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KR101610088B1 - 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR101610088B1
KR101610088B1 KR1020140028415A KR20140028415A KR101610088B1 KR 101610088 B1 KR101610088 B1 KR 101610088B1 KR 1020140028415 A KR1020140028415 A KR 1020140028415A KR 20140028415 A KR20140028415 A KR 20140028415A KR 101610088 B1 KR101610088 B1 KR 101610088B1
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한센 헤르만
링겐바흐 슈테파네
리헤톤 율리엔
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현대자동차 유럽기술연구소
현대자동차 주식회사
기아자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 열로 경화될 수 열경화성 레진이 함침된(imprenated) 보강 섬유가 포함된 연속된 물질의 제1부분을 다이로 견인하는 단계와, 제1부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위하여 상기 다이 내에서 제1부분을 전자기 마이크로파 필드에 종속시키는 단계와, 연속된 물질의 제2부분을 다이로 견인하는 단계와, 상기 제2부분이 경화 온도까지 가열되지 않도록 다이 내의 전자기 마이크로파 필드를 감소시키는 단계를 포함하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법을 제공한다.
다른 양상으로는, 다이와, 열로 경화될 수 있는 열경화성 레진이 함침된 보강 섬유가 포함된 연속 물질을 다이로 견인하기 위한 견인 장치와, 연속된 물질의 제1부분이 다이 내로 견인되었을 때, 상기 제1부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위하여 상기 제1부분을 전자기 마이크로파 필드에 종속시키기 위한 마이크로파 생성기와, 연속된 물질의 제2부분이 다이 내로 견인되었을 때, 상기 제2부분이 경화 온도까지 가열되지 않도록 전자기 마이크로파 필드를 감소시키도록 마이크로파 생성기를 제어하는 제어기를 포함하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치를 제공한다.

Description

섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING FIBER-REINFORCED THERMOSET ARTICLE}
본 발명은 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인발 성형을 사용하여 다곡선(multi-curve) 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
비록 섬유 강화 열경화성 제품에 일반적으로 적용될 수 있지만, 본 발명 및 그에 내포된 문제점은 차량용 다곡선 구조물 부품을 제조하는 것에 관하여 기술될 것이다. 차량 구조물 분야에는, 예를 들어 카울 크로스 바들(cowl cross bars), 스태빌라이저 바들(stabilizer bars), 그리고 코일 스프링들을 포함하는 다곡선을 가지는 다양한 구조물 부품이 일반적으로 적용되고 있다. 일반적으로, 상기와 같은 부품들은 기자재로 튜브 또는 감겨진 와이어로부터 시작하여 냉간 굽힘(cold bending) 또는 인발(drawing), 담금질, 그리고 부식 방지 코팅과 같은 단계들을 포함하는 복잡하지만 잘 관리될 수 있는 공정들을 통하여 강철로부터 제작된다. 이러한 강철 부품들은 무거워서 차량의 전체 무게를 증가시키므로, 이러한 부품들에서의 강철을, 예를 들어 섬유 강화 플라스틱 복합재와 같이 더 작은 무게로 비슷한 강도를 제공하는 물질로 교체하는 것에 의하여 차량의 전체 무게를 현저히 줄이고 그것에 의하여 에너지 소비를 현저히 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
그러나, 서로 다른 물질 특성 때문에, 강철로부터 다곡선 부품들을 제조하는데 사용된 공정들은 일반적으로 섬유 강화 복합재에 적용될 수 없다. 일반 섬유 강화 복합재 부품들, 특히 열경화성 복합재들을 제조하는데 적용될 수 있는 가장 효율적인 방법들 중 하나는 인발 성형(pultrusion)으로 알려져 있다. 인발 성형은, 예를 들어 섬유, 직물 또는 편조된 가닥들(braided strands)과 같은 보강재를 레진으로 함침시키고 가열된 정지 다이로 견인하여 진행되는데, 이 과정에서 상기 레진은 중합된다. 기하학적인 이유로 단지 직선 또는 단일 곡선 형상만이 인발 다이에서 제작될 수 있으므로, 인발 다이 내에서 경화되어 영구적인 형상을 갖게 되는 열경화성 복합재들로부터 다곡선 인발 부품의 제작은 불가능하였다.
유럽등록특허 EP 0 802 851 B1은 열로 경화될 수 있는 열경화성 중합 복합체로 함침된 보강재를 온도를 조절할 수 있는 인발 다이로 견인하는 단계와, 인발 다이 내의 설정 길이의 물질이 경화될 수 있도록 인발 다이의 온도와 물질의 인발 속도를 제어하는 단계와, 인발 다이를 통과한 설정 길이의 물질은 경화되지 않은 채 남아 있도록 인발 다이의 온도를 낮추는 단계와, 인발 다이로부터 나온 물질의 비경화 부분의 모양을 바꾸는 단계와, 상기 모양이 바뀐 부분을 경화하는 단계를 포함하는 공정을 개시하고 있다. 반복되는 인발 다이의 가열 및 냉각은 에너지 소모를 증가시키고 제조되는 동안의 속도를 제한하게 된다. 특히, 경화된 부분과 비경화된 부분 사이의 급속한 변화를 제공하기 위하여 물질을 인발 다이 내로 견인하는 것은 다이가 냉각되는 동안 중지되거나 매우 늦은 속도로 수행되어야 한다.
상기한 바와 같은 문제점들은 청구항 제1항에 따른 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법 및 청구항 제11항에 따른 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치에 의하여 해결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법은 열로 경화될 수 있는 열경화성 레진이 함침된 보강 섬유가 포함된 연속된 물질의 제1부분을 다이로 견인하는 단계와, 제1부분을 최소한 상기 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위하여 상기 다이 내의 제1부분을 전자기 마이크로파의 필드에 종속시키는 단계와, 연속된 물질의 제2부분을 다이로 견인하는 단계와, 상기 제2부분이 경화 온도까지 가열되지 않도록 다이 내의 전자기 마이크로파의 필드를 감소시키는 단계를 포함한다. 열로 경화될 수 있는 열경화성 레진이 함침된 보강 섬유가 포함된 연속된 물질은, 예를 들어 미리 제공되거나 상기 방법의 단계들을 수행하는 것에 때맞추어 준비될 수 있다. 예를 들어, 상기 보강 섬유는 다이로 견인되기 전에 열로 경화될 수 있는 열경화성 레진으로 함침되거나, 다이로 견인된 후 다이 내에서, 예를 들어 열로 경화될 수 있는 열경화성 레진을 다이 내에 분사하는 것에 의하여 열경화성 레진으로 함침될 수 있다. 제1부분을 가열하기 위하여 다이 내의 제1부분을 전자기 마이크로파의 필드에 종속시키는 단계는 전자기 마이크로파의 필드에 종속시킴으로써 연속된 물질이 적어도 제1부분에서 가열될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 연속된 물질의 적어도 제1부분은 30% 이상의 탄소 섬유를 포함하는 보강 섬유 및/또는 탄소 또는 철분과 같은 도전성 또는 양극성 충전 물질의 혼합물을 포함하는 열경화성 레진으로 되어 있을 수 있다.
상기 방법을 수행한 결과로, 연속 물질의 제1부분은 최소한 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열되었으므로 영구적으로 경화된 상태로 다이에서 배출된다. 이와는 달리, 제2부분은 경화 온도까지 가열되지 못하였고, 이에 따라 아직 경화되지 않은 상태로 다이에서 배출된다. 따라서, 제2부분의 형상을 차후에 고치고 경화시켜, 예를 들면 요구하는 다곡선 형상을 만들 수 있다. 제1부분의 가열이 제1부분을 전자기 마이크로파의 필드에 종속시킴으로써 수행되기 때문에, 제1부분을 경화시키는 가열이 연속된 물질의 제1부분 그 자체, 특히 제1부분을 구성하는 열경화성 레진에서만 이루어지도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 다이의 가열이 필요하지 않으므로, 다이를 전자기 마이크로파의 필드에 의하여 열적으로 영향을 받지 않는 물질로부터 제조할 수 있다. 또한, 제1부분을 경화하기 위하여 경화 온도 이상으로 다이를 가열하는 단계가 필요하지 않으므로, 제2부분을 다이로 견인하기 전에 경화 온도 이하로 다이를 냉각시킬 필요가 없다. 이것은 제조 시 적은 에너지 소모를 달성할 수 있도록 한다. 더 나아가, 다이를 가열하고 냉각하는 단계가 필요하지 않으므로, 연속된 물질이 빠른 속도로 다이로 견인되더라도 제1부분의 경화 상태와 제2부분의 비경화 상태 사이의 급속한 변화가 가능하다. 이것은 경화된 제1부분과 비경화된 제2부분 사이의 급속한 변화를 가지는 매우 정밀한 열경화성 제품의 제조를 빠른 제조 속도를 수행할 수 있게 하여 차후 매우 정밀한 다곡선 제품을 제조하기 위하여 제2부분의 모양을 고치고 경화하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예에 따른 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치는 다이와, 열로 경화될 수 있는 열경화성 레진으로 함침된 보강 섬유가 포함된 연속된 물질을 다이로 견인하기 위한 견인 장치와, 다이로 견인될 땔 연속된 물질의 제1부분을 전자기 마이크로파의 필드에 종속시켜 제1부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위한 마이크로파 생성기와, 다이로 견인될 때 연속된 물질의 제2부분이 경화 온도까지 가열되지 않도록 전자기 마이크로파 필드를 줄이도록 마이크로파 생성기를 제어하는 제어기를 포함한다. 이러한 구성에 의하여 본 발명의 실시예에 따른 장치는 앞에서 기재한 바와 같은 효과를 제공하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전자기 마이크로파의 필드는 전자기 마이크로파 필드를 감소시키는 단계에서 종료될 수 있다. 이것은 특히 연속된 물질의 제1부분의 경화된 상태와 제2부분의 비경화된 상태 사이의 급속한 변화를 가능하게 하고, 그것에 의하여 특히 열경화성 제품에서 다곡선 부분을 정밀하게 제조할 수 있도록 한다. 더 나아가, 필드의 종료는, 예를 들어 스위치를 사용하는 것과 같은 간단한 방법에 의하여 이루어질 수 있고, 마이크로파를 생성하기 위한 전체 에너지 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1부분을 견인하는 단계와 제2부분을 견인하는단계는 연속된 물질을 계속적으로 다이로 견인하는 것에 의하여 수행된다. 속도를 감소시키지 않고도 제1부분을 경화시키기에 충분한 최대 속력으로 연속된 물질을 다이고 견인할 수 있으므로, 이것은 특히 빠른 제조 속도를 달성함과 동시에 간단하고 부드러운 제조 공정을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방법은 연속된 물질의 제2부분의 모양을 고치는 단계 및 제2부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방식으로 상기 방법을 실행하는 것에 의하여 완전히 경화된 다곡선 제품이 직접 제작될 수 있다. 바람직하게는, 제2부분을 가열하는 단계는 제2부분을 추가적인 전자기 마이크로파 필드에 종속시키는 것에 의하여 수행될 수 있다. 이것은 연속된 물질의 제2부분 역시 전자기 마이크로파 필드에 종속시키는 것에 의하여 가열될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 연속 물질은 30% 이상의 탄소 섬유를 포함하는 보강 섬유 및/또는 탄소 또는 철분과 같은 도전성 또는 양극성 충전 물질의 혼합물을 포함하는 열경화성 레진으로 되어 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 제2부분의 모양을 고치는 것이 유연하게 수행될 수 있고, 제2부분의 경화가 에너지를 적게 소모하면서 빠른 속도로 이루어질 수 있다. 따라서, 전체 제조 공정이 빠르게 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모양을 고치는 단계는 연속적으로 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 복잡한 모양도 제작될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모양을 고치는 단계는 연속된 물질을 복수개의 풀리 사이로 가이드하는 단계와, 상기 연속된 물질의 길이 방향에 수직인 리셰입핑 방향(즉, 모양을 고치는 방향)으로 상기 풀리들 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함한다. 이것은 모양을 고치는 물리적인 도구를 제공하지 않고도 풀리 움직임을 변경하는 것에 의하여 모양을 고치는 공정에서 모양을 변경하는 것이 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 모양을 고치는 단계는 스탬핑 프레스(stamping press)로 연속된 물질의 적어도 제2부분을 찍어내는 것에 의하여 수행될 수 있다. 이것은 정확하게 모양을 제작할 수 있게 한다. 바람직하게는, 모양을 고치는 단계는 연속된 물질과 함께 스탬핑 프레스를 이동시키는 단계를 더 포함한다. 이러한 방식으로, 스탬핑을 수행하기 위하여 연속된 물질을 멈출 필요가 없으며, 이에 따라 더 빠른 제조 속도를 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2부분을 가열하는 단계는 제2부분의 모양을 고치는 단계와 동시에 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 모양을 고치는 동안 점차적으로 연속된 물질을 경화시키면서 동일한 도구를 제2부분의 다른 위치들 사이에서 이동시킬 수 있으므로, 비교적 모양을 고치는 단순한 도구를 사용하여 복잡한 모양을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 제조 시 적은 에너지를 사용하고, 열경화성 제품에서 다곡선 부분을 정밀하게 제조할 수 있도록 한다.
특히 빠른 제조 속도를 달성함과 동시에 간단하고 부드러운 제조 공정을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치의 구성도이다.
도 3은 도 1 및 도2의 실시예에 포함된 인발 다이의 정면도이다.
도 4는 도 2의 실시예에 포함된 모양을 고치는 장치의 A-A'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다르게 지칭하지 않는 한, 도면 전체를 통해 유사한 도면 번호는 유사한 구성요소를 가리킨다.
도 1은 섬유 강화 열경화성 제품(100)을 제조하기 위한 제조 장치(116)를 개략적으로 도시하고 있다. 제조 장치(116)는 섬유 강화 열경화성 제품(100)을 위한 보강 섬유(106)가 각각의 스풀(107)에 보관된 섬유 물질 저장 장치(105), 섬유 물질 저장 장치(105)로부터 받은 보강 섬유(106)를 건조하기 위한 건조 장치(109), 건조된 보강 섬유(106)를 함침시키기 위한 액상 열경화성 레진(113)으로 충진된 레진 탱크(108), 건조된 보강 섬유(106)를 레진 탱크(108)로 가이드 하기 위하여 레진 탱크(108)에 배치되는 가이드 롤들(128), 그리고 가이드 롤들(128)에 의하여 레진 탱크(108) 밖으로 가이드 된 함침된 보강 섬유(106)가 포함된 연속된 물질(108)을 받도록 되어 있는 인발 다이(200)를 포함한다. 다른 실시예에서, 제조 장치는 함침되지 않은 상태의 보강 섬유를 인발 다이 내로 가이드 하고 인발 다이 내의 보강 섬유를 함침시키기 위하여 액상 열경화성 레진을 인발 다이 내로 분사하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 연속된 물질은 전자기 마이크로파의 필드에 종속시킴으로써 가열될 수 있다. 예를 들어, 보강 섬유는 30% 이상의 탄소 섬유를 포함할 수 있거나, 열경화성 레진은 탄소나 철분과 같은 도전성 또는 양극성 충전 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.
인발 다이(200)의 형상은 도 3을 참조하여 더욱 자세히 설명되는데, 도 3은 그 측면들(231, 232) 중 어느 하나로부터 본 인발 다이(200)의 정면도, 즉 연속된 물질(104)을 가이드 하기 위하여 다이 입구 측면(231)으로부터 다이 출구 측면(232)까지 인발 다이(200)의 길이를 따라 연장된 다이 개구(230) 내로 공급되는 연속된 물질(104)의 방향을 따라 본 도면이다. 도 1은 연속된 물질(104)이 다이 개구(230)에 공급되고 있는 것을 보인 반면, 도 3에 도시된 다이(200)는 연속된 물질(104)로 채워지지 않은 빈 상태를 보여 준다. 본 발명의 실시예에서, 인발 다이(200)는 동일한 형상의 측면들(231, 232)을 가진 대칭 형상으로 되어 있으며, 다이 개구(230)는 단면 형상이 원형이고 다이 입구 측면(231)에서 다이 출구 측면(232)까지 직선상으로 연장되어 있다. 인발 다이(200)는 대칭 형상이며 겹쳐져서 그들 사이에 실린더 형상의 다이 개구(230)를 형성하는 상부 다이(221)와 하부 다이(222)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 하나의 예로 다이 개구(230)가 원형의 단면을 가지는 것을 예시하였으나, 다른 실시에에서는 다른 단면 형상을 가진 다이 개구를 포함할 수 있다.
인발 다이(200)는 다이 개구(230)에 위치하게 되는 연속된 물질(104)의 일부를 전자기 마이크로파의 필드(211, 212) 내에 두어 상기 부분을 적어도 열경화성 레진(113)의 경화 온도까지 가열하기 위한 제1, 2마이크로파 생성기(201, 202)가 장착되어 있다. 상부 다이(221)의 상면(241)에는 제1마이크로파 생성기(201)가 제1웨이브가이드(234) 상에서 상부 다이(221)의 외부에 장착되어 있다. 유사하게, 하부 다이(222)의 저면(242)에는 제2마이크로파 생성기(202)가 제1마이크로파 생성기(201)의 수직 아래의 위치에서 제2웨이브가이드(235) 상에서 하부 다이(222)의 외부에 장착되어 있다. 양 다이(221, 222)는 내부적으로 세라믹 물질과 같이 전자기장의 파동 주파수를 대부분 투과하는 물질로 제작될 수 있다. 제1마이크로파 생성기(201)는 전자기 마이크로파의 제1필드(211)를 생성하도록 되어 있는데, 전자기 마이크로파의 제1필드(211)는 인발 다이(200) 내에서 상면(241)의 꼭지점으로부터 하면(242)의 밑면까지 연장된 원뿔형의 영역을 채우도록 되어 있다. 유사하게, 제2마이크로파 생성기(202)는 전자기 마이크로파의 제2필드(212)를 생성하도록 되어 있는데, 전자기 마이크로파의 제2필드(212)는 인발 다이(200) 내에서 하면(242)의 꼭지점으로부터 상면(241)의 밑면까지 연장된 원뿔형의 영역을 채우도록 되어 있다. 상기 전자기 마이크로파의 제1, 2필드(211, 212)는 다이 개구(230)에서 중첩되어 마이크로파 생성기들(201, 202)의 작동 중에 길이 방향으로 연장된 마이크로파의 방사 영역 내의 다이 개구(230)는 그 내부에 위치하는 연속된 물질(104)의 부분들을 경화 온도 이상으로 가열하기에 충분한 세기를 가진 거의 균일한 마이크로파 필드에 의하여 채워지게 된다.
도 1에서, 제1, 2마이크로파 생성기(201, 202)는 상징적으로 인발 다이(200) 내의 박스로서 도시되었다. 본 발명의 실시예에서 마이크로파 생성기들은 도 3을 참조로 앞에서 설명한 바와 같이 외부에 부착되어 있으나, 다른 실시예에서는 마이크로파 생성기(201, 202)는 인발 다이(200) 내에 배치될 수도 있다. 더 나아가, 마이크로파 생성기의 개수는 2개에 제한되지 않으며, 충분한 세기의 전자기 마이크로파의 필드를 다이 개구(230) 내의 마이크로파 방사 영역에 방사할 수 있는 한 그 개수는 상관이 없다.
제조 장치(116)는 인발 다이(200)의 다이 출구 측면(232)으로부터 다이 개구(230)로 나온 연속된 물질(104)를 받고 연속된 물질(104)이 인발 다이(200)에서 가열되었으면 상기 연속된 물질(104)을 상온으로 냉각하기 위한 냉각 장치(130)를 더 포함한다. 냉각 장치(130)는 제조 장치(116)가 인발 다이(200) 내에서 가열된 연속된 물질(104)의 부분으로부터 가열되지 않은 연속된 물질(104)의 이웃 부분으로의 열의 확산을 방지할 수 있도록 한다. 따라서, 경화된 부분과 비경화된 부분 사이의 경계가 연속 물질(104)에 예리하게 정의될 수 있다.
더 나아가, 제조 장치(116)는 건조 장치(109), 레진 탱크(108), 인발 다이(200) 및 냉각 장치(130)를 통하여 레진(113)으로 함침된 보강 섬유(106)를 형성하고 있는 연속된 물질(104)을 연속적으로 견인하고, 그로 인하여 연속된 물질(104)을 위한 준비 공정을 구동하는 견인 장치(114)를 포함한다.
상기 제조 장치(116)는 전기 동력을 제1, 2마이크로파 생성기(201, 202)에 공급하기 위한 동력원(132)과, 상기 동력원(132)을 제1, 2마이크로파 생성기(201, 202)에 연결시키거나 연결을 끊기 위한 스위치(126)를 더 포함한다. 또한, 제조 장치(116)는 상기 스위치(126)를 제어하기 위한 제어기(124)를 포함한다. 제어기(124)는 견인 장치(114)가 연속된 물질(104)을 정기적으로 견인하는 것과 협력하여 일정한 간격으로 상기 스위치(126)를 온/오프 시킴으로써 제1, 2마이크로파 생성기(201, 202)를 제어하도록 되어 있으며, 그것에 의하여 각각이 제어기(124)에 의하여 제어되는 설정된 길이를 가진 연속된 물질(104)의 경화된 제1부분(101)과, 상기 경화된 제1부분(101)과 교대로 있는 연속된 물질(104)의 비경화된 제2부분(102)을 가지는 교대 부분들을 연속된 물질(104) 내에 제공하게 된다.
견인 장치(114) 너머에 배열되어 있는 것으로, 제조 장치(116)는 연속된 물질(104)의 비경화된 제2부분(102)의 모양을 고치기 위한 리셰입핑(reshaping) 장치(118)와, 모양이 고쳐진 제2부분(102)을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위한 가열 장치(120)와, 연속된 물질(104)을 개개의 섬유 강화 열경화성 제품(100)으로 절단하기 위한 절단 장치(122)를 더 포함한다. 보기 편하도록 이 구성요소들(118, 120, 122)은 도 1의 하반부에 도시되었으나, 예를 들어 제조 장치(116)의 이전 구성요소들(107, 109, 108, 200, 130, 114)에 일직선으로 견인 장치(114)의 바로 뒤에 단순히 배열될 수도 있다. 견인 장치(114) 너머에서 연속된 물질(104)의 이동을 효과적으로 하기 위하여, 추가적인 이송 장치(도시하지 않음)가 필요에 따라 제공될 수 있다.
상기 리셰입핑 장치(118)는 스탬프(117)와, 이에 대응하는 형상을 가진 스탬핑 폼(stamping form)(119)을 포함하는 스탬핑 프레스(117, 119)를 포함한다. 리셰입핑 장치(118)는 도 1에 도시되어 있는데, 열린 위치(점선들)에서는 스탬프(117)가 연속된 물질의 비경화된 제2부분(102) 상에 위치하고 스탬핑 폼(119)이 그 밑에 배치되어 있으며, 닫힌 위치(실선들)에서는 스탬프(117)가 위로부터 스탬핑 폼(119)을 향해 눌려지고 그것에 의하여 비경화된 제2부분(102)이 서로 대응하는 스탬프(117)와 스탬핑 폼(119)의 형상에 따른 형상을 가지게 된다. 연속된 물질(104)은 보강 섬유(106)의 존재로 인하여 늘어나거나 연장될 수 없으므로, 모양이 고쳐진 제2부분(102)의 휘어진 길이는 모양이 고쳐지기 전의 비경화된 제2부분(102)의 길이와 동일하다. 가열 장치(120)는 모양이 고쳐진 제2부분(102)에 포함된 열경화성 레진을 적어도 경화 온도까지 가열하기 위한 추가적인 전자기 마이크로파 필드(110)를 생성하기 위하여 두 개의 추가적인 마이크로파 생성기가 장착되어 있다.
상기 리셰입핑 장치(118)는 연속된 물질(104)을 따라 이동 가능하게 되어 있다. 작동 중, 앞에서 기재한 제어기(124)의 일부일 수 있는 리셰이핑 제어기는 리셰입핑 장치(118)가 먼저 상기 열린 위치(점선들)에 위치하도록 제어한다. 비경화된 제2부분(102)이 스탬프(117)와 스탬핑 폼(119) 사이를 지나갈 때, 스탬프(117)와 스탬핑 폼(119)은 연속된 물질(104) 자체와 동일한 방향 및 동일한 속도로 함께 움직이도록 제어됨과 동시에 스탬프(117)는 스탬핑 폼(119)을 향하여 점차적으로 움직이도록 제어된다. 이러한 방식으로, 상기 리셰입핑 장치(118)는 그 닫힌 위치(실선들)에 도착할 때까지 제2부분(102)과 함께 이동하며 제2장치(102)의 모양을 점차적으로 고치게 된다. 상기 가열 장치(120)는 리셰입핑 장치(118)의 닫힌 위치(실선들)에 고정적으로 배치된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유 강화 열경화성 제품(100)을 제조하기 위한 제조 장치(116)의 구성도이다. 도 1의 실시예와 마찬가지로, 보기 편하도록 제조 장치(116)를 도 2의 상부와 하부에 분리하여 도시하였다. 도 2의 상부에 도시된 구성요소들(107, 109, 108, 200, 130, 114)의 배열은 도 1의 상부에 도시된 동등한 구성요소들의 배열과 동일하다. 즉, 본 실시예의 제조 장치(116)는 도 1의 실시예의 제조 장치와 도 2의 하반부에 도시된 구성요소들만이 다르다.
본 실시예에 따른 제조 장치(116)의 리셰입핑 장치(118)는 세 쌍의 풀리들(301, 302, 303)을 포함한다. 도 4에 도시된 추가적인 구체화된 도면에서 볼 수 있듯이, 각 풀리(301, 302, 303)는 연속 물질(104)의 단면에 따른 주변 형상을 가진 동일한 단면을 가지고 있으며, 이러한 방식으로 각 쌍의 풀리들(301, 302, 303)은 도 4에 도시된 한 쌍의 풀리(302)와 동일하게 두 개의 풀리들 사이에 연속된 물질(104)을 수용할 수 있다. 세 쌍의 풀리들(301, 302, 303) 각각은 리셰입핑 장치(118)에 포함된 각각의 풀리 암(321, 322, 323)에 회전 가능하게 장착되어 있다. 상기 풀리 암들(321, 322, 323)은 그들(321, 322, 323)을 지지하고 해당 쌍의 풀리들을 이동시키기 위하여 그들의 일부를 움직일 수 있도록 되어 있는 공통의 이동 장치(314)에 장착되어 있다. 세 쌍(301, 302, 303) 중 제1쌍의 풀리(301)를 지지하는 세 개의 풀리 암(321, 322, 323) 중 제1풀리 암(321)은 이동 장치(314)에 의하여 고정적으로 장착된다. 세 쌍(301, 302, 303) 중 제3쌍의 풀리(303)를 지지하는 세 개의 풀리 암(321, 322, 323) 중 제3풀리 암(323)은 이동 장치(314)에 장착되어 연속된 물질(104)의 길이 방향에 수직인 리셰입핑 방향(즉, 모양을 고치는 방향)(311)으로 전진 또는 후진할 수 있도록 되어 있다. 세 쌍(301, 302, 303) 중 제2쌍의 풀리(302)를 지지하는 세 개의 풀리 암(321, 322, 323) 중 제2풀리 암(322)은 이동 장치(314)에 장착되어 연속된 물질(104)의 길이 방향에 수직인 다른 리셰입핑 방향(312)으로 전진 또는 후진할 수 있도록 되어 있고, 또한 이동 장치(314) 내에 위치한 회전 중심(315) 주위를 회전 방향(313)으로 회전할 수 있도록 되어 있다.
본 실시예에 따른 제조 장치(116)의 가열 장치(120)는, 도 1의 실시예와 동일하게, 연속된 물질(104)의 비경화된 제2부분(102)을 적어도 경화 온도까지 가열하기 위하여 상기 비경화된 제2부분(102)을 마이크로파의 필드(110)에 두기 위한 추가적인 마이크로파 생성기를 구비할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 가열 장치(120)는 또한 도 2에 도시된 바깥쪽에 마이크로파 생성기를 포함할 수 있다.
작동 중에, 예를 들어 도 2에 도시된 제어기(124)에 장착될 수 있는 제어기(도시하지 않음)에 의하여 이동 장치(314)는 연속된 물질(104)의 비경화된 제2부분(102)을 의도하는 모양으로 고치기에 적절한 방식으로 제2쌍의 풀리(302)와 제3쌍의 풀리(303)를 이동시키도록 제어된다. 도 1의 실시예와는 다르게, 본 실시예의 가열 장치(120)는 리셰입핑 장치(118)에 의하여 연속된 물질(104)의 제2부분(102)의 모양이 고쳐지는 동안 상기 제2부분(102)을 가열하도록 되어 있다. 이러한 방식으로, 연속된 리셰이핑 공정이 제2부분(102) 내의 열경화성 레진을 경화시키기 위한 가열 공정과 동시에 수행될 수 있다.
예를 들어, 도 1의 실시예에 따른 장치 또는 도 2의 실시예에 따른 장치를 사용하여 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법은 도 5에 도시된 흐름도를 참조로 자세히 설명하기로 한다.
먼저, 500 단계와 502 단계를 동시에 수행하는 제1페이스(phase)(521)가 수행된다. 500 단계에서 열로 경화될 수 있는 열경화성 레진이 함침된 보강 섬유(106)가 함유된 연속된 물질(104)의 제1부분(101)이 인발 다이(200)로 견인된다. 상기 연속된 물질(104)은, 예를 들어 적정량의 도전성 보강 섬유들 및/또는 적정량의 도전성 또는 양극성 충전 물질을 열경화성 레진 내에 포함시키는 것에 의하여 전자기 마이크로파의 필드에 종속시킴으로써 가열될 수 있도록 되어 있다. 제1페이스(521)의 일부로서 500 단계와 동시에 수행되는 502 단계에서, 제1부분(101)은 인발 다이(200) 내에서 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열되기 위하여 전자기 마이크로파의 필드(211, 212)에 종속되게 된다.
다음으로, 504 단계와 506 단계를 수행하는 제2페이스(522)가 수행된다. 506 단계에서 제1페이스(521)의 502 단계에서 사용된 전자기 마이크로파의 필드(211, 212)는 꺼진다. 그러면, 504 단계에서 연속된 물질(104)의 제2부분(102)이 인발 다이(200)로 견인된다. 전자기 마이크로파의 필드(211, 212)가 꺼지므로, 제2부분(102)은 제1페이스(521)의 502 단계에서의 제1부분(101)과 다르게 경화 온도까지 가열되지 않는다.
후속적으로, 508 단계에서 연속된 물질(104)의 제2부분(102)의 모양이 고쳐지게 된다. 그러면, 510 단계에서 제2부분(102)은 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열된다. 다른 실시예에서, 508 단계와 510 단계는 또한 동시에 수행될 수 있다. 제2부분(102)이 경화된 후, 제1부분(101)과 제2부분(102)을 포함하는 섬유 강화 열경화성 제품이 남은 연속된 물질(104)로부터 절단된다.
도 5를 참조로 설명된 상기 방법은 연속적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 인발 다이(200)로 제1부분(101)을 견인하는 500 단계와, 인발 다이(200)로 제2부분(102)을 견인하는 504 단계는 연속된 물질(104)에 가해지는 하나의 계속되는 견인 작동에 의하여 수행될 수 있다.
더 나아가, 연속된 물질(104)에 가해지는 상기 계속되는 견인 작동은 제2부분(102)이 인발 다이(200) 밖으로 배출되는 504 단계 이후에도 바람직하게 계속될 수 있다. 이러한 방식으로, 앞에서 기재한 바와 같이 제1, 2부분(101, 102)을 위한 508-510 단계가 수행되는 동안, 도 5의 흐름도에 나타난 상기 방법의 추가적인 실행이 시작되어 추가적인 섬유 강화 열경화성 제품을 제작할 수 있다. 이러한 방식으로 실행되면, 상기 방법은 섬유 강화 열경화성 제품들을 연속적으로 제조할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (15)

  1. 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법에 있어서,
    열로 경화될 수 있는 열경화성 레진이 함침된(imprenated) 보강 섬유가 포함된 연속된 물질의 제1부분을 다이로 견인하는 단계;
    제1부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위하여 상기 다이 내에서 제1부분을 전자기 마이크로파 필드에 종속시키는 단계;
    연속된 물질의 제2부분을 다이로 견인하는 단계; 그리고
    상기 제2부분이 경화 온도까지 가열되지 않도록 다이 내의 전자기 마이크로파 필드를 감소시키는 단계;
    를 포함하며,
    전자기 마이크로파 필드는 상기 전자기 마이크로파 필드를 감소시키는 단계에서 종료되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    제1부분을 견인하는 단계와 제2부분을 견인하는 단계는 연속된 물질을 계속적으로 다이로 견인하는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    연속된 물질의 제2부분의 모양을 고치는 단계; 그리고
    상기 제2부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하는 단계;
    를 더 포함하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    제2부분을 가열하는 단계는 제2부분을 추가적인 전자기 마이크로파 필드에 종속시키는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 모양을 고치는 단계는 계속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 모양을 고치는 단계는
    연속된 물질을 복수개의 풀리들 사이로 가이드 하는 단계; 그리고
    상기 풀리들 중 적어도 하나를 연속된 물질의 길이 방향에 수직인 리셰입핑 방향으로 이동시키는 단계;
    를 포함하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 모양을 고치는 단계는 연속된 물질의 적어도 제2부분을 스탬핑 프레스로 찍어 내는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모양을 고치는 단계는 스탬핑 프레스를 연속된 물질과 함께 이동시키는 단계를 더 포함하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  10. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    제2부분을 가열하는 단계는 제2부분의 모양을 고치는 단계와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 방법.
  11. 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치에 있어서,
    다이;
    열로 경화될 수 있는 열경화성 레진이 함침된 보강 섬유가 포함된 연속 물질을 다이로 견인하기 위한 견인 장치;
    연속된 물질의 제1부분이 다이 내로 견인되었을 때, 상기 제1부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위하여 상기 제1부분을 전자기 마이크로파 필드에 종속시키기 위한 마이크로파 생성기; 그리고
    연속된 물질의 제2부분이 다이 내로 견인되었을 때, 상기 제2부분이 경화 온도까지 가열되지 않도록 전자기 마이크로파 필드를 감소시키도록 마이크로파 생성기를 제어하는 제어기;
    를 포함하며,
    제2부분의 모양을 고치기 위한 리셰입핑 장치; 그리고
    상기 제2부분을 적어도 열경화성 레진의 경화 온도까지 가열하기 위한 가열 장치;
    를 더 포함하고,
    상기 리셰입핑 장치는
    연속된 물질을 가이드 하기 위한 복수개의 풀리; 그리고
    상기 풀리들 중 적어도 하나를 연속된 물질의 길이 방향에 수직인 리셰입핑 방향으로 이동시키기 위한 이동 장치;
    를 포함하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 가열 장치는 연속된 물질의 제2부분을 가열하기 위한 추가적인 마이크로파 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 열경화성 제품을 제조하는 장치.
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