KR100868113B1 - 열전사 프리프레그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보강섬유에 열경화성 수지가 함침된 프리프레그의 표면에 열전사 코팅층이 형성된 열전사 프리프레그에 관한 것으로서, 본 발명의 열전사 프리프레그는 다양한 색상과 무늬을 나타낼 수 있어 과도한 연마공정이 필요 없게 되고 필요에 따라 보강섬유 층이 소실되는 양을 대폭 낮추면서 연마작업을 수행하고 추가 도장작업이 가능하게 되어, 제품의 기계적 강도가 저하되는 경우를 최소화 할 수 있는 등의 장점이 있다.

Description

열전사 프리프레그{prepreg}

도 1은 본 발명에 따르는 열전사 프리프레그의 적층구조의 한 예를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따르는 열전사 프리프레그의 적층구조의 다른 예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 열전사 프리프레그를 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따라 열전사 프리프레그를 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따르는 열전사 프리프레그와 종래의 프리프레그를 촬영한 사진,

도 6은 도 5의 프리프레그로 제조한 봉상구조물을 촬영한 사진.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 보강섬유

2 : 열경화성 수지 필름

3 : 열전사 필름

4 : 열전사 프리프레그

본 발명은 보강섬유(reinforced fiber)와 열경화성 수지로 구성된 프리프레그에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 표면에 다양한 색상의 무늬를 나타낼 수 있는 열전사 프리프레그에 관한 것이다.

일반적으로 프리프레그는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 등의 보강섬유와 에폭시 등의 열경화성 수지로 구성된다. 이러한 프리프레그는 통상적으로 열경화성 수지가 투명함으로 경화 후에 보강섬유의 색상이 그대로 나타나게 된다. 예를 들어, 열경화성 수지로 에폭시 수지를 적용하였을 경우, 보강섬유가 탄소섬유의 경우에는 검정색, 유리섬유의 경우에는 반투명 우유 빛, 아라미드 섬유의 경우에는 노란색 등, 프리프레그의 색상은 보강섬유의 색상으로 한정되어 나타난다.

이러한 경우, 섬유의 색상을 그대로 살려서 투명 도장작업을 수행하는 경우도 있으나, 대부분의 경우에는 외관을 아름답게 보이게 하기 위하여 별도의 도장공정을 수행하는 것이 일반적이다. 유리섬유를 보강섬유로 사용한 프리프레그에서는 에폭시 수지에 안료나 염료를 투입하여 색상을 나타내는 제품도 사용된다.

상기의 도장공정을 채택하는 경우에는 프리프레그를 적층하여 경화시킨 경화물의 표면을 연마하고 세척한 후에 도장액을 코팅하거나, 도장액을 연마된 경화물 의 표면에 분사시켜서 도장작업을 수행한다. 또한 홀로그램 필름을 적층된 프리프레그 표면에 접착시키거나 경화물의 표면에 접착시켜서 도장작업을 수행하기도 한다. 이러한 도장 공정은 낚싯대의 미적 수려함을 위하여 수행하게 되며 소비자의 기호에 맞게 색상과 도장 방법을 달리하고 있다. 이와 관련된 선행기술로는 국내 특허공개 제10-1989-017006호, 제10-1984-000392호 및 제10-1985-007222호, 그리고 실용신안 공개 제20-1989-022315호 등이 있다.

그러나 이러한 도장 방법은 경화된 재료의 표면을 연마하여야 하고, 도장 불량 발생 시에는 재연마 및 도장의 반복 공정을 수행하게 된다. 이러한 연마공정과 연마 및 도장의 반복공정으로 인하여, 연마시 보강섬유가 손상되어 프리프레그 제품의 기계적 강도가 저하되며 불필요한 반복공정을 수행함에 따른 작업시간의 증가로 비용상승의 원인이 된다. 뿐만아니라, 다양한 무늬와 색상을 표현하기에는 한계가 있으며, 필름을 접착시키는 방법도 별도의 필름을 준비하여 접착시키는 공정을 필요로 하므로 작업에 번거로움이 있게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 해소할 수 있는 새로운 프리프레그를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 연구에서 프리프레그의 표면에 열전사 코팅층을 형성시키면 다양한 색상과 무늬을 나타낼 수 있어 과도한 연마공정이 필요 없게 되고 필요에 따라 보강섬유 층이 소실되는 양을 대폭 낮추면서 연마작업을 수행하 고 추가 도장작업이 가능하게 되어, 제품의 기계적 강도가 저하되는 경우를 최소화 할 수 있게 된다는 사실을 알게되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

상기한 과제를 해결한 본 발명에 의하면, 표면에 열전사 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 프리프레그가 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 보강 섬유에 열경화성 수지를 함침한 후에 열전사 필름을 밀착시켜 전사코팅층을 열전사시키는 공정을 포함하는 열전사 프리프레그의 제조방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따르는 열전사 프리프레그는 도 1에 나타낸 바와 같이 보강섬유에 열경화성 수지가 함침된 프리프레그(6)에 열전사 코팅층(7)이 형성된 것을 기본 구조로 한다. 이와 같이 열전사 코팅층을 갖는 프리프레그를 이용하여 제품의 외층에 적용하게 되면 다양한 외관을 표현하는 것이 용이할 뿐만 아니라 경화과정 중에 에폭시 수지의 유동에 의한 보강섬유층이 삐져 나오게 되는 것을 적정하게 차단하여 경화 후 외관에 이상이 없도록 할 수 있게 된다.

바람직하게, 열전사 코팅층을 프리프레그에 형성시키는 데에는 열 전사 필름을 프리프레그에 전사시키는 방법이 이용된다.

즉, 프리프레그에 열전사 필름의 코팅층을 밀착시킨 후에 적정한 온도와 압력을 가하여 전사시킴으로써 열전사 코팅층을 프리프레그에 형성시킬 수 있다. 이 때 열전사시의 온도는 코팅층은 전사가 일어나되 프리프레그에 함침된 열경화성 수지의 경화반응이 일어나지 않는 온도로 설정하여야 한다. 열전사시의 온도가 지나치게 높게 되면 프리프레그에 함유된 에폭시 수지의 경화반응이 진행되어 제품을 사용할 수 없게 되며, 온도가 너무 낮으면 열전사 필름의 코팅 층이 전사가 되지 않는 문제가 발생하게 된다. 따라서 프리프레그에 이상이 없도록 하고 열전사 필름의 코팅 층이 전사가 잘 되는 조건을 설정하는 것이 필요하다.

열전사 온도는 코팅층 재료의 특성에 따라 10∼150℃, 바람직하게는 60∼150℃로 하여 수행한다.

열전사 필름은 폴리에스터 재질의 바탕 필름 위에 접착수지가 코팅된 형태로 되어 있으며, 접착수지는 보통 우레탄계 등의 재질로 하여 다양한 색상과 무늬를 나타내도록 코팅되어진다. 이러한 접착수지를 프리프레그 생산공정에서 열과 압력을 가하여 전사하거나, 생산된 프리프레그 위에 열과 압력을 주어 전사시킴으로써 코팅층이 전사된 프리프레그를 만들 수 있다.

본 발명에 따르는 열전사 프리프레그는 낚싯대나 골프 샤프트 등의 봉상 구조물을 제작할 경우에, 열전사된 프리프레그를 외곽에 적용하기에 적합하다. 이와 같이 적용하는 경우, 프리프레그가 감겨진 것이 끝나는 부위에서 문제가 발생할 수도 있으므로 프리프레그에 적용된 열경화성 수지의 함량을 조절하는 것이 요구된다. 본 발명의 열전사 프리프레그중 열경화성 수지의 함량이 15∼70%인 경우 상기한 문제의 발생을 방지할 수 있게 된다.

낚싯대나 골프 샤프트 등의 봉상 구조물을 제조하는 방법은 맨드렐(심봉)에 프리프레그를 감고(롤링공정) 열 수축 필름으로 감아서(wrapping공정) 경화로에 투입하여 제품을 경화시키는 공정으로 구성된다. 이때 경화공정에서 열을 가하여 온도가 상승하게 되므로써 프리프레그상의 에폭시 수지가 경화반응이 진행되도록 하는 것이다. 경화공정에서 온도가 상승하게 되면, 에폭시 수지의 점도는 점차 낮아지게 되어 유동성을 갖게 되며, 열전사 프리프레그가 감겨진 것이 끝나는 부위에서 수지가 흘러나오면서 보강섬유도 함께 삐져 나오게 된다. 이렇게 되면 검은 색의 탄소섬유로 인해 외관에 문제가 발생한다. 따라서 프리프레그에 적용된 에폭시 수지의 함량을 낮춰서 수지 유동에도 보강섬유가 삐져 나오는 양을 최소화시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 열전사 프리프레그는 도 4에 나타낸 바와 같이 열전사 코팅층 표면에 얇은 유리섬유 스크림(9)을 추가로 접착시킬 수도 있다. 이러한 구조의 열전사 프리프레그는 봉상 구조물 제작시에 추가로 도장공정을 원할 경우에 적합한 구조이다. 즉, 봉상 구조물 제작시에 추가로 도장공정을 하기 위해서는 연마작업을 필요로 하게 되는데, 이때 연마시에 봉상 구조물 표면에 있는 열전사 코팅층이 손상을 받을 우려가 있으므로 코팅층 표면에 얇은 유리섬유 직물을 추가로 접착시키게 되면 상기한 우려를 해소할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예의 방법으로 설명하기로 한다.

[실시예 1]

도 3에 나타낸 방법으로 열전사 프리프레그를 제조하였다.

우선, 탄소섬유(1)에 에폭시 레진이 코팅되어 있는 레진 필름(2)을 탄소섬유(1)의 위와 아래에 투입하여 함침 롤로 가압하고 가열하여, 에폭시 레진이 탄소섬유 사이사이에 침투되도록 한다. 이때 얻어진 프리프레그의 탄소섬유 함량은 125g/㎡ 이었으며, 에폭시 수지 함량은 37중량%이었다.

다음 열전사 필름(3)(서울화학사 제품)을 프리프레그 위에 투입하고 열전사 코팅층을 전사시키기 위한 온도를 130℃로 설정하여 코팅층을 전사시키고 필름을 걷어내어 열전사 프리프레그(4)를 제조하였다. 도 1의 공정도에서 도면부호 5로 나타낸 부분은 냉각판(5)으로서 높은 온도에서의 에폭시 수지 경화방지를 위해 설치한 것이다.

[실시예 2]

도 4에 나타낸 방법으로 열전사 프리프레그를 제조하였다.

우선, 미리 준비한 탄소섬유 프리프레그 (탄소섬유 함량 125g/㎡, 에폭시 수지 함량 37%인 에스케이케미칼 주식회사의 USN 125A)를 도 2와 같이 투입하고, 열전사 필름(3)을 투입하여 가압, 가열시켜서 열전사 필름(3)의 코팅층을 전사시켜 열전사 프리프레그(4)를 제조하였다. 이때 가열 온도는 80℃로 설정하여 기존에 제조된 USN 125A 프리프레그에 경화반응이 진행되는 것을 방지토록 하였다.

상기 실시 예 1과 실시 예 2에서 제조된 열전사 프리프레그는 도 1에 나타낸 바와 같은 적층구조를 갖는다. 즉, 이형지(8) 위에 프리프레그 층(6)이 있게 되고, 그 위에 열전사 코팅층(7)이 존재하게 된다.

[실시예 3]

USN 125A층에 국방 얼루무늬 코팅층을 열전사시킨 프리프레그(도 4 및 도 5의 사진에서 A)과 붉은색 무늬를 열전사 시킨 프리프레그(도 4 및 도 5의 사진에서 B)를 각각 적용하여 봉상 구조물을 제작하였다. 낚싯대나 골프샤프트 제조방법과 동일하게 하여, 심봉에 프리프레그를 적층하고, 외곽에 열전사 프리프레그(A 또는 B)를 1층 감은 후에 열수축 필름(폴리프로필렌 필름)으로 감아서 경화오븐에 넣고 125℃에서 90분간 성형시킨 후에 외관을 관찰하였다. 관찰결과, 기존에 사용하던 검정색 프리프레그(도 4 및 도 5의 사진에서 C)보다 다양한 무늬와 색상을 표현할 수 있었다. 이러한 외관에 소비자 기호에 맞게 추가로 도장작업을 수행하게 되면 화려하고 다양한 색상의 외관 표현이 가능해 진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 프리프레그를 사용한 제품의 외관을 다양하게 표현하는 것이 가능하게 되며 따라서 이로써 소비자의 다양한 외관에 따른 기호 요구를 충족시킬 수 있게 된다. 또한 종래의 도장 기술은 경화물의 표면을 연마하여 도장을 수행하는 것이 일반적인데, 연마공정에서 보강섬유가 소실되어 제품의 기계적 강도가 저하될 우려가 있게 된다. 그러나 본 발명에 의하면 경화물의 표면에 이미 다양한 색상과 무늬가 나타나 있으므로 과도한 연마공정이 필요 없게 되고 필요에 따라 보강섬유 층이 소실되는 양이 적은 정도로만 연마작업을 수행하고 추가 도장작업이 가능하게 되어, 제품의 기계적 강도가 저하되는 경우 를 최소화 할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 보강섬유에 열경화성 수지가 함침된 프리프레그의 표면에 열전사 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 열전사 프리프레그.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전사 코팅층 위에 유리섬유 스크림층이 형성된 것을 특징으로 하는 열전사 프리프레그.
3. 제 1 항에 있어서, 열경화성 수지의 함량이 15∼70중량%인 것을 특징으로 하는 열전사 프리프레그.
4. 보강 섬유에 열경화성 수지를 함침한 후에 열전사 필름을 밀착시켜 전사코팅층을 열전사시키는 공정을 포함하는 열전사 프리프레그의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 열전사시의 온도가 10∼150℃인 것을 특징으로 하는 열전사 프리프레그의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 열전사시의 온도가 60∼150℃인 것을 특징으로 하는 열전사 프리프레그의 제조방법.

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