KR100639082B1

KR100639082B1 - 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100639082B1
Application number: KR1020010026507A
Authority: KR
Inventors: 오오시마아끼오; 고바야시다까시; 아오야기겐이찌; 우찌다다이스께
Original assignee: 신닛뽄세키유 가부시키가이샤
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2006-10-27
Also published as: KR20010105202A; CN1323694A; JP2001322198A; CN1191926C; JP3565765B2

Abstract

본 발명은 섬유강화 복합재료가 본래 가지고 있는 경량, 고강성 및 내열성 등의 특성을 살리면서 자외선에 의한 세정처리에 사용해도 정밀기기 재료를 오염시키기 어려운 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재 및 그의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 섬유강화 복합재료의 표면에 내자외선 피복재가 형성된, 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재 및 그의 제조방법을 제공하는 것으로, 바람직한 섬유강화 복합재료로는 섬유강화 플라스틱 또는 탄소섬유강화 탄소복합재료가 사용되고, 또한 내자외선 피복재로는 세라믹, 서밋, 금속 및 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 재료가 사용되고, 섬유강화 복합재료의 표면을 용사법에 의해 내자외선 피복재를 피복함으로써 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재 및 그의 제조방법이 제공된다.

Description

자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재 및 그의 제조방법 {CONVEYING MEMBER OF FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL HAVING ULTRAVIOLET-RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1 은 실시예 1 에서 얻어진 C/C 컴포지트제 반송용 1 차 부재의 일례를 나타내는 도면이다.

도 2 는 패드 부착구멍의 부분확대도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 커플러 2 : 패드 부착구멍

본 발명은 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재(搬送用部材) 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 액정표시장치, 실리콘 웨이퍼 등의 정밀기기 재료의 반송에 적합한 탄소섬유강화 복합재료제의 부재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

탄소섬유강화 플라스틱 및 탄소섬유강화 탄소복합재료는 골프 샤프트, 낚싯대, 테니스 라켓, 스키 스토크 등의 스포츠·레저용품, 산업용 로봇의 부재, 인쇄 잉크용 롤, 압력 용기 등의 공업재료 및 의료관계, 교량의 보수, 토목 보수 등, 특히 탄소섬유강화 탄소복합재료는 항공기의 브레이크재, 고속철도의 브레이크재, 원자로의 노재, 로켓의 분사노즐 등에 사용되고 있다.

최근, 액정표시장치의 대형화에 수반하여 이들 정밀기기 재료의 반송용 산업용 로봇의 반송부재로서, 종래의 알루미늄 등의 금속재료 대신에 가볍고 강성이 높으며 내열성이 있는 CFRP 제 반송재료가 사용되기 시작하고 있다.

그런데, 정밀기기 재료에는 유분, 먼지나 티끌 등으로 인한 오염을 극단적으로 싫어하는 것이 많으며, 따라서 공정에 따라서는 진공자외영역의 자외선을 조사함으로써 유기물을 분해하고 세정제거하는 방법이 채용되고 있다. CFRP 제 및 C/C 컴포지트제의 반송용 부재는 유기물이기 때문에 진공자외영역의 자외선을 조사하는 장치내에서는 표면이 분해되어 반송용 부재로 사용할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하여 섬유강화 복합재료가 본래 가지고 있는 경량, 고강성 및 내열성 등의 특성을 살리면서 자외선에 의한 세정처리에 사용해도 정밀기기 재료를 오염시키기 어려운 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

(1) 본 발명은 섬유강화 복합재료의 표면에 용사법에 의해 내자외선 피복재층이 형성되어 이루어지는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재에 관한 것이다.

(2) 본 발명은 (1) 기재의 섬유강화 복합재료가 FRP 또는 C/C 컴포지트로 구성되는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재에 관한 것이다.

(3) 본 발명은 (1) 또는 (2) 기재의 내자외선 피복재가 세라믹, 서밋, 금속 및 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재에 관한 것이다.

(4) 본 발명은 또한 섬유강화 복합재료의 표면을 용사법에 의해 내자외선 피복재를 피복한 것을 특징으로 하는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 섬유강화 복합재료에 피복하는 내자외선 피복재로는 자외선 내성을 가지면서 자외선을 투과하지 않는 피복재라면 어느 것이나 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 자외선이란 용어는 파장 100 내지 280 ㎚ 의 것을 말하고, 특히 유기물을 용이하게 분해할 수 있으면서 세정처리효과를 갖는 파장 100 내지 260 ㎚ 의 것을 말한다.

본 발명에서 자외선 내성을 갖는 이란 용어는 25 W 의 저압수은등을 6 개 사용하여 파장 180 내지 254 ㎚ 의 자외선을 공기분위기중, 상온, 상압에 있어서, 수은등과 시험편의 거리 50 ㎜, 1 회의 조사시간 5 내지 20 분, 조사회수 60 회 반복하는 자외선 조사시험 (이하「자외선 조사시험」이라고 함) 을 해도 내자외선 피복재 자체가 변질, 분해, 열화, 균열, 박리를 하지 않는 것에 대해 사용된다.

본 발명에서 자외선을 투과하지 않는 이란 용어는 자외선 조사시험을 해도 내자외선 피복재로 피복된 모재의 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재가 변질, 분해, 열화하지 않는 것에 대해 사용되고, 자외선 조사시험에서 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재의 굽힘강도가 거의 저하하지 않는 (구체적으로는 시험전에 대한 비가 80 % 이상, 바람직하게는 90 % 이상) 피복재인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 반송용 부재의 구성재료로서, 내자외선 피복재를 피복하기 전의 섬유강화 복합재료를 섬유강화 복합재료라고 한다.

본 발명에서 섬유강화 복합재료제의 반송용 1 차 부재라는 용어는 섬유강화 복합재료에 절단면, 연마면, R 가공면, 구멍 가공면, 홈 가공면 등의 1 차 가공처리를 가한 것으로, 내자외선 피복재를 피복하기 전의 것에 대해 사용된다.

본 발명에서 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재라는 용어는 섬유강화 복합재료 (섬유강화 복합재료제의 1 차 부재가 포함됨) 에 내자외선 피복재를 피복한 것에 대해 사용된다.

본 발명에서 사용되는 내자외선 피복재의 두께는 자외선이 모재인 섬유강화 복합재료까지 투과하지 않는 두께인 것이 바람직하고, 50 내지 250 ㎛ 가 바람직하게 사용할 수 있는 두께의 범위이다. 이 두께가 50 ㎛ 보다 얇으면 피복불균일로 인해 일부의 두께가 부족해질 우려가 있고, 또한 250 ㎛ 이상에서는 중량이 커져서 사용하는 재료의 경량성이 저해되며 동시에 비용이 증가하여 바람직하지 못하다.

내자외선 피복재의 구성재료로는 세라믹, 서밋 (세라믹 및 금속 또는 합금), 금속 및 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 재료를 사용할 수 있다. 또한 상 기 내자외선 피복재로는 복수종의 구성재료를 사용하여 2 이상의 적층구조로 할 수도 있다.

상기 세라믹으로는 금속산화물계 세라믹과 금속탄화물계 세라믹 등을 사용할 수 있고, 금속산화물계 세라믹에서는 알루미나, 스피넬, 무라이트, 알루미나 티타니아, 지르코니아, 크로미아, 티타니아, 가넷 등을 사용할 수 있고, 금속탄화물계 세라믹에서는 티타늄 카바이드, 크롬 카바이드, 텅스텐 카바이드 등을 사용할 수 있다.

상기 금속 및 합금으로는 알루미늄, 실리콘 알루미늄, 알루미늄 니크롬, 구리, 구리니켈, 알루미늄 브론즈, 니켈, 니켈/알루미나이드, 니켈알루미늄/몰리브덴, 몰리브덴, 몰리브덴/철 등을 사용할 수 있다.

상기 서밋으로는 상기 세라믹 및 금속 또는 합금에서 선택되고, 각각 1 또는 2 이상의 혼합물로서 사용할 수 있다.

서밋의 혼합비는 세라믹 100 중량부 당, 금속 또는 합금을 10 내지 300 중량부의 범위에서 사용할 수 있다.

상기한 내자외선 피복재를 상기 섬유강화 복합재료의 표면에 피복할 때에는 자외선에 의해 반송용 부재의 열화가 없도록, 섬유강화 복합재료가 노출되거나,형성된 피복층의 피막이 얇아져서 자외선이 내자외선 피복재를 투과하지 않도록 유의하고, 특히 피복불균일이 있어서는 안된다.

바람직한 피복방법에는 플라즈마 용사법, 고에너지 가스 용사법 및 CVD 법 (화학 기상(氣相) 증착법) 등이 있고, 예컨대 플라즈마 용사법 및 고에너지 가스 용사법 등이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 와이어 용사법, 분말 용사법, 로카이드 용사법, 스페코드 용사법 등이 있다. 이들 방법으로 피막을 형성하면 알루미나 등의 내자외선 피복재가 불투명해져서 자외선을 투과하는 일도 없다.

상기 피복재에 의한 용사시의 피용사면의 온도는 50 내지 200 ℃ 가 바람직하고, 50 ℃ 이하에서는 피복이 불충분하여 탈락하기 쉽고, 200 ℃ 이상에서는 탄소섬유강화 플라스틱 및/또는 탄소섬유강화 탄소복합재료판이 열로 인한 뒤틀림이나 변형을 일으켜 바람직하지 못하다.

그리고, 상기 피복처리전에 반송용 부재 표면을 물리적 또는 화학적인 처리에 의해 개질하여 이 피복재와 반송용 부재의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 탄소섬유강화 플라스틱을 채용하는 경우에는 특히, 유효하다. 이들 물리적 처리로는 연마 또는 샌드페이퍼 등으로 거칠게 만드는 것, 초음파처리하는 방법 등이 있고, 또한 화학적 처리로는 표면을 일부 산화시키거나 관능기를 부가시키는 방법이 있으며, 코로나 처리, 플라즈마 처리, 산화제 처리하는 방법 등을 채용할 수 있다.

본 발명에서는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재의 모재인 1 차 부재는 절단면, 연마면, R 가공면, 구멍 가공면, 홈 가공면 등의 1 차 가공 등에 의해 탄소섬유 등이 노출된 부분이 있는데, 내자외선 피복재에 의한 피복처리가 이루어진 후에, 이 같은 표면의 일부가 조면으로 되는 경우가 있으며, 이 부분을 매끄럽게 하기 위해 추가로 2 차 가공처리로서 연마처리할 필요가 있다. 이 경우의 연마처리방법으로는 다이아몬드 연마지 등을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 섬유강화 복합재료로는 섬유강화 세라믹, 섬유강화 탄소복합재료, 섬유강화 금속복합재료, 섬유강화 플라스틱 (이하「FRP」라고 함) 등의 섬유강화 복합재료를 사용할 수 있고, 바람직하게는 FRP, 탄소섬유강화 탄소복합재료 (이하「C/C 컴포지트」라고 함) 등을 사용할 수 있다. 상기 FRP 로는 강화섬유에 탄소섬유를 주체로 하여 사용한 탄소섬유강화 플라스틱 (이하「CFRP」라고 함) 이 특히, 바람직하다.

섬유강화 복합재료에 사용되는 매트릭스로는 열경화성 수지, 열가소성 수지, 탄소, 세라믹스, 금속 등 및 이들 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있는데, 특히 열경화성 수지, 탄소 및 이들 2 이상의 혼합물이 바람직하게 사용된다.

상기 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 아라미드 수지, 비스말레이미드 수지, 페놀 수지, 푸란 수지, 요소 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 비닐 에스테르 수지, 열경화성 폴리이미드 수지, 멜라민 수지 등의 열경화성 수지를 사용할 수 있다.

상기 열가소성 수지로는 나일론 수지, 액정성 방향족 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 액정성 방향족 폴리에스테르 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리술폰 수지, 폴리염화비닐 수지, 비닐론 수지, 아라미드 수지, 불소 수지 등의 수지를 사용할 수 있다.

상기 세라믹스로는 특별히 한정되지 않지만 알루미나, 실리카, 탄화티탄, 탄화규소, 질화포론, 질화규소 등을 사용할 수 있다.

상기 금속으로는 특별히 한정되지 않지만 티탄, 알루미늄, 주석, 규소, 구 리, 철, 마그네슘, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 등 및 이들의 1 또는 2 이상을 사용한 합금 등을 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 강화섬유로는 스테인리스 섬유, 구리섬유, 니켈섬유, 티탄섬유, 텅스텐섬유, 탄화규소섬유, 알루미나섬유, 탄화티탄섬유, 질화붕소섬유, 석유계 피치 탄소섬유, 석탄계 피치 탄소섬유, PAN 계 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 보론섬유 등이 있고, 이들 중에서 선택된 2 종류 이상을 하이브리드 구조로 한 섬유를 사용할 수 있다.

본 발명의 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재에는 강화섬유로서 탄소섬유를 주체적으로 사용한 경우, 경량으로 고강성의 성형물이 얻어지므로 바람직하게 사용할 수 있다. 또한 상기 탄소섬유를 유리섬유, 아라미드섬유, 스테인리스섬유, 구리섬유, 니켈섬유, 티탄섬유, 텅스텐섬유, 탄화규소섬유, 알루미나섬유, 탄화티탄섬유, 질화붕소섬유 그 밖의 섬유와 조합할 수도 있다.

상기한 강화섬유의 형태로는 특별히 한정되지 않으며, 1 차원 강화, 2 차원 강화, 3 차원 강화, 랜덤 강화 등 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예컨대 강화섬유를 단섬유, 직포, 부직포, 일방향재, 2 차원 직물, 3 차원 직물 등, 보다 구체적으로는 펠트, 매트, 조포(組布), 와리프, 유사 등방재, 평직물, 주자(朱子)직물, 능(綾)직물, 모사(模紗)직물, 레노 직물 등의 재료를 적층하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 FRP 및 CFRP 는 통상적인 공지된 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있다. 예컨대 상기와 같은 형태로 가공한 강화섬유에 열경화성 수지를 함침하여 프리프레그(pre-impregnation,pre-preg)로 하고, 또한 이들을 적층하여 경화시킴으로써 FRP 로 할 수 있다. 그 중에서도 강화섬유에 일방향재를 사용하고, 0°, ±45°, 90° 등의 세트로 적절히 배향시켜 적층함으로써 소정의 탄성율을 갖는 성형물을 얻는 방법이 본 발명에 있어서는 바람직한 제조방법이다.

상기 적층방법의 일례로는 스킨층과, 코어층을 형성하고 이 스킨층은 최종적인 반송용 부재의 길이방향에 대해 －20°내지 ＋20°의 각도범위로 배향하고 또한 인장탄성율이 500 내지 1000 GPa 인 제 1 탄소섬유를 함유하는 제 1 탄소섬유강화 플라스틱층과, 상기 길이방향에 대해 ＋75°내지 ＋90°및/또는 －75°내지 －90°의 각도범위로 배향하고 또한 인장탄성율이 200 내지 400 GPa 인 제 2 탄소섬유를 함유하는 제 2 탄소섬유강화 플라스틱층을 가지도록 하고, 상기 코어층은 길이방향에 대해 ＋30°내지 ＋60°및/또는 －30°내지 －60°의 각도범위로 배향하고 또한 인장탄성율이 500 내지 1000 GPa 인 제 3 탄소섬유를 함유하는 것으로 하고, 스킨층의 두께비율은 스킨층과 코어층 전체의 80 내지 60 % 로 하는 방법이 바람직하다. 그리고, 코어층에는 심재를 사용할 수도 있고, 허니콤, 다공체, 파판(波板:컬게이트) 을 이루고 공극을 갖는 구조체 등을 사용해도 된다.

상기 강화섬유에 열경화성 수지를 함침시키는 방법으로는 특별히 한정되지 않지만 수지를 통상 60 내지 90 ℃ 로 가온하여 강화섬유에 함침시키는 이른바 핫멜트법을 바람직하게 채용할 수 있다. 제조된 프리프레그 중의 열경화성 수지의 함량은 강화섬유와 수지의 총량에 대해 통상 20 내지 50 중량%, 바람직하게는 25 내지 45 중량% 의 범위이다.

상기 수지에는 원하는 바에 따라 필러(filler)를 첨가할 수 있고, 이 필러로는 마이카, 알루미나, 탤크, 미분상 실리카, 규회석, 세피오라이트, 염기성 황산 마그네슘, 탄산칼슘, 폴리테트라플루오로에틸렌 분말, 아연분말, 알루미늄분, 유기미립자, 즉 아크릴 미립자, 에폭시 수지 미립자, 폴리아미드 미립자, 폴리우레탄 미립자 등을 들 수 있다.

상기 프리프레그는 최종적으로 FRP 로 성형된다. 예컨대 프리프레그를 반송용 부재에 적합한 형상으로 되도록 적층하여 오토클레이브 중 또는 가압프레스 등에 의해 통상 110 내지 150 ℃ 에서 30 분 내지 3 시간, 가열경화시킴으로써 FRP 로 할 수 있다. 얻어진 FRP 는 품질이 안정적이며 보이드가 적은 것을 얻을 수 있다. 반송용 부재는 정밀한 가공정밀도를 필요로 하므로 얻어진 FRP 를 반송용 부재에 적합한 형상으로 더욱 가공할 수 있다.

또한 본 발명의 C/C 컴포지트도 통상적인 공지된 방법으로 얻어진 것을 사용할 수 있다. 즉, 채용되는 C/C 컴포지트로는 탄소섬유를 주체로 할 수 있지만 상기와 같이 유리섬유 등의 다른 강화섬유를 적절히 조합할 수 있다.

상기 매트릭스의 형성방법은 피치, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등을 강화섬유에 함침시키는 방법, 화학 기상 증착법 (CVD), 화학 기상 침투법 (CVI) 등에 의해 열분해탄소를 형성하는 방법 등을 사용할 수 있다.

상기 피치로는 석탄 피치, 석유 피치, 합성 피치 등을 사용할 수 있고, 또한 이들 피치를 원료로 한 등방성 피치, 메소상 피치 등을 사용할 수 있고, 상기 열경화성 수지로는 페놀 수지, 에폭시 수지, 푸란 수지, 요소 수지 등을 사용할 수 있다.

상기 피치, 열경화성 수지, 열가소성 수지에는 충전제, 예컨대 탄소분, 흑연분, 탄화규소분, 실리카분, 탄소섬유 위스커, 탄소단섬유, 탄화규소 단섬유 등을 혼합하여 함침할 수도 있다.

C/C 컴포지트의 제조방법으로는 예컨대 상기와 같이 가공된 탄소섬유에 피치, 페놀 수지 등의 매트릭스 수지를 함침하여 프리폼(preform)으로 하고, 이들 열간 정수압프레스 (HIP) 처리 등으로 함침, 탄화시킴으로써 C/C 컴포지트로 할 수 있다. 탄소섬유는 일방향재를 사용하여 상기 FRP 와 마찬가지로 코어층과 스킨층으로 이루어지도록 적층할 수도 있다.

상기 탄화조건으로는 불활성 가스중, 통상 400 내지 3500 ℃, 바람직하게는 500 내지 3300 ℃ 로 가열할 수 있다.

또한 얻어진 C/C 컴포지트는 치밀화 처리를 할 수 있고, 구체적으로는 반복 매트릭스 형성공정을 통함으로써 복합재료의 밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재의 형상은 적절히 용도에 따라 판상, 로드상, 포크상, 허니콤상, 중공로드상, T 자상, I 자상, 만곡면상 또는 이들을 조합한 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

실시예

이하 실시예를 들고 본 발명을 구체적으로 설명하겠지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 자외선 조사시험은 상온, 상압, 공기중에서 180 내지 254 ㎚ 의 파장을 갖는 25 W 저압수은램프 6 등을 50 ㎜ 의 거리에서 조사시간 10 분간 60 회 단속적으로 반복하여 조사한다.

실시예 1

(1) C/C 컴포지트제 반송용 1 차 부재의 제작

인장강도 3500 MPa, 인장탄성율 800 GPa, 열전도율 300 W/mK 의 피치계 탄소섬유를 일방향으로 끌어 모은 후에 적층하고, 또한 탄소질 피치를 함침시켜 압력 1 MPa, 온도 1000 ℃ 에서 가압탄화처리하고, 또한 탄소질 피치를 함침, 가압탄화를 반복하여 치밀화처리하여 일방향 강화 C/C 컴포지트를 얻는다. 이 일방향 강화 C/C 컴포지트를 내경 2.5 ㎜ 의 패드 부착구멍, 및 커플러 부착구멍을 갖는 길이 1000 ㎜, 폭 380 ㎜, 두께 8 ㎜ 의 형상을 갖는 반송용 1 차 부재로 가공한다. 이 때 성형체의 강성이 충분히 얻어지도록 성형체의 탄소섬유는 주변부에서 선단부 방향으로 배향시킨다.

이 같이 하여 얻어진 C/C 컴포지트제 반송용 1 차 부재의 부피밀도 1.90 g/㎤, 섬유 퇴적 함유율 Vf ＝ 60 %, 인장탄성율 245 GPa, 탄소섬유 배향방향의 열전도율은 400 W/mK, 탄소섬유에 수직인 방향의 열전도율은 20 W/mK 이다.

(2) 내자외선 피복재의 형성

상기 C/C 컴포지트제 반송용 1 차 부재의 단부를 2 ㎜R 가공한 것을 무진 (無塵) 에어 건으로 표면의 부착물을 제거한 후, 평균입경 5 ㎛ 의 알루미나 분말을 사용하고, 플라즈마 용사 건에 의해 C/C 컴포지트제 반송용 1 차 부재 (모재) 의 노출부분이 없도록 약 100 ㎛ 의 두께가 되도록 용사한다. 얻어진 알루미나 피복한 C/C 컴포지트제 반송용 부재의 표면을 #600, #1000 및 #1600 의 다이아몬드 연마지를 사용하여 표면을 매끄럽게 한다.

(3) 자외선 내성의 시험

상기 알루미나 용사한 C/C 컴포지트제 반송용 부재를 자외선 조사장치에 넣고, 자외선 조사시험을 한다. 조사후, 꺼내서 표면을 관찰한 결과, 미세한 티끌은 없으며, 내자외선 피복재에 열화, 균열 등의 변화는 없으며, 또한 모재인 C/C 컴포지트 부분의 변질, 열화는 관찰되지 않는다.

(4) 기계적 물성의 시험

0°/ 90°적층한 평직물에 석유 피치를 함침하여 프리폼으로 하고, 이것을 열간 정수압프레스 처리로 2000 ℃ 에서 가압탄화함으로써, Vf (섬유체적 함유율) 40 %, 밀도 1.62 g/㎤ 의 C/C 컴포지트가 얻어진다. 이것을 길이 100 ㎜, 폭 15 ㎜, 두께 2 ㎜ 로 시험편을 잘라내고, 알루미나를 사용하여 플라즈마 용사하고, 20 ㎛ 의 피막을 입혀 C/C 컴포지트제 반송용 부재를 얻는다. 또한 상기 부재에 대해 자외선 조사시험후, 굽힘강도를 측정한 결과, 조사전의 상기 부재가 105 MPa 였는데 비해 조사후의 상기 부재는 104 MPa 이며, 굽힘강도에 변화는 관찰되지 않았다.

실시예 2

(1) 스킨층의 제작

인장탄성율 800 GPa 의 피치계 탄소섬유를 일방향으로 끌어 모아 비스말레이드 수지를 함침시켜 얻은 일방향 프리프레그 시트를 그 강화방향이 반송용 부재의 길이방향으로 되어야 할 방향에 대해 0°(즉, 동방향) 가 되도록, 또한 인장탄성율 230 GPa 의 PAN 계 탄소섬유를 일방향으로 끌어 모아 비스말레이미드 수지를 함침시켜 얻은 일방향 프리프레그 시트를 그 강화방향이 상기 길이방향에 대해 90°(즉, 직교방향) 가 되도록 각각 복수개를 적층하여 오토클레이브 처리하고, 두께 약 1.2 ㎜ 의 스킨층을 제작한다. 그리고, 피치계 탄소섬유를 사용한 전자의 프리프레그의 코어층에 있어서의 체적비율은 75 % 로 하고, 나머지 25 % 는 PAN 계 탄소섬유를 사용한 후자의 프리프레그로 한다.

(2) 코어층의 제작

인장탄성율 600 GPa 의 피치계 탄소섬유를 일방향으로 끌어 모아 비스말레이드 수지를 함침시켜 얻은 일방향 프리프레그 시트를 그 강화방향이 상기 길이방향으로 되어야 할 방향에 대해 ±45°가 되도록, 또한 코어층에 있어서의 이 프리프레그 시트를 체적비율 5 % 로 되도록 복수장 적층하고, 또한 나머지 부분에는 비스말레이미드 수지를 함침시킨 유리섬유로 이루어지는 프리프레그를 복수장 적층하여 두께 약 5.6 ㎜ 의 코어층을 제작한다.

(3) FRP 제 반송용 1 차 부재의 제작

2 층의 상기 스킨층 사이에 상기 코어층을 배치시켜 접합하고, 또한 양 스킨층 표면에 인장탄성율 230 GPa 의 탄소섬유의 직물 (주자직물, 두께 0.1 ㎜) 을 부착하여 크로스층을 형성시켜 CFRP 판을 얻는다. 이 CFRP 판에 내경 6 ㎜ 의 부착구멍, 진공패드 부착구멍 및 폭 6 ㎜, 두께 2 ㎜ 의 홈을 가공하여 길이 1000 ㎜, 폭 100 ㎜, 두께 8.2 ㎜ 의 CFRP 제 반송용 1 차 부재로 한다.

(4) 내자외선 피복재의 형성

상기 CFRP 제 반송용 1 차 부재의 단부를 2 ㎜R 가공한 것을 무진 에어 건에 의해 표면의 부착물을 제거한 후, 5 ㎛ 의 알루미나 분말을 사용하여 플라즈마 용사 건에 의해 CFRP 제 반송용 1 차 부재 (모재) 를 노출부분이 없도록 약 100 ㎛ 용사한다. 얻어진 알루미나 피복한 CFRP 제 반송용 부재의 표면을 #600, #1000 및 #1600 의 다이아몬드 연마지를 사용하여 표면을 매끄럽게 한다.

(5) 자외선 내성의 시험

상기 알루미나 용사하여 피복한 CFRP 제 반송용 부재를 자외선 조사장치에 넣고, 자외선 조사시험을 한다. 조사후, 꺼내서 표면을 관찰한 결과, 미세한 티끌은 없으며, 내자외선 피복재의 열화 및 균열은 없으며, 모재인 CFRP 부분의 변질, 열화는 관찰되지 않는다.

(6) 기계적 물성의 시험

350°F 경화형 에폭시 수지조성물을 인장탄성율 235 GPa, 인장강도 3.53 GPa 의 탄소섬유에 함침하고, Vf 60 % 의 일방향 프리프레그를 제작한다. 이 프리프레그를 적층하고, 180 ℃, 2 시간 경화후, 길이 100 ㎜, 폭 15 ㎜, 두께 2 ㎜ 로 시험편을 잘라내고, 알루미나를 사용하여 플라즈마 용사하고, 두께 20 ㎛ 의 피막을 입힌 CFRP 제 반송용 부재로 한다.

상기 부재에 대하여 자외선 조사시험을 한 후 굽힘강도를 측정한 결과, 조사전의 이 부재가 750 MPa 였는데 비해 조사후의 상기 부재는 748 MPa 이며, 굽힘강도에 변화는 관찰되지 않았다.

비교예 1

실시예 2 의 CFRP 제 반송용 1 차 부재에 상온경화형 세라믹 코팅제 (스카이믹 SRC 클리어 (오오사까유우끼고오교사 제조) / 경화제 ＝ 100 / 10 중량비) 를 30 ㎛ 의 두께가 되도록 도포한 후, 50 ℃, 1h 경화한다.

상기 CFRP 제 반송용 부재를 자외선 조사장치에 넣고, 자외선 조사시험을 한다. 조사후, 꺼내서 표면을 관찰한 결과, 표면의 피복제가 모두 없어져서 CFRP 부분의 매트릭스 수지나 CF 의 일부가 자외선에 의해 손상을 받았다.

본 발명의 섬유강화 복합재료 (특히, CFRP 및/또는 C/C 컴포지트) 제 반송용 부재는 탄소섬유 유래에 의한 정밀기기 재료의 오염이 없으며 또한 경량, 내열성이면서 고강성이라는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재 본래의 성능을 충분히 발휘할 수 있는 것이며, 또한 본 발명의 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재의 제조방법에 따르면 내자외선 피복재의 처리후의 표면이 매끄러움과 동시에 상기 반송용 부재 등의 비틀림이나 변형을 일으키지 않는다.

Claims

섬유강화 복합재료의 표면에 용사법에 의해 내자외선 피복재층이 형성되어 이루어지고, 내자외선 피복재가 세라믹 또는 서밋으로 구성되는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재(搬送用部材).
제 1 항에 있어서, 섬유강화 복합재료가 섬유강화 플라스틱 또는 탄소섬유강화 탄소복합재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재.
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섬유강화 복합재료의 표면을 용사법에 의해 내자외선 피복재를 피복하고, 내자외선 피복재가 세라믹 또는 서밋으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 섬유강화 복합재료가 섬유강화 플라스틱 또는 탄소섬유강화 탄소복합재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 내성을 갖는 섬유강화 복합재료제의 반송용 부재의 제조방법.
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