KR101845689B1 - 0°일방향성 원사 프리프레그, 그의 제조방법 및 이를 이용한 다축 프리프레그 복합재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (ⅰ) 열가소성 필름 테이프를 경사로 사용하고, 고강도 필라멘트를 위사로 사용하여 직물을 제직하는 공정; 및 (ⅱ) 제직된 상기 직물을 상기 경사가 용융되는 온도로 열압착 하는 공정;을 거쳐 일방향성 원사 프리프레그가 감겨진 권취로울러 축방향(X)을 따라 상기 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있으며 수지가 함침되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그를 제조한다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 종래 정경방식으로 제조된 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 열압착 로울러(2)에 동시에 연속적으로 공급하면서 열압착 시켜 다축 프리프레그 복합재를 제조한다.
본 발명은 고강도 필라멘트들이 (ⅰ) 2매 이상의 일방향성 원사 프리프레그들이 적층되어 있으며, (ⅱ) 서로 인접하게 적층된 2매의 일방향성 원사 프리프레그들 중 하나의 일방향성 원사 프리프레그는 이를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향이 나머지 일방향성 원사 프리프레그를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향과 90°의 경사각을 이루는 다축 프리프레그 복합재(C)를 보다 간소한 공정으로 연속 제조할 수 있어서 생산성이 향상되고 제조원가도 절감된다.

Description

0°일방향성 원사 프리프레그, 그의 제조방법 및 이를 이용한 다축 프리프레그 복합재의 제조방법{0°uni-directional filament prepreg, method of manufacturing the same and method of multi-axis prepreg composite thereby}
본 발명은 0°일방향성 원사 프리프레그, 그의 제조방법 및 이를 이용한 다축 프리프레그 복합재의 제조방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)을 따라서 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있으며 수지가 함침되어 있는 일방향성 원사 프리프레그(이하 "0°일방향성 원사 프리프레그"라고 한다) 및 이를 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 (ⅰ) 상기와 같이 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그와 (ⅱ) 종래 정경(Warping) 방식으로 제조되어 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)과 수직을 이루는 방향(Y)을 따라서 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있으며 수지가 함침되어 있는 일방향성 원사 프리프레그(이하 "90°일방향성 원사 프리프레그"라고 한다)를 열압착 로울러에 동시에 연속적으로 공급한 후 열압착하여 고강도 필라멘트의 배열방향이 서로 상이한 2매의 일방향성 원사 프리프레그들이 적층된 복합재(이하 "다축 프리프레그 복합재" 라고 한다)의 제조방법에 관한 것이다.
고강도 필라멘트들이 일방향으로 배열되어 있으며 수지가 함침된 일방향성 원사 프리프레그를 제조하는 종래 방법으로는 정경기(Warping machine)을 사용하여 고강도 필라멘트를 권취방향과 평행하게 배열하고, 여기에 수지를 함침시킨 후 권취로울러(1)에 권취하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나, 상기 종래 방법으로는 고강도 필라멘트들이 도 1에 도시된 바와 같이 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)과 수직을 이루는 방향(Y)을 따라서 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열된 90°일방향성 원사 프리프레그(B)만 롤(Roll) 형태로 연속 제조할 수 있었고, 도 2에 도시된 바와 같이 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)을 따라서 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그(A)는 롤(Roll) 형태로 연속 제조할 수 없는 문제점이 있었다.
한편, 상기 종래방법으로 제조된 90°일방향성 원사 프리프레그(B)만을 사용하여 (ⅰ) 2매 이상의 일방향성 원사 프리프레그들이 적층되어 있으며, (ⅱ) 서로 인접하게 적층된 2매의 일방향성 원사 프리프레그들 중 하나의 일방향성 원사 프리프레그는 이를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향이 나머지 일방향성 원사 프리프레그를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향과 90°의 경사각을 이루는 다축 프리프레그 복합재(C)를 제조하기 위해서는, 도 1의 90°일방향성 원사 프리프레그(B)위에 상기 90°일방향성 원사 프리프레그(B)의 길이방향을 따라 90°일방향성 원사 프리프레그(B)의 폭과 동일한 길이로 절단한 90°일방향성 원사 프리프레그(B)의 절단부를 90°로 회전시켜 적층한 다음, 이들을 열압착 하여야 하기 때문에 상기 다축 프리프레그 복합재(C)를 제조하는 공정이 복잡해질 뿐만 아니라 롤(Roll) 형태의 다축 프리프레그 복합재(C)를 연속공정으로 제조할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)을 따라서 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있으며 수지가 함침되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그 및 이를 간소한 공정으로 롤(Roll) 형태로 연속 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 상기 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 90°일방향성 원사 프리프레그(B)가 적층되어 있는 다축 프리프레그 복합재(C)를 롤(Roll) 형태로 연속 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 (ⅰ) 폭이 5~60㎜인 열가소성 필름 테이프를 경사로 사용하고, 고강도 필라멘트를 위사로 사용하여 직물을 제직하는 공정; 및 (ⅱ) 제직된 상기 직물을 상기 경사가 용융되는 온도로 열압착 하는 공정;을 거쳐 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)을 따라서 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있으며 수지가 함침되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그를 제조한다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 종래 정경방식으로 제조된 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 열압착 로울러(2)에 동시에 연속적으로 공급하면서 열압착 시켜 다축 프리프레그 복합재를 제조한다.
본 발명은 고강도 필라멘트들이 (ⅰ) 2매 이상의 일방향성 원사 프리프레그들이 적층되어 있으며, (ⅱ) 서로 인접하게 적층된 2매의 일방향성 원사 프리프레그들 중 하나의 일방향성 원사 프리프레그는 이를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향이 나머지 일방향성 원사 프리프레그를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향과 90°의 경사각을 이루는 다축 프리프레그 복합재(C)를 보다 간소한 공정으로 연속 제조할 수 있어서 생산성이 향상되고 제조원가도 절감된다.
도 1은 종래방법으로 제조된 90°일방향성 원사 프리프레그(B)가 권취로울러(1)로부터 풀려 나가는 상태를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명으로 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그(A)가 권취로울러(1)로부터 풀려나가는 상태를 나타내는 개략도.
도 3은 다축 프리프레그(C)를 제조하는 공정 개략도.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 (ⅰ) 폭이 5~60㎜인 열가소성 필름 테이프를 경사로 사용하고, 고강도 필라멘트를 위사로 사용하여 직물을 제직하는 공정; 및 (ⅱ) 제직된 상기 직물을 상기 경사가 용융되는 온도로 열압착 하는 공정;을 거쳐 도 2에 도시된 바와 같이 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)을 따라서 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있으며 수지가 함침되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그(A)를 제조한다.
상기 고강도 원사는 아라미드 필라멘트 또는 탄소섬유 필라멘트 등이며, 직물 제조시 위사로는 아라미드 필라멘트 또는 탄소섬유 필라멘트가 단독으로 사용될 수도 있고, 서로 상이한 고강도 필라멘트들이 교호로 배열되는 형태로 사용될 수도 있다.
상기 열가소성 필름 테이프로는 폴리프로필렌 필름 테이프, 폴리에틸렌 필름 테이프, 폴리이미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 필름 또는 폴리우레탄 필름 테이프 등을 사용하며, 본 발명에서는 상기 열가소성 필름 테이프 종류를 특별히 한정하는 것은 아니다.
본 발명으로 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그는 종래 직물 프리프레그와 비교시 경사와 위사의 교차점이 없어서 강도가 약화되는 문제점이 해소된다.
본 발명은 종래방법에서는 연속공정으로 제조할 수 없었던 0°일방향성 원사 프리프레그(A)를 롤(Roll) 형태로 연속 생산할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에서는 (ⅰ) 상기와 같이 제조된 도 2의 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 (ⅱ) 종래 정경방식으로 제조된 도 1의 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 도 3에 도시된 바와 같이 열압착로울러(3)에 동시에 연속적으로 공급한 후 열압착하여 다축 프리프레그 복합재(C)를 제조한다.
상기 다축 프리프레그 복합재(C)는 (ⅰ) 2매 이상의 일방향성 원사 프리프레그들이 적층되어 있으며, (ⅱ) 서로 인접하게 적층된 2매의 일방향성 원사 프리프레그들 중 하나의 일방향성 원사 프리프레그는 이를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향이 나머지 일방향성 원사 프리프레그를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향과 90°의 경사각을 이루는 구조를 구비한다.
본 발명은 상기 다축 프리프레그 복합재(C)를 보다 간소한 공정으로 연속해서 롤(Roll) 형태로 제조할 수 있도록 한다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
하기 실시예는 본 발명의 바람직한 구현일례로서 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
밀도가 0.9인 폴리프로필렌 필름 테이프를 경사로 사용하고 아라미드 필라멘트를 위사로 사용하여 평직조직의 직물을 제직한 다음, 제직된 직물을 140℃에서 열압착하여 상기 폴리프로필렌 필름 테이프를 용융시켜 도 2에 도시된 바와 같이 상기 아라미드 필라멘트들이 권취로울러의 축방향(X)을 따라 평행하게 배열되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그(A)를 롤(Roll) 형태로 제조하였다.
한편, 상기와 같이 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 종래 정경방식으로 제조되어 도 1에 도시된 바와 같이 상기 아라미드 필라멘트들이 권취로울러의 축방향(X)과 수직을 이루는 방향(Y)을 따라 평행하게 배열되어 있는 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 도 3에 도시된 바와 같이 열압착로울러(2)에 동시에 연속적으로 공급한 후 열압착시켜 다축 프리프레그 복합재(C)를 롤(Roll) 형태로 연속 제조하였다.
실시예 2
폴리우레탄 필름 테이프를 경사로 사용하고 탄소섬유 필라멘트를 위사로 사용하여 평직조직의 직물을 제직한 다음, 제직된 직물을 200℃에서 열압착하여 상기 폴리우레탄 필름 테이프를 용융시켜 도 2에 도시된 바와 같이 상기 탄소섬유 필라멘트들이 권취로울러의 축방향(X)을 따라 평행하게 배열되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그(A)를 롤(Roll) 형태로 제조하였다.
한편, 상기와 같이 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 종래 정경방식으로 제조되어 도 1에 도시된 바와 같이 상기 탄소섬유 필라멘트들이 권취로울러의 축방향(X)과 수직을 이루는 방향(Y)을 따라 평행하게 배열되어 있는 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 도 3에 도시된 바와 같이 열압착로울러(2)에 동시에 연속적으로 공급한 후 열압착시켜 다축 프리프레그 복합재(C)를 롤(Roll) 형태로 연속 제조하였다.
실시예 3
폴리에틸렌 필름 테이프를 경사로 사용하고 아라미드 필라멘트와 탄소섬유 필라멘트를 2:2 비율로 위사로 사용하여 평직조직의 직물을 제직한 다음, 제직된 직물을 140℃에서 열압착하여 상기 폴리에틸렌 필름 테이프를 용융시켜 도 2에 도시된 바와 같이 상기 위사들이 권취로울러의 축방향(X)을 따라 평행하게 배열되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그(A)를 롤(Roll) 형태로 제조하였다.
한편, 상기와 같이 제조된 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 종래 정경방식으로 제조되어 도 1에 도시된 바와 같이 상기 아라미드 필라멘트가 권취로울러의 축방향(X)과 수직을 이루는 방향(Y)을 따라 평행하게 배열되어 있는 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 도 3에 도시된 바와 같이 열압착로울러(2)에 동시에 연속적으로 공급한 후 열압착시켜 다축 프리프레그 복합재(C)를 롤(Roll) 형태로 연속 제조하였다.
비교실시예 1
종래 정경방식으로 도 1에 도시된 바와 같이 아라미드 필라멘트들이 권취로울러의 축방향(X)과 수직을 이루는 방향(Y)을 따라 평행하게 배열된 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 롤(Roll)형태로 연속 제조하였다.
한편, 상기 90°일방향성 원사 프리프레그(B)의 폭과 동일한 길이로 상기 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 절단한 후 이를 90°로 회전시킨 다음 또 다른 상기 90°일방향성 원사 프리프레그(B) 위에 적층시킨 후 열압착하여 다축 프리프레그 복합재(C)를 불연속적으로 공정으로 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 실시예 3에서는 0°일방향성 원사 프리프레그(A)를 롤(Roll) 형태로 연속제조한 후 이를 종래 정경방식으로 제조된 롤(Roll)형태의 90°일방향성 원사 프리프레그(B)와 연속적으로 적층, 열압착하여 다축 프리프레그 복합재(C)를 연속 제조할 수 있었으나, 비교실시예 1은 이와 같은 연속제조공정이 불가능 하였다.
1 : 일방향성 원사 프리프레그가 감겨진 권취로울러
A : 0°일방향성 원사 프리프레그
B : 90°일방향성 원사 프리프레그
X : 권취로울러(1) 축방향
Y : 권취로울러(1) 축방향과 수직을 이루는 방향
2 : 열압착 로울러
C : 다축 프리프레그 복합재
3 : 다축 프리프레그 복합재의 권취 로울러

Claims (9)

  1. 삭제
  2. (ⅰ) 폭이 5~60㎜인 열가소성 필름 테이프를 경사로 사용하고, 고강도 필라멘트를 위사로 사용하여 직물을 제직하는 공정; 및
    (ⅱ) 제직된 상기 직물을 상기 경사가 용융되는 온도로 열압착 하는 공정;을 거쳐 일방향성 프리프레그가 감겨진 권취로울러의 축방향(X)을 따라 상기 고강도 필라멘트들이 평행하게 배열되어 있으며 수지가 함침되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 고강도 원사는 아라미드 필라멘트, 탄소섬유 필라멘트 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 0°일방향성 원사 프리프레그의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 직물을 구성하는 위사들은 서로 상이한 고강도 필라멘트들이 교호로 배열되어 있는 형태인 것을 특징으로 하는 0°일방향성 원사 프리프레그의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 필름 테이프는 폴리프로필렌 필름 테이프, 폴리에틸렌 필름 테이프, 폴리이미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 필름 및 폴리우레탄 필름 테이프 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 0°일방향성 원사 프리프레그의 제조방법.
  6. (ⅰ) 폭이 5~60㎜인 열가소성 필름 테이프를 경사로 사용하고, 고강도 필라멘트를 위사로 사용하여 직물을 제직한 다음, 제직된 상기 직물을 상기 경사가 용융되는 온도로 열압착 하여 0°일방향성 원사 프리프레그(A)를 제조공정; 및
    (ⅱ) 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)을 따라서 고강도 필라멘트(F)들이 평행하게 배열되어 있는 0°일방향성 원사 프리프레그(A)와 일방향성 원사 프리프레그들이 감겨진 권취로울러의 축방향(X)과 수직을 이루는 방향(Y)을 따라서 고강도 필라멘트(F)들이 평행하게 배열되어 있는 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 열압착 로울러(2)에 동시에 연속적으로 공급하여 열압착시키는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 프리프레그 복합재의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 정경기(Warping machin)을 사용한 정경(Warping) 방식을 거쳐 상기 90°일방향성 원사 프리프레그(B)를 제조하는 것을 특징으로 하는 다축 프리프레그 복합재의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 다축 프리프레그(C)는 (ⅰ) 2매 이상의 일방향성 원사 프리프레그들이 적층되어 있으며, (ⅱ) 서로 인접하게 적층된 2매의 일방향성 원사 프리프레그들 중 하나의 일방향성 원사 프리프레그는 이를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향이 나머지 일방향성 원사 프리프레그를 구성하는 고강도 필라멘트들의 배향방향과 90°의 경사각을 이루는 구조인 것을 특징으로 하는 다축 프리프레그 복합재의 제조방법.
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