KR101459717B1

KR101459717B1 - 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법

Info

Publication number: KR101459717B1
Application number: KR1020140073740A
Authority: KR
Inventors: 장동기
Original assignee: 주식회사 티에프티
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2014-11-12

Abstract

본 발명은 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열경화성 수지에 난연제 및 팽창흑연을 혼합하고, 용제를 투입하여 분산시킨 후에 물에 희석하여 불연성 수용액을 제조하는 불연성수용액제조단계, 상기 불연성수용액제조단계를 통해 제조된 불연성수용액에 무기섬유를 함침하는 무기섬유함침단계, 상기 무기섬유함침단계를 통해 불연성수용액이 도포된 무기섬유를 건조하는 건조단계, 상기 건조단계를 통해 건조된 무기섬유를 성형하는 성형단계 및 상기 성형단계를 통해 성형된 성형물을 냉각하는 냉각단계로 이루어진다.
상기의 과정으로 이루어지는 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법은 팽창흑연이 함유되어 불연성 및 단열성이 우수하고 중량이 가벼우며, 단면적 대비 기계적 강도가 우수하여 얇은 패널로 형성되어도 변형이나 균열이 발생하지 않는 섬유강화플라스틱을 제공한다.

Description

불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF FIBER REINFORCED PLASTIC HAVING GOOD NON-INFLAMMABILITY AND HEAT INSULATION}

본 발명은 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팽창흑연이 함유되어 불연성이 우수하고 중량이 가벼우며, 단면적 대비 기계적 강도가 우수하여 얇은 패널로 형성되어도 변형이나 균열이 발생하지 않아 건축용 내장재 분야 등에 적용가능한 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법에 관한 것이다.

종래에 시판되고 있는 섬유강화플라스틱은 페놀수지나 멜라민 수지에 포름알데히드를 반응시켜 메티롤수지의 형태로 제조되고 있다.

상기와 같은 종래에 메티롤 수지는 120 내지 180℃에서 20kgf/㎠의 압력 이상으로 가압함으로서 성형이 가능하며, 주요 용도는 유리섬유, 펄프, 셀룰로우즈 등을 필러로 하여 그릇이나 화장판 또는 PCB기판 등의 성형에 사용되고 있다.

상기와 같은 메티롤 수지에 난연성을 부여하기 위해 사용되는 난연제로는 할로겐, 인 및 아민류를 포함하는 유기계 난연제와 무기질을 주성분으로 하는 무기계난연제로 나뉜다.

한국 실용등록 제20-0183182호에는 열경화성수지류의 난연화를 위해 무기계 암모늄포스페이트가 사용되고 있으며, 한국특허등록 제10-07566346호에는 실리카 또는 알루미나가 난연제로 사용되고 있으며, 이 외에도 구아니딘, 탄산수소나트륨 등을 난연제로 사용하는 기술이 공개되어 있으나, 상기의 선행기술들을 통해 제조된 난연성 수지들은 내연성시험(KS M 3015 : 2003 -A법)에서 난연성 판정이나 20mm 수직연소시험(UL 94 : 1996)에서 V-0 수준이나 건축물에서 사용하기 위한 ‘건축물 내부마감재료의 난연성능기준’(국토해양부고시 제2009-866호)에서 불연재료로 적합한 물성을 나타내지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 팽창흑연이 함유되어 불연성이 우수하고 중량이 가벼우며, 단면적 대비 기계적 강도가 우수하여 얇은 패널로 형성되어도 변형이나 균열이 발생하지 않아 건축용 내장재 분야에 적용가능한 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 열경화성 수지에 난연제 및 팽창흑연을 혼합하고, 용제를 투입하여 분산시킨 후에 물에 희석하여 불연성 수용액을 제조하는 불연성수용액제조단계, 상기 불연성수용액제조단계를 통해 제조된 불연성수용액에 무기섬유를 함침하는 무기섬유함침단계, 상기 무기섬유함침단계를 통해 불연성수용액이 도포된 무기섬유를 건조하는 건조단계, 상기 건조단계를 통해 건조된 무기섬유를 성형하는 성형단계 및 상기 성형단계를 통해 성형된 성형물을 냉각하는 냉각단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 불연성수용액제조단계는 열경화성 수지 100 중량부에 난연제 5 내지 30 중량부 및 팽창흑연 5 내지 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물 100 중량부 대비 용제 1 내지 10 중량부를 투입하여 분산시킨 후에, 분산된 혼합물 100 중량부 대비 정제수 50 내지 60 중량부를 혼합하고 희석하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 열경화성 수지는 멜라민 포름알데히드 및 멜라민 포스페이트로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연제는 석고, 황토, 적인(赤燐), 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 붕산아연으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 무기섬유는 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 건조단계는 90 내지 100℃의 온도에서 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 성형단계는 140 내지 200℃의 온도에서 35 내지 45 kgf/cm²의 압력으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 냉각단계는 상기 성형단계를 통해 성형된 성형물에 4 내지 20 kgf/cm²의 압력을 가한 상태에서 10 내지 40℃의 온도로 냉각하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따른 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법은 팽창흑연이 함유되어 불연성이 우수하고 중량이 가벼우며, 단면적 대비 기계적 강도가 우수하여 얇은 패널로 형성되어도 변형이나 균열이 발생하지 않기 때문에, 건축용 내장재 분에 등에 적용 가능한 섬유강화플라스틱을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 난연성을 한국조선해양기자재연구원에 의뢰하여 그 결과를 나타낸 시험성적서이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법은 열경화성 수지에 난연제 및 팽창흑연을 혼합하고, 용제를 투입하여 분산시킨 후에 물에 희석하여 불연성 수용액을 제조하는 불연성수용액제조단계(S101), 상기 불연성수용액제조단계(S101)를 통해 제조된 불연성수용액에 무기섬유를 함침하는 무기섬유함침단계(S103), 상기 무기섬유함침단계(S103)를 통해 불연성수용액이 도포된 무기섬유를 건조하는 건조단계(S105), 상기 건조단계(S105)를 통해 건조된 무기섬유를 성형하는 성형단계(S107) 및 상기 성형단계(S107)를 통해 성형된 성형물을 냉각하는 냉각단계(S109)로 이루어진다.

상기 불연성수용액제조단계(S101)는 열경화성 수지에 난연제 및 팽창흑연을 혼합하고, 용제를 투입하여 분산시킨 후에 물에 희석하여 불연성 수용액을 제조하는 단계로, 열경화성 수지 100 중량부에 난연제 5 내지 30 중량부 및 팽창흑연 5 내지 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물 100 중량부 대비 용제 1 내지 10 중량부를 투입하여 분산시킨 후에, 분산된 혼합물 100 중량부 대비 정제수 50 내지 60 중량부를 혼합하고 희석하여 이루어진다.

상기 열경화성 수지는 화재시 경화되어 우수한 난연성능을 나타내는 역할을 하는데, 멜라민 포름알데히드 및 멜라민 포스페이트로 이루어지며, 멜라민 포름알데히드 및 멜라민 포스페이트가 1:0.5 내지 1.5 중량부로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 난연제는 5 내지 30 중량부가 혼합되며, 상기 열경화성 수지에 난연성을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 난연제의 함량이 5 중량부 미만이면 난연성 향상효과가 미미하며, 상기 난연제의 함량이 30 중량부를 초과하게 되면 상기 열경화성 수지의 기계적 물성이 저하된다.

이때, 상기 난연제는 석고, 황토, 적인, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 붕산아연으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 팽창흑연은 5 내지 30 중량부가 함유되는데, 상기의 팽창흑연이 함유되면 화재발생시 온도가 180℃이상으로 상승하는 과정에서 팽창흑연이 30 내지 50배로 팽창하며 숯(Char)을 형성하기 때문에 불연성과 함께 단열성능을 부여하는 역할을 한다.

상기 팽창흑연의 함량이 5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 팽창흑연의 함량이 30 중량부를 초과하게 되면 본 발명에 따른 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 기계적 강도가 저하된다.

이때, 상기 용제는 메탄올 또는 포름알데히드로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 무기섬유함침단계(S103)는 상기 불연성수용액제조단계(S101)를 통해 제조된 불연성수용액에 무기섬유를 함침하는 단계로, 상기 불연성수용액제조단계(S101)를 통해 제조된 불연성수용액에 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 무기섬유를 3 내지 10분 동안 함침하여 무기섬유의 표면에 불연성수용액을 도포하는 단계다.

상기 건조단계(S105)는 상기 무기섬유함침단계(S103)를 통해 불연성수용액이 도포된 무기섬유를 건조하는 단계로, 상기 무기섬유함침단계(S103)를 통해 불연성수용액이 도포된 무기섬유를 건조기에 투입하고 90 내지 100℃의 온도에서 10 내지 60분 동안 건조하여 이루어진다.

상기의 건조과정을 거치면, 상기 무기섬유함침단계(S103)를 통해 무기섬유의 표면에 도포된 불연성수용액에 함유되어 있는 수분이 제거된다.

상기 성형단계(S107)는 상기 건조단계(S105)를 통해 건조된 무기섬유를 성형하는 성형단계로, 상기 건조단계(S105)를 통해 건조된 무기섬유를 압축금형에 투입하고 140 내지 200℃의 온도에서 35 내지 45 kgf/cm²의 압력으로 4 내지 6분 동안 압축성형하여 이루어진다.

상기 성형단계(S107)에서 성형되는 성형물의 형태는 패널과 같은 평판형일 수도 있으나 이에 한정되지 않고, 압축금형의 형상에 따라 다양한 형태로 제조될 수 있다.

상기 냉각단계(S109)는 상기 성형단계(S107)를 통해 성형된 성형물을 냉각하는 단계로, 상기 성형단계(S107)를 통해 성형된 성형물에 4 내지 20 kgf/cm²의 압력을 가한 상태에서 10 내지 40℃의 온도로 냉각하여 이루어진다.

상기와 같이 압력을 유지한 상태에서 냉각을 진행하게 되면, 냉각과정에서 성형물이 수축되거나 변형되는 현상이 억제되어 형태안정성이 우수한 섬유강화플라스틱이 제공된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 섬유강화플라스틱의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<실시예 1>

멜라민 포름알데히드 및 멜라민 포스페이트가 1:1의 중량부로 혼합된 열경화성 수지 100 중량부에 난연제인 수산화 알루미늄 15 중량부 및 팽창흑연 20 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물 100 중량부 대비 용제인 메탄올 5 중량부를 투입하여 상기 혼합물을 분산시킨 후에, 분산된 혼합물 100 중량부 대비 정제수 55 중량부를 혼합하고 희석하여 불연성 수용액을 제조하고, 상기 불연성 수용액에 유리섬유를 5분 동안 함침하여 유리섬유의 표면에 불연성 수용액을 코팅하고, 불연성 수용액이 코팅된 유리섬유를 건조기에 투입하고 95℃의 온도에서 30분 동안 건조하고, 건조된 유리섬유를 압축금형에 투입하고 170℃의 온도에서 40 kgf/cm²의 압력으로 5분 동안 압축성형하고, 압축성형된 성형물에 10 kgf/cm²의 압력을 가한 상태에서 25℃의 온도로 냉각하여 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱을 제조하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 유리섬유 대신 탄소섬유를 사용하여 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 총열방출률 및 발연성을 측정기준과 측정결과를 아래 표 1 내지 2에 나타내었다.

<표 1> 측정기준

<표 2> 측정결과

위에 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱은 난연2급 상당에 해당하는 물성을 나타내는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예 1을 통해 제조된 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 난연성을 한국조선해양기자재연구원에 의뢰하여 그 결과를 아래 도 2에 나타내었다.

아래 도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱은 우수한 불연성을 나타내는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 불연성 및 단열성이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법은 팽창흑연이 함유되어 불연성이 우수하고 중량이 가벼우며, 단면적 대비 기계적 강도가 우수하여 얇은 패널로 형성되어도 변형이나 균열이 발생하지 않기 때문에, 건축용 내장재 분에 등에 적용 가능한 섬유강화플라스틱을 제공할 수 있다.

S101 ; 불연성수용액제조단계
S103 ; 무기섬유함침단계
S105 ; 건조단계
S107 ; 성형단계
S109 ; 냉각단계

Claims

열경화성 수지에 난연제 및 팽창흑연을 혼합하고, 용제를 투입하여 분산시킨 후에 물에 희석하여 불연성 수용액을 제조하는 불연성수용액제조단계;
상기 불연성수용액제조단계를 통해 제조된 불연성수용액에 무기섬유를 함침하는 무기섬유함침단계;
상기 무기섬유함침단계를 통해 불연성수용액이 도포된 무기섬유를 건조하는 건조단계;
상기 건조단계를 통해 건조된 무기섬유를 성형하는 성형단계; 및
상기 성형단계를 통해 성형된 성형물을 냉각하는 냉각단계;로 이루어지며,
상기 열경화성 수지는 멜라민 포름알데히드 및 멜라민 포스페이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 불연성수용액제조단계는 열경화성 수지 100 중량부에 난연제 5 내지 30 중량부 및 팽창흑연 5 내지 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물 100 중량부 대비 용제 1 내지 10 중량부를 투입하여 분산시킨 후에, 분산된 혼합물 100 중량부 대비 정제수 50 내지 60 중량부를 혼합하고 희석하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱의 제조방법.
삭제
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 난연제는 석고, 황토, 적인, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 붕산아연으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 무기섬유는 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 건조단계는 90 내지 100℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 성형단계는 140 내지 200℃의 온도에서 35 내지 45 kgf/cm²의 압력으로 4 내지 6분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 우수한 섬유강화플라스틱의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각단계는 상기 성형단계를 통해 성형된 성형물에 4 내지 20 kgf/cm²의 압력을 가한 상태에서 10 내지 40℃의 온도로 냉각하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱의 제조방법.