KR20180079729A - 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품 및 이의 제조방법 - Google Patents
준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180079729A KR20180079729A KR1020170000287A KR20170000287A KR20180079729A KR 20180079729 A KR20180079729 A KR 20180079729A KR 1020170000287 A KR1020170000287 A KR 1020170000287A KR 20170000287 A KR20170000287 A KR 20170000287A KR 20180079729 A KR20180079729 A KR 20180079729A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fiber
- quasi
- resin
- isotropic
- reinforced plastic
- 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.)
- Ceased
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 36
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 title 1
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims abstract description 44
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 150000003951 lactams Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 229920001470 polyketone Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 claims abstract description 7
- WSQZNZLOZXSBHA-UHFFFAOYSA-N 3,8-dioxabicyclo[8.2.2]tetradeca-1(12),10,13-triene-2,9-dione Chemical compound O=C1OCCCCOC(=O)C2=CC=C1C=C2 WSQZNZLOZXSBHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 6
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 50
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 48
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 48
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 30
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 17
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 17
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 14
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 9
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 claims description 8
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000299 Nylon 12 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 2
- 229920006305 unsaturated polyester Polymers 0.000 claims description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 26
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 19
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 14
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 12
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 11
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 11
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 10
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 229920001431 Long-fiber-reinforced thermoplastic Polymers 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 5
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 5
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000010137 moulding (plastic) Methods 0.000 description 3
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 3
- 239000002685 polymerization catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000002990 reinforced plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 3
- 239000004412 Bulk moulding compound Substances 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003677 Sheet moulding compound Substances 0.000 description 2
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 description 2
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 2
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- 239000012963 UV stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B11/00—Making preforms
- B29B11/02—Making preforms by dividing preformed material, e.g. sheets, rods
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B11/00—Making preforms
- B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
- B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
-
- 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
-
- 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
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
-
- 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
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2077/00—Use of PA, i.e. polyamides, e.g. polyesteramides or derivatives thereof, as moulding material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
본 발명은, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 강화섬유 직물에 도포, 함침 및 중합시킴으로써 프리프레그를 제조하는 단계; 상기 프리프레그를 다수의 준등방성 박편으로 분할하는 단계; 상기 다수의 준등방성 박편을 성형틀에 충전하는 단계 및 성형들에 열과 압력을 적용하는 단계;를 포함하는 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 추가적인 설비를 설치하지 않고도, 비교적 간단한 공정으로 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻을 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 제조방법은 추가적인 설비를 설치하지 않고도, 비교적 간단한 공정으로 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻을 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 준등방성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기존 보유 설비를 이용하여 비교적 단순한 공정으로 준등방성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻을 수 있는 방법 및 준등방성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품에 관한 것이다.
합성 플라스틱 소재는 지난 세기초부터 다양한 물품의 제조에 널리 적용되고 있는 소재로서 우수한 성형성, 수분에 대한 내부식성, 절연성 및 낮은 비중 등의 특징을 가지고 있다. 크게 열경화성 수지와 열가소성 수지로 나눌 수 있으며, 이 두 소재는 상호 경쟁하거나 상호 보완하는 기술과 제품의 개발을 통해 매우 다양한 종류의 소재로 발전해 왔다.
합성 플라스틱 소재 중에서 공업용 플라스틱 소재는 주로 열가소성 수지 및 그의 조성물을 일컫는데, 특히 기능성 및 물성이 우수한 다양한 플라스틱 소재를 포함하고 있다. 이들 소재는 수십년에 걸쳐 기존의 목재, 금속재 등을 대체하며 산업용 기초 소재로서 적용되어 왔으며, 이와 더불어 열경화성 수지의 단점을 보완하며 그 적용 범위를 넓히고 있다. 공업용 플라스틱 소재는 그 소재 자체로 성형하여 사용되거나, 다양한 기능을 가진 첨가제를 혼합하여 기계적 물성을 향상시키거나 물리적 성질을 변화시키는 등의 방법으로 새로운 조성물로서 적용되고 있다.
합성 플라스틱 소재는 기계적 물성을 보강하기 위하여 다양한 강화재를 혼합하여 사용하고 있으며, 구성 요소로서 기재 수지 및 강화재로 이루어져 있다. 기재 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지로 이루어져 있다. 강화재는 다양한 형태와 물질이 적용되고 있는데, 주로 구상, 침상, 섬유상의 형태를 가진 무기물 및 유기물이 사용된다. 상업적으로는 구상의 자연 유래 무기물 및 섬유상의 무기물 및 유기물이 합성 플라스틱 소재의 기계적 물성 보강을 위하여 첨가되는데, 유리섬유 또는 탄소섬유는 가장 널리 사용되는 강화재 중의 하나이다. 이들 섬유상 강화재는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 혼합되어, 수지 내에서 성형물 전체에 가해지는 하중을 분산, 흡수 또는 전달하여 성형물의 기계적 물성을 보강하는 작용을 한다. 이들 섬유가 가진 형태에 따라, 섬유가 짧게 절단되어 첨가된 단섬유 강화 플라스틱 소재, 길게 절단되어 첨가된 장섬유 강화 플라스틱 및 섬유가 끊어짐이 없이 연속상으로 첨가된 연속상섬유 강화 플라스틱 등으로 분류하여 볼 수 있다. 이들 소재는 적용하고자 하는 용도와 요구되는 기계적 물성에 따라 선택되어 사용이 된다. 이들 중 연속상섬유 강화 플라스틱은 가장 우수한 기계적 물성을 가지고 있어 다양한 고성능 성형품의 제조에 적용되고 있으며, 최근 들어 에너지 사용량 저감 및 고성능 소재 적용의 움직임이 확대되고 있는 바, 동 소재 개발에 대한 요구가 증대되고 있다.
공업용 플라스틱 소재는 상기와 같이 다양한 형태의 강화재를 적용한 강화 플라스틱 소재로서 주로 사용되고 있는데, 열경화성 수지를 적용한 합성 플라스틱 소재와 비교할 때에 우수한 가공성, 우수한 인성, 우수한 생산성 등의 장점을 보유하고 있다. 최근 들어 각광을 받고 있는 열가소성 수지 적용 장섬유 강화 플라스틱과 연속상섬유 강화 플라스틱은 금속 소재를 대체하는 경량 소재로서 상기 열경화성 수지 적용 합성 플라스틱 소재 대비 우수한 가공성 및 우수한 생산성으로 인해 다양한 개발이 이루어지고 있다.
하지만, 상기 장섬유 강화 플라스틱은 기존 단섬유 강화 플라스틱과 비교할 때에 기계적 물성이 우수하지만, 연속상섬유 강화 플라스틱과 비교할 때에는 기계적 물성이 낮아 제품 설계 상의 요구 조건을 만족시키지 못 할 수 있고, 연속상섬유 강화 플라스틱은 기계적 물성은 매우 우수하지만 연속상섬유 또는 연속상섬유의 직물 구조 강화재를 사용함에 따라 제품 성형에 제약이 많은 문제점을 가지고 있다. 장섬유 강화 플라스틱은 성형 전 강화재 섬유의 길이가 약 10mm 가량인데 유효한 강화재 섬유의 강화 효과가 미치는 범위가 크지 않기 때문이며, 연속상섬유 강화 플라스틱은 강화재가 연속상의 고강성, 고강도 섬유이므로 제품 성형을 할 때에 강화재 섬유의 길이 변화가 극히 제한되므로 소재의 변형량이 기재 수지 보다는 강화재의 변화량에 의지하게 되어 소재의 형태를 변형하는 것이 어려워지므로 제품의 성형성이 좋지 않은 문제가 있다.
이에 따라, 일방향 연속상섬유 강화 플라스틱을 일정한 폭을 가지고 길이 10mm 보다 길게 재단하여 일정한 방향으로 적층하고 이를 성형용 금형에 배치한 후 압축 성형하여 준등방성 박편을 얻는 기술이 한국 공개특허 10-2014-0068868에 개시되어 있다. 이 기술에 의한 준등방성 박편을 다시 성형용 금형 내에 일정량을 도포한 후 가열 및 가압 하에서 성형을 하면 기존 단섬유 강화 플라스틱 대비 길이가 긴 강화재 섬유에 의하여 기계적 물성이 향상되고, 기존 연속상섬유 강화 플라스틱 대비 굴곡부 또는 딥 드로잉부 등에서 두께 변화, 강화재 이탈 또는 찢어짐 등의 불량이 발생하지 않은 성형품을 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만, 일방향 연속상섬유 강화 플라스틱을 재단하고 여러 층으로 적층을 한 후 압축 성형을 하고 다시 재단을 하여야 하는 공정이 매우 복잡하고, 또한 이 공정에 소재 적층을 위한 전용 설비가 필요하다는 문제점을 가지고 있다. 상기 기술에 의한 소재는 제작 공정이 복잡하다는 단점 외에도 일방향 섬유가 완전히 분산이 되지 않으면 섬유가 분산된 형태에 따라 물리적 성질의 방향성이 발생할 수 있고, 이에 따라 전체 성형 제품의 물리적 성질의 준등방성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이는 성형 공정 및 설비로 보완이 가능할 수 있으나, 기존 설비와 성형 조건에서 이 문제를 해결하기는 용이하지 않다.
이에, 공정이 단순하고 기존 보유 설비를 이용하여 용이하게 준등방성 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻을 수 있는 섬유 강화 플라스틱 소재의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 섬유 강화 플라스틱 소재를 적층하는 전용 설비를 갖추지 않고도 준등방성 강화 플라스틱 소재를 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 강화섬유 직물에 도포, 함침 및 중합시킴으로써 프리프레그를 제조하는 단계; 상기 프리프레그를 다수의 준등방성 박편으로 분할하는 단계; 상기 다수의 준등방성 박편을 성형틀에 충전하는 단계 및 성형틀에 열과 압력을 적용하는 단계;를 포함하는 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시예에 따르면, 상기 준등방성 박편은 가로 및 세로의 길이가 각각 100mm이하이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 프리프레그를 제조하는 단계에서 사용되는 수지 조성물은, 에폭시, 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 열경화성 폴리우레탄, 페놀로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 열경화성 수지를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일례는, 상기 강화섬유 직물을 구성하는 섬유사가, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 및 자연 유래 셀룰로오스섬유로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 섬유사이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일례는, 상기 폴리아미드 수지가 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 12로 이루어진 군에서 선택된 1종의 수지이다.
또한 본 발명은, 상기 기재된 방법으로 제조된 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 제공한다.
본 발명은 공정이 단순하고 기존 보유 설비를 이용하여 용이하게 준등방성 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은, 모든 방향에 대하여 동등 수준의 기계적 물성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품을 얻을 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 있어 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법은, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 강화섬유 직물에 도포, 함침 및 중합시킴으로써 프리프레그를 제조하는 단계; 상기 프리프레그를 다수의 준등방성 박편으로 분할하는 단계; 상기 다수의 준등방성 박편을 성형틀에 충전하는 단계 및 성형틀에 열과 압력을 적용하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 프리프레그를 구성하는 강화섬유에 대해 먼저 설명한다. 본 발명에 사용되는 강화섬유층은 일방향 파이버(fiber)를 사용하는 것이 아니라, 직물(woven fabric)을 사용하는데 특징이 있고, 이 직물(woven fabric)은 파이버들이 일정한 방향으로 교차하면서 배열되어 있으므로 복수 개의 방향으로 강화 효과를 가지면서 높은 기계적 물성을 구현할 수 있으며, 직조, 이축, 다축 등 다양한 형태의 직물도 사용 가능하기 때문에 원하는 제조 부품의 형태에 따라 물성을 최적화시킬 수 있다.
본 발명에 사용되는 강화섬유의 직물은 특별한 제한이 없으나, 기계적 물성의 측면에서, 상기 강화섬유 직물을 구성하는 섬유사가, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 및 자연 유래 셀룰로오스섬유로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 섬유사인 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에 따른 연속상섬유 직물로서 상기 섬유사를 평직, 능직, 주자직 등의 직조 방법에 의하여 제작된 직물을 사용한다. 사용하는 연속상섬유 직물의 선택은 요구하는 최종 제품의 물리적 성질, 기계적 물성과 기능에 따라 소재 및 직조 방법을 선택할 수 있다. 예를 들어, 최종 제품에 고강성이 요구될 때에는 탄소섬유를 적용하고, 충격 강도가 요구될 때에는 주로 아리미드섬유를 선택한다. 또한, 상기 연속상섬유 직물을 혼합하여 사용할 수도 있다.
다음으로는 본 발명의 프리프레그 제조에 사용되는 수지에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 기지재료(matrix resin)로서 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있다.
열가소성 수지로는 특별한 제한이 없으나, 폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리카보네이트수지(polycarbonate, PC), 폴리아미드 수지(polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(polybutyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide), 폴리케톤 수지(polyketone), 폴리에테르케톤 수지(polyetheretherketone) 등의 열가소성 수지에서 선택될 수 있고, 수지의 함침도의 측면에서는 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 폴리아미드 수지 중에서도 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 12로 이루어진 군에서 선택된 1종의 수지인 것이 좋다.
열경화성 수지로는 불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 비닐에스테르 수지(vinylester resin), 페놀 수지(phenol resin), 멜라민 수지(melamine resin), 열경화성 폴리우레탄 수지(thermosetting polyurethane resin) 등의 열경화성 수지를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 열가소성 수지로는 고분자 단량체 또는 수지 입자가 사용되는 것에 특징이 있다. 수지 물질로는 섬유 강화층을 구성하고 있는 유리 섬유나 아라미드 섬유 또는 탄소 섬유 사이로 침투 및 함침이 용이하도록 용융점도가 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
입자 또는 파우더는 열가소성 고분자의 단량체를 매트릭스로 한다. 단량체는 파우더에 분산된 공지의 열중합 촉매에 의해 후술하는 가열처리에 따라 고분자로 중합되며, 이 고분자는 열가소성을 갖는다. 강화섬유 층에 함침되는 매트릭스로서 단량체를 사용하는 이유는, 전술한 바와 같이 고분자를 사용하는 경우 높은 용융 점도로 인하여 섬유로 이루어진 강화섬유 층에 함침이 어렵기 때문이다. 단량체는 낮은 분자량으로 인해 용융 점도가 낮다. 따라서, 본 발명에 있어서 단량체는 강화섬유 층에 잘 함침될 수 있도록 낮은 용융점도를 갖는 것이라면, 단량체는 물론 올리고머나 프리폴리머도 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 열가소성 고분자의 단량체로는 싸이클릭부틸렌테레프탈레이트(Cyclicbutyleneterephthalate, CBT), 락탐(Lactam), 카프로락탐(Caprolactam) 등을 예시할 수 있다. 싸이클릭부틸렌테레프탈레이트는 중합되어 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate, PBT)가 되며, 락탐 또는 카프로락탐은 중합되어 폴리아미드(Polyamide, PA)가 된다. 이들 고분자는 모두 내열성 및 기계적 강도가 우수한 엔지니어링 플라스틱으로 잘 알려져 있다.
본 발명에 사용되는 열가소성 수지의 수평균 분자량은 1,000 내지 90,000인 것이 특징이다. 수평균 분자량이 1,000 미만일 경우에는 물성 저하가 일어나기 쉽고, 수평균 분자량이 90,000을 초과할 경우에는 수지의 흐름성이 좋지 아니하여 함침성이 불량해진다.
한편, 열가소성 수지 입자의 입경으로는 입도가 30~500㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 30㎛미만에서는 취급성이 좋지 않고, 500㎛ 초과시 제조 시의 가공성과 함침성이 불충분하게 된다. 전술한 구성의 입자는 파우더 형태를 띄고 있는 구성이며, 파우더는 열중합 촉매와 열가소성 고분자의 단량체의 용융액에 첨가하여 분산시킴으로서 용이하게 준비할 수 있으며, 파우더는 후술하는 산포 공정을 통해 섬유 강화층의 표면에 분산될 수 있으면 되므로, 그래뉼, 펠렛 등 모든 형태를 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 입자로 구성된 파우더를 섬유 강화제 위에 균일하게 산포시킴에 따라 섬유 보강재의 표면은 파우더로 덮이게 되며, 파우더의 산포 두께에 따라 섬유 강화층과의 부피비를 조절할 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 수지가 상기 열거된 수지의 종류에 한정되는 것은 아니며, 용융점도가 낮은 다른 수지들도 응용이 가능하며 그 예로는 폴리올레핀, 폴리아릴레이트 및 폴리에스테르 등이 있다. 일반적으로 고분자 소재를 이용한 복합재료를 제조할 경우, 보강재 소재를 고분자 소재가 감싸는 형태로 제작되는데, 이때 보강재 소재가 고분자 소재에 충분히 함침되어야 하며, 함침도가 높을수록 기계적 물성이 우수해진다. 하지만, 내열성과 충격강도 등 열적, 기계적 강도가 우수한 고분자 소재는 점탄성을 갖고 있으며, 용융점도가 매우 커서 상기 섬유 강화층 사이로 함침이 매우 어렵기 때문에, 섬유(fiber) 함량이 높은 고강도용 복합재료 제조가 어려운 실정이다. 상기의 문제를 해결하기 위해 쉬트 몰딩 컴파운드(Sheet Molding Compound, SMC), 벌크 몰딩 컴파운드(Bulk Molding Compound, BMC) 공법들이 개발되어 일부 제품에 적용 중 이지만, 이러한 공법에 적용되는 고분자 수지는 극히 한정된 종류의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 이용하므로 제작에 필요한 비용과 시간이 많이 소모될 뿐만 아니라, 리싸이클에 불리한 단점이 있다.
또한 강화섬유 층 안의 섬유 사이로 고분자 수지가 충분히 함침이 되지 않아 고분자 수지가 응고된 후 미 충진 된 부분에서는 피로파괴의 시발점이 되는 내구력 문제를 내포하고 있다. 본 발명에서는 이와 같은 단점을 해결하고자 연구 노력한 결과, 섬유 (Fiber) 사이로 수지의 침투가 용이하고, 함침율이 높으며, 궁극적으로 물성향상을 유도할 수 있는 소재를 사용하였다. 더욱 구체적으로, 초기에는 파우더(powder) 형태의 단분자 구조를 갖고 있지만, 이를 가열하면 용융점 이상의 온도에서 점도가 매우 낮아지며, 점도가 낮은 상태에서 섬유(Fiber) 사이로 침투가 용이하게 일어나는 수지를 이용하였다.
또한 상기 이용되는 수지 혼합물은 중합 촉매, UV 안정제, 색상 조절 첨가제 등을 추가적으로 포함할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법에 대해 설명한다.
먼저 강화섬유 직물을 준비한다. 상기 강화섬유 직물을 구성하는 섬유사는, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 및 자연 유래 셀룰로오스섬유로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 섬유사인 것이 바람직하다.
2종 이상의 섬유사로 구성된 강화섬유 직물은, 경사가 유리섬유이고 위사가 탄소섬유이거나, 경사가 탄소섬유이고 위사가 유리섬유인 경우를 예시할 수 있다.
또한, 2종의 강화섬유를 합연한 하이브리드 섬유사를 위사 및 경사에 각각 적용한 직물을 강화섬유 직물로 사용할 수도 있다. 즉, 단사 또는 2합사 형태의 유리섬유사와 단사 또는 2합사 형태의 탄소섬유사를 합연한 하이브리드 섬유사로 평직 또는 능직 등의 방법으로 직조한 강화섬유 직물을 사용하여 성형부품을 제조할 경우, 유리섬유사를 단독으로 사용하였을 때와 비교해 성형부품의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 탄소섬유사를 단독으로 사용하였을 때와 비교해 비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 강화섬유 직물을 단층으로 준비하는 것이 가능하나, 다층으로 구성된 강화섬유 층을 사용하는 것도 가능하며, 유리섬유 1층 및 탄소섬유 1층으로 구성된 2층의 강화섬유 층을 사용하는 등 2종 이상의 강화섬유 직물을 여러 층 적층하여 강화섬유 층을 형성하는 것 역시 가능하다.
이어서, 강화섬유 층에 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 도포한다. 전술한 구성의 입자는 파우더 형태를 띄고 있는 구성이고, 파우더는 열중합 촉매와 열가소성 고분자의 단량체의 용융액에 첨가하여 분산시킴으로써 용이하게 준비할 수 있으며, 파우더는 후술하는 산포 공정을 통해 섬유 강화층의 표면에 분산될 수 있으면 되므로, 그래뉼, 펠렛 등 모든 형태를 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 입자로 구성된 파우더를 강화섬유 직물 층 위에 균일하게 산포시킴에 따라 섬유 보강재의 표면은 파우더로 덮이게 되며, 파우더의 산포 두께에 따라 섬유 강화층과의 부피비를 조절할 수 있다.
상기 섬유 강화층의 부피는 프리프레그 총 부피를 기준으로 30 내지 65 부피%로 조절하는 것이 바람직하다. 섬유 강화층의 부피 비율이, 30부피% 미만이면, 성형품의 기계적 물성이 떨어지고, 65부피%를 초과할 경우 수지의 함침성이 불량해진다.
그런 다음, 상기 입자가 도포된 강화섬유 층을 가열처리하여 상기 입자가 용융되어 강화섬유 층에 함침되도록 하면서 열가소성 고분자의 단량체를 열가소성 고분자로 열중합시킨다. 이를 가열처리하면 입자로 구성된 파우더의 매트릭스 성분인 단량체가 용융되는데, 단량체의 용융액은 점도가 낮으므로 섬유 강화재에 잘 함침된다. 또한 섬유 강화층 상에 함침된 단량체 용융액은 분산된 열중합 촉매에 의해 고분자로 중합된다. 가열처리는 예를 들어 180 내지 330℃와 같이 단량체의 용융과 중합이 가능한 온도로 적절히 선택할 수 있으며, 필요에 따라 가열처리 온도를 단계적으로 조절할 수도 있음은 물론이다. 본 발명에서는 상기 수지 입자가 도포된 강화섬유 층에 180 내지 330℃의 온도에서 2분 내지 1시간 동안 열처리를 하는데 더욱 바람직하게는 220 내지 300℃의 온도에서 진행한다. 상기 가열처리온도가 180℃ 미만이거나 열처리 온도가 2분 미만일 경우 수지의 용융이 일어나지 않아, 고체 분말 상태로 존재하여 물성 저하의 원인이 될 수 있으며, 330℃ 초과 또는 1시간 이상에서의 열처리 되는 경우, 수지의 열화에 의해 물성이 저하되는 문제가 발생한다.
이와 같은 공정을 통하여 제조된 프리프레그의 두께는 0.2 ~ 3.0 mm 이며, 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 mm 이다. 이때 프리프레그의 두께가 0.2 mm 미만이면 생산 공정 중에 수지의 함침이 불량할 수 있고 성형 공정에서 다량의 박편을 제조 및 사용하여야 하므로 공정 시간이 늘어날 수 있으며, 3.0 mm를 초과하면 복잡한 형상을 갖는 제품을 제조하기 어렵고, 준등방성을 해칠 수 있는 문제가 발생한다.
이후, 상기와 같이 제조된 프리프레그를 다수의 준등방성 박편으로 분할한다.
이때 1장의 열가소성 프리프레그를 박편으로 분할할 수 있으나, 2장 이상의 열가소성 프리프레그를 적층하여 다층 프리프레그를 제조한 후, 상기 다층 프리프레그를 다수의 준등방성 박편으로 분할할 수도 있다. 또한 2장 이상의 열가소성 프리프레그를 적층함에 있어 제1프리프레그와 제2프리프레그의 배향도를 다르게 하여 적층할 수 있다. 즉, 제1프리프레그의 섬유 방향에 대해 ±45° 방향으로 제2프리프레그를 배향하여 적층함으로써, 성형부품의 준등방성을 높이고, 나아가 성형부품의 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 것이다. 상기 구현예는 단지 예시적인 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 단층 또는 다층의 프리프레그로부터 준등방성 복합재 박편 ("준등방성 박편")을 제작하는 공정을 상세히 기재할 것이다. 특히 준등방성 박편은 여기에 기재한 어느 복합재로부터 형성될 수 있고, 다층 프리프레그는 2개 층의 프리프레그에 국한되지 않는다.
절단공구 또는 다른 공구가 준등방성 박편을 단층 또는 다층의 프레프레그로부터 절단하고, 분할하거나 그렇지 않으면 형성하고, 제작하거나 수득하는 데 사용될 수 있다. 원한다면 준등방성 박편을 형성하기 위해 펀치, 레이저, 톱과 같은 다른 공구, 및/또는 다른 구조물 또는 장비가 사용될 수 있다. 다양한 구현예에 따르면 준등방성 박편은 다양한 치수 및/또는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 일부 구현예에서 준등방성 박편은 정사각형, 타원형, 원형, 직사각형, 삼각형 등의 다양한 형상으로 형성된다.
프리프레그의 두께가 변할 수 있기 때문에 준등방성 박편은 일부 구현예에서는 입방체에 가까울 수 있다. 이 구현예가 예시하기 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 구성되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 있어 준등방성 박편은 가로 및 세로의 길이가 각각 100mm이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 50mm이하이고, 가장 바람직하게는 25mm이하이다.
일부 실시예에서, 프리프레그 롤을 롤 거치대에서 풀어주면서, 프리프레그의 길이 방향에 대하여 직각 방향으로 재단하되, 기계 방향의 폭이 25mm이하가 되도록 재단하여 테이프 형태의 프리프레그를 얻는다. 이후 상기 프리프레그 테이프의 길이 방향에 대하여 직각 방향으로 재단하되, 테이프의 길이 방향으로 폭 25mm이하가 되도록 재단하여 준등방성 방편을 제조한다.
상기와 같이 제조된 준등방성 박편을 성형틀에 배치한 후 열과 압력을 가함으로써 섬유 강화 플라스틱 성형품이 제조된다.
위와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 성형부품은 우수한 기계적 특성, 열적 특성, 인성, 내충격성 등을 겸비하고 있어, 건축자재 구조재료, 자동차, 항공기 구조재료, 우주 구조물 재료 등에 적합하게 사용된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어지는 것이다.
실시예
연속상섬유 직물로서 한국카본의 CF3326(경사 carbon fiber 3K, 위사 carbon fiber 3K, 256g/m2, 2:2 능직, 경사 5.1/cm, 위사 5.1/cm)를 사용하였고, 기지재료로서 폴리아미드 6 수지를 적용하였다. 롤 상으로 제공된 연속상섬유 직물을 거치대에 건 후, 미리 준비된 이형 필름 위에 풀어주면서 상기 폴리아미드 수지를 도포하였다. 연속상섬유 직물과 폴리아미드 수지의 복합화 비율은 준등방성 섬유 강화 플라스틱 박편으로서 각각 45 부피% 및 55부피%가 되도록 준비하였다. 수지가 도포된 후 동 수지와 상기 연속상섬유 직물을 다른 이형 필름으로 덮고, 연속식 가압 가열 장치에 투입하여 폴리아미드 수지를 용융시켜 연속상섬유 직물의 섬유에 함침시켰다. 용융된 폴리아미드 수지가 함침된 프리프레그를 가압 냉각하여 수지를 고화시킨 후 연속식 가압 가열 장치에서 토출되는 프리프레그를 롤 상으로 감아 준비하였다. 위와 같이 준비된 프리프레그 롤을 롤 거치대에서 풀어 주면서, 프리프레그의 길이 방향에 대하여 직각 방향으로 재단을 하되 재단된 프리프레그의 기계 방향 폭이 25mm가 되도록 프리프레그 테이프를 준비하였다. 상기의 방법으로 준비된 프리프레그 테이프를 동 테이프의 길이 방향에 대하여 직각 방향으로 재단하되, 동 테이프의 길이 방향으로 폭 25mm가 되도록 연속상섬유 강화 플라스틱의 박편을 준비하였다.
가로와 세로가 각각 25cm, 35cm이고 두께가 8mm인 알루미늄 판재를 준비하고, 불소계 수지가 코팅된 시트를 덮었다. 이 시트 위에 상기 연속상섬유 강화 플라스틱의 박편을 넓게 도포하되, 알루미늄 판재에서 30cm 가량 떨어진 위치에서 동 박편을 뿌려 연속상섬유의 방향이 무작위가 되도록 하였다. 준비된 원료 위에 다시 불소계 수지가 코팅된 시트를 덮고, 그 위에 바닥에 사용한 것과 동일한 크기의 알루미늄 판재를 덮었다. 바닥과 상부의 알루미늄 판재 사이에는 판재의 각 모서리마다 높이 2.1mm의 알루미늄 각재를 준비하였다.
위와 같이 준비된 금속틀과 연속상섬유 강화 플라스틱 박편을 핫플레이트 프레스에 넣고 핫플레이트를 가열하였다. 핫플레이트의 온도는 270도로 설정하였다. 핫플레이트의 온도가 250도에 도달한 후 5분 뒤에 프레스를 닫아 상기 연속상섬유 강화 플라스틱 박편을 일체화시켰다. 프레스의 압력은 연속상섬유 강화 플라스틱 박편에 대하여 0.2MPa이 연속상섬유 강화 플라스틱 박편에 대하여 0.2MPa이 되도록 하였다. 프레스를 닫은 후 5분 뒤에 핫플레이트를 냉각하기 시작하여 핫플레이트의 온도가 60도에 도달하였을 때에 프레스를 열고 알루미늄 판재와 성형된 준등방성 섬유강화 플라스틱 성형물을 회수하였다. 상기의 방법으로 얻어진 준등방성 섬유강화 플라스틱 성형물에서 일 방향을 0도로 설정하고, 0도 방향, +45도 방향, 90도 방향 및 -45도 방향으로 각각 가로 100mm, 세로 100mm인 시험편을 5개씩 준비하였다.
상기 시험편을 굴곡 시험하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
| 0도 방향 | +45도 방향 | 90도 방향 | -45도 방향 | ||||||||
| 두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
| 2.1 | 18.7 | 523 | 2.0 | 22.1 | 589 | 1.9 | 21.9 | 613 | 2.2 | 17.2 | 529 |
| 2.0 | 21.2 | 611 | 2.1 | 20.7 | 632 | 1.9 | 21.4 | 587 | 2.0 | 20.3 | 570 |
| 2.1 | 19.8 | 558 | 2.2 | 17.6 | 489 | 2.1 | 19.2 | 553 | 2.1 | 18.4 | 479 |
| 1.9 | 20.2 | 583 | 2.1 | 18.8 | 520 | 2.0 | 17.4 | 459 | 2.1 | 19.5 | 534 |
| 2.2 | 20.5 | 576 | 2.1 | 20.1 | 590 | 2.0 | 19.5 | 548 | 1.9 | 20.2 | 612 |
상기의 방법으로 제작된 준등방성 섬유강화 플라스틱 성형물은 표 1의 시험결과와 같이 네 방향에 있어 동등 수준의 기계적 물성을 가지는 것을 확인하였다.
비교예
연속상섬유 강화재로서 SK케미칼의 SK-N300(경사 carbon fiber 12K, 위사 열가소성수지, 300g/m3, 평직, 경사 3.8/cm, 위사 1.5/cm)을 사용하였고, 기지재료로서 실시예 1에 적용한 폴리아미드 6 수지를 사용하였다. 연속상섬유 직물과 폴리아미드 수지의 복합화 비율 및 연속상섬유 강화 프리프레그 제조 방법은 실시예 1과 동일하게 하였다. 이와 같이 얻어진 프리프레그를 재단하여 연속상섬유 강화 플라스틱 박편을 제작하고 일체화한 후 시험편을 준비하는 과정도 실시예와 동일한 방법으로 진행하였다.
이 예시에 사용된 연속상섬유 직물인 N300은 경사는 탄소섬유로 이루어져 있으나 위사는 열가소성수지로 이루어져 있으므로, 연속상섬유 강화 플라스틱 박편을 일체화할 때에 열가소성수지는 용융되어 기지재료에 희석되고 탄소섬유만 남아 강화재로 작용한다. 그러므로, 일방향 연속상섬유 강화 플라스틱과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
위와 같이하여 얻어진 시험편을 굴곡 시험하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
| 0도 방향 | +45도 방향 | 90도 방향 | -45도 방향 | ||||||||
| 두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
두께 (mm) |
굴곡 탄성율 (GPa) |
굴곡 강도 (MPa) |
| 2.3 | 18.3 | 497 | 2.0 | 9.5 | 179 | 2.2 | 26.9 | 602 | 2.1 | 19.9 | 512 |
| 2.2 | 15.4 | 404 | 2.0 | 15.8 | 405 | 2.1 | 16.9 | 337 | 2.2 | 9.9 | 238 |
| 2.1 | 21.3 | 609 | 2.0 | 11.8 | 303 | 1.9 | 9.1 | 185 | 2.1 | 23.8 | 662 |
| 2.2 | 22.4 | 564 | 2.1 | 4.2 | 169 | 2.0 | 8.6 | 153 | 2.0 | 11.7 | 387 |
| 2.3 | 25.7 | 639 | 2.0 | 8.8 | 264 | 2.1 | 11.2 | 201 | 2.0 | 10.2 | 258 |
상기 시험 결과에서, 비교예에 의한 성형 시험편의 굴곡 물성값은 실시예에 의한 성형 시험편의 굴곡 물성 대비 불량하다는 점이 확인되었다. 특히, 비교예에 의한 성형 시험편의 굴곡 물성 측정값은 시험편 간에 측정 물성값의 편차가 크고 넓은 범위에 퍼져 있어 측정값의 처리가 곤란한 지경이다. 또, 시험편의 두께가 준비한 spacer의 두께 대비 약간 두꺼운데, 이는 기대와는 달리 일방향 섬유로 이루어진 프리프레그 박편이 기지재료의 용융상태에서 압력을 받을 때에 층간 미끄러짐으로 인해 균등하게 펼쳐지기 보다는 그대로 압축되어 더 이상 압축이 될 여지가 없어지기 때문인 것으로 보이며, 이러한 현상으로 인하여 시험편 간에 불균일한 물성 측정값을 가지는 것으로 판단된다.
Claims (5)
- 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 강화섬유 직물에 도포, 함침 및 중합시킴으로써 프리프레그를 제조하는 단계;
상기 프리프레그를 다수의 준등방성 박편으로 분할하는 단계;
상기 다수의 준등방성 박편을 성형틀에 충전하는 단계 및
성형틀에 열과 압력을 적용하는 단계;를 포함하는 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 준등방성 박편은 가로 및 세로의 길이가 각각 100mm이하인 것을 특징으로 하는 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
프리프레그를 제조하는 단계에서 사용되는 수지 조성물이, 에폭시, 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 열경화성 폴리우레탄, 페놀로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 열경화성 수지를 포함함을 특징으로 하는 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 강화섬유 직물을 구성하는 섬유사는, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 및 자연 유래 셀룰로오스섬유로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 섬유사인것을 특징으로 하는 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 폴리아미드 수지는, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 12로 이루어진 군에서 선택된 1종의 수지인 것을 특징으로 하는 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170000287A KR20180079729A (ko) | 2017-01-02 | 2017-01-02 | 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170000287A KR20180079729A (ko) | 2017-01-02 | 2017-01-02 | 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180079729A true KR20180079729A (ko) | 2018-07-11 |
Family
ID=62917797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170000287A Ceased KR20180079729A (ko) | 2017-01-02 | 2017-01-02 | 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180079729A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102466615B1 (ko) * | 2021-07-27 | 2022-11-16 | 코오롱글로텍주식회사 | 복합소재 난연 자동차 배터리 커버 및 이의 제조방법 |
| KR20230125565A (ko) | 2022-02-21 | 2023-08-29 | 케이티엠엔지니어링(주) | 차륜형 장갑차의 부품 진단 시스템 |
| KR20230166402A (ko) | 2022-05-30 | 2023-12-07 | 케이티엠엔지니어링(주) | 차륜형 장갑차의 결함 예방을 위한 진단 시스템 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08259713A (ja) * | 1995-03-22 | 1996-10-08 | Toray Ind Inc | プリプレグおよび繊維強化複合材料 |
| KR100944032B1 (ko) * | 2005-08-18 | 2010-02-24 | 데이진 테크노 프로덕츠 가부시키가이샤 | 등방성의 섬유강화 열가소성 수지 시트와 그 제조 방법 및성형판 |
| JP2013510013A (ja) * | 2009-11-06 | 2013-03-21 | ザ・ボーイング・カンパニー | 圧縮成形法及び同成形法により成形される強化熱可塑性部品 |
| KR101665842B1 (ko) * | 2012-06-12 | 2016-10-12 | 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 | 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법 및 그의 성형 장치 |
-
2017
- 2017-01-02 KR KR1020170000287A patent/KR20180079729A/ko not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08259713A (ja) * | 1995-03-22 | 1996-10-08 | Toray Ind Inc | プリプレグおよび繊維強化複合材料 |
| KR100944032B1 (ko) * | 2005-08-18 | 2010-02-24 | 데이진 테크노 프로덕츠 가부시키가이샤 | 등방성의 섬유강화 열가소성 수지 시트와 그 제조 방법 및성형판 |
| JP2013510013A (ja) * | 2009-11-06 | 2013-03-21 | ザ・ボーイング・カンパニー | 圧縮成形法及び同成形法により成形される強化熱可塑性部品 |
| KR101665842B1 (ko) * | 2012-06-12 | 2016-10-12 | 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 | 섬유 강화 플라스틱의 성형 방법 및 그의 성형 장치 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102466615B1 (ko) * | 2021-07-27 | 2022-11-16 | 코오롱글로텍주식회사 | 복합소재 난연 자동차 배터리 커버 및 이의 제조방법 |
| KR20230125565A (ko) | 2022-02-21 | 2023-08-29 | 케이티엠엔지니어링(주) | 차륜형 장갑차의 부품 진단 시스템 |
| KR20230166402A (ko) | 2022-05-30 | 2023-12-07 | 케이티엠엔지니어링(주) | 차륜형 장갑차의 결함 예방을 위한 진단 시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2437926B1 (en) | Fiber reinforced plastic bolt and method for producing the same | |
| US8840988B2 (en) | Fiber preform made from reinforcing fiber bundles and comprising unidirectional fiber tapes, and composite component | |
| EP3028852B1 (en) | Continuous fiber reinforced resin composite material and molded article thereof | |
| US5441590A (en) | Method for the preparation of prepreg of thermoplastic composite resin | |
| US20100218890A1 (en) | Methods for preparing nanoparticle-containing thermoplastic composite laminates | |
| US20040188883A1 (en) | Near net shape prepreg | |
| US20170159212A1 (en) | Fiber-reinforced composite material and method for producing the same | |
| KR20180079729A (ko) | 준등방성 특성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 성형품 및 이의 제조방법 | |
| JP2006213059A (ja) | Ｆｒｐ複合物を製造する方法 | |
| KR20180126762A (ko) | 하이브리드형 섬유강화 복합재료 | |
| JP2025142203A (ja) | 繊維強化複合材料 | |
| CN114929788A (zh) | 纤维增强热塑性复合材料及其制备方法 | |
| KR20190018087A (ko) | 저밀도 프리프레그 및 이를 포함하는 샌드위치 복합 성형품 | |
| EP3585607B1 (en) | Fiber composite with reduced surface roughness and method for its manufacture | |
| KR20170140587A (ko) | 보강 섬유가 스티칭된 다층 복합재 및 그 제조방법 | |
| KR102531610B1 (ko) | 열가소성 수지 파우더를 이용한 섬유강화 복합재료 제조방법 및 이로부터 제조된 섬유강화 복합재료 | |
| NL2014282B1 (en) | Consolidation Cycle. | |
| KR102063600B1 (ko) | 섬유 강화 복합재 및 이를 이용한 자동차용 내·외장재 | |
| KR101746026B1 (ko) | 다층 하이브리드 프리프레그 및 이의 제조방법 | |
| Potter | Intermediate composite materials | |
| CN112824739A (zh) | 纤维增强热塑性复合材料及其制备方法 | |
| KR101159932B1 (ko) | 열가소성 프리프레그의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 열가소성 프리프레그 | |
| KR20200064759A (ko) | 섬유 보강 플라스틱 복합재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 섬유 보강 플라스틱 복합재 | |
| Hollaway | 2 Polymer, fibre and composite material properties and manufacturing techniques | |
| KR20170069713A (ko) | 유리 섬유와 탄소 섬유를 포함하는 열가소성 복합재료 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20170102 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20180406 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20181005 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20180406 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |