KR101777732B1 - 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101777732B1
KR101777732B1 KR1020140112518A KR20140112518A KR101777732B1 KR 101777732 B1 KR101777732 B1 KR 101777732B1 KR 1020140112518 A KR1020140112518 A KR 1020140112518A KR 20140112518 A KR20140112518 A KR 20140112518A KR 101777732 B1 KR101777732 B1 KR 101777732B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nonwoven fabric
fiber
long
preform
composite material
Prior art date
Application number
KR1020140112518A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160025352A (ko
Inventor
김기영
임대영
이은수
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020140112518A priority Critical patent/KR101777732B1/ko
Publication of KR20160025352A publication Critical patent/KR20160025352A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101777732B1 publication Critical patent/KR101777732B1/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • D04H3/03—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments at random
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/002—Inorganic yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/002—Inorganic yarns or filaments
    • D04H3/004—Glass yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

본 발명은 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제 1 부직포; 상기 제 1 부직포 상에 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층; 및 상기 장섬유웹층 상에 적층되는 제 2 부직포를 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장섬유 부직포 예비성형체는 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층을 가져 등방성 및 물성이 향상되는 효과를 가지며, 이러한 효과를 갖는 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료를 제조함에 따라, 경량하면서도 고강도, 고강성, 내충격성 등의 다양한 물성 향상 효과를 갖는 복합재료를 제공할 수 있다.

Description

장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법{Long-fiber nonwoven textile preforms including Long-fiber web layer and method of manufacturing the same and composite material including Long-fiber nonwoven textile preforms and method of manufacturing the same}
본 발명은 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 섬유장 10mm 이상의 장섬유웹층을 포함하여 등방성 및 물성이 향상되는 장섬유 부직포 예비성형체 및 이의 제조방법과 상기 예비성형체를 포함하여 제조되는 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 우주 항공 산업, 자동차 산업 및 각종 부품 산업 기술의 발전으로 인해 산업 분야에서 사용되는 재료의 경우 경량화, 고강도 및 고강성과 같은 높은 물성이 요구되고 있다.
이는 우주 항공 산업 분야의 경우 고강성, 고내충격성 및 고내열성을 갖는 재료를 적용하여 제조하고 있으며, 자동차 산업 및 수송기기 산업 분야의 경우 경량이면서도 고강성을 갖는 내외장재의 수요가 늘어나고 있는 추세이다.
이에 따라, 다양하면서도 높은 물성을 갖는 재료를 제조하기 위하여 기존 재료에 다양한 물성을 향상시킬 수 있는 고분자에 섬유 등의 첨가제를 첨가하여 제조되는 복합재료에 대한 연구 및 상용화가 진행되고 있다.
일반적으로 사용되는 복합재료는 에폭시, 페놀류, 불포화 폴리에스테르, 폴리아미드와 같은 중합체에 탄소 및 흑연 섬유, 실리콘 카바이드 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유 등의 첨가제를 첨가하여 기존 재료 이상의 물성을 갖는 복합재료를 제조하고 있다.
일 예로 대한민국 공개특허 제 10-2009-0074736호에서는 기존 폴리머 수지에 섬유 보강재를 첨가하여 강도 및 인장 강도 물성이 기존에 비해 향상된 복합재료를 제시하고 있다. 그러나, 상기에서 제시되는 복합재료는 기존 재료에 비해 물성이 향상되는 효과를 가지나, 오토클레이브(autolclave) 성형법으로 제조됨에 따라, 제조 원가가 높아지는 비효율성을 갖는 문제점과 유연성이 좋지 못하여 복잡한 구조를 갖는 부품 제조의 적용에 제한을 받는다는 문제점을 가지고 있다.
제조되는 복합재료의 경우 기존 재료의 물성을 향상시키기 위해 첨가되는 고분자 및 섬유를 일 방향 또는 직물의 형태로 첨가하는 방식을 취함에 따라, 최종 제조되는 복합재료는 이방성의 특징을 가지게 된다. 이러한 이방성 특징으로 인해 제조되는 복합재료는 특정 부분 또는 특정 방향으로 물성을 향상하고자 하는 경우에만 적용 가능하여 사용 적용 범위에 제한을 받는 문제점을 가지고 있다.
상기 이러한 기존 복합재료의 이방성 특징으로 인한 문제점을 해결하기 위해 첨가되는 고분자 및 섬유 등의 첨가제를 여러 방향으로 적층하거나, 등방성을 갖는 복합재료를 제조하기 위해 다양한 방법을 모색하고 있다.
일 예로 대한민국 등록특허 10-1242449호에서는 부직포 제조 시 기계 방향과 폭 방향의 섬유 배열의 차이를 최소화하고, 양 방향의 부직포 물성 차이를 최소화하여 제조하는 에어레이드 부직포를 제시하고 있다.
그러나, 이러한 에어레이드 부직포의 경우 섬유장이 긴 웹 제조 공정이 용이하지 못하며, 그에 따른 복합재료의 강성이나 강도가 낮아지는 단점을 가지고 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층을 포함하여 등방성 및 물성이 향상되는 장섬유 부직포 예비성형체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하여 경량하면서도 고강도, 고강성, 내충격성등의 물성이 향상되는 복합재료 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해 본 발명은 제 1 부직포; 상기 제 1 부직포 상에 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층; 및 상기 장섬유웹층 상에 적층되는 제 2 부직포를 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체를 제공한다.
상기 장섬유는 천연 섬유, 비열가소성 중합체성 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 유리섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 선택할 수 있다.
상기 불연속 섬유는 10 ~ 80mm의 길이를 가질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 부직포는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌 설파이드인 열가소성 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드를 포함하는 부직포 또는 직물이다.
또한, 본 발명은 제 1 부직포를 준비하는 단계; 상기 제 1 부직포 상에 에어레이드 공정으로 장섬유를 랜덤 방향으로 불연속적으로 배향하여 장섬유웹층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 장섬유웹층 상에 제 2 부직포를 적층하는 단계를 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 복수개의 부직포층을 준비하는 단계; 상기 부직포층 사이에 상기 예비성형체를 적층하는 단계; 및 상기 예비성형체를 포함하는 부직포를 프레스 공정을 수행하는 단계를 포함하는 복합재료 제조방법을 제공한다.
상기 프레스 공정은 200~400℃의 예비가열(preheating) 후 프레스 가압 2 ~ 3 MPa에서 1~3분간 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 복수개의 부직포층을 준비하는 단계; 상기 부직포층 사이에 상기 예비성형체를 적층하는 단계; 및 상기 예비성형체를 포함하는 부직포에 수지 주입(resin infusion) 공정을 수행하는 단계를 포함하는 복합재료 제조방법을 제공한다.
상기 수지 주입 공정은 진공압력 70 ~ 90kPa, 경화온도 70~90℃에서 3~6시간 경화하여 제조될 수 있다.
상기 수지는 에폭시, 불포화폴리에스테르, 비닐에스테르, 페놀, 글리시딜 메타크릴레이트, 노블락, 폴리비닐아세테이트 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 장섬유 부직포 예비성형체는 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층을 가져 등방성 및 일반 부직포 복합재료 보다 물성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 복합재료는 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하여 경량하면서도 고강도, 고강성, 내충격성 등의 다양한 물성 향상 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 부직포 예비성형체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 부직포 예비성형체 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 부직포 상에 장섬유를 부착시킨 이미지이다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서는 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층을 포함하여 등방성 및 물성이 향상되는 장섬유 부직포 예비성형체를 제시한다.
본 발명에 따른 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 부직포(10), 장섬유웹층(20) 및 제 2 부직포(30)을 포함한다.
제 1 부직포(10) 및 제 2 부직포(30)는 본 발명의 장섬유웹층(20)의 양 단면을 둘러싸는 재질로써, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌 설파이드인 열가소성 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드를 포함하는 부직포 또는 직물을 사용하는 것이 바람직하며, 그 평량 범위는 20 ~ 40gsm인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 부직포(10) 및 제 2 부직포(30)는 제한되지 않으나 동일한 재질로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 재질로 이루어지는 본 발명의 제 1 부직포(10) 및 제 2 부직포(30)는 통상의 제조 공법인 스펀 본드(spunbond), 니들 펀칭(Needlepunching), 케미컬 본드(Chemical Bond), 써멀 본드(Thermal Bond), 멜트 브라운 등의 공법을 통하여 제조될 수 있으며, 본 발명에 따른 제 1 부직포(10) 및 제 2 부직포(30)는 스펀본드(spunbond) 공법으로 제조되는 부직포를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
장섬유웹층(20)은 상기 제 1 부직포(10) 및 제 2 부직포(30) 사이에 위치되는 층으로써, 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
장섬유(200)는 기존의 일방향 또는 특정방향으로만 배열되어 이방성의 특징을 갖는 직물 섬유예비성형체와 달리 불연속적으로 랜덤하게 배향되는 것을 특징으로 함에 따라 등방성 특성이 향상된다. 따라서, 등방성 특성이 향상되는 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 어떠한 부위 및 방향에 하중이 가해지더라도 동일한 특성을 나타내는 효과를 가진다.
상기 이러한 특징을 갖는 장섬유(200)의 재질은 한정되지 않으나, 코코넛 섬유, 대마, 황마, 면, 울, 실크 등의 천연 섬유, 비열가소성 중합체성 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 유리섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 장섬유(200)는 하나의 긴 섬유 중합체가 아닌 일정한 길이로 절단된 섬유를 사용한다. 이는 보빈에서 풀리는 섬유를 일정한 길이로 절단하여 사용하는 것을 특징으로 하며, 200 ~ 400gsm의 평량 및 10 ~ 80mm의 길이를 갖도록 절단하여 랜덤한 방향으로 배향된다.
따라서, 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 일정한 길이로 절단된 장섬유(200)를 랜덤 방향으로 배향시킨 장섬유웹층(20)을 포함하여, 유연성이 향상됨에 따라 복잡한 구조를 갖는 제품을 용이하게 제조할 수 있다.
상기 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 도 2에 도시된 공정과 같은 단계를 수행하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 제 1 부직포를 준비하는 단계; 상기 제 1 부직포 상에 에어레이드 공정으로 장섬유를 랜덤 방향으로 불연속적으로 배향하여 장섬유웹층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 장섬유웹층 상에 제 2 부직포를 적층하는 단계를 수행하여 제조된다.
본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 다양한 공정을 통하여 제조될 수 있으며, 본 발명에서는 에어레이드 공법을 적용하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 제 1 부직포(10)는 일 방향으로 이동하는 벨트 위에 위치시킨다.
다음으로, 장섬유웹층(20)을 형성하는 단계는 에어레이드 공정으로서, 상기 일 방향으로 이동하는 벨트 상에 위치된 제 1 부직포(10) 상에 필라멘트 섬유를 일정 길이로 절단하면서 장섬유(200)을 분사한다. 이때, 분사되는 장섬유(200)는 공기 기류에 의해 일정한 방향 없이 랜덤 방향으로 배향되며, 동시에 상기 벨트의 하부 에서는 에어석션(air suction)을 함에 따라 첨가되는 장섬유(200)는 상기 제 1 부직포(10) 상에 부착되면서 장섬유웹층(20)을 형성한다.
이후, 상기 형성된 장섬유웹층(20) 상에 제 2 부직포(30)를 적층하는 공정을 수행함에 따라 본 발명에 따른 장섬유 부직포 예비성형체(1)가 제조된다. 이때 제 2 부직포(30)의 재질은 한정되지 않으나 제 1 부직포(10)와 동일한 재질을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 공정을 수행하여 제조되는 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 첨가되는 장섬유(200)가 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향됨에 따라 기존의 부직포 예비성형체에 비해 등방성 및 물성이 향상되고 유연성 향상으로 인해 복합한 구조의 제품도 용이하게 제조 가능하다.
이러한 효과를 갖는 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 복수개의 부직포층 사이에 위치시켜 제조함에 따라, 경량하면서도 고강도, 고강성 및 내충격성 등의 물성이 향상되는 복합재료를 제공할 수 있다.
본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 포함하는 복합재료는 복수개의 부직포층 사이에 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 적층 시킨 후 프레스 공정 또는 수지 주입 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 복합재료 제조방법을 이하 구체적으로 살펴보면, 복수개의 부직포층을 준비하는 단계; 상기 부직포층 사이에 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 적층하는 단계; 및 상기 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 포함하는 부직포층를 프레스 공정 또는 수지 주입 공정을 수행하는 단계를 포함하여 본 발명에 따른 복합재료를 제조한다.
이하, 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 복수개의 부직포층을 준비한다.
준비되는 복수개의 부직포층의 재질은 한정되지 않으나, 본 발명의 제 1 및 제 2 부직포와 동일한 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 그 평량은 80 ~ 120gsm을 갖는 것이 바람직하다.
그 후, 준비된 복수개의 부직포층 사이에 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 적층한다.
이때, 상기 장섬유 부직포 예비성형체(1)는 복수개의 부직포층 중 상호 인접하는 부직포층 사이 사이에 적층되거나, 양 부직포층 사이에 복수개의 장섬유 부직포 예비성형체(1)가 연달아 적층될 수 있으며, 그 적층 구조는 제한되지 않는다.
장섬유 부직포 예비성형체(1)는 복수개의 어느 부직포층 중 상호 인접하는 부직포층 사이에 적층되기만 하면, 그 적층되는 위치는 어느 하나로 제한되지 않으며, 복수개의 장섬유 부직포 예비성형체(1)가 적층되어 복합재료가 제조될 수 있다. 또한, 장섬유 부직포 예비성형체(1)는, 양 부직포층 사이에 복수개의 장섬유 부직포 예비성형체(1)가 연달아 적층되어 복합재료가 제조될 수 있으며, 적층되는 장섬유 부직포 예비성형체(1)의 수 및 그 적층 구조는 경우에 맞게 변동되어 제조가능하다.
다음으로, 본 발명의 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 포함하는 부직포층은 프레스 공정 또는 수지 주입(resin infusion) 공정을 수행하여 본 발명에 따른 복합재료를 제조한다.
프레스 공정은 통상적으로 사용되는 공정 조건을 수행하며, 200 ~ 400℃의 예비 가열 후 2 ~ 3MPa의 가압 조건에서 1 ~ 20분간 프레스 가압한다.
한편, 수지 주입(resin infusion) 공정은 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 포함하는 복수개의 부직포층에 수지를 주입하여 제조한다. 이때, 주입되는 수지는 한정되지 않으나, 에폭시, 불포화폴리에스테르, 비닐에스테르, 페놀, 글리시딜 메타크릴레이트, 노블락, 폴리비닐아세테이트 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지를 주입하는 것이 바람직하다.
수지 주입 공정은 장섬유 부직포 예비성형체(1)를 포함하는 복수개의 부직포층에 수지를 주입하는 공정으로, 진공 압력 70 ~ 90kPa 및 70 ~ 90℃의 조건에서 3 ~ 6시간 동안 경화하는 것을 특징으로 하며, 경우에 따라 상기 수지 주입 공정 조건은 변동 가능하다.
상기와 같은 공정을 수행하여 제조되는 복합재료는 기존 복합 재료와 달리 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되는 장섬유웹층을 포함하여 제조됨에 따라 경량하면서도 고강도, 고강성, 내충격성의 물성이 향상되는 효과를 가진다.
따라서, 이와 같은 복합재료는 기존 금속 재료를 적용한 자동차 및 수송기기의 부품 제조에 적용되고 있는 금속 재질을 대체함으로써, 경량화를 통한 연비 효율성 향상 및 고강도, 고강성, 내충격성등의 물성이 향상되는 효과를 가져 그 활용성이 우수하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예를 기재한다. 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3 : 프레스 공정에 따른 복합재료 제조
탄소 섬유(Toray, T700, 12k,800tex)를 섬유 절단기(FiDoCut,fiber chopping machine)장비를 이용하여 하기 표 1에 도시된 바와 같이 10, 30, 50mm의 길이를 갖도록 절단한 후, 에어레이드 공정으로 벨트 상의 28gsm의 중량을 갖는 제 1 PET 스펀본드 부직포 상에 공기와 함께 분사시킨 후 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 PET 스펀본드 부직포 상에 부착하였다. 그 위에 제 2 PET 스펀본드를 적층시켜 장섬유 부직포 예비성형체를 제조하였다.
그 후 장섬유 부직포 예비성형체를 100gsm의 중량을 갖는 PET 스펀본드층 사이에 적층한 후, 300℃에서 20분간 예비가열 후, 2.5MPa 압력 조건에서 1분간 프레스 공정을 수행하여 본 발명의 따른 실시예 1 내지 3의 열가소성 복합재료를 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
장섬유 재질 탄소 섬유 탄소 섬유 탄소 섬유
장섬유 길이 10mm 30mm 50mm
부직포 재질 PET 스펀본드(28gsm) PET 스펀본드(28gsm) PET 스펀본드(28gsm)
실시예 4 내지 7: 수지 주입 공정에 따른 복합재료 제조
탄소 섬유(Toray, T700, 12k,800tex)를 섬유 절단기(FiDoCut,fiber chopping machine)장비를 이용하여 하기 표 2에 도시된 바와 같이 10, 30, 50mm의 길이를 갖도록 절단한 후, 에어레이드 공정으로 벨트 상의 제 1 탄소 섬유 패브릭(Carbon fiber fabric, 현대화이바, 3K, 평직) 부직포 위에 공기 기류와 함께 분사시킨 후, 그 위에 제 2 탄소 섬유 베일(Carbon fiber veil, Hollingsworth & vose, 35gsm)을 적층시켜 장섬유 부직포 예비성형체를 제조하였다.
그 후 장섬유 부직포 예비성형체를 30gsm의 중량을 갖는 유리섬유 부직포층 사이에 적층한 후, 에폭시(국도화학, KFR-121) 및 경화제(국도화학, KFR-121)를 포함하는 수지를 주입하여 82kPa의 압력 및 80℃의 온도에서 5시간 경화시켜 실시예 4 내지 7의 열경화성 복합재료를 제조하였다.
실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예7
제 1 부직포 유리섬유 부직포 유리섬유 부직포 유리섬유 부직포 탄소섬유 직물
장섬유 탄소 섬유 탄소 섬유 탄소 섬유 탄소 섬유
장섬유 길이 10mm 30mm 50mm 50mm
제 2 부직포 유리섬유 부직포 유리섬유 부직포 유리섬유 부직포 탄소섬유 직물
비교예 1 내지 2: 수지 주입 공정에 따른 복합재료 제조
본 발명의 불연속적인 장섬유를 이용하여 제조된 실시예 1 내지 7의 복합재료와 달리, 4층의 탄소 섬유 패브릭(Carbon fiber fabric, 현대화이바, 3K, 평직)과 6층의 탄소 섬유 베일(Carbon fiber veil, Hollingsworth & vose, 35gsm)을 적층한 기존의 섬유예비성형체를 제조하여 상기 실시예 4 내지 7과 같은 방법으로 수직 적층법을 사용하여 비교예 1 내지 2 복합재료를 제조하였다.
비교예 1 비교예 2
섬유 탄소 섬유 탄소 섬유
섬유예비성형체 구조 직물 (평직) 부직포
층수 4 6
실험예 1 : 기공함유량
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 복합재료의 기공함유량을 측정하기 위해 ASTM D 3171 : Standard Test Methods for Constituent Content of Composite Materials {A1. Procedure A-Matrix digestion using nitric acid]에 의거하여 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
섬유장[mm] Fiber volume fraction[%] Void content[%]
실시예 1 10 13.6 0.87
실시예 2 30 13.4 1.17
실시예 3 50 12.8 1.45
실시예 4 10 8.3 1.4
실시예 5 30 7.6 0.6
실시예 6 50 12.8 0.7
실시예 7 50 31.4 1.2
비교예 1 - 32.6 0.2
비교예 2 - 6.4 5.1
상기 표 4에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 비교예 1 내지 2는 섬유체적율 및 기공함유율은 안정하지 않은 수치를 보이는 반면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 7의 복합재료는 섬유체적율 약 13% 및 기공함유율 1.45% 이하의 수치를 보여 우수한 성형성을 갖는 복합재료의 기공함유율 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 강도 테스트
상기에서 제조한 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 복합재료의 강도를 측정하기 위해, 복합재료의 인장 테스트는 9 / D3039M - 08 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, 굴곡 테스트는 ASTM D 790-96 Standard Test Methods for flexural Properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulation materials, 충격 테스트는 KS M ISO 180 플라스틱 충격강도에 따라 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 5에 나타내었다.
섬유장[mm] 인장강도
[MPa]		 인장탄성률
[GPa]		 굴곡강도
[MPa]		 굴곡탄성률
[GPa]		 충격강도
[kJ/m2]
실시예 1 10 102.9 5.7 263.8 12.4 48.1
실시예 2 30 146.4 6.6 320.0 15.4 41.8
실시예 3 50 143.1 5.9 313.2 16.0 40.6
실시예 4 10 137.3 26.1 362.5 19.0 30.4
실시예 5 30 112.8 32.3 108.3 30.1 60.5
실시예 6 50 138.8 30.2 504.9 34.9 95.5
실시예 7 50 412.0 26.6 516.0 34.8 99.2
비교예 1 직물 577.7 48.4 725.0 33.9 47.5
비교예 2 부직포 82.1 11.2 258.6 21.9 2.9
상기 표 5에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 7 복합재료는 직물 형태의 장섬유를 이용하여 제조된 비교예 1 복합재료에 비해 섬유 함유량이 작아 인장특성은 떨어지나, 굴곡탄성률 및 충격특성은 더 우수한 것을 알 수 있으며, 부직포의 장섬유를 이용하여 제조된 비교예 2 복합재료에 비해 인장, 굴곡, 충격 특성이 모두 우수한 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 불연속적으로 랜덤방향으로 배향되는 장섬유웹층을 이용하여 제조되는 복합재료는 기존의 연속적인 장섬유층을 이용하여 제조되는 복합재료에 비해 강도 특성이 더 우수한 것을 알 수 있으며, 본 발명의 상기 제 1 및 제 2 부직포 대신에 탄소섬유 직물로 적층하여 복합재료를 제조하면 보다 나은 물성을 얻을 수 있어 높은 굴곡 강성 및 내충격성이 요구되는 자동차 부품 분야에 적용될 수 있다.
10: 제 1 부직포 층 20: 장섬유웹층
200: 장섬유 30: 제 2 부직포 층

Claims (10)

  1. 제 1 부직포;
    상기 제 1 부직포 상에 천연 섬유, 비열가소성 중합체성 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 유리섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 50 ~ 80mm의 길이를 갖는 장섬유가 불연속적으로 랜덤 방향으로 배향되어200 ~ 400 gsm 평량을 갖는 장섬유웹층; 및
    상기 장섬유웹층 상에 적층되는 제 2 부직포를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 부직포는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 열가소성 수지를 포함하는 부직포 또는 직물인 것인 장섬유 부직포 예비성형체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 부직포를 준비하는 단계;
    상기 제 1 부직포 상에 에어레이드 공정으로 천연 섬유, 비열가소성 중합체성 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 유리섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 50 ~ 80mm의 길이를 갖는 장섬유를 랜덤 방향으로 불연속적으로 배향하여 장섬유웹층을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 장섬유웹층 상에 제 2 부직포를 적층하는 단계를 포함하는 제1항의 장섬유 부직포 예비성형체 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 복수개의 부직포층을 준비하는 단계;
    상기 부직포층 사이에 상기 제1항에 따른 예비성형체를 적층하는 단계; 및
    상기 예비성형체를 포함하는 부직포에 수지 주입(resin infusion) 공정을 수행하는 단계를 포함하는, 인장강도 138.8 Mpa 이상 및 충격강도 95.5 kJ/m2을 갖는 열경화성 복합재료 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 수지 주입 공정은 진공압력 70 ~ 90kPa, 경화온도 70~90℃에서 3~6시간 경화하여 제조되는 것을 특징으로 하는 열경화성 복합재료 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 수지는 에폭시, 불포화폴리에스테르, 비닐에스테르, 페놀, 글리시딜 메타크릴레이트, 노블락, 폴리비닐아세테이트 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 열경화성 복합재료 제조방법.
KR1020140112518A 2014-08-27 2014-08-27 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법 KR101777732B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140112518A KR101777732B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140112518A KR101777732B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160025352A KR20160025352A (ko) 2016-03-08
KR101777732B1 true KR101777732B1 (ko) 2017-09-12

Family

ID=55534370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140112518A KR101777732B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101777732B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110304895A (zh) * 2018-03-27 2019-10-08 江苏天鸟高新技术股份有限公司 低密度纤维预制体及制备方法和应用其的隔热保温件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009166428A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Yokohama Rubber Co Ltd:The 繊維補強複合材料の成形方法及び繊維補強複合材
JP2010018931A (ja) * 2008-07-14 2010-01-28 Unitika Ltd 複合シートおよびその製造方法
KR100951340B1 (ko) 2001-12-07 2010-04-08 오끼 쇼지 가부시키가이샤 침출용 시트
JP2014015706A (ja) * 2013-08-19 2014-01-30 Mitsubishi Plastics Inc 炭素繊維不織布、炭素繊維強化樹脂シートおよび炭素繊維強化樹脂成形体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100951340B1 (ko) 2001-12-07 2010-04-08 오끼 쇼지 가부시키가이샤 침출용 시트
JP2009166428A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Yokohama Rubber Co Ltd:The 繊維補強複合材料の成形方法及び繊維補強複合材
JP2010018931A (ja) * 2008-07-14 2010-01-28 Unitika Ltd 複合シートおよびその製造方法
JP2014015706A (ja) * 2013-08-19 2014-01-30 Mitsubishi Plastics Inc 炭素繊維不織布、炭素繊維強化樹脂シートおよび炭素繊維強化樹脂成形体

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160025352A (ko) 2016-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5882240B2 (ja) ポリマー不織布を有する多軸積層体
JP2018080442A (ja) 平面状複合材料
JP4615398B2 (ja) 炭素繊維複合材料成形体
RU2583017C2 (ru) Содержащая однонаправленные волокнистые ленты волокнистая заготовка из пучков армирующих волокон и конструктивный элемент из композитного материала
US20150047780A1 (en) Stabilizable preform precursors and stabilized preforms for composite materials and processes for stabilizing and debulking preforms
JP6138045B2 (ja) Ｒｔｍ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びｒｔｍ工法
US20170282491A1 (en) Veil-stabilized composite with improved tensile strength
KR20170040350A (ko) 복합재 강화를 위한 혼방 제직물
KR101905555B1 (ko) 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법
KR101777732B1 (ko) 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법
US10814583B2 (en) Toughening of laminated composites by nanofiber yarn
WO2020031771A1 (ja) 強化繊維テープ材料およびその製造方法、強化繊維テープ材料を用いた強化繊維積層体および繊維強化樹脂成形体
KR20200141725A (ko) 섬유강화 복합재료 제조용 복합섬유 원단 및 이를 이용한 섬유강화 복합재료의 성형방법
KR20170140587A (ko) 보강 섬유가 스티칭된 다층 복합재 및 그 제조방법
KR101777744B1 (ko) 장 혼합섬유 웹층을 포함하는 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 예비성형체를 포함하는 열가소성 복합재료 및 이의 제조방법
JP7382757B2 (ja) プリフォーム、繊維強化樹脂複合材料及び繊維強化樹脂複合材料の製造方法
JP4817651B2 (ja) Ｆｒｐ用プリフォーム基材及びプリフォームの製造方法
JP6650296B2 (ja) 繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材、繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法
CN113329866A (zh) 制备夹层形式的复合材料的方法
JP2020023182A (ja) 強化繊維基材、強化繊維積層体および繊維強化樹脂
JP6675231B2 (ja) 繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法
JP4376118B2 (ja) 多軸織物、プリフォーム材、及び繊維強化プラスチック成形品
US20240059046A1 (en) Reinforcing fiber base material for resin transfer molding, method of producing same, reinforcing fiber laminate for resin transfer molding, and fiber-reinforced plastic
JP2005272526A (ja) 複合材料および複合材料の製造方法
KR20220088293A (ko) 섬유강화 열경화성 플라스틱 복합재 및 그의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant