KR101713714B1 - 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents

열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101713714B1
KR101713714B1 KR1020150092448A KR20150092448A KR101713714B1 KR 101713714 B1 KR101713714 B1 KR 101713714B1 KR 1020150092448 A KR1020150092448 A KR 1020150092448A KR 20150092448 A KR20150092448 A KR 20150092448A KR 101713714 B1 KR101713714 B1 KR 101713714B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resin
section
temperature
reinforcing material
composite material
Prior art date
Application number
KR1020150092448A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170002213A (ko
Inventor
윤덕우
강현민
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020150092448A priority Critical patent/KR101713714B1/ko
Priority to US14/922,683 priority patent/US10493702B2/en
Priority to CN201510780467.7A priority patent/CN106279969B/zh
Publication of KR20170002213A publication Critical patent/KR20170002213A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101713714B1 publication Critical patent/KR101713714B1/ko
Priority to US16/670,445 priority patent/US11478996B2/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B32B37/1027—Pressing using at least one press band
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/504—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC] using rollers or pressure bands
    • B29C70/506—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC] using rollers or pressure bands and impregnating by melting a solid material, e.g. sheet, powder, fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/0046—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by constructional aspects of the apparatus
    • B32B37/0053—Constructional details of laminating machines comprising rollers; Constructional features of the rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/04—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the partial melting of at least one layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/08—Impregnating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/14—Copolymers of propene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/04—Polymers of ethylene
    • B29K2023/06—PE, i.e. polyethylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/10—Polymers of propylene
    • B29K2023/12—PP, i.e. polypropylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0085—Copolymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/25—Solid
    • B29K2105/253—Preform
    • B29K2105/256—Sheets, plates, blanks or films
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2223/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as reinforcement
    • B29K2223/10—Polymers of propylene
    • B29K2223/12—PP, i.e. polypropylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2313/00—Use of textile products or fabrics as reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/24—All layers being polymeric
    • B32B2250/242—All polymers belonging to those covered by group B32B27/32
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/40—Symmetrical or sandwich layers, e.g. ABA, ABCBA, ABCCBA
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0253—Polyolefin fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2309/00—Parameters for the laminating or treatment process; Apparatus details
    • B32B2309/02—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2309/00—Parameters for the laminating or treatment process; Apparatus details
    • B32B2309/12—Pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2413/00—Belts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

본 발명은 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 향상된 인장 특성을 갖는 수지 매트릭스와 강화재가 동일한 소재의 열가소성 수지로 이루어진 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법{Thermoplastic resin composite and preparation method thereof}
본 발명은 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 향상된 물성을 갖는 자기보강 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
섬유강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP)는, 복합재료로서 다양한 분야, 예를 들면 토목ㆍ건축 분야, 자동차 소재 등의 수송 분야, 전자ㆍ 전기기기 분야, 항공ㆍ 우주 분야 등에 폭넓게 이용되고 있다. 이러한 FRP에 있어서는, 매트릭스 수지로서 불포화 폴리에스테르수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지등의 열경화성 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, ABS 수지, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리페렌설파이드등의 열가소성 수지가 이용되고, 강화재 섬유로서 유리 섬유, 금속 섬유, 세라믹스 섬유, 탄소섬유 등의 무기 섬유나, 천연 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아크릴레이트 섬유, 폴리이미드 섬유 등의 유기 섬유가 다양한 형태로 이용되고 있다. 이들의 강화재중에서, 특히 유리 섬유가 많이 사용되고 있다.
상기 FRP는, 수지 매트릭스와 강화재가 상이한 재질인 것이 많으며, 예를 들면 강화재로서 유리 섬유 등의 무기 섬유를 이용한 FRP, 혹은 수지 매트릭스와 상이한 재질의 유기 섬유를 이용한 FRP는 그 재활용이 어렵다는 단점이 있다. 이에, 수지 매트릭스와 강화재가 같은 소재로 이루어진 재생성이 좋은 FRP이 개발되었다.
수지 매트릭스와 보강재가 같은 소재로 이루어진 FRP의 제조 방법으로서, 예를 들면 강화재로서 열가소성 수지로 이루어진 고강도 및 고탄성율의 섬유나 필름을 이용하거나, 매트릭스 수지로서 강화재와 같은 열가소성 수지에 용매를 포함하는 것을 이용하여 매트릭스 수지와 강화재를 혼합 혹은 적층한 후, 가열 및 가압함으로써 복합화하는 방법이 개시되고 있다. 그렇지만, 상기 방법은 용매를 이용하기에 환경오염을 가져오는 등의 문제를 가지고 있다. 따라서, 고강도를 가지며, 재생성이 우수한 FRP를, 환경에 악영향을 미치지 않고, 간단한 방법으로 효율적으로 제조하는 기술의 개발이 필요하게 되었다.
관련 기술로서, 일본특허 제3130288호에서, 결정성 폴리프로필렌 섬유를, 0.20 MPa 이상의 절대압인 가압 포화 수증기중에서 고배율로 연신 처리함으로써, 고강도, 저신도, 고영률, 고융점, 저열수축률 아이소택틱 폴리프로필렌 연신 섬유를 얻는 기술이 기재되어 있다.
또한, 미국특허 제8,052,913호에는, 폴리프로필렌계 섬유로 보강되어 고강도 및 우수한 재생성을 가지며, 다양한 용도에 적용가능한 폴리올레핀계 수지 성형체를, 용매를 이용하지 않고, 간단한 수단으로 효율적으로 제조하는 방법을 기술하고 있다. 구체적으로, 상기 방법은 중간층으로서 저융점의 미연신 저융점 매트릭스층과 그 상하에 연신 폴리머 보강재를 각각 적층하여 구성된 플라이(Ply)을, 특정 시간, 온도 및 압력조건하에서 처리 및 압축하고, 냉각하여 압축된 플라이를 제조하는 단계로 이루어지며, 상기 압축처리공정은 10 MPa 이하의 압력에서 수행하는 것이 바람직하며, 또한 더블 벨트 프레스 등을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 문헌에 기재된 방법에 따라 제조하는 경우 압축공정온도에 따른 수지복합재의 물성을 도 1에 나타냈다
미국특허 제8,021,592호에서는 특정 융점, 재결정 온도 및 분자량을 갖는 연신 폴리프로필렌 재직물을 2이상 포함하는 조합체(assembly)를, 폴리플로필렌의 일부가 용융되기에 충분한 상승온도 및 압력조건에서 처리 및 압축하고, 재결정화 온도보다 낮은 온도 및 상승 압력조건에서 냉각하며 가속 냉각속도가 적어도 35 ℃/분 이상인 조건하에서 제조하여 복합체를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
상기 문헌에 기재된 방법에 따라 제조하는 경우 압축성형시 냉각에 따른 수지 복합재의 냉각조건에 따른 복합재의 인장 특성을 도 2에 나타냈다.
상기 미국특허 제8,052,913호 및 제8,021,592호 경우 자기 보강 복합재를 제조 하는데 있어서 핫프레스(hot press)를 이용한 배치식 가열압축법을 사용하며, 핫프레스 설비를 이용한 공정은 배치식 또는 불연속 공정은 복합재 제조 시 생산성이 저하되게 된다.
이에 연속공정 중심의 높은 생산성을 달성할 수 있는, 수지 매트릭스와 강화재가 같은 소재로 이루어진 FRP 및 이의 제조방법에 대한 개선이 여전히 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 향상된 인장 특성을 갖는, 수지 매트릭스와 강화재가 동일한 소재의 열가소성 수지로 이루어진 수지 복합재를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은, 향상된 인장특성을 갖는 자기보강 수지 복합재를 제공하고자, 각 공정의 온도 및 압력 등 공정조건을 제어하여 수지 복합재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 일 구현예는 향상된 인장 특성을 갖는, 자기보강 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 배치식 불연속공정이 아닌 더블벨트 프레스를 이용한 연속공정으로서, 더블벨트 프레스의 공정 파라미터와 그에 따른 자기보강 복합재의 최적물성을 제안하여 생산성 향상과 함께, 물성이 향상된 자기보강 복합재를 제작하고자 하였다. 본 발명의 또 다른 구현예는, 기존의 압축성형 공정보다 생산성에 유리한 더블벨트 라미네이터를 이용한 열가소성 소재 기반의 자기보강 복합재(self-reinforced composite) 개발하고자, 자기보강 복합재 제조 시 소재 용융 이후 재결정화를 통한 물성향상을 위해 가압냉각이 필요함에 따라 더블벨트 라미네이터에서 구간별 온도를 제어 하여 최적물성의 자기보강 복합재 생산하는 것이다.
종래 더블 벨트 프레스를 이용한 라미네이트 공법은 열가소성 프리프레그의 제조에 주로 사용되던 가열 및 가압장치로서, 프리프레그(prepreg)는 결합재 (matrix)를 보강 섬유에 미리 함침시킨 시트(sheet)형태의 제품을 의미하며, 복합재료 성형을 위한 중간재료로 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 더블 벨트 타입의 가열/가압 장치는, 금속재질의 연속 벨트를 상하부에 위치시켜, 온도와 압력을 연속적으로 가할 수 있는 장치이다. 더블 벨트 프레스 타입의 가열/가압 장치는 연속 공정에 주로 이용된다.
본 발명의 일구현예에서, 수지 매트릭스와 강화재가 동일한 소재의 열가소성 수지로 이루어진 수지 복합재는, 종래 탄소/유리섬유 보강재를 이용한 열가소성 프리프레그와 보강재의 열안정성에서 상이한 물성을 가지며, 제조공정상에서도 열가소성 보강재의 열수축에 의한 물성 저하를 막기 위한 온도조건을 필요로 한다. 이에, 통상의 프리프레그 제조용 더블 벨트 타입의 가열/가압 장치와 공정 조건을 그대로 적용할 경우 열에 의한 수축 및 용융으로 보강재의 물성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 수지 복합재의 제조방법은 매트릭스 수지에 보강재 수지를 용융 및 함침하는 하는 단계를 포함하며, 바람직하게는 용융 및 함침된 수지 복합재를 재결정화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한 상기 용융 및 함침 단계이전에, 매트릭스 수지 및 보강재 수지를 적층하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 용융 및 함침하는 단계는 적층된 복합재 원재료가 더블벨트 라미네이터 내부로 주입되어 온도와 벨트 간격에 의한 압력을 받으며 기재가 용융되어 보강재로 함침되는 단계이다.
본 명세서에서, 용어 "자기보강" 보강재는, 광의로는 보강재가 수지 재질로 이루어진 것을 의미하며, 종래 매트릭스를 수지로 사용하고 보강재를 탄소섬유 및 유리섬유 등의 무기질 섬유 등을 사용한 것과는 구별되는 의미이며, 협의로는 보강재 수지의 물성이 매트릭스 수지와 물성이 동일 또는 유사한 수지를 의미한다. 예를 들면, 상기 자기보강 보강재는 시차주차열량 분석법(Differential Scanning Calorimetry; DSC)에 의해서 결정할 수 있으며, 매트릭스 수지와 보강재 수지를 이용하여 제조된 복합재를 DSC 분석한 결과, 1차 승온 피크에서 서로 다른 2개가 아닌 1개의 동일한 Tm 피크가 나타나는 소재들을 의미할 수 있다.
본 발명에서 매트릭스 수지와 보강재 수지는 종래에 알려진 열가소성 수지를 모두 사용하며 특별히 제안하는 의도는 아니다.
본 발명의 일예에서, 상기 매트릭스 수지는 필름형태이고, 상기 보강재 수지는 섬유 또는 직물형태일 수 있다. 상기 매트릭스 수지와 보강재 수지는 용융온도가 130 ~ 165℃사이의 값을 갖는 열가소성 수지일 수 있다.
예를 들면 불포화 폴리에스테르수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지등의 열경화성 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, ABS 수지, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리페렌설파이드등의 열가소성 수지가 이용될 수 있다. 상기 보강재는 매트릭스 수지와 동일 또는 유사 물성을 갖는 수지일 수 있다. 상기 매트릭스 수지와 보강재 수지는 폴리올레핀 수지, 예를 들면 탄소수 2-4의 사슬형 올레핀을 반복단위로 포함하는 호모폴리머, 헤테로 폴리머 또는 코폴리머일 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 공중합체 등을 포함한다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 복합재의 제조방법은 매트릭스 수지에 보강재 수지를 용융 및 함침하는 단계를 포함하며, 온도조건이 상이한 적어도 2개 이상의 구간으로 구분되는 더블 벨트 프레스 라미네이터를 이용하여 수행할 수 있다. 상기 적어도 2이상의 구간은, 상기 라미네이터의 수지 주입부에서 배출부쪽으로 제1구간 및 제2구간으로 구분할 수 있으며, 상기 라미네이터의 수지 주입부에서 배출부쪽으로 낮아지는 온도 구배를 가진다.
상기 제1 구간은 매트릭스 수지에 보강재 수지를 용융 및 함침하는 단계를 수행할 수 있으며, 상기 라미네이터의 수지 주입부쪽에 가장 근접하게 위치한 제1구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도 -5℃) 내지 (보강재 수지의 용융온도 + 5℃)의 온도 범위일 수 있다. 제1 구간의 온도가 Tm-5 ℃ 미만에서는 가공열량 부족으로 인한 함침 저하로 인장탄성계수가 저하되고 1구간 Tm+5℃를 초과하는 경우 보강재의 용융에 의한 물성 저하 발생으로 제1 구간의 Tm-5℃ 내지 Tm+5℃가 바람직하다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 복합재의 제조방법은 매트릭스 수지에 보강재 수지를 용융 및 함침하는 단계 후에, 추가적으로 상기 제2구간에서 용융 및 함침된 수지 복합재를 재결정화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제1 구간에 인접하는 제2구간의 재결정화 구간은 (보강재 수지의 용융온도-50) ℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도- 70)℃의 온도 범위일 수 있다. 상기 재결정화 구간의 온도는 용융 이후 재결정화 온도에서 수지를 열처리함으로써 소재의 결정구조 생성에 따른 물성 상승 효과를 고려한 것이다. 재결정화 이후 구간에서는 수지를 냉각시켜 형태를 만드는 구간이다. 상기 재결정화 온도는 예를 들면 DSC의 Tc로 확인할 수 있다.
상기 제2구간의 온도가 제1구간 보다 낮아지므로, 제1구간과 제2구간 사이에 냉각장치를 이용하여 제2 구간의 온도를 낮출 수 있으며, 예를 들면 상기 제1구간 및 제2구간 사이에 상기 벨트의 냉각수단이 설치되어 있다. 상기 냉각단계는 용융 함침 이후에 가압상태에서 냉각을 수행하는 단계로서, 상기 냉각단계를 수행함으로써 섬유 보강재의 수축을 방지하며 치수안정성을 높이고 섬유 보강재의 물성을 보존할 수 있다. 상기 냉각 온도는 용융 함침 공정의 온도에서 상온까지 점차적으로 냉각할 수 있다.
본 발명에 있어서, 온도조건이 상이한 적어도 2개 이상의 구간으로 구분되는 더블 벨트 프레스 라미네이터를 이용하며, 상기 구간은 2개, 3개, 4개 또는 5개 등으로 구분하여 수행할 수 있다. 본 발명의 일예에서, 라미네이터의 구간이 4개인 경우, 각 구간은 별개로 구동되는 롤러로 구분하여 작동될 수 있으며, 별개의 온도조건으로 설정가능하다.
예를 들면, 상기 더블 벨트 프레스 라미네이터는 온도조건이 상이한 4개 이상의 구간을 포함하며, 상기 구간은 상기 라미네이터의 수지 주입부에서 배출부쪽으로 제1구간, 제2구간, 제3구간, 및 제4구간으로 구분되며,
상기 제2 구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도-50) ℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도- 70)℃ 온도범위이고, 상기 제3구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도-80) ℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도- 90)℃ 온도범위이고, 상기 제4구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도-90) ℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도- 110)℃ 온도범위일 수 있다.
본 발명의 일예에서, 상기 용융 및 함침 단계이전에, 매트릭스 수지 및 보강재 수지를 적층하는 단계를 수행하며, 상기 적층단계는 최종제품두께 고려하여 적층이 되어 더블벨트 안으로 삽입되며, 매트릭스 수지와 보강재 수지를 다양한 조합으로 적층할 수 있으며, 일예는 매트릭스 수지/보강재/매트릭스의 적층체이다. 상기 매트릭스 수지와 보강재 수지의 전체 적층 두께에 대한 상기 라미네이터의 더블 벨트간 간격의 비율은 0.75 내지 0.95인 것이 바람직하다. 상기 비율은 라미네이션 압력이 얻어지는 수지 복합재의 물성변화에 영향을 미치며, 벨트간격을 감소시켜 라미네이션 압력을 증가시킨 경우에 얻어진 수지 복합재의 인장 강성이 증가한다. 이러한 물성 변화는 압력증가에 의한 함침율 향상, 공극 감소(비중증가)에 의한 것이다. 상기 비율이 지나치게 작을 경우, 소재적층/압착이 고르게 이루어지지 않아 가공후 제품의 두께가 일정하지 않고 외관이 불량하게 되고, 롤갭이 지나치게 큰 경우, 인장탄성계수가 지나치게 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 복합재를 제조하기 위해 수지의 라미네이터내 체류시간은 다양한 조건에 따라 영향을 받을 수 있으므로 적절히 선택하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일예는, 향상된 인장 특성을 갖는 열가소성 수지 복합재에 관한 것으로서, 비중 0.880 내지 0.900 범위, 인장강도 0.80 내지 1.10 Mpa, 인장탄성계수 0.80 내지 1.1 Gpa인 것일 수 있다. 상기 수지 복합재는 본 발명에 따른 제조방법에 따라 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 매트릭스와 강화재가 동일한 소재의 열가소성 수지로 이루어진 수지 복합재와 이의 제조방법은, 연속공정 중심의 높은 생산성을 달성할 수 있고, 각 공정의 온도 및 압력등 공정조건을 제어하여 우수한 물성의 수지 복합재를 제조할 수 있으며, 상기 수지 복합재는 복합재료로서 다양한 분야, 예를 들면 토목ㆍ건축 분야, 자동차 소재 등의 수송 분야, 전자ㆍ 전기기기 분야, 항공ㆍ 우주 분야 등에 폭넓게 이용될 수 있다.
도 1은 종래의 자기보강 복합재의 제조 공정에서 자기보강 복합재의 압축공정온도에 따른 복합재의 물성을 나타낸다.
도 2는 종래의 자기보강 복합재의 제조 공정에서 수지 복합재의 냉각조건에 따른 복합재의 인장 특성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 사용되는 더블벨트 프레스 내의 내부 구간을 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에서 더블벨트 라미네이션 온도에 따른 물성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에서 얻어진 수지 복합재의 융점 변화를 나타내는 DSC 그래프이다
도 6은 본 발명의 일실시예에서 얻어진 수지 복합재의 폴리프로필렌의 주요 결정구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에서 얻어진 수지 복합재의 폴리프로필렌의 XRD 패턴을 나타낸다.
도 8는 본 발명의 일예에 따라 초기 온도 상승에 따른 반측폭 변화를 나타낸다.
본 발명은 하기 실시예를 들어 더욱 자세히 설명할 것이나, 본원 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 의도는 아니다.
실시예 1: 수지 복합재의 제조
수지 복합재를 제조하기 위한 보강재 수지 섬유 및 매트리스 수지를 준비하였다. 구체적으로, 보강재 수지는 호모폴리프로필렌 MI 10, Tm 166℃, 분자량(Mw 230,000) 롯데케미칼 FR 150수지를 사용하였다. 상기 보강재 수지를 자체공정을 이용하여 원사로 제작한 후에 섬유를 1:1 평직으로 제직한 원단을 사용하였다. 매트릭스 수지는 프로필렌/에틸렌의 공중합 수지 MI 25, Tm 130℃를 이용해 자체 공정을 이용하여 필름으로 제작하여 사용하였다.
상기 보강재 수지와 매트릭스 수지를, 섬유 보강재/매트릭스/섬유 보강재 순으로 3개의 층으로 적층하기 위해서, 롤형태의 언와인더에 장착하고 언와인더에서 이송되어 나오며 차례로 적층되어 더블벨트 프레스 라미네이터로 삽입하였다. 가공전 시편 두께는 0.56mm이며, 더블벨트 라미네이터의 벨트간격(롤갭) 0.5mm, 벨트 속도 8mm/sec 및 체류시간 150sec으로 운전하였다. 상기 더블벨트 프레스 라미네이터는 구분된 4개의 구간을 가지며 구체적 더블 벨트 프레스의 4개 구간을 표시하는 모식도를 도 4에 나타냈다. 본 실험에서는, 제1구간 내지 제4구간 모두 벨트 온도는 Tm -5 ℃이고, 벨트간격은 0.5mm으로 운전하였다.
상기 방법으로 제조된 자기보강 복합재의 물성으로서, ISO-1183 방법에 따라 비중과, ISO-527 방법에 따라 인장강도 및 인장탄성계수를 측정하였다.
그 결과, 얻어진 자기보강 복합재의 비중은 0.874, 인장강도 0.88이고, 인장탄성계수는 0.30이었다.
실시예 2: 라미네이션 온도에 따른 효과 평가
실시예 1과 실질적으로 동일하게 보강재 및 기재를 준비하고 더블벨트 라미네이터를 이용하여 수지 복합재를 제조하였으나, 다만 벨트 온도 조건을 제1구간부터 제4구간의 온도조건을 모두 동일하게 설정하되, 섬유보강재의 용융온도 (Tm)(DSC 1st heating peak)-10 ℃, -5 ℃ +0 ℃, 및 +5℃의 4가지로 하여 운전하였다.
상기 방법으로 제조된 자기보강 복합재의 비중, 인장강도 및 인장탄성계수를 실시예 1의 측정방법과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과 하기 표 1과 도 4에 나타냈다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에서 더블벨트 라미네이션 온도에 따른 물성 변화를 나타내는 그래프이다.
구분 시험1 시험2 시험3 시험4
1내지 4구간의 온도(℃) Tm-10℃ Tm-5℃ Tm+0℃ Tm+5℃
비중 0.869 0.874 0.891 0.897
인장강도 0.92 0.88 0.84 0.61
인장탄성계수 0.33 0.30 0.66 1.02
상기 표 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 더블 벨트 프레스 라미네이션 공정에서, 가공 온도를 상승시키는 경우 얻어진 수지 복합재의 인장 탄성계수는 증가하나 인장 강도는 떨어지게 된다. 수지 복합재의 강성의 증가는 용융으로 인한 함침율 향상 및 공극감소로 인한 것이며, 인장 강도 감소는 섬유보강재의 용융으로 인한 보강재 자체의 물성 저하로 인한 것이다. 따라서, 보강재 용융까지의 열량을 주입 이후 소재 냉각을 통해 보강재의 물성저하를 막으며 강도 강성을 유지하도록 하여야 한다.
실시예 3: 라미네이션 압력에 따른 효과
실시예 1과 실질적으로 동일하게 보강재 및 기재를 준비하고 더블벨트 라미네이터를 이용하여 수지 복합재를 제조하였으나, 다만 보강재 및 기재의 적층 두께 대비, 벨트간격은 0.71 (0.4mm), 0.89 (0.5mm), 또는 1.07 (0.6mm)로 설정하여 운전하였다.
상기 방법으로 제조된 자기보강 복합재의 비중, 인장강도 및 인장탄성계수를 실시예 1의 측정방법과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과 하기 표 2에 나타냈다. 표 2의 외관평가는, 재직된 상태의 섬유배열이 변형없이 나타나고 가공중 접힙 또는 구겨짐에 의한 두께 변동 및 섬유배열 불량이 나타나지 않은 상태를 양호로 표시하였다.
구분 시험5 시험6 시험7
롤갭(mm) 0.71 0.89 1.07
비중 0.885 0.874 0.869
인장강도 1.17 0.88 0.65
인장탄성계수 0.70 0.30 0.14
외관 주름무늬
(불량)		 양호 양호
본 실시예는 라미네이션 압력의 증가에 따라 얻어지는 수지 복합재의 물성변화를 시험하기 위한 것으로서, 벨트간격을 감소시켜 라미네이션 압력을 증가시킨 경우에 얻어진 수지 복합재의 인장 강성이 증가한다. 이러한 물성 변화는 압력증가에 의한 함침율 향상, 공극 감소(비중증가)에 의한 것이다. 원소재두께 대비 0.71의 롤갭을 갖는 경우, 소재적층/압착이 고르게 이루어지지 않아 가공후 제품의 두께가 일정하지 않고 외관이 불량하게 되어 롤갭 범위는 원소재 두께 대비 75% 이상인 것이 바람직하다. 원소재두께 대비 1.07의 롤갭을 갖는 경우, 인장탄성계수가 지나치게 낮아지는 문제가 있을 수 있었다.
실시예 4: 벨트내 수지의 체류시간에 따른 효과
실시예 1과 실질적으로 동일하게 보강재 및 기재를 준비하고 더블벨트 라미네이터를 이용하여 수지 복합재를 제조하였으나, 다만 벨트내 수지의 체류시간을 150sec 및 470sec로 설정하여 운전하였다.
상기 방법으로 제조된 자기보강 복합재의 비중, 인장강도 및 인장탄성계수를 실시예1의 측정방법과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과 하기 표 3에 나타냈다. 더블벨트라미네이션 공정후 섬유보강재의 제직형태가 흐트러지지 않고 패턴이 일정한 상태가 확인되는 것이 양호하며 불량의 경우 원소재가 겹치거나 용융되면서 주름이 발생하게 된다.
얻어진 수지 복합재의 물성으로서, 시험온도에서 얻어진 수지 복합재의 비중, 인장강도 및 인장탄성계수를 측정하여, 상기 실험결과를 하기 표 3에 나타냈다.
구분 실시예 1 시험8
체류시간 150sec 470sec
비중 0.874 0.895
인장강도 0.90 0.74
인장탄성계수 0.30 1.13
더블 벨트 프레스를 이용한 라미네이션 공정에서, 벨트내 체류시간을 증가시키는 경우 얻어진 수지 복합재의 인장 강성은 증가하나 인장 강도는 떨어지게 된다. 수지 복합재의 이러한 물성변화는 시편이 받는 에너지량의 증가효과에 의한 것이다. 체류시간이 너무 짧으면 가공을 위한 충분한 에너지 전달이 이루어지지 않아 물성저하가 일어나고 긴 체류시간의 경우 열에 의한 수축 및 용융으로 보강재의 인장강도가 저하된다.
실시예 5: 냉각공적 적용 (재결정화 구간 부여) 에 따른 효과
실시예 1과 실질적으로 동일하게 보강재 및 기재를 준비하고 더블벨트 라미네이터를 이용하여 수지 복합재를 제조하였으나, 다만 도 3에 나타낸 구간 1 내지 구간 4의 각각의 온도 조건을 다양하게 설정한 4가지 실험을 수행하였다. 시험9의 경우 구간 1 내지 4의 온도를 동일하게 설정하였으며, 시험 8 내지 12의 경우 구간 1 내지 4의 온도를 모두 다르게 설정하되, 구간 1의 온도가 가장 높고 라미네이터의 주입구에서 배출구쪽으로 온도가 감소하는 온도 구배를 갖도록 설정하였으며, 각 구간의 체류시간은 동일하게 설정하였다. 구체적인 온도 설정조건을 하기 표 4에 나타냈다.
　구분 시험9 시험10 시험11 시험12
1구간 (℃) Tm +0 Tm -5 Tm +0 Tm +5
2구간 (℃) Tm +0 Tm -65 Tm -65 Tm -65
3구간 (℃) Tm +0 Tm -85 Tm -85 Tm -85
4구간 (℃) Tm +0 Tm -100 Tm -100 Tm -100
상기 방법으로 제조된 자기보강 복합재의 비중, 인장강도 및 인장탄성계수를 실시예1의 측정방법과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과 하기 표 5에 나타냈다
　구분 시험9 시험10 시험11 시험12
비중 0.891 0.880 0.887 0.896
인장강도 0.84 1.00 1.07 1.00
인장탄성계수 0.66 0.83 0.91 1.00
더블 벨트 프레스를 이용한 라미네이션 공정에서, 도 3에 나타낸 구간중에서 제1구간 가열후에 제2 내지 제4구간에서 냉각하는 공정으로 수행하는 경우, 제1구간의 온도가 Tm -5℃ 내지 Tm +5도℃까지 상승하면서 수지 복합재의 인장 강성 및 인장 강도가 모두 증가하였다. 수지 복합재의 이러한 물성변화는 제1구간 온도상승에 따라 기재가 복합재에 용융함침성이 증가하게 되고 이후 가압상태에서 냉각함으로써 추가적인 용융으로 인한 보강재의 물성손실을 방지하고 복합재의 재결정화에 따른 물성 상승에 의한 것이다. 상기 표 5의 결과를 표 1의 결과와 비교해 보면, 제1 내지 제4구간에서 모두 동일한 온도조건으로 복합재를 제조한 경우, 용용온도가 증가할수록 비중과 인장탄성계수는 증가하였으나, 인장강도가 감소하였다. 그러나 표 5의 시험 10 내지 12을 보면, 제1 구간의 용융온도가 증가할수록 비중 및 인장탄성계수가 증가하고, 또한 인장강도가 거의 낮아지지 않음을 알 수 있었다. 구체적으로, 표 1의 시험 2에서 제1구간의 온도가 Tm-5℃인 조건에서 인장강도가 낮아지고 인장 탄성 계수값도 0.30으로 지나치게 낮았으나, 표 5의 시험 10을 보면, 인장강도 및 인장 탄성 계수값이 모두 우수함을 알 수 있었다.
상기 재결정화 구간 부여에 따른 결정화도 변화는 표 6 및 도 7의 그래프로 나타냈으며, 하기 표 6 및 도 8에는 초기 온도 상승에 따른 반측폭 변화를 나타내는 결과이다.
반측폭 시험8 시험9 시험10 시험11
@6.9° 0.57 0.537 0.424 0.411
@8.4° 0.545 0.537 0.455 0.447
@9.1° 0.593 0.553 0.442 0.428
@10.4° 0.473 0.603 0.215 0.395
@10.8° 0.86 0.88 0.581 0.487
도 7은 본 실시예 처리후에 얻어진 수지 복합재의 융점 변화를 나타내는 DSC 그래프로서, 가공전 복합재 원소재 대비 가압냉각에 따른 열처리 효과로 결정화도 증가하며, 초기용융온도 상승에 따라 융점이 증가하며 결정화도가 올라갔다.
도 6은 본 실시예 처리후에 얻어진 수지 복합재의 주요 결정구조를 나타내는 것이다. 도 8은 XRD 그래프로 가압냉각 적용후 초기용융온도 상승에 따라 도 6의 수지 결정구조중 가장 안정한 알파폼의 형상에 더욱 가까워지고 있고 반측폭이 작아진다. 반측폭 감소는 결정화도 증가를 나타낸다. 위와 같은 결과들로 가압냉각 적용후 초기용융온도 상승에 따라 복합재의 인장 탄성계수 상승하였다. 전구간 동일 온도 부여 및 냉각 적용 중 1구간 Tm -5 ℃ 미만에서는 가공 열량 부족으로 인한 함침저하로 인장탄성계수가 저하되고 1구간 Tm +5℃를 초과하는 경우 보강재의 용융에 의한 물성 저하 발생으로 제1 구간의 Tm -5℃ +℃도가 바람직하다.

Claims (12)

  1. 라미네이터의 수지 주입부에서 배출부쪽으로 제1구간, 제2구간, 제3구간, 및 제4구간으로 구분되는 적어도 4개 이상의 온도조건이 상이한 구간을 포함하는 더블 벨트 프레스 라미네이터를 이용하여,
    매트릭스 수지에 보강재 수지를 용융 및 함침하는 단계를 포함하는 열가소성 수지 복합재를 연속식으로 제조하는 방법으로서,
    상기 구간의 온도는 상기 라미네이터의 수지 주입부에서 배출부쪽으로 낮아지며,
    상기 라미네이터의 수지 주입부쪽에 가장 근접하게 위치한 제1구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도 - 5)℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도 + 5)℃의 온도범위이고,
    상기 제2구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도-50)℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도- 70)℃ 온도범위이고,
    상기 제3구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도-80)℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도- 90)℃ 온도범위이고,
    상기 제4구간의 온도는 (보강재 수지의 용융온도-90)℃ 내지 (보강재 수지의 용융온도- 110)℃ 온도범위인 것인,
    비중이 0.880 내지 0.900 범위이고, 인장강도가 0.80 내지 1.10 MPa인 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2구간에서 용융 및 함침된 수지 복합재를 재결정화하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1구간과 제2구간 사이에 위치하는 냉각장치를 이용하여 제2구간의 온도를 낮추는 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1구간 및 제2구간 사이에 상기 벨트의 냉각수단이 설치되어 있는 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 수지와 보강재 수지의 전체 적층 두께에 대한 상기 라미네이터의 더블 벨트간 간격의 비율은 0.75 내지 0.95인 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 수지는 필름형태이고, 상기 보강재 수지는 섬유 또는 직물형태인 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 수지와 보강재 수지는 용융온도가 130~165℃사이의 값을 갖는 열가소성 수지인 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 매트릭스 수지 및 보강재 수지는 폴리올레핀 수지인 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 라미네이터의 각 구간은 별도의 롤러로 구동되는 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지 복합재는 인장탄성계수가 0.80 내지 1.1 GPa인 것인, 열가소성 수지 복합재의 제조방법.
KR1020150092448A 2015-06-29 2015-06-29 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법 KR101713714B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150092448A KR101713714B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법
US14/922,683 US10493702B2 (en) 2015-06-29 2015-10-26 Thermoplastic resin composite and method of preparing the same
CN201510780467.7A CN106279969B (zh) 2015-06-29 2015-11-13 热塑性树脂复合材料及其制备方法
US16/670,445 US11478996B2 (en) 2015-06-29 2019-10-31 Thermoplastic resin composite and method of preparing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150092448A KR101713714B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170002213A KR20170002213A (ko) 2017-01-06
KR101713714B1 true KR101713714B1 (ko) 2017-03-22

Family

ID=57601715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150092448A KR101713714B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10493702B2 (ko)
KR (1) KR101713714B1 (ko)
CN (1) CN106279969B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020096101A1 (ko) * 2018-11-08 2020-05-14 주식회사 남전산업 자기보강복합재 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 자기보강복합재

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101905555B1 (ko) * 2015-12-16 2018-11-21 현대자동차 주식회사 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법
KR102335517B1 (ko) * 2017-02-15 2021-12-03 현대자동차주식회사 자기보강 복합재를 이용한 자동차용 동승석 에어백 도어의 힌지 및 그 제조방법
CN106881928A (zh) * 2017-03-02 2017-06-23 江苏奇科技有限公司 一种连续玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
CN107020788B (zh) * 2017-04-25 2019-09-24 左尚明舍家居用品（上海）有限公司 多层复合免漆模压立体板的制造方法及系统
KR20240083911A (ko) * 2022-12-05 2024-06-13 전북대학교산학협력단 더블벨트 라미네이터 공정을 이용한 자기강화복합재 및 그 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3098839B2 (ja) * 1992-03-03 2000-10-16 三菱化学株式会社 繊維強化熱可塑性樹脂シートの連続強化成形方法及び装置
JP2015224297A (ja) 2014-05-28 2015-12-14 三菱レイヨン株式会社 プリプレグの製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3286007A (en) * 1964-09-21 1966-11-15 Ludlow Corp Process of manufacturing a polyolefin fiber-containing non-woven fabric
JPS59198146A (ja) * 1983-04-26 1984-11-09 アイカ工業株式会社 メラミン化粧積層板の連続的製造法
JPH0911404A (ja) * 1995-06-29 1997-01-14 Idemitsu Petrochem Co Ltd 多層シート及びその製造方法
JP3130288B2 (ja) 1997-10-24 2001-01-31 宇部日東化成株式会社 延伸方法および延伸物
GB0128405D0 (en) 2001-11-27 2002-01-16 Btg Int Ltd Process for fabricating polyolefin sheet
PT1631431T (pt) 2003-05-22 2017-07-24 Propex Operating Co Llc Processo para fabrico de artigos poliméricos
KR101934059B1 (ko) 2012-07-03 2018-12-31 에스케이케미칼 주식회사 열가소성 프리프레그 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3098839B2 (ja) * 1992-03-03 2000-10-16 三菱化学株式会社 繊維強化熱可塑性樹脂シートの連続強化成形方法及び装置
JP2015224297A (ja) 2014-05-28 2015-12-14 三菱レイヨン株式会社 プリプレグの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020096101A1 (ko) * 2018-11-08 2020-05-14 주식회사 남전산업 자기보강복합재 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 자기보강복합재

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170002213A (ko) 2017-01-06
US20160375642A1 (en) 2016-12-29
US11478996B2 (en) 2022-10-25
CN106279969B (zh) 2020-07-31
CN106279969A (zh) 2017-01-04
US20200061933A1 (en) 2020-02-27
US10493702B2 (en) 2019-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101713714B1 (ko) 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법
EP2480398B1 (en) Thermoplastic composites and methods of making and using same
KR101684821B1 (ko) 섬유 강화된 수지 기재 또는 수지 성형체의 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용하는 가소화 토출기
US10384400B2 (en) Thermoplastic resin composite and preparation method of thermoplastic resin composite
KR101417245B1 (ko) 함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법
JP2014004797A (ja) 成形用複合材及びその製造方法
TW201533109A (zh) 複合物的一次完成製法
US20160016339A1 (en) A method for sealing surfaces of a cellular foam body
US10259175B2 (en) Method for manufacturing a composite part from a preimpregnated material with a semi-crystalline matrix having an amorphous surface layer
JP6342012B2 (ja) 熱可塑性プリプレグの製造方法及びそれにより製造された熱可塑性プリプレグ
KR101436194B1 (ko) 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어 및 이의 제조방법
JP2016172322A (ja) 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法
KR101905559B1 (ko) 유무기 복합 적층체 및 이를 적용한 제품
KR101263976B1 (ko) 경제성 및 기계적 물성이 뛰어난 복합시트의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조된 복합시트
US9987768B2 (en) Composite tools and methods for fabricating composite tools
Brooks Forming technology for thermoplastic composites
CN113165230B (zh) 用于现场制造热塑性夹层板的压机
EP3888866B1 (en) Cloth prepreg, method for manufacturing cloth prepreg, fiber reinforced resin molded article, and method for manufacturing fiber reinforced resin molded article
KR102515115B1 (ko) Pet 기반의 연속 섬유 복합재료 및 이의 제조 방법
KR20170143230A (ko) 절단된 섬유다발 프리프레그를 이용한 복합재료 성형물의 제조방법
KR20170080970A (ko) 섬유강화 복합재의 적층 구조물 및 그 제조 방법
KR20180134571A (ko) 단일 하금형을 이용한 고압수지 이송성형 방법

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: 20200227

Year of fee payment: 4