KR102284616B1 - 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재 - Google Patents
자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102284616B1 KR102284616B1 KR1020170122490A KR20170122490A KR102284616B1 KR 102284616 B1 KR102284616 B1 KR 102284616B1 KR 1020170122490 A KR1020170122490 A KR 1020170122490A KR 20170122490 A KR20170122490 A KR 20170122490A KR 102284616 B1 KR102284616 B1 KR 102284616B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fiber
- sheet
- thermoplastic resin
- continuous
- reinforced thermoplastic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000011199 continuous fiber reinforced thermoplastic Substances 0.000 claims abstract description 99
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 80
- 229920001431 Long-fiber-reinforced thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 63
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 57
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 38
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 5
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 229920005673 polypropylene based resin Polymers 0.000 description 4
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 3
- 229920006026 co-polymeric resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000412 polyarylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229920005653 propylene-ethylene copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/03—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers with respect to the orientation of features
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
- B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
- B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2250/00—Layers arrangement
- B32B2250/03—3 layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
- B32B2305/07—Parts immersed or impregnated in a matrix
- B32B2305/076—Prepregs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
- B32B2305/08—Reinforcements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
- B32B2307/546—Flexural strength; Flexion stiffness
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2605/00—Vehicles
- B32B2605/08—Cars
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
굴곡 강도가 우수한 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재 에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재는 적어도 하나 이상의 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트; 및 적어도 3개 이상의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트;를 포함하고, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트는 단일방향으로 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하며, 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향과 인접한 다른 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향이 이루는 각도는 175~185˚인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재는 적어도 하나 이상의 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트; 및 적어도 3개 이상의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트;를 포함하고, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트는 단일방향으로 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하며, 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향과 인접한 다른 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향이 이루는 각도는 175~185˚인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 하이브리드 섬유강화 복합재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트 및 적어도 3개 이상의 연속섬유강화열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트를 조합한 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재에 관한 것이다.
기존에는 자동차 부품들을 금속 재질로 제조하여 고강도 및 고강성을 확보하고자 하였다. 금속으로 제조된 자동차 부품의 경우, 가공 시 제조 비용이 많이 들고, 중량이 커짐에 따라 경량화를 확보하기에 어려운 면이 있었다.
최근에는 금속 대신 강화섬유와 수지 매트릭스로 이루어진 플라스틱 재질로 자동차 부품을 제조하여 경량화를 확보하고 있다.
예를 들어, 강화섬유와 수지 매트릭스로 이루어진 플라스틱은 섬유의 함량, 종류 등을 조절하여 경량화, 고강도 및 고강성을 나타내는데, 섬유의 함량이 적정 범위를 초과하는 경우 경량화를 나타내기 어렵고, 장섬유만을 포함하는 복합재는 성형성이 우수한 반면 고강도를 나타내기 어렵고, 연속섬유만을 포함하는 복합재는 강도 및 강성이 우수한 반면 장섬유를 포함하는 복합재에 비해 성형성이 취약한 단점이 있다.
따라서, 자동차 부품에 적용되기 위해 경량화, 고강도 및 고강성을 나타낼 수 있는 섬유강화 복합재의 연구가 필요한 실정이다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0138095호(2013.12.18. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 배향이 최적화된 크로스-플라이를 포함하는 복합 적층체가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 굴곡 강도가 우수한 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 섬유강화 복합재는 적어도 하나 이상의 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트; 및 적어도 3개 이상의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트;를 포함하고, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트는 단일방향으로 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하며, 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향과 인접한 다른 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향이 이루는 각도는 175~185˚인 것을 특징으로 한다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트가 적어도 3개 이상 연속으로 적층된 것일 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트는 두께가 0.1~2mm일 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트는 두께가 0.1~2mm일 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트는 제1열가소성 수지 100중량부에 대하여, 장섬유 20~60중량부를 포함할 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트는 제2열가소성 수지 100중량부에 대하여, 연속섬유 20~60중량부를 포함할 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트는 길이가 20~50mm인 장섬유를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 섬유강화 복합재는 ASTM D790에 따른 굴곡 강도가 200~400MPa일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재는 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트와 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트를 적층시킨 구조에 의해, 성형성 뿐만 아니라 고강도 및 고강성의 우수한 물성을 나타낼 수 있다.
특히, 섬유강화 복합재 내에서 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트가 3층 이상 연속으로 적층되고, 동시에 배면에 배치되는 경우 우수한 굴곡 강도를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재는 장섬유강화 열가소성 수지 시트와 연속섬유강화 열가소성 수지 시트가 적층된 구조에 의해, 기존의 장섬유강화 열가소성 수지 복합재 또는 연속섬유강화 열가소성 수지 복합재에 비해 우수한 성형성, 고강도 및 고강성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 섬유강화 복합재(100)는 적어도 하나 이상의 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트(10) 및 적어도 3개 이상의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트(20)를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재는 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트(10) 및 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트(20)가 적층된 구조를 나타낸다.
장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트(10)
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)는 제1열가소성 수지로 형성된 매트릭스 내에 장섬유(미도시)가 분산된 시트를 가리키며, 구체적으로, 제1열가소성 수지가 모재를 구성하고, 그 안에 섬유가 함침되는 구조이다. 이는 열가소성 수지로만 형성된 시트보다 강도가 보강된 시트이다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)는 후술할 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)에 비해 흐름성 및 성형성이 우수하여 자동차 구조용 재료로 많이 사용되며, 복합재 제조 시 우수한 가공성을 나타낼 수 있다.
상기 제1열가소성 수지는 폴리프로필렌계 수지, 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리염화비닐계 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1열가소성 수지는 폴리프로필렌계 수지를 포함할 수 있고, 상기 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌계 공중합 수지로서 프로필렌-에틸렌 공중합 수지, 프로필렌-부텐 공중합 수지 및 에틸렌-프로필렌-부텐 공중합 수지를 포함할 수 있다. 상기 제1열가소성 수지가 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 경우, 섬유강화 복합재의 경량화 확보에 용이하다.
상기 장섬유(미도시)는 연속섬유보다 길이가 짧고, 소정의 길이로 절단된 섬유를 의미하며, 상기 장섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 천연 섬유 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 장섬유는 길이가 20~50mm인 것이 바람직하고, 상기 장섬유의 길이가 이 범위를 초과하는 경우, 장섬유의 분산성이 저하되면서 적절한 수준의 강성 및 강도를 확보하기 어렵고, 섬유강화 복합재 제조 시 성형성이 저하될 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)는 제1열가소성 수지 100중량부에 대하여, 장섬유 20~60중량부를 포함할 수 있다. 장섬유의 함량이 이 범위를 벗어나는 경우, 섬유강화 복합재의 유동성, 성형성을 조절하기 어려울 수 있으며, 섬유강화 복합재의 물성이 저하될 수 있다.
이처럼, 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)는 길이가 20~50mm인 장섬유를 20~60중량부를 포함함에 따라, 두께 범위 0.1~2mm 를 만족할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)를 포함함으로써 섬유강화 복합재(100)의 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)에 포함되는 장섬유는 랜덤방향 또는 단일방향으로 배향성을 가질 수 있으며, 압출 방향에 따라 배향성을 가질 수 있다. 일반적으로 압출 방향은 섬유 방향을 가리키며, 연속 섬유의 배향 방향과 이루는 각도가 평행임을 의미한다. 상기 랜덤방향으로 배향성을 갖는다는 것은 상기 장섬유 단일 가닥들이 무질서한 방향으로 배열된 것을 의미한다. 상기 단일방향으로 배향성을 갖는다는 것은 스트랜드(strand) 형태의 장섬유 단일 가닥들이 어느 하나의 방향으로 배열된 것을 의미한다. 또한, 단일방향으로 배향성을 갖는다는 것은 소정의 두 장섬유가 이루는 각도가 10˚이하, 구체적으로는 5˚이하인 경우를 포함하고, 상호간 완전하게 평행한 상태뿐만 아니라, 육안으로 봤을 때 식별하기 어려운 정도의 오차 범위는 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상기 제1열가소성 수지 및 장섬유를 포함하는 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
먼저, 제1열가소성 수지를 컴파운딩 압출기(Compounding Extruder)에 투입하고, 로빙(roving) 형태의 복수의 실타래로부터 뽑아져 나온 보강섬유를 상기 컴파운딩 압출기의 중간부에 투입한다. 이어서, 상기 보강섬유를 소정의 길이로 절단함과 동시에 절단된 섬유와 예열된 제1열가소성 수지를 혼합한다. 이어서 스트랜드(strand) 형태의 장섬유를 토출하고, 이를 금형에서 압착 및 성형하여 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)를 제조한다.
연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트(20)
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트(20)는 제2열가소성 수지로 형성된 매트릭스 내에 연속섬유(22)가 분산된 시트를 가리키며, 구체적으로, 제2열가소성 수지가 모재를 구성하고, 그 안에 섬유가 함침되는 구조이다. 이는 열가소성 수지로만 형성된 시트보다 강도가 보강된 시트이다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)는 끊김이 없는 연속섬유(22)를 포함함으로써 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)에 비해 고강도를 나타낼 수 있다. 상기 연속섬유(22)는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 천연 섬유 중 1종 이상을 포함하는 섬유 강화재로서, 섬유강화 복합재의 최종적인 크기에 의존하여 그 내부에서 끊어지지 않고 연속적인 형태로 존재하는 것을 의미한다.
예를 들어, UD 시트(unidirection sheet) 내의 연속섬유와 같이, 상기 연속 섬유는 연속 공정으로 제조될 수 있고, 이러한 연속 공정에 상기 연속 섬유를 연속적으로 공급함으로써, 연속 섬유를 포함한 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다. 따라서, 상기 섬유강화 복합재는 시트와 같은 특정 형상의 제품으로 제조될 수 있는데, 이러한 시트와 같은 제품 내에서 상기 연속 섬유는 그 제품의 형상에 따라 특정 범위의 길이를 가지게 된다. 그러나, 이러한 특정 범위의 길이는 연속적으로 연속섬유가 공급되는 제조 공정상 임의 조절이 가능하다는 점에서 상기 연속 섬유는 ‘연속성’을 가지는 것으로 보아야 할 것이고, UD 시트 또는 직물 내의 연속 섬유와 같이 대부분의 경우, 제품 내부에서 끊어지지 않고 연속성을 갖는다.
상기 제2열가소성 수지에 대한 사항은 상기 제1열가소성 수지에서 전술한 바와 같다. 또한, 상기 연속섬유(22)에 대한 사항은 전술한 바와 같이, 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 천연 섬유 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)는 제2열가소성 수지 100중량부에 대하여, 연속섬유 20~60중량부를 포함할 수 있다. 연속섬유(22)의 함량이 이 범위를 벗어나는 경우, 섬유강화 복합재의 고강도 및 고강성을 나타내기 어려울 수 있으며, 섬유강화 복합재의 물성이 저하될 수 있다.
이처럼, 상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트는 연속섬유를 20~60중량부를 포함함에 따라, 두께 범위 0.1~2mm 를 만족할 수 있으며, 적어도 3개 이상의 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)를 포함함으로써 섬유강화 복합재(100)의 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)는 단일방향으로 배향성을 갖는 연속섬유(22)를 포함하며, 단일방향으로 배향성을 갖는다는 것은 소정의 두 연속섬유가 이루는 각도가 10˚이하, 구체적으로는 5˚이하인 경우를 포함하고, 상호간 완전하게 평행한 상태뿐만 아니라, 육안으로 봤을 때 식별하기 어려운 정도의 오차 범위는 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재(100)는 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)를 적어도 3개 이상 포함하는 것이 바람직하며, 시트(20)를 적어도 3개 이상 포함함으로써, 고강도 및 고강성의 물성을 확보할 수 있다.
이때, 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)에 포함된 연속섬유(22)의 배향 방향(d1)과 인접한 다른 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)에 포함된 연속섬유(22)의 배향 방향(d2)이 이루는 각도(θ)가 175~185˚인 것이 바람직하다. 이는 서로 다른 시트에 포함된 연속섬유 단일 가닥들이 이루는 각도(θ)가 175~185˚인 것으로, 수평임을 의미하며, 통상적으로 수평으로 이해되는 각도 범위를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)에 포함된 연속섬유(22)의 배향 방향과 인접한 다른 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)에 포함된 연속섬유(22)의 배향 방향이 수평을 형성함으로써, 연속섬유의 배향 방향을 유지하려는 힘(modulus)에 의해 본 발명의 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재(100)는 200MPa 이상의 우수한 굴곡 강도를 나타낼 수 있다.
특히, 도 2, 3, 5에 도시한 바와 같이, 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)를 적어도 3개 이상 연속으로 적층시킨 경우, 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재(100)는 보다 우수한 굴곡 강도를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 적어도 3개 이상 연속으로 적층된 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)가 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재(100)에서 배면에 배치될 때 우수한 굴곡 강도를 나타낼 수 있다.
상기 제2열가소성 수지 및 연속섬유를 포함하는 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
먼저, 제2열가소성 수지를 컴파운딩 압출기에 투입하여 상기 제2열가소성 수지의 용융 온도 이상의 온도에서 용융시킨다. 연속섬유는 로빙(roving) 형태의 복수의 실타래로부터 뽑아져 나와 금형에 투입된다. 상기 컴파운딩 압출기를 통해 용융된 제2열가소성 수지가 금형 내에 투입되어 상기 연속섬유에 함침되도록 한다.
이어서, 이를 프레스(press)하여 적절한 크기로 절단하고, 카렌다(calendar) 공정을 이용하여 프레스함으로써, 연속섬유의 단일 배향성을 조절하고 표면 물성이 우수한 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)를 제조할 수 있다.
상기 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재(100)는 전술한 바와 같이, 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(10)와 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)를 포함하고, 구체적으로 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)에 포함된 연속섬유가 단일방향으로 배향성을 갖도록 배향되고, 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향과 인접한 다른 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향이 이루는 각도는 175~185˚를 형성함으로써, 우수한 강도 및 강성을 나타낼 수 있다.
상기 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재(100)는 ASTM D790에 따른 굴곡 강도가 200~400MPa일 수 있다. 굴곡강도는 일정한 속도로 시편을 누르는 경우, 시편으로부터 발생되는 최대의 강도로서, 상온 23℃ 에서 ASTM D790 방법으로 측정할 수 있다.
상기 자동차 부품은 예를 들어, 루프 랙(Roof rack), 범퍼 백빔(Bumper backbeam), 시트백 프레임(Seatback frame), 도어 빔(Door beam), 테일 게이트(Tail gate) 또는 FEM 캐리어(FEM carrier)일 수 있다.
이와 같이 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 제조
제조예
앞서 제시한 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트의 제조방법에 따라, 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여, 유리섬유(평균 길이 20mm, 단면 직경 17㎛) 35중량부를 포함하는 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(A)를 마련하였다.
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(A)의 두께는 2mm이다.
앞서 제시한 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트의 제조방법에 따라, 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여, 단일방향으로 배향성을 갖는 유리섬유(단면 직경 17㎛) 35중량부를 포함하는 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(B)를 마련하였다.
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(B)의 두께는 2mm이다.
실시예 1
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제조예에 따른 시트(A)와 시트(B)를 적층하되, 최상부 시트부터 B/B/B/A 구조로 적층하고, 하나의 시트(B)에 포함된 연속섬유의 배향 방향과 인접한 다른 하나의 시트(B)에 포함된 연속섬유의 배향 방향이 수평이 되도록 적층하여 10MPa 압력으로 프레스한 후, 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
실시예 2
도 3에 도시한 바와 같이, 최상부 시트부터 A/B/B/B 구조로 적층한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
실시예 3
도 4에 도시한 바와 같이, 최상부 시트부터 B/A//B/A/B 구조로 적층한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
실시예 4
도 5에 도시한 바와 같이, 최상부 시트부터 A//B/B/B/A 구조로 적층한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
비교예 1
제조예에 따른 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트(A)만을 이용하여, 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
2. 물성 평가 방법 및 그 결과
굴곡 강도 : ASTM D790에 준하여, 상온 23℃에서 굴곡 강도를 측정하였다.
[표 1]은 실시예 1~4 및 비교예 1의 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재의 굴곡 강도(MPa)를 나타낸 결과이다.
[표 1]
[표 1]의 결과를 참조하면, 실시예 1~4의 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재는 비교예 1의 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재에 비해서 굴곡 강도가 우수한 결과를 나타낸다.
특히, 도 3 및 도 5에서와 같이, 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트(20)가 3층으로 연속 적층되고, 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재(100)에서 배면에 배치될 때 300MPa 이상의 우수한 굴곡 강도를 나타냄을 확인할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트
20 : 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트
22 : 연속섬유
100 : 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재
20 : 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트
22 : 연속섬유
100 : 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재
Claims (8)
- 적어도 하나 이상의 장섬유강화 열가소성 수지(long fiber reinforced thermoplastic, LFT) 시트; 및
적어도 3개 이상의 연속섬유강화 열가소성 수지(continuous fiber reinforced thermoplastic, CFT) 시트;를 포함하고,
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트는 제1열가소성 수지와 장섬유를 포함하고,
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트는 제2열가소성 수지와 단일방향으로 배향성을 갖는 연속섬유를 포함하며,
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트는 제2열가소성 수지 100중량부에 대하여, 연속섬유 20~60중량부를 포함하며,
하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향과 인접한 다른 하나의 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트에 포함된 연속섬유의 배향 방향이 이루는 각도는 175~185˚인 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트가 적어도 3개 이상 연속으로 적층된 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트는 두께가 0.1~2mm인 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 연속섬유강화 열가소성 수지(CFT) 시트는 두께가 0.1~2mm인 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트는 제1열가소성 수지 100중량부에 대하여, 장섬유 20~60중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 장섬유강화 열가소성 수지(LFT) 시트는 길이가 20~50mm인 장섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 하이브리드 섬유강화 복합재는 ASTM D790에 따른 굴곡 강도가 200~400MPa인 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170122490A KR102284616B1 (ko) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170122490A KR102284616B1 (ko) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190033831A KR20190033831A (ko) | 2019-04-01 |
| KR102284616B1 true KR102284616B1 (ko) | 2021-07-30 |
Family
ID=66104747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170122490A Active KR102284616B1 (ko) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102284616B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102634573B1 (ko) | 2023-07-05 | 2024-02-06 | 코오롱글로텍주식회사 | 자동차 외장재용 복합재 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102152204B1 (ko) * | 2019-05-20 | 2020-09-07 | 주식회사 코프라 | 섬유강화복합소재의 인서트 오버몰딩을 포함하는 자동차용 현가장치 제조방법 및 이를 통해 제조된 자동차용 현가장치 |
| KR102749672B1 (ko) * | 2020-11-13 | 2025-01-03 | 한국재료연구원 | 충격 흡수용 복합 판재 및 이의 제조방법 |
| KR20230106365A (ko) | 2022-01-06 | 2023-07-13 | 현대자동차주식회사 | 진동 흡수 특성을 가지는 나선형 구조의 복합재 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR112012033036A2 (pt) * | 2010-06-22 | 2016-12-20 | Ticona Llc | prepreg termoplástico que contém fibras contínuas e longas |
| KR101616634B1 (ko) * | 2014-09-24 | 2016-04-29 | (주)엘지하우시스 | 시트백 프레임, 이의 제조방법 및 차량용 시트백 |
| KR20160083985A (ko) * | 2015-01-02 | 2016-07-13 | (주)엘지하우시스 | 차량의 무릎 보호장치 및 이의 제조방법 |
| KR20160133605A (ko) * | 2015-05-12 | 2016-11-23 | 현대자동차주식회사 | 자동차 부품용 보강재 및 이를 포함하는 자동차 부품 |
-
2017
- 2017-09-22 KR KR1020170122490A patent/KR102284616B1/ko active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102634573B1 (ko) | 2023-07-05 | 2024-02-06 | 코오롱글로텍주식회사 | 자동차 외장재용 복합재 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190033831A (ko) | 2019-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102284616B1 (ko) | 자동차 부품용 하이브리드 섬유강화 복합재 | |
| EP2537881A1 (en) | Sheet for fiber-reinforced resin and fiber-reinforced resin molded article using same | |
| CN106459438B (zh) | 长纤维增强塑料复合材料及长纤维增强塑料复合材料的制备方法 | |
| KR101417245B1 (ko) | 함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법 | |
| US9499689B2 (en) | Carbon fiber reinforced polypropylene resin composition with excellent molding property | |
| KR102267884B1 (ko) | 하이브리드형 섬유강화 복합재료 | |
| US20150266245A1 (en) | Method for manufacturing fiber-reinforced resin materials | |
| CN107264457A (zh) | 具有加强外皮的i形梁 | |
| KR102152204B1 (ko) | 섬유강화복합소재의 인서트 오버몰딩을 포함하는 자동차용 현가장치 제조방법 및 이를 통해 제조된 자동차용 현가장치 | |
| JPH01297238A (ja) | 可撓性の薄層積層型プレプレグから形成された繊維強化熱可塑性樹脂複合体 | |
| US9630579B2 (en) | Bumper back-beam for vehicles | |
| CN106739387A (zh) | 一种采用双钢带压机加压连续制备聚丙烯自增强复合材料的方法 | |
| KR20170052617A (ko) | 보강 구조가 결합된 다중쉘 복합재료 부품의 제조 | |
| KR102063600B1 (ko) | 섬유 강화 복합재 및 이를 이용한 자동차용 내·외장재 | |
| US20170044358A1 (en) | Fiber-reinforced plastic composition, and fiber-reinforced composite with improved impact performance, prepared therefrom | |
| US20220388273A1 (en) | Self-reinforced polymer structures | |
| US10266663B2 (en) | Continuous fiber reinforced composite and manufacturing method therefor | |
| KR20160022467A (ko) | 복합재 및 이의 제조방법 | |
| KR102063602B1 (ko) | 섬유 강화 복합재 시트 및 이의 제조방법 | |
| KR101782197B1 (ko) | 함침성이 우수한 연속섬유 보강 복합재 및 그 제조 방법 | |
| KR102291006B1 (ko) | 고강도 경량 차량용 도어 임팩트 빔 제조방법 | |
| KR102253106B1 (ko) | 연속섬유 복합재 및 그 제조 방법 | |
| KR102010824B1 (ko) | 함침성이 우수한 열가소성 복합재의 제조방법 | |
| KR102253104B1 (ko) | 섬유강화 복합재 및 그 제조 방법 | |
| KR101773231B1 (ko) | 장섬유 보강 플라스틱 복합재 및 장섬유 보강 플라스틱 복합재의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20170922 |
|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20190329 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20170922 Comment text: Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200803 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20210216 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20210720 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20210727 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20210727 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |