KR101834052B1 - 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품의 제조를 위한 반제품의 제조 방법 및 반제품, 및 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 성형품(7), 특히 복합 섬유 성형품을 제조하기 위한 반제품의 제조 방법으로서, 고융점 강화재(8), 특히 고융점 강화 섬유가 가소성 플라스틱으로 만든 저융점 섬유와 적층품(4)이 되도록 결합되고, 저융점 섬유(10)가 방사되고, 방사 후 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유와 섬유 온도 TF에서 적층품이 되도록 결합되어 반제품을 형성하며, 섬유 온도 FF가 가열 변형 온도 TW보다 25℃ 낮은 온도와 저융점 섬유의 열가소성 플라스틱의 가열 변형 온도 TW보다 55℃ 높은 온도 사이의 온도 범위에 있는 것인 제조 방법에 관한 것이다.

Description

복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품의 제조를 위한 반제품의 제조 방법 및 반제품, 및 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품{METHOD FOR PRODUCING A SEMI-FINISHED PRODUCT AND SEMI-FINISHED PRODUCT FOR PRODUCTION OF A COMPOSITE MOLDED PART, IN PARTICULAR A COMPOSITE FIBER MOLDED PART AND COMPOSITE MOLDED PART, IN PARTICULAR A COMPOSITE FIBER MOLDED PART}
본 발명은 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품을 제조하기 위한 반제품(semifinished product)의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품을 제조하기 위한 반제품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품에 관한 것이다. 본 발명은 특히 경량 구조로서 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품에 관한 것이다. 용어 "복합 성형품(composite molded part)"은 강화재 또는 비용융 강화재가 열가소성 플라스틱의 매트릭스에 매립된 것을 의미한다. 용어 "복합 섬유 성형품(composite fiber molded part)"은 섬유 또는 비용융 섬유가 복합 성형품 또는 열가소성 플라스틱의 매트릭스에 존재하는 것을 의미한다. 본 발명에 따라 제조된 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품은 한편으로는 2차원 형태, 특히 판 형태 등을 가질 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품은 바람직하게는 3차원 형태를 갖는다.
상기에 언급된 유형의 방법, 반제품 및 복합 성형품은 다양한 실시양태로 당 업계에 이미 공지되어 있다. 공지된 방법에서, 우선 반제품은 열가소성 플라스틱의 매트릭스 및 그 내부에 매립된 강화 섬유로 이루어지도록 제조된다. 상기 목적을 위해, 강화 섬유, 예를 들어 유리 섬유는 우선 열가소성 플라스틱의 필름, 파우더, 섬유 또는 용융물과 결합된다. 열가소성 플라스틱은 열과 압력의 적용으로 용융되고, 이러한 방식으로 강화 섬유는 그 용융물에 함침되고, 최종적으로 매립된 강화 섬유를 갖는 열가소성 매트릭스로 만들어진 반제품이 생성된다. 상기 반제품은 또한 유기 시트로 알려져 있으며, 이들은 통상적으로 판의 형태로 제조된다. 3차원 구조를 갖는 복합 섬유 성형품을 제조하기 위해서, 판은 이후의 추가 공정 단계에서 재가열되어야만 원하는 복합 섬유 성형품으로 성형될 수 있다. 공지된 방법 및 반제품은 많은 단점을 갖는다. 무엇보다도 반제품 제조에 있어서, 특히 열가소성 플라스틱 필름이 사용되는 경우, 열가소성 플라스틱으로 강화 섬유의 침투 또는 함침 정도에 아쉬운 점이 남는다. 또한, 공기 혼입이 빈번하게 생성되고, 결과로 제조된 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품에 약점이 생긴다. 게다가, 제조된 반제품은 흔히 불충분한 드레이프성(draping property)을 갖는 특징이 있다. 따라서, 2차원 또는 3차원 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품의 제조는 제한을 받게 된다. 더욱이, 열가소성 매트릭스가 무기물이거나 용융되기 어려운 강화 섬유로 강화되는 경우, 공지된 섬유 복합 재료의 재활용이 어렵다. 게다가, 공지된 방법에 따라 제조된 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품의 경우 열경화성 플라스틱의 재활용 또한 어렵고 비용이 많이 든다.
반면에, 본 발명의 목적은 상기에 언급된 유형의 방법을 제공하는 것으로, 앞서 기재된 단점을 효과적이고 기능적으로 신뢰할 만한 방법으로 피할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품의 제조를 위한 반제품, 및 해당 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품의 제조를 위한 반제품의 제조 방법으로서, 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유가 열가소성 플라스틱으로 만든 저융점 섬유와 적층품(laminate)이 되도록 결합되고, 저융점 섬유가 방사되고 섬유 온도 TF에서 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유와 적층품이 되도록 결합되어 반제품을 형성하고, 섬유 온도 TF가 가열 변형 온도 TW보다 25℃ 낮은 온도와 저융점 섬유의 열가소성 플라스틱의 가열 변형 온도 TW보다 55℃ 높은 온도 사이의 온도 범위에 있는 것인 방법을 제안한다. 따라서, 다음이 적용된다: TW - 25℃ ≤ TF ≤ TW + 55℃. 본 발명의 범위 내에서, 섬유 온도 TF는 저융점 섬유의 열가소성 플라스틱의 용융 온도보다 낮다. 또한, 본 발명의 범위 내에서, 저융점 섬유가 방사되고, 방사 후 섬유 두께 < 10 den, 바람직하게는 < 3 den, 특히 바람직하게는 < 1.5 den로, 섬유 온도 TF에서 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유와 적층품이 되도록 결합되어 반제품을 형성한다.
본 발명의 범위 내에서, "고융점(high-melting)"은 고융점 성분이 저융점 성분보다 더 높은 융점을 갖는 것을 의미하며, 상기 두 가지 융점은 동일한 외부 조건하에 결정된다. 본 발명의 범위 내에서, 고융점 강화재는 또한 비용융 강화재를 포함하며, 따라서 본 발명의 범위 내에서 용어 "고융점 강화 섬유(high-melting reinforcement fiber)"는 또한 비용융 강화 섬유를 포함한다. 상기 강화 섬유, 예를 들어 탄소 섬유는 일반적으로 매우 높은 온도에서 분해된다. 강화재, 특히 강화 섬유는 레이드 직물(laid fabric) 및/또는 제직물(woven fabric) 및/또는 브레이드 직물(braided fabric) 및/또는 편직물(kitted fabric) 및/또는 메쉬 등으로 사용되는 것이 제시된다. 바람직한 실시양태는 강화 섬유로 만든 하나 이상의 레이드 직물 및/또는 하나 이상의 제직물이 한 층 이상의 고융점 강화 섬유를 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 범위 내에서, 고융점 폼 또는 허니콤이 고융점 강화재로서 사용될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유의 융점은 저융점 섬유의 융점보다 1℃ 이상, 바람직하게는 5℃ 이상 높다. 본 발명의 한 실시양태에 따르면, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유의 융점은 저융점 섬유의 융점보다 20℃ 이상, 바람직하게는 30℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상 높다.
청구항 1에 따르면, 강화재 또는 강화 섬유와의 결합에서 거기에 명시된 범위의 저융점 섬유의 섬유 온도 TF는 가열 변형 온도 TW보다 낮거나, 저융점 섬유의 열가소성 플라스틱의 가열 변형 온도 TW보다 높다. 당연히, 그것은 또한 가열 변형 온도 TW에 일치할 수 있다. 강화재가 배치되거나 결합되는 경우, 저융점 섬유의 섬유 온도 TF는 본 방법에서 저융점 섬유의 배치 또는 결합에서의 공정 온도 또는 공기 온도로서 측정될 수 있다. 저융점 섬유의 열가소성 플라스틱의 가열 변형 또는 가열 변형 온도 TW는 상기 열가소성 플라스틱의 온도 안정성의 기준이 된다. 가열 변형 온도는 DIN EN ISO 75-2:2004, 방법 B (가열 속도 50 K/h)에 따라 강화되지 않은 시험편에서 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시양태는 강화재와 결합된 저융점 섬유의 섬유 온도 TF가 TW 가열 변형 온도보다 20℃, 바람직하게는 15℃ 낮은 온도와 저융점 섬유의 열가소성 플라스틱의 가열 변형 온도 TW보다 50℃, 바람직하게는 45℃ 높은 온도 사이에 있는 특징이 있다. 그러나, 상기에 이미 증명된 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서, 섬유 온도 TF는 저융점 섬유의 열가소성 플라스틱의 융점보다 낮다.
본 발명에 따른 방법에서 유리하게는, 방사 후, 저융점 섬유는 연속해서 강화재 또는 강화 섬유에 전달된다. 이 경우에, 저융점 섬유는 바람직하게는 방사 조작 동안 가열로부터 섬유 온도 TF를 유지한다. 따라서, 저융점 섬유의 처리 또는 냉각은 청구항 1에 따라서 본 발명의 섬유 온도 TF가 거기에 명시된 범위 내에 있는 정도까지에서만 일어나는 것이 제시된다. 본 발명의 범위 내에서, 강화재가 공극을 가지거나 강화 섬유 사이에 공극이 형성되고, 강화재 또는 강화 섬유와 저융점 섬유의 결합 동안 저융점 섬유의 섬유 또는 섬유 부분(fiber section)이 공극으로 침투할 수 있다. 이러한 측면에서, 본 발명은 본 발명에 따라 강화재와 또는 강화 섬유와 결합된, 섬유 온도 TF인 저융점 섬유가 충분히 신축성 있거나, 가단성(malleable) 있거나 유연성 있어 적어도 섬유 부분으로 강화재의 공극으로 또는 강화 섬유 사이에 문제없이 침투할 수 있다는 인식에 기초한다. 이것은 저융점 섬유와 강화재 또는 강화 섬유의 일종의 교락을 일으킨다. 또한, 본 발명은 상기에 기재된 방법으로 제조된 적층품이 형태에 있어 충분히 안정적이고 견고하거나, 이미 충분히 강화되어, 특별한 안정화 조치 없이 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품의 제조에 직접 전달될 수 있다는 인식에 기초한다. 상기 경우에, 본 발명 내에서, 반제품으로 이미 사용될 수 있는 적층품은 안정화 없이, 특히 열 안정화 없이 또는 캘린더링 없이 및/또는 니들링 없이 및/또는 스티칭 없이 및/또는 접착 없이 및/또는 화학적 안정화 없이, 추가 가공을 위해 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품으로 전달된다. 이 경우, "안정화 없이"는 특히 적층품 또는 반제품이 원칙적으로 쉽게 콤팩트 되거나 콤팩팅 롤러에 의해 쉽게 콤팩트될 수 있으나, 어떤 특정 안정화 방법, 특히 열 안정화 또는 니들링 또는 스티칭 또는 부착 단계를 거치지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 측면에서, 본 발명은 저융점 섬유가 본 발명에 따른 섬유 온도 TF에서 강화재 또는 강화 섬유와 적층품 또는 반제품이 되도록 결합되는 경우 특정 안정화 방법이 필요하지 않다는 인식에 기초한다.
원칙적으로 청구항 1에 따른 방법의 범위 내에서, 다양한 재료가 고융점 강화재, 예를 들어 유리 섬유 형태의 고융점 강화 섬유 등에 사용된다. 그러나, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유는 또한 플라스틱 또는 열가소성 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태는 청구항 1에 따른 방법에서, 한편으로는 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유, 한편으로는 저융점 섬유가 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱으로 만들어진다는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 반제품을 제조하기 위해서 예를 들어 고융점 폴리프로필렌 섬유가 강화 섬유로서 사용되고, 저융점 폴리프로필렌 섬유가 저융점 섬유로서 사용된다. 또한, 더 아래에서, 고융점 강화재 및 저융점 섬유를 위한 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱과 관련하여, 청구항 1에 따른 방법에 관한 것이나 이와 관련될 수 있는 추가의 실시양태가 개시된다. 따라서, 본 발명에 따른, 예를 들어 청구항 1에 따른 발명의 범위 내에서, 본 발명에 따른 반제품을 제조하기 위해 고융점 폴리프로필렌 섬유가 강화 섬유로서 사용되고, 저융점 폴리프로필렌 섬유가 저융점 섬유로서 사용된다.
유리하게는, 저융점 섬유 또는 한 층 이상의 저융점 섬유는 부직물(nonwoven fabric)의 형태로 또는 랜덤 섬유 시트 형태로 사용된다. 본 발명의 범위 내에서, 저융점 섬유는 연속 필라멘트로서 제조되거나 방사된다. 하기에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에서 구체적으로 제시되는 실시양태에 따르면, 저융점 섬유는 멜트 블로운 섬유로서, 특히 바람직하게는 이축(biax) 멜트 블로운 섬유로서 방사된다. 그러면, 저융점 섬유는 바람직하게는 1 내지 10 μm의 섬유 지름을 갖는다. 원칙적으로, 저융점 섬유는 또한 스펀본드 방법에 의해 연속 필라멘트로 만들어진 스펀-레이드 부직물로서 제조된다. 또한, 상기 방법은 하기에 더 자세히 설명한다. 또 다른 변형에 따르면, 저융점 섬유는 또한 핫 멜트 블로우 헤드를 이용하여 핫 멜트 방법의 맥락에서 제조될 수 있다.
본원에서 제시하는 실시양태는 고융점 강화재 층, 특히 고융점 강화 섬유 층은 두 층 이상의, 특히 두 층의 열가소성 플라스틱의 저융점 섬유 사이에 적층품을 형성하는 특징을 보인다. 따라서, 본 발명의 변형에 따라, 3층 적층품이 제조된다. 원칙적으로, 본 발명의 범위 내에서 제조된 적층품에서 강화재/강화 섬유 및/또는 저융점 섬유의 더 많은 층이 가능하다.
본 발명은 또한 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품의 제조를 위한 반제품의 제조방법에 관한 것으로, 여기서 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유가 저융점 열가소성 플라스틱 섬유와 적층품이 되도록 결합되고, 저융점 섬유가 방사되고 방사 후 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유와 적층품이 되도록 결합되어 반제품을 형성하고, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유 및 저융점 섬유가 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱으로 만들어진다. 방사 후, 저융점 섬유는 섬유 두께 < 10 den , 바람직하게는 < 3 den, 특히 바람직하게는 < 1.5 den로 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유와 적층품이 되도록 결합되어 반제품을 형성한다.
본 발명의 상기 실시양태에 따르면, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유와 저융점 섬유 모두는 동일한 폴리올레핀 또는 동일한 폴리에스테르 또는 동일한 폴리아미드로 만들어진다. 따라서, 고융점 강화 섬유와 저융점 섬유 모두는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)로 만들어진다. 변형에 따르면, 고융점 강화 섬유는 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만들어질 수 있고, 저융점 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(CoPET)의 공중합체로 만들어질 수 있다. 이러한 측면에서, "동일한 유형의 플라스틱"은 관련된 플라스틱의 하나 이상의 플라스틱 또는 공중합체, 또는 동일한 플라스틱을 의미한다.
동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱을 이용한 상기 실시양태에서, 고융점 강화 섬유가 저융점 섬유보다 더 높은 결정화도를 갖는다는 점에서 고융점 강화 섬유의 융점을 더 높일 수 있다. 고융점 강화 섬유는 저융점 섬유보다 현저하게 늘어날 수 있다. 그러나, 저융점 섬유의 융점은 첨가, 예를 들어 더 낮은 융점을 갖는 공중합체의 첨가에 의해 더 낮출 수 있다.
또한, 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱을 이용한 실시양태에서, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유의 융점은 저융점 섬유의 융점보다 1℃ 이상, 바람직하게는 5℃ 이상 높다. 변형에 따르면, 융점의 차이는 10℃ 이상 또는 20℃ 이상이다.
한편으로 고융점 강화재, 다른 한편으로 저융점 섬유 내 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱을 이용한 실시양태는 문제없이 재활용함으로써 유리한 방법이라는 특징이 있다. 본 발명에 따른 반제품으로부터 제조된 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품의 재활용에서, 각 성분의 비용이 많이 드는 분리 과정이 필요하지 않다. 이것은 높은 재활용률이 요구되는 자동차 산업에서의 복합 성형품에 특히 유리하다. 또한, 상기 실시양태에서, 방사된 저융점 섬유는 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유와 간단하고 특히 효과적인 방법으로 결합되어, 원칙적으로 매우 에너지 집약적인 방법을 필요로 하지 않는 비교적 안정한 적층품을 생성할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱을 이용한 [도 6]에 따른 실시양태에서 또한, 반제품은 안정화 없이, 특히 캘린더링 없이 및/또는 니들링 없이 및/또는 스티칭 없이 및/또는 접착 없이 및/또는 화학적 안정화 없이, 추가 가공을 위해 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품으로 전달된다.
그럼에도, 본 발명의 범위 내에서 또한, 상기 실시양태에서 한층 이상의 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유 및 한 층 이상의 저융점 섬유로 이루어진 적층품은 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품으로의 추가 가공을 거치기 전에 안정화된다. 이 경우에, "적층품의 안정화(stabilization of laminate)"는 특히 고융점 및 저융점 성분의 결합 및/또는 교락을 의미한다. 적층품은 바람직하게는 "기계적 니들링, 워터 제트 안정화, 캘린더링, 열기를 이용한 서모본딩(thermobonding), 접착, 화학적 결합" 군으로부터의 하나 이상의 유형의 안정화에 의해 안정화된다. 여기서 "접착"은 특히 강화재 및 저융점 섬유로서 동일한 군의 성분으로부터의, 특히 고온 용융물(hot melt)에 의한 접착을 의미한다. 추가의 안정화로 인해, 적층품은 특히 조작하기 쉽고 우수한 드레이프성의 특징을 보여 적층품은 또한 롤 위의 재료로서 문제없이 사용될 수 있다.
하기에 설명되는 바람직한 실시양태 또는 변형은 청구항 1에 개시된 본 발명에 따른 교시, 및 고융점 성분 및 저융점 성분을 위한 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱을 이용한 청구항 6에 개시된 본 발명에 따른 교시에 관한 것이다.
본 발명의 범위 내에서 특히 중요한 실시양태는 한 층 이상의 열가소성 플라스틱의 저융점 섬유가 부직물이라는 특징이 있다. 본 발명의 범위 내에서, 부직물은 랜덤 섬유 시트이다. 본 발명에 따른 적층품에서, 모든 층은 유리하게는 열가소성 플라스틱 부직물의 저융점 섬유로 만들어진다. 본 발명에서 구체적으로 제시되는 실시양태에 따르면, 저융점 섬유로 만들어진 부직물은 연속 필라멘트로 만들어진 스펀-레이드 부직물이다.
본 발명의 범위 내에서, 상기 스펀 레이드 부직물은 스펀 본드 방법에 의한 연속 필라멘트로부터 제조된다. 이 경우에, 열가소성 플라스틱의 연속 필라멘트는 방적 돌기로부터 방사된 후, 냉각 챔버에서 냉각된다. 이어서, 상기 냉각된 연속 필라멘트는 유리하게는 연신 장치에 도입되고, 최종적으로 컨베이어 벨트 또는 스크린 벨트 위에 내려진다. 스펀 레이드 부직물의 연속 필라멘트는 섬유 지름 10 내지 35 μm를 가지며, 바람직하게는 연속 필라멘트의 섬유 지름은 10 μm보다 크거나 10 μm보다 상당히 크도록 제시된다. 스펀 레이드 부직물 제조에 사용된 폴리프로필렌의 용융 흐름 지수(MFI)는 유리하게는 10 내지 100 g/10 min이다. 본 발명의 범위 내에서, 용융 흐름 지수(MFI)는 EN ISO 1133에 따라 시험 온도 230℃에서 공칭 질량 2.16 kg에서 측정된다. 본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유로 만들어진 층은 열가소성 플라스틱의 연속 필라멘트로 만든 두 개의 스펀 레이드 부직물 사이에 있다.
본 발명에 따른 방법의 맥락에서 특히 바람직한 실시양태는 멜트 블로운 부직물이 부직물로서 사용되고, 바람직하게는 이축 멜트 블로운 부직물이 사용된다는 특징이 있다. 멜트 블로운 부직물, 및 특히 이축 멜트 블로운 부직물이 본 발명의 범위 내에서 특히 성공적임이 증명되었다. 멜트 블로운 부직물은 하나 이상의 열로 배열된 다수의 노즐 구멍이 장착된 노즐 헤드 또는 멜트 블로운 블로우 헤드를 가진 멜트 블로운 기계에서 제조된다. 상기 노즐 구멍으로부터, 플라스틱 용융물 또는 용융 플라스틱 필라멘트는 매우 빠른 블로우 기류 안으로 압출된다. 결과적으로, 용융물은 미세 섬유로 변형되고 굳어진 후, 섬유는 지지체, 특히 스크린 벨트 위에 놓여 미세 섬유 멜트 블로운 부직물을 형성한다. 통상적인 멜트 블로운 방법에서, 광범위한 블로우 기류 또는 광범위한 블로우 기류들이 측면 또는 반대 측면으로부터 압출된 플라스틱 필라멘트 커튼에 적용된다. 이와 반대로, 이축 멜트 블로운 방법에서는, 개별적인 블로우 기류 또는 피복과 같이 필라멘트를 둘러싸는 블로우 기류가 각각의 노즐 구멍 또는 각각의 압출된 플라스틱 필라멘트에 적용된다. 이축 멜트 블로운 방법에 의해 제조된 이축 멜트 블로운 부직물은 본 발명의 범위 내에서 특히 성공적임이 입증되었다. 본 발명에 따른 방법에 사용된 멜트 블로운 부직물 또는 이축 멜트 블로운 부직물은 유리하게는 1 내지 10 μm의 섬유 지름을 갖는다. 75 내지 2,500 g/10 min의 용융 흐름 지수(MFI)를 갖는 폴리프로필렌은 예를 들어 멜트 블로운 부직물 또는 이축 멜트 블로운 부직물을 제조하는 데 사용된다. 100 내지 150 g/10 min의 용융 흐름 지수가 특히 성공적임이 입증되었다. 본 발명에 따른 방법의 구체적으로 제시되는 실시양태에 따르면, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유로 만들어진 층은 두 개의 멜트 블로운 부직물 사이에 또는 사이에 직접, 바람직하게는 두 개의 이축 멜트 블로운 부직물 사이에 있도록 사용된다. 동일한 플라스틱 또는 동일한 유형의 플라스틱을 이용하는 본 실시양태에서 원칙적으로, 저융점 섬유는 또한 핫 멜트 블로우 헤드를 이용하는 핫 멜트 방법의 맥락에서 제조될 수 있다.
성공적임이 입증된 본 발명에 따른 방법의 실시양태에 따라, 하나 이상의 폴리올레핀, 바람직하게는 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌의 저융점 섬유가 사용된다. 그러나, 원칙적으로 저융점 섬유는 또한 다른 열가소성 플라스틱으로, 특히 폴리에스테르로, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 또는 폴리아미드(PA)로 만들어 질 수 있다.
고융점 강화 섬유로 만들어진 층에는, "유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 열가소성 플라스틱 섬유" 군으로부터 하나 이상의 섬유 형태가 사용되는 것이 제시된다. 원칙적으로, 고융점 강화 섬유는 또한 천연 섬유일 수 있다. 섬유는 단섬유 및/또는 장섬유로서 사용될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 고융점 강화 섬유 층은 레이드 직물 및/또는 제직물 및/또는 브레이드 직물 및/또는 편직물이다. 레이드 직물 및 제직물이 특히 성공적임이 입증되었다. 따라서, 예를 들어 유리 섬유의 레이드 직물은 고융점 강화 섬유 층으로서 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시양태에 따르면, 고융점 강화 섬유 층은 고융점 강화 섬유의, 바람직하게는 고융점 플라스틱 섬유의 부직물이다. 따라서, 예를 들어 PET 섬유 부직물은 고융점 강화 섬유 층으로 사용될 수 있으며, 상기 부직물은 예를 들어 폴리프로필렌 섬유로 만들어진 두 개의 멜트 블로운 부직물 사이에 있다. 또한, 용융 열가소성 플라스틱과 더 우수한 접촉 또는 접착을 달성하기 위하여 강화섬유는 함침제 또는 접착 촉진제와 혼합되는 것이 성공적임이 입증되었다.
변형에 따르면, 롤 위의 재료로서 한 층 이상의 강화 섬유는 한 층 이상의 저융점 섬유와 결합되거나, 강화 섬유는 예를 들어 한 층 이상의 저융점 섬유와 에어-레이드 방법으로 결합된다. 또한, 두 층 이상이 롤 위의 재료로서 연속적으로 또는 2차원 시트 재료로서 비연속적으로 서로 적용될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 본 발명에 따라 제조된 적층품은 롤로 감겨질 수 있어서 롤 위의 재료로 또한 사용될 수 있다. 이것은 본 발명에 따라 제조된 적층품의 신축성 및 우수한 드레이프성에 의해 가능하게 된다.
본 발명에 따른 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품의 제조는 아래에 기재된다. 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품에서, 고융점 강화재 또는 고융점 강화 섬유는 열가소성 플라스틱의 매트릭스에 매립된다. 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품을 제조하기 위하여, 열 및/또는 압력이 본 발명에 따라 제조된 적층품 또는 반제품에 적용되어, 열가소성 플라스틱의 저융점 섬유가 용융하고 비용융 강화재 또는 비용융 강화 섬유가 열가소성 용융물에 함침되거나 열가소성 플라스틱의 매트릭스에 매립된다. 적층품 또는 반제품에 열 및/또는 압력의 적용은 "인라인" 또는 "오프라인"으로 일어날 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 열 및/또는 압력이 적용될 때 가열 온도는 저융점 섬유만이 용융하거나 실질적으로 저융점 섬유만이 용융하도록 선택되거나 조정된다. 열 및/또는 압력의 적용 후 또는 복합 성형품/복합 섬유 성형품의 성형 후, 그 내부에 매립된 강화재 또는 그 내부에 매립된 강화 섬유를 갖는 열가소성 플라스틱의 매트릭스의 냉각이 일어난다고 이해될 것이다. 본 발명에 따른 방법으로, 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품은 바람직하게는 경량 구조로서 제조된다.
온기 또는 열 및/또는 압력의 적용을 위해, 본 발명에 따라 제조된 적층품 또는 반제품은 유리하게는 가압 공구로 도입되어, 바람직하게는 열 효과 및 압력 효과 하에서 변형된다. 열가소성 용융물로 강화재 또는 강화 섬유의 함침, 및 강화재 또는 강화 섬유의 열가소성 플라스틱의 매트릭스 내에 매립은 가능한 완전하게 그리고 공기 혼입을 최소화하여 본 발명의 범위 내에서 일어나야만 한다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시양태는 본 발명에 따라 제조된 적층품/반제품은 열성형 공정 및/또는 사출성형 공정 과정에 직접적으로 열 및/또는 압력을 적용하여 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품으로 변형된다는 특징이 있다. 따라서, 도입부에 기재된 당 업계에 공지된 방법에 비해, 적층품/반제품은 직접적으로 그리고 중간 용융 및 경화 공정 없이 계속해서 최종 산물을 형성하도록 가공된다. 따라서, 강화재로부터, 또는 강화 섬유 및 열가소성 매트릭스로부터 추가의 반제품의 제조가 필요하지 않으므로, 공지된 방법과 비교하여 가공 단계가 생략될 수 있다. "열성형 공정"은 특히 딥 드로잉 공정을 의미한다. 상기에 기재된 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따라 제조된 적층품/반제품은 따라서 직접적으로 딥 드로잉될 수 있다. 적층품/반제품의 조작의 용이성 및 우수한 드레이프성으로 인해, 3차원 또는 다차원 성형품이 본 발명에 따라 문제없이 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시양태에 따르면, 제1 단계에서는 열 및/또는 압력이 적층품/반제품에 적용되고, 추가 또는 제2 반제품이 열가소성 플라스틱의 매트릭스 및 그 내부에 매립된 강화재 또는 그 내부에 매립된 강화 섬유에 의해 형성된다. 이어서, 추후 또는 제2 단계에서는, 열가소성 매트릭스 및 매립된 강화재 또는 매립된 강화 섬유의 상기 추가 또는 제2 반제품이 열성형 공정 및/또는 사출성형 공정 과정에 열 및/또는 압력을 적용하여 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품으로 변형된다. 따라서, 여기에서 당 업계에 공지된 방법에서와 같이, 추가의 단계에서 우선, 추가의 반제품이 제조된 후 추후 가공되어 예를 들어 3차원 또는 다차원 성형품을 형성하는 딥 드로잉에 의해 최종 산물을 형성한다. 유리하게는, 추가 또는 제2 반제품은 열가소성 매트릭스 및 매립된 강화재로부터 판 형태로 제조된다.
또한, 본 발명은 열가소성 플라스틱의 매트릭스에 매립된 강화재 또는 강화 섬유로 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 한 층 이상의 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유가 한 층 이상의 저융점 열가소성 플라스틱 섬유와 적층품이 되도록 결합된다. 적층품은 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품이 제조될 수 있는 반제품을 형성한다. 여기서 기재된 제1 반제품(적층품)과 상기에 기재된 선택적인 추가 또는 제2 반제품 (매립된 강화재와 열가소성 매트릭스로 만들어진 반제품) 사이에 차이가 있다. 본 발명은 적층품 형태의 반제품이 비교적 조작하기 간단하고, 특히 우수한 드레이프성으로 인해 롤로 감길 수 있고 롤 위에 재료로 사용될 수 있다는 인식에 기초한다. 특히 저융점 성분으로서 하나 이상의 멜트 블로운 부직물을 이용한 적층품은 대개 우수한 접착성으로 인해 추가의 안정화 없이 문제 없이 조작될 수 있고, 추가 가공되어 복합 성형품/복합 섬유 성형품을 직접 형성할 수 있거나, 예를 들어 롤 위에 감길 수 있다.
본 발명은 또한 상기에 기재된 발명에 따른 방법에 의해 그리고/또는 상기에 기재된 발명에 따른 반제품으로부터 제조될 수 있는 복합 성형품, 특히 복합 섬유 성형품에 관한 것으로, 고융점 강화재, 특히 고융점 강화 섬유는 저융점 열가소성 플라스틱의 매트릭스에 매립되고, 매트릭스는 열가소성 플라스틱의 저융점 섬유로부터 제조될 수 있다.
본 발명은 우선 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 반제품이 그들을 형성하는 층의 특히 효과적이거나 견고한 결합의 특징이 있다는 인식에 기초한다. 상기 반제품은 추가의 안정화 없이 또는 최소한 에너지 집약적인 안정화 조치 없이 추가 가공되거나 조작될 수 있는 놀랍게도 차원적으로 안정한 어셈블리를 구성한다. 본 발명에 따라 제조된 적층품 또는 반제품은 뛰어난 조작성 및 특히 드레이프성을 보인다는 특징이 있다. 반제품은 유리하게는 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품을 직접 형성할 수 있도록 가공될 수 있거나, 롤러에 직접 감길 수 있다. 이러한 측면에서, 본 발명은 낮은 복잡성 및 저비용의 특징을 보인다. 반제품은 롤 위의 신축성 재료로서 문제없이 사용될 수 있고, 3차원 또는 다차원 성형품은 간단한 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법이 실시될 때, 열가소성 플라스틱 용융물로 강화 섬유의 최적의 함침 또는 습윤이 가능하다는 인식에 기초한다. 열가소성 매트릭스 내에 공기 혼입은 피할 수 있거나 적어도 대체로 피할 수 있다. 본 발명에 따른 방법에서, 성형품의 함침 또는 습윤 및 형성은 단일 가압 도구에서 간단한 방법으로 일어날 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품은 뛰어난 기계적 특성을 보인다는 특징이 있다. 또한, 특히 재료의 적절한 선택으로, 본 발명에 따라 제조된 복합 성형품 또는 복합 섬유 성형품은 간단하고 저렴한 방법으로 재활용될 수 있다는 것이 주목될 수 있다. 이러한 측면에서, 본 발명은 낮은 복합성 및 저비용의 특징을 보인다.
본 발명은 단지 한 실시양태를 나타내는 도면과 관련하여 하기에 더 상세하게 기재된다. 도면에서, 다음을 도식적으로 나타낸다:
도 1은 본 발명에 따른 반제품을 형성하는 적층품의 제조를 개략적으로 나타내며,
도 2는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치를 나타내며,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 복합 섬유 성형품의 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따라 제조된 복합 섬유 성형품의 투시도이다.
도 1은 본 발명에 따른 반제품을 형성하는 적층품(4)의 제조를 개략적으로 나타낸다. 여기서, 적층품(4)는 유리 섬유(8)로 만들어진 유리 섬유 직물 형태의 고융점 강화 섬유 층으로 이루어진다. 저융점 섬유(10)은 바람직하게는 상기 실시양태에서 이축 멜트 블로운 방법에 의해 제조된다. 상기 섬유는 유리 섬유(8) 또는 유리 섬유 직물(5)과 결합되는 저융점 폴리프로필렌 섬유일 수 있다. 본 실시양태에서 유리하게는, 이축 멜트 블로운 부직물(6)이 유리 섬유 직물(5) 위에 놓인다. 본 발명에 따라, 저융점 섬유(10) 또는 폴리프로필렌 섬유는 폴리프로필렌의 가열 변형 온도 TW의 범위 내에서 섬유 온도 TF를 갖는다. 도 1에서, 유리 섬유(8)과 또는 유리 섬유 직물(5)와 결합된 저융점 섬유(10)은 그들의 섬유 온도 TF로 인해, 매우 유연하거나 신축성 있고 가단성 있어 그들은 섬유 부분(11)로 유리 섬유 직물(5)의 유리 섬유(8) 사이에 형성된 공극(12)로 침투한다는 것을 볼 수 있다. 상기 방법으로, 고융점 유리 섬유(8)과 저융점 섬유(10) 사이에 효과적인 교락 또는 결합이 생성된다. 형성된 적층품(4)는 원칙적으로 복합 성형품 또한 복합 섬유 성형품(7)을 형성하는 추가의 공정을 위해 특별한 안정화 없이 제공될 수 있다.
도 2는 두 개의 가압판 (2) 및 (3)을 갖는 가압 도구를 매우 개략적으로 나타낸다. 실시양태에서, 3층의 적층품(4)는 가압판 (2)와 (3) 사이에 있다. 상기 적층품(4)는 중앙에 유리 섬유 직물 5의 형태의 고융점 강화 섬유 층을 갖는다. 상기 유리 섬유 직물(5)은 폴리프로필렌 섬유로 만들어진 두 개의 이축 멜트 블로운 부직물(6) 사이에 있다. 가압판 (2)와 (3)이 함께 가압될 때, 적층품에 적용된 열과 압력은 저융점 폴리프로필렌 섬유를 용융시킨다. 가열 온도는 폴리프로필렌 섬유만 용융되고, 한편 유리 섬유 직물(5)의 유리 섬유(8)은 용융되지 않도록 선택된다. 반면에, 유리 섬유(8)은 열가소성 폴리프로필렌 용융물에 의해 함침되어 습윤되고, 이러한 방식으로 유리 섬유(8)은 열가소성 플라스틱(PP)의 매트릭스에 매립된다. 본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 복합 섬유 성형품(7)은 상기에 기재된 방법으로 직접 제조될 수 있다. 간단한 가압 도구(1)은 도 2에 매우 개략적으로 나타낸다. 원칙적으로, 본 발명의 범위 내에서, 복잡한 구조를 갖는 3차원 또는 다차원 성형품은 특별한 가압 도구를 이용하여 간단한 방법으로 제조될 수 있다. 이것은 적층품(4)의 신축성 있는 조작 및 우수한 드레이프성에 기인한다.
도 3은 냉각 후 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 복합 섬유 성형품(7)의 단면도를 나타낸다. 유리 섬유 직물(5)의 유리 섬유(8)은 열가소성 폴리프로필렌 매트릭스에 완전히 매립된 것을 볼 수 있다. 지장을 주는 공기 혼입은 발견되지 않으며, 이들은 본 발명의 따른 방법이 실시될 때 간단한 방법으로 피할 수 있다. 본 발명에 따라 이러한 방법으로 제조된 복합 섬유 성형품(7)은 최적의 기계적 특성을 갖는다. 도 4에서, 또한 본 발명에 따라 제조된 다차원 구조를 갖는 또 다른 복합 섬유 성형품(7)이 예시된다. 본 발명에 따른 방법의 범위 내에, 다차원 구조는 단순하고 문제없이 실시될 수 있다.

Claims (19)

  1. 복합 성형품(composite molded part)의 제조를 위한 반제품(semifinished product)의 제조 방법으로서,
    고융점 강화재(5)가 열가소성 플라스틱으로 만든 저융점 섬유(10)와 적층품(laminate)(4)이 되도록 결합되고(combined),
    저융점 섬유(10)가 연속 필라멘트로서 방사되고, 방사 후 섬유 온도 TF 에서 고융점 강화재(5)와 적층품(4)이 되도록 결합되어 반제품을 형성하고,
    섬유 온도 TF가 가열 변형 온도 TW보다 25℃ 낮은 온도와 저융점 섬유(10)의 열가소성 플라스틱의 가열 변형 온도 TW보다 55℃ 높은 온도 사이의 온도 범위에 있는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 방사 후 저융점 섬유(10)가 연속적으로 강화재(5)로 전달되고, 저융점 섬유(10)가 방사 조작 동안 가열로부터 섬유 온도 TF를 유지하는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 강화재(5)와 결합된 저융점 섬유(10)의 섬유 온도 TF가 가열 변형 온도 TW보다 20℃ 낮은 온도와 저융점 섬유(10)의 열가소성 플라스틱의 가열 변형 온도 TW보다 50℃ 높은 온도 사이에 있는 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 강화재(5)가 공극을 가지고, 강화재(5)와 저융점 섬유(10)의 결합 동안, 섬유(10) 또는 섬유의 섬유 부분(fiber section)이 그 공극으로 침투하는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반제품이 안정화 없이 복합 성형품으로 전달되는 것인 방법.
  6. 복합 성형품의 제조를 위한 반제품의 제조 방법으로서,
    고융점 강화재(5)가 열가소성 플라스틱의 저융점 섬유(10)와 적층품(4)이 되도록 결합되고,
    저융점 섬유(10)가 연속 필라멘트로서 방사되고, 방사 후 고융점 강화재(5)와 적층품(4)이 되도록 결합되어 반제품을 형성하고,
    고융점 강화재(5) 및 저융점 섬유(10)가 동일한 플라스틱 또는 동일한 종류의 플라스틱으로 만들어지는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 적층품(4)이 기계적 니들링, 워터 제트 안정화, 캘린더링, 열기를 이용한 서모본딩(thermobonding), 부착 및 화학적 결합의 군으로부터 하나 이상의 유형의 안정화에 의해 안정화되는 것인 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    제1 단계에서는 열 및/또는 압력이 적층품(4)/반제품에 적용되고, 추가 또는 제2 반제품이 열가소성 플라스틱 및 그 내부에 매립된 강화재(5)에 의해 형성되고,
    제2 단계에서는 복합 성형품이 형성되는 것인 방법.
  9. 제1항 또는 제6항에 있어서, 방사 후 저융점 섬유(10)가 섬유 두께 < 1.1 tex로 고융점 강화재(5)와 결합되어 적층품(4)을 생성하여 반제품을 형성하는 것인 방법.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서, 저융점 섬유(10)가 강화재(5)와 랜덤 섬유 시트 형태로 또는 부직물의 형태로 결합되는 것인 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항 또는 제6항에 있어서, 저융점 섬유(10)가 연속 멜트 블로운 섬유로서 방사되는 것인 방법.
  13. 제1항 또는 제6항에 있어서, 고융점 강화재(5)의 융점이 저융점 섬유(10)의 융점보다 1℃ 이상 더 높은 것인 방법.
  14. 제1항 또는 제6항에 있어서, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 및 열가소성 플라스틱 섬유의 군으로부터 하나 이상의 섬유 유형의 강화재(5)가 사용되는 것인 방법.
  15. 제1항 또는 제6항에 있어서, 한 층의 고융점 강화재(5)가 두 층의 저융점 섬유(10) 사이에 존재하여 적층품(4)을 형성하는 것인 방법.
  16. 복합 성형품의 제조 방법으로서, 열 및/또는 압력이 제1항 또는 제6항에 따라 제조된 반제품에 적용되어, 저융점 섬유(10)가 용융하고 강화재(5)가 그 용융물에 의해 함침되거나 열가소성 플라스틱 매트릭스에 매립되는 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 반제품이 열성형 공정 및/또는 사출성형 공정 과정에서 열 및/또는 압력의 적용에 의해 복합 성형품으로 변형되는 것인 방법.
  18. 복합 성형품을 제조하기 위한, 제1항 또는 제6항에 따라 제조되는 반제품.
  19. 제1항 또는 제6항에 따른 방법에 의해 제조된 복합 성형품.
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