
The impregnated resin is impregnated into the concave-convex portion and cured.
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