KR101814057B1 - 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법, 섬유 강화 수지 복합재 및 성형품 - Google Patents

섬유 강화 수지 복합재의 제조방법, 섬유 강화 수지 복합재 및 성형품 Download PDF

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Abstract

섬유 필라멘트를 방사하는 단계; 상기 방사되는 섬유 필라멘트에 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계; 및 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 번들링하여 섬유 스트랜드를 형성하는 단계;를 포함하는 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조된 섬유 강화 수지 복합재, 성형품을 제공한다.

Description

섬유 강화 수지 복합재의 제조방법, 섬유 강화 수지 복합재 및 성형품{MANUFACTURING METHOD OF FIBER REINFORCED RESIN COMPOSITE, FIBER REINFORCED RESIN COMPOSITE AND MOLDED ARTICLE USING THE SAME}
본 발명은 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법, 섬유 강화 수지 복합재 및 성형품에 관한 것이다.
섬유 강화 수지 복합재는 예를 들어, 수지를 기지재로서 포함하고 섬유를 강화재로서 포함하는 복합재를 의미하고, 소위 섬유 강화 플라스틱이라고도 할 수 있다.
일반적으로, 섬유 필라멘트는 쉽게 흩날리고 서로 얽히는 성질이 있어, 바인더 또는 집속제 등에 의해 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발로 형성하여 사용하고 있는데 전술한 섬유 강화 수지 복합재는 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발 사이에 수지를 침투 또는 함침시키는 공정을 통해 제작되고 있다.
이때, 이러한 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발 사이에 수지가 보다 용이하게 침투 또는 함침될수록, 즉 함침 공정의 효율이 증가할수록 제조되는 섬유 강화 수지 복합재 내에 포함된 섬유의 함량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 섬유의 분산성도 향상시킬 수 있으므로 이로부터 제작되는 성형품은 예를 들어, 인장강도, 충격강도 등과 같은 물성이 보다 우수할 수 있다.
다만, 전술한 바와 같이, 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발은 바인더 또는 집속제에 의해 집속되어 있으므로 함침 공정의 수행시 수지가 이들 사이로 침투 또는 함침되기 어렵고, 그로 인해 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발의 외부면 상에 수지층을 상대적으로 두껍게 형성하여 섬유 강화 수지 복합재를 제조할 수 밖에 없는데, 이 경우 섬유의 분산성 등을 고려하면 이러한 섬유 강화 수지 복합재 내에 포함되는 섬유의 함량을 일정 수준 이상으로 증가시킬 수 없다.
이에, 최근 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발을 개섬 또는 광폭화시킨 이후 수지를 함침시키는 방법을 통해 함침 공정의 효율을 증가시키는 방법이 사용되고 있고, 구체적으로 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발의 형성시 사용되는 집속제 등의 함량이 높을수록 개섬 또는 광폭화시키기 어려우므로 이의 함량을 최소화함으로써 이들을 보다 폭넓게 개섬 또는 광폭화시키려는 연구가 계속되고 있다.
하지만, 이와 같이, 개섬 또는 광폭화시켜 함침시키는 방법만으로는 함침 공정의 효율이 충분하지 못하여 섬유 강화 수지 복합재 내에 포함되는 섬유의 함량을 원하는 수준으로 증가시키기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 섬유 스트랜드의 내부에 수지가 함침되는 정도, 즉 섬유 스트랜드에 대한 수지의 함침 효율을 효과적으로 향상시킴과 동시에 제조 공정을 단일화하여 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있는 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 섬유 필라멘트들의 사이에 함침 수지가 충분하면서 보다 균일하게 함침될 수 있어 섬유를 더욱 높은 함량으로 포함할 수 있는 섬유 강화 수지 복합재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 인장강도 및 충격강도 등의 물성을 보다 넓은 범위에서 적절히 조절하여 더욱 다양한 용도로 이용할 수 있으면서 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현하는 성형품을 제공한다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예에서, 섬유 필라멘트를 방사하는 단계; 상기 방사되는 섬유 필라멘트에 소정의 점도를 갖는 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계; 및 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 번들링하여 섬유 스트랜드를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 함침 수지 에멀젼의 점도가 25℃에서, 300cP 내지 10,000cP인 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법이 섬유 스트랜드를 형성하기 이전인 섬유 필라멘트를 방사하는 과정에서 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하고, 이어서, 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트로부터 섬유 스트랜드를 형성할 수 있다.
그에 따라, 상기 제조방법에 의해 형성되는 섬유 스트랜드는 상기 섬유 필라멘트들의 사이에 상기 함침 수지가 충분히 함침될 수 있으므로 상기 섬유 스트랜드 내에서 섬유가 더욱 높은 함량으로 포함될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 제조방법에서는 집속된 섬유 스트랜드를 다시 개섬 또는 광폭화시킨 후 별도의 수지 함침조 등에 통과시키거나 침지하는 단계가 제거될 수 있고, 그에 따라 전체적으로 제조 공정이 단일화됨으로써 생산 효율 및 경제성이 효과적으로 향상될 수 있다.
상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 섬유 필라멘트의 표면이 약 0.03㎛ 내지 약 5.5㎛의 두께로 코팅될 수 있다.
상기 범위 내의 두께로 코팅됨으로써 상기 섬유 스트랜드 내에서 상기 함침 수지가 상기 섬유 필라멘트 사이에 충분한 함량으로 존재하게 되어 우수한 함침 효율을 구현하면서 상기 섬유 필라멘트들이 균일한 간격으로 이격되어 존재할 수 있어 섬유의 분산성도 효과적으로 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제조방법에 의해 제조되어, 함침 수지 내에 존재하는 섬유 필라멘트 간의 이격 거리가 약 0.06㎛ 내지 약 11㎛인 섬유스트랜드를 포함하는 섬유 강화 수지 복합재를 제공한다.
상기 범위 내의 이격 거리로 존재함으로써 상기 섬유 스트랜드 내에서 상기 함침 수지가 섬유 필라멘트 사이에 충분히 그리고 균일한 수준으로 존재할 수 있어, 섬유를 상대적으로 높은 함량으로 포함할 수 있고, 또한, 섬유의 분산성도 향상시킬 수 있다. 또한, 그에 따라 이로부터 제조되는 성형품의 물성을 보다 넓은 범위에서 적절히 조절할 수 있고, 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 이격 거리가 약 0.06㎛ 미만인 경우, 상기 섬유 필라멘트(120)의 표면 코팅이 충분히 이루어지지 않아 함침 수지의 함침 정도가 저하되면서 작업 과정에서 섬유가 흩날릴 수 있고, 상기 이격 거리가 약 11㎛ 초과인 경우에는 상대적으로 섬유의 함량이 너무 낮아지는 문제가 있다.
또한, 상기 섬유 강화 수지 복합재 내에서, 상기 섬유 필라멘트의 함량이 예를 들어, 약 79 중량% 내지 약 99.8 중량%일 수 있고, 구체적으로는 약 92.3 중량% 내지 약 99.8 중량%일 수 있다.
상기 범위 내의 높은 수준의 함량으로 상기 섬유 필라멘트를 포함함으로써 상기 섬유 강화 수지 복합재에 의해 형성된 성형품은 이의 물성을 보다 넓은 범위에서 적절히 조절할 수 있고, 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
상기 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법은 섬유 스트랜드에 대한 수지의 함침 효율을 효과적으로 향상시킴과 동시에 제조 공정을 단일화하여 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 수지 복합재는 섬유 필라멘트들의 사이에 함침 수지가 충분하면서 보다 균일하게 함침될 수 있어 섬유를 더욱 높은 함량으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 성형품은 인장강도 및 충격강도 등의 물성이 보다 넓은 범위에서 적절히 조절되어 더욱 다양한 용도로 이용될 수 있으면서 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법의 개략적인 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 섬유 강화 수지 복합재의 개략적인 단면도이다.
도 3은 일 분사 장치의 분사 각도를 설명하는 개략적인 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 수지 복합재의 제조방법의 공정 흐름도를 개략적으로 나타낸다.
상기 제조방법은 섬유 필라멘트를 방사하는 단계(S1); 상기 방사되는 섬유 필라멘트에 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계(S2); 및 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 번들링(bundling)하여 섬유 스트랜드를 형성하는 단계(S3);를 포함할 수 있다.
일반적으로, 섬유 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발은 바인더 또는 집속제에 의해 집속되어 있으므로 함침 공정의 수행시 수지가 이들 사이로 침투 또는 함침되기 어렵고, 그로 인해 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발의 외부면 상에 수지층을 상대적으로 두껍게 형성하여 섬유 강화 수지 복합재를 제조할 수 밖에 없는데, 이 경우 섬유의 분산성 등을 고려하면 이러한 섬유 강화 수지 복합재 내에 포함되는 섬유의 함량을 일정 수준 이상으로 증가시킬 수 없다.
이에, 최근 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발을 개섬 또는 광폭화시킨 이후 수지를 함침시키는 방법을 통해 함침 공정의 효율을 증가시키는 방법이 사용되고 있고, 구체적으로 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발의 형성시 사용되는 집속제 등의 함량이 높을수록 개섬 또는 광폭화시키기 어려우므로 이의 함량을 최소화함으로써 이들을 보다 폭넓게 개섬 또는 광폭화시키려는 연구가 계속되고 있다.
하지만, 이와 같이, 개섬 또는 광폭화시켜 함침시키는 방법만으로는 함침 공정의 효율이 충분하지 못하여 섬유 강화 수지 복합재 내에 포함되는 섬유의 함량을 원하는 수준으로 증가시키기 어려운 문제가 있다.
게다가, 전술한 개섬 또는 광폭화시켜 함침시키는 방법을 이용하는 섬유 강화 수지 복합재의 제조 공정은 섬유 필라멘트를 번들링하여 섬유 스트랜드 또는 섬유 다발을 형성하는 공정; 및 이를 다시 개섬 또는 광폭화시킨 후 액상의 함침 수지를 함유한 함침조에 통과시키거나 침지하는 공정;을 필수적으로 수반하고 있어, 전체적으로 제조 공정이 두 단계로 이원화되어 분리됨으로써 시간 및 비용이 더욱 소모되어 생산 효율 및 경제성이 저하될 수 있다.
이에, 본 발명의 일 구현예에서는, 상기 제조방법을 통해 섬유 스트랜드를 형성하기 이전인 섬유 필라멘트를 방사하는 과정에서 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하고, 이어서, 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 번들링하여 섬유 스트랜드를 형성할 수 있다.
그에 따라, 상기 제조방법에 의해 형성되는 섬유 스트랜드는 상기 섬유 필라멘트들의 사이에 상기 함침 수지가 충분히 함침될 수 있으므로 상기 섬유 스트랜드 내에서 섬유가 더욱 높은 함량으로 포함될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 제조방법에서는 집속된 섬유 스트랜드를 다시 개섬 또는 광폭화시킨 후 별도의 수지 함침조 등에 통과시키거나 침지하는 단계가 제거될 수 있고, 그에 따라 전체적으로 제조 공정이 단일화됨으로써 생산 효율 및 경제성이 효과적으로 향상될 수 있다.
상기 제조방법에서, 섬유 필라멘트를 방사할 수 있다. 상기 섬유 필라멘트의 방사는 이 기술분야에서 공지된 섬유 방사기를 사용하여 방사할 수 있고, 예를 들어, 부싱(bushing) 등을 사용하여 방사할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 섬유 필라멘트는 예를 들어, 약 400m/min 내지 약 700m/min의 방사 속도로 방사할 수 있다.
상기 범위 내의 방사 속도로 방사함으로써 상기 섬유 필라멘트의 직경을 적절히 조절할 수 있음과 동시에 상기 섬유 필라멘트의 단사 발생을 방지하여 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 섬유 필라멘트는 단면 직경이 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 30㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 섬유 필라멘트는 유기 섬유, 무기 섬유 또는 이들 모두를 포함할 수 있고, 구체적으로 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 나일론 섬유, 천연 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 재질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제조방법에서, 상기 방사되는 섬유 필라멘트에 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅할 수 있다. 또한, 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 번들링하여 섬유 스트랜드를 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 섬유 필라멘트를 번들링하기 이전 함침 수지 에멀젼으로 표면을 코팅함으로써 상기 섬유 스트랜드를 형성한 후 이를 다시 개섬(開纖)하거나 광폭화시켜 액상의 함침 수지가 함유된 별도의 함침조 등에 통과시키거나 침지하는 공정을 추가로 적용할 필요가 없다.
또한, 종래 섬유 스트랜드 사이에 함침 수지가 침투되기 어려워 함침 공정의 효율이 매우 낮았던 것과 달리, 상기 제조방법에 의하면 상기 섬유 스트랜드 내에서 상기 함침 수지가 섬유 필라멘트 사이에 충분히 그리고 보다 균일한 수준으로 존재할 수 있고, 그에 따라 상기 섬유 스트랜드는 섬유를 더욱 높은 함량으로 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 섬유 스트랜드를 형성하는 단계 이전에 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트에 다시 함침 수지 에멀젼을 분사하여 이의 표면을 코팅하는 단계를 1회 더 수행하거나 또는 수회 더 반복하여 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그에 따라, 상기 섬유 스트랜드 사이에 함침되는 함침 수지의 함량을 발명의 목적 및 용도에 따라 적절히 증가시킬 수 있으므로 상기 섬유 스트랜드의 물성을 용이하게 조절할 수 있어 더욱 다양한 용도로 적용할 수 있다.
예를 들어, 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트에 다시 함침 수지 에멀젼을 분사하여 이의 표면을 코팅하는 단계를 총 2회 내지 5회 더 반복하여 수행할 수 있다.
상기 범위 내의 횟수로 반복하여 수행함으로써 상기 섬유 스트랜드 내에서 상기 함침 수지의 함량을 적절히 증가시킴과 동시에 상대적으로 상기 섬유의 함량을 여전히 높은 수준으로 유지할 수 있다.
상기 함침 수지 에멀젼은 함침 수지를 포함하고, 상기 함침 수지는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 예를 들어, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에테르 수지, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 나일론 수지, 폴리에테르 이미드 수지 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열가소성 수지는 예를 들어, 입자 형태로 형성되어 열가소성 수지 입자일 수 있고, 상기 열가소성 수지 입자의 평균 입도는 약 100nm 내지 약 100㎛일 수 있다.
상기 범위 내의 평균 입도를 가짐으로써 상기 열가소성 수지 입자의 크기가 적절히 조절되어 우수한 코팅성을 구현할 수 있고, 그에 따라 제품의 물성을 더욱 균일한 수준으로 형성하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는데 이용하는 상기 함침 수지 에멀젼은 예를 들어, 상기 함침 수지를 약 1.75 중량% 내지 약 7.0 중량%로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 상기 섬유 필라멘트의 표면에 상기 함침 수지를 충분히 코팅시키면서도 상기 함침 수지 에멀젼의 점도를 적절히 조절하여 분사 장치로부터 용이하게 분사될 수 있다.
상기 함침 수지 에멀젼의 점도가 약 25℃에서, 약 300cP 내지 약 10,000cP일 수 있다. 상기 범위 내의 점도를 가짐으로써 상기 섬유 필라멘트의 표면에 충분히 코팅될 수 있으면서 분사 장치로부터 용이하게 분사될 수 있다.
또한, 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 분사되는 함침 수지 에멀젼의 온도는 예를 들어, 약 5℃° 내지 약 50℃일 수 있다.
상기 함침 수지 에멀젼은 예를 들어, 희석제, 커플링제, 계면활성제, 대전방지제, 산화방지제, 열안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 희석제는 예를 들어, 물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 함침 수지 에멀젼은 집속제를 포함하지 않거나, 또는 집속제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 섬유 필라멘트의 표면에 코팅되는 함침 수지는 소정의 점도를 가지고 있으므로 별도의 집속제를 처리하지 않고서도 상기 섬유 필라멘트를 번들링할 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 필라멘트를 번들링하는 과정에서, 이를 집속제로 처리하는 별도의 집속 공정을 적용할 필요 없이 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 용이하게 번들링하여 상기 섬유 스트랜드를 형성할 수 있다.
또한, 발명의 목적 및 용도에 따라 상기 함침 수지 에멀젼은 상기 집속제를 더 포함할 수 있고, 이 때, 포함할 수 있는 집속제의 함량은 저함량에 국한되지 않고, 저함량에서부터 고함량까지 보다 넓은 범위 내에서 적절히 선택하여 포함할 수 있다.
상기 집속제의 함량을 증가시킬수록 작업 과정에서 섬유 필라멘트가 흩날리거나 서로 얽히는 경향이 감소하여 섬유 재료의 손실을 방지하면서도 작업 환경을 향상시킬 수 있다.
상기 집속제는 예를 들어, γ-아미노 프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노 에틸)-γ-아미노 프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노 에틸) -N'-β-(아미노 에틸)-γ-아미노 프로필트리에톡시실란, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시 프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시 사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, N-β-(N-비닐 벤질 아미노 에틸)-γ-아미노 프로필트리메톡시실란 및 이들의 가수분해물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것이 아니다
상기 함침 수지 에멀젼의 분사 방법은 이 기술분야에서 공지된 분사 장치를 사용하여 수행될 수 있고, 예를 들어, 분사 노즐을 구비한 분사 장치를 사용하여 분사할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 함침 수지 에멀젼이 약 30° 내지 약 150°의 분사 각도로 분사될 수 있고, 구체적으로는 약 80° 내지 약 120°의 분사 각도로 분사될 수 있다.
상기 분사 각도는 도 3에서와 같이 나타낼 수 있고, 예를 들어, 분사 노즐로부터 분사되는 분사액이 그리는 패턴의 넓어지는 각도를 의미할 수 있고, 소위 분무각이라고도 할 수 있다.
상기 범위의 분사 각도(θ)로 분사됨으로써 상기 섬유 필라멘트의 표면 코팅시 냉각 효과를 향상시킬 수 있으면서 분사 노즐의 막힘을 방지하여 분사 장치의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 분사 각도가 약 30° 미만인 경우 상기 함침 수지 에멀젼의 뭉침 현상이 발생하여 코팅성이 현저히 저하되고, 약 150° 초과인 경우 냉각 효율이 현저히 저하되는 문제가 있다.
일 구현예에서, 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 섬유 필라멘트의 표면이 약 0.03㎛ 내지 약 5.5㎛의 두께로 코팅될 수 있고, 구체적으로는 약 0.10㎛ 내지 약 2.0㎛의 두께로 코팅될 수 있다.
상기 범위 내의 두께로 코팅됨으로써 상기 섬유 스트랜드 내에서 상기 함침 수지가 상기 섬유 필라멘트 사이에 충분한 함량으로 존재하게 되어 우수한 함침 효율을 구현함으로써 섬유를 고함량으로 포함할 수 있고, 또한, 상기 섬유 필라멘트들이 균일한 간격으로 이격되어 존재할 수 있어 섬유의 분산성도 향상될 수 있다.
전술한 바와 같이, 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 번들링(bundling)하여 섬유 스트랜드를 형성할 수 있고, 그에 따라 상기 섬유 스트랜드는, 함침 수지 및 상기 함침 수지 내에 존재하는 섬유 필라멘트를 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 함침 수지 내에 존재하는 섬유 필라멘트 간의 이격 거리는 예를 들어, 약 0.06㎛ 내지 약 11㎛가 되도록 형성될 수 있고, 구체적으로는 약 0.20㎛ 내지 약 4.0㎛가 되도록 형성될 수 있다. 상기 이격 거리란 서로 이웃하는 섬유 필라멘트가 서로 떨어진 평균 거리 또는 평균 간격을 의미할 수 있다.
상기 범위 내의 이격 거리가 되도록 형성됨으로써 상기 섬유 스트랜드 내에서 상기 함침 수지가 섬유 필라멘트 사이에 충분히 그리고 균일한 수준으로 존재할 수 있어, 섬유를 상대적으로 높은 함량으로 포함할 수 있고, 또한, 섬유의 분산성도 향상될 수 있다.
또한, 상기 섬유 스트랜드를 형성하는 단계에서, 상기 섬유 스트랜드는, 이에 포함된 상기 함침 수지 대 상기 섬유 필라멘트의 중량비가 약 1:3.7 내지 약 1:998이 되도록 형성될 수 있다.
상기 범위 내의 중량비가 되도록 형성됨으로써 상기 함침 수지가 상기 섬유 필라멘트 사이에 충분히 존재하게 되어 전술한 바와 같이, 함침 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 섬유 스트랜드는, 이에 포함된 섬유 필라멘트의 함량이 예를 들어, 약 79 중량% 내지 약 99.8%가 되도록 형성될 수 있고, 구체적으로는 약 92.3 중량% 내지 약 99.8 중량%가 되도록 형성될 수 있다.
상기 범위 내의 높은 수준의 함량으로 상기 섬유 필라멘트를 포함하도록 형성됨으로써 상기 섬유 강화 수지 복합재에 의해 형성된 성형품은 이의 물성을 보다 넓은 범위에서 적절히 조절할 수 있고, 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
상기 섬유 스트랜드 하나 당 번들링된 섬유 필라멘트는 500개 내지 6,000개일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제조방법에서, 상기 섬유 스트랜드를 와인딩에 의해 정리하여 연속섬유 강화 수지 복합재로 이용하거나 또는, 상기 섬유 스트랜드를 절단하여 장섬유 강화 수지 복합재로 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 섬유 스트랜드를 그대로 연속섬유 강화 수지 복합재로 이용할 수 있고, 이 경우 소정의 보빈(bobbin)에 와인딩하여 정리하여 보관한 후 발명의 목적 및 용도에 따라 적절한 길이로 이용할 수 있다. 또한, 상기 섬유 스트랜드를 상기 연속섬유 강화 수지 복합재로 이용하는 경우에 비하여 보다 짧은 길이로 절단하여 장섬유 강화 수지 복합재로 형성할 수도 있다.
상기 장섬유 강화 수지 복합재는 펠렛 형상일 수 있다.
상기 섬유 스트랜드를 절단하여 상기 장섬유 강화 수지 복합재로 형성하는 경우 약 3mm 내지 약 100mm의 길이가 되도록 절단할 수 있고, 그에 따라 상기 섬유 강화 수지 복합재 내에 포함된 장섬유 필라멘트의 길이를 적절히 조절할 수 있다.
상기 장섬유 강화 수지 복합재에 포함된 상기 장섬유 강화 필라멘트의 길이가 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 30mm가 되도록 형성될 수 있다. 상기 범위 내의 길이가 되도록 제조됨으로써 상기 섬유 강화 수지 복합재의 기계적, 열적 물성을 적절히 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 섬유 강화 수지 복합재(100)의 단면도를 개략적으로 나타낸다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제조방법에 의해 제조되어, 함침 수지(110) 내에 존재하는 섬유 필라멘트(120) 간의 이격 거리(d)가 약 0.06㎛ 내지 약 11㎛인 섬유스트랜드를 포함하는 섬유 강화 수지 복합재(100)를 제공한다. 상기 이격 거리(d)는 구체적으로 약 0.20㎛ 내지 약 4.0㎛일 수 있다.
상기 범위 내의 이격 거리(d)로 존재함으로써 상기 섬유 스트랜드 내에서 상기 함침 수지(110)가 섬유 필라멘트(120) 사이에 충분히 그리고 균일한 수준으로 존재할 수 있어, 섬유를 상대적으로 높은 함량으로 포함할 수 있고, 또한, 섬유의 분산성도 향상시킬 수 있다. 또한, 그에 따라 이로부터 제조되는 성형품의 물성을 보다 넓은 범위에서 적절히 조절할 수 있고, 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 이격 거리(d)가 약 0.06㎛ 미만인 경우, 상기 섬유 필라멘트(120)의 표면 코팅이 충분히 이루어지지 않아 함침 수지(110)의 함침 정도가 저하되면서 작업 과정에서 섬유가 흩날릴 수 있고, 상기 이격 거리(d)가 약 11㎛ 초과인 경우에는 상대적으로 섬유의 함량이 너무 낮아지는 문제가 있다.
상기 함침 수지(110) 및 상기 섬유 필라멘트(120)는 일 구현예에서 전술한 바와 같다.
상기 섬유 강화 수지 복합재(100) 내에서, 상기 함침 수지(110) 대 상기 섬유 필라멘트(120)의 중량비가 약 1:3.7 내지 약 1:998일 수 있다. 상기 범위 내의 중량비를 가짐으로써 상기 함침 수지(110)가 상기 섬유 필라멘트(120) 사이에 충분히 존재하게 되어 전술한 바와 같이, 함침 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 수지 복합재(100) 내에서, 상기 섬유 필라멘트(120)의 함량이 예를 들어, 약 79 중량% 내지 약 99.8%일 수 있고, 구체적으로는 약 92.3 중량% 내지 약 99.8 중량%일 수 있다.
상기 범위 내의 높은 수준의 함량으로 상기 섬유 필라멘트(120)를 포함함으로써 상기 섬유 강화 수지 복합재(100)에 의해 형성된 성형품은 이의 물성을 보다 넓은 범위에서 적절히 조절할 수 있고, 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
상기 섬유 강화 수지 복합재(100)는 집속제를 포함하지 않거나, 또는 집속제를 더 포함할 수 있다. 상기 집속제는 일 구현예에서 전술한 바와 같다.
이와 같이, 상기 섬유 강화 수지 복합재(100)는 발명의 목적 및 용도에 따라 상기 집속제의 포함 여부 및 이의 함량을 적절히 조절할 수 있고, 이때, 포함할 수 있는 집속제의 함량은 저함량에 국한되지 않고, 저함량에서부터 고함량까지 보다 넓은 범위 내에서 적절히 선택하여 포함할 수 있다.
상기 집속제의 함량을 증가시킬수록 작업 과정에서 섬유 필라멘트(120)가 흩날리거나 서로 얽히는 경향이 감소하여 섬유 재료의 손실을 방지하면서도 작업 환경을 향상시킬 수 있다.
상기 섬유 강화 수지 복합재(100)는 상기 섬유 스트랜드를 와인딩하여 정리한 연속섬유 강화 수지 복합재이거나, 또는 상기 섬유 스트랜드를 절단하여 형성한 장섬유 강화 수지 복합재일 수 있다.
즉, 상기 섬유 스트랜드를 그대로 연속섬유 강화 수지 복합재로 이용할 수 있고, 이 경우 소정의 보빈에 와인딩하여 정리하여 보관한 후 발명의 목적 및 용도에 따라 적절한 길이로 이용할 수 있다. 또한, 상기 섬유 스트랜드를 상기 연속섬유 강화 수지 복합재로 이용하는 경우에 비하여 보다 짧은 길이로 절단하여 장섬유 강화 수지 복합재로 형성할 수도 있다.
상기 섬유 강화 수지 복합재(100)가 상기 장섬유 강화 수지 복합재인 경우 약 3mm 내지 약 100mm의 길이를 가질 수 있다. 그에 따라 상기 섬유 강화 수지 복합재 내에 포함된 장섬유 필라멘트의 길이를 적절히 조절할 수 있다.
상기 장섬유 강화 수지 복합재에 포함된 상기 장섬유 강화 필라멘트의 길이가 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 30mm일 수 있다. 상기 범위 내의 길이를 가짐으로써 상기 섬유 강화 수지 복합재의 기계적, 열적 물성을 적절히 조절할 수 있다.
또한, 상기 장섬유 강화 수지 복합재가 펠릿 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 섬유 강화 수지 복합재(100)는 예를 들어, 자동차 내외장재용, 가전제품의 내외장재용, 건축 내외장재용, 또는 기타 산업 분야에 다양한 용도로 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예서, 상기 섬유 강화 수지 복합재가 사출 성형되어 제조된 성형품을 제공한다.
전술한 바와 같이, 상기 섬유 강화 수지 복합재는 상기 섬유 필라멘트들의 사이에 상기 함침 수지가 충분히 함침될 수 있으므로 섬유를 더욱 높은 함량으로 포함할 수 있는 이점이 있고, 그에 따라 상기 섬유 강화 수지 복합재로부터 제조된 성형품은 이의 물성을 보다 넓은 범위에서 적절히 조절할 수 있고, 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
또한, 상기 성형품은 상기 섬유 강화 수지 복합재에 열가소성 수지가 혼합된 혼합물이 사출 성형되어 제조될 수 있고, 예를 들어, 상기 섬유 강화 수지 복합재 및 상기 열가소성 수지가 혼합된 혼합 조성물이 사출 성형되어 제조될 수 있다.
예를 들어, 소정의 사출 성형기에 상기 섬유 강화 수지 복합재 및 열가소성 수지 펠릿을 투입하는 경우 이들이 상기 사출 성형기 내에서 용융 혼합되어 혼합 조성물을 형성하면서 상기 혼합 조성물이 사출 성형되어 상기 성형품이 제조될 수있다.
상기 열가소성 수지는 일 구현예에서 상기 함침 수지에 대하여 전술한 열가소성 수지의 종류를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 상기 섬유 강화 수지 복합재에 열가소성 수지가 혼합된 혼합물을 사출 성형하여 성형품을 제조하는 경우 혼합되는 열가소성 수지의 함량을 적절히 조절함으로써 상기 성형품의 인장강도 및 충격강도 등의 물성을 상대적으로 낮은 범위에서부터 높은 범위까지 보다 넓은 범위에서 발명의 목적 및 용도에 따라 적절히 조절할 수 있고, 또한 그에 따라 더욱 다양한 용도로 이용할 수 있다.
또한, 상기 혼합물을 사출 성형하여 성형품을 대량 제조하는 경우 생산 효율 및 경제성이 더욱 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 수지 복합재가 섬유를 고함량으로 포함함에 따라, 상기 성형품을 대량 제조하는 경우 전체적으로 소모되는 상기 섬유 강화 수지 복합재의 함량을 줄이면서 상기 열가소성 수지의 함량을 증가시킬 수 있고, 이때 상기 열가소성 수지는 상기 섬유 강화 수지 복합재에 비해 제조공정이 더욱 단순하고 비용도 적게 소모되므로 결과적으로 비용 및 시간이 더욱 절감되어 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 성형품은 상기 섬유 강화 수지 복합재 100 중량부에 대하여 상기 열가소성 수지 약 6 중량부 내지 약 1895중량부가 더 혼합된 혼합물이 사출 성형되어 제조될 수 있다.
그에 따라, 상기 혼합물이 사출 성형되어 제조된 상기 성형품은 인장강도가 예를 들어, 약 40MPa 내지 약 175MPa일 수 있고, 충격강도가 예를 들어, 약 5MPa 내지 약 35MPa일 수 있다.
이와 같이, 상대적으로 낮은 범위에서부터 높은 범위까지 보다 넓은 범위에서 상기 성형품의 물성을 더욱 용이하게 조절할 수 있으므로 발명의 목적 및 용도에 따라 더욱 다양한 용도로 적용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하고, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예
실시예 1
함침 수지로서 중량평균 분자량 70,000인 폴리프로필렌수지 및 중량평균 분자량 20,000인 폴리프로필렌수지를 1:1로 혼합한 폴리프로필렌 수지 3.0 중량%, 가수분해한 γ-아미노 프로필트리에톡시실란 2.0 중량% 및 물을 혼합하여 함침 수지 에멀젼을 준비하였고, 상기 함침 수지 에멀젼의 점도는 25℃에서, 6,000cP였다.
유리 섬유 필라멘트를 방사 장치를 사용하여, 600m/min의 방사 속도로 방사하면서, 상기 방사되는 유리 섬유 필라멘트에 상기 함침 수지 에멀젼을 분사 장치를 사용하여 110º 각도로 분사함으로써 상기 유리 섬유 필라멘트의 표면을 약 1.82 μm의 두께로 코팅하였다.
이어서, 상기 표면이 코팅된 유리 섬유 필라멘트를 번들링함으로써 유리 섬유 스트랜드를 형성하였고, 상기 유리 섬유 스트랜드를 10mm의 길이로 절단하여 섬유 강화 수지 복합재를 제조하였다.
상기 섬유 강화 수지 복합재에서, 전체적으로 상기 유리 섬유 필라멘트는 상기 함침 수지 내에서, 3.62㎛의 이격 거리로 서로 이격되어 존재하였고, 상기 유리 섬유 필라멘트의 함량은 93.0 중량%였고, 상기 함침 수지의 함량은 4.2 중량%였으며, 상기 가수분해한 γ-아미노 프로필트리에톡시실란의 함량은 2.8 중량%였다.
실시예 2 ( 실시예 1과 비교하여 유리 섬유의 함량이 더 높은 경우)
함침 수지로서 중량평균 분자량 70,000인 폴리프로필렌수지 및 중량평균 분자량 20,000인 폴리프로필렌수지를 1:1로 혼합한 폴리프로필렌 수지 5.0 중량%, 가수분해한 γ-아미노 프로필트리에톡시실란 3.3 중량% 및 물을 혼합하여 함침 수지 에멀젼을 준비하였고, 상기 함침 수지 에멀젼의 점도는 25℃에서, 7,000cP였다.
유리 섬유 필라멘트를 방사 장치를 사용하여, 600m/min의 방사 속도로 방사하면서, 상기 방사되는 유리 섬유 필라멘트에 상기 함침 수지 에멀젼을 분사 장치를 사용하여 110º 각도로 분사함으로써 상기 유리 섬유 필라멘트의 표면을 약 0.25 μm의 두께로 코팅하였다.
이어서, 상기 표면이 코팅된 유리 섬유 필라멘트를 번들링함으로써 유리 섬유 스트랜드를 형성하였고, 상기 유리 섬유 스트랜드를 10mm의 길이로 절단하여 섬유 강화 수지 복합재를 제조하였다.
상기 섬유 강화 수지 복합재에서, 상기 유리 섬유 필라멘트는 상기 함침 수지 내에서, 0.5㎛의 이격 거리로 서로 이격되어 존재하였고, 상기 유리 섬유 필라멘트의 함량은 99.0 중량%였고 상기 함침 수지의 함량은 0.6 중량%였으며, 상기 가수분해한 γ-아미노 프로필트리에톡시실란의 함량은 0.4 중량%였다.
비교예 1 (섬유 스트랜드를 개섬(開纖)하거나 광폭화시켜 별도의 함침조 등에 통과시키거나 침지하는 공정을 적용한 경우)
상기 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 유리 섬유 필라멘트를 방사하는 과정에서 이의 표면을 함침 수지 에멀젼으로 코팅하지 않고, 방사된 유리 섬유 필라멘트를 집속제로서 가수분해한 γ-아미노 프로필트리에톡시실란으로 처리하여 집속함으로써 유리 섬유 스트랜드를 형성하였다.
또한, 물을 혼합하지 않고, 함침 수지로서 중량평균 분자량 70,000인 폴리프로필렌수지 및 중량평균 분자량 20,000인 폴리프로필렌수지를 1:1로 혼합한 폴리프로필렌 수지 100 중량%를 230℃의 온도에서 열 처리하여 액상의 함침 수지를 준비하였다.
이어서, 상기 유리 섬유 스트랜드에서 열 처리를 하면서 롤러를 이용해 압력을 적용하여 상기 유리 섬유 스트랜드의 폭이 약 5배가 되도록 개섬하였다.
또한, 상기 개섬한 유리 섬유 스트랜드를 상기 액상의 함침 수지가 채워진 함침조에 통과시키고, 이어서 냉각 및 건조 과정을 거쳐 얻은 결과물을 10mm의 길이로 절단하여 섬유 강화 수지 복합재를 제조하였고, 구체적으로 상기 함침조의 배출 노즐(outlet nozzle)의 직경은 2.0mm였다.
상기 섬유 강화 수지 복합재에서, 상기 유리 섬유 필라멘트가 서로 부분적으로 접한 상태로 존재하여 이들의 이격 거리를 측정할 수 없었고, 상기 유리 섬유 필라멘트의 함량은 78 중량%였고, 상기 함침 수지의 함량은 22 중량%였다.
비교예 2
함침조의 배출 노즐의 직경을 1.5mm로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 조건 및 방법에 따라 섬유 강화 수지 복합재를 제조하였다.
상기 섬유 강화 수지 복합재에서, 상기 유리 섬유 필라멘트가 서로 부분적으로 접한 상태로 존재하여 이들의 이격 거리를 측정할 수 없었고, 상기 유리 섬유 필라멘트의 함량은 90 중량%였고, 상기 함침 수지의 함량은 10 중량%였다.
평가
상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재의 여러 물성을 평가하여 하기 표 1에 기재하였다.
또한, 사출성형기(LS엠트론, LGE220Ⅱ) 내에서, 상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재 및 폴리프로필렌 수지 펠릿(GS칼텍스, H550)을 각각 적절히 혼합하여 결과적으로 유리 섬유의 함량이 60 중량%인 혼합 조성물을 형성하고 이를 사출 성형함으로써 시트 형상의 성형품을 각각 제작하였고, 이어서 이들의 여러 물성을 평가하여 하기 표 1에 함께 기재하였다.
실험예 1: 이격 거리
측정방법: 상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재의 단면을 주사전자 현미경 (Scanning Electron Microscope) (EDX 社, ×8000)을 사용하여 촬영한 후 유리 섬유 필라멘트 간의 거리를 측정하였다.
실험예 2: 작업성
측정방법: 상기 실시예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재의 제조 공정에서, 유리 섬유 스트랜드를 절단하는 동안 상기 유리 섬유 필라멘트가 흩날리는 정도를 육안으로 관찰하여 작업성을 평가하였다.
또한, 상기 비교예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재의 제조 공정에서는, 개섬한 유리 섬유 스트랜드를 상기 액상의 함침 수지 내에 통과시킨 후 냉각 및 건조 과정을 거쳐 얻은 결과물을 10mm의 길이로 절단하는 동안 상기 유리 섬유 필라멘트가 흩날리는 정도를 육안으로 관찰하여 작업성을 평가하였다.
구체적으로, 상기 유리 섬유 필라멘트가 흩날리는 정도가 심한 경우를 작업성이 열등한 것으로 평가하여 “Ⅹ”로 표시하였고, 상기 유리 섬유 필라멘트가 거의 흩날리지 않은 경우를 작업성이 우수한 것으로 평가하여 “○”로 표시하였으며, 이들의 중간 수준에 해당하는 경우를 작업성이 보통인 것으로 평가하여 “Δ”로 표시하였다.
실험예 3: 펠렛 외관
측정방법: 펠렛 형상으로 제조된 상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재의 외관 형상을 육안으로 관찰하여 펠렛 외관을 평가하였다.
구체적으로, 각각의 절단 과정에서, 본래의 기둥 형상을 그대로 유지하면서 섬유 필라멘트가 외부로 노출되지 않은 경우를 펠렛 외관이 우수한 것으로 평가하여 “○”로 표시하였고, 본래의 기둥 형상을 유지하지 못하거나 섬유 필라멘트가 외부로 노출되어 흩날리는 경우를 펠렛 외관이 열등한 것으로 평가하여 “X”로 표시하였다.
실험예 4: 인장강도
측정방법: 상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재로 성형한 각각의 시트에 대하여 ASTM D638의 조건에 따라 인장강도 측정기(ZwickRoell, Z010)을 사용하여 측정하였다.
실험예 5: 충격강도
측정방법: 상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2에 따른 각각의 섬유 강화 수지 복합재로 성형한 각각의 시트에 대하여 ASTM D265의 조건에 따라 충격강도 측정기(ZwickRoell, HIT25P)을 사용하여 측정하였다.
섬유 강화 수지 복합재 시트
유리섬유 필라멘트의 함량 (중량%) 이격 거리
(㎛)		 펠렛 외관 작업성 인장강도
(MPa)		 충격강도
(MPa)
실시예1 93 3.62 ○ ○ 164 29
실시예2 99 0.5 ○ ○ 165 28
비교예1 78 측정불가 ○ ○ 163 28
비교예2 90 측정불가 X X 측정불가 측정불가
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2에 따른 섬유 강화 수지 복합재는 섬유 스트랜드를 형성하기 이전인 섬유 필라멘트를 방사하는 과정에서 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 공정에 따라 제조되어, 이에 포함된 유리 섬유 필라멘트가 충분히 이격되어 존재하였고, 유리 섬유 필라멘트를 더욱 높은 함량으로 포함함과 동시에 펠렛외관 및 작업성이 우수하였다.
그에 따라, 상기 실시예 1 및 2에 따른 섬유 강화 수지 복합재는 섬유 스트랜드에 대한 수지의 함침 효율이 효과적으로 향상되어 우수한 생산 효율 및 경제성을 구현할 수 있으면서 이의 제조 공정이 단일화되어 시간 및 비용이 더욱 절감될 수 있음을 명확히 예상할 수 있다. 또한, 상기 실시예 1 및 2에 따른 섬유 강화 수지 복합재로부터 형성한 각 시트의 인장강도 또는 충격강도가 상대적으로 높게 측정되어 상기 유리 섬유 필라멘트의 분산성이 우수함을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1에 따른 섬유 강화 수지 복합재는 별도의 함침조 등에 통과시키거나 침지하는 공정에 따라 제조되어, 이에 포함된 유리 섬유 필라멘트가 부분적으로 접한 상태로 존재하여 이격 거리를 측정하는 것이 불가능하였고, 게다가 유리 섬유 필라멘트의 함량이 낮았다.
그에 따라, 상기 비교예 1에 따른 섬유 강화 수지 복합재는 섬유 스트랜드에 대한 수지의 함침 효율이 낮아 생산 효율 및 경제성이 열등하면서 이의 제조 공정이 이원화되어 시간 및 비용이 더욱 소모될 수 있음을 명확히 예상할 수 있다. 또한, 상기 비교예 1에 따른 섬유 강화 수지 복합재로부터 형성한 시트의 인장강도 또는 충격강도가 상대적으로 낮게 측정되어 상기 유리 섬유 필라멘트의 분산성이 낮음을 확인할 수 있다.
게다가, 비교예 2에 따른 섬유 강화 수지 복합재 또한 별도의 함침조 등에 통과시키거나 침지하는 공정에 따라 제조되었으나, 함침조에 구비된 배출 노즐의 직경을 매우 작게 조절함으로써 이에 포함된 유리 섬유 필라멘트의 함량을 90%로 형성할 수는 있었으나, 펠렛 외관 및 작업성이 현저히 열등하여 통상 제품으로서 생산 또는 이용하기 어려운 수준에 해당하였다.
심지어, 상기 비교예 1에 따른 섬유 강화 수지 복합재로부터 형성한 시트는 유리 섬유 필라멘트의 뭉침 또는 응집 현상이 크게 발생하여, 인장강도나 충격강도의 측정시 쉽게 부서져 이들 물성을 측정할 수 없었다.
100: 섬유 강화 수지 복합재
110: 함침 수지
120: 섬유 필라멘트
330: 분사 노즐
d: 이격 거리
θ: 분사 각도

Claims (16)

  1. 섬유 필라멘트를 방사하는 단계;
    상기 방사되는 섬유 필라멘트에 소정의 점도를 갖는 함침 수지 에멀젼을 분사하여 상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계; 및
    상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트를 번들링하여 섬유 스트랜드를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 함침 수지 에멀젼의 점도가 25℃에서, 300cP 내지 10,000cP인
    섬유 강화 수지 복합재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 섬유 필라멘트의 표면이 0.03㎛ 내지 5.5㎛의 두께로 코팅되는
    섬유 강화 수지 복합재의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 함침 수지 에멀젼이 30° 내지 150°의 분사 각도로 분사되는
    섬유 강화 수지 복합재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 스트랜드를 형성하는 단계 이전에 상기 표면이 코팅된 섬유 필라멘트에 다시 함침 수지 에멀젼을 분사하여 이의 표면을 코팅하는 단계를 1회 더 수행하거나 또는 수회 더 반복하여 수행하는 단계;를 더 포함하는
    섬유 강화 수지 복합재의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 필라멘트의 표면을 코팅하는 단계에서, 상기 함침 수지 에멀젼은 집속제를 포함하지 않거나, 또는 집속제를 더 포함하는
    섬유 강화 수지 복합재의 제조방법.
  8. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조되어, 함침 수지 내에 존재하는 섬유 필라멘트 간의 이격 거리가 0.06㎛ 내지 11㎛인 섬유 스트랜드를 포함하는 섬유 강화 수지 복합재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 함침 수지 대 상기 섬유 필라멘트의 중량비가 1:3.7 내지 1:998인
    섬유 강화 수지 복합재.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 섬유 필라멘트의 함량이 79 중량% 내지 99.8 중량%인
    섬유 강화 수지 복합재.
  11. 제8항에 있어서,
    집속제를 포함하지 않거나, 또는 집속제를 더 포함하는
    섬유 강화 수지 복합재.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 섬유 스트랜드를 와인딩하여 정리한 연속섬유 강화 수지 복합재이거나, 또는 상기 섬유 스트랜드를 절단하여 형성한 장섬유 강화 수지 복합재인
    섬유 강화 수지 복합재.
  13. 제8항에 따른 섬유 강화 수지 복합재가 사출 성형되어 제조된 성형품.
  14. 제13항에 있어서,
    인장강도가 40MPa 내지 175MPa인
    성형품.
  15. 제13항에 있어서,
    충격강도가 5MPa 내지 35MPa인
    성형품.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 섬유 강화 수지 복합재에 열가소성 수지가 혼합된 혼합물이 사출 성형되어 제조된 성형품.

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