KR101410528B1 - 스템퍼블 강화 복합체 반제품의 제조 방법 - Google Patents

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파이브로라인 프랑스
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Abstract

강화 스탬퍼블 복합체 반제품의 제조 방법에 관한 것으로서, 1개 이상의 플라스틱 및 바람직하게는 1개 이상의 전기적으로 비-전도성 물질로 제조되는 초핑된 섬유(chopped fibres) 또는 연속 필라멘트를 포함하며, 상기 섬유 또는 필라멘트의 연화점은 상기 플라스틱의 연화점보다 높으며, 상기 제조 방법은
- 상기 섬유 또는 상기 필라멘트를, 특히 중력에 의해서, 컨베이어 상에 피착시키는 공정;
- 상기 섬유 또는 상기 필라멘트 상에 상기 플라스틱의 분말 입자를 총 중량의 5 % 내지 90 % 비율로 살포하는 공정;
- 상기 섬유 또는 상기 필라멘트와 상기 입자를 혼합하는 공정; 및
- 상기 혼합물을 상기 플라스틱의 연화점 이상의 온도에 이르게 하여 상기 반제품을 형성하는 공정으로 구성되며,
상기 혼합 공정은 상기 컨베이어의 진행 방향에 거의 수직인 1개 이상의 전계에 상기 혼합물을 배치하는 단계를 포함하며,
상기 전계는 상기 입자, 및 상기 섬유 또는 상기 필라멘트를 움직일 수 있도록 하여 상기 혼합물을 균질화시키는 것을 특징으로 한다.

Description

스템퍼블 강화 복합체 반제품의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING A STAMPABLE REINFORCED COMPOSITE SEMI-FINISHED PRODUCT}
본 발명은 섬유-강화 플라스틱 복합체 반제품(fibre-reinforced plastic composite semi-finished product)의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 특히 본 발명은 반제품의 결합제를 형성하는 플라스틱을 분말 형태로 사용하는 방법에 관한 것이다.
여기서 "플라스틱(plastic)"이라는 용어는 일반적으로 열과 압력을 사용하여, 몰딩(moulding), 형성(forming) 또는 캐스팅(casting)에 의해 변형이 가능하고, 고분자 사용을 기본으로 하는 임의의 합성 물질을 의미한다.
문헌 US-A-4 487 647에 기재된 방법과 같은 복합체 반제품을 제조하는 종래 방법에서 반제품의 결합제는 분체 형태(pulverulent form)의 방사(yarns) 또는 강화 팔라멘트와 혼합시킬 수 있다. 상기 방사는 일반적으로 첫째 컨베이어 상에 중력에 의해서 피착되어 일종의 매트리스를 형성한 후 결합 플라스틱 분말의 입자와 함께 살포되고, 이후에는 상기 어셈블리를 가열하여 결합 플라스틱을 용융시킨다. 이후에 어셈블리를 냉각시켜 강화 스템퍼블 복합체 반제품을 수득한다.
이러한 반제품을 "복합체(composite)"라고 하며, 이것은 또 다른 물질로 구성되는 플라스틱 결합제와 주어진 물질의 섬유 또는 방사의 혼합물로부터 수득되기 때문이다. 방사는 복합체 반제품에 강화 특성을 부여하는데 이것은 공지된 방법으로 복합체의 기계적 특성에 확실하게 기여하기 때문이다.
또한 본 발명의 목적인 방법으로부터 유도된 제품은 예를 들면 탄력성 또는 화학적 안정성과 같은 주어진 화학적 기능 및/또는 기계적 기능을 충분하게 부여할 수 있는 최종 복합체 성분을 수득하기 위해서 다시 작업을 할 수 있으며, 해야하는 원료이기 때문에 "반제품(semi-finished product)"라고 한다. 상기는 이러한 반제품을 종종 강화 스템퍼블 열가소성플라스틱(또는 "Glass Mat Thermoplastics" 또는 GMT)이라고도 하는 이유이다.
또한 이후에 적당한 몰드에서 형성될 수 있는 플라크 형태가 일반적이므로 상기 반제품을 "스템퍼블(stampable)"이라고 한다. 따라서 특수한 기능을 만족시키기 위해서 매우 다양하고 복합적인 기하학적 외형의 성분을 형성할 수 있다.
그러나 종래 방법으로는 분말 입자와 섬유 또는 방사의 혼합은 완전하게 만족스럽게 실행되지 않으며, 완전하게 실행하기 위해서는 상당히 어려운 작업이 요구된다. 따라서 혼합 작업은 니들-펀칭(needle-punching) 또는 체분리(cycloning)와 같은 기술을 사용하여 실행할 수 있다.
니들-펀칭 방법은 섬유 매트리스와 분말 혼합물을 여러번 니들로 찔러 "인터레이싱(interlacing)"에 의해서 섬유가 함께 결합하여 섬유 내에 입자의 분포가 균 일하게 되는 공정으로 구성된다.
그러나 상기 니들-펀칭은 실행하기 비교적 복잡한다. 상기는 사용하는 플라스틱의 특성이 변화하는 경우 대기 매질에 오염을 발생시키고, 불순물이 존재할 수 있어 상이한 복합체 반제품이 제조되기 때문이다. 따라서 상기 방법은 분말과 섬유를 가두어야 하며, 또는 새로운 반제품 제조 이전에 제조 공장을 완벽하게 세척해야 할 필요가 있다. 또한 만족스러운 균질 혼합물을 수득하기 위해서는 분말 입자가 비교적 미세해야 하므로 사용하는 원료 비용이 증가한다.
또한 분말 입자와 미리 초핑한 섬유(prechopped fibres)를 체분리하여 혼합할 수도 있다. 이후에 상기 혼합물을 공기 분무하여 층을 만들고 이후에 어셈블리를 오븐에 통과시켜 분말을 연화 및 고정시켜 이의 결합 수지 기능을 완료시킬 수 있다.
그러나 체분리는 사이클론을 포함하는 고가이면서 거대한 장비가 필요하기 때문에 대량 부피 제조 용의 기술이다. 또한 혼합물을 정확하게 균질화시키기 위해서 섬유와 분말 성분 사이의 밀도가 유사해야 한다. 특히 공지된 방법으로 사이클론은 무거운 입자로부터 가벼운 입자를 분리한다. 따라서 플라스틱계 분말 입자와 비교적 큰 밀도의 유리 섬유의 혼합물을 제조하는 것은 불가능하다. 또한 몇몇 가장 가벼운 입자는 사이클론의 공기 배출을 통해서 확실하게 운반되므로 혼합물로 도입되지 않는다. 마지막으로 체분리는 비교적 짧은 섬유만 분말과 함께 혼합되도록 한다.
상기에서 언급한 문제점들을 피하면서 방사와 분말의 균질한 혼합물을 제조하기 위해서 문헌 US-A-4 487 647은 3회의 가열 공정, 3회의 분말 피착 공정 및 2회의 압착 공정을 포함하므로 비교적 길며 복잡한 공정의 사용을 제안하고 있다. 따라서 상기 공정은 길며 고가의 제조 라인을 사용해야 하며, 이 때문에 상기 공정으로 수득되는 복합체 반제품의 비용이 증가한다.
또한 복잡한 작업 비용으로 분말 물질과 섬유의 혼합물의 양호한 균질성이 획득되는데도 불구하고 종래문헌의 공정에는 강화 섬유 및 분말 입자의 특이적 크기에 제한이 있다. 따라서 특정 크기의 섬유에 있어서 문헌 US-A-4 487 647의 경우에서 처럼 입자의 최대 직경을 500 ㎛ 또는 심지어 200 ㎛까지로 제한을 두어 입자 크기를 선별한 분말을 사용할 필요가 있다. 그러나 미세한 입자 크기의 분말을 사용하면 복합체 반제품의 비용에 영향을 준다.
반대로 너무 조악한 분말을 선택하면 섬유와 입자의 혼합물은 너무 균질하게 되어, 복합체 반제품의 기계적 특성이 감소되거나 또는 심지어 결합이 있는 기계적 특성을 가지게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 강화 스템퍼블 복합체 반제품의 제조 방법을 제안하며, 상기 방법을 이행하는데는 지나치게 어려운 혼련 또는 혼합하는 순서가 요구되지 않으며, 지나치게 혹독한 결합 플라스틱 분말의 입자 크기의 선별도 필요하지 않다.
본 발명의 목적
따라서 본 발명은 복합체 반제품의 간단하고, 비교적 신속하며 경제적인 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적하는 방법은 1개 이상의 플라스틱 및 1개 이상의 전기적으로 비-전도성 물질로 제조되는 초핑된 섬유(chopped fibres) 또는 연속 필라멘트를 포함하며, 연화점은 상기 플라스틱들 중 최고 연화점보다 높은, 강화 스템퍼블 복합체 반제품의 제조에 관한 것이다. 본 발명의 목적하는 방법은 하기 공정을 포함한다:
- 특히 중력에 의해서 섬유 또는 필라멘트를 컨베이어 상에 피착시키는 공정;
- 상기 섬유 또는 필라멘트 상에 상기 플라스틱 분말의 입자를 총 중량의 5 % 내지 90 %의 비율로 살포하는 공정;
- 섬유 또는 필라멘트와 입자를 혼합하는 공정; 및
- 상기 혼합물을 플라스틱들의 연화점 이상의 온도에 이르게 하여 반제품을 형성하는 공정.
본 발명에 따르면 혼합 공정은 컨베이어의 진행 방향과 거의 수직인 1개 이상의 전계에 상기 혼합물을 배치하여 입자 및 섬유 또는 필라멘트가 움직일 수 있게 되어 혼합물을 균질화시키는 단계를 포함한다.
즉, 섬유 또는 필라멘트와 분말 입자의 혼합 또는 혼련은 컨베이어 상에 피착된 섬유 또는 필라멘트의 매트리스 두께 방향으로 아주 소량의 섬유에 분말 입자를 옮기고, 교란하는 1개 이상의 전계 수단에 의해서 실행한다. 따라서, 혼합물은 입자, 및 섬유 또는 필라멘트 상에 미치는 정전기력(상기 정전기력은 섬유 사이의 입자의 주입을 개선시킴)에 의해서 만족스러운 균질성을 얻을 수 있다. 따라서 "거의 수직 계(substantially perpendicular field)"라는 용어는 컨베이어에 가로 방향의 전계를 의미하며, 섬유 매트리스의 두께에 분말 입자를 옮겨놓을 수 있게 된다. 상기를 위해서 전계는 컨베이어에 수직인 부품을 가지고 있어야 한다.
본 발명의 실시양태에 따르면 전계는 주파수가 2 Hz 내지 500 Hz이며, 진폭이 100 kV/m 내지 80000 kV/m인 교류 전압을 가질 수 있다.
상기 전계로 섬유 중간에 분말 입자의 혼련이 효과적으로 이루어진다. 특히 교류계는 혼합물을 효과적으로 균질화시키는 경향이 있는 입자의 이동에 진동을 야기할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시양태에 따르면 혼합 공정은 복수의 전계에 혼합물을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 실시양태에서 2개의 전극 배열은 각각 컨베이어의 양쪽 측면에 배치되며, 각 전극 배열은 컨베이어의 진행 방향으로 연속적으로 배치되는 복수의 전극을 포함한다. 각 전계는 2개의 전극 배열의 한쪽 및 다른 쪽에 각각 속하는 2개의 전극 사이에서 발생한다.
본 발명의 상기 실시양태의 하나의 특정 실행 형태에 따르면 전계는 지속 전압으로부터 유래될 수 있으며, 컨베이어의 진행 방향과 연속적으로 반대 방향으로 향할 수 있다. 연속적인 계는 또한 하나에서 또 다른 쪽으로 상이한 강도로 구성되어, 상이한 혼련 효과를 가져올 수 있다.
상기 실시양태와 상기 실행 형태로 분말, 및 섬유 또는 필라멘트의 혼련을 효과적으로 수행할 수 있다.
실제로 계는 전체적으로 평평하고 상호 평행인 전극 사이에서 발생할 수 있다.
상기 전극의 기하학적 외형으로 목적하는 제품인 복합체 반제품의 전체 표면 상에 분말 및 섬유를 혼합하기에 적당한 전계를 발생시킬 수 있게 된다.
본 발명의 하나의 실행 실시양태에 따르면 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 예를 들면 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산 화합물, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에테르이미드, 코폴리아미드 및 코폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 열가소성플라스틱일 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시양태에 따르면 플라스틱은 불포화 폴리에스테르, 폴리에폭시드, 멜라민계 화합물 및 페놀 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 열경화성 물질일 수 있다.
상기 열가소성플라스틱 또는 열경화성 물질은 본 발명의 특정 전계에 의해서 혼합될 수 있는 유전체 특성을 가진다.
실제로 분말 및/또는 섬유 또는 필라멘트는 저밀도, 난연성 또는 항균 특성과 같은 반제품에 특이적 특성을 덧붙이거나, 또는 전체적인 분말 비용을 감소시키기 위해 첨가제 및/또는 충진제를 포함할 수 있다.
충진제, 특히 기능적 충진제를 특정 용도의 반제품에 첨가하는 것이 실제로 유용할 수 있다.
본 발명에 따르면 분말은 최소 직경 0.1 ㎛ 내지 최대 직경 3000 ㎛, 바람직하게는 최소 직경 0.1 ㎛ 내지 최대 직경 1000 ㎛의 입자 크기를 가질 수 있다.
적게 선택된 분말이 특징인 상기 입자 크기는 비용의 초과 증가 없이 섬유 매트리스에 다량의 분말을 신속하게 주입할 수 있게 한다.
실제로 섬유의 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 길이는 2 mm 내지 200 mm, 바람직하게는 10 mm 내지 70 mm일 수 있다.
이러한 섬유 크기는 분말 입자와의 균질한 혼합을 획득할 수 있게 한다.
본 발명에 따르면 섬유 또는 필라멘트는 유리, 아마, 주트, 사이잘, 고강도 폴리에틸렌, 세라믹 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 물질로 구성될 수 있다.
상기 전기적으로 비-전도성 물질은 본 발명의 목적을 실행시키는 방법을 가능하게 한다.
본 발명의 하나의 특정 실시양태에 따르면 섬유 또는 필라멘트는 하층 상의 컨베이어 상에 피착되어, 상층이 섬유 및 분말의 혼합물상에 피착될 수 있도록 하며, 이러한 층은 연화점이 섬유 연화점 이하인 1개 이상의 플라스틱을 포함하며, 이러한 층 (2, 8)은 또한 각각 5 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가진다.
상기 층의 첨가로 분말 및 섬유를 가두기 때문에 컨베이어가 더렵혀지거나 또는 분해되는 것을 예방한다. 따라서 매우 적은 입자 또는 섬유가 컨베이어에 직접 피착되게 된다. 이러한 하층 및 상층은 또한 컨베이어와 같은 제조 라인의 부품의 오염을 제한하기 때문에 복합체 반제품을 형성하는 물질 또는 제제의 특성을 신속하게 변화시킬 수 있도록 한다. 또한 반제품의 외부 "스킨(skins)"을 형성하는 이러한 층은 화학적 저항성, 높은 부착성 또는 반제품의 외관 품질과 같은 특이적 특성을 복합체 반제품에 부여할 수 있다.
또 다른 실시양태에 따르면 본 방법은 또한 섬유 및 분말의 혼합물에 의해 형성되는 것과 비교해서 추가의 층을 중첩하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 층은 반제품에 다양한 기계적, 화학적 또는 기타 특성들을 부여하는 경향이 있다.
즉 복합체 반제품은 결합 수지로 코팅된 섬유의 몇가지 중첩 층으로부터 형성될 수 있다.
본 발명을 실행할 수 있는 방법 및 이에 따라 얻어지는 이점은 하기의 제조 실시예로부터 보다 명확하게 드러날 것이다. 이러한 실시예는 첨부된 도면에 의해서 보충되는 비-제한적 가이드로서 주어진다.
도면은 본 발명의 목적에 맞는 방법을 실행할 수 있는 장치의 단면도를 나타낸 개략도이다.
따라서, 도면은 본 발명의 목적인 방법의 하나의 실시양태에 따른 복합체 반제품 제조 라인을 설명하는 것이다. 상기 제조 라인에서 컨베이어 장치 (1)는 벨트가 화살표 (15)로 나타낸 방향으로 진행하는 종래의 컨베이어로 구성된다.
도면에서 도시하고 있는 첫번째 공정 중에, 하층 (2)은 컨베이어 벨트 (1) 상에 피착된다. 하층 (2)은 상기의 경우에 롤 (3) 상에 감겨있는 필름 형태이며, 컨베이어 (1)의 진행과 동시에 풀린다.
본 발명에 따른 하층 (2)은 본 발명의 목적 방법에 따라 수득된 반체품을 구성하는 강화 섬유의 것보다 낮은 연화점을 가지는 플리스틱을 포함한다. 상기 하층 (2)은 하기에서 기재하는 열 처리 공정 중에 복합체 반제품의 나머지와 밀착하여 제조된다.
도면에서 도시하는 방법의 두번째 공정은 복합체 반제품을 구성하는 섬유 (4)를 컨베이어 벨트 (1)에 피착시키는 것으로 구성된다. 이러한 경우에 섬유 (4)는 단지 중력의 효과에 의해서만 컨베이어 (1) 상에 피착된다. 따라서 섬유 (4)는 컨베이어 (1) 상에 일종의 비-접착성[lacuna]으로 형성된다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 또 다른 피착 기작을 생각할 수 있다.
본 발명의 하나의 특성에 따르면 섬유 (4)는 길이가 50 mm이며, 직경이 17 ㎛이다. 본 발명의 목적하는 방법으로부터 유래된 반제품의 목적하는 특성, 및 이의 최종 용도의 상관 관계에 따른 특성에 따르면 상이한 크기의 섬유 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 목적 방법의 하나의 실시양태를 도시하는 도면의 실시예에서, 섬유 (4)는 전기적으로 비-전도성 물질로 구성된다. 상기는 이러한 예에서 컨베이어 (1)의 진행 (15)과 동일한 속도로 작동하는 초퍼(chopper, 5)를 사용하여, 선형 밀도가 2400 tex(즉 1000 m 당 2400 g)인 섬유의 이동(roving) 또는 고정(lock)을 초핑(chopping)하여 수득되는 유리 섬유 E이다. 또한 섬유 (4)는 하기에서 기재하는 것으로서 사용되는 분체 물질과 상용가능한 크기를 갖는 크기이다. 도 1의 실시예 에서 컨베이어는 진행 속도가 2 m/분으로 설정한다.
도면에서 도시하는 제조 라인으로부터 움직이는 분리 초퍼를 사용하여 유리 섬유를 미리 초핑하는 것을 생각할 수 있다. 상기의 경우에 미리 초핑된 섬유는 평량 1200 g/분이 수득되는 공급 속도에서 작동되는 분배기(distributor)를 사용하여 컨베이어 (1) 상에 간단하게 배치할 수 있다.
또한 섬유 (4)는 아마, 주트, 사이잘, 고강도 폴리에틸렌, 세라믹 섬유 및 아라미드 섬유와 같은 비-전도성의 바람직한 1개 이상의 다른 물질을 포함할 수 있다. 또한 이들의 존재, 특히 이들의 비율이 하기에서 기재하는 혼합 공정에서 사용하는 전계와 상용가능한 것으로 입증된 다른 섬유 및 분말에 대해 제공되는 반-전도성 또는 심지어 전도성 물질의 섬유의 사용이 가능할 수 있다.
다른 비-섬유성 제품도 또한 본 발명의 목적 방법을 실행하는데 사용할 수 있으며, 예를 들면 이들의 절연 특성을 반제품에 부여할 수 있는 천연 유래의 깃털이 있다.
또한 본 발명의 목적 방법으로부터 유래된 반제품에 주어지는 특성, 및 이의 최종 용도의 상관 관계에 따른 특성에 따르면 상이한 특성 및/또는 크기의 섬유 혼합물을 사용할 수도 있다.
또한 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 매우 약하게 함께 결합한 섬유의 기성 랩(preformed lap)을 사용할 수도 있다. 이러한 랩은 섬유 (4)의 버싱(versing) 공정에 있어서의 교환에서 또는 미리 형성될 수 있다.
유사하게 한 방향의 랩(one-directional lap) 형태로 비교적 긴 섬유 또는 심지어 연속적인 방사 또는 필라멘트를 사용할 수 있다. 이러한 연속 필라멘트 랩은 섬유를 교체할 수 있거나, 상기에서 기재한 섬유 피착 공정 전 또는 후에 이에 첨가될 수 있다.
본 발명의 목적 방법의 하기 공정의 진행에서 섬유 "매트리스(mattress)"는 최종 복합체 반제품 용의 섬유 (4) 사이의 결합제로서 제공되는 1개 이상의 플라스틱으로 구성되는 분말의 입자 (6)와 함께 살포된다. 이러한 경우에 사용되는 물질은 폴리프로필렌이다.
도면의 경우에 입자 (6)는 유리 섬유 (4) 상에 피착되며, 하층 (2)은 중력으로 간단하게 피착된다. 살포 장치 (7)는 컨베이어 (1)의 진행 (15)과 동시에 이러한 분말 입자 (6)의 공급 속도로 처리된다. 살포 장치 (7)는 공급 속도 800 g/분에서 이러한 경우에 섬유 (4)와 분말 (6) 사이의 목적하는 비율을 수득할 수 있도록 하는 공급 속도에서 작동된다.
도면의 실시예에서 분말 (6)과 섬유 (4)의 총 중량에 대한 분말 (6)의 질량 비율은 60 %이다. 상기 질량 비율은 최종 복합체 반제품에 있어서 목적하는 평량 또는 유닛 면적 당 중량의 함수로서 결정한다. 본 발명의 목적 방법에 따라 수득된 반제품의 유닛 면적 당 중량은 50 g/㎡ 내지 10000 g/㎡의 범위일 수 있다.
본 발명의 하나의 특성에 따르면 분말 (6)이 제조되는 플라스틱은 각각 섬유 (4)의 것보다 실제적으로 더 낮은 연화점을 가진다. 상기에 의해서 하기에 기재된 열 처리 공정 중에 결합 플라스틱과의 용융으로부터 섬유 (4)가 간단하게 완전히 보호된다. 상기 이유는 섬유에 있어서 목적하는 기계적 강도 특성을 부여하기 위해서 최종 복합체 반제품에 온전하게 남아있도록 하는 것이 중요하기 때문이다.
다른 많은 열가소성플라스틱이 분말 (6)을 제조하는데 적당하며, 그 중에서도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 예를 들면 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산 화합물, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에테르이미드, 코폴리아미드 및 코폴리에스테르로 구성될 수 있다. 유사하게 많은 열경화성 물질은 예를 들면 불포화 폴리에스테르, 폴리에폭시드, 멜라민계 화합물 및 페놀 화합물이 적당할 수 있다.
또한 분체 물질(들)에 유기 또는 무기 특성의 충진제를 첨가하여 예를 들면 저밀도, 난연성 또는 항균 특성과 같은 특이 특성을 반제품에 부여하거나, 또는 분말의 전체 비용을 감소시키는 등의 것도 생각할 수 있다. 이러한 충진제는 결합제로서 사용되는 분말과 혼합할 수 있거나, 또는 또 다른 공정 중에 혼입시킬 수 있다.
방법의 하기 공정은 도면에 관해서 설명된 첫번째 공정과 같은, 컨베이어 (1) 상에 이미 존재하는 부품 상에 하층 (8)을 피착하는 공정으로 구성된다. 하층 (2)과 같이 동일한 이유에 있어서 상층 (8)도 섬유 (4)의 연화점보다 더 낮은 연화점을 갖는 플라스틱으로 구성된다. 화학적으로 비활성인 폴리올레핀계 물질일 수 있다.
유사하게 상층 (8)도 또한 컨베이어 (1)의 속도 (15)와 동일한 속도로 필름 형태로 피착된다. 상층 (8)은 또한 분배기 (9)에 의해 풀린 롤의 형태로 저장된 다.
층 (2) 및 (8)의 구성 물질 및 크기는 목적하는 용도의 상관 관계에 따라 명백하게 선택한다. 유리하게 층 (2)은 최종 복합체 반제품의 폭과 동일한 폭을 가져 섬유 (4) 및 분말 (6)이 여기에 피착되는 경우 더렵혀지거나 또는 오염되는 것으로부터 컨베이어 (1)의 수송 벨트를 보호할 수 있다. 이러한 특성으로 하나의 반제품이 또 다른 제품으로 신속하게 옮겨갈 수 있게 된다.
층 (2) 및 (8)이 최종 복합체 반제품의 외부 "피부"를 형성하므로, 상기는 또한 이의 외관, 이의 부착성 또는 이의 화학적 저항성과 관련된 "표면" 기능을 충족시킬 수 있다. 이러한 층은 각각 5 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가진다. 이러한 경우에 층 (2) 및 층 (8)의 두께는 약 50 ㎛이다.
또한 층 (2) 및 (8)의 하나 및/또는 다른 하나는 예를 들어 코폴리아미드 화합물과 폴리프로필렌과 같은 상이한 공압출 물질(co-extruded materials)로 구성된 2-층 또는 다층 필름으로 구성될 수 있다. 이러한 다층 물질의 역활은 첫번째로 섬유를 포함하며, 수지 분말과 결합하는 반제품의 코어와의 부착을 확실하게 하는 것이며, 두번째로는 상기에서 이전에 언급한 것과 같은 표면 기능을 확실하게 하는 것이다.
또한 상기 층 중 하나 및/또는 다른 하나는 다른 성분들, 예컨대 그릴(grille)에 의해서 형성되거나, 또는 부직 타입의 직물 제품에 의해서 형성될 수도 있다. 이러한 성분의 기능은 반제품의 최종 용도에 의해서 결정되므로, 많은 성분이 층 (2) 및 (8)의 조성물에 포함될 수 있다.
하기 공정은 섬유 (4)와 분말 (6)을 친밀하게 혼합하는 단계를 포함하여, 결합제를 형성하는 분말의 입자 (6)가 섬유 매트리스에 균질하게 주입된다. 상기를 위해서, 및 본 발명의 목적 방법의 하나의 특성에 따라서 섬유 (4) 및 분말 (6)의 혼합물은 도면에 수직 방향으로 상호 평행하고, 전체적으로 평평한 전극 (10) 및 (11) 사이에서 발생하는 전계에 영향을 받는다. 이후에 분말 입자 (6) 및 섬유 (4)는 계 라인을 따라서 전반적으로 움직이도록 둔다.
특이적으로 정전기 파우더링의 계에서 공지된 방법으로 전계는 공기의 디옥시겐 분자를 이온화시켜 분말 입자에 결합하게 되며, 따라서 형성된 전하는 이들을 구성하는 물질의 유전율(dielectric permittivity)에 따라 달라진다. 상기는 분말을 만족스럽게 움직이도록 두기 위해서 낮은-전도성 플라스틱을 사용하는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나 전도성 충진제를 혼합물로서 또는 이후의 살포 중에 사용할 수 있다.
최종 복합체 반제품에 있어서 목적하는 평량 또는 유닛 면적 당 중량의 상관 관계로서 전극 (10) 및 (11)은 0.5 mm 내지 70 mm 사이의 거리를 두어 배치해야 한다. 그 중에 전극 (10) 및 (11) 중 1개 이상을 모바일 서포트 상에 고정하여 제조되는 반제품의 두께의 상관 관계에 따라 이들의 간격을 적응시키는 것을 생각할 수 있다.
장력 하에 전극 사이의 공기의 파열 전압에 도달하는 것을 피하기 위해서 유전율이 발생계를 견딜 수 있도록 충분하게 높은 절연 물질로 이들을 코팅하는 것을 생각할 수 있다. 특히 명백한 이유에 있어서 전극 사이에 전기 아크(arc)의 발생이 바람직하지 않기 때문이다.
섬유 (4) 및 분말 입자 (6)의 균질 혼합물을 제조하기 위해서 주파수가 50 Hz인 사인 형태(sinusoidal form)의 교류 전압을 갖는 전계를 사용한다. 또한 도면에서 도시하는 실시예에서 발생하는 전계의 진폭은 10000 kV/m이다.
전계의 이러한 특성이 입자 (6) 및 섬유(4)가 움직일 수 있도록 한다. 이러한 전계를 전극 (10) 및 (11) 사이에 적용시키는 경우에 입자 (6) 뿐만 아니라 또한 더 적은 정도로 섬유 (4)도 움직이도록 둔다. 이러한 이유는 연속 필라멘트의 또는 초핑된 섬유 (4)가 함께 결합하지 않으며, 이것에 의해서 전극 (10) 및 (11) 사이에서 발생하는 전계의 효과 하에서 움직일 수 있기 때문이다.
다른 실시양태에 따르면 전계의 교류 전압은 삼각형, 정사각형 또는 펄스형태 또는 보다 복잡한 형태를 가질 수 있다. 파형은 부여하길 목적하는 특성 및 반제품의 성분의 상관 관계에 따라 결정될 수 있는 정도로 분말과 섬유 사이의 혼합물의 균질성에 명백하게 영향을 준다.
또한 대안적으로 컨베이어 (1)의 진행 방향(15)과 연속으로 배열되는 몇개의 전극을 장착하는 것을 생각할 수 있다. 따라서 컨베이어 (1)의 각 측면에 위치하는 전극 사이에 진행 방향(15)이 비교적 좁게 전계의 연속을 발생시킴으로써 혼합물을 제조할 수 있다. 다음에 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향, 즉 위쪽 및 아래쪽으로 연속 쌍이 계에서 발생하여 "역평행(antiparallel)" 계가 형성되어야 한다. 상기로 인해 섬유 (4) 및 분말 (6) 사이의 혼합물이 효과적으로 균일하게 될 수 있으며, 이것은 입자 (6) 및 섬유 (4)의 움직임이 컨베이어 (1)의 진행에 따라, 대안적으로는 하나의 방향 다음에 반대 방향으로 점차적으로 발생하기 때문이다. 목적하는 특성 및/또는 사용하는 물질 및 제제의 상관 관계에 따른 연속적 전계는 이들이 컨베이어 (1)에 수직인 부품을 가지는 한 직류 또는 교류 전압으로부터 유도될 수 있으며, 다양한 진폭 및/또는 방위를 가질 것이다.
또한 상이한 모양, 즉 비-평면인 전극을 설치할 수도 있다. 따라서 컨베이어 (1)의 진행 방향(15)으로 연속적으로 배열되어, 교류 전압의 영향을 받는, 문헌 WO 2005/038123에 기재된 것과 같은 관 모양의 전극을 사용할 수 있다. 이러한 전극의 외관 및 배열은 컨베이어 (1)에 수직인 전계의 부품에는 어떠한 경우에도 바람직하여, 섬유 (4) 및 분말 입자 (6)의 혼합물을 효과적으로 균질화시켜야 한다.
전계에 의한 처리의 진폭 및 지속 시간, 및 섬유 매트리스 상에 피착된 분말의 양의 상관 관계에 따라서, 분말은 실제적으로 움직일 수 있으며, 특정 조건하에서 층 (2) 및 (8)의 외부 표면 상에 초과의 분말을 축적할 수 있다. 따라서 반제품의 사용 중에 결합하기 적당한 표면 상태가 만들어진다.
이러한 경우에 전극 (10) 및 (11) 사이의 전위차는 복합체 반제품의 특성, 특히 이의 두께 및 제조되는 물질의 특성의 상관 관계에 따라 이들의 최소 및 최대 값 사이로 조정될 수 있다.
이후의 공정은 복합체 반제품을 제조하기 위한 공정의 표준인 열 처리 공정이다. 일반적으로 이러한 열 처리는 반제품을 압착하여 완성 또는 실행된다. 이러한 열 처리 및 압착 공정을 결합한 것을 종종 "캘린더링(calendering)"이라고 한다.
도면의 실시예에서 반제품의 가열은 열 순환 오븐(thermal convection oven)에서 실행하며, 이의 압착은 2개의 압착 롤 (13) 및 (14) 사이에서 실행된다.
일련의 가열, 압착 및 선택적 냉각 공정은 수득하기를 목적하는 반제품의 상관 관계에 따라 결정해야 한다. 모든 경우에 및 본 발명의 하나의 특성에 따라 반제품의 하층 (2) 및 상층 (8), 및 결합 분말 (6)로 구성되는 플라스틱의 연화점 이상의 온도로 혼합물이 이르도록 하는 것이 중요하다. 이것은 이러한 물질이 점성을 가지도록 효과적으로 만들 수 있으며, 이에 의해서 섬유 (4)에 이들의 부착 및 분포를 확실하게 할 수 있다. 이후에 반제품은 상온으로 냉각시킨다.
또한 열경화성 물질의 경우에 가열 온도는 가교결합 온도보다 낮아야 하며, 도면에 나타내지 않은 이후 공정 중에 최종 제품을 형성할 수 있도록 하기 위해서이다. 상기는 대부분의 열경화성 플라스틱을 각각 가교결합 온도 보다 더 낮은 온도에서 가역적 연화에 의해 특성화된 "의가소성(pseudoplastic)" 상태를 이들의 가열 중에 통과시키기 때문에 가능할 수 있다.
통상적으로 캘린더링 공정 중의 가열 온도는 사용되는 물질의 특성에 따라 100 ℃ 내지 400 ℃ 범위일 수 있다. 따라서 예를 들면 160 ℃ 이상의 가열은 폴리프로필렌의 용융점에 도달할 때까지 실행해야 하며, 180 ℃를 넘는 것은 폴리락트산의 용융점에 도달할 때까지이고, 또는 220 ℃를 넘는 것은 폴리아미드 6의 용융점에 도달할 때까지 실행해야 한다.
이러한 압착 롤 (13) 및 (14)로 압착하는 선택적 공정에 의해서도 또한 반제품에 있어서의 목적하는 최종 두께의 제품 제조가 확실하게 이루어진다.
또한 컨베이어 (1)의 수송 벨트는 반제품의 압착에 저항해야 하며, 이의 동반을 가능하게 할 뿐만 아니라 전계의 효과 하에 공기의 이온화 중에 제조되는 오존에 의한 산화에 화학적으로 저항해야 하는 기계적 특성을 가져야 한다. 도면의 실시예에서 수송 벨트는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 두개의 면이 코팅된 와우번 서포트(woven support)로 구성되며, 유리 또는 폴리에스테르 상의 폴리우레판 어셈블리도 또한 사용될 수 있다.
종래의 제조 공정의 경우에서는 컨베이어 (1)의 진행 속도(15)는 반제품의 평량, 결합 물질의 연화점 및 층 (2) 및 (8)의 연화점, 또는 대안적으로 전계에서의 처리에 요구되는 기계의 규격 및 시간과 같은 파라메터의 상관 관계에 따라 조정한다.
또한 본 발명의 목적의 방법은 몇개의 중첩 층을 포함하는 복합체 반제품을 제조하기 위해 실행할 수 있다. 상기를 위해서 예를 들면 이미 섬유-강화 복합체 반제품을 포함하는 롤로 층 (2) 또는 (8)을 형성하는 롤의 하나를 대체하는 것을 생각할 수 있다. 따라서 중첩된 섬유의 몇개 층을 갖는 층화 복합체 반제품이 수득된다.
또한 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 목적하는 용도의 상관 관계에 따라 섬유 (4) 및 분말 (6)의 혼합물에 의해 형성되는 것과 비교해서 다른 층을 중첩하는 것을 생각할 수 있다. 따라서 다공성 구조의 경우, 예를 들면 무스 또는 벌집 구조의 경우가 될 수 있으며, 또한 직물 구조, 예를 들면 부직포, 섬유 또는 단향성 구조가 될 수 있다. 이러한 층은 따라서 다양한 기계적, 화학적 또는 다른 특성을 반제품에 부여할 수 있다.
섬유 및 분말 혼합물에 대한 다른 많은 층의 중첩을 생각할 수도 있다. 따라서 본 발명의 목적에 따른 방법으로 구성되는 분말 및 섬유로 구성되는 반제품을 층 (2) 또는 (8) 중 하나로 구성하여 최종적으로 샌드위치 구조를 형성할 수 있다.
이러한 모든 중첩 또는 삽입은 모든 경우에 통상적으로 전계를 사용하는 본 발명의 특징인 혼합 공정이 있다. 상기에서 언급한 2개의 혼합물을 제조하기 위해서는 명백하게 섬유의 버싱을 변화시키는 공정 및 살포 공정이 이중으로 필요할 것이다.
따라서 본 발명의 목적 방법에 따라 제조된 섬유-강화 플라스틱 수지로 제조된 복합체 반제품은 툴 (16)을 가지고 조정 방법으로 절단되어 제조 라인의 마지막에 축적된 플라크 (17) 형태이다. 사용된 물질의 특성의 상관 관계에 따라 반제품은 이의 수송, 조작 및/또는 사용이 용이할 수 있도록 둥글게 말 수도 있다.
플라크 또는 롤로서의 반제품은 이후에 드로잉 또는 스탬핑, 즉 틀에서 통상적으로 가열 및 압착을 결합한 처리에 의해서 전환된다. 따라서 성형된 복합체 제품은 밝기, 강도, 충격 강도 등의 공지된 특성을 가진다. 따라서 이러한 복합체 제품은 자동차류 범퍼용의 흡수 바(absorption bar)를 형성할 수 있다.
본 발명의 목적 방법의 특성 파라메터, 예컨대 피착된 섬유의 공급 속도, 살포된 입자의 공급 속도, 컨베이어 진행 속도 등은 분말의 구성 물질 및 섬유의 구성 물질의 유닛 부피 당 질량 및 각각의 혼합된 비율의 상관 관계에 따라 결정하면 상기 제품의 목적하는 평량 50 g/㎡ 내지 5000 g/㎡이 일반적으로 수득된다.

Claims (14)

  1. 강화 스탬퍼블 복합체 반제품(reinforced stampable composite semi-finished product)의 제조 방법으로서,
    1개 이상의 플라스틱 및 1개 이상의 전기적으로 비-전도성 물질로 제조되는 초핑된 섬유(chopped fibres) 또는 연속 필라멘트를 포함하며, 상기 섬유 또는 필라멘트의 연화점은 상기 플라스틱의 연화점보다 높으며,
    상기 제조 방법은
    - 상기 섬유 또는 상기 필라멘트를, 중력에 의해서, 컨베이어 상에 피착시키는 공정;
    - 상기 섬유 또는 상기 필라멘트 상에 상기 플라스틱의 분말 입자를 총 중량의 5 % 내지 90 % 비율로 살포하는 공정;
    - 상기 섬유 또는 상기 필라멘트와 상기 입자를 혼합하는 공정; 및
    - 상기 혼합물을 상기 플라스틱의 연화점 이상의 온도에 이르게 하여 상기 반제품을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 혼합 공정은 상기 컨베이어의 진행 방향에 수직인 1개 이상의 전계에 상기 혼합물을 배치하는 단계를 포함하며,
    상기 전계는 상기 입자 및 상기 섬유 또는 상기 필라멘트를 움직일 수 있도록 하여 상기 혼합물을 균질화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계는 주파수가 2 Hz 내지 500 Hz이며, 진폭이 100 kV/m 내지 80000 kV/m인 교류 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    혼합 공정은 복수의 전계에 상기 혼합물을 배치하는 단계를 포함하며, 2개의 전극 배열이 상기 컨베이어의 양쪽에 각각 배치되고, 상기 전극 배열의 각각은 상기 컨베이어의 진행 방향으로 연속으로 배치된 복수의 전극을 포함하며, 상기 전계 각각은 상기 2개의 전극 배열 중 하나 및 다른 하나에 각각 속해있는 2개의 전극 사이에서 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전계는 지속 전압으로부터 유도되며, 상기 전계는 상기 컨베이어의 진행 방향에서 연속적으로 반대 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전계는 전체적으로 평평하며 상호 평행한 전극들 사이에서 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 열가소성 플라스틱인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 불포화 폴리에스테르, 폴리에폭시드, 멜라민계 화합물 및 페놀 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화성 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분말은 반제품에 특이적 특성을 부여하는 충진제 및 첨가제를 적어도 어느 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분말의 입자 크기는 최소 직경 0.1 ㎛ 내지 최대 직경 3000 ㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유의 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛이며, 길이는 2 mm 내지 200 mm인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 상기 필라멘트는 유리, 아마, 주트, 사이잘, 고강도 폴리에틸렌, 세라믹 섬유 및 아라미드 섬유를 포함하는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 상기 필라멘트는 상기 컨베이어 상의 하층에 피착되고, 상층이 상기 혼합물 상에 피착될 수 있으며, 상기 하층 및 상층은 연화점이 섬유의 연화점 이하인 1개 이상의 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산 화합물, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에테르이미드, 코폴리아미드 및 코폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 열가소성 플라스틱인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 특성은 저밀도, 난연성 또는 항균 특성, 또는 분말의 총 비용을 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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