KR101451178B1 - 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면 탄소섬유와 열융착 섬유를 포함하는 혼합섬유층을 폴리올레핀계 수지재 메쉬 시트의 일면 또는 양면에 적층하여 니들펀칭한 후 가열 및 냉각하는 것을 포함하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 얇은 두께에서도 휨저항성이 크고 하드한 물성을 가지는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조가 가능하다.

Description

불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법{Method for fabricating nonflammable carbon fiber hard panels}
본 발명은 탄소섬유를 이용한 불연제품의 제조에 관한 것으로서, 특히 경량이면서 하드한 불연성 탄소섬유 패널의 제조방법에 관한 것이다.
탄소섬유는 그 우수한 기계적 특성을 이용하여, 매트릭스 수지라 불리는 플라스틱과의 복합재료용 보강섬유로서 항공우주 용도, 스포츠 용도, 일반산업 용도 등으로 폭넓게 이용되고 있다. 탄소섬유는 또한 내염성이 우수하여 그 적용용도가 넓혀지고 있으며 또한 고성능을 요구하고 있는 실정이다.
일반적으로 탄소섬유는 출발물질에 따라 아크릴(PAN)계, 피치(pitch)계, 레이온계(rayon), 페놀(phenol)계 등으로 분류할 수 있으며 그 출발 물질들은 용액 및 용융 방사 방법에 의해 섬유 형태로 형성한 다음 산화성 가스 분위기에서 불융화 과정(안정화)을 거친 후 불활성 분위기에서 탄소화하여 탄소섬유를 제조하거나, 불융화 섬유, 탄소섬유 등을 가스나 약품 등을 이용하여 활성탄소섬유를 제조한다.
종래, 탄소섬유의 내염성을 이용한 불연 제품이 개발되고 있다. 예를 들어 한국특허등록 제10-0943228호에는 제올라이트를 포함하는 발포 폴리우레탄수지소재의 단열층과, 탄소섬유, 실리카섬유 및 저융점 폴리에틸렌을 포함하는 탄소섬유 불연층, 금속소재의 표면층으로 이루어지며, 중심부인 단열층의 양편에 불연층이 위치하고, 양 불연층의 외면에 표면층이 위치하는 5층 구조로 이루어진 샌드위치 패널의 형태인 것을 특징으로 하는 불연성 단열패널이 제시되어 있다, 여기서 사용되는 탄소섬유 불연층은 접착제 역할을 하는 저융점 폴리에틸렌으로 탄소섬유와 실리카섬유를 고정시킨 부직포의 형태로서 저융점 폴리에틸렌 층이 삽입되도록 순차적으로 적층한 후, 가열, 가압의 과정을 거쳐 접착하여 형성시킨다.
상기한 방법으로 형성되는 탄소섬유 불연층은 소프트한 물성 때문에 독립적으로 패널화하는 것이 불가능하여 그 상하로 하드 층을 적층한 다층의 샌드위치 패널형태로 제작할 수밖에 없는 적용의 한계가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 선행기술의 문제점을 감안하여 얇은 두께에서도 휨저항성이 크고 하드한 물성을 가지는 불연성 탄소섬유 하드 패널을 제공하는데에 있다.
상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면, 70~95중량%의 탄소섬유와 5~30중량%의 열융착 섬유를 포함하는 혼합섬유층을 제조하는 단계;
상기 혼합섬유층을 폴리올레핀계 수지재 메쉬 시트의 일면 또는 양면에 적층하는 단계;
얻어진 적층체를 니들펀칭하는 단계;
니들펀칭된 적층체를 텐터로 잡아준 상태에서 열융착 섬유의 융점 이상의 온도로 가열하는 단계; 및
가열된 적층체를 냉각하는 단계;를 포함하여 구성되는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 탄소섬유가 아크릴(PAN)계 탄소섬유, 피치(pitch)계 탄소섬유, 레이온계(rayon) 탄소섬유, 폴리카보네이트(PC)계 탄소섬유 및 페놀(phenol)계 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 혼합섬유층의 제조에 카드기 또는 정면기를 이용하는 것을 특징으로 하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 열융착 섬유가 폴리에스터계 복합섬유인 것을 특징으로 하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 폴리올레핀계 수지가 폴리프로필렌, 고밀도폴리에틸렌 및 폴리염화비닐로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 얇은 두께에서도 휨저항성이 크고 하드한 물성을 가지는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조할 수 있어, 독립적으로 불연 또는 난연 제품화를 가능하게 하고, 다른 소재 또는 부재와 복합하여 불연 또는 제품화를 가능하게 하는 매우 유용한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따르는 불연성 탄소섬유 하드 패널은 탄소섬유와 열융착 섬유를 포함하는 혼합섬유층을 폴리올레핀계 수지재 메쉬 시트의 일면 또는 양면에 적층하여 니들펀칭한 후 가열 및 냉각하는 것에 의해 제조된다.
상기 탄소섬유로는 아크릴(PAN)계 탄소섬유, 피치(pitch)계 탄소섬유, 레이온계(rayon) 탄소섬유, 폴리카보네이트(PC)계 탄소섬유 및 페놀(phenol)계 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 탄소섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 이중에서 특히 바람직한 것은 아크릴계 탄소섬유이다.
상기 열융착 섬유는 열융착형 섬유보드의 제조에 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 폴리에스터계 열융착성 복합섬유가 있다.
본 발명에서 탄소섬유와 열융착 섬유의 혼합비율은 탄소섬유 70~95중량%와 열융착 섬유 5~30중량%가 바람직하다. 만일 열융착 섬유의 함량이 너무 많으면 불연 등급의 다소 미흡할 수 있고 너무 적으면 섬유간 접착력이 불충분하여 물성이 불균일하게 될 수 있으므로 상기한 범위내에서 탄소섬유와 열융착 섬유을 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 탄소섬유와 열융착 섬유의 혼합섬유층은 카드기 또는 정면기를 이용하여 준비할 수 있다.
상기한 혼합섬유층 만으로는 니들펀칭이 곤란하여 불연성 하드 패널의 제조가 거의 불가능하다. 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 폴리올레핀계 수지재 메쉬 시트의 일면 또는 양면에 혼합섬유층을 적층하여 니들 펀칭한다.
본 발명에 따라 폴리올레핀계 수지재 메쉬 시트의 일면 또는 양면에 혼합섬유층을 적층하면 적층형태가 안정적으로 유지되면서 니들펀칭되어, 두께가 얇고 섬유밀도가 높은 프리패널(pre-panel)의 제조가 가능하게 된다. 여기서, 상기 메쉬 시트는 격자구조를 갖는 시트를 의미하는 것이며, 상기 폴리올레핀계 수지의 바람직한 예로는 폴리프로필렌, 고밀도폴리에틸렌 및 폴리염화비닐로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 있다.
다음, 상기와 같이 제조되는 프리페널은 텐터기로 폭을 고정한 상태에서 상기 열융착 섬유의 융점보다 높은 온도로 가열하여 탄소섬유들을 접착고정한다. 이러한 가열과정에서 프리패널을 텐터고정하는 것은 최종 패널의 형태변형을 방지하고 물성불균일을 방지하기 위한 것이다. 또한 원할 경우 상기 가열과정에서 가열온도는 매쉬 시트의 융점보다 높은 온도로 할 수도 있고, 낮은 온도로 할 수도 있다. 이는 메쉬 시트가 그 주된 기능인 니들펀칭허용기능을 완료한 상태에서는 망목구조를 유지하는 것이 반드시 요구되지 않기 때문에 용융시켜 탄소섬유들 사이에 함침되도록 할 수도 있다.
상기와 같이 가열하여 열융착섬유를 용융시킨 후에는 상온으로 강제냉각 또는 자연냉각하여 최종 패널을 제조한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따라 니들펀칭에 의해 고밀도로 압축된 프리 패널을 가열융착하면 휨저항성이 크면서 하드한 불연성 탄소섬유 패널을 얇은 두께로 제조할 수 있으며, 이러한 특성의 불연성 탄소섬유 패널은 석고보드 등과 같은 준불연등급을 가져서 독립적으로 용접현장의 불연 패드, 불연 천정판 등에 유용하게 이용할 수 있고, 다른 소재 또는 부재와 결합하여 불연 또는 난연을 요구하는 내장재, 바닥재 등으로 유용하게 이용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 70~95중량%의 탄소섬유와 5~30중량%의 열융착 섬유를 포함하는 혼합섬유층을 제조하는 단계;
    상기 혼합섬유층을 폴리올레핀계 수지재 메쉬 시트의 일면 또는 양면에 적층하는 단계;
    얻어진 적층체를 니들펀칭하는 단계;
    니들펀칭된 적층체를 텐터로 잡아준 상태에서 열융착 섬유의 융점 이상의 온도로 가열하는 단계; 및
    가열된 적층체를 냉각하는 단계;를 포함하여 구성되며,
    여기서 상기 탄소섬유가 아크릴(PAN)계 탄소섬유, 피치(pitch)계 탄소섬유, 레이온계(rayon) 탄소섬유, 폴리카보네이트(PC)계 탄소섬유 및 페놀(phenol)계 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 탄소섬유인, 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합섬유층의 제조에 카드기 또는 정면기를 이용하는 것을 특징으로 하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 열융착 섬유가 폴리에스터계 복합섬유인 것을 특징으로 하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지가 폴리프로필렌, 고밀도폴리에틸렌 및 폴리염화비닐로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 탄소섬유 하드 패널의 제조방법.
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