KR101938112B1 - Basalt fiber composite using impregnation - Google Patents

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Abstract

현무암 섬유 복합재의 제조 방법이 제공된다. 상기 현무암 섬유 복합재의 제조 방법은, 현무암 섬유들을 스프레딩(spreading)하는 단계, 스프레딩된 상기 현무암 섬유들에 계면 활성제를 제공하는 단계, 상기 계면 활성제가 제공된 상기 현무암 섬유들에 바인더를 제공하는 단계, 상기 바인더가 제공된 상기 현무암 섬유들에 열 가소성 수지를 제공하여, 상기 열 가소성 수지를 상기 현무암 섬유에 함침시키는 단계, 상기 열 가소성 수지에 함침된 상기 현무암 섬유들이 슬릿(slit)을 통과하여 현무암 섬유 테이프를 제조하는 단계, 상기 슬릿을 통과한 상기 현무암 섬유 테이프에 열을 제공하고, 롤러(roller)에 통과시키는 단계, 및 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 제조하고, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하여, 현무암 섬유 테이프 적층체(basalt fiber tape stacked structure)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. A method of making a basalt fiber composite material is provided. The method of making the basalt fiber composite comprises the steps of: spreading the basalt fibers; providing a surfactant to the spread basalt fibers; providing a binder to the basalt fibers provided with the surfactant; , Impregnating the basalt fiber with the thermoplastic resin by providing a thermoplastic resin to the basalt fibers provided with the binder, passing the basalt fibers impregnated with the thermoplastic resin through a slit to form a basalt fiber A method of manufacturing a basalt fiber tape, comprising: producing a tape; providing heat to the basalt fiber tape that has passed through the slit and passing it through a roller; and making a plurality of the basalt fiber tapes, , A basalt fiber tape stacked structure, can do.

Description

함침법을 이용한 현무암 섬유 복합재{Basalt fiber composite using impregnation}{Basalt fiber composite using impregnation}

본 발명은 현무암 섬유 복합재 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 현무암 섬유 테이프가 적층된 현무암 섬유 테이프 적층체를 포함하는 현무암 섬유 복합재 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a basalt fiber composite material and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a basalt fiber composite material including a basalt fiber tape laminate in which basalt fiber tapes are laminated, and a method of manufacturing the same.

탄소 섬유는 높은 인장 강도, 가벼운 무게, 낮은 열 팽창율 등의 특성으로 인해, 항공 우주산업, 자동차, 군사, 토목 건축 및 각종 스포츠 분야의 소재로 널리 사용되고 있는 첨단 소재이다. 하지만, 탄소 섬유는 이러한 우수한 특성에도 불구하고 가격이 비싸기 때문에, 다양한 산업에 활용하는데 한계가 있다. Due to its high tensile strength, light weight and low coefficient of thermal expansion, carbon fiber is a state-of-the-art material widely used in aerospace, automotive, military, civil engineering and various sports fields. However, carbon fibers are expensive in spite of their excellent properties, and thus they are limited in their utilization in various industries.

이에 반해, 현무암 섬유는 천연 현무암을 용융시켜 섬유를 방사하기 때문에, 친환경적이고 제조 공정이 매우 간단하여 여러 산업 분야에서 고성능 산업용 섬유로서 관심이 커지고 있다. 또한, 현무암 섬유의 기계적 특성은 탄소 섬유보다는 낮고, 유리 섬유보다는 우수하다는 것이 연구결과를 통해 발표된바 있다. On the other hand, since the basalt fiber melts natural basalt fibers and emits fibers, it is environmentally friendly, and the manufacturing process is very simple, so that interest is growing as a high performance industrial fiber in various industries. In addition, it has been reported that the mechanical properties of the basalt fiber are lower than that of carbon fiber and superior to that of glass fiber.

대한민국 실용신안 등록 공보 20-0290499(출원번호 20-2002-0020783, 출원인 쎄코텍)에 따르면, 황토 및 현무암 섬유를 포함하여, 원적외선 방출량을 증가시키고, 높은 기계적 강도를 갖는 건축용 황토 패널이 개시되어 있다.According to Korean Utility Model Registration Publication No. 20-0290499 (Application No. 20-2002-0020783, Applicant Sekotek), a constructional loess panel including a loess and a basalt fiber and increasing a far-infrared emission amount and having a high mechanical strength has been disclosed .

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 높은 강도의 현무암 섬유 복합재, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a high strength basalt fiber composite material and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 현무암 섬유 복합재, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a basalt fiber composite material having a simplified manufacturing process, and a manufacturing method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 감소된 현무암 섬유 복합재, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a basalt fiber composite material with reduced manufacturing cost, and a manufacturing method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 현무암 섬유 복합재의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for producing a basalt fiber composite material.

일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유 복합재의 제조 방법은, 제1 방향으로 연장하는 현무암 섬유들을 준비하는 단계, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로, 상기 현무암 섬유들을 흔들어 상기 현무암 섬유들을 스프레딩(spreading)하는 단계, 스프레딩된 상기 현무암 섬유들에 계면 활성제를 제공하여, 상기 현무암 섬유들 사이의 간격을 균일화시키는 단계, 상기 계면 활성제가 제공된 상기 현무암 섬유들을 건조하여 바인더를 제공하는 단계, 상기 바인더가 제공된 상기 현무암 섬유들에 열 가소성 수지를 제공하여, 상기 열 가소성 수지를 상기 현무암 섬유에 함침하되, 상기 바인더에 의해 상기 현무암 섬유들과 상기 열 가소성 수지의 결합력이 향상되는 단계, 상기 열 가소성 수지에 함침된 상기 현무암 섬유들이 슬릿(slit)을 통과하여, 상기 제1 방향으로 연장하는 상기 현무암 섬유들이 상기 열 가소성 수지에 의해 둘러싸인, 현무암 섬유 테이프를 제조하는 단계, 상기 슬릿을 통과한 상기 현무암 섬유 테이프에 열을 제공하고, 롤러(roller)에 통과시키는 단계, 및 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 제조하고, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하여, 현무암 섬유 테이프 적층체(basalt fiber tape stacked structure)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of preparing the basalt fiber composite material comprises preparing basalt fibers extending in a first direction, shaking the basalt fibers in a second direction intersecting the first direction, Spreading the basalt fibers to provide a surfactant to the spread basalt fibers to make the spacing between the basalt fibers uniform, drying the basalt fibers provided with the surfactant to provide a binder, Providing a thermoplastic resin to the basalt fibers provided with the binder to impregnate the thermoplastic resin with the basalt fiber to improve bonding force between the basalt fibers and the thermoplastic resin by the binder, The basalt fibers impregnated in the plastic resin pass through the slit, Wherein the basalt fibers extending into the slit are surrounded by the thermoplastic resin, providing heat to the basalt fiber tape passed through the slit and passing it through a roller, The basalt fiber tape may be manufactured and a plurality of the basalt fiber tapes may be laminated to produce a basalt fiber tape stacked structure.

일 실시 예에 따르면, 상기 바인더는, 상기 현무암 섬유들과 결합되는 가수분해성 기능 그룹(hydrolyzable functional group), 및 상기 열 가소성 수지와 결합되는 유기 기능 그룹(organic functional group)을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the binder may include a hydrolyzable functional group bonded to the basalt fibers, and an organic functional group bonded to the thermoplastic resin.

일 실시 예에 따르면, 상기 가수분해성 기능 그룹은, methoxy, 또는 ethoxy 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 유기 기능 그룹은, vinyl, epoxy, amino, 또는 methacryl 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the hydrolyzable functional group includes at least one of methoxy and ethoxy, and the organic functional group may include at least one of vinyl, epoxy, amino, and methacryl.

일 실시 예에 따르면, 상기 계면 활성제는, 양이온 계면 활성제를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the surfactant may comprise a cationic surfactant.

일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유 복합재의 제조 방법은, 상기 현무암 섬유들을 스프레딩하기 전, 상기 현무암 섬유들을 열처리하여, 상기 현무암 섬유들의 표면에 잔존된 불순물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of fabricating the basalt fiber composite may further include heat treating the basalt fibers prior to spreading the basalt fibers to remove impurities remaining on the surface of the basalt fibers .

일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 제조하는 단계는, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하여 열압착하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of fabricating the basalt fiber tape laminate may include laminating a plurality of the basalt fiber tapes, followed by thermocompression.

일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 제조하는 단계는, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프 사이에 수지 필름을 제공한 후, 적층된 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of fabricating the basalt fiber tape laminate may include providing a resin film between the plurality of basalt fiber tapes, followed by thermocompression bonding the plurality of laminated basalt fiber tapes .

일 실시 예에 따르면, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도 및 압력에 따라서, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 제어될 수 있다. According to one embodiment, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate can be controlled according to the temperature and pressure at which the plurality of the basalt fiber tapes are thermocompression-bonded.

일 실시 예에 따르면, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 압력이 상대적으로 낮은 경우, 열압착 온도가 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 증가하고, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 압력이 상대적으로 높은 경우, 열압착 온도가 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 감소할 수 있다. According to one embodiment, when the pressure for thermally bonding a plurality of the basalt fiber tapes is relatively low, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate increases as the thermocompression temperature increases, and the tensile strength of the plurality of basalt fiber tapes When the pressure to be thermocompression is relatively high, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate may decrease as the thermocompression temperature increases.

일 실시 예에 따르면, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도가 상대적으로 낮은 경우, 열압착 압력이 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 증가하고, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도가 상대적으로 높은 경우, 열압착 압력이 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 감소할 수 있다. According to one embodiment, when the temperature at which the plurality of basalt fiber tapes are thermocompression-bonded is relatively low, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate increases as the thermocompression pressure increases, and a plurality of the basalt fiber tapes When the thermocompression bonding temperature is relatively high, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate may decrease as the thermocompression pressure increases.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 현무암 섬유 복합재를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a basalt fiber composite material.

일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유 복합재는, 복수개의 현무암 섬유 테이프가 적층된 현무암 섬유 테이프 적층체를 포함하되, 상기 현무암 섬유 테이프는, 제1 방향으로 연장하고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되어 배열된 현무암 섬유들, 및 상기 현무암 섬유들을 둘러싸는 열 가소성 수지를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the basalt fiber composite material includes a basalt fiber tape laminate in which a plurality of basalt fiber tapes are laminated, the basalt fiber tape extending in a first direction, Basalt fibers spaced in two directions, and a thermoplastic resin surrounding the basalt fibers.

일 실시 예에 따르면, 상기 열 가소성 수지는, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, nylon, polyurethane, 또는 polyamide 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 구성하는 복수의 상기 현무암 섬유 테이프에 포함된 상기 열 가소성 수지의 종류는 서로 다를 수 있다. According to an embodiment, the thermoplastic resin may include at least one of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, nylon, polyurethane, and polyamide, and the thermoplastic resin may include at least one of a plurality of the basalt fiber tapes constituting the basalt fiber tape laminate The types of thermoplastic resins may be different from each other.

본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법은, 스프레딩된 현무암 섬유들에 계면 활성제를 제공하고, 상기 계면 활성제가 제공된 상기 현무암 섬유들에 바인더를 제공하고, 상기 바인더가 제공된 상기 현무암 섬유들에 열 가소성 수지가 함침되는 것을 포함할 수 있다. 상기 현무암 섬유들에 상기 계면 활성제가 제공되어 상기 현무암 섬유들이 실질적으로 균일하여 배열될 수 있고, 상기 바인더에 의해 상기 현무암 섬유들과 상기 열 가소성 수지의 결합력이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유 및 상기 열 가소성 수지를 포함하는 현무암 섬유 테이프의 강도가 증가될 수 있다. The method of producing a basalt fiber composite according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing a surfactant to spread basalt fibers and providing a binder to the basalt fibers provided with the surfactant, The thermoplastic resin may be impregnated with a thermoplastic resin. The basalt fibers may be provided with the surfactant so that the basalt fibers are arranged substantially uniformly and the binding force between the basalt fibers and the thermoplastic resin can be improved by the binder. Accordingly, the strength of the basalt fiber tape comprising the basalt fiber and the thermoplastic resin can be increased.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 열 가소성 수지가 함침된 상기 현무암 섬유들이 슬릿을 통과하여 상기 현무암 섬유 테이프가 제조되고, 상기 현무암 섬유 테이프에 열을 제공하고 롤러에 통과될 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지가 바로 경화되지 않아, 상기 현무암 섬유 테이프가 상기 롤러를 통과하는 과정에서 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지의 적어도 일부가 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지의 비율이 감소하여, 상기 현무암 섬유 테이프의 강도가 증가될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the basalt fibers impregnated with the thermoplastic resin may be passed through the slit to produce the basalt fiber tapes, and heat may be applied to the basalt fiber tapes and passed through the rollers. Accordingly, the thermoplastic resin in the basalt fiber tape is not cured immediately, and at least part of the thermoplastic resin in the basalt fiber tape can be discharged to the outside during the passage of the basalt fiber tape through the roller. Accordingly, the proportion of the thermoplastic resin in the basalt fiber tape can be reduced, so that the strength of the basalt fiber tape can be increased.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법에 따라 제조된 현무암 섬유 테이프를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체의 제조 방법을 설명하기 위한 제1 실시 예이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체의 제조 방법을 설명하기 위한 제2 실시 예이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 탄소 섬유 테이프(좌) 및 현무암 섬유 테이프(우)를 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 1-1 내지 실시 예 4-3에 따른 섬유 테이프 적층체를 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 1-1 및 실시 예 1-3에 따른 탄소 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 2-1 및 실시 예 2-3에 따른 탄소 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 3-1 및 실시 예 3-3에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 4-1 및 실시 예 4-3에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 11은 실시 예 1-1, 실시 예 1-3, 실시 예 2-1, 및 실시 예 2-3에 따른 상기 탄소 섬유 테이프 적층체, 및 실시 예 3-1, 실시 예 3-3, 실시 예 4-1, 및 실시 예 4-3에 따른 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 기계적 강도를 측정한 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a basalt fiber composite material according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a basalt fiber tape produced according to a method of producing a basalt fiber composite material according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a method for producing a basalt fiber tape laminate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a second embodiment for explaining a method for producing a basalt fiber tape laminate according to a method for producing a basalt fiber composite material according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a carbon fiber tape (left) and a basalt fiber tape (right) manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph of a fiber tape laminate according to Examples 1-1 to 4-3 of the present invention.
7 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cut surface of a carbon fiber tape laminate according to Example 1-1 and Example 1-3 of the present invention.
8 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cut surface of a carbon fiber tape laminate according to Example 2-1 and Example 2-3 of the present invention.
FIG. 9 is a scanning electron microscope photograph of a cut surface of a basalt fiber tape laminate according to Examples 3-1 and 3-3 of the present invention. FIG.
10 is a scanning electron micrograph of a cut surface of a basalt fiber tape laminate according to Examples 4-1 and 4-3 of the present invention.
Fig. 11 shows the carbon fiber tape laminate according to Example 1-1, Example 1-3, Example 2-1, and Example 2-3, and Examples 3-1, 3-3, and The results are shown in Table 1. The graphs of the mechanical strength of the basalt fiber tape laminate according to Example 4-1 and Example 4-3 were measured.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법에 따라 제조된 현무암 섬유 테이프를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체의 제조 방법을 설명하기 위한 제1 실시 예이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 제조 방법에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체의 제조 방법을 설명하기 위한 제2 실시 예이다. FIG. 1 is a flow chart for explaining a method for producing a basalt fiber composite material according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view for explaining a basalt fiber tape produced according to a method for producing a basalt fiber composite material according to an embodiment of the present invention. 3 is a view illustrating a method of manufacturing a basalt fiber tape laminate according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of a basalt fiber tape laminate according to an embodiment of the present invention. A second embodiment for explaining a method for producing a basalt fiber tape laminate according to a method for producing a fiber composite material.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 현무암 섬유들이 준비된다(S110). 상기 현무암 섬유들은 제1 방향으로 연장할 수 있다. 상기 제1 방향은, 상기 현무암 섬유들의 길이 방향일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유는, 현무암 원광을 용융 방사하여 현무암 필라멘트를 제조하고, 상기 현무암 필라멘트를 용도에 맞게 텍스(tex) 또는 데니아(denier)를 조절하여 제조될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 4, basalt fibers are prepared (S110). The basalt fibers may extend in a first direction. The first direction may be the longitudinal direction of the basalt fibers. According to one embodiment, the basalt fiber can be produced by melt spinning a basalt ore to produce a basalt filament, and adjusting the tex or denier of the basalt filament to suit the application.

상기 현무암 섬유들이 스프레딩(spreading)될 수 있다(S120). 상기 현무암 섬유들을 제2 방향으로 흔들어, 상기 현무암 섬유들이 스프레딩될 수 있다. 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 교차하는 방향일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유들이 롤러를 통해 이동하고, 상기 현무암 섬유들이 이동하는 방향(상기 현무암 섬유들의 길이 방향)과 직각인 방향으로 상기 롤러가 진동하면서, 상기 현무암 섬유들이 스프레딩될 수 있다. 상기 현무암 섬유들이 스프레딩되는 동안, 상기 현무암 섬유들에 열풍이 가해질 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유들이 균일한 간격으로 용이하게 스프레딩될 수 있다. The basalt fibers can be spread (S120). The basalt fibers can be spread by shaking the basalt fibers in a second direction. The second direction may be a direction intersecting with the first direction. According to one embodiment, the basalt fibers are moved through the rollers, vibrating the bases in a direction perpendicular to the direction of movement of the basalt fibers (the longitudinal direction of the basalt fibers) have. Hot air can be applied to the basalt fibers while the basalt fibers are spread. Thus, the basalt fibers can be easily spread at uniform intervals.

상기 현무암 섬유들을 스프레딩하는 단계는, 제1 온도에서 상기 현무암 섬유들을 스프레딩하는 단계, 및 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 상기 현무암 섬유들을 스프레딩하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유들이 보다 균일하게 스프레딩될 수 있다. The step of spreading the basalt fibers may include spreading the basalt fibers at a first temperature and spreading the basalt fibers at a second temperature lower than the first temperature. Thus, the basalt fibers can be spread more uniformly.

만약, 상술된 실시 예와 달리, 상기 현무암 섬유들이 고온에서 스프레딩된 직후, 후술되는 바와 같이, 계면 활성제가 제공되는 경우, 상기 현무암 섬유들이 상기 계면 활성제에 의해 코팅되는 것이 용이하지 않다. 하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 온도에서 상기 현무암 섬유들이 스프레딩되고, 상기 제1 온도보다 낮은 상기 제2 온도에서 상기 현무암 섬유들이 스프레딩되는 경우, 상기 계면 활성제가 상기 현무암 섬유에 용이하게 코팅될 수 있다.If, in contrast to the above-described embodiment, a surfactant is provided immediately after the basalt fibers are spread at high temperatures, as described below, it is not easy for the basalt fibers to be coated by the surfactant. However, as described above, according to an embodiment of the present invention, when the basalt fibers are spread at the first temperature and the basalt fibers are spread at the second temperature lower than the first temperature, An activator can be easily coated on the basalt fiber.

상기 현무암 섬유들을 표면에 불순물들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 불순물들은, 실란 화합물일 수 있다. 상기 현무암 섬유들을 스프레딩하기 전, 상기 현무암 섬유들을 열처리하여, 상기 현무암 섬유들의 표면에 잔존된 불순물들이 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유들이 용이하게 스프레딩될 수 있다. Impurities may be present on the surface of the basalt fibers. For example, the impurities may be a silane compound. Before the basalt fibers are spread, the basalt fibers may be heat treated to remove impurities remaining on the surface of the basalt fibers. Thus, the basalt fibers can be easily spread.

스프레딩된 상기 현무암 섬유들에 계면 활성제가 제공될 수 있다(S130). 이에 따라, 상기 현무암 섬유들 사이의 간격이 보다 균일해질 수 있다. 상기 현무암 섬유들의 표면은 알카리 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 일 실시 예에 따르면, 상기 계면 활성제는 양이온 계면 활성제일 수 있고, 이로 인해, 상기 계면 활성제가 제공된 상기 현무암 섬유들의 간격이 보다 균일해질 수 있다. 예를 들어, 상기 계면 활성제는, 제4급 암모늄염(quaternary ammoniums), 아민염(amine salts), 또는 피리딘염(pyridium salts) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Surfactant may be provided to the spread basalt fibers (S130). Thus, the spacing between the basalt fibers can be more uniform. The surface of the basalt fibers may have an alkaline character. Thus, according to one embodiment, the surfactant may be a cationic surfactant, whereby the spacing of the basalt fibers provided with the surfactant may be more uniform. For example, the surfactant may include at least one of quaternary ammoniums, amine salts, and pyridium salts.

상기 계면 활성제는 상술된 바와 같이 스프레딩된 상기 현무암 섬유들에 제공될 수도 있고, 이와 달리, 상기 현무암 섬유들이 스프레딩되는 공정에서 상기 현무암 섬유들에 제공될 수도 있다. 구체적으로, 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유들은 1차 스프레딩된 후, 상기 계면 활성제가 상기 현무암 섬유들에 코팅 및 건조되고, 다시 상기 현무암 섬유들이 2차 스프레딩되고 건조된 후, 후술되는 바와 같이 바인더가 상기 현무암 섬유들에 제공될 수 있다. The surfactant may be provided to the basalt fibers spread as described above or alternatively may be provided to the basalt fibers in the process of spreading the basalt fibers. Specifically, according to one embodiment, after the basalt fibers are first spread, the surfactant is coated and dried on the basalt fibers, and after the basalt fibers are secondarily spread and dried, A binder may be provided to the basalt fibers as described above.

상기 계면활성제가 제공된 상기 현무암 섬유들에 바인더가 제공될 수 있다(S140). 상기 바인더는, 가수분해성 기능 그룹(hydrolyzable functional group), 및 결합되는 유기 기능 그룹(organic functional group)을 포함할 수 있다. 상기 가수분해성 기능 그룹은 상기 현무암 섬유들의 표면과 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 현무암 섬유들의 표면에 존재하는 OH---와 상기 가수분해성 기능 그룹이 반응하여, 상기 바인더가 상기 현무암 섬유들과 강력하게 결합될 수 있다. 또한, 상기 유기 기능 그룹은 후술되는 열 가소성 수지와 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 가수분해성 기능 그룹은, methoxy, 또는 ethoxy 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 유기 기능 그룹은, vinyl, epoxy, amino, 또는 methacryl 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. A binder may be provided to the basalt fibers provided with the surfactant (S140). The binder may comprise a hydrolyzable functional group, and an organic functional group to which it is attached. The hydrolyzable functional groups can be combined with the surfaces of the basalt fibers. More specifically, OH - present on the surface of the basalt fibers reacts with the hydrolyzable functional group such that the binder can be strongly bound to the basalt fibers. Further, the organic functional group may be combined with a thermoplastic resin described below. For example, the hydrolyzable functional group may include at least one of methoxy and ethoxy, and the organic functional group may include at least one of vinyl, epoxy, amino, and methacryl.

일 실시 예에 따르면, 상기 계면활성제가 제공된 상기 현무암 섬유들에 상기 바인더가 제공되기 전, 상기 계면활성제가 제공된 상기 현무암 섬유들이 건조될 수 있다. 예를 들어, 상기 계면활성제가 제공된 상기 현무암 섬유는 열풍을 이용하여 건조될 수 있다. According to one embodiment, the basalt fibers provided with the surfactant may be dried before the binder is provided to the basalt fibers provided with the surfactant. For example, the basalt fiber provided with the surfactant may be dried using hot air.

상기 바인더가 제공된 상기 현무암 섬유들에 열 가소성 수지를 제공하여, 상기 열 가소성 수지가 상기 현무암 섬유들에 함침될 수 있다(S150). 예를 들어, 상기 열 가소성 수지는, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, nylon, polyurethane, 또는 polyamide 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The thermoplastic resin may be impregnated into the basalt fibers by providing a thermoplastic resin to the basalt fibers provided with the binder (S150). For example, the thermoplastic resin may include at least one of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, nylon, polyurethane, and polyamide.

상술된 바와 같이, 상기 현무암 섬유들에 상기 바인더가 제공될 수 있고, 상기 바인더는 상기 현무암 섬유들의 표면과 결합되는 상기 가수분해성 기능 그룹, 및 상기 열 가소성 수지와 결합되는 유기 기능 그룹을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유들과 상기 열 가소성 수지의 결합력이 향상될 수 있고, 이로 인해, 상기 열 가소성 수지로부터 상기 현무암 섬유가 뽑히는 현상이 최소화될 수 있다. As noted above, the basalt fibers may be provided with the binder, which may include the hydrolyzable functional group associated with the surface of the basalt fibers, and the organofunctional group associated with the thermoplastic resin have. As a result, the bonding force between the basalt fibers and the thermoplastic resin can be improved, thereby minimizing the phenomenon that the basalt fiber is extracted from the thermoplastic resin.

상기 열 가소성 수지가 함침된 상기 현무암 섬유들이 슬릿(slit)을 통과하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 현무암 섬유 테이프(100)가 제조될 수 있다(S160). 상기 현무암 섬유 테이프(100)는, 상기 제1 방향(도 2에서 x 방향)으로 연장하는 상기 현무암 섬유들(110)이 상기 열 가소성 수지(120)에 의해 둘러싸인 것일 수 있다. 상기 현무암 섬유 테이프(100) 내에서, 상기 현무암 섬유들(110)은 상기 제2 방향(도 2에서 y 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. The basalt fiber 100 impregnated with the thermoplastic resin may be passed through a slit to produce a basalt fiber tape 100 (S160), as shown in FIG. In the basalt fiber tape 100, the basalt fibers 110 extending in the first direction (x direction in FIG. 2) may be surrounded by the thermoplastic resin 120. In the basalt fiber tape 100, the basalt fibers 110 may be spaced apart from each other in the second direction (y direction in FIG. 2).

계속해서, 도 1을 참조하면, 상기 슬릿을 통과한 상기 현무암 섬유 테이프에 열을 제공하고, 롤러에 통과시킬 수 있다(S170). 이에 따라, 상기 슬릿을 통과한 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지는 바로 경화되지 않을 수 있다. 이로 인해, 상기 현무암 섬유 테이프가 상기 롤러를 통과하는 과정에서 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지의 적어도 일부가 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지의 비율이 감소하고 상기 현무암 섬유의 비율이 증가하여, 상기 현무암 섬유 테이프의 강도가 증가될 수 있다. 1, the basalt fiber tape having passed through the slit may be heated and passed through a roller (S170). Accordingly, the thermoplastic resin in the basalt fiber tape passed through the slit may not be hardened immediately. As a result, at least part of the thermoplastic resin in the basalt fiber tape may be discharged to the outside during the passage of the basalt fiber tape through the roller. Accordingly, the proportion of the thermoplastic resin in the basalt fiber tape decreases and the proportion of the basalt fiber increases, so that the strength of the basalt fiber tape can be increased.

상술된 방법에 따라서, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프가 제조될 수 있다. 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하여 현무암 섬유 테이프 적층체가 제조될 수 있다. According to the above-described method, a plurality of the above-mentioned basalt fiber tapes can be produced. A plurality of the basalt fiber tapes may be laminated to produce a basalt fiber tape laminate.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하고 열 압착하여, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체가 제조될 수 있다. 적층된 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프가 열 압착되는 과정에서, 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지가 녹아, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프로부터 상기 현무암 섬유 테이프 적층체가 제조될 수 있다. Specifically, as shown in Fig. 3, the basalt fiber tape laminate can be manufactured by laminating a plurality of the basalt fiber tapes and thermocompression bonding. In the process of thermocompression of a plurality of laminated basalt fiber tapes, the thermoplastic resin in the basalt fiber tape may melt to produce the basalt fiber tape laminate from a plurality of the basalt fiber tapes.

또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하되, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프 사이에 수지 필름(130)이 제공될 수 있다. 이 경우, 적층된 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프 및 상기 수지 필름(130)이 열 압착되는 과정에서, 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지 및 상기 수지 필름(130)이 녹아서, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프로부터 상기 현무암 섬유 테이프 적층체가 제조될 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 4, a plurality of the basalt fiber tapes may be laminated, and a resin film 130 may be provided between the plurality of basalt fiber tapes. In this case, the thermoplastic resin and the resin film 130 in the basalt fiber tape melt in the process of thermocompression of the plurality of laminated basalt fiber tapes and the resin film 130, The above-mentioned basalt fiber tape laminate can be produced.

복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도 및 압력에 따라서, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 제어될 수 있다. The tensile strength of the basalt fiber tape laminate can be controlled according to the temperature and the pressure at which the plurality of basalt fiber tapes are thermocompression bonded.

구체적으로, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 압력이 상대적으로 낮은 경우, 열압착 온도가 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 증가할 수 있다. 또한, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 압력이 상대적으로 높은 경우, 열압착 온도가 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 감소할 수 있다. Specifically, when the pressure for thermally bonding a plurality of the basalt fiber tapes is relatively low, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate may increase as the thermocompression bonding temperature increases. In addition, when the pressure for thermally bonding a plurality of the basalt fiber tapes is relatively high, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate may decrease as the thermocompression bonding temperature increases.

또한, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도가 상대적으로 낮은 경우, 열압착 압력이 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 증가할 수 있다. 또한, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도가 상대적으로 높은 경우, 열압착 압력이 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 감소할 수 있다. Further, when the temperature at which the plurality of basalt fiber tapes are thermocompression-bonded is relatively low, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate may increase as the thermocompression pressure increases. In addition, when the temperature for thermocompression bonding of the plurality of basalt fiber tapes is relatively high, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate may decrease as the thermocompression pressure increases.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 구성하는 복수의 상기 현무암 섬유 테이프에 포함된 상기 열 가소성 수지의 종류는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체는, polyurethane을 포함하는 현무암 섬유 테이프 및 polypropylene을 포함하는 현무암 섬유 테이프를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 열 가소성 수지의 혼합 여부 및 혼합 비율에 따라서, 어플리케이션에 따라서 다양한 특성을 갖는 현무암 섬유 복합재 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다. In addition, according to one embodiment, the types of the thermoplastic resin included in the plurality of basalt fiber tapes constituting the basalt fiber tape laminate may be different from each other. For example, the basalt fiber tape laminate may comprise a basalt fiber tape comprising polyurethane, and a basalt fiber tape comprising polypropylene. Accordingly, depending on whether the thermoplastic resin is mixed or blended, a basalt fiber composite material having various properties depending on applications and a method of manufacturing the same can be provided.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프 사이에 수지 필름(130)이 제공되는 경우, 상기 수지 필름(130)은 상기 현무암 섬유 테이프에 포함된 상기 열 가소성 수지와 다른 종류의 수지일 수 있다. 이에 따라, 다양한 특성을 갖는 현무암 섬유 복합재 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment, when the resin film 130 is provided between a plurality of the basalt fiber tapes as described above, the resin film 130 may be formed of the thermoplastic resin included in the basalt fiber tape It may be a different kind of resin. Accordingly, a basalt fiber composite material having various properties and a manufacturing method thereof can be provided.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유 복합재의 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, the evaluation results of the characteristics of the basalt fiber composite according to the embodiment of the present invention will be described.

탄소 섬유 테이프 및 현무암 섬유 테이프 제조Manufacture of carbon fiber tapes and basalt fiber tapes

12K 탄소 섬유, 2400 Tex 현무암 섬유, 및 열 가소성 수지로 polypropylene 을 준비하였다. 12K carbon fiber, 2400 Tex basalt fiber, and thermoplastic resin.

상기 탄소 섬유 및 상기 현무암 섬유를 tow spreading 장치를 통해 spread tow를 제조하고, 펼침성 향상을 위해 furnace 마찰 롤러를 통해 섬유의 폭이 약 7mm에서 20mm로 펼쳐진 spread tow를 제조하였다. The carbon fiber and the basalt fiber were prepared by spreading tow through a tow spreading apparatus and a spread tow having a fiber width of about 7 mm to 20 mm was prepared through a furnace friction roller to improve spreadability.

spreading 공정 후, polypropylene에 상기 탄소 섬유 및 상기 현무암 섬유를 함침시키기위해, 함침조에 polypropylene 를 채우고 열을 가하여 polypropylene 을 녹였다. 녹은 상태의 polypropylene 에 상기 탄소 섬유 및 상기 현무암 섬유를 함침시키고, 폭 18~19mm 및 두께 0.15mm의 탄소 섬유 테이프(수지 함량 66wt%), 폭 16~19mm 및 두께 0.25mm의 현무암 섬유 테이프(수지 함량 38.1wt%)를 제조하였다. After the spreading process, in order to impregnate the carbon fiber and the basalt fiber into the polypropylene, the impregnation tank was filled with polypropylene and heated to dissolve the polypropylene. The molten polypropylene was impregnated with the carbon fiber and the basalt fiber, and a carbon fiber tape (resin content 66 wt%) having a width of 18 to 19 mm and a thickness of 0.15 mm, a basalt fiber tape having a width of 16 to 19 mm and a thickness of 0.25 mm 38.1 wt%).

도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 탄소 섬유 테이프(좌) 및 현무암 섬유 테이프(우)를 촬영한 사진이다. 5 is a photograph of a carbon fiber tape (left) and a basalt fiber tape (right) manufactured according to an embodiment of the present invention.

탄소 섬유 테이프 Carbon fiber tape 적층체The laminate 및 현무암 섬유  And basalt fiber 적층체The laminate 제조 Produce

상기 탄소 섬유 테이프를 적층하고 30분 동안 열 압착하여 약 1mm 두께의 탄소 섬유 테이프 적층체(실시 예 1-1~실시 예 2-3)를 제조하되, 적층되는 상기 탄소 섬유 테이프의 개수, 공정 온도, 및 압력을 아래의 [표 1]과 같이 조절하였다. The carbon fiber tapes were laminated and thermocompression-bonded for 30 minutes to produce a carbon fiber tape laminate (Examples 1-1 to 2-3) having a thickness of about 1 mm. The number of the carbon fiber tapes to be laminated, the process temperature , And pressure were adjusted as shown in [Table 1] below.

또한, 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하고 30분 동안 열 압착하여 약 1mm 두께의 현무암 섬유 테이프 적층체(실시 예 3-1~실시 예 4-3)를 제조하되, 적층되는 상기 현무암 섬유 테이프의 개수, 공정 온도, 및 압력을 아래의 [표 1]과 같이 조절하였다.Also, the basalt fiber tapes were stacked and thermocompression-bonded for 30 minutes to produce a basalt fiber tape laminate (Examples 3-1 to 4-3) having a thickness of about 1 mm. The number of the basalt fiber tapes, Process temperature, and pressure were adjusted as shown in Table 1 below.

구분division 적층 개수Number of layers 온도 (℃)Temperature (℃) 압력 (MPa)Pressure (MPa) 실시 예 1-1 (C/5-130)Example 1-1 (C / 5-130) 1010 130130 55 실시 예 1-2 (C/5-135)Example 1-2 (C / 5-135) 1111 135135 실시 예 1-3 (C/5-140)Example 1-3 (C / 5-140) 1212 140140 실시 예 2-1 (C/10-130)Example 2-1 (C / 10-130) 1212 130130 1010 실시 예 2-2 (C/10-135)Example 2-2 (C / 10-135) 1313 135135 실시 예 2-3 (C/10-140)Example 2-3 (C / 10-140) 1414 140140 실시 예 3-1 (B/5-130)Example 3-1 (B / 5-130) 77 130130 55 실시 예 3-2 (B/5-135)Example 3-2 (B / 5-135) 88 135135 실시 예 3-3 (B/5-140)Example 3-3 (B / 5-140) 99 140140 실시 예 4-1 (B/10-130)Example 4-1 (B / 10-130) 99 130130 1010 실시 예 4-2 (B/10-135)Example 4-2 (B / 10-135) 99 135135 실시 예 4-3 (B/10-140)Example 4-3 (B / 10-140) 99 140140

도 6은 본 발명의 실시 예 1-1 내지 실시 예 4-3에 따른 섬유 테이프 적층체를 촬영한 사진이고, 도 7은 본 발명의 실시 예 1-1 및 실시 예 1-3에 따른 탄소 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이고, 도 8은 본 발명의 실시 예 2-1 및 실시 예 2-3에 따른 탄소 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이고, 도 9는 본 발명의 실시 예 3-1 및 실시 예 3-3에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이고, 도 10은 본 발명의 실시 예 4-1 및 실시 예 4-3에 따른 현무암 섬유 테이프 적층체 절단면의 주사 전자 현미경 사진이다. Fig. 6 is a photograph of a fiber tape laminate according to Examples 1-1 to 4-3 of the present invention, Fig. 7 is a photograph showing a carbon fiber according to Examples 1-1 and 1-3 of the present invention 8 is a scanning electron microscopic photograph of a cut surface of a carbon fiber tape laminate according to Examples 2-1 and 2-3 of the present invention, and Fig. 9 is a scanning electron micrograph 10 is a scanning electron micrograph of a cut surface of a basalt fiber tape laminate according to Example 3-1 and Example 3-3, and Fig. 10 is a scanning electron micrograph of a cut surface of a basalt fiber tape laminate according to Example 4-1 and Example 4-3 of the present invention ≪ / RTI >

도 6 내지 도 10에서 알 수 있듯이, 상기 탄소 섬유 테이프를 적층한 후, 가해지는 압력 및 온도에 따라서, 제조되는 상기 탄소 섬유 테이프 적층체의 표면 특성이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 압력 및 온도를 조절하여, 상기 탄소 섬유 테이프 적층체 또는 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 표면 특성을 제어할 수 있음을 알 수 있다. As can be seen from Figs. 6 to 10, it can be confirmed that the surface characteristics of the carbon fiber tape laminate to be manufactured are changed according to the applied pressure and temperature after the carbon fiber tape is laminated. In other words, it can be seen that the surface characteristics of the carbon fiber tape laminate or the basalt fiber tape laminate can be controlled by controlling the pressure and the temperature.

탄소 섬유 Carbon fiber 적층체The laminate 및 현무암 섬유  And basalt fiber 적층체The laminate 기계적 특성 평가 Evaluation of mechanical properties

도 11은 실시 예 1-1, 실시 예 1-3, 실시 예 2-1, 및 실시 예 2-3에 따른 상기 탄소 섬유 테이프 적층체, 및 실시 예 3-1, 실시 예 3-3, 실시 예 4-1, 및 실시 예 4-3에 따른 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 기계적 강도를 측정한 그래프이다. Fig. 11 shows the carbon fiber tape laminate according to Example 1-1, Example 1-3, Example 2-1, and Example 2-3, and Examples 3-1, 3-3, and The results are shown in Table 1. The graphs of the mechanical strength of the basalt fiber tape laminate according to Example 4-1 and Example 4-3 were measured.

도 11을 참조하면, 인장시험은 고온인장만능시험기(UTM-M, RB301)ASTM D3039 규격에 기준하여, 시료의 두께를 1mm로 고정하고 시험 속도를 2mm/min으로 설정하고, 굴곡 시험은 ASTM D790 규격에 따라 시료의 두께는 2mm로 고정하고 시험 속도를 1mm/min으로 설정하여, 실시 예 1-1, 실시 예 1-3, 실시 예 2-1, 및 실시 예 2-3에 따른 상기 탄소 섬유 테이프 적층체, 및 실시 예 3-1, 실시 예 3-3, 실시 예 4-1, 및 실시 예 4-3에 따른 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 기계적 특성을 측정하였다. Referring to FIG. 11, the tensile test was performed using a high temperature tensile universal testing machine (UTM-M, RB301) according to the ASTM D3039 standard. The sample thickness was fixed at 1 mm and the test speed was set at 2 mm / min. The thickness of the sample was fixed at 2 mm in accordance with the standard, and the test speed was set at 1 mm / min. The carbon fiber according to Example 1-1, Example 1-3, Example 2-1, Tape laminate, and the basalt fiber tape laminate according to Example 3-1, Example 3-3, Example 4-1, and Example 4-3 were measured.

구분division Width
(mm)
Width
(mm)
Tensile
strength
(MPa)
Tensile
strength
(MPa)
Tensile
modulus
(GPa)
Tensile
modulus
(GPa)
Tensile
strain
(%)
Tensile
strain
(%)
실시 예 1-1(C/5-130)Example 1-1 (C / 5-130) 21.38±0.05 21.38 ± 0.05 804.89±38.97 804.89 + - 38.97 16.53±1.9916.53 ± 1.99 7.26±0.21 7.26 ± 0.21 실시 예 1-3(C/5-140)Example 1-3 (C / 5-140) 25.01±0.14 25.01 + - 0.14 846.59±13.48 846.59 + - 13.48 13.54±0.1513.54 + - 0.15 7.78±0.04 7.78 + 0.04 실시 예 2-1(C/10-130)Example 2-1 (C / 10-130) 25.77±0.52 25.77 ± 0.52 819.88±16.80 819.88 ± 16.80 13.24±1.2313.24 + - 1.23 7.64±0.24 7.64 ± 0.24 실시 예 2-3(C/10-140)Example 2-3 (C / 10-140) 31.33±0.16 31.33 + - 0.16 806.82±28.31 806.82 ± 28.31 12.13±1.3712.13 ± 1.37 8.41±0.16 8.41 ± 0.16 실시 예 3-1(B/5-130)Example 3-1 (B / 5-130) 19.21±0.0219.21 + 0.02 517.45±4.02517.45 + 4.02 13.09±0.4613.09 + - 0.46 6.24±0.046.24 + 0.04 실시 예 3-3(B/5-140)Example 3-3 (B / 5-140) 20.64±0.2620.64 ± 0.26 561.82±7.74561.82 + - 7.74 12.36±0.6612.36 + - 0.66 7.34±0.037.34 + 0.03 실시 예 4-1(B/10-130)Example 4-1 (B / 10-130) 22.41±0.0322.41 + 0.03 542.57±11.79542.57 ± 11.79 11.80±0.6511.80 ± 0.65 7.27±0.327.27 ± 0.32 실시 예 4-3(B/10-140)Example 4-3 (B / 10-140) 24.41±0.4724.41 + - 0.47 516.66±22.63516.66 + - 22.63 9.97±0.729.97 + - 0.72 6.89±0.286.89 ± 0.28

도 11 및 표 2에서 알 수 있듯이, 실시 예 1-1, 실시 예 1-3, 실시 예 3-1, 및 실시 예 3-3과 같이, 상기 탄소 섬유 테이프 및 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 압력이 상대적으로 낮은 경우(5MPa), 열압착 온도가 130℃에서 140℃로 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 온도가 증가함에 따라 열 가소성 수지의 점도가 낮아져, 상대적으로 낮은 온도보다 적층이 효과적으로 진행되었기 때문으로 예상된다. As shown in Figs. 11 and 2, the carbon fiber tape and the basalt fiber tape were thermally bonded to each other as in the case of Example 1-1, Example 1-3, Example 3-1, and Example 3-3 It can be seen that the tensile strength of the basalt fiber tape laminate increases as the thermocompression temperature increases from 130 캜 to 140 캜 when the pressure is relatively low (5 MPa). This is presumably because the viscosity of the thermoplastic resin is lowered as the temperature is increased and the lamination has progressed more effectively than the relatively lower temperature.

또한, 실시 예 2-1, 실시 예 2-3, 실시 예 4-1, 및 실시 예 4-3과 같이, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 압력이 상대적으로 높은 경우(10MPa), 열압착 온도가 130℃에서 140℃로 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 압력이 증가함에 따라 섬유의 간격이 늘어나 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 기계적 강도가 저하되었기 때문으로 예상된다. Further, as in the case of Examples 2-1, 2-3, 4-1, and 4-3, when the pressure for thermocompression bonding of the plurality of basalt fiber tapes is relatively high (10 MPa) As the compression temperature is increased from 130 ° C to 140 ° C, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate decreases. This is presumably because the spacing of the fibers increased as the pressure increased, resulting in a decrease in the mechanical strength of the basalt fiber tape laminate.

또한, 실시 예 1-1, 실시 예 2-1, 실시 예 3-1, 및 실시 예 4-1과 같이, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도가 상대적으로 낮은 경우(130℃), 열압착 압력이 5MPa에서 10MPa로 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 높은 압력에 의해 상대적으로 낮은 온도의 열 가소성 수지를 이용하여 적층이 효과적으로 진행되었기 때문으로 예상된다. Further, as in the case of Examples 1-1, 2-1, 3-1, and 4-1, when the temperature at which a plurality of the basalt fiber tapes are thermocompression bonded is relatively low (130 ° C) As the thermocompression pressure increases from 5 MPa to 10 MPa, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate increases. This is presumably because lamination was effectively carried out by using a thermoplastic resin having a relatively low temperature by high pressure.

또한, 실시 예 1-3, 실시 예 2-3, 실시 예 3-3, 및 실시 예 4-3과 같이, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프를 열압착하는 온도가 상대적으로 높은 경우(140℃), 열압착 압력이 5MPa에서 10MPa로 증가할수록, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 인장 강도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 상대적으로 높은 온도에서 점도가 낮은 열 가소성 수지에 높은 압력이 인가되어, 섬유의 간격이 늘어나, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체의 기계적 강도가 저하되었기 때문으로 예상된다.Further, as in the case of Examples 1-3, 2-3, 3-3, and 4-3, when a plurality of the basalt fiber tapes are thermocompression-bonded at a relatively high temperature (140 ° C) As the thermal compression pressure increases from 5 MPa to 10 MPa, the tensile strength of the basalt fiber tape laminate decreases. This is presumably because a high pressure was applied to the thermoplastic resin having a low viscosity at a relatively high temperature to increase the spacing of the fibers and to decrease the mechanical strength of the basalt fiber tape laminate.

다시 말하면, 상기 탄소 섬유 테이프 및 상기 현무암 섬유 테이프를 적층하여, 상기 탄소 섬유 테이프 적층체 및 상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 제조하는 열압착 공정에서, 온도 및 압력을 조절하여, 인장 강도를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. In other words, the tensile strength can be controlled by adjusting the temperature and pressure in the thermocompression bonding step of laminating the carbon fiber tape and the basalt fiber tape to produce the carbon fiber tape laminate and the basalt fiber tape laminate can confirm.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

100: 현무암 섬유 테이프
110: 현무암 섬유
120: 열 가소성 수지
130: 수지 필름
100: Basalt fiber tape
110: Basalt fiber
120: thermoplastic resin
130: Resin film

Claims (5)

복수개의 현무암 섬유 테이프가 적층된 현무암 섬유 테이프 적층체를 포함하되,
상기 현무암 섬유 테이프는,
제1 방향으로 연장하고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되어 배열된 현무암 섬유들;
상기 현무암 섬유들을 둘러싸는 열 가소성 수지; 및
상기 현무암 섬유 및 상기 열 가소성 수지를 결합시키는 바인더를 포함하되,
상기 바인더는,
상기 현무암 섬유들과 결합되는 가수분해성 기능 그룹(hydrolyzable functional group); 및
상기 열 가소성 수지와 결합되는 유기 기능 그룹(organic functional group)을 포함하는 현무암 섬유 복합재.
A basalt fiber tape laminate comprising a plurality of basalt fiber tapes laminated,
The basalt fiber tapes may be,
Basalt fibers extending in a first direction and spaced apart in a second direction intersecting the first direction;
A thermoplastic resin surrounding the basalt fibers; And
And a binder for binding the basalt fiber and the thermoplastic resin,
Wherein the binder comprises:
A hydrolyzable functional group bonded to the basalt fibers; And
And an organic functional group bonded to the thermoplastic resin.
제1 항에 있어서,
상기 현무암 섬유 테이프 적층체는, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프가 열압착된 것을 포함하는 현무암 섬유 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein said basalt fiber tape laminate comprises a plurality of said basalt fiber tapes thermo-compressed.
제2 항에 있어서,
열 압착 과정에서, 상기 현무암 섬유 테이프 내의 상기 열 가소성 수지의 적어도 일부가 녹아서, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 구성하는 것을 포함하는 현무암 섬유 복합재.
3. The method of claim 2,
Wherein in the thermocompression process at least a portion of the thermoplastic resin in the basalt fiber tape is melted to form the basalt fiber tape laminate.
제2 항에 있어서,
상기 현무암 섬유 테이프 적층체는, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프 사이에 제공된 수지 필름을 더 포함하고,
열 압착 과정에서, 복수개의 상기 현무암 섬유 테이프 사이의 상기 수지 필름의 적어도 일부가 녹아서, 상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 구성하는 것을 포함하는 현무암 섬유 복합재.
3. The method of claim 2,
Wherein the basalt fiber tape laminate further comprises a resin film provided between a plurality of the basalt fiber tapes,
Wherein in the thermocompression process at least a portion of the resin film between the plurality of basalt fiber tapes is melted to form the basalt fiber tape laminate.
제 1항에 있어서,
상기 열 가소성 수지는, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 나일론(nylon), 폴리우레탄(polyurethane), 또는 폴리아미드(polyamide) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 현무암 섬유 테이프 적층체를 구성하는 복수의 상기 현무암 섬유 테이프에 포함된 상기 열 가소성 수지의 종류는 서로 다른 것을 포함하는 현무암 섬유 복합재.



The method according to claim 1,
Wherein the thermoplastic resin includes at least one of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, nylon, polyurethane, and polyamide,
Wherein the basalt fiber tape laminate comprises a plurality of kinds of the thermoplastic resins contained in the plurality of basalt fiber tapes.



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