KR101528336B1 - 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법 - Google Patents

탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101528336B1
KR101528336B1 KR1020140099802A KR20140099802A KR101528336B1 KR 101528336 B1 KR101528336 B1 KR 101528336B1 KR 1020140099802 A KR1020140099802 A KR 1020140099802A KR 20140099802 A KR20140099802 A KR 20140099802A KR 101528336 B1 KR101528336 B1 KR 101528336B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fiber
resin
thermosetting resin
viscosity
semi
Prior art date
Application number
KR1020140099802A
Other languages
English (en)
Inventor
윤병철
Original Assignee
무한카본주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 무한카본주식회사 filed Critical 무한카본주식회사
Priority to KR1020140099802A priority Critical patent/KR101528336B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101528336B1 publication Critical patent/KR101528336B1/ko

Links

Images

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유 양면에 도포되는 함침용 수지의 점도 및 흐름성을 조절하여 형태안정성과 성형함침성이 향상된 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 시트(sheet)형태의 섬유를 연속 공급하는 단계; 상기 섬유의 형태를 안정시키기 위한 제1열경화성 수지가 이형지에 코팅된 제1보강필름을 상기 섬유의 일면에 압착하고, 상기 제1열경화성 수지보다 상대적으로 점도가 낮아 상기 섬유에 침투시켜 성형함침성을 향상시키기 위한 제2열경화성 수지가 이형지에 코팅된 제2보강필름을 상기 섬유의 타면에 압착하여 프리프레그화된 섬유를 형성하는 단계; 상기 프리프레그화된 섬유를 테이크업롤 사이를 통과시켜 상기 제1보강필름의 이형지와, 상기 제2보강필름의 이형지를 각각 제거하는 단계; 및 상기 이형지가 각각 제거된 프리프레그화된 섬유의 일면에 보호필름을 합지하고, 타면에 신규 이형지를 합지하여 반함침 프리프레그를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1열경화성 수지는 상기 반함침 프리프레그의 형태 안정성을 유지하도록 상기 제2열경화성 수지에 비하여 고점도/저흐름성 수지이며, 상기 제2열경화성 수지는 상기 섬유에 함침되도록 상기 제1열경화성 수지에 비하여 저점도/고흐름성 수지이며, 상기 고점도/저흐름성 수지인 제1열경화성 수지는 75~85℃에서 점도는 90,000~110,000cps, 용융흐름지수는 75~85g/min이고, 상기 저점도/고흐름성 수지인 제2열경화성 수지는 75~85℃에서 점도는 4,000~6,000cps, 용융흐름지수는 450~800g/min이며, 상기 고점도/저흐름성 수지인 제1열경화성 수지와 상기 저점도/고흐름성 수지인 제2열경화성 수지의 두께 비율은 1:2~4이며, 상기 프리프레그화된 섬유를 형성하는 단계에서, 상기 프리프레그화된 섬유는 첫번째 가열/가압롤러(203a), 두번째 가열/가압롤러(203b), 세번째 가열/가압롤러(203c)로 이루어진 3개의 가열/가압롤러를 차례로 통과하여 형성되되, 상기 첫번째 가열/가압롤러(203a)의 온도는 80℃, 상기 두번째 가열/가압롤러(203b)의 온도는 80℃, 상기 세번째 가열/가압롤러(203c)의 온도는 25℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법을 기술적 요지로 한다.

Description

탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법{Semi-preg for out-of-autoclave and method for producing thereof}
본 발명은 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유 양면에 도포되는 함침용 수지의 점도 및 흐름성을 조절하여 형태안정성과 성형함침성이 향상된 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 높은 비강도(strength-weight ratio)를 가지는 섬유강화복합재(fiber reinforced composite)는 낚시대, 골프채와 같은 스포츠 레저용 소형 구조물은 물론, 풍력발전기용 블레이드, 전신주, 항공기 기체에 이르는 대형구조물에 까지 널리 적용되고 있다. 이러한 섬유강화복합재의 성형방법으로 SMC(Sheet Molding Compound)공법, RTM(Resin Transfer Molding)공법, 필라멘트와인딩(Filament Winding)공법, 인발(Pultrusion)공법, 열프레스공법, 오토클레이브(Autoclave)공법 등이 있으며, 그중에서도 항공기, 풍력발전기용 대형 블레이드, 고압 송전탑용 전신주, 전기/전자용 기계부품 등 우수한 물성을 요구하는 성형품의 경우 대부분 오토클레이브 공법을 통한 프리프레그(Prerpeg)를 이용하여 제품을 성형하게 된다.
여기서, 프리프레그는 미리 함침된 원료라는 의미인 Pre-impregnated material의 약자로, 보강섬유에 함침용 매트릭스 수지를 일정한 비율로 함침시켜 놓은 시트(Sheet)형태의 복합재료 성형용 중간재로 정확한 섬유-수지비율의 조절가능, 우수한 섬유 배향, 다양한 수지 특성 적용이 가능한 복합재를 성형할 수 있다는 장점이 있는 재료이다.
그리고, 오토클레이브는 열, 압력 및 진공을 동시에 가할 수 있는 진공, 가압, 가열로로 진공과 가압이 동시에 이루어져 프리프레그를 이용한 복합재 성형시 성형품 내부의 기공과 휘발분의 효과적인 제거가 가능하며, 높은 압력이 가해져 가장 치밀한 구조의 성형품을 만들어 낼 수 있는 설비로써, 항공기, 전자부품 등 우수한 품질이 요구되는 복합재 성형에 가장 보편적으로 적용되고 있다.
도 1은 종래 오토클레이브 공법을 이용한 프리프레그 성형의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 도 1-(a)는 오토클레이브 공법을 이용한 프리프레그 성형을 나타내는 구조도이며, 도 1-(b)는 오토클레이브 챔버 내에 위치한 프리프레그의 적층구조를 나타낸 구조도이다.
보다 구체적으로, 프리프레그(1)를 오토클레이브 챔버(2) 내에 위치시킨 후, 진공 유로 확보를 위한 브리더(3) 등의 부자재를 적층한 후, 진공백(4)으로 프리프레그(1)를 감싸고, 밀봉재(5)로 밀봉한 후, 진공노즐(6)을 통해 진공백(4)에 진공을 잡아준 후, 가압노즐(7)을 통해 압축공기를 충진시키며 가압을 하게 된다. 이때 가압, 진공과 동시에 오토클레이브 내부의 히터(8, 8', 8'')를 통해 오토클레이브 내부의 온도를 상승시키며 프리프레그를 성형하게 된다.
이러한 오토클레이브 공법의 장점에도 불구하고, 설비 가격과 운용 비용이 높다는 단점으로 대량 생산이 필요한 복합재 제품에 오토클레이브 성형공법을 적용하지 못하는 경우가 비일비재하다. 오토클레이브 공정에서 통상 1~7기압의 가압조건을 설정하게 되는데, 작은 제품을 성형하는 오토클레이브의 경우 큰 문제가 없으나, 성형품이 커질수록 오토클레이브의 내압력을 유지하기 위해 금속으로 제작된 오토클레이브 외벽의 두께가 기하급수적으로 증가하며, 이로 인한 오토클레이브 설비 가격도 매우 높아지게 된다. 또한, 적지 않은 부자재의 사용과 긴 성형주기(Cycle Time)로 제품의 제조 단가가 상승한다는 단점이 있다.
상기와 같은 이유로 최근 오토클레이브 공법의 장점을 그대로 유지하면서도, 단점으로 지적되는 높은 설비가격과 제조단가를 낮추기 위한 탈오토클레이브(Out-of Autoclave)공법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이에 따라, 통상 탈오토클레이브 공법은 오토클레이브와 유사한 프리프레그 적층 순서를 따르지만, 고압의 오토클레이브 챔버 대신 상압(Ambient Pressure)의 오븐, 열풍기, 면상발열체 등을 활용하여 프리프레그의 온도를 상승시키며 성형을 하게 되었다.
이와 관련하여 종래기술인 '면상발열체를 이용한 섬유-수지 복합체의 성형방법'에서는 면상발열체를 이용한 탈오토클레이브 공정을 제시하면서, 고압의 챔버를 제외시킴으로서 설비 가격을 대폭 낮추려고 하였다.
상기에 따라 탈오토클레이브 공정을 아래에서 설명하고자 한다.
도 2는 종래 탈오토클레이브 공법을 이용한 프리프레그 성형의 구조도이다.
도 2를 참조하면, 도 2-(a)는 오토클레이브 대신 오븐을 활용한 탈오토클레이브 공법의 개념도로써 오토클레이브와 유사하게 프리프레그(11)에 진공(12)을 가한 후 오븐(13) 내에 위치한 히터(14, 14', 14'')를 이용하여 가열 성형하게 된다. 이때, 오븐 내의 기압은 상압으로 성형물의 크기와 관계없이 저렴하게 오븐을 제작할 수 있다는 장점이 있다. 반면, 도 2-(b)는 오븐을 사용하지 않고, 프리프레그(11)에 진공(12)을 가한 후 밀폐된 공간에 위치시킨 후 열풍기(15)를 이용하여 성형하는 탈오토클레이브 공법의 개념도를 도시하였다.
그러나, 탈오토클레이브 공정은 가압과정 없이 진공만으로 프리프레그에 압력을 가하므로, 프리프레그 중의 기공과 휘발분을 효과적으로 제거하기 매우 어려워 진다. 이러한 공정의 단점을 소재의 개선으로 극복하고자 하는 시도가 활발히 전개되고 있으며, 그 결과물로 반함침 프리프레그 (Semi-preg)가 도출되게 되었다.
도 3은 종래 프리프레그 및 반함침 프리프레그의 개념도로, 도 3-(a)은 보강섬유(21)에 함침용 매트릭스 수지(22)가 완전히 함침(Impregnation)된 프리프레그이고, 도 3-(b)는 함침용 매트릭스 수지(22)에 미함침된 보강섬유(21')가 남아있는 부분함침 형태의 반함침 프리프레그이다.
따라서, 일반적인 프리프레그의 함침도가 97% 이상이라 한다면, 반함침 프리프레그는 미함침 공극 영역(23)이 남아있으므로 함침율은 20~70% 내외이다. 이러한 의도적인 미함침을 통해 탈오토클레이브 공정 중 진공/가열 시 미함침부를 통한 수지의 유로(Flow Channel) 확보가 가능해지며, 이를 통해 프리프레그 내부 기공으로부터 안정적인 외부로의 배출로 기공이 적은 치밀한 성형물의 성형이 가능해진다.
이렇듯, 탈오토클레이브 공법은 반함침 프리프레그라는 소재와 조화롭게 적용이 되나, 일반적인 반함침 프리프레그는 미함침부의 보강섬유로 인해 형태 안정성이 저하될 뿐만 아니라, 함침성 향상을 위해 점도가 낮고 흐름성이 높은 수지를 사용하기 때문에 상온에서 수지의 힘이 저하되어 반함침 프리프레그의 형태안정은 더더욱 저하된다.
이러한 이유로, 반함침 프리프레그의 형태안정성을 높이기 위해 함침용 매트릭스를 고점도 수지로 변경할 경우 흐름성이 떨어져 탈오토클레이브 성형시 성형함침성이 떨어져 기공제거가 완전하게 이루어지기 어렵고, 이로 인하여 치밀한 성형품을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있다.
국내 등록특허공보 제10-0997244호, 2010.11.23.자 등록.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 상온에서의 형태안정성과 탈오토클레이브 성형시 성형함침성을 향상시킬 수 있는 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법은, 시트(sheet)형태의 섬유를 연속 공급하는 단계; 상기 섬유의 형태를 안정시키기 위한 제1열경화성 수지가 이형지에 코팅된 제1보강필름을 상기 섬유의 일면에 압착하고, 상기 제1열경화성 수지보다 상대적으로 점도가 낮아 상기 섬유에 침투시켜 성형함침성을 향상시키기 위한 제2열경화성 수지가 이형지에 코팅된 제2보강필름을 상기 섬유의 타면에 압착하여 프리프레그화된 섬유를 형성하는 단계; 상기 프리프레그화된 섬유를 테이크업롤 사이를 통과시켜 상기 제1보강필름의 이형지와, 상기 제2보강필름의 이형지를 각각 제거하는 단계; 및 상기 이형지가 각각 제거된 프리프레그화된 섬유의 일면에 보호필름을 합지하고, 타면에 신규 이형지를 합지하여 반함침 프리프레그를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1열경화성 수지는 상기 반함침 프리프레그의 형태 안정성을 유지하도록 상기 제2열경화성 수지에 비하여 고점도/저흐름성 수지이며, 상기 제2열경화성 수지는 상기 섬유에 함침되도록 상기 제1열경화성 수지에 비하여 저점도/고흐름성 수지이며, 상기 고점도/저흐름성 수지인 제1열경화성 수지는 75~85℃에서 점도는 90,000~110,000cps, 용융흐름지수는 75~85g/min이고, 상기 저점도/고흐름성 수지인 제2열경화성 수지는 75~85℃에서 점도는 4,000~6,000cps, 용융흐름지수는 450~800g/min이며, 상기 고점도/저흐름성 수지인 제1열경화성 수지와 상기 저점도/고흐름성 수지인 제2열경화성 수지의 두께 비율은 1:2~4이며, 상기 프리프레그화된 섬유를 형성하는 단계에서, 상기 프리프레그화된 섬유는 첫번째 가열/가압롤러(203a), 두번째 가열/가압롤러(203b), 세번째 가열/가압롤러(203c)로 이루어진 3개의 가열/가압롤러를 차례로 통과하여 형성되되, 상기 첫번째 가열/가압롤러(203a)의 온도는 80℃, 상기 두번째 가열/가압롤러(203b)의 온도는 80℃, 상기 세번째 가열/가압롤러(203c)의 온도는 25℃로 유지하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 제1열경화성 수지와 제2열경화성 수지는, 동종으로 이루어지되, 에폭시수지, 페놀수지, 불포화 폴리에스테르수지, 시아네이트 에스테르수지, 멜라민수지, 비스말레이미드수지 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 섬유는, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 현무암섬유, 보론섬유 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법은, 섬유 양면에 합착되는 수지의 특징이 각각 조절되므로, 한 면에는 형태안정성을 위하여 고점도/저흐름성 수지를 적용하여 반함침 프리프레그의 재단(Tailoring), 적층(Lay-up), 롤링(Rolling) 등 상온에서 작업시 그 형태안정성이 우수하게 유지되어 작업이 용이하며, 섬유의 배향이 흐트러지거나 일방향 섬유가 쪼개지는 등의 형태불량이 발생할 가능성이 낮아져 보다 높은 물성의 성형물을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다른 한 면에는 성형 함침성이 높은 저점도/고흐름성 수지를 적용하여 탈오토클레이브 공정으로 성형물 제조시 수지의 흐름성과 섬유의 젖음성(Wetting)이 높아져 보다 낮은 기공을 가지게 하여 우수한 물성의 성형품 제조가 가능해 질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 오토클레이브 공법을 이용한 프리프레그 성형의 구조도.
도 2는 종래 탈오토클레이브 공법을 이용한 프리프레그 성형의 구조도.
도 3은 종래 프리프레그 및 반함침 프리프레그의 개념도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 반함침 프리프레그 제조를 위한 설비 개념도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반함침 프리프레그의 개념도.
도 6은 반함침 프리프레그에 적용된 수지에 따른 탈오토클레이브 성형품의 단면 개념도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반함침 프리프레그의 공정 개념도.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그는, 시트(sheet)형태의 섬유(100), 상기 섬유(100)의 형태를 안정시키기 위한 제1열경화성 수지(101a)가 이형지(101b)에 코팅되어 상기 섬유(100)의 일면에 압착되는 제1보강필름(101) 및 상기 제1열경화성 수지(101a)보다 상대적으로 점도가 낮아 상기 섬유(100)에 침투시켜 성형함침성을 향상시키기 위한 제2열경화성 수지(102a)가 이형지(102b)에 코팅되어 상기 섬유(100)의 타면에 압착되는 제2보강필름(102)으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 반함침 프리프레그 제조를 위한 설비 개념도이다.
상기와 같은 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 섬유 공급단계, 프리프레그화된 섬유 형성단계 및 반함침 프리프레그 제조단계로 나뉘어진다.
먼저, 섬유 공급단계에 대하여 설명하고자 한다.
즉, 섬유(100)를 개섬시키기 위한 개섬장치 등을 이용하여 시트(sheet)형태의 섬유(100)를 가열/가압롤러(203a, 203b, 203c) 사이로 연속 공급 또는 투입하는 단계로써, 여기서 섬유(100)로는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 현무암섬유, 보론섬유 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 섬유(100)는 섬유(100)가 일방향으로 정열된 UD(Unidirctional) 반함침 프리프레그 형태 또는 섬유가 직물형태로 이루어진 직물형 반함침 프리프레그 모두 적용이 가능하다.
다음으로, 프리프레그화된 섬유 형성단계에 대하여 설명하고자 한다.
즉, 상기 섬유(100)의 형태를 안정시키기 위한 제1열경화성 수지(101a)가 이형지(101b)에 코팅된 제1보강필름(101)을 상기 섬유(100)의 일면에 압착하고, 상기 제1열경화성 수지(101a)보다 상대적으로 점도가 낮아 상기 섬유(100)에 침투시켜 성형함침성을 향상시키기 위한 제2열경화성 수지(102a)가 이형지(102b)에 코팅된 제2보강필름(102)을 상기 섬유(100)의 타면에 압착하여 프리프레그화된 섬유를 형성하는 단계이다.
보다 구체적으로, 제1열경화성 수지(101a)가 이형지(101b)에 코팅된 제1보강필름(101)이 감겨진 제1롤(201)에서 제1보강필름(101)을 상기 섬유(100)의 일면으로 연속적으로 공급하고, 제2열경화성 수지(102a)가 이형지(102b)에 코팅된 제2보강필름(102)이 감겨진 제2롤(202)에서 제2보강필름(102)을 상기 섬유(100)의 타면으로 연속적으로 공급하여 하나 이상의 가열/가압롤러(203a, 203b, 203c)의 사이를 통과시키면서 섬유(100)와 합착되도록 한다.
이때, 가열/가압롤러(203a, 203b, 203c)에 많은 압력이 가해질 경우 완전히 함침 프리프레그와 같은 형태가 되므로 가열/가압롤러(203a, 203b, 203c) 각각의 간격을 잘 조절하여 섬유(100)의 함침율을 20~70% 수준으로 유지하여 주는 것이 바람직하다.
다음으로, 반함침 프리프레그 제조단계에 대하여 설명하고자 한다.
즉, 상기 프리프레그화된 섬유의 표면에 보호필름을 합지하여 반함침 프리프레그를 제조하는 단계를 일컫는다.
앞서, 섬유(100)의 일면에 제1보강필름(101)을 압착하고 섬유(100)의 타면에 제2보강필름(102)을 압착하여 형성된 프리프레그화된 섬유를 테이크업롤(204) 사이를 통과시킴으로써 이형지(101b, 102b)를 각각 걷어내는 단계를 거치는 것이 바람직하다.
이후, 각각의 이형지(101b, 102b)가 제거된 프리프레그화된 섬유를 제1공급롤(205)에서 공급되는 보호필름(105)과 제2공급롤(206)에서 공급되는 신규 이형지(106)의 사이를 통과시켜, 프리프레그화된 섬유에 압착된 제1열경화성 수지(101a)의 표면에는 보호필름(105)을 합지하고, 프리프레그화된 섬유에 압착된 제2열경화성 수지(102a)의 표면에는 신규 이형지(106)를 합지함으로써 반함침 프리프레그(110)를 제조하여 권취롤(207)을 통해 얻을 수 있다.
여기서, 본 발명의 특징인 제1열경화성 수지(101a)와 제2열경화성 수지(102a)에 대하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 제1열경화성 수지(101a)와 제2열경화성 수지(102a)는 반드시 동종으로 이루어지되, 에폭시수지, 페놀수지, 불포화 폴리에스테르수지, 시아네이트 에스테르수지, 멜라민수지, 비스말레이미드수지 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다.
첫째로, 75~85℃에서 점도는 90,000~110,000cps, 용융흐름지수는 75~85g/min인 제1열경화성 수지(101a)는, 고점도/저흐름성 수지로써 상온에서 끈적임이 거의 없으며 80~150℃의 경화 온도에서 점도가 높아 레진의 흐름이 많이 발생하지 않는 것이 특징이다.
둘째로, 75~85℃에서 점도는 4,000~6,000cps, 용융흐름지수는 450~800g/min인 제2열경화성 수지(102a)는, 저점도/고흐름성 수지로써 상온에서 끈적임이 많고 힘이 없으나, 경화 온도 내에서 점도가 매우 낮아져 반함침 상태인 섬유의 한 올 한 올까지 침투가 용이하여 공정의 함침성이 매우 높다는 것이 특징이다.
예를 들어, 제1열경화성 수지(101a)는 80℃에서 100,000cps의 점도를 보이고 용융흐름지수가 80인 수지를 적용할 수 있으며, 제2열경화성 수지(102a)는 80℃에서 5,000cps의 점도를 보이고 용융흐름지수가 500 이상인 수지를 적용할 수 있다.
단, 수지의 용융흐름지수는 특정 온도 및 압력에서 10분간 일정 단면적을 가지는 구멍을 통과한 수지의 g수를 나타내는 수치로, 용융흐름지수가 높을수록 수지의 유동성은 높으나, 점도가 낮아 수지의 힘이 없으며 상온에서 끈적거려 형태안정성 및 취급성이 나빠지게 됨을 의미한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반함침 프리프레그의 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제조공정으로 제조된 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 단면도를 나타내었는데, 섬유(100)의 일면에 고점도/저흐름성인 제1열경화성 수지(101a)가, 섬유(100)의 타면에 저점도/고흐름성인 제2열경화성 수지(102a)가 합착되어 있는 형태를 도시하였다.
여기서, 공극(103)의 비율은 본 발명의 특징상 약 10~70% 정도가 바람직하며, 공극률이 10% 미만이면 탈오토클레이브 성형시 상하 양면의 제1열경화성 수지(101a)와 제2열경화성 수지(102a)가 서로 연결되어(Bridging) 수지의 유로가 막히게 됨으로써 성형물 내에 기공(Void)이 발생할 가능성이 높아지며, 70%를 초과하면 섬유(100)와 수지의 반응률이 떨어져 반함침 프리프레그의 형태 안정성이 현저하게 나빠질 가능성이 높다.
이에 따라, 반함침 프리프레그에서 고점도/저흐름성인 제1열경화성 수지(101a)는 주로 형태의 안정성을 담당하고, 저점도/고흐름성인 제2열경화성 수지(102a)는 반함침 프리프레그의 미함침 섬유에 침투하여 함침되는 역할을 담당하게 되며, 저점도/고흐름성인 제2열경화성 수지(102a)의 양이 고점도/저흐름성인 제1열경화성 수지(101a)의 양보다 많게 하는 것이 바람직하다. 즉, 저점도/고흐름성인 제2열경화성 수지(102a)의 두께가 고점도/저흐름성인 제1열경화성 수지(101a)의 두께보다 두껍게 형성된다.
도 6은 반함침 프리프레그에 적용된 수지에 따른 탈오토클레이브 성형품의 단면 개념도이다.
도 6을 참조하면, 통상의 제품과 비교하여 본 발명인 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 성형의 우수성을 설명하기 위하여 도시한 것이다.
도 6-(a)는 통상의 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그를 제조하기 위하여 흐름성이 높은 저점도/고흐름성 수지(22a)만을 적용한 사례를 도시하였는데, 이 경우 형태 안정성이 많이 저하되므로 작업시 불편함을 감수해야 하는 경우가 많다. 또한, 수지의 흐름성이 지나치게 높아질 경우에는 성형시 과도한 수지의 흐름으로 빠져나온 수지(24)가 생기므로 원래 계획했던 섬유와 수지의 체적비가 변하여 예상했던 두께보다 성형 두께가 얇게 나오는 단점이 발생할 수 있다.
도 6-(b)는 형태 안정성을 높이기 위하여 고점도/저흐름성 수지(22b)만을 적용한 사례를 도시하였는데, 이 경우 탈오토클레이브 성형시 흐름성이 현저하게 줄어들어 성형 후에도 섬유의 모든 영역을 함침시키지 못하고, 미함침 기공(26)이 생길 확률이 높아져 성형물의 물성이 저하될 가능성이 있다는 문제점이 있다.
도 6-(c)는 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 제조시 본 발명에서 고안한 형태 안정성을 유지시키는 고점도/저흐름성 수지(22b)와 성형함침성을 높힐 수 있는 저점도/고흐름성 수지(22a)를 혼재하되, 동일 수지를 적용하여 성형 전 형태안정성이 우수하고 작업성이 좋을 뿐만 아니라, 탈오토클레이브 공정을 이용한 성형시 저점도/고흐름성 수지(22a)가 섬유에 용이하게 침투하여 함침이 우수하게 이루어진다는 것을 도시하였다. 따라서, 기공이 적고 두께 조절이 잘된 복합재 성형품(28)을 얻을 수 있으며, 고점도/저흐름성 수지(22b)인 제1열경화성 수지와 저점도/고흐름성 수지(22a)인 제2열경화성 수지의 두께 비율은 1:2~4 정도가 적합하다. (도 6 참조)
본 발명에 따른 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 및 이의 제조방법에 대한 바람직한 실시예 및 비교예를 설명하면 다음과 같다.
< 실시예 1>
일방향 반함침 프리프레그의 제조
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반함침 프리프레그의 공정 개념도이다.
도 7을 참조하면, 반함침 프리프레그 제조설비인 개섬장치(200)를 이용하여 폭 100cm로 탄소섬유(미쓰비시레이온, TR50 12K)를 개섬시켜 단위면적당 섬유중량 300g/m2의 탄소섬유 시트를 가열/가압롤러(203a)로 투입하였다.
동시에 상부 제1롤(201)에는 단위면적당 섬유중량이 50g/m2의 제1에폭시수지 필름이 코팅된 이형지를 인입하였으며, 하부 제2롤(202)에는 단위면적당 섬유중량이 150 g/m2 의 제2에폭시수지 필름이 코팅된 이형지를 인입한 후, 섬유 시트, 제1에폭시수지 필름, 제2에폭시수지 필름을 3합지하여 가열/가압롤러(203a, 203b, 203c) 사이를 순차적으로 통과시켰다.
단, 각각 롤러의 온도는 첫번째 가열/가압롤러(203a)는 80℃, 두번째 가열/가압롤러(203b)는 80℃, 세번째 가열/가압롤러(203c)는 25℃로 설정하였고, 세번째 가열/가압롤러(203c)를 통과한 3합지를 테이크업롤(204) 사이에 통과시켜 상하 이형지(101b, 102b)를 각각 걷어낸 후, 네번째 롤러(203d)의 사이를 통과시키며 상부는 제1공급롤(205)에서 공급되는 보호필름(105)을, 하부는 제2공급롤(206)에서 공급되는 제품용 이형지(106)를 각각 부착하여, 권취롤(207)을 통하여 권취하여 일방향 반함침 프리프레그를 제조하였다.
이때, 반함침 프리프레그 제조 공정 속도는 5.0m/min으로 설정하였다.
부가적으로, 제1에폭시수지는 80℃에서 점도가 50,000cps인 고점도/저흐름성 수지가 적용되었고, 제2에폭시수지는 80℃에서 점도가 5,000cps인 저점도/고흐름성 수지가 적용되었다. 이에 따른 제1에폭시수지와 제2에폭시수지의 조성 및 특징은 표 1과 같다.
원료 배합비
종별 구성 원료 회사명 제1에폭시수지 제2에폭시수지

에폭시수지
 YD128 국도화학 40 60
YD011 국도화학 40 40
YD019 국도화학 20 0
경화제
 Dyhard Alzchem 5 5
Dyhard Alzchem 5 5
80℃에서의 점도(cps) 50,000 5,000
80℃에서의 용융흐름지수(MFI) 80 500
< 비교예 1>
탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 제조
도 7을 참조하여, 상하 제1공급롤(205) 및 제2공급롤(206)에 모두 단위면적당 섬유 중량이 100 g/m2 에폭시수지 필름이 코팅된 이형지를 인입하였으며, 에폭시 수지의 종류는 상하 모두 상기 표 1에 따른 제1에폭시수지를 적용하였으며, 나머지 공정 조건은 실시예 1과 동일하게 적용하였다.
< 비교예 2>
탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 제조
도 7을 참조하여, 상하 제1공급롤(205) 및 제2공급롤(206)에 모두 단위면적당 섬유중량이 100 g/m2 에폭시 수지 필름이 코팅된 이형지를 인입하였으며, 에폭시 수지의 종류는 상하 모두 상기 표 1에 따른 제2에폭시수지를 적용하였으며, 나머지 공정 조건은 실시예 1과 동일하게 적용하였다.
<특성 평가>
실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3을 통하여 제조된 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 성형성에 따른 특성 평가를 진행하였다. 평가는 재단성, 적층성, 취급성을 포함한 작업성, 작업시 반함침 프리프레그의 형태안정성, 탈오토클레이브 성형시 성형성 및 성형품의 품질에 대하여 각각 진행하였다. 평가 결과는 하기 표 2와 같다.
평가 특성 실시예 1 비교예 1 비교예 2

작업성
 재단성 ○ ◎ △
적층성 ○ △ Ｘ
취급성 ◎ ◎ Ｘ

형태안정성
 섬유 배향 안정성 ◎ ◎ Ｘ
층간 분리 ◎ △ ◎

성형성, 성형품의 품질

 레진 흐름성 ○ Ｘ ◎
성형품 내 기공함량 ◎ Ｘ ◎
성형품 섬유체적비 ○ ◎ Ｘ
(◎:우수, ○:양호, △:보통, Ｘ:불량)
표 2에서와 같이, 실시예 1에 따른 반함침 프리프레그 제조시 우수한 섬유체적비와 낮은 기공함량을 갖는 우수한 성형품을 얻을 수 있었으나, 제1에폭시수지만을 적용한 비교예 1에 따른 반함침 프리프레그 제조시 레진의 낮은 흐름 특성으로 성형품 내에 많은 기공과 미함침 부위가 남아 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제2에폭시수지만을 적용한 비교예 2에 따른 반함침 프리프레그 제조시 레진 흐름성이 높아 성형물 내 기공과 미함침 부위가 남아 있지 않으나, 과도한 레진 흐름으로 성형물의 섬유 체적비가 높아져, 결국 성형품의 두께가 원래 디자인보다 얇아진 것을 확인할 수 있다.
따라서, 실시예 2에서와 같이, 본 발명에 따라 제조된 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그는 작업성, 형태안정성, 성형성, 성형품품질에서 고루 우수한 품질을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법은, 섬유의 양면에 점도 및 흐름성이 각기 다른 수지를 적용하되, 한 면에는 상온에서 형태안정성을 유지하기 용이한 고점도/저흐름성 수지를, 다른 한 면에는 성형시 우수한 성형 함침성을 가지는 저점도/고흐름성 수지를 적용한 것을 가장 주요한 특징이다.
따라서, 본 발명의 산출물인 반함침 프리프레그를 이용할 경우, 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 요구 특성인 상온에서의 우수한 형태안정성 및 작업성과 성형시 우수한 성형함침성을 동시에 확보할 수 있으며, 다양한 탈오토클레이브 성형품 제조에 널리 활용 가능할 것으로 기대된다.
특히, 고가의 오토클레이브를 사용할 필요가 없어 생산시간 및 비용 절감을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 프리프레그는 압력을 가해야만 라미네이트 안의 기공이 없어지는데, 본 발명에서는 프리프레그에 공기가 통할 수 있는 통로를 만들어 압력을 가하지 않고도 압력을 가한 것과 같은 효과를 냄으로써 오토클레이브에서 성형하는 것과 동일한 수준의 프리플레그를 제작할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 섬유 101: 제1보강필름
101a: 제1열경화성 수지 102: 제2보강필름
102a: 제2열경화성 수지 101b, 102b: 이형지
103: 공극 105: 보호필름
106: 신규 이형지 110: 반함침 프리프레그
200: 개섬장치 201: 제1롤
202: 제2롤 203a, 203b, 203c: 가열/가압롤러
204: 테이크업롤 205: 제1공급롤
206: 제2공급롤 207: 권취롤

Claims (6)

  1. 시트(sheet)형태의 섬유를 연속 공급하는 단계;
    상기 섬유의 형태를 안정시키기 위한 제1열경화성 수지가 이형지에 코팅된 제1보강필름을 상기 섬유의 일면에 압착하고, 상기 제1열경화성 수지보다 상대적으로 점도가 낮아 상기 섬유에 침투시켜 성형함침성을 향상시키기 위한 제2열경화성 수지가 이형지에 코팅된 제2보강필름을 상기 섬유의 타면에 압착하여 프리프레그화된 섬유를 형성하는 단계;
    상기 프리프레그화된 섬유를 테이크업롤 사이를 통과시켜 상기 제1보강필름의 이형지와, 상기 제2보강필름의 이형지를 각각 제거하는 단계; 및
    상기 이형지가 각각 제거된 프리프레그화된 섬유의 일면에 보호필름을 합지하고, 타면에 신규 이형지를 합지하여 반함침 프리프레그를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 제1열경화성 수지는 상기 반함침 프리프레그의 형태 안정성을 유지하도록 상기 제2열경화성 수지에 비하여 고점도/저흐름성 수지이며, 상기 제2열경화성 수지는 상기 섬유에 함침되도록 상기 제1열경화성 수지에 비하여 저점도/고흐름성 수지이며,
    상기 고점도/저흐름성 수지인 제1열경화성 수지는 75~85℃에서 점도는 90,000~110,000cps, 용융흐름지수는 75~85g/min이고,
    상기 저점도/고흐름성 수지인 제2열경화성 수지는 75~85℃에서 점도는 4,000~6,000cps, 용융흐름지수는 450~800g/min이며,
    상기 고점도/저흐름성 수지인 제1열경화성 수지와 상기 저점도/고흐름성 수지인 제2열경화성 수지의 두께 비율은 1:2~4이며,
    상기 프리프레그화된 섬유를 형성하는 단계에서, 상기 프리프레그화된 섬유는 첫번째 가열/가압롤러(203a), 두번째 가열/가압롤러(203b), 세번째 가열/가압롤러(203c)로 이루어진 3개의 가열/가압롤러를 차례로 통과하여 형성되되,
    상기 첫번째 가열/가압롤러(203a)의 온도는 80℃, 상기 두번째 가열/가압롤러(203b)의 온도는 80℃, 상기 세번째 가열/가압롤러(203c)의 온도는 25℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1열경화성 수지와 제2열경화성 수지는,
    동종으로 이루어지되,
    에폭시수지, 페놀수지, 불포화 폴리에스테르수지, 시아네이트 에스테르수지, 멜라민수지, 비스말레이미드수지 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그 및 이의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유는,
    탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 현무암섬유, 보론섬유 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020140099802A 2014-08-04 2014-08-04 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법 KR101528336B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140099802A KR101528336B1 (ko) 2014-08-04 2014-08-04 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140099802A KR101528336B1 (ko) 2014-08-04 2014-08-04 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101528336B1 true KR101528336B1 (ko) 2015-06-11

Family

ID=53503319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140099802A KR101528336B1 (ko) 2014-08-04 2014-08-04 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101528336B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180035990A (ko) * 2016-09-29 2018-04-09 현대자동차주식회사 복층 프리프레그 구조 및 그 제조방법
KR20180096348A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 이동우 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06166029A (ja) * 1992-11-30 1994-06-14 Tonen Corp プリプレグの製造方法
JP2803272B2 (ja) * 1990-01-09 1998-09-24 東レ株式会社 プリプレグの製造方法
JPH1143547A (ja) * 1997-07-29 1999-02-16 Toray Ind Inc プリプレグの製造方法
JP2014001384A (ja) * 2011-12-28 2014-01-09 Nippon Zeon Co Ltd プリプレグ及び積層体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2803272B2 (ja) * 1990-01-09 1998-09-24 東レ株式会社 プリプレグの製造方法
JPH06166029A (ja) * 1992-11-30 1994-06-14 Tonen Corp プリプレグの製造方法
JPH1143547A (ja) * 1997-07-29 1999-02-16 Toray Ind Inc プリプレグの製造方法
JP2014001384A (ja) * 2011-12-28 2014-01-09 Nippon Zeon Co Ltd プリプレグ及び積層体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180035990A (ko) * 2016-09-29 2018-04-09 현대자동차주식회사 복층 프리프레그 구조 및 그 제조방법
KR20180096348A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 이동우 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법
KR101969775B1 (ko) 2017-02-21 2019-04-17 이동우 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10821680B2 (en) Curable prepregs with surface openings
JP6387142B2 (ja) 熱可塑性繊維強化複合材料の自動化テープ敷設の方法
AU2010259207B2 (en) Method of delivering a thermoplastic and/or crosslinking resin to a composite laminate structure
CA2484174C (en) Controlled atmospheric pressure resin infusion process
JP4177041B2 (ja) 繊維強化複合材料の製造方法
EP3604409B1 (en) Prepreg sheet, method for manufacturing same, skin material-provided unitary layer, method for manufacturing article molded from fiber-reinforced composite material, and article molded from fiber-reinforced composite material
CN112313055A (zh) 预浸片及其制造方法、纤维增强复合材料成型品及其制造方法以及预塑型坯的制造方法
KR101528336B1 (ko) 탈오토클레이브 공정용 반함침 프리프레그의 제조방법
US20220340725A1 (en) Surface veil and surface film integrated prepreg layer and processes for making the same
JPWO2018147331A1 (ja) 繊維強化樹脂シート
KR20170105667A (ko) 복합재료 적층판 및 이의 제조방법
JP5753892B2 (ja) 繊維強化樹脂成形体の製造方法
US20230139781A1 (en) Stitched fiber-reinforced substrate material, preform material, fiber reinforced composite material, and manufacturing method for same
JP2007099966A (ja) プリプレグ
KR100997244B1 (ko) 면상발열체를 이용한 섬유-수지 복합체의 성형방법
JP2016210114A (ja) 繊維強化プラスチック成形体及びその製造方法、並びに積層体
CN107000333B (zh) 改善的层合体
KR101517575B1 (ko) 반함침 프리프레그의 탈오토클레이브 성형방법 및 성형장치
KR20210025383A (ko) 경량 프리프레그 및 그 제조 방법
JP2004338270A (ja) 繊維強化樹脂複合材料の製造方法および繊維強化樹脂複合材料
JP5144010B2 (ja) 繊維強化プラスチックパネルの製造方法
JP5417461B2 (ja) 積層体の製造方法
JP6633333B2 (ja) 樹脂含浸繊維成形体の製造方法及び製造装置
KR20170102141A (ko) 탈오토클레이브 성형용 반함침 프리프레그 및 그 제조방법
KR20110079033A (ko) 열가소성 프리프레그의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 열가소성 프리프레그

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180530

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190523

Year of fee payment: 5