KR102127894B1

KR102127894B1 - 복합재료 압력용기의 제조장치

Info

Publication number: KR102127894B1
Application number: KR1020200004836A
Authority: KR
Inventors: 김종식
Original assignee: 킴텍(주); (주)동서디앤씨
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2020-06-29
Anticipated expiration: 2040-01-14

Abstract

본 발명은 회전하는 라이너, 상기 라이너로부터 이격되어 상기 라이너의 축방향을 타라 연장되는 수평 베이스 가이드, 상기 수평 베이스 가이드를 따라 전진 또는 후진하는 캐리지, 상기 캐리지에 고정되며, 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들로부터 유입되는 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들을 상기 라이너로 이동시키는 섬유 이송 장치, 상기 캐리지에 고정되며, 상기 섬유 이송 장치와 상기 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들 사이에 위치하거나, 상기 섬유 이송 장치와 상기 라이너 사이에 위치하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들에 수지를 함침시켜서, 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 수지에 함침된 상태로 상기 라이너에 와인딩하게 하는 수지 배스(resin bath) 및 상기 라이너의 회전수에 연동하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들의 사속(fiber speed)을 조절하는 제어장치를 포함하는 복합재료 압력용기의 제조장치를 제공한다.
따라서 카본섬유 로빙의 사속이 50m/min 이상의 고속 와인딩 구현이 가능하다.

Description

복합재료 압력용기의 제조장치{Facility for manufacturing the composite pressure vessel}

본 발명은 복합재료 압력용기의 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속 생산이 가능한 복합재료 압력용기 제조장치에 관한 것이다.

복합재료 압력용기의 생산방식은 크게 3가지가 있다. 카본섬유, 유리섬유 패브릭 또는 카본섬유, 유리섬유 로빙, 부직포와 수지를 사용해서 형틀(Mold)에 넣고 원심성형(Centrifugal casting) 해서 경화하는 방법, 카본섬유, 유리섬유 로빙에 수지를 함침시키면서 맨드릴 또는 라이너 위에 와인딩 해서 만드는 필라멘트 와인딩(Filament winding) 하고 경화하는 방법, 카본섬유, 유리섬유 로빙에 수지를 함침 시켜놓은(Prepreg) 카본섬유 프리프레그, 유리섬유 프리프레그를 맨드릴 또는 라이너위에 와인딩 하고 경화하는 방법 등이 있다.

종래의 필라멘트 와인딩 복합재료 압력용기 생산 방식은, 카본섬유, 유리섬유 로빙을 수지배스(Resin Bath)에서 수지를 함침시키면서 회전을 하는 맨드릴 또는 라이너의 속도에 의해서 카본섬유, 유리섬유 로빙이 일정한 장력으로 맨드릴 또는 라이너에 와인딩 한 후 경화하는 방법이다. 이러한 방법은 10 ~50 가닥의 많은 카본섬유, 유리섬유 로빙으로 생산성 향상을 위하여 와인딩 속도를 증가할 경우에는 과도한 장력에 의해서 맨드릴 또는 라이너 위에서 섬유의 미끄러짐이 발생하거나 함침된 수지의 빠짐현상이 발생하여 압력용기의 성능저하를 유발시키는 문제점 때문에 일반적으로 10가닥 미만과 30m/min이하의 속도로 생산을 함으로 인하여 장시간의 생산시간이 필요하다. 따라서 종래의 방식은 압력용기 생산시 40 ~70m/min이상의 생산속도로 생산을 할 수가 없으므로 인하여 시장에서 고객이 요구하는 경쟁력 있는 가격의 복합재료 압력용기 생산이 전혀 불가능하다는 치명적인 단점이 있다.

대한민국등록특허 제10-0270090호

본 발명은 고속 생산이 가능한 복합재료 압력용기 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 회전하는 라이너, 상기 라이너로부터 이격되어 상기 라이너의 축방향을 타라 연장되는 수평 베이스 가이드, 상기 수평 베이스 가이드를 따라 전진 또는 후진하는 캐리지, 상기 캐리지에 고정되며, 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들로부터 유입되는 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들을 상기 라이너로 이동시키는 섬유 이송 장치, 상기 캐리지에 고정되며, 상기 섬유 이송 장치와 상기 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들 사이에 위치하거나, 상기 섬유 이송 장치와 상기 라이너 사이에 위치하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들에 수지를 함침시켜서, 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 수지에 함침된 상태로 상기 라이너에 와인딩하게 하는 수지 배스(resin bath) 및 상기 라이너의 회전수에 연동하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들의 사속(fiber speed)을 조절하는 제어장치를 포함하는 복합재료 압력용기의 제조장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 회전하는 라이너, 상기 라이너로부터 이격되어 상기 라이너의 축방향을 따라 연장되는 수평 베이스 가이드, 상기 수평 베이스 가이드를 따라 전진 또는 후진하는 캐리지, 상기 캐리지에 고정되며, 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들로부터 유입되는 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들을 상기 라이너로 이동시키는 섬유 이송 장치 및 상기 캐리지에 고정되며, 상기 섬유 이송 장치와 상기 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들 사이에 위치하거나, 상기 섬유 이송 장치와 상기 라이너 사이에 위치하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들에 수지를 함침시켜서, 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 수지에 함침된 상태로 상기 라이너에 와인딩하게 하는 수지 배스(resin bath)를 포함하고, 상기 라이너의 회전수에 연동하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들의 사속(fiber speed)이 조절되는 복합재료 압력용기의 제조장치를 제공한다.

본 발명의 복합재료 압력용기의 제조장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 카본섬유 로빙의 사속이 50m/min 이상의 고속 와인딩 구현이 가능하다.

둘째, 카본섬유 필라멘트들만 이용하여 복합재료 압력용기를 저렴하게 제조할 수 있다.

셋째, 1회의 경화 공정만 수행 하더라도 복합재료 압력용기를 제조할 수 있기 때문에, 생산 시간 및 생산 비용이 낮아진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료 압력용기 제조장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 따른 복합재료 압력용기 제조장치의 라이너, 수평 베이스 가이드 및 캐리지 사이의 구성을 보여주는 개략적인 평면 구성도이다.
도 3은 도 1에 따른 복합재료 압력용기 제조장치의 라이너와 바이스의 결합모습 및 라이너와 바이스가 결합된 상태에서 라이너가 회전하면서 섬유 필라멘트들이 라이너의 외주면에 형성되는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 4는 도 1에 따른 복합재료 압력용기 제조장치의 섬유 공급 장치의 개략적인 측면 구성도이다.
도 5는 도 4에 따른 복합재료 압력용기 제조장치의 섬유 공급 장치의 개략적인 평면 구성도이다.
도 6은 도 1에 따른 복합재료 압력용기 제조장치로 성형되고 있는 경화 전 복합재료 압력용기의 개략적인 종단면도이다.
도 7은 도 6에서 이형필름이 나선방향으로 와인딩된 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 복합재료 압력용기의 제조장치로 제조된 복합재료 압력용기의 유려한 외관을 보여주는 사진이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료 압력용기의 제조장치(이하, "제조장치"라 함)(100)는 복합재료 압력용기를 제조하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 제조장치(100)는 라이너들(191, 192), 수평 베이스 가이드(155), 캐리지(150), 섬유 이송 장치(140), 수지 배스(130) 및 제어장치(미도시)를 포함한다.

상기 라이너(191, 192)는 원통 구조를 가지되, 축 방향의 일 단과 그 반대쪽인 타 단이 각각 돌출된 반구 형태를 갖는다. 본 실시예에서는 상기 돌출된 반구 형태는 상기 라이너(191, 192)의 중심에서 멀어지는 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 구조이고, 단면은 원형이다. 또한 상기 라이너(191, 192)의 일 단과 타 단의 중심에는 각각 상기 라이너(191, 192)를 회전시킬 수 있는 바이스(vise)에 연결할 수 있도록 보스(191a)가 형성되어 있다. 상기 보스(191a)는 상기 라이너(191, 192)의 일 단과 타 단의 중심에서 돌출되어 있고, 내측은 중공 구조이고 내측면에 나사산이 형성되어 있다. 본 실시예에서는 일측은 상기 보스(191a)와 연결되고 타측은 상기 바이스에 형성되어 있는 척(chuck)과 연결되는 연결부재를 더 포함한다. 상기 연결부재는 상기 보스(191a)와는 나사결합을 하고, 상기 바이스와는 척 결합을 한다. 즉, 상기 라이너(191, 192)는 상기 보스(191a)를 이용하여 상기 연결부재와 결합되고, 상기 연결부재가 상기 바이스의 척과 결합되어 일체로써 회전한다. 도 3에서는 상기 라이너(191, 192)의 일 측이 상기 바이스에 결합되는 모습과 상기 바이스에 결합되어 회전하는 모습이 나타나 있다. 도 3에서는 상기 라이너(191, 192)의 일 측만을 도시 했지만, 반대쪽인 타측도 동일한 구조 및 결합을 통해 회전한다.

그리고, 상기 수지 배스(130)를 통해 수지 함침된 섬유 필라멘트들(114)이 상기 라이너(191, 192)의 외주면에 와인딩 될 때, 상기 수지 함침된 섬유 필라멘트들(114)은 상기 라이너(191, 192)의 축방향과 평행한 부분에 와인딩 될 때보다 상기 축방향에 대해 기울어진 부분에 와인딩 될 때 더 빠른 속도로 와인딩 된다. 특히 상기 라이너(191, 192)의 보스(191a) 주위에서 상기 축방향에 대해 기울어진 부분을 따라 상기 축방향과 평행한 부분쪽으로 와인딩 하는 경우에는 와인딩 속도를 줄여 가면서 와인딩 한다. 반대로 상기 라이너(191, 192)의 축방향과 평행한 부분에서 상기 축방향에 대해 기울어진 부분을 따라 상기 보스(191a)쪽으로 와인딩 하는 경우에는 와인딩 속도를 높여 가면서 와인딩 한다.

상기 라이너(191, 192)에서 상기 축방향에 대해 기울어진 부분에 상기 수지 함침된 섬유 필라멘트들(114)이 와인딩 될 때는, 상기 축방향과 평행한 부분에 와인딩 될 때보다 미끄럼 현상에 의해 정밀한 와인딩이 어려울 수 있다. 따라서 상기 축방향에 대해 기울어진 부분에 와인딩 할 때는 장력을 높여서 미끄럼을 방지하기 위해 와인딩 속도를 조절하는 것이다.

그리고 상기 라이너(191, 192)의 축방향에 대해 기울어진 부분에 상기 수지 함침된 섬유 필라멘트들(114)을 와인딩 할 때는, 상기 라이너(191, 192)에서 감기는 방향이 바뀌는 두 부분 중 적어도 한 쪽 부분은 상기 축방향과 평행한 부분에 감기도록 한다(도 2 참조). 이는 상기 수지 함침된 섬유 필라멘트들(114)이 상기 라이너(191, 192)에서 상기 축방향에 대해 기울어진 부분에만 와인딩 될 경우 상기 수지 함침된 섬유 필라멘트들(114)이 미끄러져서 단단하게 와인딩 되기 어렵기 때문이다. 그러므로 계속 일정한 각도로 와인딩 하다가 상기 라이너(191, 192)에서 축방향에 대해 기울어진 부분에 와인딩 할 때는 와인딩 각도를 변경할 수 있다.

상기 라이너(191, 192)는 플라스틱 소재로 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 라이너(191, 192)의 소재를 금속이나 그 외 다른 소재로 변경이 가능하다. 상기 라이너(191, 192)가 회전함에 따라 상기 수지 배스(130)를 통해 수지 함침된 섬유 필라멘트들(114)이 상기 라이너(191, 192)의 외주면이 형성된다.

상기 라이너(191, 192)는 상하 방향을 따라 동일한 구조의 2개가 이격되어 배치되어 있으며, 동일한 회전수로 회전한다. 이 때, 상기 라이너(191, 192)는 구조물에 위치가 고정된 상태로 회전하지만, 상기 라이너(191, 192)가 회전함과 동시에 축방향을 따라 전진 또는 후진할 수도 있다. 본 실시예에서 상기 라이너(191, 192)의 개수는 2개이나, 1개 또는 3개 이상으로 다양하게 선택될 수 있다.

상기 수평 베이스 가이드(155)는 상기 라이너(191, 192)의 측면에서 전방으로 이격되어 있다. 상기 수평 베이스 가이드(155)의 위치는 고정되며, 상기 라이너(191, 192)의 축방향을 따라 동일 폭으로 연장되어 있다. 상기 수평 베이스 가이드(155)와 상기 라이너(191, 192)의 측면 사이의 거리는 일정하게 유지되어 있다.

상기 캐리지(150)는 상기 수평 베이스 가이드(155)를 따라 전방 또는 후방으로 직선 운동을 한다. 즉, 상기 캐리지(150)는 상기 라이너(191, 192)의 축방향을 따라 이동 가능하다. 상기 캐리지(150)에는 상기 섬유 이송 장치(140) 및 상기 수지 배스(130)가 설치되어 있어서, 상기 캐리지(150)의 이동에 따라 상기 섬유 이송 장치(140)와 상기 수지 배스(130)가 함께 이동한다.

상기 섬유 이송 장치(140)는, 섬유 공급장치(110)의 섬유 보빈들(111)로부터 유입되는 섬유 필라멘트들(112)을 상기 라이너(191, 192)로 이동시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 상기 섬유 보빈들(111)로부터 유입되는 섬유 필라멘트들(112)은 카본섬유 보빈들로부터 유입되는 카본섬유 필라멘트들인 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 섬유 보빈들(111)로부터 유입되는 섬유 필라멘트들(112)을 유리섬유 보빈들로부터 유입되는 유리섬유 필라멘트들로 변경 가능하다. 또한, 상기 섬유 보빈들(111) 중 일부는 카본섬유 보빈이고 일부는 유리섬유 보빈이어서, 2개의 섬유들이 혼합될 수도 있다. 또한, 그 이외의 다양한 복합소재가 적용될 수도 있다. 상기 카본섬유 보빈들(111)과 상기 섬유 이송 장치(140) 사이에는 한 쌍의 콤들(combs, 120)이 배치되어 있다. 하나의 콤(122)은 상기 캐리지(150)에 설치되어 있고, 다른 하나의 콤(121)은 상기 카본섬유 보빈들(111)의 근처에도 배치되어 있다. 상기 콤들(121, 122)은 카본섬유 필라멘트들(112)의 가닥이 서로 붙지 않게 하는 기능을 수행한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 섬유 이송 장치(140)는 제1구동롤러(141), 제2구동롤러(142), 가압롤러(compaction roller, 143), 가이드 롤러(144, 145), 구동모터(147) 및 동력전달 메커니즘(148)을 포함한다. 상기 제1구동롤러(141) 및 상기 제2구동롤러(142)는 상기 카본섬유 필라멘트(112)의 공급 방향을 따라 수평으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 상기 가압롤러(143)는 상기 제1구동롤러(141)와 상기 제2구동의 가운데 상부에 위치한다. 따라서 상기 제1구동롤러(141), 상기 제2구동롤러(142) 및 상기 가압롤러(143)는 이등변 삼각형(특히 정삼각형) 구조를 이룬다.

상기 구동모터(147), 상기 제1구동롤러(141)와 상기 제2구동롤러(142)를 회전시킨다. 상기 구동모터(147)에는 상기 동력전달 메커니즘(148)이 연결되어 있어서, 상기 구동모터(147)의 회전력을 상기 제1구동롤러(141)와 상기 제2구동롤러(142)의 회전력으로 변환시킨다. 상기 동력전달 매커니즘(148)은, 기어 매커니즘, 벨트/풀리 매커니즘 등의 다양한 공지의 동력 전달 매커니즘이 선택될 수 있다.

상기 가압롤러(143)는, 상하 방향을 따라 위치 조정 가능한 아이들 롤러이다. 상기 가압롤러(143)의 상하 방향 위치는, 상기 제1구동롤러(141), 상기 제2구동롤러(142)와 상기 가압롤러(143) 사이에서 이송되는 상기 카본섬유 필라멘트들(112)의 장력이나 상기 카본섬유 필라멘트들(112)의 사속(fiber speed)에 의하여 결정되며, 이 때 상기 가압롤러(143)를 가압하는 힘도 결정된다.

상기 가이드 롤러들(144, 145)은 상기 가압롤러(143)를 사이에 두고 배치되어, 상기 공급되는 카본섬유 필라멘트들(112)의 장력이나 공급방향을 가이드한다.

상기 수지 배스(resin bath, 130)는, 상기 섬유 이송 장치(140)와 상기 라이너(191, 192) 사이에 위치하며, 상기 라이너(191, 192)로 공급되는 상기 카본섬유 필라멘트들(112)에 수지를 함침시킨다. 하지만, 상기 수지 배스(130)는, 상기 섬유 이송 장치(140)와 상기 카본섬유 보빈들(111) 사이에 위치할 수도 있다.

상기 카존섬유 필라멘트들(112)은 상기 수지 배스(130)를 통과하여 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들(114)로 되어, 아이 로테이션들(eye rotations, 160)에 의하여 상기 라이너들(191, 192)에 설정 각도로 감겨지도록 조정된다. 상기 아이 로테이션(160)은 2개의 라이너들(191, 192)에 대응되도록 2개가 배치되어 있다. 따라서, 상기 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들(114)이 상기 2개의 라이너들(191, 192)에 동시에 동일하게 감기게 된다. 상기 와인딩 각도는 다양하게 설정될 수 있으며, 본 실시예에서는, 상기 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들(114)이 45도와 -45도로 서로 교번하여 와인딩하여, 기본 구조층(structure layer, L1)을 형성하게 한다. 그 후, 상기 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들(114)이 90도에 근접하게 와인딩하여 표면층(flap shape layer, L2)을 형성한다.(도 6 참조).

상기 제어장치(미도시)는, 상기 라이너(191, 192)의 회전수에 연동하여, 상기 라이너(191, 192)로 공급되는 상기 카본섬유 필라멘트들(112)의 사속(fiber speed)을 조절한다. 종래에는 상기 라이너의 회전력에 의하여 상기 카본섬유 필라멘트들이 공급된다. 따라서 상기 카본섬유 필라멘트들이 수지 함침된 이후에는 상기 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들이 이송이 매우 어려워져서, 상기 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들에 과도한 장력이 가해져서 절단되는 문제가 발생하거나, 상기 카본섬유 필라멘트들에 충분한 수지 함침이 어려운 문제점이 있다. 또한, 정전기도 크게 발생하는 문제점이 있다. 특히, 2개 이상의 라이너에 상기 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들을 와인딩할 경우에는, 제어가 더욱 어려워지는 문제점이 있다.

하지만, 본 실시예에서 상기 라이너(191, 192)의 회전수가 증가하게 되면, 상기 구동모터(147)의 회전수를 증가시켜서, 상기 제1구동롤러(141) 및 상기 제2구동롤러(142)의 회전수가 증가된다. 따라서, 상기 섬유 이송 장치(140)의 상기 카본섬유 필라멘트들(112)의 공급 속도가 증가한다. 특히, 상기 제1구동롤러(141) 및 상기 제2구동롤러(142)에서 표면 회전속도가 상기 라이너(191, 192)의 표면(또는 수지 함침된 카본섬유 필라멘트들(114)이 감겨진 상태이면, 그 외표면)에서의 회전속도보다 0.5%∼1.5% 정도 낮게 유지한다. 즉, 상기 카본섬유 필라멘트들(112)이 상기 제1구동롤러(141)와 상기 제2구동롤러(142)에서 매우 약한 정도의 슬립 운동을 하게 하여, 상기 카본섬유 필라멘트들(112)의 장력을 유지시킨다.

상기에서는, 상기 제어장치(미도시)가 상기 라이너(191, 192) 및 상기 구동 모터(147)를 연동하여 작동시키지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 라이너(191, 192)를 제어하는 장치와 상기 구동모터(147)를 제어하는 장치가 독립적으로 설치되고, 작업자가 상기 라이너(191, 192)를 제어하는 장치와 상기 구동모터(147)를 제어하는 장치 중의 어느 하나의 설정값에 연동하여, 다른 제어장치의 설정값을 조절할 수도 있다.

상기 캐리지(150)에는 자외선 차폐용 시트 공급장치(170)가 설치되어 있다. 상기 자외선 차폐용 시트 공급장치(170)는, 상기 라이너(191, 192)에 상기 기본 구조층(L1)이 형성된 후, 상기 라이너(191, 192)에 다시 자외선 차폐용 시트(175)를 나선 방향으로 감는 기능을 수행한다. 본 실시예에서, 상기 자외선 차폐용 시트(175)는 자외선 차폐물질과 수지가 부직포에 함침된 상태로서 롤러에 와인딩된 상태이며, 상기 라이너(191, 192)에 나선 방향으로 와인딩된다(도 6 참조). 상기 자외선 차폐용 시트 공급장치(170)는 상기 라이너(191, 192)에 대응되도록 2개사 설치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 자외선 차폐용 시트(175)의 소재도 전술한 바에 한정되지 않는다.

상기 캐리지(150)에는 이형필름 공급장치(180)가 고정되어 있다. 상기 이형필름 공급장치(180)는, 상기 아이 로테이션(160)을 사이에 두고 상기 자외선 차폐용 시트 공급장치(170)와 반대편에 위치한다. 상기 이형필름 공급장치(180)는, 상기 자외선 차폐용 시트들(175)에 의하여 자외선 차폐층(L3)이 형성된 후, 상기 라이너(191, 192)에 이형필름(185)을 나선 방향으로 와인딩하여 이형필름층(L4)을 형성하는 기능을 수행한다(도 6 참조). 상기 이형필름(185)은 표면이 매끄럽기 때문에, 경화공정 후 제거되면, 표면에 이형필름의 흔적으로 원주 방향을 따라 나선형의 외관이 형성된다. 따라서, 복합재료 압력용기의 외관이 미려한 모양을 가질 수 있다(도 8 참조). 상기 이형필름 공급장치(180)는 상기 라이너(191, 192)에 대응되도록 2개가 설치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 이형필름(185)의 소재도 전술한 바에 한정되지 않는다.

상기 제조장치(100)를 이용한 복합재료 압력용기의 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 상기 라이너(191, 192)를 회전시키고, 상기 섬유 이송 장치(140)를 상기 라이너(191, 192)에 연동하여 가동하여, 상기 2개의 라이너(191, 192)에 상기 기본 구조층(L1)을 동시에 형성한다. 상기 캐리지(150)를 왕복 이동시키면서 상기 아이 로테이션들(160)을 조절하여, 상기 기본 구조층(L1) 상에 표면층(L2)을 형성한다. 경화 공정을 수행하지 않은 상태에서, 상기 표면층(L2)에 자외선 차폐용 시트(175)를 나선 방향으로 와인딩하여 자외선 차폐층(L3)을 형성한다. 그 후, 상기 자외선 차폐층(L3) 상기 이형필름(185)을 와인딩하여, 이형필름층(L4)를 형성한다. 그리고 상기 이형필름(185)이 녹지 않는 온도로 가열하여 경화공정을 수행한다. 그 후, 상기 이형필름(185)을 제거하여, 복합재료 압력용기를 완성한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 복합재료 압력용기의 제조장치
110: 섬유 공급장치
120: 콤
130: 수지 배스
140: 섬유 이송 장치
150: 캐리지
155: 수평 베이스 가이드
160: 아이 로테이션
170: 자외선 차폐용 시트 공급장치
180: 이형필름 공급장치
191, 192: 라이너
191a: 보스

Claims

회전하는 라이너;
상기 라이너로부터 이격되어 상기 라이너의 축방향을 타라 연장되는 수평 베이스 가이드;
상기 수평 베이스 가이드를 따라 전진 또는 후진하는 캐리지;
상기 캐리지에 고정되며, 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들로부터 유입되는 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들을 상기 라이너로 이동시키는 섬유 이송 장치;
상기 캐리지에 고정되며, 상기 섬유 이송 장치와 상기 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들 사이에 위치하거나, 상기 섬유 이송 장치와 상기 라이너 사이에 위치하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들에 수지를 함침시켜서, 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 수지에 함침된 상태로 상기 라이너에 와인딩하게 하는 수지 배스(resin bath); 및
상기 라이너의 회전수에 연동하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들의 사속(fiber speed)을 조절하는 제어장치를 포함하고,
상기 캐리지에 고정되며, 상기 수지에 적셔진 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 라이너에 설정 각도로 감겨지도록 조정하는 아이 로테이션(eye rotation);
상기 캐리지에 고정되며, 상기 라이너에 상기 수지가 함침된 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 감겨진 후, 상기 라이너에 다시 자외선 차폐용 시트를 나선 방향으로 감기 위하여 상기 자외선 차폐용 시트들을 공급하는 자외선 차폐용 시트 공급장치; 및
상기 캐리지에 고정되되, 상기 아이 로테이션(eye rotation)을 사이에 두고 상기 자외선 차폐용 시트 공급장치와 반대편에 위치하며, 상기 자외선 차폐용 시트들이 감겨진 후, 상기 라이너에 다시 이형필름을 나선 방향으로 감기 위하여 상기 이형필름을 공급하는 이형필름 공급장치를 더 포함하고,
상기 자외선 차폐용 시트 공급장치 및 상기 이형필름 공급장치는, 상기 라이너에 와인딩된 상기 수지 함침된 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들에 경화 공정이 수행되기 전에 작동되는,
복합재료 압력용기의 제조장치.
회전하는 라이너;
상기 라이너로부터 이격되어 상기 라이너의 축방향을 따라 연장되는 수평 베이스 가이드;
상기 수평 베이스 가이드를 따라 전진 또는 후진하는 캐리지;
상기 캐리지에 고정되며, 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들로부터 유입되는 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들을 상기 라이너로 이동시키는 섬유 이송 장치; 및
상기 캐리지에 고정되며, 상기 섬유 이송 장치와 상기 카본섬유 또는 유리섬유 보빈들 사이에 위치하거나, 상기 섬유 이송 장치와 상기 라이너 사이에 위치하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들에 수지를 함침시켜서, 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 수지에 함침된 상태로 상기 라이너에 와인딩하게 하는 수지 배스(resin bath)를 포함하고,
상기 라이너의 회전수에 연동하여, 상기 라이너로 공급되는 상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들의 사속(fiber speed)이 조절되며,
상기 캐리지에 고정되며, 상기 수지에 적셔진 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 라이너에 설정 각도로 감겨지도록 조정하는 아이 로테이션(eye rotation);
상기 캐리지에 고정되며, 상기 라이너에 상기 수지가 함침된 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 감겨진 후, 상기 라이너에 다시 자외선 차폐용 시트를 나선 방향으로 감기 위하여 상기 자외선 차폐용 시트들을 공급하는 자외선 차폐용 시트 공급장치; 및
상기 캐리지에 고정되되, 상기 아이 로테이션(eye rotation)을 사이에 두고 상기 자외선 차폐용 시트 공급장치와 반대편에 위치하며, 상기 자외선 차폐용 시트들이 감겨진 후, 상기 라이너에 다시 이형필름을 나선 방향으로 감기 위하여 상기 이형필름을 공급하는 이형필름 공급장치를 더 포함하고,
상기 자외선 차폐용 시트 공급장치 및 상기 이형필름 공급장치는, 상기 라이너에 와인딩된 상기 수지 함침된 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들에 경화 공정이 수행되기 전에 작동되는,
복합재료 압력용기의 제조장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 라이너는,
원통 구조를 갖되, 축 방향의 일 단과 그 반대쪽인 타 단은 각각 돌출된 반구 형태로 형성되고, 상기 돌출된 반구 형태의 중심에는 상기 라이너를 회전시키기 위한 바이스와 결합할 수 있는 보스가 형성되어 있는,
복합재료 압력용기의 제조장치.
청구항 3에 있어서,
상기 보스는,
내측이 중공 구조를 갖되, 내측면에 나사산이 형성되어 있어서 상기 바이스와 나사 결합하는,
복합재료 압력용기의 제조장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 섬유 이송 장치는,
상기 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들의 공급 방향을 따라 수평으로 서로 이격되어 배치되어 있는 제1구동롤러 및 제2구동롤러;
상기 제1구동롤러와 상기 제2구동롤러의 상부에 위치하는 가압롤러를 포함하고,
상기 제1구동롤러와 상기 제2구동롤러 중 하나 또는 모두는 구동원에 의하여 회전하되, 상기 라이너의 회전수에 연동되어 구동되고,
상기 가압롤러는, 상하 방향을 따라 위치 조정 가능한 아이들 롤러인,
복합재료 압력용기의 제조장치.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 라이너는 상하 방향을 따라 2개 이상이 배치되며,
상기 캐리지에 상기 각 라이너에 대응되도록 고정되며, 상기 수지에 함침된 카본섬유 또는 유리섬유 필라멘트들이 상기 각 라이너에 동일한 설정 각도 및 동일한 위치로 동시에 감겨지도록 조정하는 아이 로테이션(eye rotation)들을 포함하는,
복합재료 압력용기의 제조장치.