KR101714910B1 - 다공성 단일 수지 섬유 복합재 및 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 방법 - Google Patents

다공성 단일 수지 섬유 복합재 및 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

제1 섬유상 입자; 제2 섬유상 입자; 및 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착시키는 결착재를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 제1 섬유상 입자는 제1 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 제2 섬유상 입자는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 결착재는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자는 상기 제2 섬유상 입자 보다 연신율이 높고, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높은 다공성 단일 수지 섬유 복합재가 제공된다.

Description

다공성 단일 수지 섬유 복합재 및 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 방법{POROUS SINGLE POLYMER FIBRE COMPOSITE AND METHOD FOR PREPARING POROUS SINGLE POLYMER FIBRE COMPOSITE}
다공성 단일 수지 섬유 복합재 및 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 열가소성 복합소재는 높은 강성을 나타내는 유리 섬유나 카본 섬유 등의 고강도 강화 섬유와 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지로 구성되어 있다. 이러한 열가소성 복합소재는 일반 열가소성 수지 제품에 비해 높은 기계적 물성을 나타내기 때문에, 자동차 및 건축용 소재로 널리 사용되고 있다. 종래의 열가소성 복합소재 제조방식은 주로 강화 섬유를 열가소성 수지에 혼합한 후, 압출 내지 몰드 프레스 공정을 통해 성형하는 방식인데, 최근 강도와 생산성 향상을 위해, 건식 니들펀칭 공정이나 습식 초지 공정을 적용하여 우선적으로 강화 섬유가 포함된 매트 형태의 소재를 제조하고, 그 후 수지를 매트에 함침시키는 방식을 통해 복합 소재를 제조하고 있다.
강화 섬유와 열가소성 수지의 복합소재는 강화 섬유가 보강재의 역할을 하기 때문에 우수한 기계적 강도를 나타낸다. 이러한 섬유강화 복합소재는 일반적으로 유리 섬유 및 탄소 섬유 등 열가소성 수지와 달리 높은 강도를 가지는 섬유를 사용한다. 이렇게 제조된 복합소재는 열가소성 수지와 강화 섬유의 성분이 서로 다르기 때문에 재활용을 위해서는 섬유와 수지를 분리시키는 공정이 추가로 필수적으로 요구된다. 또한 유리 섬유는 복합재로 성형 한 후에 표면에 노출되었을 시에 환경적으로나 취급성에서 문제가 될 수 있기 때문에 필름 코팅이나 부직포 등을 합지하는 별도의 표면재 처리가 필요하다. 또한 이종의 소재가 섬유-매트릭스(Fiber-Matrix) 구조를 이루고 있기 때문에, 소재 간의 상응성이 낮아서 기대한 정도 이하의 강도를 나타내게 된다. 따라서, 이러한 상응성을 향상 시키기 위한 가교제 등의 첨가제가 제조 시에 필수적으로 포함되어야 한다. 이러한 추가적인 공정 들로 인해 공정이 복잡해지고, 소재의 가격도 상승하는 문제가 있었다.
본 발명의 일 구현예는 우수한 기계적 강도, 흡음 성능, 단열성 및 경량화를 구현하면서, 성형성이 우수한 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 제1 섬유상 입자; 제2 섬유상 입자; 및 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착시키는 결착재를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 제1 섬유상 입자는 제1 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 제2 섬유상 입자는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 결착재는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자는 상기 제2 섬유상 입자 보다 연신율이 높고, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높은 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 산 수용액에 분산시켜 슬러리 용액을 준비하는 단계; 상기 슬러리 용액으로부터 습식 초지 공정에 의해 웹을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 웹을 열처리 및 건조시켜 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 강화 섬유는 제1 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 이성분 폴리머 섬유는 코어(core)부와 시스(sheath)부를 포함하고, 상기 코어부는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 시스부는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 결착재는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자는 상기 제2 섬유상 입자 보다 연신율이 높고, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높은 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법을 제공한다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 우수한 기계적 강도, 흡음 성능, 단열성 및 경량화를 구현하고, 친환경적이면서 재활용이 용이하고, 생산 원가를 감소시키고, 성형성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 개략적인 모식도이다.
도 2는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에 의해 강화 섬유와 이성분 폴리머에 열과 압력을 가해 본 발명의 다른 구현예에 따른 다공성 단일 수지 섬유 복합재가 제조되는 것을 도시화한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따라 설명된 다공성 단일 수지 섬유 복합재 판재의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 판재의 절단 면에 대한 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 판재의 표면에 대한 광학 현미경 이미지이다.
도 6는 실시예 2에서 제조된 판재의 표면에 대한 광학 현미경 이미지이다.
도 7은 실시예 3에서 제조된 판재의 표면에 대한 광학 현미경 이미지이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서,
제1 섬유상 입자; 제2 섬유상 입자; 및 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착시키는 결착재를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고,
상기 제1 섬유상 입자는 제1 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 제2 섬유상 입자는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 결착재는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고,
상기 제1 섬유상 입자는 상기 제2 섬유상 입자 보다 연신율이 높고, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높은 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제공한다.
상기 제1 섬유상 입자는 약 300% 내지 약 600%의 연신율을 갖는 연신 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 제2 섬유상 입자는 0%의 미연신 폴리에스테르계 섬유이거나, 약 300% 미만의 연신율을 갖는 연신 폴리에스테르계 섬유일 수 있다.
상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리에스테르테레프탈레이트(PET) 섬유일 수 있다.
예를 들어, 상기 폴리에스테르계 섬유는 연신율을 조절하여 섬유 자체의 기계적 강도 및 강성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르계 섬유의 길이 방향으로 연신율을 높이면 폴리에스테르계 섬유의 결정성이 높아져서 기계적 강도 및 강성이 향상된다.
폴리에스테르계 수지의 강도에 영향을 미치는 결정성은 시차주사열량계 (differential scanning calorimeter, DSC, Perkin-Elmer, DSC8000) 기기를 사용하여 측정할 수 있다. DSC 측정시 결정성 관련 분석은 △H (J/g) 값이 높을수록 결정성이 높다고 판단할 수 있다.
전술한 바와 같이, 연신율이 높아지면 결정성이 높아져서, DSC 분석에 의한 △H 값이 높아진다. 이에 따라, 연신율에 따라 폴리에스테르계 수지의 결정성에 대한 분석이 가능하다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 상기 제1 섬유상 입자로서 약 300% 내지 약 600%의 연신율을 갖는 연신 폴리에스테르계 섬유를 포함하여 우수한 기계적 강도 및 강성을 구현할 수 있고, 열성형 시의 수축을 최소화할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 상기 제1 섬유상 입자와 함께 다른 연신율을 갖는 상기 제2 섬유상 입자를 포함하여 탄성을 보완하여 외부로부터 충격에 대하여, 충격 에너지를 효과적으로 감쇠시킴으로써 내충격성 또는 충격흡수능을 향상킬 수 있다.
상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재 성분에 의해 일부 또는 전체가 코팅된 상태로 존재한다. 즉, 상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 각각의 입자 표면에 상기 결착재로 형성되는 코팅부를 형성한다.
상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자 각각의 코팅부가 융착되어 상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자가 불규칙하게 결착될 수 있다. 이와 같이 결착된 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자는 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 제1 섬유상 입자 (1), 제2 섬유상 입자 (2) 및 결착재 (3)를 포함하는 다공성 단일 수지 섬유 복합재 (10)의 개략적인 모식도이다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 강도, 흡차음 성능 및 단열성이 모두 우수한 복합소재이다. 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재 중 상기 제1 섬유상 입자, 상기 제2 섬유상 입자 및 상기 결착재가 모두 동종의 단일 수지의 폴리머 재료를 사용함으로써, 수지간 상응성(compatibility)이 매우 우수하여, 그에 따라 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 매우 우수한 강도를 구현할 수 있다. 또한, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 폴리머 재료로만 이루어짐에 따라, 우수한 성형성을 갖고, 재활용이 용이하다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 후술되는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 방법에 따라 제조될 수 있고, 이와 같이 제조된 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자가 잘 분산되어 제조된다.
이와 같이, 상기 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자가 수지 중에 잘 분산되면 제1 섬유상 입자와 제2 섬유상 입자가 결착재를 매개로 하여 서로 간의 결합력이 높아지게 되어 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 보다 우수한 강도가 구현할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 전술한 바와 같이 동종의 수지를 이용하여 수지간 상응성을 높일 뿐만 아니라, 알아낸 분산성과 강도의 사이의 상관 관계에 기인하여 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자 (편의상, '섬유상 입자들'이라고도 함)의 분산을 향상시킴으로써 시너지 효과를 얻음으로써 매우 향상된 강도 특성을 나타내게 된다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재에 포함된 섬유상 입자들의 분산성이 향상되었음을 확인하는 간접적인 방법으로 강도를 비교하는 방법이 있다. 상기 섬유상 입자들의 분산성이 향상되면 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 강도 향상의 결과로 이어지므로, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재에 포함되는 제1 섬유상 입자, 제2 섬유상 입자 및 결착재의 종류 및 함량 등의 다른 조건을 일정하게 하면서 섬유상 입자들의 분산성만 달라지도록, 예를 들어, 제조 방법 등을 달리하여 제조한 뒤 강도를 비교할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 우수한 기계적 강도를 구현함에 따라 얇은 두께의 판재나 시트로 성형이 가능하여, 경량화가 가능하게 된다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 또한 상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 일 방향 배향성을 갖는 시트로 제조될 수 있다. 이와 같이, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 시트에 일 방향 배향성이 부여되도록 하면 그 배향성이 부여된 방향을 따라 시트는 높은 기계적 물성을 가지게 된다. 이러한 시트는 특정 방향으로 큰 힘을 견딜 수 있는 재료로 적용되기에 적합하다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자를 형성하는 폴리머 섬유인 폴리에스테르계 섬유는 강도 또는 융점이 서로 상이하여 이들 간의 함량비, 각각의 강도 또는 융점의 수치 범위를 적절히 조절하여 전술한 바와 같은 강도, 흡차음 성능, 단열성 등의 목적하는 물성 간의 관계를 정교하게 조절하면서, 전체적으로 우수하게 발현되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 결착재에 포함되는 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점이 상대적으로 낮기 때문에, 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 저온 성형성의 특성을 갖는다.
상기 제1 섬유상 입자가 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 강도를 보완해주는 강화 섬유로서 작용하기 위해, 상기 제1 섬유상 입자를 형성하는 제1 폴리에스테르계 수지는 강도가 상대적으로 높아야 한다.
상기 제2 섬유상 입자는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 탄성과 충격 흡수능을 향상시키도록 작용하기 위해, 상기 제2 섬유상 입자를 형성하는 제2 폴리에스테르계 수지는 상기 제1 폴리에스테르계 수지에 비하여 강도와 융점이 상대적으로 낮아야 한다.
상기 결착재는 후술되는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법을 참조하면, 상기 제2 섬유상 입자를 코어로 하는 이성분 섬유의 시스(sheath)부 에 해당한다. 상기 이성분 섬유의 시스부가 저온에서 용융하여 일부가 상기 제1 섬유상 입자의 표면으로 전이되고 결착재로서 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착하기 위해서는 융점이 상대적으로 낮아야 한다
상기 폴리에스테르계 수지의 강도는 연신율과 관련이 있다. 폴리에스테르계 수지의 연신율을 높이게 되면 강도가 높아지고, 반대로, 연신율을 낮추면 강도가 낮아진다.
일 구현예에서, 상기 제1 폴리에스테르계 수지는 융점이 약 200 내지 약 270℃ 일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2 폴리에스테르계 수지는 융점이 약 200 내지 약 270℃ 일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 상기 제3 폴리에스테르계 수지는 융점이 약 100 내지 약 200℃ 일 수 있다.
폴리에스테르계 수지의 융점은 열중량 분석 (Thermogravimetric analysis, TGA, Pyris1) 기기를 사용하여 측정할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 사용하지 않고, 강화 섬유로서 폴리머 섬유의 섬유상 입자들을 사용함으로써 별도의 표면 처리 공정을 요하지 않게 된다. 유리 섬유 또는 탄소 섬유는 표면에 노출시 인체에 유해하여 복합재 제조시 표면처리 공정에 의해 유리 섬유 또는 탄소 섬유가 노출되지 않도록 해야 하기 때문이다. 반면, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 폴리머 섬유를 사용하여, 표면 노출시 인체에 유해하지 않기 때문에 표면을 처리하지 않아도 된다.
또한, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 유리 섬유 또는 탄소 섬유 대신 폴리머 섬유의 섬유상 입자들을 사용하고, 상대적으로 낮은 열전도도성을 보이는 열가소성 폴리머 섬유인 폴리에스테르계 수지를 적용하여 내열성이 향상된다.
또한, 이러한 열가소성 폴리머 섬유는 유리 섬유나 탄소 섬유에 비하여 낮은 비중을 가지고 있기 때문에 동일한 중량의 복합소재 성형 시, 보다 많은 개수의 섬유상 입자를 포함시킬 수 있고, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재 저밀도의 다공성 재료로서 형성될 수 있다. 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 열린 기공을 통해 들어오는 음파가 섬유의 진동에 의해 감쇠되는 효과가 있어 흡차음 소재로 적용되기에 적합하다. 이러한 흡차음 소재로 적용되는 경우, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 기공도가 높을 수록, 그리고 함유된 섬유의 개수가 높을수록 에너지 감쇠 효과가 우수하다. 전술한 바와 같이, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 유리 섬유나 탄소 섬유에 비하여 상대적으로 저밀도의 섬유상 입자들을 사용하기 때문에, 동일 중량의 복합재를 기준으로 복합재 내에서 섬유상 입자의 개수가 증가하게 되므로, 이로 인해 향상된 흡차음 성능을 가진다. 특히, 열가소성 폴리머 섬유는 유리 섬유나 탄소 섬유와 같은 경질의 강화섬유에 비해 진동에 의한 자유도가 높기 때문에, 섬유의 진동에 의한 소리 에너지 감쇠 효과가 우수하다. 따라서, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 더욱 우수한 흡음 성능을 가질 수 있고, 우수한 흡능 성능을 요구하는 분야에 효과적으로 적용할 수 있다.
상기 열가소성 폴리머 섬유는 유리 섬유 및 탄소 섬유에 비해 열전도도가 25% 이하 수준이므로 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 섬유를 통해 전도되는 열전달을 최소화 시킬 수 있다는 장점이 있다. 그에 따라, 상기 단일 수지 복합재 는 우수한 단열성능을 나타내게 된다.
일 구현예에서, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재 중 제1 섬유상 입자의 함량 대 제2 섬유상 입자와 결착재의 함량의 합의 중량비가 약 25 : 75 내지 약 60 : 40 일 수 있다. 제1 섬유상 입자의 함량이 높아질수록 강도가 우수한 경향성을 가지나, 일정 함량 수준 이상에서는 향상의 정도가 낮아질 수 있다. 상기 함량 범위는 제1 섬유상 입자의 함량 증가에 따른 강도 향상 효과를 효과적으로 확보하면서도, 동시에 제2 섬유상 입자로부터의 효과를 얻어내기에 적합한 함량 범위이다.
제2 섬유상 입자와 결착재는 후술되는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에 의할 때, 이성분 폴리머 섬유에 기인한다. 따라서, 후술되는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에서, 제1 섬유상 입자와 이성분 폴리머 섬유의 함량을 상기 범위로 조절하여 상기 함량비를 갖는 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 제2 섬유상 입자 100 중량부 대비하여 결착재의 중량은 약 40 중량부 내지 약 250 중량부 포함할 수 있다. 상기 함량비로 제2 섬유상 입자와 결착재의 함량비를 조절하여 적절하게 결착력과 탄성을 부여하면서 우수한 분산성을 유지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 후술되는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에서, 이성분 폴리머 섬유의 코어(core)부와 시스(sheath)부의 함량비를 조절하여, 상기 제2 섬유상 입자와 상기 결착재의 함량비를 구현할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 기공도가 약 30 내지 약 80 부피%일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 망목 구조를 형성하면서 열린 기공을 형성한다. 상기 범위의 기공도를 가지도록 한 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 강도를 유지하면서 경량화를 구현할 수 있고, 더불어 우수한 흡차음 성능을 가질 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 경량화 구현이 가능함은 전술한 바와 같고, 구체적으로, 그 밀도가 약 0.1 g/cm3 내지 약 1.6 g/cm3일 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 적용하고자 하는 용도에 맞는 형태로 제조될 수 있고, 예를 들어, 습식 초지 공정 등을 통해 시트로 제조될 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 시트는 적용하고자 하는 용도에 적합한 중량을 갖도록 제조될 수 있고, 예를 들어, 약 50 g/m2 내지 약 1200 g/m2 의 평량을 갖는 시트로 제조될 수 있다.
상기 제1 섬유상 입자는 단면 직경이 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 일 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제1 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제1 섬유상 입자를 포함하는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 외부 충격에 강하고, 후술되는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에 따라 제조시 제1 섬유상 입자를 수용액 내에 분산시, 수용액 내에서 적절한 엮임성 (Hydroentangle property)을 갖도록 하여 시트 형성을 용이하게 할 수 있다.
상기 제1 섬유상 입자는 길이가 약 6mm 내지 약 24mm, 구체적으로, 약 12mm 내지 약 24mm일 수 있다. 상기 범위의 길이를 갖는 제1 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있고, 또한, 섬유상 입자들간 결합력을 적절히 부여하여 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재가 우수한 강도를 가지도록 하면서 동시에 섬유가 너무 길 경우 섬유가 엉기어 뭉치면서 분산성이 저하되는 것을 방지하고, 시트를 형성하기에 적합하다.
상기 제2 섬유상 입자는 단면 직경이 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛일 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제2 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제2 섬유상 입자를 포함하는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 강도 특성이 우수하고, 후술되는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에 따라 제조시 제1 섬유상 입자를 수용액 내에 분산시, 수용액 내에서 적절한 엮임성 (Hydroentangle property)을 갖도록 하여 시트 형성을 용이하게 할 수 있다.
상기 제2 섬유상 입자는 길이가 약 3mm 내지 약 6mm 일 수 있다. 상기 범위의 길이를 갖는 제2 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있고, 또한, 섬유상 입자들간 결합력을 적절히 부여하여 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재가 우수한 강도를 가지도록 하면서 동시에 섬유가 너무 길 경우 섬유가 엉기어 로프 (rope) 상을 형성하여 분산성이 저하되는 것을 방지하고, 시트를 형성하기에 적합하다.
섬유 길이가 짧을수록 수용액 내에서 분산성 향상되는 데 반해 강도가 저하되는 경향이 있다. 상기 길이 범위를 가지는 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 조합하여 분산성이 우수하면서도, 우수한 강도 특성을 구현할 수 있다.
상기 제1 섬유상 입자는 강화 섬유의 역할을 수행하여야 하기 때문에 상기 제2 섬유상 입자 보다 길이가 긴 섬유을 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 예시와 같이 제2 폴리에스테르계 수지 및 제3 폴리에스테르계 수지를 선택할 때, 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높은 조건을 만족하여야 한다.
또한, 후술되는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에서 사용되는 이성분 폴리머 섬유의 코어부 및 시스부의 재료가 상기 조건을 만족하도록 각각 2 폴리에스테르계 수지 및 제3 폴리에스테르계 수지를 선택할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 약 160℃ 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 약 200℃ 내지 약 400℃일 수 있다. 제2 폴리에스테르계 수지가 상기 범위의 융점을 가지도록 함으로써, 저온 성형시 결착재가 용융된 후에도 섬유상을 유지할 수 있다. 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 160℃ 미만인 경우 섬유상을 유지하기 위해 열 성형 온도를 너무 낮추어야 하거나, 이를 포함하는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재가 추후 열적 안정성이 저하되어 치수의 변형 또는 폴리머 변질 등을 초래할 우려가 있다. 또한, 제3 폴리에스테르계 수지와의 온도 차이가 지나치게 줄어들 수 있어서 성형 온도를 제어하기 어려울 수 있다.
구체적으로, 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점이 약 200℃ 미만일 수 있다. 상기 결착재는 제1 섬유상 입자와 제2 섬유상 입자를 묶어주는 역할을 하고, 상기 결착재를 형성하는 상기 제3 폴리에스테르계 수지를 제2 폴리에스테르계 수지보다 낮은 융점을 갖도록 하여 비교적 낮은 융점을 갖도록 하면 낮은 온도에서 용융될 수 있으므로, 저온 성형성을 확보할 수 있다. 따라서, 상기 결착재는 예를 들어, 저융점 폴리에스테르 등을 사용할 있다. 상기 저융점 폴리에스테르는 일반 폴리에스테르에 비해 낮은, 약 100℃에서 약 140℃ 사이에서 용융되므로, 적용하고자 하는 성형 온도에 따라 저융점 폴리에스테르, 구체적으로는 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선택할 수 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트를 개질하여 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트를 얻는 방법 중 하나는 폴리에틸렌테레프탈레이트에 공중합 모노머를 추가하는 방법이다. 폴리에틸렌테레프탈레이트는 프탈레이트 단위를 포함하는데, 프탈레이트 단위 중 벤젠 고리와 에스테르가 1,4-(para) 결합을 가진다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 상기 1,4-(para) 결합을 가지는 프탈레이트 단위의 일부를 1,2-(ortho) 및/또는 1,3-(meta) 결합을 가지는 프탈릭(phthalic) 단위 및/또는 이소프탈릭(isophthalic) 단위로 치환시키면, 결정성이 낮아지면서 융점이 낮아져서 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트를 얻을 수 있다.
상기 결착재는, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 상기 프탈레이트 단위의 0 초과 내지 약 50 몰%, 구체적으로 약 20 내지 약 40 몰%가 프탈릭(phthalic) 단위 및/또는 이소프탈릭(isophthalic) 단위로 치환된 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트를 개질하여 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트를 얻는 다른 방법으로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트의 에틸렌 단위를 형성하는 모노머인 에틸렌글리콜의 일부를 고탄소수 사슬의 글리콜로 대체하여 융점을 낮출 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 폴리에르테르 수지는 폴리에스테르 수지 합성시 시클로헥산디메탄올 (cyclohexane dimethanol, CHDM)을 에틸렌글리콜과 함께 공중합하여 얻은 PET-G (Polyethylene terephthalate glycol-modified)를 사용할 수 있다. PET-G에서, 시클로헥산디메탄올에 기인한 단위는 폴리에틸렌테레프탈레이트 내에서 이웃하는 에틸렌 단위와 길이가 불일치하여 계면이 발생하고, 이러한 계면들은 결정화를　방해하게 되어 PET의 융점을 낮추는 역할을 하며, 비정질로 형성된다. 폴리에틸렌테레프탈레이트의 융점을 낮추기 위하여 에틸렌글리콜과 함께 사용할 수 있는 코모노머는 CHDM 이외에도 트리메틸렌글리콜 또는　2-메틸트리메틸렌글리콜 (2-methyltrimethylene glycol) 등의 고탄소수 사슬을 갖는 글리콜을 사용할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 비중이 약 1 보다 높다. 후술되는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에 의할 때, 산 수용액에 이성분 폴리머 섬유를 분산하게 되는데, 물의 비중인 1 보다 높은 비중의 소재를 사용하여야 분산성 향상 및 망상 구조 형성이 용이하다. 그렇기 때문에, 상기 이성분 폴리머 섬유의 코어부는 비중이 1보다 높은 폴리에스테르계 수지일 수 있다.
상기 복합재 다공성 단일 수지 섬유는 밀도가 약 0.2 g/cm3 내지 약 1.6 g/cm3 인 판재로 제조될 수 있다.
상기 판재는 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 소정의 수준으로 압축된 상태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 판재는 습식 초지 공정에 의해 낱장의 시트로서 얻어진 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재 시트를 여러 장 적층한 뒤 프레스 성형하여 얻어질 수 있다.
상기 프레스 성형은 다단 공정으로 수행되면서, 열처리 공정을 교대로 수행함으로써, 보다 결착재의 분산성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 여러 장 적층된 다공성 단일 수지 섬유 복합재 시트를 프레스 성형한 뒤, 이어서, 승온시킨 후, 다시 상온에서 프레스 성형하여 최종 판재를 얻을 수 있다. 상기 열처리 공정을 프레스 공정 사이에 수행함으로써 판재의 중심부까지 열전달이 용이하여 결착재가 잘 용융되어 분포가 고르게 형성될 수 있다. 이와 같이, 결착재를 고르게 분산시킴으로써, 판재의 물성이 전체적으로 매우 고른 특성을 얻을 수 있게 된다.
상기 프레스 성형은 80 내지 95%의 압축률로 수행할 수 있다. 상기 프레스 성형에 의해 섬유의 압축밀도를 조절하여, 강도 및 흡음 특성을 우수하게 구현할 수 있다.
상기 판재는 기공 구조를 포함하여 형성된다. 통상적으로 원료를 혼합하여 압출하여 몰드 프레스 공정을 통해 제조되는 복합재는 기공 구조를 형성하기 어려운 반면, 상기 판재는 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 이용하여 제조됨에 따라 기공 구조를 형성한다.
구체적으로, 상기 판재는 기공률이 약 40 내지 약 80 부피일 수 있다. 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재 판재가 상기 범위의 기공률을 갖도록 형성되어서, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재의 강도, 내충격성 및 흡음성의 특성을 모두 우수하게 할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재가 압축된 상태이므로, 그 구조는 도 1의 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 구조를 그대로 유지하면서, 단지 압축된 형태로 이해하면 된다.
구체적으로, 상기 판재의 밀도가 약 0.2 g/cm3 내지 약 1.6 g/cm3 가 되도록 프레스 성형을 수행하여 판재를 제조할 수 있다. 판재의 밀도를 상기 범위가 되도록 압착 제조되어 우수한 강도를 구현할 수 있다.
상기와 같이 압축되어 제조된 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 섬유 입자들의 분산도가 우수하여 판재 전체에 걸쳐서 고르게 우수한 기계적 물성 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 판재는 여러 지점에서 충격 강도 특성을 평가하여도 고르게 우수한 충격 강도 결과를 나타낸다. 구체적으로, 상기 판재에 대하여 ASTM D3763 기준에 따른 낙구 충격 테스트를 수행하여 얻은 충격 강도에 있어서, 하나의 판재 내에서 얻어진 충격 강도의 최대값과 최소값의 차이가 약 0.2 J/mm 이하일 수 있다. 이는 다시 말하면, 상기 판재는 상기 판재 내 임의의 2 지점에서 측정한 ASTM D3763에 의한 충격 강도의 차이가 약 0.2 J/mm 이하일 수 있다는 의미이다.
상기 판재는 인장, 굴곡 및 충격 강도와 같은 높은 기계적 강도를 구현하면서도 밀도가 낮아서 경량화를 구현할 수 있는 재료이기 때문에, 이러한 특성을 요구하는 자동차 및 건축용 재료의 용도에 유용하게 적용될 수 있다. 아울러, 상기 판재는 이러한 자동차 및 건축용 재료로 요구되는 우수한 흡차음 성능 조건을 만족시킬 수 있다.
또한, 상기 판재는 단일 폴리머를 주성분으로 구성한 소재이기 때문에 별도의 이종 분리 공정 없이 재활용이 용이하며, 유리 섬유가 적용되지 않아서 작업시 취급성이 우수하다.
또한, 상기 판재는 전술한 바와 같이 압축된 상태로 제조되고, 이후, 승온시켜도 팽창되지 않는 특징을 갖는다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재 판재는 후술되는 상기 제조 방법에 따라 제조될 수 있고, 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자가 잘 분산된 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재로부터 제조되므로, 섬유상 입자들의 분산성이 우수하고, 또한, 제1 섬유상 입자, 제2 섬유상 입자 및 결착재 모두 단일 수지를 사용함으로써, 각 성분간의 상응성이 높아져 결합력이 높아진다. 이와 같이, 상기 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자가 잘 분산되고, 각 성분 결합력이 높아지게 되어 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재의 강도가 향상된다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 이와 같이 알아낸 분산성 또는 상응성과 강도의 사이의 상관 관계에 근거하여, 섬유상 입자들의 분산 및 상응성을 향상시킴으로써 우수한 강도 특성을 발휘한다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재에 포함된 섬유상 입자들의 분산성이 향상되었음을 확인하는 방법의 일례를 들면, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재의 단면을 색차계로 평가하는 방법이 있다. 상기 섬유상 입자들의 분산성이 좋을수록 뭉치는 부분이 적기 때문에 좀 더 골고루 흰색을 띄게 되고, 반대로 상기 섬유상 입자들의 분산성이 떨어지는 경우 상기 섬유상 입자들끼리 뭉쳐서 겹쳐있는 부분이 많아지면서 이러한 부분이 더 어두운 색을 나타내게 된다. 이러한 차이를 색차계를 이용하여 이를 평가할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재에 포함된 섬유상 입자들의 분산성이 향상되었음을 확인하는 간접적인 방법으로 강도를 비교하는 방법이 있다. 상기 섬유상 입자들의 분산성이 향상되면 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재의 강도 향상의 결과로 이어지므로, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재에 포함되는 제1 섬유상 입자, 제2 섬유상 입자 및 결착재의 종류 및 함량 등의 다른 조건을 일정하게 하면서 섬유상 입자들의 분산성만 달라지도록, 예를 들어, 제조 방법 등을 달리하여 제조한 뒤 강도를 비교할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 또한 전술한 바와 같이 섬유상 입자들에 일 방향 배향성을 부여하여 제조된 다공성 단일 수지 섬유 복합재로부터 제조될 수 있다. 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재 판재는 먼저 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성한 복합재 시트로 제조된 뒤, 여러 장의 복합재 시트를 적층하여 프레스 성형하여 제조될 수 있고, 이 때 상기 복합재 시트에 섬유상 입자들이 일 방향 배향성이 부여되도록 하면 그 배향성이 부여된 방향을 따라 복합재 시트는 높은 기계적 물성을 가지게 된다. 이러한 복합재 시트를 한 방향으로 적층한 뒤 프레스 성형하여 얻어진 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 특정 방향으로 큰 힘을 견딜 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 적용하고자 하는 용도에 적합한 중량을 갖도록 제조될 수 있고, 예를 들어, 약 600 g/m2 내지 약 3000 g/m2, 예를 들어, 약 900 g/m2 내지 약 1400 g/m2 의 평량을 가질 수 있다.
상기 복합재 다공성 단일 수지 섬유 복합재 판재는 두께가 약 2mm 내지 약 8mm 일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서,
강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 산 수용액에 분산시켜 슬러리 용액을 준비하는 단계;
상기 슬러리 용액으로부터 습식 초지 공정에 의해 웹을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 웹을 열처리 및 건조시켜 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 단계;
를 포함하는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법을 제공한다.
상기 강화 섬유는 제1 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 이성분 폴리머 섬유는 코어(core)부와 시스(sheath)부를 포함하고, 상기 코어부는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 시스부는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 제1 폴리에스테르계 수지의 강도 또는 융점이 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 강도 또는 융점과 상이하고, 상기 제1 폴리에스테르계 수지의 강도 또는 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 강도 또는 융점과 상이하고, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 강도 또는 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 강도 또는 융점과 상이하고, 단, 상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에 의해 전술한 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조할 수 있다.
도 2는 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에 의해 강화 섬유 (4)와 이성분 폴리머 섬유 (5)에 열과 압력을 가해 다공성 단일 수지 섬유 복합재 (20)가 제조되는 것을 도시화한 것이다.
상기 강화 섬유 (4)는 전술하여 설명한 상기 제1 폴리에스테르계 수지로 형성된 상기 제1 섬유상 입자일 수 있다. 따라서, 상기 강화 섬유 (4)에 대한 상세한 설명은 상기 제1 섬유상 입자에 대하여 설명된 바와 같다.
상기 이성분 폴리머 섬유 (5)는 코어(core)부 (5a)와 시스(sheath)부 (5b)를 포함하고, 상기 코어부 (5a)는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 시스부는 제3 폴리에스테르계 수지 (5b)를 포함한다.
상기 제1 폴리에스테르계 수지, 제2 폴리에스테르계 수지 및 제3 폴리에스테르계 수지에 대한 상세한 설명은 전술하여 설명한 바와 같다.
상기 열처리 및 건조 단계에서 상기 시스부의 제3 폴리에스테르계 수지가 용융되어 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 섬유를 열융착으로 결착시킴으로써 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조가 형성된다.
상기 시스부의 제3 폴리에스테르계 수지는 상기 코어부를 코팅한 상태로 존재하다가 상기 열처리 및 건조 단계에서 용융되면서 상기 강화 섬유에 전이되어 강화 섬유를 일부 또는 전부 코팅하게 되고, 용융 상태가 고화되면서 상기 이성분 섬유의 코어부 및 상기 강화 섬유를 결착하는 결착재로 작용하게 된다.
이와 같이, 상기 시스부가 결착재로 작용하기 때문에 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법은 별도의 결착재를 추가적으로 사용하지 않을 수 있다.
상기 이성분 폴리머 섬유의 시스부를 형성하는 열가소성 수지가 비교적 저융점을 갖도록 함으로써 저온 성형이 가능하다는 장점이 있다.
다공성 섬유 강화 복합재의 기공도, 강화 섬유에 전이되는 코팅의 정도 등은 상기 이성분 폴리머 섬유 중 코어부와 시스부의 함량을 변화시켜 조절할 수 있다.
예를 들어, 이성분 폴리머 섬유는 상기 코어부 100 중량부 대비하여 상기 시스부의 중량은 약 40 중량부 내지 약 250 중량부일 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법은 화학적으로 소수성을 띠는 열가소성 수지인 폴리에스테르계 수지로 제조된 이성분 폴리머 섬유를 산 수용액에 분산하여 제조함에도 불구하고, 이성분 폴리머 섬유를 코어부와 시스부로 구성하고, 코어부의 비중을 높임으로써, 분산성을 우수하게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 이성분 폴리머 섬유의 코어부의 비중을 1 보다 크게 하면, 수용액 중 교반 과정에서 분산도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유는 상기 시스부가 표면처리된 것을 사용하여, 산 수용액 내에서의 분산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 그 결과, 분산성이 더욱 우수한 복합재 다공성 단일 수지 섬유 복합재 판재를 제조할 수 있다.
상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 시스부의 표면처리는 표면에 플루오로기, 히드록시기, 카르복실기, 알킬기 등의 작용기를 도입하거나, 코팅제로 코팅할 수 있다. 예를 들어, 강화 섬유 및 이성분 섬유 폴리머 섬유 제조시, 딥핑 공정 등에 의해 상기 강화 섬유이 표면, 또는 상기 이성분 섬유 폴리머 섬유의 시스부의 표면과 작용하여 상기 작용기를 도입할 수 있는 표면처리제와 섬유를 반응시켜 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유 제조시 사용할 수 있는 표면처리제 또는 코팅제에 의해 상기 강화 섬유 또는 이성분 폴리머 섬유를 실란 처리함으로써 섬유간 결합력 향상시키거나, 탄화 (Carbonization)시켜 내열성 향상시키거나, 가수분해 (Hydrolysis)시켜 친수성을 향상시키거나, 산화 (Oxidation)시켜 수계분산성을 향상시킬 수 있다.
표면처리제는, 예를 들면, 불소계 왁스 (예를 들어, PFAO 등), 탄화수소계 왁스, 실리콘계 폴리머 등을 들 수 있다.
코팅제는 그 성분에 따라, 친수성/소수성, 발수성, 난연성, 불연성, 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내구성, 내오염성 등의 특성 부여가 가능하다. 구체적으로, 코팅제로서 불소계 왁스 (예를 들어, PFAO 등), 탄화수소계 왁스 등의 발수제와 실리콘계 폴리머 친화제 (Compatibilizer) 등을 사용할 수 있다.
제조하고자 하는 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 목적하는 물성에 따라, 강화 섬유와 이성분 폴리머 성분의 함량비를 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 성분의 중량비가 약 25 : 75 내지 약 60 : 40 일 수 있다.
구체적으로, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에서, 상기 산 수용액 1L당 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 총합의 함량 약 0.1 g 내지 약 10 g의 함량으로 혼합할 수 있다. 상기 범위의 함량으로 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 섬유 총량을 조절함으로써, 우수한 분산성을 유지하여 균일한 두께의 시트로서 제조될 수 있고, 우수한 분산성에 기인한 물성을 확보할 수 있다.
상기 산 수용액의 pH가 약 1 내지 약 4일 수 있다. 상기 산 수용액의 pH를 상기 범위로 조절하여, 유리 섬유 구성물인 실리카 (SiO2) 나 알루미나 (Al2O3), 보론 (B2O5)이 강산에 화학적으로 분해되지 않게 하면서 유리 섬유 표면의 전하가 발생하여 분산성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에서, 시트 형상으로 제조된 상기 복합재 시트를 적어도 2장 적층한 뒤, 프레스 성형하여 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 판재로서 제조할 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법은 상기 슬러리 용액을 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 슬러리 용액을 교반하는 단계를 더 수행함으로써 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법에서, 상기 형성된 웹을 열처리 및 건조시키는 단계는 약 100 내지 약 180℃에서 수행할 수 있다. 상기 온도 범위는 이성분 섬유의 시스부가 연화 (Softening)이나 용융되기 시작하는 온도를 기준으로 정해진다. 상기 온도가 100℃ 보다 낮을 경우 수분 건조가 어렵고, 이성분 폴리머 섬유 (시스부)의 연화도 충분히 발생하지 않아서 복합재 시트의 형상으로 건조 후 수분이 남아있게 되거나, 복합재 시트가 고정된 성상을 가지기 어렵다. 반대로 상기 온도가 180℃ 보다 높을 경우 이성분 폴리머 섬유의 시스부가 완전히 용융되어서 균일하게 이성분 섬유에서 강화섬유로 전이되기 어렵다. 또한 용융 온도 이상에서 이성분 폴리머 섬유의 시스부 폴리머의 변질이 일어날 우려도 있다.
이성분 폴리머 섬유의 코어부 단면 직경을 적절히 하고, 적절한 열처리 온도에서 열처리 및 건조함으로써 이성분 폴리머 섬유의 코어가 용융되지 않고 섬유상의 입자로서 제조된 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재 내에 포함되도록 제조될 수 있다.
상기 습식 초지 공정을 수행하는 중 슬러리의 수용액 내에서 섬유가 고르게 혼합된 후 콘베이어 벨트를 따라 이동하는 메쉬를 따라가면서 습식 웹 (Hydro-entangled web)을 형성하게 되는데, 섬유들이 따라 올라가는 과정에서 경사를 부여함으로써 상기 제조된 복합재 시트가 배향성을 가지게 할 수 있다. 이와 같이 배향성이 부여된 복합재 시트를 적층하여 얻어진 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 섬유 성분에 일 방향에 대한 배향성을 부여함으로써 그 일 방향에 대항 강도를 더욱 강화할 수 있다.
이와 같이, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 적용하고자 하는 용도에 맞게 선택적으로 배향성이 부여되도록 제조할 수 있다.
예를 들어, 헤드 박스에서 컨베이어 벨트로 섬유가 이송되며 복합재 시트를 형성하게 될 때, 상기 복합재 시트가 형성되는 부분에 경사도를 부여함으로써 (inclined web formation), 평면적인 컨베이어 벨트에 비해 섬유가 MD(Machine direction) 방향으로 잘 누울 수 있도록 공정을 설계할 수 있다. 방향성은 MD(Machine direction) 방향과 CD(Cross direction) 방향으로 구분하여 부여될 수 있고, CD 방향에 비해 MD 방향으로 방향성을 부여하는 것이 더 용이하다.
상기 슬러리 용액은 가교제, 또는 추가적인 바인더와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 가교제는 강화섬유와 이성분 폴리머 섬유간 화학적 결합력 강화시키는 작용을 하고, 예를 들어, 실란계 화합물, 말레산계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 가교제의 함량은 전체 섬유 (강화섬유와 이성분 폴리머 섬유의 합) 100 중량부 대비 약 0 내지 약 5 중량부일 수 있다.
상기 추가적인 바인더는 전분, 카제인, 폴리비닐알콜(PVA), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 등의 수용성 폴리머; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드 등의 에멀젼류; 시멘트류, 황산칼슘계 Clay, 규산나트륨, 규산알루미나, 규산칼슘의 무기계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 추가적인 바인더의 함량은 전체 섬유 (강화섬유와 이성분 폴리머 섬유의 합) 100 중량부 대비 약 0 내지 약 5 중량부일 수 있다.
상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 적어도 2장 이상의 여러 장의 복합재 시트를 압착시켜 형성되고, 구체적으로, 최종제품의 목적하는 단위면적당 중량에 맞게 몇 장을 적층할 지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 복합재 시트를 목적하는 제품의 최종 단위면적당 중량이 1200g/m2 라면, 대략 2장 내지 12장 적층한 뒤, 열과 압력을 가하여 열프레스 성형하여 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재를 제조할 수 있다.
상기 열프레스 성형은 상기 이성분 섬유의 시스부가 용융될 수 있는 온도이면서 코어부는 용융되지 않는 온도에서 수행할 수 있다. 이러한 온도 범위에서 수행하게 되면 시스부가 용융되면서 상기 복합재 시트간 계면이 융착될 수 있다.
구체적으로, 상기 열프레스 성형은 약 100 내지 약 180℃의 온도에서 약 1 내지 약 30bar 의 압력을 가하여 상기 복합재 시트를 라미네이팅 성형하여 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재를 제조할 수 있다.
상기 열프레스 성형은 더블벨트프레스 성형에 의해 연속적으로 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재가 제조될 수 있도록 수행할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재를 하기와 같이 제조할 수 있다. 먼저, 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 배합한 뒤, 배합된 섬유들은 첨가제가 포함된 수용액 내에서 교반 과정을 거친 후, 웹 형성이 가능한 헤드 박스 (head box)로 이송된다. 헤드 박스 내의 슬러리는 진공 흡기 시스템을 통과하면서 습식 웹을 형성하게 되고, 이는 건조기를 통과하면서 시트 형태의 복합재 시트로 제조된다. 상기 복합재 시트의 중량은 추후 열 성형의 용이하기 위해 평방미터 당 약 50g 내지 약 600g이 되도록 한다. 건조 온도는 이성분 폴리머 섬유의 시스부가 바인더 역할을 할 수 있도록 시스부 소재에 따라 약 100℃ 내지 약 180℃로 설정한다. 제조된 복합재 시트는 용도에 따라 잘라 낸 후 적층하고 이를 열압착 프레스를 통해 판상의 약 2 mm 내지 약 8 mm 두께의 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재를 제조한다.
예를 들어, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 약 200 ℃에서 가열한 뒤, 다시 상온의 프레스로 이송한 다음 프레스 성형을 하여 2~4 mm 두께의 판재로 제조될 수 있다.
도 3은 상기 일 구현예에 따라 설명된 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
실시예 1
이성분 폴리머 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 코어부와 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트 시스부가 50:50의 중량비를 가지면서, 수계 분산성 확보를 위해 길이 5mm, 두께 4 데니어(denier) (약 20㎛ 단면 직경)를 가지는 섬유를 준비하였다. 상기 시스부의 폴리에틸렌테레프탈레이트는 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 프탈레이트 단위의 30 몰%가 이소프탈릭 단위로 치환 된, 융점 110℃의 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트이다.
강화 섬유는 건조 및 예열 시 수축현상 방지를 위해 300% 연신사를 사용한 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 사용하였고, 직경 13㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 13mm 길이로 잘라서 준비하였다.
상기 강화 섬유 40 중량부 및 상기 이성분 폴리머 섬유 60 중량부로 배합하고, 이를 염산으로 PH가 2로 조절된 수용액 내에서 1 시간 동안 교반하였다. 이 때, 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유의 섬유 총 함량은 물 1L당 2g이 되도록 하였다. 이렇게 교반 과정을 거친 수용액 슬러리를 헤드 박스 내에서 진공흡입장치를 통해 웹을 형성하도록 습식 초지 공정을 수행하였다. 웹 형성 후 140℃의 오븐 드라이어를 통과시켜 수분을 완전하게 건조시켰다. 다공성 단일 수지 섬유 복합재로서 제조된 건조된 복합재 시트는 300 g/m2으로 대략 5mm 두께를 나타내었다. 시트를 평량 1200 g/m2이 되도록 4장 적층한 후, 170℃에서 핫 프레스 (Hot press)를 공정을 통해 5.0mm 두께의 판재로 성형하였다. 상기 판재를 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 열처리하고, 상온의 프레스로 이송한 다음 압력을 가했다. 이때 가해지는 압력은 몰드 내에서 판재가 나오지 않을 정도의 압력인 100 ton/m2을 적용하여 최종적으로 2.0mm 두께의 판재를 성형하였다. 이때, 압축률은 90% (4장 적층된 복합재 시트 총 20.0 mm에서 2.0mm로 압축)이고 기공률은 56% 이다.
실시예 2
판재의 평량이 1000 g/m2이 되도록 적층 시트의 개수를 변경한 점을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 2.0mm 두께의 판재를 성형하였다. 이때, 압축률은 약 87%이었다.
실시예 3
판재의 평량이 1600 g/m2이 되도록 적층 시트의 개수를 변경한 점을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 2.0mm 두께의 판재를 성형하였다. 이때, 압축률은 약 92%이었다.
실시예 4
실시예 1에서 최종 판재의 두께가 1.0mm가 되도록 압축률은 95% (4장 적층된 복합재 시트 총 20.0 mm에서 1.0mm로 압축)로 하여 판재를 제조하였다. 판재의 기공률은 13% 이다.
실시예 5
실시예 1에서 최종 판재의 두께가 3.0mm가 되도록 압축률은 71% (4장 적층된 복합재 시트 총 20.0 mm에서 3.0mm로 압축)로 하여 판재를 제조하였다. 판재의 기공률은 71% 이다.
실시예 6
실시예 1에서 최종 판재의 두께가 5.0mm가 되도록 압축률은 75% (4장 적층된 복합재 시트 총 20.0 mm에서 5.0mm로 압축)로 하여 판재를 제조하였다. 판재의 기공률은 82% 이다.
비교예 1
실시예 1에서, 강화 섬유로 사용한 폴리에스테르 섬유 대신 유리 섬유를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 판재를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서, 강화 섬유로 사용한 폴리에스테르 섬유 중 절반을 유리 섬유로 대체하여, 유리 섬유 20 중량부, 강화 섬유 20 중량부 및 이성분 폴리머 섬유 60 중량부로 배합한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 판재를 제조하였다.
평가
실험예 1
도 4는 실시예 1에서 제조된 판재의 절단 면에 대한 SEM 사진이다. 강화 섬유인 PET 섬유와 이성분 섬유인 PET 섬유가 SEM 사진 내에 표시된 바와 같이 잘 나타나있다. 즉, 판재 내에 강화 섬유 및 이성분 섬유에 기인한 각각의 제1 섬유상 입자와 제2 섬유상 입자가 잘 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 2
실시예 1-6 및 비교예 1-2에서 제조된 판재에 대하여, 기계적 물성을 비교하였다. 우선 기계적 물성은 시편을 각각 24 시간 동안 상온에서 방치한 후 측정하였다. 인장 강도와 연신율은 2 mm 두께의 샘플을 ASTM D638 기준으로 측정하였으며, 낙구 충격 테스트는 상온에서 ASTM D3763을 기준으로 측정하였다. 마찬가지로 Notched IZOD 테스트는 ASTM D256을 기준으로 실시하였고, 결과는 아래 표 1에 기재하였다.
구분 인장강도 (MPa) 연신율(%) 충격에너지(낙구)
Total NTT (J/mm)		 충격에너지(IZOD)
(J/m)
실시예 1 70 20 3.14 300
실시예 2 50 23 2.65 230
실시예 3 90 15 3.92 340
비교예 1 60 2 2.43 280
비교예 2 55 5 2.40 280
실시예 1의 경우, 비교예 1과 비교하였을 때, 강화섬유로 사용된 폴리에스테르 섬유는 유리섬유 대비 낮은 강도를 나타내지만, 상응성가 향상되어 전체 복합소재의 인장강도는 15% 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한 PET 섬유 자체의 연신율은 약 40%로 유리 섬유자체의 연신율 5%의 약 8배의 값을 가지기 때문에 전체 복합재의 연신율은 약 10배 증가하였다. 이로 인해, 실시예 1의 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재는 외부의 높은 강도와, 높은 변형조건에서도 낮은 모듈러스값을 가짐으로써 파단되지 않는 성질을 가지게 된다.
또한, 실시예 1의 경우 비교예 1에 비해 높은 낙구충격강도 값과 IZOD 충격강도값을 나타내는데, 이는 유리 섬유에 비해 상대적으로 모듈러스가 낮은 복합재 내의 폴리에스테르 섬유(강화 섬유)가 외부 충격에 의한 에너지를 분산시키기 때문이다. 또한 폴리에스테르 섬유의 밀도는 약 1.38 g/cm3으로 유리 섬유의 밀도인 2.7 g/cm3으로 약 50% 낮은 밀도를 나타내기 때문에, 실시예 1 및 비교예 1을 동일한 겉보기 비중과 중량을 가지도록 제조하더라도, 실시예 1의 섬유의 개수가 높다. 이에 외부충격에 의한 에너지를 분산시킬 확률을 증가시키므로 충격강도가 향상됨을 알 수 있다.
비교예 2와 같이 강화 섬유를 폴리머 섬유와 유리 섬유를 혼합하여 사용한 경우, 연신율은 비교예 1에 비해 약간 증가하지만 여전히 실시예 1 보다 열등하고, 인장 강도 및 충격 강도는 동등 이하 수준을 나타내었다. 이는 복합재를 시트 또는 판재로 제조 시에, 섬유 종류가 증가하면 섬유간의 반발력이 증가함으로써 분산성이 저하되고, 열 성형 후 섬유간 상응성 (compatibility)이 저하되기 때문이다. 그에 따라서, 비교예 1과 비교예 2는 유리 섬유의 강화 섬유 첨가로 기계적 물성이 향상되는 효과가 저하되고, 단일 수지의 섬유로 복합재를 구성한 실시예 1이 가장 높은 기계적 물성을 나타낸다.
실시예 2-3은 실시예 1과 동일 두께 대비 평량을 각각 1000 g/m2과 1600 g/m2 가 되도록 다공성 단일 수지 섬유 복합재의 판재를 제조하였다. 표 1에서 보는 바와 같이 평량이 증가할수록 복합소재의 밀도가 증가하므로 인장강도는 증가하지만 연신율은 감소하는 경향을 알 수 있었다.
실험예 3
실시예 1-3의 판재에 대하여, 흡음성능 물성을 비교하였다.
흡음성능은 각 판재에 대하여 KS2816-2 기준으로 측정하였다. 결과를 표 2에 기재하였다.
구분 평량(g/m2) 통기도
(l/min@300Pa)		 평균 흡음 계수
저주파
(200~2000Hz)		 고주파
(500~6300Hz)
실시예1 1200 7 0.18 0.18
실시예 2 1000 16 0.15 0.16
실시예 3 1600 3 0.20 0.12
표 2에서, 실시예 1-3은 모두 동일 두께의 판재로 제조되고, 평량을 변화시켜 제조되었으므로, 평량의 증가에 따라 밀도가 높아진다. 평량의 증가에 따라 판재의 밀도가 증가할수록 표면적이 증가하고, 표면적의 증가에 따라 판재의 진동에 의한 흡음 효과가 증가하면서 저주파 영역에서 공명 주파수 (Resonance frequency) 특성을 보여 낮은 통기도 특성에도 불구하고 저주파에서 높은 흡음 계수를 나타냄을 알 수 있다.
한편, 고주파 영역에서는 섬유의 진동에 의해서 흡음 효과가 나타나는데, 실시예 1에서는 섬유의 진동에 의한 흡음 효과가 우수하여 고주파 흡음 성능이 가장 우수하다. 실시예 3의 경우 섬유가 고밀도로 압축 포함되어서 기공율이 낮아지면서 PET 섬유에 의한 흡음효과가 저하되어 낮은 흡음계수를 나타낸다. 반면, 실시예 2는 섬유의 압축 정도가 실시예 1 보다 낮아져서 섬유의 진동에 의한 흡음 성능 측면에서 유리하지만, 섬유의 함량이 낮아져서 오히려 고주파 흡음 성능이 실시예 1 보다 더 열등하다. 따라서, 고주파 흡음 성능은 적절한 섬유의 함량과 기공율을 조절해야 함을 알 수 있다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 판재의 표면에 대한 광학 현미경 이미지이고, 도 6는 실시예 2에서 제조된 판재의 표면에 대한 광학 현미경 이미지이고, 도 7은 실시예 3에서 제조된 판재의 표면에 대한 광학 현미경 이미지이다. 평량이 가장 낮은 실시예 2의 도 6, 실시예 1의 도 5 및 평량이 가장 높은 실시예 3의 도 7의 순서대로, 이성분 섬유의 시스부가 용융되어 판재 내의 결착재 형성시 잘 응집되어 필름화되어서 표면이 매끄럽게 형성된 것을 확인할 수 있다. 반면, 판재가 보다 필름과 같은 구조로 형성되게 되면 기공이 닫힌 구조를 형성하게 됨에 따라 흡음 성능은 오히려 떨어진다. 열린 기공을 가장 많이 형성한 실시예 2는, 그럼에도 불구하고, 섬유의 함량이 낮아져서 흡음 성능이 오히려 실시예 1 보다 떨어진다.
실험예 4
실시예 1, 3-6의 판재에 대하여, 굴곡 강도 (소재의 파괴에 필요한 압력)와 굴곡 강성 (일정 정도의 소재 변형을 위해 필요한 힘)을 평가하였다. ASTM D790에 따라 삼점 굴곡 강도와 굴곡 강성을 측정하였고, 하기 표 3에 기재하였다.
굴곡강도 (MPa) 굴곡 강성 (N/mm)
실시예 1 35 0.35
실시예 3 50 0.43
실시예 4 40 0.17
실시예 5 28 0.70
실시예 6 12 1.20
압축률이 증가할수록 소재 내부이 기공이 차지하는 비율이 감소하여 굴곡 강도 향상되지만, 소재의 두께가 감소하기 때문에 일정한 힘이 가해졌을 때 판재의 휘어지는 성질이 증가하기 때문에 굴곡 강도와 굴곡 강성은 서로 트레이드-오프의 성질을 갖는다. 따라서, 용도에 따라, 적당한 범위의 두께로 성형할 필요가 있다.
실시예 3에서, 판재 밀도가 증가하면 강화 섬유 자체의 함량이 증가되어, 굴곡 강도와 굴곡 강성이 모두 증가되었다.
하지만 동일 밀도로 제작된 복합재 시트를 압축률만 다르게 하여 비교한 경우 굴곡 강도와 굴곡 강성은 다른 경향성을 나타내었다. 실시예 4는 실시예 1에 비해 압축률이 증가하여 굴곡 강도는 향상되었으나, 굴곡 강성은 크게 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 반면 실시예 5는 실시예 1에 비해 압축률이 감소하여 굴곡 강도는 저하되었으나, 굴곡 강성은 2배 정도 향상되었음을 확인할 수 있었다. 실시예 6의 경우처럼 압축률을 크게 감소 시켰을 경우 굴곡 강성이 증가하였으나 굴곡 강도가 크게 저하되었음을 확인할 수 있었다. 굴곡 강도와 굴곡 강성이 서로 반비례하는 관계를 확인할 수 있다.
다공성 단일 수지 섬유 복합재를 자동차나 건축용 소재로 적용할 경우 외부에서 가해지는 힘에 재료의 파괴가 일어나지 않아야 하며, 재료의 변형도 일정 부분 일어나지 않아야 한다. 특정 용도에 적합하도록 판재로 제조하는 경우 적절한 압축률 (또는 기공률)을 갖도록 성형함으로써 최적의 기계적 물성 밸런스를 나타내게 할 수 있음을 알 수 있다.
예를 들어, 자동차나 건축용 소재로 적용시, 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 압축률 80~95%, 기공율 (부피비 기준) 40~80%이 적절한 굴곡 강도와 굴곡 강성의 특성을 가지는 범위일 수 있다.
실험예 5
실시예 1 및 비교예 1-2의 판재에 대하여 각각 200 mm(가로) × 200 mm(세로) × 2 mm(두께)의 크기의 샘플을 제작한 뒤, 열전도도를 측정하였다.
(측정 기준 ASTM 또는 기기를 알려주십시오. 기기의 제조사 모델명 알려주셔야합니다.)
측정 결과는 하기 표 4에 기재하였다.
열전도도 (W/mK)
실시예1 0.03
비교예1 0.035
비교예2 0.035
표 4에서 실시예 1과 같이, 폴리머 섬유로만 구성된 복합재의 경우 유리 섬유를 강화섬유로 적용한 복합재인 비교예 1에 비해 낮은 열전도도를 나타내므로, 단열 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 폴리머 섬유를 통한 열전도 효과가 유리 섬유를 통한 열전도 효과에 비해 낮기 때문이다.
비교예 2와 같이 유리 섬유와 폴리머 섬유를 둘다 적용한 경우, 실시예 1과 비교해 보면, 폴리머 섬유를 일부 적용했음에도 열전도도가 감소하지 않았다. 이는 비교예 2에서 오히려 섬유의 분산성이 저하되어 기공도가 감소하게 되고, 이로 인해 섬유를 통한 직접적인 열전도 효과가 증가하였기 때문이다. 따라서, 실시예 1의 판재는 우수한 단열 효과를 기대할 수 있고, 이는 자동차나 건축용으로 적용하기에 적합하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
1: 제1 섬유상 입자
2: 제2 섬유상 입자
3: 결착재
4: 강화 섬유
5: 이성분 폴리머 섬유
5a: 코어부
5b: 시스부
10, 20: 다공성 단일 수지 섬유 복합재

Claims (24)

  1. 제1 섬유상 입자; 제2 섬유상 입자; 및 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착시키는 결착재를 포함하는 다공성 단일 수지 섬유 복합재이고,
    상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고,
    상기 제1 섬유상 입자는 제1 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고,
    상기 제2 섬유상 입자는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하는 폴리에스테르계 섬유이고,
    상기 결착재는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고,
    상기 제1 섬유상 입자는 상기 제2 섬유상 입자 보다 연신율이 높고,
    상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높고,
    상기 제1 섬유상 입자는 연신율 300% 내지 600%의 연신 폴리에스테르계 섬유이고, 상기 제2 섬유상 입자는 연신율 0%의 미연신 폴리에스테르계 섬유이거나, 연신율 300% 미만의 연신 폴리에스테르계 섬유이고,
    상기 제1 섬유상 입자의 함량 대 상기 제2 섬유상 입자와 상기 결착재의 함량의 합의 중량비가 25 : 75 내지 40 : 60이고,
    상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재는 밀도가 0.2 g/cm3 내지 1.6 g/cm3 이고, 기공률이 40 내지 80 부피%인 판재인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 각각의 입자 표면에 상기 결착재에 의해 일부 또는 전체가 코팅되어 코팅부를 형성하고, 상기 각각의 표면에 형성된 코팅부가 서로 융착되어 결착된
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 섬유상 입자 100 중량부 대비하여 상기 결착재의 중량은 40 중량부 내지 250 중량부인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폴리에스테르계 수지의 비중이 1보다 큰
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 160℃ 이상인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점이 200℃ 미만인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 폴리에스테르계 수지는 프탈레이트 단위의 0 초과 내지 50 몰%가 프탈릭(phthalic) 단위, 이소프탈릭(isophthalic) 단위 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나로 치환된 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 섬유상 입자의 길이가 6mm 내지 24mm인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 섬유상 입자의 길이가 3mm 내지 6mm인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 판재는 600 g/m2 내지 3000 g/m2 의 평량을 갖는
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 판재는 두께가 2mm 내지 8mm 인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재.
  16. 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 산 수용액에 분산시켜 슬러리 용액을 준비하는 단계;
    상기 슬러리 용액으로부터 습식 초지 공정에 의해 웹을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 웹을 열처리 및 건조시켜 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 강화 섬유는 제1 폴리에스테르계 수지를 포함하고,
    상기 이성분 폴리머 섬유는 코어(core)부와 시스(sheath)부를 포함하고,
    상기 코어부는 제2 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 상기 시스부는 제3 폴리에스테르계 수지를 포함하고,
    상기 강화 섬유는 상기 코어부 보다 연신율이 높고,
    상기 제2 폴리에스테르계 수지의 융점이 상기 제3 폴리에스테르계 수지의 융점보다 높은
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 열처리 및 건조 단계에서 상기 시스부의 제3 폴리에스테르 수지가 용융되어 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 섬유를 열융착으로 결착시킴으로써 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조가 형성되는
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    시트 형상으로 제조된 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 적어도 2장 적층한 뒤, 프레스 성형하여 상기 다공성 단일 수지 섬유 복합재를 판재로서 제조하는 단계;를 더 포함하는
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프레스 성형은 80 내지 95%의 압축률로 수행하는
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 판재는 밀도가 0.2 g/cm3 내지 1.6 g/cm3 이고, 기공률이 40 내지 80 부피%인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 산 수용액 1L당 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 총 함량이 0.1 g 내지 10 g이 되게 혼합하는
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 산 수용액의 pH가 1 내지 4인
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 슬러리 용액을 교반하는 단계를 더 포함하는
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 형성된 웹을 열처리 및 건조시키는 단계는 100 내지 180℃에서 수행하는
    다공성 단일 수지 섬유 복합재의 제조 방법.
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