KR101923083B1 - 저온 경화형 에폭시 수지 조성물을 이용한 프리프레그, 풍력 발전 날개용 복합재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, (a) 에폭시 당량이 200g/eq 미만인 비스페놀 A형 에폭시, (b) 에폭시 당량이 200 내지 1200g/eq인 비스페놀 A형 에폭시, (c) 페놀 노볼락형 에폭시 및 (d) 경화제 및 경화촉진제를 포함하고, 하기 (1),(2)의 조건을 만족하는 매트릭스 수지와 강화섬유로 이루어진 저온 경화형 프리프레그이다.
(1). (a)가 30 내지 50중량부, (b) 및 (c)의 합이 50 내지 70중량부, (d)는 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부
(2). 측정 주파수(measuring frequency) 1 Hz, 고정 변위(strain) 1에서 30℃로부터 3℃/min의 온도상승 속도(rate of temperature increase)로 측정했을 때의 최저 점도가 0.5 내지 50 푸아즈(poise)
본 발명의 저온 경화형 매트릭스 수지는 70~90℃의 저온에서 경화 가능하고, 저온에서 성형시 성형물 내부의 발열 온도가 낮게 유지되도록 하는 효과가 있다.
(1). (a)가 30 내지 50중량부, (b) 및 (c)의 합이 50 내지 70중량부, (d)는 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부
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본 발명의 저온 경화형 매트릭스 수지는 70~90℃의 저온에서 경화 가능하고, 저온에서 성형시 성형물 내부의 발열 온도가 낮게 유지되도록 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 저온 경화형 에폭시 수지 시스템을 적용한 프리프레그 및 상기 프리프레그로부터 제조된 풍력 발전 날개용 복합재료에 관한 것이다.
섬유강화 플라스틱(fiber-reinforced plastics: 이하 "FRP"라 한다) 복합재료는 섬유와 열경화성 수지를 혼합하여 경화시킨 복합재료이다. FRP 복합재료는 부식에 대한 저항성인 내식성이 대단히 우수하며 알루미늄보다 가볍고 철보다 비강도(specific strength)가 높은 소재로 선진국에서는 건축, 석유화학, 레저, 자동차, 환경산업뿐 아니라 첨단산업까지 거의 모든 산업분야별 공정에 널리 사용하고 있다.
FRP 복합재료를 사용하는 대표적인 대형 구조물로는 요트(yacht) 및 풍력발전 회전날개(wind turbine blade)를 꼽을 수 있다. 현재 국내에서 제작되고 있는 요트 및 풍력발전 회전날개는 수지 주입 방식(resin infusion process)으로 제작하고 있는데 유리섬유 직조물(mat)을 성형틀(mold)에 위치시킨 후 점도가 낮은 불포화 폴리에스터(unsaturated polyester) 수지를 진공 분위기 하에서 침투시켜 제작하는 방식이다.
이러한 방식은 우수한 물성 및 경량화를 요구하는 고급 요트 및 풍력발전 회전날개 제작에는 사용이 어려우며 품질이 떨어지므로 고부가가치의 제품에는 경쟁력이 약하다.
품질 향상과 아울러 대형화에 따른 내구성을 높이기 위해서는 프리프레그(prepreg)를 적층하여 제조하는 방식이 바람직하므로 점차 프리프레그를 사용하는 방식이 증가하고 있다.
하지만 일반적인 프리프레그는 125℃ 이상에서 경화시켜야 하므로 오토클레이브(autoclave)의 공간보다 큰 대형구조물은 제작이 불가능하다.
따라서, 저온 경화형 프리프레그가 개발된다면 오토클레이브 대신 열풍기 혹은 가열 금형(heating mold)을 사용하여 열에너지를 공급할 수 있으므로 대형구조물 제작이 가능하다.
에폭시 수지는 그 경화물의 내열성, 탄성률, 경도 및 내약품성 등이 우수해 특히 아라미드 섬유, 유리 섬유 및 탄소섬유 등의 강화 섬유를 사용한 프리프레그 용 수지조성물로서 넓게 이용되고 있다.
일본공개특허 제1995-070409호에는 에폭시 수지, 반응 개시 온도가 40~115℃인 저온 경화제 및 무기 충전재로 구성되는 저온 경화형 프리프레그용 에폭시 수지 조성물 및 50℃에서의 매트릭스 수지 조성물의 점도가 1,000~1,000,000 cps인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 프리프레그가 개시되어 있으나, 이는 스포츠용 소재를 위해 표면성과 물성을 개선하기 위한 것으로서, 풍력 발전 날개와 같은 대형 구조물의 복합소재용에는 적합하지 않다.
풍력 발전 블레이드는 두께가 두꺼워야 하므로 경화과정 중, 발열반응으로 인해 내부 발열온도의 제어가 필요하며, 내부 발열 온도가 매트릭스 수지의 유리전이온도(Tg) 또는 탄화온도 이상에 도달하면 구조체의 변형이 발생하거나 탄화하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 이는 몰드의 유지 및 수명에도 부정적 영향을 미친다.
따라서, 고품질의 대형 구조물을 제작하기 위해서는 저온 경화형, 내부 발연 온도를 낮출 수 있는 매트릭스 수지 및 프리프레그의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은 종래 고온 경화형 프리프레그로 제조하는 FRP 복합재료의 대형화에 따른 제조의 어려움 등의 문제점들을 극복하기 위하여 저온에서 경화가 가능한 프리프레그와 이를 이용한 풍력 발전 날개용 복합재료를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 저온에서의 경화만으로도 충분한 경화도를 달성하여 기계적 물성이 우수하면서도, 성형시 수지의 섬유에 대한 우수한 젖음성을 부여하여 성형물 내부의 보이드를 줄이고, 동시에 성형물의 내부 발열 온도를 낮게 제어함으로써 탄화에 의한 성형물의 손상 방지가 가능한 프리프레그를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (a) 에폭시 당량이 200g/eq 미만인 비스페놀 A형 에폭시, (b) 에폭시 당량이 200 내지 3000g/eq인 비스페놀 A형 에폭시, (c) 페놀 노볼락형 에폭시 및 (d) 경화제 및 경화촉진제를 포함하고, 하기 조건을 만족하는 매트릭스 수지와 강화섬유로 이루어진 프리프레그이다.
(1). (a)가 30 내지 50중량부, (b) 및 (c)의 합이 50 내지 70중량부, (d)는 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부
(2). 측정 주파수(measuring frequency) 1 Hz, 고정 변위(strain) 1에서 30℃로부터 3℃/min의 온도상승 속도(rate of temperature increase)로 측정했을 때의 최저 점도가 0.5 내지 50 푸아즈(poise).
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 매트릭스 수지 조성물은, 최저점도에서 위상각(phase angle)이 85°이상에 있고, 60℃에서부터 최저점도 구간까지의 면적이 100 ~ 300 pa.s·℃이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 강화섬유의 함유율은 65 내지 70중량부이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 섬유단위중량(FAW)이 100 내지 700g/㎡이다.
또한 본 발명은 상기 프리프레그를 적층시킨 풍력 발전 회전 날개용 복합 재료를 제공하는 데 그 특징이 있다.
본 발명의 저온 경화형 매트릭스 수지는 70~90℃의 저온에서 경화 가능한 프리프레그를 제공할 수 있다.
본 발명의 저온 경화형 매트릭스 수지는 저온에서 성형시 성형물 내부의 발열 온도가 낮게 유지되도록 하는 효과가 있다.
상기 저온 경화형 매트릭스 수지는 종래의 고온 경화형 수지 경화물과 비교하였을 때, 인장강도, 인장 탄성률, 파단신율, 파단시 흡수한 에너지 등 대부분의 기계적 물성이 거의 동등한 수준이다.
또한, 본 발명의 저온 경화형 매트릭스 수지를 강화섬유에 함침시켜 얻은 프리프레그를 적층하여 형상을 만들고, 열풍기 또는 금형에 열선을 삽입한 가열 금형에서 열에너지를 공급하면, 풍력 발전 블레이드와 같은 대형 구조물의 제품도 제작 가능한 이점이 있다.
도 1은 실시예 1 내지 4의 수지 조성물에 대한 점도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 비교예 1 내지 3의 수지 조성물에 대한 점도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 비교예 1 내지 3의 수지 조성물에 대한 점도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명은 저온 경화형 에폭시 수지 조성물과 이를 이용한 프리프레그 및 상기 프리프레그를 적층시킨 풍력 발전 회전 날개용 고분자 복합재료에 관한 것이다.
본 발명은 에폭시 수지로써, (a) 에폭시 당량이 200g/eq 미만인 비스페놀 A형 에폭시, (b) 에폭시 당량이 200 내지 3000g/eq인 비스페놀 A형 에폭시, (c) 페놀 노볼락형 에폭시를 병용하여 사용하고, 에폭시 당량이 200g/eq 미만인 비스페놀 A형 에폭시 30 내지 50중량부, 에폭시 당량이 200 내지 3000g/eq인 비스페놀 A형 에폭시 및 페놀 노볼락형 에폭시 함량의 합이 50 내지 70중량부가 되도록 함으로써, 최적의 저온 경화형 수지 시스템을 제공함에 그 특징이 있다.
에폭시 당량이 200g/eq 미만인 비스페놀 A형 에폭시(a)의 함량이, 30중량부 미만일 경우에는 비교적 높은 100~700g/㎡의 단위중량의 섬유에 수지의 젖음성(흐름성)이 좋지 못해 프리프레그의 층내 또는 층간 보이드(Void) 발생의 원인이 되며, 50중량부를 초과할 경우에는 수지의 젖음성(흐름성)이 너무 높아 최종 제품의 탈락된 수지가 많아 치수 안정성(두께 편차)에 불리하고, 적층 공정에서 점착성(Tack)이 높아 취급성이 좋지 못하여 프리프레그 층간의 Void 발생의 원인이 된다. 또한 적층 시 수정이 불가능하여 작업시간과 소재의 수율이 저하되는 문제도 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은, 측정 주파수(measuring frequency) 1 Hz, 고정 변위(strain) 1에서 30℃로부터 3℃/min의 온도상승 속도(rate of temperature increase)로 측정했을 때의 최저 점도가 0.5 내지 50 푸아즈(poise)인 것이 특징이다.
상기 조건을 만족할 때 저온 경화가 가능해지고, 성형시 내부 발열온도를 80 내지 90℃의 낮은 온도로 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 저온 경화형 에폭시 수지 조성물은, 에폭시 수지 100중량부에 대하여, 경화제 및 경화촉진제를 합하여 2 내지 10중량부, 바람직하게는 3 내지 9중량부, 더욱 바람직하게는 3 내지 7중량부이다. 경화제 및 경화촉진제 합의 함량이 2중량부 미만이면, 경화가 불충분하고, 10중량부를 초과할 경우 프리프레그의 특성 발현이 어려워지는 문제가 있다.
상기 경화제로서 에폭시 수지 경화에 의해 당해 기술분야에 공지된 임의의 통상의 경화제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 잠재성 경화제(latent curing agent)인 디시안디아미드(dicyandiamide), 무수물, 카복실산, 아민 화합물, 페놀 화합물, 폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
아민계 경화제로는 아민계 경화제로서 에틸렌디아민, 에틸렌 트리아민, 트리에틸렌테트라민, 헥사메틸렌디아민, m-크실렌 디아민과 같은 지방족 아민류, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노 디에틸 디페닐메탄, 디아미노 디에틸 디페닐 술폰 등의 방향족 아민류, 벤질 디메틸 아민, 테트라메틸 구아니딘, 2,4,6-트리스(디메틸아미노 메틸) 페놀 등의 제3 아민류, 또, 디시안디아미드와 같은 염기성 활성 수소화합물이나, 아디프산(adipic acid) 디히드라지드 등의 유기산 디히드라지드, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 등의 이미다졸류를 들 수 있다.
또, 산무수물계 경화제로서 폴리아디핀산 무수물, 폴리(에틸 옥타데칸 이산) 무수물, 폴리세바스산 무수물 등의 지방족 산무수물, 메틸테트라히드로무수 프탈산, 헥사히드로무수 프탈산, 메틸 사이클로헥센디카르복실 산무수물 등의 지환식 산무수물, 무수 후탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로메리트산, 글리세롤 트리스 트리멜리테이트 등의 방향족 산무수물, 무수 헤트산, 테트라 브로모무수프탈산 등의 할로겐계 산무수물을 들 수 있다.
본 발명에서는 상기 에폭시 수지의 경화를 촉진시켜 경화반응 온도를 낮추기 위하여 경화촉진제를 포함할 수 있으며, 예를 들면 우레아계 화합물, 인계 화합물, 아민계 화합물, 제4급 암모늄 염, 이미다졸류 및 붕소 화합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
우레아계 경화 촉진제로서 3,3-(4-메틸-1,3-페닐렌) 비스(1,1-디메틸우레아), 3-페닐-1,1-디메틸 우레아, 3-(3,4-디클로로 페닐)-1,1-디메틸 우레아 (DCMU), 1,1'-4-(메틸-m-페닐렌) 비스 (3,3-'디메틸 우레아) 등이 바람직하게 사용되며, 그 중에서도 분자 내에 우레아기를 2 개 갖는 화합물, 예를 들어 3,3-(4-메틸-1,3-페닐렌) 비스(1,1-디메틸우레아)가 바람직하게 사용된다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 촉매 및 경화촉진제라고 하는 용어는 경화제 단독으로 달성 가능한 경화시간을 단축하는 화학 약품을 가리키는 것을 이해할 필요가 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 그외의 첨가제, 예를 들면 난연제, 난연조제, 레벨링제, 착색제 등을 필요에 따라 함유해도 된다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은, 측정 주파수(measuring frequency) 1 Hz, 고정 변위(strain) 1에서 30℃로부터 3℃/min의 온도상승 속도(rate of temperature increase)로 측정했을 때의 최저 점도가 0.5 내지 50 푸아즈(poise)이고, 최저점도에서 위상각(phase angle)이 85°이상에 있으며, 60에서부터 최저점도 구간까지의 면적이 100 ~ 300 pa.s·℃인 것이 특징이다.
일반적으로 복합재료를 성형함에 있어서, 내부 발열 온도가 매트릭스 수지의 유리전이온도(Tg) 또는 탄화온도 이상에 도달하면 구조체의 변형이 발생하거나 탄화하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 이는 몰드의 유지 및 수명에도 부정적 영향을 미친다.
그러나, 상기 조건을 만족시키는 본 발명의 수지 조성물은 경화시의 발열피크온도를 80 내지 90℃로 제어하고 총발열량을 최소화 할 수 있기 때문에 위와 같은 문제가 발생하지 않게된다.
또한, 일반적인 프리프레그는 70~90℃와 같은 비교적 저온에서 성형할 경우, 경화도가 불량하였으나, 상기 조건을 만족하는 수지 조성물은 저온에서도 경화도가 우수하고, 보이드 볼륨도 최소화되는 이점이 있는 것이다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 70 내지 90℃의 저온에서 1회 경화반응을 시키는 것도 가능하며, 필요에 따라 70~80℃의 온도에서 1차 경화시키고, 80~90℃에서 2차 경화시키는 단계적으로 경화시키는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 경화물은 인장강도, 인장 탄성률, 파단 신율, 파단시 흡수한 에너지 등 대부분의 기계적 물성이 종래 고온 경화시킨 경화물과 동등 유사한 것으로 관찰되었다.
본 발명은 상기 저온 경화형 에폭시 수지 조성물에 섬유를 함침시켜 제조된 프리프레그를 제공한다.
상기 강화섬유는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 강화섬유의 함유율은 60 내지 75중량부, 바람직하기로는 63 내지 72중량부, 가장 바람직하기로는 65 내지 70중량부이다. 강화섬유의 함유율이 60 중량부 미만일 경우 기계적 물성면에서 바람직하지 않고, 75중량부를 초과할 경우 매트릭스 수지의 함침성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명의 일실시예에서 강화섬유의 섬유단위중량은 100 내지 700g/㎡, 더욱 바람직하게는 300 내지 700 g/㎡, 가장 바람직하기로는 550 내지 650 g/㎡ 이다.
상기 저온 경화형 에폭시 수지 조성물을 상기 강화 섬유에 함침시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지된 방법을 사용할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 프리프레그는 에폭시 수지 조성물을 일정한 온도로 유지시켜 작업에 알맞은 점도가 되게 한 다음 일방향 탄소섬유 시트에 도포하여 제조하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 프리프레그를 적층시킨 고분자 복합 재료를 제공할 수 있다. 상기 프리프레그의 적층 수는 원하는 두께에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 프리프레그를 일정한 두께로 적층시키고 성형 프레스에서 70~90℃의 저온에서 경화시켜 제조할 수 있다. 본 발명에서는 상기 프리프레그를 저온에서 경화시켜 풍력 발전 회전 날개의 고분자 복합 재료의 제조가 가능한 효과를 가진다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
<
실시예
1~4: 에폭시 수지 조성물의 제조>
아래 표 1과 같은 조성으로 실시예 1의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 실시예 1에서 조성비를 표 2와 같이 변경하여 실시예 2 내지 4의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
| (a)비스페놀 A(중량부) | (b)비스페놀 A (중량부) |
(C)페놀 노볼락(중량부) | DICY5 ) (중량부) |
경화촉진제 (중량부) |
|||
| 에폭시당량(g/eq) | |||||||
| 184~1901) | 450~5002) | 25003) | 175~1824) | A6) | B7) | ||
| 실시예 1 | 20 | 30 | - | 50 | 3.2 | 3.2 | |
| 실시예 2 | 25 | 25 | 5 | 45 | 3.2 | 3.2 | |
| 실시예 3 | 45 | 35 | 5 | 15 | 3.2 | 3.2 | |
| 실시예 4 | 40 | 40 | 5 | 15 | 3.2 | 3.2 | |
1)YD-128, 국도화학, 2) YD-011, 국도화학, 3) YD-019, 국도화학,
4) KEP-1138, 코오롱, 5) DYHARD 03, ALZCHEM, 6) DYHARD UR300, ALZCHEM,
7) DYHARD UR500, ALZCHEM
<
비교예
1 내지 3: 대조 수지 조성물의 제조>
에폭시 혼합 수지 100중량부(에폭시 당량이 300g/eq)에 대하여 경화제인 디시안디아미드를 각각 4, 6, 8 중량부를 첨가하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
실험예
1: 에폭시 수지의 점도 측정
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 수지 조성물에 대하여 Anton Paar MCR301 Modular Compact Rheometer 장치를 사용해, 측정 주파수(measuring frequency) 1 Hz, 고정 변위(strain) 1에서 30℃로부터 3℃/min의 온도상승 속도(rate of temperature increase)로 승온하며 점도를 측정하였으며, 그 결과를 표 2 및 도 1 및 도 2에 나타내었다.
실험예
2:
최저점도에서의
위상각
및 60℃에서부터 최저점도 구간까지의 면적 측정
도 1의 그래프를 통하여, 최저점도에서의 위상각을 측정하였고, 하기 계산식에 의거하여 온도 60℃부터 최저 점도까지의 내부 면적을 계산하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
상기 계산식에서, A는 면적, a0는 온도 60℃, a1은 최저 점도일 때 온도(℃), b는 최저 점도이고 f(x)는 배합물의 점도 함수그래프이다.
|
최저점도
(Poise) |
위상각 ( o ) |
60에서부터 최저점도 구간까지의 면적
(pa.s·℃) |
|
| 실시예 1 | 16 | 82 | 903.0 |
| 실시예 2 | 24 | 83 | 862.4 |
| 실시예 3 | 7 | 87 | 242.6 |
| 실시예 4 | 10 | 87 | 235.5 |
| 비교예 1 | 91 | 80 | 5602.7 |
| 비교예 2 | 143 | 76 | 2659.7 |
| 비교예 3 | 34 | 82 | 931.3 |
<
실시예
5~8:
프리프레그의
제조>
실시예 1 내지 4와 같은 수지 조성비를 적용하여 배합 완료된 수지 조성물을 이형지에 도포하여 Resin paper를 제작한다. 이 때 이형지에 도포된 수지 단위 중량은 200g/m2가 되도록 제작하였다. 다음으로 상기 resin paper를 일방향으로 배열시킨 탄소 섬유(섬유단위중량이 600 g/㎡)의 양면에 오도록 한 후, 가열 및 가압함으로써 수지 조성물을 함침시켜 프리프레그를 제조하였다.
<
비교예
4~6:
프리프레그의
제조>
섬유단위중량이 600 g/㎡인 탄소섬유상에 상기 비교예 1 내지 3의 에폭시 수지 조성물을 함침시켜 프리프레그를 제조하되, 실시예 5 내지 8과 동일한 방법으로 프리프레그를 제조하였다.
실험예
3:
발열피크온도(Tp)와
총 발열량을 측정
상기 실시예 5 내지 8, 비교예 4 내지 6의 프리프레그를 가로, 세로 각각 3300mm * 2000mm로 절단하여 시편을 만든 후, 상기 시편들을 50mm로 적층하였다. 이후, 프리프레그 적층체를 80℃ 열풍기, Only Vacuum Bag 상태 하에서, 내부 중심 온도를 측정 하였고, 발열피크온도와 총 발열량을 표 3에 나타내었다.
실험예
4:
경화도(Dgree of cure)와
보이드
볼륨 측정
경화도(Dgree of cure)와 보이드 볼륨을 측정하여 표 3에 나타내었다.
경화도는 80℃ 열풍기에서 50mm으로 적층된 프리프레그를 Only Vacuum Bag 상태로 9시간 이상 성형되어진 경화물을 DSC (differential scanning calorimetry)를 이용하여 잔여 엔탈피를 측정해, 아래의 계산식에 의거해, 경화도를 도출하였다.
보이드 불륨은 수중 침지법으로 경화물 전체의 밀도를 측정하고, 카본 섬유와 매트릭스 수지의 각각의 밀도의 합한 값을 뺀 나머지를 보이드로 계산하였다.
| 발열피크온도 (℃) | 총발열량 (J/g) | 경화도( % ) | 보이드 볼륨( % ) | |
| 실시예 5 | 92 | 369 | 88 | 1.8 |
| 실시예 6 | 96 | 390 | 97 | 2.3 |
| 실시예 7 | 84 | 297 | 87 | 0.2 |
| 실시예 8 | 87 | 301 | 96 | 0.3 |
| 비교예 4 | 110 | 375 | 80 | 3.2 |
| 비교예 5 | 108 | 364 | 81 | 4.1 |
| 비교예 6 | 117 | 421 | 79 | 2.7 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 5 내지 8의 프리프레그는, 비교예의 프리프레그와 대비하여 발열피크 온도 및 총발열량이 낮은 것으로 확인되는 바, 본 발명의 프리프레그는 내부 발열 온도의 제어가 용이하여, 풍력 발전 날개용 복합재료와 같이, 두께가 두꺼운 성형품을 제조하기 적합한 것으로 평가된다.
뿐만 아니라, 본 발명의 프리프레그를 이용한 복합재료는 비교예와 비교하였을 때, 80℃의 비교적 낮은 온도에서 경화도가 우수하고, 보이드 볼륨도 작아 저온에서 경화하여도 품질이 우수함을 확인할 수 있다.
Claims (5)
- (a) 에폭시 당량이 200g/eq 미만인 비스페놀 A형 에폭시, (b) 에폭시 당량이 450 내지 500g/eq인 비스페놀 A형 에폭시 및 에폭시 당량이 2500g/eq인 비스페놀 A형 에폭시, (c) 페놀 노볼락형 에폭시 및 (d) 경화제 및 경화촉진제를 포함하고, 하기 조건을 만족하는 매트릭스 수지와 강화섬유로 이루어지며,
상기 매트릭스 수지 조성물은, 최저점도에서 위상각(phase angle)이 85°이상에 있고, 60℃에서부터 최저점도 구간까지의 면적이 100 ~ 300 pa.s·℃ 인 것을 특징으로 하는 저온 경화형 프리프레그.
(1). (a)가 30 내지 50중량부, (b) 및 (c)의 합이 50 내지 70중량부, (d)는 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부
(2). 측정 주파수(measuring frequency) 1 Hz, 고정 변위(strain) 1에서 30℃로부터 3℃/min의 온도상승 속도(rate of temperature increase)로 측정했을 때의 최저 점도가 0.5 내지 50 푸아즈(poise). - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 강화섬유의 함유율은 65 내지 70중량부의 범위임을 특징으로 하는 저온 경화형 프리프레그. - 제1항에 있어서,
섬유단위중량(FAW)이 100 내지 700g/㎡인 것을 특징으로 하는 저온 경화형 프리프레그. - 제1항의 저온 경화형 프리프레그를 적층한 풍력 발전 회전 날개용 복합 재료.
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| KR1020170072682A KR101923083B1 (ko) | 2017-06-09 | 2017-06-09 | 저온 경화형 에폭시 수지 조성물을 이용한 프리프레그, 풍력 발전 날개용 복합재료 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003128764A (ja) * | 2001-07-13 | 2003-05-08 | Toray Composites (America) Inc | マトリックス樹脂組成物 |
| JP2005105182A (ja) | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物、プリプレグおよび積層板 |
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2017
- 2017-06-09 KR KR1020170072682A patent/KR101923083B1/ko active IP Right Review Request
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003128764A (ja) * | 2001-07-13 | 2003-05-08 | Toray Composites (America) Inc | マトリックス樹脂組成物 |
| JP2005105182A (ja) | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物、プリプレグおよび積層板 |
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