KR101959122B1 - 섬유 프리폼 및 이를 이용한 섬유강화플라스틱 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 섬유층, 상기 섬유층의 적어도 일면에 위치하는 점착층, 및 상기 점착층 상에 위치하는 기재층을 포함하는 섬유 프리폼을 제공한다.
Description
본 발명은 섬유 프리폼 및 이를 이용한 섬유강화플라스틱의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 수지이송성형법(RTM)에 적용될 수 있는 섬유 프리폼 및 이를 이용한 섬유강화플라스틱의 제조방법에 관한 것이다.
섬유강화플라스틱(fiber reinforced plastics)의 제조 방법 중 수지이송성형법(resin transfer molding, RTM)은 고강도, 고강성이면서 경량의 섬유강화플라스틱을 단시간에 제조할 수 있는 성형법으로서 주목을 받고 있다. 또한, RTM 성형법은 비교적 복잡한 형태의 섬유강화플라스틱을 제조 가능하여 자동차 등 미관이 중요한 부품의 제조에 유리한 성형법이다.
하지만 RTM 성형법은 미리 형태가 부여된 프리폼(preform)에 수지를 주입하는 공법 특성 상 수지 주입 시 압력에 의한 프리폼의 흐트러짐이 발생할 수 있으며, 특히 압력이 높아질수록 흐트러짐은 더욱 심해질 수 있다.
뿐만 아니라, 프리폼의 기재로서 직물을 사용하므로 성형 후에 성형품의 표면에 직물의 직조 패턴을 따라 수지 수축에 의한 미세한 요철이 발생할 수 있어, 표면의 미세 요철 제거를 위한 추가 도장 공정이 필요하며, 이는 제조 원가 상승의 주요 원인이 될 수 있다.
이에 프리폼의 성형 공정 이 후 프리폼의 흐트러짐이나 요철 발생이 예방될 수 있는 RTM 성형법이나 소재의 개발의 필요성이 증대되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 표면 품질이 우수한 섬유강화플라스틱의 제조를 위한 RTM 성형법에 사용될 수 있는 섬유 프리폼 및 이를 이용한 섬유강화플라스틱 제조방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 섬유층, 상기 섬유층의 적어도 일면에 위치하는 점착층, 및 상기 점착층 상에 위치하는 기재층을 포함하는 섬유 프리폼을 제공한다.
상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 페놀계, 에폭시계, 고무계 및 우레탄계 점착제 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 점착층의 두께는 10~300㎛일 수 있다.
상기 기재층은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부티렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 아크릴, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 비닐 수지, 폴리아미드 수지, 설폰계 수지, 폴리에테르-에테르케톤계 수지, 알릴레이트계 수지, 우레탄 수지 및 폴리카보네이트 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기재층의 두께는 10~500㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, RTM(resin transfer molding) 성형틀 내에 섬유 프리폼을 배치하는 단계, 상기 RTM 성형틀 내를 흡인에 의한 감압과 동시에 수지 조성물을 상기 RTM 성형틀 내에 주입하여 상기 섬유 프리폼에 함침시키는 단계, 및 상기 섬유 프리폼을 경화시키는 단계를 포함하며, 상기 섬유 프리폼은 섬유층, 상기 섬유층의 적어도 일면에 위치하는 점착층 및 상기 점착층 상에 위치하는 기재층을 포함하는 섬유강화플라스틱 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 섬유 프리폼 및 이를 이용한 섬유강화플라스틱 제조방법에 따르면, RTM 성형법을 통해 표면 품질이 우수한 섬유강화플라스틱을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼의 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
다음으로, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 섬유 프리폼(10)은 섬유층(13), 섬유층(13)의 적어도 일면에 위치하는 점착층(12) 및 기재층(11)을 포함한다.
섬유층(13)은 섬유강화플라스틱 제조에 사용될 수 있는 다양한 섬유를 포함할 수 있으며, 섬유의 예로는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 아라미드 섬유, 케나프 섬유, 주트 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
점착층(12)은 섬유층(13)의 일면에 위치하며, 아크릴계, 실리콘계, 페놀계, 에폭시계, 고무계 및 우레탄계 점착제 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
점착층(12)은 반경화 상태인 것이 바람직한데, 이는 반경화 상태일 때 섬유층(13)과의 합지 과정에서 충분한 점착성을 보유할 수 있기 때문이다.
점착층(12)의 두께는 10~300㎛ 일 수 있다.
이는 점착층(12)의 두께가 10㎛ 미만인 경우 섬유층(13)의 직물 패턴에 따른 요철로 인해 충분한 접착력이 나오지 않아 섬유 프리폼(10)의 취급 과정에서 섬유층(13)으로부터 박리될 수 있고, 섬유층(13)의 흐트러짐이나 요철 방지 효과를 얻기 어려울 수 있기 때문이다. 또한, 점착층(12)의 두께가 300㎛를 초과하는 경우 균일한 점착층(12)의 형성이 어려워 점착층(12) 내부에 보이드(void)나 핀홀(pin hole)이 발생할 수 있으며, 이는 추후 성형품의 외관 결점이 될 수 있기 때문이다.
기재층(11)은 점착층(12) 상에 위치하며, 투명 내열성 필름일 수 있다.
기재층(11)은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부티렌테레프탈레이드, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스터 수지, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리스티렌 및 아크릴로니트릴-스티렌 등의 스티렌계 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀 수지, 비닐 수지, 폴리아미드 수지, 설폰계 수지, 폴리에테르-에테르케톤계 수지, 알릴레이트계 수지, 우레탄 수지 및 폴리카보네이트 수지 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
기재층(11)의 두께는 10~500㎛ 일 수 있다.
이는 기재층(11)의 두께가 10㎛ 미만인 경우 기재층(11)이 유연해져 RTM 성형 시 수지의 주입 압력에 의한 변형이 발생할 수 있어 섬유층(13)의 흐트러짐이나 요철 방지 효과를 얻기 어려울 수 있고, 500㎛ 초과인 경우 기재층(11)의 두께가 지나치게 두꺼워서 섬유 프리폼(10) 형성 시 다양한 형태를 부여하기 어려울 수 있기 때문이다.
본 발명의 실시예에 따른 섬유 프리폼(10)의 점착층(12) 및 기재층(11)은 섬유층(13)에 합지되어 있어, 섬유 프리폼(10)을 이용한 RTM 성형 공정에서 수지의 주입 시 주입 압력에 의한 섬유층(13)의 흐트러짐을 방지하는 동시에, 수지의 수축에 의한 표면 요철의 발생을 완화시켜 줄 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 섬유 프리폼(10)을 이용한 섬유강화플라스틱의 제조방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 섬유강화플라스틱의 제조방법은 RTM 성형틀 내에 섬유 프리폼(10)을 배치하는 단계, RTM 성형틀 내를 흡인에 의한 감압과 동시에 수지 조성물을 RTM 성형틀 내에 주입하여 섬유 프리폼(10)에 함침시키는 단계 및 섬유 프리폼(10)을 경화시키는 단계를 포함하며, 섬유 프리폼(10)은 섬유층(13), 섬유층(13)의 적어도 일면에 위치하는 점착층(12) 및 기재층(11)을 포함한다.
이하, 각 단계 별로 설명한다.
먼저 RTM 성형틀 내에 섬유 프리폼(10)을 배치한다.
RTM 성형틀은 섬유강화플라스틱 제조를 위한 지그, RTM 성형틀 내로 수지 조성물을 주입하기 위한 수지 주입 라인 및 RTM 성형틀 내부의 흡인을 위한 진공 라인을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 공지의 RTM 성형틀을 포함할 수 있다.
섬유 프리폼(10)은 앞서 도 1에 나타낸 실시예에 따른 섬유 프리폼(10)과 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
다음으로, RTM 성형틀 내를 흡인에 의한 감압과 동시에 수지 조성물을 RTM 성형틀 내에 주입하여 섬유 프리폼(10)에 함침시킨다.
수지 조성물은 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
열경화성 수지는 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester resin), 비닐에스터 및 폴리우레탄 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 변성 폴리페닐렌옥사이드(modified polyphenyleneoxide), 폴리아미드6(polyamide6), 폴리아미드610(polyamide610), 폴리아미드66(polyamide66), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate), 폴리아세탈(poly acetal), 폴리설폰(polysulfone), 폴리아릴설폰(polyarylsulfone), 폴리페닐설폰(polyphenylsulfone), 폴린에테르설폰(polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리4플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 및 폴리케톤(polyketone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 수지가 함침된 섬유 프리폼(10)을 경화시켜 섬유강화플라스틱을 완성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 섬유 프리폼 및 이를 이용한 섬유강화플라스틱 제조방법에 따르면, RTM 성형법을 통해 표면 품질이 우수한 섬유강화플라스틱을 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 섬유 프리폼 11: 기재층
12: 점착층 13: 섬유층
12: 점착층 13: 섬유층
Claims (9)
- 섬유층,
상기 섬유층의 적어도 일면에 위치하는 점착층, 및
상기 점착층에 의해 섬유층에 합지된 기재층을 포함하고,
상기 점착층의 두께는 10~300㎛이며,
상기 기재층은 투명 내열성 필름인 섬유 프리폼. - 제1항에서,
상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 페놀계, 에폭시계, 고무계 및 우레탄계 점착제 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유 프리폼. - 삭제
- 제1항에서,
상기 기재층은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부티렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 아크릴, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 비닐 수지, 폴리아미드 수지, 설폰계 수지, 폴리에테르-에테르케톤계 수지, 알릴레이트계 수지, 우레탄 수지 및 폴리카보네이트 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유 프리폼. - 제4항에서,
상기 기재층의 두께는 10~500㎛인 섬유 프리폼. - RTM(resin transfer molding) 성형틀 내에 섬유 프리폼을 배치하는 단계,
상기 RTM 성형틀 내를 흡인에 의한 감압과 동시에 수지 조성물을 상기 RTM 성형틀 내에 주입하여 상기 섬유 프리폼에 함침시키는 단계, 및
상기 섬유 프리폼을 경화시키는 단계를 포함하며,
상기 섬유 프리폼은 섬유층, 상기 섬유층의 적어도 일면에 위치하는 점착층 및 상기 점착층에 의해 섬유층에 합지된 기재층을 포함하고, 상기 점착층의 두께는 10~300㎛이며,
상기 기재층은 투명 내열성 필름인 섬유강화플라스틱 제조방법. - 제6항에서,
상기 점착층은 아크릴계, 실리콘계, 페놀계, 에폭시계, 고무계 및 우레탄계 점착제 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유강화플라스틱 제조방법. - 제6항에서,
상기 기재층은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부티렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 아크릴, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 비닐 수지, 폴리아미드 수지, 설폰계 수지, 폴리에테르-에테르케톤계 수지, 알릴레이트계 수지, 우레탄 수지 및 폴리카보네이트 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유강화플라스틱 제조방법. - 제6항에서,
상기 기재층의 두께는 10~500㎛인 섬유강화플라스틱 제조방법.
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-
2017
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