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KR101740657B1 - 장섬유 복합재의 제조 방법 - Google Patents

장섬유 복합재의 제조 방법 Download PDF

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KR101740657B1
KR101740657B1 KR1020160083485A KR20160083485A KR101740657B1 KR 101740657 B1 KR101740657 B1 KR 101740657B1 KR 1020160083485 A KR1020160083485 A KR 1020160083485A KR 20160083485 A KR20160083485 A KR 20160083485A KR 101740657 B1 KR101740657 B1 KR 101740657B1
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김영범
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롯데케미칼 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조 방법은, 복수의 섬유 다발이 각각 들어가고 나오는 투입구 및 배출구가 형성된 몸체를 마련하는 단계, 상기 몸체 내부에 위치하며, 제1 관통 플레이트 및 제2 관통 플레이트의 높이를 동일하게 조절하는 단계, 상기 복수의 섬유 다발을 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통시키는 단계 및 상기 복수의 섬유 다발을 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통시킨 후, 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이의 높이를 서로 다르게 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

장섬유 복합재의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING LONG FIBER REINFORCED THERMOPLASTIC}
본 발명은 장섬유 복합재의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속섬유다발(특히 유리섬유 및 탄소섬유를 포함하는 것)의 기계적 강도, 내식성, 또는 섬유분산성을 향상시키기 위하여 상기 섬유다발을 구성하는 개개의 필라멘트들을 수지로 코팅하는 방법이 이용된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 섬유다발을 구성하는 수 천 또는 수 만 가닥의 섬유 필라멘트가 수지에 완전히 접촉될 수 있도록, 상기 필라멘트와 수지 사이의 접촉면적을 넓혀주거나 또는 상기 섬유다발 내의 필라멘트 사이로, 즉, 섬유 필라멘트 집속체의 공극 사이로 수지를 강제 침투시키는 것이 필요하다. 이때, 사용되는 수지가 저점도의 수지인 경우에는 섬유 필라멘트를 코팅하는데 큰 어려움이 없지만, 고점도의 수지인 경우에는 개개의 섬유 필라멘트를 코팅시키는 것이 용이하지 않다.
현재까지 널리 사용되고 있는 고점도 수지를 이용한 연속섬유다발(섬유 필라멘트 집속체)의 코팅방법으로는, 수지가 채워진 함침조 내에 실린더 또는 바 형태의 기구를 지그 재그로 설치하여, 이 기구를 따라서 섬유다발이 지그재그로 진행할 때, 상기 실린더 또는 바의 표면상에서 섬유다발이 넓게 펼쳐지게 하여 상기의 섬유다발 속으로 수지가 쉽게 침투되게 하는 방법과, 함침조 내에 일직선으로 다수개의 도넛형 고리를 고정 배치하여, 이 도넛형 고리의 내측과 외측면에 접하는 상태로 섬유다발을 진행시켜 최대한 펼쳐줌으로써 수지와 필라멘트간의 접촉면적을 넓혀주는 방법이 있다.
그러나, 섬유 필라멘트를 연속적으로 인발하여 성형할 때 높은 장력이 발생하고 이로 인해서 고속으로 장섬유 복합재를 제조하기에 불가능하다는 문제점과, 수지가 불완전하게 코팅되어, 최종 제품을 제조하는 경우 섬유 필라멘트의 분산성이 불량해지는 문제를 갖고 있으며, 이 때문에, 완제품 내에 불규칙한 다수의 공극이 형성되어 기계적 물리적 물성이 현저히 저하되는 문제가 있다.
또한, 섬유 다발에 장력을 주기 위해 섬유 다발을 지그재그 형태로 배치시키는데, 이와 같이 섬유 다발을 배치시키는 작업이 어려우며, 고온의 함침 다이에서 작업함에 따라 작업상 위험이 존재하고, 상당한 시간이 소요된다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 섬유 다발을 구성하는 복수의 필라멘트들 표면에 수지를 균일하게 함침할 수 있는 장섬유 복합재의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 섬유 다발을 함침 다이 내에 지그 재그 형태로 용이하게 배치시키고, 작업 시간 및 작업 위험을 감소시킬 수 있는 장섬유 복합재 제조 장치를 제공하고자 한다.
섬유 다발을 구성하는 다양한 섬유 필라멘트 및 다양한 수지를 사용할 수 있는 장섬유 복합재 제조 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조 방법은, 복수의 섬유 다발이 각각 들어가고 나오는 투입구 및 배출구가 형성된 몸체를 마련하는 단계, 상기 몸체 내부에 위치하는 제1 관통 플레이트 및 제2 관통 플레이트의 높이를 동일하게 조절하는 단계, 상기 복수의 섬유 다발을 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통시키는 단계 및 상기 복수의 섬유 다발을 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통시킨 후, 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트의 높이를 서로 다르게 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트의 높이를 다르게 조절한 후, 상기 복수의 섬유 다발을 상기 투입구에서 상기 배출구 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 높이를 동일하게 조절하는 단계에서는, 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통하는 복수의 섬유 다발이 직선을 이루도록 조절할 수 있다.
상기 높이를 조절하는 단계는, 상기 제2 관통 플레이트를 상기 제1 관통 플레이트 보다 낮은 위치에 배치시킬 수 있다.
상기 높이를 조절하는 단계는, 상기 제2 관통 플레이트를 상기 제1 관통 플레이트 보다 높은 위치에 배치시킬 수 있다.
상기 복수의 제1 관통 플레이트는, 상기 몸체 내부에서 제1 방향을 따라 서로 나란하게 배치되며, 상기 복수의 섬유 다발이 관통하는 복수의 관통구가 형성될 수 있다.
상기 복수의 관통구는 원형 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 제2 관통 플레이트는, 상기 복수의 제1 관통 플레이트 중 인접한 한 쌍의 제1 관통 플레이트 사이에 위치하며, 상기 제1 관통 플레이트를 관통한 상기 복수의 섬유 다발이 관통할 수 있다.
상기 제2 관통 플레이트에는, 상기 복수의 섬유 다발이 관통하는 장홀이 형성될 수 있다.
상기 장홀의 내벽에는 복수의 돌기가 형성될 수 있다.
상기 복수의 돌기는 만곡 형상일 수 있다.
상기 장홀은 복수로 이루어질 수 있다.
상기 제2 관통 플레이트는 복수로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 장섬유 복합재의 제조 방법에 의하면, 섬유 다발을 구성하는 복수의 필라멘트들 표면에 수지를 균일하게 함침할 수 있다.
또한, 섬유 다발을 직선 형태로 투입할 수 있어, 작업이 용이하고 작업 시간이 단축될 수 있다.
또한, 다양한 섬유 필라멘트 및 수지에 따라, 관통 플레이트의 높이를 각각 조절하여 섬유 다발의 장력을 조절할 수 있다.
또한, 섬유 필라멘트 및 수지에 따라 섬유 다발의 장력을 조절함으로써 다양한 그레이드의 제품을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조 장치의 일부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 제1 관통 플레이트의 정면도이다.
도 3은 도 1의 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 제2 관통 플레이트의 정면도이다.
도 5는 도 1의 B-B'를 따라 자른 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7의 제1 관통 플레이트 및 제2 관통 플레이트 내에 위치한 섬유 다발의 단면 형상을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 실시예와 비교예에 의해 제조된 각각의 장섬유 복합재의 표면을 확대한 사진이다.
도 10은 본 실시예와 비교예에 의해 제조된 각각의 장섬유 복합재를 절단한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 7를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 일부를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 제1 관통 플레이트의 정면도이며, 도 3은 도 1의 A-A'를 따라 자른 단면도이다. 도 4은 제2 관통 플레이트의 정면도이며, 도 5는 도 1의 B-B'를 따라 자른 단면도이며, 도 6 및 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
먼저, 본 실시예에 따른 장섬유 복합재의 제조 방법에서는, 몸체(100), 제1 관통 플레이트(300) 및 제2 관통 플레이트(500)를 포함하는 장섬유 복합재의 제조 장치를 마련한다. 본 실시예에서는, 몸체(100), 제1 관통 플레이트(300) 및 제2 관통 플레이트(500)를 포함하는 장섬유 복합재의 제조 장치를 이용하여, 장섬유 복합재를 제조할 수 있다. 본 실시예에서는, 복수의 섬유 다발(P)이 관통하는 제1 관통 플레이트(300) 및 제2 관통 플레이트(500)가 서로 다른 높이에 위치하여, 복수의 섬유 다발(P)이 폭 방향(도면에서 X 방향을 나타냄)으로 펼쳐져 복수의 섬유 다발(P)에 수지(700)가 균일하게 함침될 수 있다.
본 실시예에 따른 제조 방법을 설명하기에 앞서, 본 실시예에 사용되는 제조 장치에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 사용되는 제조 장치는 몸체(100), 제1 관통 플레이트(300) 및 제2 관통 플레이트(500)를 포함할 수 있다.
몸체(100)는 내부에 공간이 형성된 함침용 다이(die) 또는 함침조로서, 내부에 형성된 공간에 후술하는 제1 관통 플레이트(300) 및 제2 관통 플레이트(500)가 배치될 수 있다. 또한, 몸체(100)의 내부 공간에는 섬유 다발에 함침되는 고점도의 수지 또는 저점도의 수지가 저장될 수 있다.
이때, 몸체(100)의 일측에는 몸체(100)의 내부 공간으로 복수의 섬유 다발(P)이 들어갈 수 있는 투입구(130)가 형성될 수 있다. 투입구(130)는 복수로 형성되어, 복수의 섬유 다발(P) 각각이 복수의 투입구(130) 각각으로 투입될 수 있다. 또는, 투입구(130)는 하나의 개구부(opening) 형태로 형성되어, 복수의 섬유 다발(P)이 한꺼번에 투입구(130)를 통해 투입될 수도 있다.
그리고, 몸체(100)의 타측에는 복수의 섬유 다발(P)이 배출될 수 있는 배출구(110)가 형성될 수 있다. 즉, 복수의 섬유 다발(P)은 몸체(100)의 투입구(130)을 통해 몸체(100) 내부로 투입되었다가 복수의 섬유 다발(P)에 수지(700)가 함침된 후 배출구(110)를 통해 배출될 수 있다.
이때, 배출구(110)는 복수로 형성된 투입구(130)에 대응되어 형성될 수 있다. 즉, 배출구(110)의 개수는 투입구(130)의 개수와 동일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 섬유 다발(P) 각각은, 복수의 투입구(130) 각각으로 투입된 후 투입구(130)에 대응되는 복수의 배출구(130) 각각을 관통하여 배출될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 몸체(100)의 내부 공간에는 복수의 제1 관통 플레이트(300)이 배치될 수 있다. 복수의 제1 관통 플레이트(300)는 투입구(130)를 통해 내부 공간으로 유입된 복수의 섬유 다발(P)이 관통할 수 있다.
이때, 복수의 제1 관통 플레이트(300)는 제1 방향(도면에서 Z 방향을 나타냄)을 따라 서로 나란하게 배치될 수 있다. 즉, 복수의 제1 관통 플레이트(300)는 복수의 섬유 다발(P)의 진행 방향인 제1 방향을 따라 나란하게 배치된다. 이하 설명에서는, 복수의 제1 관통 플레이트(300)는 세 개의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350)가 배치되는 것으로 설명된다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 복수의 제1 관통 플레이트(300)는 두 개 또는 세 개 이상으로 구성될 수도 있다.
이때, 복수의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350)는 제1 방향을 따라 미리 정해진 일정한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 복수의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 섬유 다발(P)의 종류 또는 함침하려는 수지(700)의 종류에 따라, 상기 간격을 조절할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350)에는 복수의 관통구(313)가 형성될 수 있다. 복수의 관통구(313)는 제1 관통 플레이트(310, 330, 350)의 제1 본체(311)에 형성된다. 복수의 관통구(313)는 상기 제1 방향에 수직한 제3 방향(도면에서 X 방향을 나타냄)을 따라 일정한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 복수의 관통구(313)는 제3 방향을 따라 두 줄로 배열될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 복수의 관통구(313)는 한 줄 또는 세 줄 이상으로 배열될 수도 있다.
복수의 섬유 다발(P) 각각은 복수의 관통구(313) 각각을 관통할 수 있다. 예를 들어, 하나의 섬유 다발(P)은 하나의 관통구(313)를 관통할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 하나의 관통구(313)에는 두 개 이상의 섬유 다발(P)이 관통할 수도 있다. 본 실시예에서, 복수의 섬유 다발(P) 중 하나의 섬유 다발(P)은 수천 또는 수만 가닥의 섬유 필라멘트(filament)로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 본체(311)의 복수의 관통구(313)의 내면은 곡면 처리가 되어 있습니다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 섬유 다발(P)과 접촉할 수 있는 관통구(313)의 내부가 곡면 형상으로 이루어져, 복수의 섬유 다발(P)이 용이하게 관통구(313)를 관통할 수 있다.
도 1 및 도 4을 참조하면, 제2 관통 플레이트(500)는 복수로 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 복수의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350) 사이에는 제2 관통 플레이트(510, 530)가 배치될 수 있다. 보다 자세히, 복수의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350) 중 인접한 한 쌍의 제1 관통 플레이트 사이에는 하나의 제2 관통 플레이트(510, 530)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 제1 관통 플레이트(310, 330) 사이에는 제2 관통 플레이트(510)가 배치되고, 제1 관통 플레이트(330, 350) 사이에는 제2 관통 플레이트(530)가 배치될 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 관통 플레이트(310)를 관통한 복수의 섬유 다발(P)은 제2 관통 플레이트(510)를 관통한다. 그리고, 제2 관통 플레이트(510)를 관통한 복수의 섬유 다발(P)은 제1 관통 플레이트(330)을 관통할 수 있다. 또한, 제1 관통 플레이트(330)를 관통한 복수의 섬유 다발(P)은 제2 관통 플레이트(530)를 관통할 수 있다. 그리고 나서, 제2 관통 플레이트(530)를 관통한 복수의 섬유 다발(P)은 제1 관통 플레이트(350)를 관통할 수 있다.
한편, 복수의 제2 관통 플레이트(510, 530)에는 장홀(515)이 형성될 수 있다. 도 4을 참조하면, 장홀(515)은 제2 관통 플레이트(510)의 제2 본체(511)에 제3 방향을 따라 길게 개구된 형상으로 이루어질 수 있다. 제1 관통 플레이트(310, 330, 350)와 유사하게, 장홀(515)은 제3 방향을 따라 두 줄로 배열될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 장홀(515)은 한 줄 또는 세 줄 이상으로 배열될 수도 있다.
장홀(515)에는 복수의 돌기(513)가 형성될 수 있다. 복수의 돌기(513)는 장홀(515)의 내벽에 형성될 수 있다. 이때, 복수의 돌기(513)는 지면을 향하여 볼록하게 형성될 수 있다. 본 실시예에서는, 복수의 돌기(513)는 복수의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350)에 형성된 복수의 관통구(313)의 개수에 대응될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 복수의 관통구(313)와 동일한 개수로 복수의 돌기(513)가 장홀(515)에 형성될 수 있다. 또는, 복수의 돌기(513)는 복수의 관통구(313) 보다 더 많이 형성될 수 있다.
복수의 돌기(513)는 만곡 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 돌기(513)은 반원 형상, 타원의 절반 형상 또는 일부 곡면을 갖는 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 본체(511)의 복수의 돌기(513)는 제1 방향으로 따라 곡면 처리가 되어 있습니다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 섬유 다발(P)과 접촉할 수 있는 돌기(513)의 외면이 곡면 형상으로 이루어져, 복수의 섬유 다발(P)이 용이하게 돌기(513)를 관통할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 복수의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350) 사이에 배치된 제2 관통 플레이트(510, 530)는 제1 방향 및 제3 방향에 수직한 제2 방향(도면에서 Y 방향을 나타냄)으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 제2 관통 플레이트(510, 530)는 제2 방향을 따라 위 또는 아래로 이동할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제2 관통 플레이트(510, 530)가 제2 방향을 따라 위 또는 아래로 이동하면, 제2 관통 플레이트(510, 530)를 관통하는 복수의 섬유 다발(P)에 걸리는 장력을 조절할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 제조 장치가 마련되면, 몸체(100) 내에서 제1 관통 플레이트(300)와 제2 관통 플레이트(500)를 동일한 높이로 위치시킨다. 여기에서, '동일한 높이'는 제1 관통 플레이트(300)의 복수의 관통구(313)와 제2 관통 플레이트(500)의 장홀(515)의 높이가 동일한 것을 의미한다. 보다 자세히, 제1 관통 플레이트(300)의 복수의 관통구(313)와 제2 관통 플레이트(500)의 장홀(515)을 관통하는 복수의 섬유 다발(P)이 직선으로 유지되도록, 제1 관통 플레이트(300)와 제2 관통 플레이트(500)를 조절한다.
다음으로, 복수의 섬유 다발(P)을 동일한 높이에 위치한 제1 관통 플레이트(300)와 제2 관통 플레이트(500)를 관통시킨다. 보다 자세히, 복수의 섬유 다발(P)을 제1 관통 플레이트(300)의 복수의 관통구(313)와 제2 관통 플레이트(500)의 장홀(515)을 순서대로 관통시킨다.
도 6를 참조하면, 복수의 섬유 다발(P)을 제1 관통 플레이트(310), 제2 관통 플레이트(510), 제1 관통 플레이트(330), 제2 관통 플레이트(530) 및 제1 관통 플레이트(350)를 순서대로 관통시킨다. 전술한 바와 같이, 이 경우에는 복수의 섬유 다발(P)은 직선을 이룬다. 즉, 복수의 섬유 다발(P)은 제1 관통 플레이트(300) 및 제2 관통 플레이트(500)를 관통하는 동안, 복수의 섬유 다발(P)은 꺾이지 않는다.
그리고 나서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 관통 플레이트(510, 530)를 제2 방향을 따라 아래로 이동시킨다. 도 7에서는, 제2 관통 플레이트(510, 530)를 아래로 이동시키는 것으로 도시되나, 이에 한정되지 않고 제2 관통 플레이트(510, 530)를 위로 이동시킬 수도 있다.
제2 관통 플레이트(510, 530)가 아래로 이동되면, 제2 관통 플레이트(510, 530)를 관통하는 복수의 섬유 다발(P)에 장력이 걸릴 수 있다. 복수의 섬유 다발(P)에 장력이 걸리면, 제2 관통 플레이트(510, 530)의 장홀(515)을 관통하는 섬유 다발(P)의 단면 형상이 변형될 수 있다.
도 8은 도 7의 제1 관통 플레이트(310, 330, 350) 및 제2 관통 플레이트(510, 530) 내에 위치한 섬유 다발의 단면 형상을 나타낸 도면이다.
도 8(A)를 참조하면, 제1 관통 플레이트(310)를 관통하는 섬유 다발(P1)의 단면은 원형 형상에 가깝다. 반면에, 도 8(B)를 참조하면, 제2 관통 플레이트(510)를 관통하는 섬유 다발(P2)의 단면은 도 8(A)의 단면과 다르게 변형된다.
구체적으로, 제2 관통 플레이트(510)를 관통하는 섬유 다발(P2)에는 장력이 가해지고, 장력에 의해 섬유 다발(P2)은 접촉하고 있는 돌기(513)의 형상을 따라 변형하게 된다. 예를 들어, 도 8(B)에 도시된 바와 같이, 섬유 다발(P2)은 납작하게 펼쳐진 상태로 변할 수 있다.
전술한 바와 같이, 하나의 섬유 다발(P1)은 수천 또는 수만 가닥의 섬유 필라멘트로 이루어질 수 있다. 따라서, 제2 관통 플레이트(510)의 장홀(515)에서 섬유 다발(P2)의 단면이 전술한 바와 같이 변형되면, 섬유 다발(P2)을 구성하는 수천 가닥의 섬유 필라멘트들의 간격이 넓어질 수 있다. 이와 같이, 섬유 필라멘트들 사이의 간격이 넓어지면, 섬유 필라멘트들 사이에 공극이 발생하고 공극 사이로 수지(700)가 침투할 수 있다. 이에 의해, 섬유 다발(P2)를 구성하는 섬유 필라멘트들의 표면에 수지(700)가 용이하게 도포될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 제2 관통 플레이트(510)를 관통한 복수의 섬유 다발(P)은 다시 제1 관통 플레이트(330)을 관통하게 된다. 이때, 제1 관통 플레이트(330)를 관통하는 복수의 섬유 다발(P)은 다시 원형에 가까운 형상으로 복귀하게 된다. 이 경우, 복수의 섬유 다발(P)를 구성하는 섬유 필라멘트들 사이의 공극이 감소하게 된다.
그리고 나서, 다시 복수의 섬유 다발(P)이 제2 관통 플레이트(530)를 관통하면, 전술한 바와 같이 복수의 섬유 다발(P)를 구성하는 섬유 필라멘트들 사이의 공극이 증가하게 된다. 다시, 복수의 섬유 다발(P)이 제1 관통 플레이트(350)를 관통하면, 복수의 섬유 다발(P)를 구성하는 섬유 필라멘트들 사이의 공극이 감소하게 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 복수의 섬유 다발(P)이 제1 관통 플레이트(310, 330, 350) 및 제2 관통 플레이트(510, 530)를 반복적으로 관통하면, 복수의 섬유 다발(P)의 섬유 필라멘트들 사이의 공극이 증가 및 감소를 반복하게 된다. 이에 의해, 섬유 다발(P)에 수지(700)를 고루 함침시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 연속으로 장섬유 복합재를 제조하기 위해, 복수의 섬유 다발(P)을 몸체(100) 내부로 연속적으로 투입시킨다. 즉, 복수의 섬유 다발(P)을 몸체(100)의 투입구(130)로부터 배출구(110) 방향으로 이동시킨다. 복수의 섬유 다발(P)이 몸체(100)를 거치면서, 복수의 섬유 다발(P)에 수지(700)가 함침되어 배출된다
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 장섬유 복합재의 제조 방법에 의해 제조된 장섬유 복합재의 섬유 다발(P)에 수지(700)가 고루 함침된 것을 확인할 수 있다.
도 9은 본 실시예와 비교예에 의해 제조된 각각의 장섬유 복합재의 표면을 확대한 사진이며, 도 10은 본 실시예와 비교예에 의해 제조된 각각의 장섬유 복합재를 절단한 사진이다.
도 9 및 도 10의 본 실시예(B)의 제조 방법에서는, 섬유 다발(P)에 도포되는 수지(700)는, 폴리프로필렌 수지, 흑색안료, 산화방지제 등을 포함한다. 섬유 다발(P)은 유리 섬유가 사용된다. 몸체(100) 내부의 온도는 200℃∼ 300℃ 이며, 몸체(100)를 관통하는 복수의 섬유 다발(P)의 이동 속도는, 300m/min이다.
반면에, 도 9 및 도 10의 비교예(B)의 제조 방법에서는, 전술한 물질 또는 온도 등과 동일하나, 본 실시예와 달리 섬유 다발(P)가 관통하는 플레이트의 높이가 서로 동일하게 유지된다.
도 9(A)의 비교예와 도 9(B)의 본 실시예에 의해 제조된 장섬유 복합재를 광학 현미경 또는 전자 현미경 등으로 관찰하면, 도 9(A)의 비교예에 비해 도 9(B)의 본 실시예의 섬유 다발(P)의 필라멘트들 표면에 수지(700)가 더욱 균일하게 도포되어 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 10을 참조하면, 도 10(A)의 비교예에 비해, 도 10(B)의 본 실시예의 장섬유 복합재가 균일하게 수지(700)가 도포됨을 알 수 있다. 도 10은 장섬유 복합재를 절단한 도면인데, 도 10(A)에서는 장섬유 복합재 내부에 수지(700)가 도포되지 않은 영역(도 10(A)의 좌측의 백색의 섬유 다발이 존재하는 영역)이 나타난다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 복합재의 제조 방법은, 몸체(100)를 관통하는 복수의 섬유 다발(P)이 제1 관통 플레이트(310, 330, 350) 및 제2 관통 플레이트(510, 530)를 반복적으로 관통하여, 복수의 섬유 다발(P)의 섬유 필라멘트들 사이의 공극이 증가 및 감소를 반복하게 된다. 이에 의해, 섬유 다발(P)에 수지(700)를 고루 함침시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100 몸체
110 배출구
130 투입구
300, 310, 330, 350 제1 관통 플레이트
313 복수의 관통구
500, 510, 530 제2 관통 플레이트
513 복수의 돌기
515 장홀

Claims (14)

  1. 복수의 섬유 다발이 각각 들어가고 나오는 투입구 및 배출구가 형성된 몸체를 마련하는 단계;
    상기 몸체 내부에 위치하는 제1 관통 플레이트 및 제2 관통 플레이트의 높이를 동일하게 조절하는 단계;
    상기 복수의 섬유 다발을 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통시키는 단계; 및
    상기 복수의 섬유 다발을 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통시킨 후, 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트의 높이를 서로 다르게 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 관통 플레이트는, 상기 복수의 제1 관통 플레이트 중 인접한 한 쌍의 제1 관통 플레이트 사이에 위치하며,
    상기 제1 관통 플레이트에는 상기 복수의 섬유 다발이 관통하는 복수의 관통구가 형성되며,
    상기 제2 관통 플레이트에는 상기 제1 관통 플레이트를 관통한 상기 복수의 섬유 다발이 관통하는 장홀이 형성되며,
    상기 장홀의 내벽에는 복수의 돌기가 형성된, 장섬유 복합재 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트의 높이를 다르게 조절한 후, 상기 복수의 섬유 다발을 상기 투입구에서 상기 배출구 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 장섬유 복합재 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 높이를 동일하게 조절하는 단계에서는, 상기 제1 관통 플레이트 및 상기 제2 관통 플레이트를 관통하는 복수의 섬유 다발이 직선을 이루도록 조절하는, 장섬유 복합재 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 높이를 조절하는 단계는, 상기 제2 관통 플레이트를 상기 제1 관통 플레이트 보다 낮은 위치에 배치시키는, 장섬유 복합재 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 높이를 조절하는 단계는, 상기 제2 관통 플레이트를 상기 제1 관통 플레이트 보다 높은 위치에 배치시키는, 장섬유 복합재 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 관통 플레이트는,
    상기 몸체 내부에서 제1 방향을 따라 서로 나란하게 배치되는, 장섬유 복합재 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 관통구는 원형 형상의 단면을 갖는, 장섬유 복합재 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는 만곡 형상인, 장섬유 복합재 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 장홀은 복수로 이루어진, 장섬유 복합재 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 관통 플레이트는 복수로 이루어진, 장섬유 복합재 제조 방법.
  14. 삭제
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