KR102050362B1 - Manufacturing Method for Polymer composite with carbon fiber for 3D printers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강화재로 탄소섬유를 이용하며, 기계적 강도가 향상된 3D 프린터용 고분자 복합재 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 탄소섬유를 전처리제에 침지하는 단계; (b) 상기 전처리된 탄소섬유를 건조하는 단계; 및 (c) 건조된 탄소섬유와 열가소성 수지를 혼합하는 단계를 포함하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법을 제공한다.The present invention uses a carbon fiber as a reinforcing material, and relates to a method for producing a polymer composite for 3D printer with improved mechanical strength. The present invention comprises the steps of immersing the carbon fiber in the pretreatment agent; (b) drying the pretreated carbon fibers; And (c) provides a method for producing a polymer composite for molten laminated 3D printer using the carbon fiber comprising the step of mixing the dried carbon fiber and the thermoplastic resin.

Description

탄소섬유를 이용한 3D 프린터용 고분자 복합재 제조방법{Manufacturing Method for Polymer composite with carbon fiber for 3D printers}Manufacturing method for Polymer composite with carbon fiber for 3D printers}

본 발명은 3D 프린터용 고분자 복합재 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 강화재로 탄소섬유를 이용하며, 기계적 강도가 향상된 3D 프린터용 고분자 복합재 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a polymer composite for 3D printer, and more particularly, to provide a method for manufacturing a polymer composite for 3D printer using carbon fiber as a reinforcing material and improving mechanical strength.

3차원의 물체를 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다. 이러한 3D 프린터의 제품성형방식은 광경화성 재료에 레이저 광선을 주사하여 광주사된 부분을 물체로 성형하는 방식, 성형재료를 절삭하여 성형하는 방식, 열가소성 고분자복합재를 용융하여 적층하는 방식(FDM 방식) 등이 있다.The use of 3D printers capable of molding three-dimensional objects is increasing. The product forming method of the 3D printer is a method of molding a photo-reflected portion into an object by scanning a laser beam on a photocurable material, a method of cutting and molding a molding material, and a method of melting and laminating a thermoplastic polymer composite material (FDM method). Etc.

이러한 방식 중에서 고분자복합재를 용융하여 적층하는 방식의 3D 프린터가 다른 방식의 3D 프린터에 비해 생산 단가가 저렴한데, 이러한 이유로 인해 고분자복합재를 이용하는 3D 프린터가 가정용, 공업용으로 대중화되고 있는 추세이다.Among these methods, 3D printers that melt and laminate polymer composites are cheaper to produce than 3D printers of other methods. For this reason, 3D printers using polymer composites are becoming popular for home and industrial use.

한편, 이러한 3D 프린터용 고분자복합재는 열가소성 수지로 이루어지는데, 상기 열가소성 수지로 폴리락트산(PLA) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)이 사용될 수 있다. Meanwhile, the polymer composite material for 3D printer is made of a thermoplastic resin, and polylactic acid (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) may be used as the thermoplastic resin.

ABS는 구입이 용이하고, 인장강도가 높으며 열에 강하고 PLA보다 작은 부품을 만들기에 용이하나 열수축 현상으로 인하여 성형이 다소어려우며, 친환경직이지 않아 가열시 냄새가 심하여 반드시 환기가 필요하다.ABS is easy to purchase, has high tensile strength, is strong in heat and easy to make parts smaller than PLA, but it is difficult to mold due to heat shrinkage phenomenon.

요즘에는 ABS 대신 인체 및 환경에 무해한 PLA가 고분자복합재 소재로 각광받고 있다. 그러나 인장강도가 낮은 단점 때문에 조형물이나 피규어 등 간단한 시제품 생산용으로만 사용되고 있다. Nowadays, PLA, which is harmless to humans and the environment, instead of ABS, has been spotlighted as a polymer composite material. However, due to the low tensile strength, it is only used for the production of simple prototypes such as sculptures and figures.

따라서, 현재 고강도 부품에 적용하기 위해서는 강도를 향상시킨 복합재료 개발이 필요한 실정이다.Therefore, the current situation is required to develop a composite material with improved strength in order to apply to high-strength parts.

따라서, 본 발명은 기계적 물성이 우수한 3D 프린터용 고분자 복합재 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to provide a method for producing a polymer composite for 3D printer excellent mechanical properties.

전술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 탄소섬유를 전처리제에 침지하는 단계; (b) 상기 전처리된 탄소섬유를 건조하는 단계; 및 (c) 건조된 탄소섬유와 열가소성 수지를 혼합하는 단계를 포함하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of (a) immersing carbon fiber in the pretreatment agent; (b) drying the pretreated carbon fibers; And (c) provides a method for producing a polymer composite for molten laminated 3D printer using the carbon fiber comprising the step of mixing the dried carbon fiber and the thermoplastic resin.

상기 전처리제는 염산, 질산, 인산, 아세트산, 불산, 탄산수소암모늄(NH4HCO3) 및 탄산암모늄((NH4)2CO3)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The pretreatment may include one or more selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, hydrofluoric acid, ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3 ) and ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ).

상기 (a)단계는 0.7~7.0A/㎡의 전류밀도 하에서 수행되며 50~120초 동안 수행될 수 있다.The step (a) is carried out under a current density of 0.7 ~ 7.0A / ㎡ and may be performed for 50 ~ 120 seconds.

상기 (c) 단계는 230~310℃에서 수행되며, 2~10개의 온도구간을 가질 수 있다.Step (c) is carried out at 230 ~ 310 ℃, may have a temperature range of 2 to 10.

상기 고분자 복합재는 열가소성 수지 95 내지 99.9 중량부; 및 탄소섬유 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.The polymer composite material is 95 to 99.9 parts by weight of a thermoplastic resin; And it may include 0.1 to 5 parts by weight of carbon fiber.

상기 열가소성 수지는 폴리 락트산(Poly lactic Acid, PLA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 스티렌(Styrene), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리카보네이트(PC)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The thermoplastic resin is polylactic acid (PLA), acrylonitrile butadien styrene (ABS), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), styrene (Styrene), polypropylene (PP), And it may include one or more selected from the group consisting of polycarbonate (PC).

상기 탄소섬유는 10 내지 1,000nm 두께의 강화 계면상을 가질 수 있다.The carbon fiber may have a reinforced interfacial phase of 10 to 1,000nm thickness.

상기 탄소섬유 100 중량부에 계면재료 0.5 내지 30 중량부를 포함하여 상기 강화 계면상을 형성할 수 있다.The reinforced interfacial phase may be formed by including 0.5 to 30 parts by weight of the interface material in 100 parts by weight of the carbon fiber.

상기 계면재료는 중합체, 공중합체, 블록 공중합체, 분지 중합체, 초분지 중합체, 덴드리머 등, 코어-쉘 고무 입자, 경질 코어-연질 쉘 입자, 연질 코어-경질 쉘 입자, 무기 재료, 금속, 산화물, 탄소질 재료, 유기-무기 하이브리드 재료, 중합체 그래프트 무기 재료, 유기-관능화 무기 재료, 중합체 그래프트 탄소질 재료, 유기-관능화 탄소질 재료, 고무상 중합체, 고무상 공중합체, 블록 공중합체, 코어-쉘 고무 입자 및 코어-쉘 입자 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.The interfacial material may be a polymer, a copolymer, a block copolymer, a branched polymer, a hyperbranched polymer, a dendrimer, or the like, core-shell rubber particles, hard core-soft shell particles, soft core-hard shell particles, inorganic materials, metals, oxides, Carbonaceous materials, organic-inorganic hybrid materials, polymeric graft inorganic materials, organic-functionalized inorganic materials, polymeric graft carbonaceous materials, organic-functionalized carbonaceous materials, rubbery polymers, rubbery copolymers, block copolymers, cores And at least one of shell rubber particles and core-shell particles.

본 발명에 따른 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법은 열가소성 수지와 강화 계면상이 형성되어 있는 탄소섬유를 혼합하여 인장강도, 인장 탄성률, 굴곡강도, 굴곡탄성률 등의 기계적 물성이 향상된 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법을 제공할 수 있다.Method for producing a polymer composite for 3D printer according to the present invention is a method for producing a polymer composite for 3D printer with improved mechanical properties such as tensile strength, tensile modulus, flexural strength, flexural modulus by mixing a thermoplastic resin and carbon fiber having a reinforced interfacial phase Can be provided.

도 1은 본 발명에 따라 표면 처리된 탄소섬유의 90° 단면 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 표면 처리된 탄소섬유의 0° 단면 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 인장 시편의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 탄소섬유 표면처리 수단을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 탄소섬유를 각 전류밀도에서 표면처리한 다음, 표면을 전자현미경으로 관찰한 것을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 탄소섬유를 각 전류밀도에서 표면처리한 다음, FT-IR 분석결과를 나태낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 고분자 복합재 필라멘트 제조수단을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 고분자 복합재 필라멘트 제조수단 중 온도구간을 가지는 압출 수단을 나타낸 사진이다.
Figure 1 shows a schematic 90 ° cross-sectional view of the carbon fiber surface treatment according to the present invention.
Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of 0 ° of the carbon fiber surface treated according to the present invention.
3 is a photograph of a tensile specimen prepared according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a photograph showing a carbon fiber surface treatment means according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing that the surface of the carbon fiber according to an embodiment of the present invention after the surface treatment at each current density, the surface was observed by an electron microscope.
6 is a graph showing the results of FT-IR analysis after surface treatment of carbon fibers according to an embodiment of the present invention at each current density.
Figure 7 is a photograph showing the polymer composite filament manufacturing means according to an embodiment of the present invention.
8 is a photograph showing an extrusion means having a temperature section of the polymer composite filament manufacturing means according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, the terms including or having are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features or numbers, step It is to be understood that the present invention does not exclude in advance the possibility of the presence or the addition of an operation, a component, a part, or a combination thereof.

본 발명은 (a) 탄소섬유를 전처리제에 침지하는 단계; (b) 상기 전처리된 탄소섬유를 건조하는 단계; 및 (c) 건조된 탄소섬유와 열가소성 수지를 혼합하는 단계를 포함하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of immersing the carbon fiber in the pretreatment agent; (b) drying the pretreated carbon fibers; And (c) provides a method for producing a polymer composite for molten laminated 3D printer using the carbon fiber comprising the step of mixing the dried carbon fiber and the thermoplastic resin.

상기 (a)단계는 탄소섬유를 표면처리하는 단계로 탄소섬유를 점처리제에 침지하여 수행된다. 상기 전처리제는 탄소섬유 표면을 식각하여 거칠기를 감소시키며, 산소관능기의 수를 증가시킬 수 있는 전처리제라면 제한 없이 사용 가능하지만, 바람직하게는 염산, 질산, 인산, 아세트산, 불산, 탄산수소암모늄(NH4HCO3) 및 탄산암모늄((NH4)2CO3)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 탄산수소 또는 탄산암모늄, 가장 바람직하게는 탄산수소암모늄을 사용할 수 있다.The step (a) is a step of surface treatment of the carbon fiber is performed by immersing the carbon fiber in the point treatment agent. The pretreatment agent may be used without limitation as long as it reduces the roughness by etching the surface of the carbon fiber, and can increase the number of oxygen functional groups, preferably hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, hydrofluoric acid, ammonium bicarbonate ( NH 4 HCO 3 ) and ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ) It may include one or more selected from the group consisting of, more preferably hydrogen carbonate or ammonium carbonate, most preferably ammonium bicarbonate Can be used.

또한 산기 전처리제는 사용되는 전처리제의 종류, pH에 따라 적정한 농도를 선택하여 사용할 수 있지만 바람직하게는 0.1~1M, 더욱 바람직하게는 0.2~0.5M 가장 바람직하게는 0.3M의 농도를 선택하여 사용할 수 있다. 전처리제가 0.1M미만의 농도를 가지는 경우 전처리제 처리시간이 길어지거나, 전처리제에 의한 표면거칠기 감소 및 산소관능기 증가의 효과를 기대할 수 없으며, 0.3M을 초과하는 경우 전처리제의 용해도 문제로 전처리제 제조시 교반시간이 길어질 수 있으며, 세척시 잔류하는 전처리제에 의하여 탄소와 열가소성 고분자의 결합이 약해질 수 있다. In addition, the acidic pretreatment agent can be used by selecting the appropriate concentration according to the type and pH of the pretreatment agent to be used, but preferably 0.1 to 1M, more preferably 0.2 to 0.5M most preferably 0.3M Can be. If the pretreatment agent has a concentration of less than 0.1M, the treatment time of the pretreatment agent is increased, or the surface roughness and oxygen functional groups are not expected to be increased by the pretreatment agent. In preparation, the stirring time may be long, and the bonding between the carbon and the thermoplastic polymer may be weakened by the pretreatment agent remaining in the washing.

또한 상기 (a)단계는 0.7~7.0A/㎡의 전류밀도 하에서 수행되며 50~120초 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 0.75~6.82A/㎡의 전류밀도 하에서 80~110초간 수행될 수 있다. 전류밀도가 0.7A/㎡미만이거나 50미만의 시간동안 표면처리를 수행하는 경우 표면처리가 불량하여 표면거칠기 감소 및 산소관능기 증가의 효과를 기대할 수 없으며, 전류밀도가 7.0A/㎡를 초과하거나 120초를 초과하여 표면처리를 수행하는 경우 사용되는 전류량이 늘어나며 탄소섬유의 생산시간이 늘어나 경제성이 떨어지게 된다.In addition, the step (a) is carried out under a current density of 0.7 ~ 7.0A / ㎡ may be performed for 50 ~ 120 seconds, preferably 80 ~ 110 seconds under a current density of 0.75 ~ 6.82A / ㎡. . When surface treatment is performed for the current density less than 0.7A / m2 or less than 50 hours, the surface treatment is poor and the effect of reducing the surface roughness and the increase of the oxygen functional group can not be expected, and the current density exceeds 7.0A / m2 or 120 If the surface treatment is performed for more than a second, the amount of current used increases and the production time of the carbon fiber increases, thereby decreasing economic efficiency.

상기 (c) 단계는 탄소섬유와 열가소성 수지를 혼합하는 단계로 열가소성수지를 혼합할 수 있는 조건이라면 적절한 조건을 선택하여 수행할 수 있지만, 바람직하게는 230~310℃에서 수행될 수 있다. 상기 (c) 단계가 230℃미만에서 수행되는 경우 수지가 충분히 액상화 되지 않기 때문에 점도가 낮아지게 된다. 따라서, 압출기내의 수지는 경화되고 탄소섬유는 와인딩되는 현상이 발생하여 탄소섬유가 높은 장력을 받아 끊어지는 현상이 발생할 수 있다. 또한 상기와 같이 온도가 낮은 경우 점도의 감소로 인하여 필라멘트의 표면이 불균일해질 수 있다. 아울러 상기 (c) 단계가 310℃를 초과하여 수행되는 경우 수지의 점도가 높아져 탄소섬유-고분자 복합재 필라멘트의 직경이 규정치보다 감소할 수 있으며, 표면의 변색이 발생할 수 있다.The step (c) may be carried out by selecting appropriate conditions if the conditions for mixing the thermoplastic resin in the step of mixing the carbon fiber and the thermoplastic resin, but preferably may be carried out at 230 ~ 310 ℃. If the step (c) is carried out at less than 230 ° C the viscosity is lowered because the resin is not sufficiently liquefied. Therefore, the resin in the extruder may be cured and the carbon fiber may be wound so that the carbon fiber may be broken under high tension. In addition, when the temperature is low as described above, the surface of the filament may be uneven due to a decrease in viscosity. In addition, if the step (c) is carried out above 310 ° C, the viscosity of the resin may be increased, so that the diameter of the carbon fiber-polymer composite filament may be reduced than a prescribed value, and surface discoloration may occur.

아울러 상기 (c) 단계는 2~10개의 온도구간을 가질 수 있다. 상기 (c) 단계가 일정온도에서 수행되는 경우 필라멘트의 내부와 외부의 온도차이가 발생하여 열가소성 수지의 압출시 표면에 불균일이 발생될 수 있다. 따라서 압출기 2~10단계의 온도구간을 이용하여 일정한 온도로 가열되도록 하는 것이 바람직하다. 이때 상기 온도구간은 230~310℃의 온도를 가질 수 있으며 바람직하게는 260~280℃의 온도를 가질 수 있다. 또한 상기 온도구간은 260℃의 온도로 시작하여 5~10℃씩 상승하여 280℃의 최고온도구간에 도달하며, 이후 5~10℃씩 하강하여 260℃에 도달하는 것이 가장 바람직하다.In addition, the step (c) may have a temperature range of 2 to 10. When the step (c) is performed at a constant temperature, a temperature difference between the inside and the outside of the filament may occur, so that the surface may be uneven when the thermoplastic resin is extruded. Therefore, it is preferable to use a temperature section of the extruder 2 to 10 to be heated to a constant temperature. At this time, the temperature section may have a temperature of 230 ~ 310 ℃ and preferably may have a temperature of 260 ~ 280 ℃. In addition, the temperature section starts with a temperature of 260 ℃ to rise by 5 ~ 10 ℃ by each reaches the highest temperature section of 280 ℃, then it is most preferred to reach 260 ℃ by falling by 5 ~ 10 ℃ by.

상기 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재는 상기 열가소성 수지 95 내지 99.99 중량부에 상기 탄소섬유 0.01 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 탄소섬유 0.07 내지 0.1중량부 일 수 있다. 상기 열가소성 수지 및 탄소섬유의 사용 범위를 초과하거나 미만일 경우, 상기 고분자 복합재를 압출시 탄소섬유가 묻어나오거나 기계적 물성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 상기 탄소섬유는 필라멘트 단위 길이(1cm)당 1000~7000가닥, 바람직하게는 2000~4000가닥이 포함되는 것이 바람직하다. 1000가닥 미만으로 포함되는 경우 탄소섬유에 의한 물성개선을 기대할 수 없으며, 7000가닥을 초과하여 포함되는 경우 필라멘트가 섬유의 표면으로 노출되거나, 전성, 연성이 떨어질 수 있다.The polymer composite material for the molten laminated 3D printer may include 0.01 to 5 parts by weight of the carbon fibers in 95 to 99.99 parts by weight of the thermoplastic resin, and more preferably 0.07 to 0.1 parts by weight of the carbon fibers. When the use range of the thermoplastic resin and the carbon fiber exceeds or falls below, a problem may occur in that the carbon fiber is buried or mechanical properties are reduced when the polymer composite is extruded. In addition, the carbon fiber is preferably 1000 to 7000 strands, preferably 2000 to 4000 strands per filament unit length (1 cm). If it is included less than 1000 strands can not be expected to improve the physical properties of the carbon fiber, if it contains more than 7000 strands, the filament may be exposed to the surface of the fiber, or the malleability, ductility may be reduced.

상기 열가소성 수지는 가열하면 물러졌다가 냉각하면 다시 굳어지는 폴리에틸렌이나 폴리염화비닐과 같은 중합체를 의미한다. 이러한 물질은 가열에 의하여 여러 가지 형태로 모양을 바꿀 수 있다. 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하면 형태를 변형시킬 수 있어 압출성형 또는 사출성형에 의해 능률적으로 가공할 수 있다. 열가소성 수지에는 결정성 열가소성수지와 비결정성 열가소성수지가 있는데, 결정성 열가소성 수지에는 폴리에틸렌, 나일론, 폴리아세탈수지 등이 포함되고 유백색이다. 비결정성 열가소성 수지에는 염화비닐 수지, 폴리스타이렌, ABS(Acrylonitrile Butadien Styrene)수지, 아크릴수지 등의 투명한 것이 많다.The thermoplastic resin refers to a polymer, such as polyethylene or polyvinyl chloride, which is stepped down when heated and then hardened again when cooled. These materials can be reshaped in various forms by heating. After forming by applying heat, it is possible to change the shape by applying heat again, which can be efficiently processed by extrusion molding or injection molding. Thermoplastic resins include crystalline thermoplastic resins and amorphous thermoplastic resins. The crystalline thermoplastic resins include polyethylene, nylon, polyacetal resin, and the like, and are milky white. There are many transparent thermoplastic resins such as vinyl chloride resin, polystyrene, ABS (Acrylonitrile Butadien Styrene) resin and acrylic resin.

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 고분자복합재 제조 방법에서 상기 열가소성 수지는 폴리 락트산(Poly lactic Acid, PLA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 스티렌(Styrene), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리카보네이트(PC)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. PLA(Poly lactic Acid)는 유산이라고 하는 생체 내 등에 존재하는 저분자량 화합물(모노머)의 중합체로 천연에는 존재하지 않는다. 일반적으로 물에 의해 가수분해돼 저분자화한 후 미생물에 의하여 분해된다고 알려져있다.In the method of manufacturing a polymer composite material for a 3D printer according to an embodiment of the present invention, the thermoplastic resin is polylactic acid (PLA), acrylonitrile butadiene styrene (Arylonitrile Butadien Styrene, ABS), high density polyethylene (HDPE), low density It may include one or more selected from the group consisting of polyethylene (LDPE), styrene (Styrene), polypropylene (PP), and polycarbonate (PC). PLA (Poly lactic Acid) is a polymer of low molecular weight compounds (monomers) present in the living body called lactic acid and does not exist in nature. In general, it is known to be hydrolyzed by water, low molecular weight, and then degraded by microorganisms.

즉, PLA의 가장 큰 장점은 일반 플라스틱, 합성섬유와 달리 땅에서 분해될 수 있다. 때문에 최근 들어 플라스틱 요기 대체 소재로 각광받고 있다. 3D 프린트 원료 분야에서는 PLA 원료는 녹은 뒤 다시 식어서 다시 굳는 시간이 오래걸려 수축이 거의 일어나지 않는 장점이 있다. ABS(Acrylonitrile Butadien Styrene)는 비결정성의 스틸렌계 열가소성 수지로, 내충격성, 강성, 유동성 등이 뛰어나며, 치수안정성, 성형가공성, 내약품성 등의 제반특성도 매우 뛰어나다. In other words, PLA's biggest advantage is that it can be degraded in the ground, unlike ordinary plastics and synthetic fibers. Recently, it has been spotlighted as a substitute for plastic yogi. In the field of 3D printing raw materials, PLA raw materials have a merit that hardly shrinks and then cools again, so that shrinkage hardly occurs. ABS (Acrylonitrile Butadien Styrene) is an amorphous styrene-based thermoplastic resin, and has excellent impact resistance, rigidity, fluidity, and other characteristics such as dimensional stability, molding processability, and chemical resistance.

상기 탄소섬유는 10 내지 1,000nm 두께의 강화 계면상을 가지는 것이 바람직하며, 상기 탄소섬유 100 중량부에 계면재료 0.5 내지 30 중량부를 포함하여 상기 강화 계면상을 형성하는 것이 바람직하다.The carbon fiber preferably has a reinforcing interfacial phase having a thickness of 10 to 1,000 nm, and it is preferable to form the reinforcing interfacial phase by including 0.5 to 30 parts by weight of an interfacial material in 100 parts by weight of the carbon fiber.

상기 계면재료가 0.5 중량부를 미만일 경우, 강화 계면상의 형성이 어려우며, 30 중량부를 초과할 경우, 강화 계면상의 두께가 1,000nm를 초과할 수 있다.If the interfacial material is less than 0.5 parts by weight, it is difficult to form the reinforced interface phase, and if it exceeds 30 parts by weight, the thickness of the reinforced interface phase may exceed 1,000 nm.

상기 강화 계면상의 두께가 10nm 미만일 경우, 고분자 복합재의 기계적 물성이 감소하며, 상기 강화 계면상의 두께가 1,000nm를 초과할 경우, 상기 탄소섬유와 열가소성 수지의 혼합이 잘 이루어지지 않을 수 있다.When the thickness of the reinforced interfacial phase is less than 10nm, the mechanical properties of the polymer composite is reduced, when the thickness of the reinforced interfacial phase exceeds 1,000nm, it may not be well mixed with the carbon fiber and the thermoplastic resin.

상기 계면 재료는 강인화제, 또는 이행제와 비상응성인 1개 이상의 성분을 함유하는 강인화제의 혼합물일 수 있다. 상기 강인화제는 엘라스토머, 분지 중합체, 초분지 중합체, 덴드리머, 고무상 중합체, 고무상 공중합체, 블록 공중합체, 코어-쉘 입자, 산화물 또는 무기 재료, 예를 들면 클레이, 다면체 올리고머실세스퀴옥산(POSS), 카본 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 섬유, 풀러렌과 같은 탄소질 재료, 세라믹 및 실리콘 카바이드를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.The interfacial material may be a toughening agent or a mixture of a toughening agent containing one or more components that are incompatible with the transition agent. The toughening agents may be elastomers, branched polymers, hyperbranched polymers, dendrimers, rubbery polymers, rubbery copolymers, block copolymers, core-shell particles, oxides or inorganic materials such as clays, polyhedral oligomericsilsesquioxanes ( POSS), carbon black, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbonaceous materials such as fullerene, ceramics and silicon carbide, but are not limited to these.

US 6894113(코트(Court) 외, Atofina, 2005)에 기재되어 있는 조성을 갖는 블록 공중합체의 예는 「Nanostrength(등록 상표)」SBM(폴리스티렌-폴리부타디엔-폴리메타크릴레이트) 및 MBM(폴리메타크릴레이트-폴리부틸아크릴레이트-폴리메타크릴레이트)를 포함하고, 양자 모두 Arkema에 의해 제조되고 있다. 다른 블록 공중합체는 Fortegra(등록 상표) 및 양친매성 블록 공중합체(Dow Chemical에 의한 US 7820760B2에 기재되어 있음)를 포함한다. 기지의 코어-쉘 입자의 예는, 코어-쉘(덴드리머) 입자[그 조성은 US 20100280151A1(응우옌(Nguyen) 외, 도레이 가부시키가이샤, 2010)에 기재되어 있고, 불포화 탄소-탄소 결합을 갖는 중합성 단량체로부터 중합된 코어 중합체에 아민 분지 중합체가 쉘로서 그래프트되어 있음]; 코어-쉘 고무상 입자[그 조성은 가부시키가이샤 가네카의 EP 1632533A1 및 EP 2123711A1에 기재되어 있고, 그러한 입자/에폭시 블렌드의 「KaneAce MX」 제품 계열은 그 입자가 중합성 단량체, 예를 들면 부타디엔, 스티렌, 다른 불포화 탄소-탄소 결합단량체, 또는 그들의 조합으로부터 중합된 중합체 코어, 및 에폭시와 상응성인 중합체 쉘, 일반적으로 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리글리시딜메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 또는 동등물 및 유사물을 가짐]; JSR 가부시키가이샤에 의해 제조되고 있는 카르복실화 폴리스티렌/폴리디비닐벤젠의 「JSR SX」 시리즈; 부타디엔알킬메타크릴레이트스티렌 공중합체인 「Kureha paraloid」 EXL-2655(가부시키가이샤 쿠레하에 의해 제조됨); 각각 아크릴레이트메타크릴레이트 공중합체인 「Stafiloid」 AC-3355 및 TR-2122(양자 모두 다케다 야쿠힌코교 가부시키가이샤에 의해 제조됨); 각각 부틸아크릴레이트메틸메타크릴레이트 공중합체인 「PARALOID」 EXL-2611 및 EXL-3387(양자 모두 Rohm & Haas에 의해 제조됨)을 포함한다. 기지의 산화물 입자의 예는, nanoresins AG에 의해 제조되고 있는 Nanopox(등록 상표)를 포함한다. 이는 관능화 나노실리카 입자와 에폭시의 마스터 블렌드(master blend)이다.Examples of block copolymers having a composition described in US Pat. No. 6,494,113 (Court et al., Atofina, 2005) include "Nanostrength" SBM (polystyrene-polybutadiene-polymethacrylate) and MBM (polymethacryl). Latex-polybutylacrylate-polymethacrylate), both of which are manufactured by Arkema. Other block copolymers include Fortegra® and amphipathic block copolymers (described in US 7820760B2 by Dow Chemical). Examples of known core-shell particles include core-shell (dendrimer) particles (the composition of which is described in US 20100280151A1 (Nguyen et al., Toray, Inc., 2010), having unsaturated carbon-carbon bonds). The amine branched polymer is grafted as a shell to the core polymer polymerized from the polymerizable monomer; Core-shell rubbery particles [The composition is described in Kaneka's EP 1632533A1 and EP 2123711A1, and the KaneAce MX product family of such particles / epoxy blends is characterized in that the particles are polymerizable monomers, such as butadiene. , Polymer cores polymerized from styrene, other unsaturated carbon-carbon bond monomers, or combinations thereof, and polymer shells corresponding to epoxy, generally polymethylmethacrylate, polyglycidylmethacrylate, polyacrylonitrile or equivalent Water and the like]; "JSR SX" series of carboxylated polystyrene / polydivinylbenzene manufactured by JSR Corporation; "Kureha paraloid" EXL-2655 (manufactured by Kureha Co., Ltd.), which is a butadiene alkyl methacrylate styrene copolymer; "Stafiloid" AC-3355 and TR-2122, both of which are acrylate methacrylate copolymers (both manufactured by Takeda Yakuhin Kogyo Co., Ltd.); "PARALOID" EXL-2611 and EXL-3387 (both manufactured by Rohm & Haas), each of which is a butyl acrylate methyl methacrylate copolymer. Examples of known oxide particles include Nanopox (registered trademark) manufactured by nanoresins AG. This is a master blend of functionalized nanosilica particles and epoxy.

계면 재료로서 사용되는 강인화제는 가부시키가이샤 가네카에 의한 Kane Ace MX 제품 계열에서 찾을 수 있는 코어-쉘 입자(예를 들면, MX416, MX125, MX156); 또는 Kane Ace MX 재료와 유사한 쉘 조성 또는 표면 화학을 갖는 재료; 또는 피착체의 표면 화학에 상응성이 있는 표면 화학(이는 재료가 피착체 부근으로 이동하여, 벌크 접착성 조성물보다 높은 농도를 갖는 것을 가능하게 함)을 갖는 재료와 같은 고무상 재료일 수 있다. 이들 코어-쉘 입자는 일반적으로 25%의 전형적 첨가량에서 에폭시 베이스 재료에 충분히 분산되고, 피착체에 대한 고성능접합용 접착성 조성물에 바로 사용할 수 있다.Toughening agents used as interfacial materials include core-shell particles (eg, MX416, MX125, MX156) found in the Kane Ace MX product family by Kaneka, KK; Or materials having a shell composition or surface chemistry similar to Kane Ace MX materials; Or a rubbery material such as a material having a surface chemistry that corresponds to the surface chemistry of the adherend, which allows the material to move near the adherend and have a higher concentration than the bulk adhesive composition. These core-shell particles are generally sufficiently dispersed in the epoxy base material at typical addition amounts of 25% and can be used directly in adhesive compositions for high performance bonding to adherends.

계면 재료에 대한 이행제의 비율은 약 0.1 내지 약 30 또는 약 0.1 내지 약 20일 수 있다. 상기 이행제로는 폴리비닐포르말, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌술피드, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 페닐트리메틸인단 구조를 갖는 폴리이미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아라미드, 폴리에테르니트릴, 폴리벤즈이미다졸, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.The ratio of the transition agent to the interfacial material may be about 0.1 to about 30 or about 0.1 to about 20. Examples of the transition agent include polyvinyl formal, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, and phenyltrimethyl indane structure. Polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyetheretherketone, polyaramid, polyethernitrile, polybenzimidazole, derivatives thereof, and mixtures thereof may be used.

상기 강화 계면상은 펌프, 컨트롤 시스템, 공급 건(dosing gun) 어셈블리, 원격 공급 장치 및 도포 건을 사용하는 스월(swirl) 기술, 스티밍법(steaming) 등 기계적 적용법을 이용하거나, 핫 멜트법을 이용하여 상기 탄소섬유에 형성될 수 있다.The reinforcing interfacial phase may be applied by mechanical applications such as pumps, control systems, dosing gun assemblies, swirl techniques using remote feeders and applicator guns, steaming, or by hot melt methods. It may be formed on the carbon fiber.

상기 열가소성 수지와 상기 탄소섬유를 혼합시 혼합 스크류의 회전 속도는 15 내지 17 RPM일 수 있다. 상기 혼합 스크류의 회전 속도가 15 RPM 미만일 경우 고분자 복합재의 두께가 두꺼워져 프린팅시 막힘의 문제가 있을 수 있고, 17 RPM을 초과하는 경우 고분자 복합재의 두께가 얇아 프린터에 삽입되지 않는 문제가 있을 수 있다.When mixing the thermoplastic resin and the carbon fiber, the rotation speed of the mixing screw may be 15 to 17 RPM. If the rotation speed of the mixing screw is less than 15 RPM, the thickness of the polymer composite may be thickened, there may be a problem of clogging during printing, and if it exceeds 17 RPM, there may be a problem that the polymer composite is thin and not inserted into the printer. .

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

실시예 1Example 1

도 4의 장치를 이용하여 탄소섬유를 0.75A/㎡의 전류밀도하에서 0.3M의 탄산수소암모늄, 강인화제(가부시키가이샤 가네카에 의한 코어-쉘 입자, MX416) 및 이행제(폴리비닐포르말)의 혼합물에 90초간 침지한 다음, 증류수로 세척하고 건조하여 표면처리하여 강화계면상이 100nm인 탄소섬유를 제조하였다. Using the apparatus of FIG. 4, carbon fiber was subjected to 0.3 M ammonium bicarbonate, a toughening agent (core-shell particles by Kaneka, MX416) and a transition agent (polyvinyl formal) at a current density of 0.75 A / m 2. After soaking for 90 seconds in a mixture of), washed with distilled water, dried and surface-treated to prepare a carbon fiber having a reinforced interface of 100nm.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서 전류밀도를 1.52A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 was conducted except that the current density was 1.52 A / m 2.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서 전류밀도를 2.27A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 except that the current density was 2.27 A / m 2.

실시예 4Example 4

상기 실시예 1에서 전류밀도를 3.03A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same procedure was followed as in Example 1 except that the current density was 3.03 A / m 2.

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에서 전류밀도를 3.79A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 except that the current density was 3.79 A / m 2.

실시예 6Example 6

상기 실시예 1에서 전류밀도를 4.55A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 except that the current density was 4.55 A / m 2.

실시예 7Example 7

상기 실시예 1에서 전류밀도를 5.31A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 except that the current density was 5.31 A / m 2.

실시예 8Example 8

상기 실시예 1에서 전류밀도를 6.07A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 except that the current density was set to 6.07 A / m 2.

실시예 9Example 9

상기 실시예 1에서 전류밀도를 6.82A/㎡로 한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was conducted except that the current density was set to 6.82 A / m 2.

실험예 1Experimental Example 1

상기 실시예 1~9에서 제조된 탄소섬유의 표면을 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 도 5에 나타난 바와 같이, 전류밀도가 증가할수록 탄소섬유의 표면식각으로 인하여 거칠기가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.The surface of the carbon fiber prepared in Examples 1 to 9 was observed using an electron microscope. As shown in Figure 5, it was confirmed that the roughness decreases due to the surface etching of the carbon fiber as the current density increases.

또한 상기 실시예 1~9에서 제조된 탄소섬유의 FT-IR분석결과 도 6에 나타난 바와 같이, 3500㎝-1, 1720㎝-1, 1082㎝-1의 피크치가 전류밀도가 높아짐에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 전류밀도가 증가하는 경우 산소관능기의 피크가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, FT-IR analysis results of the carbon fibers prepared in Examples 1 to 9, as shown in Figure 6, the peak value of 3500cm-1, 1720cm-1, 1082cm-1 is increased with increasing current density I could confirm that. Therefore, when the current density increases, it was confirmed that the peak of the oxygen functional group increased.

실시예 10Example 10

도 7의 장치를 이용하여 상기 실시예 1의 탄소섬유 0.075중량부와 ABS99.925중량부를 하기의 표1에 나타난 온도구간으로 설정된 압출장비(도 8)에 공급하여 복합재 필라멘트를 제조하였다.The composite filament was manufactured by supplying 0.075 parts by weight of carbon fiber of Example 1 and 99.925 parts by weight of the fiber of Example 1 to the extrusion equipment (Fig. 8) set to the temperature section shown in Table 1 below.

구간section 1One 22 33 44 55 66 온도(℃)Temperature (℃) 260260 270270 280280 280280 275275 260260

실시예 11Example 11

상기 실시예 10에서 실시예 1의 탄소섬유 대신 실시예 4의 탄소섬유를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.Except for using the carbon fiber of Example 4 instead of the carbon fiber of Example 1 in Example 10 was carried out in the same manner.

실시예 12Example 12

상기 실시예 10에서 실시예 1의 탄소섬유 대신 실시예 7의 탄소섬유를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.Except for using the carbon fiber of Example 7 instead of the carbon fiber of Example 1 in Example 10 was carried out in the same manner.

실시예 13Example 13

상기 실시예 10에서 실시예 1의 탄소섬유 대신 실시예 9의 탄소섬유를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.Except for using the carbon fiber of Example 9 instead of the carbon fiber of Example 1 in Example 10 was carried out in the same manner.

실시예 14Example 14

상기 실시예 13에서 ABS 대신 PLA를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.Except for using PLA instead of ABS in Example 13 it was carried out in the same manner.

비교예 Comparative example

비교예로는 현재 3D 프린터용 고분자 복합재의 세계 최고 수준인 미국의 Stratasys 사의 제품을 이용하였다.As a comparative example, Stratasys Inc., the world's highest level of polymer composite materials for 3D printers, was used.

실험예 2Experimental Example 2

본 발명에 의한 고분자 복합제의 기계적 물성을 평가하기 위해, 상기 실시예 10과 비교예의 고분자 복합재로 FDM 3D 프린터를 이용하여 인장시편(ASTM D 638) 및 굴곡시편(ASTM D 790)을 제작하여 인장강도, 인장탄성률, 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 실험한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In order to evaluate the mechanical properties of the polymer composite according to the present invention, the tensile strength (ASTM D 638) and flexural specimen (ASTM D 790) by using a FDM 3D printer with the polymer composite of Example 10 and Comparative Example to prepare a tensile strength , Experimental results for tensile modulus, flexural strength and flexural modulus are shown in Table 2 below.

평가항목Evaluation item 비교예Comparative example 실시예 10Example 10 실시예 11Example 11 실시예 12Example 12 실시예 13Example 13 실시예 14Example 14 평가방법Assessment Methods 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 3232 3838 3838 4040 4141 4242 ASTM D 638ASTM D 638 인장탄성률(GPa)Tensile Modulus (GPa) 2.22.2 2.42.4 2.52.5 2.72.7 2.82.8 2.72.7 ASTM D 638ASTM D 638 굴곡강도(MPa)Flexural Strength (MPa) 6060 7070 7474 7676 7878 7777 ASTM D 790ASTM D 790 굴곡탄성률(GPa)Flexural Modulus (GPa) 2.02.0 2.52.5 2.62.6 2.62.6 2.62.6 2.52.5 ASTM D 790ASTM D 790

상기 표 2를 참조하면, 비교예에 비해 실시예 13 및 실시예 14의 인장강도, 인장탄성률, 굴곡강도 및 굴곡탄성률이 더욱 우수한 것을 알 수 있었다. 표면처리시 전류밀도가 낮은 실시예 10~12의 경우, 기존의 비교예에 비하여 인장강도, 인장탄성률, 굴곡강도 및 굴곡탄성률이 높아지기는 하였지만, 최적의 실시예인 실시예 13에 비하여 낮은 것으로 나타났다. 이는 표면처리시 전류밀도가 높아질수록 탄소섬유의 산소관능기가 증가하며, 산소관능기의 숫자에 따라 열가소성 수지와 결합력이 높아지므로, 복합제의 인장강도, 인장탄성률, 굴곡강도 및 굴곡탄성률이 높아지기 때문으로 판단된다.Referring to Table 2, it was found that the tensile strength, tensile modulus, flexural strength and flexural modulus of Examples 13 and 14 were more excellent than those of Comparative Examples. In Examples 10-12 having a low current density during surface treatment, tensile strength, tensile modulus, flexural strength, and flexural modulus were higher than those of the conventional comparative example, but were lower than those of Example 13, which is an optimal example. This is because the oxygen functional group of the carbon fiber increases as the current density increases during the surface treatment, and the bonding strength with the thermoplastic resin increases according to the number of oxygen functional groups. do.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail specific parts of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that these specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. will be. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

1 : 탄소섬유
2 : 계면재료
3 : 계면재료의 한 층
4 : 계면상
5 : 탄소섬유 보빈(Bobbin)
6 : 전처리제 욕조
7 : 세척조
8 : 건조 제어장치
9 : 탄소섬유 회수기
10 : 와인더
11 : 노즐
12 : 탄소섬유
13 : 수지 공급부
a~f : 온도구간
1: carbon fiber
2: interfacial material
3: one layer of interfacial material
4: interphase
5: carbon fiber bobbin
6: pretreatment bath
7: washing tank
8: drying control device
9: carbon fiber recovery machine
10: winder
11: nozzle
12: carbon fiber
13: resin supply unit
a ~ f: Temperature range

Claims (9)

(a) 탄소섬유를 전처리제로서 탄산수소암모늄(NH4HCO3) 또는 탄산암모늄((NH4)2CO3)에 침지하는 단계;
(b) 상기 전처리된 탄소섬유를 건조하는 단계; 및
(c) 건조된 탄소섬유와 열가소성 수지를 혼합하는 단계;
를 포함하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법에 있어서,
상기 (a)단계는 5.31~6.82A/㎡의 전류밀도 하에서 90초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법.
(a) immersing the carbon fiber in ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3) or ammonium carbonate ((NH 4) 2 CO 3) as a pretreatment agent;
(b) drying the pretreated carbon fibers; And
(c) mixing the dried carbon fibers with the thermoplastic resin;
In the polymer composite manufacturing method for a molten laminated 3D printer using a carbon fiber comprising a,
The step (a) is a polymer composite manufacturing method for a molten laminated 3D printer using carbon fibers, characterized in that performed for 90 seconds under a current density of 5.31 ~ 6.82 A / ㎡.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 230~310℃에서 수행되며, 2~10개의 온도구간을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법.
The method of claim 1,
The step (c) is carried out at 230 ~ 310 ℃, the method for producing a polymer composite for molten laminated 3D printer using carbon fibers, characterized in that having a temperature range of 2 to 10.
제1항에 있어서,
상기 고분자 복합재는
열가소성 수지 95 내지 99.99 중량부; 및
탄소섬유는 0.01 내지 5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer composite is
95 to 99.99 parts by weight of the thermoplastic resin; And
Carbon fiber is 0.01 to 5 parts by weight; Method for producing a polymer composite for molten laminated 3D printer using the carbon fiber comprising a.
제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리 락트산(Poly lactic Acid, PLA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 스티렌(Styrene), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리카보네이트(PC)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법.
The method of claim 1,
The thermoplastic resin is polylactic acid (PLA), acrylonitrile butadien styrene (ABS), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), styrene (Styrene), polypropylene (PP), And polycarbonate (PC). 1. A method for manufacturing a polymer composite for a molten laminated 3D printer using carbon fibers, characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of polycarbonate (PC).
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유는 10 내지 1,000nm 두께의 강화 계면상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법.
The method of claim 1,
The carbon fiber is a polymer composite manufacturing method for a molten laminated 3D printer using a carbon fiber, characterized in that having a reinforced interfacial phase of 10 to 1,000nm thickness.
제7항에 있어서,
상기 탄소섬유 100 중량부에 계면재료 0.5 내지 30 중량부를 포함하여 상기 강화 계면상을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Method for producing a polymer composite for a molten laminated 3D printer using carbon fibers, characterized in that to form the reinforced interfacial phase comprising 0.5 to 30 parts by weight of the interface material in 100 parts by weight of the carbon fiber.
제8항에 있어서,
상기 계면재료는 블록 공중합체, 분지 중합체, 초분지 중합체, 덴드리머, 경질 코어-연질 쉘 입자, 연질 코어-경질 쉘 입자, 금속, 산화물, 탄소질 재료, 중합체 그래프트 무기 재료, 유기-관능화 무기 재료, 중합체 그래프트 탄소질 재료, 유기-관능화 탄소질 재료, 고무상 공중합체 및 코어-쉘 고무 입자 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 용융적층 3D프린터용 고분자 복합재 제조방법.
The method of claim 8,
The interfacial materials include block copolymers, branched polymers, hyperbranched polymers, dendrimers, hard core-soft shell particles, soft core-hard shell particles, metals, oxides, carbonaceous materials, polymeric graft inorganic materials, organic-functionalized inorganic materials , Polymeric graft carbonaceous material, organic-functionalized carbonaceous material, rubber-like copolymer and core-shell rubber particles, characterized in that it comprises at least one or more of the composite material for the molten laminated 3D printer using a carbon fiber .
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