KR0142211B1 - 경사복합재료용 소재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기술적 과제는 복합매트제조장치를 유효하게 이용해서 그 복합매트제조장치에 있어서의 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻는 방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본발명의 제1의 경사복합재료용 소재제조 방법은 강화용 섬유를 포함한 복수의 이종 섬유의 혼합체를 복합매트제조장치에 공급하고, 주위에 침포를 배치해서 고속회전하는 분섬비동 롤러에 의해 이들 섬유를 분섬비동시켜 주행하는 포집벨트로 된 섬유포집부에 복수의 섬유를 혼합한 매트로서 포집하여, 섬유강화 복합재료용 소재를 제조할 때, 상기 복합매트제조장치를 하나의 포집벨트에 이어서 여러대를 병설하고 각각의 복합매트제조장치에 강화용섬유 및 매트릭스용 열가소성수지섬유를 포함하는 복수의 이종섬유의 혼합체를 공급하고 그 이종섬유의 혼합체중에 적어도 1종의 섬유의 혼합비율은, 병설한 수대의 복합매트제조장치에 있어서 순차로 증가 또는 감소하는 것으로 하고 그것에 의해서 상기 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

경사 복합재료용 소재의 제조방법

제1도 본 발명의 제1방법을 실시한 장치의 구성도이다.

제2도 A∼C는 각각 제1도의 각 분섬비동롤러에 공급한 섬유의 혼합체에 있어서 섬유의 혼합비율을 나타낸 설명도이다.

제3도 본 발명의 제2의 방법을 실시한 장치의 구성도이다.

제4도 경사형 복합재료의 굴곡하중-변형곡선의 계측결과를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,21:복합매트제조장치2.22:공급콘베어

3,23:홉합체3a:강화용섬유

3b:수지섬유11,25,31:분섬비동롤라

12,32:비동통로13,33:섬유

14,34:흡입닥터15,35:포집벨트

16,36:매트27:비동보조블로워

26:게이지롤러28:배기용블로워

29:웨브

본 발명은 경사기능(傾斜機能)을 갖는 섬유강화 복합재료를 위한 섬유집합체소재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래, 섬유강화 복합재료를 제조하는 방법으로서 각종 방법이 제안, 실시되고 있으며 특히 강화섬유용섬유를 열가소성수지의 분말 또는 입상체와 홉합해서 가열성형하는 방법이 제안되고 있다.

그러나 이들 기 제안의 방법으로는 매트릭스소재에 강화섬유를 균일하게 홉합해서 성형하는 것을 전제로 하여 두께방향의 성질의 소기의 상태에 있어서 점차 다른 경사기능을 갖는 복합재료의 제조는 곤란하다.

본 발명의 기술적 과제는 복합매트제조장치를 유효하게 이용해서 그 복합매트제조장치에 있어서의 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻는 방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본발명의 제 1 의 경사복합재료용 소재제조 방법은 강화용섬유를 포함한 복수의 이종 섬유의 혼합체를 복합매트제조장치에 공급하고, 주위에 침포를 배치해서 고속회전하는 분섬비동 롤러에 의해 이들 섬유를 분섬비동시켜 주행하는 포집벨트로 된 섬유포집부에 복수의 섬유를 혼합한 매트로서 포집하여, 섬유강화 복합재료용 소재를 제조할 때, 상기 복합매트제조장치를 하나의 포집벨트에 이어서 여러대를 병설하고 각각의 복합매트제조장치에 강화용섬유 및 매트릭스용 열가소성수지섬유를 포함하는 복수의 이종섬유의 혼합체를 공급하고 그 이종섬유의 혼합체중에 적어도 1종의 섬유의 혼합비율은, 병설한 수대의 복합매트제조장치에 있어서 순차로 증가 또는 감소하는 것으로 하고 그것에 의해서 상기 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명의 제 2 의 경사 복합재료용 소재 제조방법은 강화용섬유를 포함하는 복수의 이종섬유의 혼합체를 복합매트제조장치에 공급하고, 같은 방법으로 섬유강화 복합재료용 소재를 제조할 때 상기 복합매트제조장치에 섬유의 비동 특성이 다른 복수의 이종섬유의 혼합체를 공급하여 복합매트제조장치에 있어서의 섬유의 비동방향에 수평방향성분을 유지시켜서 분섬비동시킨 섬유의 날라간 거리를 섬유의 비동특성에 따라서 다르게 하므로서 상기 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제1의 경사형의 복합재료용 소재 제조방법에 있어서는 강화용섬유 및 매트릭스용 열가소성수지섬유를 포함하는 복수의 이종섬유의 혼합체를 수대의 복합매트 제조장치에 공급하여 비동시켜 주행하는 포집벨트로 이루어진 섬유포집부에 복수의 섬유를 혼합시킨 매트로서 포집하지만 각각의 복합매트제조장치에 공급하는 이종섬유의 혼합체에 있어서 적어도 한 종류의 섬유 혼합비율을, 병설한 여러대의 복합매트제조장치에 있어서는 순차적으로 증가 또는 감소하는 것으로 하고 있기 때문에 섬유포집부에 있어서는 그들이 층상을 이루어서 순차적으로 퇴적되고 그 결과 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게한 경사형의 섬유강화복합재료용 소재를 얻을 수 있다.

또 본 발명의 제2의 경사복합재료용 소재 제조방법에 있어서는 강화용 섬유를 포함한 복수의 비동특성이 다른 이종섬유의 혼합체를 복합매트제조장치에 공급하여 비동시켜서 포집벨트로 된 섬유포집부에 복수의 섬유를 혼합시킨 매트로서 포집하지만 그 분섬비동시 복합매트제조장치에 있어서 섬유의 비동방향으로 수평방향성분을 유지시켜서 각 섬유의 비동특성에 따른 비동거리에 따라 포집벨트상에 포집한다.

이 경우 예를 들면 원심력에 의해서 무거운 섬유는 멀리까지 날라가고 가벼운 섬유는 가가운 곳까지밖에 날라가지 않으며 멀리날라간 섬유와 가까이 날라간 섬유와는 퇴적하는 층이 다르게 된다. 따라서 섬유포집부에 있어서는 매트의 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게 한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻을 수 있다.

[실시예]

제1도는 본 발명 제1의 경사 복합재료용 소재 제조방법을 실시하기 위하여 사용한 제조장치의 구성을 나타내고 있다.

이 장치는 섬유 포집부를 구성한 후술의 단일포집벨트를 따라 여러대의 복합매트제조장치(1)를 병설하여 구성한 것이다.

각 복합매트제조장치(1)는 미리 복수의 이종 섬유를 혼합한 혼합체(3)를 공급하기 위한 공급콘베어(2)와 그것에 의해 공급된 섬유를 절단, 분섬, 비동시키기 위하여 주위에 침포를 배열하여 고속회전하는 분섬비동롤라(11)를 설치하고 그위에 분섬비동시킨 섬유(13)를 그 비동방향으로 공기류와 함께 방출하기 위한 비동통로(12)를 설치하며 그 비동통로(12)는 섬유포집부를 형성하는 포집벨트(15)위에 구멍이 열려져 있다.

상기 복합매트제조장치(1)에서 복수로 병설한 포집벨트(15)는 다공의 통기성 벨트에 의하여 형성된 것으로 분섬비동롤라(11)의 고속회전에 의해 분섬, 비동되어 비동통로(12)에 방출되어 한가닥한가닥에 가까운 상태로 분섬된 섬유(13)는 그 포집벨트 아래의 흡인닥터(14)의 흡인에 의하여 생기게 되는 비동통로(12)의 공기류에 의해서 주행하는 포집벨트(15)위에 복수의 섬유를 혼합한 평판상의 매트(16)로서 포집된다.

상기 구성을 갖는 장치에 의하여 경사 복합재료용 소재를 제조할 때는 강화용섬유와 매트릭스용 열가소성수지 섬유를 포함한 복수의 이종섬유의 혼합체(3)를 각 복합매트제조장치(1)의 공급콘베아(2)에 의하여 공급시켜 분섬, 비동시키며 이 강화용섬유로는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등을 비롯하여 각종 섬유를 사용할 수 있다.

더구나 유리섬유 탄소섬유와 같이 분섬비동롤라(11)에서 절단 가능한 것은 연속섬유로서 공급하는 것이 가능하지만 아라미드섬유와 같이 분섬비동롤라(11)에서 절단이 불가능한 것은 이미 절단한 불연속 섬유를 공급한다.

한편, 매트릭스용 섬유는 강화용섬유와 관련이 있는 적절한 열가소성수지 섬유가 쓰여지고 있지만 이 경우에도 마찬가지로 분섬비동롤라에서 절단 가능한 것은 연속섬유로하고, 절단이 곤란한 경우에는 미리 절단한 불연속 섬유를 공급한다.

포집벨트(15)에 따라 병설한 각 복합매트제조장치(1)에 공급하는 섬유의 혼합체(3)는 이종섬유의 혼합체중에 적어도 한종류의 섬유의 혼합비율을, 병설한 수대의 복합매트제조장치(1)에서 순차적으로 증가시키거나 감소시킬 필요가 있다. 예를들면, 강화용섬유(3a)와 매트릭스용 열가소성수지섬유(3b)의 각 한종류의 섬유를 혼합하여 분섬비동롤라(11)에 공급할 경우, 제1 도의 3개의 분섬비동롤러(11)에 공급하는 섬유의 혼합체(3)는 제2도의 A∼C에 나타난 바와같이 강화용섬유(3a)의 혼합비율이 순차적으로 저하함과 동시에 매트릭스용 열가소성 수지섬유(3b)의 혼합비율이 순차적으로 증가하도록 하여 이들 A∼C의 것을 제1도와 같은 3대의 복합배트제조장치의 우단에서 좌단에 순차적으로 대응시킨다.

이와같은 섬유의 혼합체(3)를 분섬비동롤러(11)의 고속회전(직경 20㎜, 회전수 2000-5000rpm)작용에 의하여 분섬, 비동시키면 주행하는 포집벨트(15)위에는 그것들이 층상을 이루어서 순차적으로 퇴적되어 복수의 섬유를 혼합한 매트(16)로서 포집된다. 그 결과 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게 한 경사형 섬유강화 복합재료용 소재를 얻을 수 있다.

제3도는 본 발명 제2의 경사복합재료용 소재 제조방법을 실시하기 위하여 사용한 제조장치의 구성을 나타낸다.

이 제조장치에 있어서 복합매트제조장치(21)는 복합재료의 강화용섬유를 포함한 복수의 이종 섬유의 혼합체(23)를 공급하기 위한 공급콘베아(22), 예비 분섬비동롤러(25)의 도입구까지 섬유의 혼합체(23)를 유도하는 공급롤러(24)를 설치하고 예비분섬비동롤라(25) 및 그 후단의 분섬비동롤라(31)에 있어서 공급한 섬유의 혼합체(23)를 절단, 분섬하여 비동시키도록 되어 있다.

상기 예비분섬비동롤러(25)는 롤러의 원주상에 침포가 배열된 것으로서 여기에 공급된 섬유혼합체(23)는 그 분섬비동롤러(25)의 고속회전 작용을 받아 절단, 분섬되어 다시한번 비동하여 비동보조블로워927)의 작용을 받음과 동시에 배기용 블로워(28)에 의해 흡인작용을 받아 다공의 게이지롤러(26)위에 각종섬유가 거의 균일하게 혼합된 웨브(29)로서 퇴적한다. 배기용 블로워(28)는 다공의 게이지롤러(26)의 내부 공기를 흡인하여 그 내부를 저압화하여 비동한 섬유를 게이지 롤러(26)의 표면에 흡착, 퇴적시키는 것이다. 또 이 게이지롤러(26)는 구동장치에 의해 완만하게 회전하기 때문에 게이지롤서(26)위에 퇴적한 웨브(29)는 순차적으로 다음단계의 분섬비동롤러(31)에 공급된다.

분섬비동롤러(31)는 전기한 예비분섬비동롤러(25)와 같은 모양의 구성을 갖는 것으로 이 분섬비동롤러(31)에 공급된 섬유의 웨브(29)는 전기한 바와 같이 부섬, 비동에 의해 섬유가 한가닥한가닥에 가가운 상태로 분섬되어 비동통로(32)에 방출된다. 상기 비동통로(32)는 부섬비동롤러(31)에 의해 비동한 섬유(33)의 비동방향에 수평방향성분으로 보내어지며 또한 섬유(33)의 비동 거리는 각 섬유의 비동특성에 따라 확보 가능한 정도로 내부공간을 유지시킨 것이다.

흡인 닥트(34)의 흡인에 의해 상기는 비동통로(32)의 공기류중에 비동한 섬유(33)는 그 비동통로(32)의 출구측에 있는 섬유포집부를 형성하는 주행포집벨트(35)위에 평판상의 매트(36)로 포집된다.

상기 구성을 갖는 장치에 의해 경사 복합재료용 소재를 제조할 때는, 강화용섬유를 포함한 복수의 이종섬유 혼합체(23)를 복합매트제조장치(21)의 공급콘베아(22)에 의해 공급하지만 이 강화용섬유는 복합매트제조장치에서 비동특성이 다른 복수의 이종섬유 혼합체를 사용한다.

비동특성이 다른 복수의 이종섬유로는 구체적으로 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유등을 비롯해서 각종 강화섬유를 사용하는 것이 가능하지만 같은 섬유소재라 할지라도 굵기나 길이, 표면처리등의 차이에 의해 분섬비동롤러(31)에 의한 비동시에 평균적인 비동거리가 다른것이라도 비동특성이 다른 이종섬유로서 사용이 가능하다. 또 필요에 따라 매트릭스용 섬유를 혼합체(23)에 가하는 것도 가능하다.

유리섬유나 탄소섬유 등과 같이 예비 분섬비동롤러(25)에서 절단 가능한 것은 필요에 따라 연속섬유로서 공급하는 것이 가능하지만 아라미드섬유와 같이 절단이 불가능한 것은 미리 절단한 불연속섬유를 공급한 필요가 있다.

공급콘베아(22)를 통하여 공급한 복수의 이종섬유의 혼합체(23)는 공급롤러(24)에 안내되어 예비 분섬비동롤러(25)에 도달하고 그 롤러(25)의 고속회적(직경20㎜, 회전수 2,000∼5,000rpm) 작용을 받아 절단, 분섬, 비동하여 다공의 게이지롤러(26)상에 대체로 균일하게 혼합된 웨브(29)로 퇴적되어 다음 단계의 분섬비동롤러(31)에 공급되며 그 분섬비동롤러(31)에서 분섬비동롤러(31)의 고속회전(직경 20㎜, 회전수 2,000∼5,000rpm)에 의해 분섬, 비동하여 섬유가 한가닥한가닥에 가까운 상태로 분섬되어 비동통로(32)에 방출되며 그 비동통로(32)의 출구측에서 주행하는 포집벨트(35)위에 평판상의 매트(36)로 포집된다.

이와같이 분섬비동롤러(31)에 의해 비동한 섬유 (33)의 비동방향에 수평방향성분을 갖게 하여 비동특성이 다른 복수의 섬유를 분섬비동롤러(31)에 의해 비동시키면, 섬유(33)의 비동거리가 각 섬유의 비동특성에 따라 다르기 때문에 무거운 섬유는 분섬비동롤러(31)에서 떨어진 먼위치까지 비동하고, 반대로 가벼운 섬유는 분서밉동롤러(31)에 가가운 위치까지밖에 비동하지 않는다. 따라서 분섬비도한 섬유(33)의 비동거리를 각섬유의 비동특성에 따라 다르게 하면 그 결과 멀리까지 비동한 섬유는 매트(436)의 상층에 퇴적되고, 가까이까지밖에 비동하지 않은 섬유는 매트(36)하층에 퇴적시키게 되므로 인하여 이것에 의해 상기 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유 조성을 차차로 다르게한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻을 수 있다.

복합매트장치(21)에 공급하는 복수의 이종 섬유의 혼합체(23)에는 전술한 바와같이 메트릭스용의 열가소성수지 섬유를 가하는 것이 가능하지만 이 매트릭스용의 섬유도 그 비동특성에 따라 비동하므로 다른 강화용 섬유와 균일하게 혼합시키는 것은 곤란하다. 따라서 균일한 혼합을 기대할 때는 다른 각 강화용 섬유와 비동특성이 비교적 유사한 수종의 매트릭스용 섬유를 혼합체(23)에 가하여 둘 필요가 있다.

상술한 장치에 의해 얻어진 매트(16),(36)는 필요에 따라서 매트릭스용 열가소성합성수지를 가하여 가열성형에 의해 소용형상의 섬유강화 복합재료로 하지만 특히 강화용섬유와 매트릭스용의 열가소성수지 섬유와 비동시켜서 매트를 형성할 때는 양자가 섬유상트로 존재하기 때문에 그 매트가 형태 보지성이 우수하며 강화용섬유와 매트릭스수지의 분리도 일어나기 어렵기 때문에 취급도 용이하게 할 수 있다.

다음에 시험제작한 경사형 복합재료에 관한 특성을 계측한 결과에 관하여 설명한다. 측정에 제공되는 경사형 복합재료의 성형에는 강화섬유로 탄소섬유를 사용함과 동시에 매트릭스수지섬유로 나일론수지섬유를 써서 표1에 나타낸 CF-10∼CF-13인 4종류의 섬유함류율을 갖는 매트를 만들고 이것들을 15㎝각의 금형틀의 가운데에 중량을 각 1/4이 되게 하여 경사형으로 적층하고 열프레서로 성형하였다.

성형한 재료는 전자현미경사진에 의해 기대한 경사형 복합재료가 되었다는 것을 확인하였다. 또 경사형 복합재료의 특징이 나올 것으로 생각되는 3점 곡률시험을 행한 결과 제 4 도에 나타낸 바와같이 탄소섬유함유율이 큰 쪽을 위로한 경우 a 와 그것을 아래로한 경우 b 로서 명확한 차이가 나타나 소재의 성질에 부합하는 a 경우쪽이 높은 내하중성을 나타내었다.

표 1은 각 섬유함유율의 섬유강화 복합재료에 관한 특정치를 나타낸 것이며 이 표 1에서 알 수 있는 바와같이 상기 a의 경우는 표중에 CF-30보다도 굴곡강도가 높다. 다라서 재료의 사용방법에 따라서는 적은 강화섬유의 함유율에서 효과가 높게 얻어지는 것을 알았다. 또 강화섬유의 함유율에 따라 열전달율도 다르기 때문에 그 방면의 이용도 고려된다.

이상에서 상술한 본 발명의 방법에 의하면 복합매트제조장치를 유효하게 이용하고 극히 간단한 수단에 의해서 복합매트제조장치에 있는 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 차차로 다르게한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 강화용섬유를 포함한 복수의 이종섬유의 혼합체를 복합매트제조장치에 공급하고 주위에 침포를 배치해서 고속회전하는 분섬비동롤러에 의해 이들 섬유를 분섬, 비동시켜 주행한는 포집벨트로 이루어진 섬유포집부에 복수의 섬유를 혼합한 매트로서 포집하여 섬유강화복합재료용 소재를 제조할 때에 상기 복합매트제조장치에 강화용 섬유 및 매트릭스용 열가소성수지섬유를 포함하는 복수의 이종섬유의 혼합체를 공급하여 그 이종섬유의 혼합체중에 적어도 한 종류의 섬유 혼합비율은 병설한 여러대의 복합매트제조장치에 있어서 순차적으로 증가 또는 감소하는 것으로 하고 그것에 의해서 상기 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 점차 다르게 하는 경사형의 섬유강화복합재료용 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 경사복합재료용 소재의 제조방법.
2. 강화용섬유를 포함한 복수의 이종섬유의 혼합체를 복합매트제조장치에 공급하고 주위에 침포를 배치해서 고속회전하는 분섬비동롤러에 의해 이들 섬유를 분섬, 비동시켜 주행하는 포집벨트로 이루어진 섬유포집부에 복수의 섬유를 혼합한 매트로서 포집하여 섬유강화복합재료용 소재를 제조할 때에 상기 복합매트제조장치에 비동특성이 다른 복수의 이종섬유의 혼합체를 공급하고 복합매트제조장치에 있어서의 섬유의 비동방향에 수평방향성분을 유지시켜서 분섬비동한 섬유의 비동거리를 섬유의 비동특성에 따라서 다르게 하고 그것에 의해서 상기 섬유포집부에 매트의 두께방향의 섬유조성을 잠차 다르게 한 경사형의 섬유강화 복합재료용 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 경사복합재료용 소재의 제조방법.