KR102100953B1 - A method of preparing thermoplastic prepreg - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유의 와인딩 공정을 이용하는 열가소성 프리프레그의 제조방법에 있어서, (A) 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 와인더에 공급하는 단계; (B) 상기 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 합사 및 스프레딩하는 단계; 및 (C) 상기 합사 및 스프레딩된 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유 복합체를 전압이 인가된 2개 이상의 전도성 구조체에 통과시켜 전기 전도성 강화재 섬유에 열가소성 수지 섬유를 함침시키는 단계를 포함하는 열가소성 프리프레그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention provides a method for manufacturing a thermoplastic prepreg using a winding process of fibers, comprising: (A) supplying electrically conductive reinforcing material fibers and thermoplastic resin fibers to a winder; (B) plying and spreading the electrically conductive reinforcement fiber and the thermoplastic resin fiber; And (C) impregnating the thermoplastic resin fiber with the electrically conductive reinforcing material fiber by passing the plyed and spreaded electrically conductive reinforcing material fiber and the thermoplastic resin fiber composite through two or more conductive structures to which voltage is applied. It relates to a manufacturing method.

Description

열가소성 프리프레그의 제조방법{A method of preparing thermoplastic prepreg}A method of preparing thermoplastic prepreg

본 발명은 열가소성 프리프레그의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 섬유의 와인딩 공정 중에 전기 전도성 강화재 섬유의 저항 발열을 이용하여, 열가소성 섬유를 함침시키는 열가소성 프리프레그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a thermoplastic prepreg, and specifically, to a method of manufacturing a thermoplastic prepreg to impregnate a thermoplastic fiber by using resistance heating of an electrically conductive reinforcement fiber during the winding process of the fiber.

프리프레그는 섬유 강화 복합재를 만들기 위한 1차 가공재에 해당하는 것으로서, 프리프레그의 제조는 열가소성 또는 열경화성 수지를 용액화하거나 칩상 또는 필름상 수지를 용융하여 강화재 섬유에 함침하는 방법이 이용되고 있다. The prepreg corresponds to a primary processing material for making a fiber-reinforced composite material, and the production of the prepreg is a method of impregnating the fiber with a thermosetting resin or impregnating the fiber with a chip-like or film-like resin by impregnating the fiber.

용액 함침법은 사용되는 용매의 휘발에 따라 작업자뿐만 아니라 환경적으로도 유해하고, 건조 시간이 필요하며, 용액의 흘러내림으로 인한 불균일성이 발생할 우려가 있다. 또한 최종 제품의 물성에 영향을 주는 수지 함침량의 계산이 어려운 단점이 있다. 열가소성 수지의 경우에는 용해 가능한 용매로 위험성이 큰 물질을 사용하게 되어 이용에 어려움이 있다. The solution impregnation method is harmful not only to the worker but also to the environment according to the volatilization of the solvent used, requires drying time, and may cause unevenness due to the flow of the solution. In addition, there is a disadvantage that it is difficult to calculate the amount of resin impregnation affecting the physical properties of the final product. In the case of a thermoplastic resin, it is difficult to use it because a high-risk material is used as a soluble solvent.

용융 함침법은 가장 많이 사용되는 방법으로서, 용액수지의 용융을 위해 별도의 열을 가해야 하므로 가열 장비가 필요하다. 주로 적외선, 열풍, 히팅롤러에 의해 열을 가하여 열의 전달율이 낮고 열을 가하는 구간도 많아서 에너지 소비가 크며, 수지의 탄화, 열분해를 일으킬 우려가 있다. 또한 필름상 또는 칩상 수지들은 강화재 섬유 표면으로 공급되는데 용융된 상태의 수지의 점도가 높아서 강화재 섬유 내부로의 수지 침투가 어렵다. 따라서, 추후 제품의 불량 원인으로 되는 공기 방울 등이 자주 발생하는 단점이 있다. The melting impregnation method is the most commonly used method, and heating equipment is required because a separate heat must be applied to melt the solution resin. The heat transfer rate is low by applying heat mainly by infrared rays, hot air, and heating rollers, and there are many sections where heat is applied, resulting in high energy consumption, and may cause carbonization and thermal decomposition of the resin. In addition, the film-like or chip-shaped resins are supplied to the surface of the reinforcing material fiber, but the viscosity of the resin in the molten state is high, and thus it is difficult to penetrate the resin into the reinforcing material fiber. Therefore, there is a disadvantage in that air bubbles, etc., which are the cause of defective products, are frequently generated later.

이에 공기 방울 등이 발생하지 않고 균일하게 함침되도록, 다양한 용융 함침법의 개선된 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 용융된 수지의 점도를 낮추기 위하여 이물질을 혼입하는 방법, 저분자량의 물질에 열을 가하면서 최종으로 수지를 중합하는 방법, 높은 압력을 이용하여 강화재 섬유 내로 침투시키는 방법 등이 있다. Accordingly, an improved method of various melt impregnation methods has been proposed to uniformly impregnate air bubbles and the like. For example, there is a method of mixing foreign substances to lower the viscosity of the molten resin, a method of finally polymerizing the resin while applying heat to a low molecular weight substance, a method of infiltrating into the reinforcing fiber using high pressure, and the like.

그러나 여전히 보다 균일하면서도 용이하게 수지를 함침할 수 있는 프리프레그의 제조방법에 대한 개발은 요구되고 있는 실정이다.However, there is still a need to develop a method for manufacturing a prepreg that can be impregnated with resin more uniformly and easily.

이에 본 발명은 금속이나 기존의 엔지니어링 플라스틱을 대체할 섬유복합재를 제조함에 있어, 중간재인 프리프레그를 매우 간단하게 또는 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하려고 한다. 특히 수지가 균일하게 함침될 수 있어 우수한 물성을 가지는 프리프레그의 제조방법을 제공하려고 한다.Accordingly, the present invention is intended to provide a method of manufacturing a prepreg, which is an intermediate material, very simply or easily in manufacturing a fiber composite material to replace a metal or an existing engineering plastic. In particular, it is intended to provide a method for producing a prepreg having excellent physical properties because the resin can be impregnated uniformly.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 섬유의 와인딩 공정을 이용하는 열가소성 프리프레그의 제조방법으로서, (A) 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 와인더에 공급하는 단계; (B) 상기 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 합사 및 스프레딩하는 단계; 및 (C) 상기 합사 및 스프레딩된 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유 복합체를 전압이 인가된 2개 이상의 전도성 구조체에 통과시켜 전기 전도성 강화재 섬유에 열가소성 수지 섬유를 함침시키는 단계를 포함하는 열가소성 프리프레그의 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a method of manufacturing a thermoplastic prepreg using a winding process of fibers, (A) supplying an electrically conductive reinforcement fiber and a thermoplastic resin fiber to the winder; (B) plying and spreading the electrically conductive reinforcement fiber and the thermoplastic resin fiber; And (C) impregnating the thermoplastic resin fiber with the electrically conductive reinforcing material fiber by passing the plyed and spreaded electrically conductive reinforcing material fiber and the thermoplastic resin fiber composite through two or more conductive structures to which voltage is applied. It provides a method of manufacturing.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 전기 전도성 강화재 섬유는 탄소 섬유가 될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the electrically conductive reinforcement fiber may be carbon fiber.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 전기 전도성 강화재 섬유는 전도성 성분을 포함하는 아라미드 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유, PET 섬유, 셀룰로이드 섬유 및 마 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 섬유가 될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the electrically conductive reinforcing material fiber is made of aramid fiber, glass fiber, polyester fiber, polypropylene fiber, polyethylene fiber, nylon fiber, PET fiber, celluloid fiber and hemp fiber containing a conductive component. It can be a fiber selected from the group.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 전도성 성분은 금, 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 주석, 폴리아닐린, 폴리피롤, 피닷(PEDOT), 카본나노튜브(CNT), 카본 블랙 및 그래파이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the conductive component is in the group consisting of gold, silver, nickel, copper, aluminum, tin, polyaniline, polypyrrole, fidot (PEDOT), carbon nanotube (CNT), carbon black and graphite. It may be one or more selected.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 열가소성 섬유는 폴리프로필렌, 폴리페닐설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 나일론, 아라미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리우레탄(PU)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 수지로 이루어진 섬유가 될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the thermoplastic fiber is polypropylene, polyphenylsulfone, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), nylon, aramid, polyethylene terephthalate (PET), It may be a fiber made of at least one resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA) and polyurethane (PU).

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 섬유의 합사는 상기 섬유들이 롤러 또는 가이드 구조체를 따라서 진행하는 방향이 전환될 때 걸리는 압축힘으로 인해 이루어지는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the yarns of the electrically conductive reinforcing material fibers and the thermoplastic fibers are characterized in that they are made due to the compressive force applied when the direction in which the fibers travel along the roller or guide structure is switched.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 섬유는 토우(Tow) 또는 스프레드 얀 형태인 것이 바람직하다. According to another embodiment of the present invention, the electrically conductive reinforcing material fibers and the thermoplastic fibers are preferably in the form of a tow or spread yarn.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 구조체 통과 시에 상기 복합체에는 50~400℃의 열이 발생할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, when the conductive structure passes, heat of 50 to 400 ° C may be generated in the composite.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 (A) 단계, (B) 단계 및 (C) 단계를 포함하는 열가소성 프리프레그의 제조 공정은 1~20회 반복 실시될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the manufacturing process of the thermoplastic prepreg comprising steps (A), (B) and (C) according to the present invention may be repeated 1-20 times.

본 발명은 또한 본 발명의 프리프레그의 제조방법에 따라 제조되어, 열가소성 수지가 균일하게 함침된 열가소성 프리프레그를 제공한다. The present invention also provides a thermoplastic prepreg, which is prepared according to the method of manufacturing the prepreg of the present invention, in which a thermoplastic resin is impregnated uniformly.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 열가소성 프리프레그는 전기 전도성 강화재 섬유와 열가소성 수지 섬유가 부피 기준으로 5~90% 범위로 함침되어 있을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thermoplastic prepreg may be impregnated with an electrically conductive reinforcing material fiber and a thermoplastic resin fiber in a range of 5 to 90% by volume.

본 발명에 따르면, 금속이나 기존의 엔지니어링 플라스틱을 대체할 섬유복합재의 제조 시 중간재로 사용되는 열가소성 프리프레그를 매우 용이하게 우수한 물성을 가지도록 제조할 수 있다. 따라서 기존의 열경화성 프리프레그를 사용하여 복합재를 만들 경우보다 작업 시간을 단축할 수 있고, 환경 및 에너지 면에서도 유리한 장점을 가진다.According to the present invention, a thermoplastic prepreg used as an intermediate material in the manufacture of a fiber composite material to replace a metal or an existing engineering plastic can be manufactured to have excellent physical properties very easily. Therefore, it is possible to shorten the working time than to make a composite material using the existing thermosetting prepreg, and has an advantage in terms of environment and energy.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 프리프레그의 제조 공정을 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합사 및 스프레딩 과정을 상세하게 나타낸 도면이다. 1 is a process diagram showing a manufacturing process of a thermoplastic prepreg according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing in detail the process of plying and spreading according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 섬유 형태의 수지(이하, '수지 섬유'로 기재함)와 강화재 섬유를 합사하는 방식을 이용하는 프리프레그의 제조방법에 관한 것으로서, 이 방법에 따르면 강화재 섬유의 방향성과 수지 섬유의 방향성을 일치시켜 보다 높은 균일성을 확보할 수 있다. The present invention relates to a method for manufacturing a prepreg using a method of combining a fiber-type resin (hereinafter referred to as 'resin fiber') and a reinforcing material fiber. By matching, higher uniformity can be ensured.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. In describing the present invention, detailed descriptions of related known functions or configurations will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 프리프레그의 제조방법은 섬유의 와인딩 공정을 이용한다. 섬유를 와인딩하는 공정은 섬유를 실로서 연사하기 전에 장력을 조절하기 위한 공정이나, 본 발명은 이 공정을 이용하여 매우 용이하게 수지 섬유가 강화재 섬유 내부에 균일하게 함침된 열가소성 프리프레그를 제조할 수 있다.1 is a view showing a prepreg manufacturing process according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the prepreg manufacturing method of the present invention uses a fiber winding process. The process of winding the fiber is a process for adjusting the tension before twisting the fiber as a yarn, but the present invention can very easily produce a thermoplastic prepreg in which the resin fiber is uniformly impregnated inside the reinforcement fiber using this process. have.

본 발명에 따른 섬유의 와인딩 공정을 이용하는 열가소성 프리프레그의 제조방법은 (A) 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 와인더에 공급하는 단계; (B) 상기 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 합사 및 스프레딩하는 단계; 및 (C) 상기 합사 및 스프레딩된 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유 복합체를 전압이 인가된 2개 이상의 전도성 구조체에 통과시켜 전기 전도성 강화재 섬유에 열가소성 수지 섬유를 함침시키는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a thermoplastic prepreg using the winding process of the fiber according to the present invention comprises the steps of: (A) supplying an electrically conductive reinforcing material fiber and a thermoplastic resin fiber to a winder; (B) plying and spreading the electrically conductive reinforcement fiber and the thermoplastic resin fiber; And (C) impregnating the electrically conductive reinforcement fiber with the thermoplastic resin fiber by passing the plyed and spread electrical conductive reinforcement fiber and the thermoplastic resin fiber composite through two or more conductive structures to which voltage is applied.

먼저 (A) 단계는 전기 전도성 강화재 섬유(11)와 열가소성 수지 섬유(12)를 각각 와인더에 공급하는 공정 단계이다. First, step (A) is a process step of supplying the electrically conductive reinforcement fiber 11 and the thermoplastic resin fiber 12 to the winder, respectively.

전기 전도성 강화재 섬유(11)와 열가소성 수지 섬유(12)는 각각 스프레드 얀 또는 토우(Tow) 형태로 제공될 수 있으며, 바람직하게는 스프레드 얀 형태로 제공될 수 있다. 스프레드 얀은 일반적으로 탄소 섬유를 이용한 섬유 복합재를 제조할 때 사용되는 형태이다. 직물이나 편물의 경우에는, 섬유간 굴곡이 생기고 이러한 굴곡이 힘의 집중을 일으켜 파단(breaking)이 쉽게 되거나, 굴곡부가 인장에 의해서 직선화됨에 따라 초기 탄성 모듈러스가 감소하는 단점을 가지기 때문에, 스프레드 얀 형태가 섬유 복합재 제조시 널리 이용되고 있다.The electrically conductive reinforcing material fibers 11 and the thermoplastic resin fibers 12 may be provided in the form of a spread yarn or a tow, respectively, and preferably in the form of a spread yarn. Spread yarn is a form commonly used when manufacturing fiber composites using carbon fibers. In the case of fabrics or knitted fabrics, inter-fiber flexion occurs, and this flexure causes concentration of the force, making it easier to break or the initial elastic modulus decreases as the bend is straightened by tension, thus forming a spread yarn. It is widely used in the manufacture of fiber composites.

이와 같은 스프레드 얀이나 토우를 구성하는 섬유상 가닥수를 조정하면, 매우 용이하게 수지 섬유의 함침량을 조절할 수 있다.If the number of the fibrous strands constituting such a spread yarn or tow is adjusted, the impregnation amount of the resin fiber can be adjusted very easily.

전기 전도성 강화재 섬유(11)로는 탄소 섬유와 같이 전기 전도도를 자체에 가지고 있는 섬유나, 또는 전기 전도성 성분을 포함하는 천연 또는 합성 섬유가 사용될 수 있다. 이와 같은 섬유는 전기적 저항을 가지게 되어, 후술하는 저항 발열이 일어나게 할 수 있다.As the electrically conductive reinforcing material fiber 11, a fiber having electrical conductivity in itself, such as carbon fiber, or a natural or synthetic fiber containing an electrically conductive component may be used. Such fibers have electrical resistance, and may cause resistance heating, which will be described later.

전도성 성분을 포함하는 천연 또는 합성 섬유로는 아라미드 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유, PET 섬유, 셀룰로이드 섬유 및 마 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 섬유가 될 수 있다. Natural or synthetic fibers containing a conductive component may be fibers selected from the group consisting of aramid fibers, glass fibers, polyester fibers, polypropylene fibers, polyethylene fibers, nylon fibers, PET fibers, celluloid fibers and hemp fibers. .

전도성 성분으로는 금, 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 주석과 같은 전도성 성분; 폴리아닐린, 폴리피롤, 피닷(PEDOT)과 같은 전도성 고분자; 및 카본나노튜브(CNT), 카본 블랙 및 그래파이트와 같은 탄소 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.Conductive components include conductive components such as gold, silver, nickel, copper, aluminum, and tin; Conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, and PEDOT; And carbon nanotubes (CNT), carbon black and one or more selected from the group consisting of carbon powder such as graphite may be used.

이러한 전도성 성분은 천연 또는 합성 섬유에 증착, 도금, 함침 등의 방법으로 포함될 수 있다. Such conductive components may be included in natural or synthetic fibers by methods such as deposition, plating, and impregnation.

열가소성 수지 섬유(12)는 폴리프로필렌, 폴리페닐설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 나일론, 아라미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리우레탄(PU)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 수지로 이루어진 섬유가 될 수 있다. 통상적으로 프리프레그의 제조시에는 열가소성 수지를 용액화하거나 용융화하여 함침시키게 되나, 본 발명에서는 섬유의 와인딩 공정을 이용하게 되어 자체 섬유상으로 프리프레그의 제조 공정에 제공된다. The thermoplastic resin fibers 12 are polypropylene, polyphenylsulfone, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), nylon, aramid, polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl alcohol (PVA) and It may be a fiber made of at least one resin selected from the group consisting of polyurethane (PU). Normally, the prepreg is impregnated by liquefying or melting a thermoplastic resin in the production of the prepreg, but in the present invention, the winding process of the fiber is used to provide the prepreg in its own fibrous form.

다음으로 (B) 단계는 전기 전도성 강화재 섬유(11) 및 열가소성 수지 섬유(12)를 합사 및 스프레딩하는 공정 단계로, 합사 및 스프레딩하는 단계는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 1회 이상을 거칠 수 있다. 합사는 강화재 섬유에 열가소성 수지 섬유가 균일하게 함침될 수 있도록, 서로 섞이게 하는 공정을 의미한다. Next, step (B) is a process step of plying and spreading the electrically conductive reinforcing material fiber 11 and the thermoplastic resin fiber 12, and the step of plying and spreading is at least once as shown in FIGS. 1 and 2. Can go through. Hollow fiber refers to a process in which thermoplastic resin fibers are uniformly impregnated into the reinforcing material fibers and mixed with each other.

전도성 강화재 섬유(11)를 ‘상’으로 열가소성 수지 섬유(12)를 ‘하’로 와인더 롤러에 공급하고, 와인더 롤러 B-1, B-2, C-1을 따라 진행하면서 섬유의 진행 방향(공정 방향)이 바뀜에 따라 장력(Tension)에 의한 압축 힘이 발생하게 되고, 이 힘에 의하여 두 섬유가 섞이게 된다. 1회~50회의 방향 전환을 통해 수지 섬유가 강화재 섬유 사이로 깊고, 더 균일하게 섞이게 할 수 있다. 방향 전환 횟수가 지나치게 많을 경우, 압축힘에 의한 섬유의 손상이 많아져 전체적인 물성 저하가 올 수 있다. Conductive reinforcing material fiber 11 is supplied to the winder roller as 'up' and thermoplastic resin fiber 12 as 'down', and the progress of the fiber proceeds along the winder rollers B-1, B-2, and C-1. As the direction (process direction) changes, a compressive force due to tension is generated, and the two fibers are mixed by this force. The resin fibers can be mixed deeply and more uniformly between the reinforcing material fibers by changing the direction from 1 to 50 times. When the number of turns is too large, the damage of the fiber due to the compressive force increases, and the overall physical property may deteriorate.

전기 전도성 강화재 섬유(11)와 열가소성 수지 섬유(12)가 동일 방향으로 섞임에 따라 공기방울 등의 불량 원인이 감소될 수 있다. As the electrically conductive reinforcing material fibers 11 and the thermoplastic resin fibers 12 are mixed in the same direction, the cause of defects such as air bubbles may be reduced.

다음으로, (C) 단계는 합사 및 스프레딩된 전기 전도성 강화재 섬유(11) 및 열가소성 수지 섬유(12)의 복합체를 전압이 인가된 2개 이상의 전도성 구조체에 통과시켜 전기 전도성 강화재 섬유에 열가소성 수지 섬유를 함침시키는 공정 단계이다. (C) 단계는 두 개 이상의 와인딩 롤러 사이에 전압을 인가하여 열가소성 수지 섬유(12)를 용융, 함침 및 고화시켜, 전기 전도성 강화재 섬유(11)에 고정화시키는 공정에 해당한다. Next, in step (C), the composite of the plied and spread electrically conductive reinforcement fiber 11 and the thermoplastic resin fiber 12 is passed through two or more conductive structures to which voltage is applied to the electrically conductive reinforcement fiber to form a thermoplastic resin fiber. It is a process step to impregnate. Step (C) corresponds to a process of fixing, impregnating, and solidifying the thermoplastic resin fiber 12 by applying a voltage between two or more winding rollers to the electrically conductive reinforcement fiber 11.

와인딩 롤러 C-1 및 C-2와 같은 전도성 구조체에 전압(13, 14)을 인가하면, 전기 전도성 강화재 섬유(11) 및 열가소성 수지 섬유(12)의 복합체 내의 전기 전도성 강화재 섬유(11)에는 열이 발생하게 된다. 전기 전도성 강화재 섬유(11)는 전기 저항을 가지고 있어, 와인딩 롤러 사이에 인가된 전압으로 인해, 전기 전도성 강화재 섬유(11)에 수 V~ 수만 V의 전류를 흐르게 할 수 있다. 이때, 전기 전도성 강화재 섬유(11)의 전기적 저항으로 인해 발열이 일어나게 된다. 열가소성 수지 섬유(12)의 용융점 이상으로 전기적으로 발열되게 하면, 합사 공정으로 전기 전도성 강화재 섬유(11)에 균일하게 분포되어 있던 열가소성 수지 섬유(12)가 녹아서 전기 전도성 강화재 섬유(11) 내로 함침이 되게 된다. 인가되는 전압은 1 ~ 100kV 이하가 바람직하다. 전압이 낮으면 열가소성 수지 섬유를 용융할 정도의 발열이 일어나기 힘들고, 100kV 이상으로 인가하면 과열로 인해 열가소성 수지의 탄화, 더 심해지면 화재가 발생할 수 있다. 또한, 발열 온도는 50~400℃ 정도가 바람직하다. 위 전압과 발열 온도는 사용된 열가소성 수지의 용융점 이상의 발열을 가능하게 하면서 또한 열가소성 수지의 탄화나 열분해가 일어나지 않는 범위에 해당한다.When voltages 13 and 14 are applied to conductive structures such as winding rollers C-1 and C-2, heat is applied to the electrically conductive reinforcement fibers 11 in the composite of the electrically conductive reinforcement fibers 11 and the thermoplastic resin fibers 12. This will happen. The electrically conductive reinforcing material fiber 11 has an electric resistance, so that a current of several V to tens of thousands of V can flow through the electrically conductive reinforcing material fiber 11 due to the voltage applied between the winding rollers. At this time, heat is generated due to the electrical resistance of the electrically conductive reinforcement fiber 11. When electrically heated above the melting point of the thermoplastic resin fiber 12, the thermoplastic resin fiber 12 uniformly distributed in the electrically conductive reinforcement fiber 11 is melted into the electrically conductive reinforcement fiber 11 by a plying process. Will be. The applied voltage is preferably 1 to 100 kV or less. If the voltage is low, it is difficult to generate heat enough to melt the thermoplastic resin fibers, and if it is applied at 100 kV or higher, carbonization of the thermoplastic resin due to overheating and, more severe, fire may occur. Further, the heating temperature is preferably about 50 to 400 ° C. The above voltage and exothermic temperature correspond to a range in which carbonization or thermal decomposition of the thermoplastic resin does not occur while enabling heating above the melting point of the thermoplastic resin used.

본 발명에 따른 전기적 발열은 기존의 발열 장비에 의한 발열 방식보다 빠르고, 신속하게 냉각시킬 수 있어, 탄화 및 열분해를 억제할 수 있다. 또한 물리적 및 화학적 성질의 변형을 최소화할 수 있다. The electric heating according to the present invention can be cooled faster and faster than the heating method using the existing heating equipment, so that carbonization and thermal decomposition can be suppressed. In addition, it is possible to minimize the modification of physical and chemical properties.

(C) 단계에서도, 와인딩 롤러에서의 텐션에 의하여 남아 있는 공기 방울 등이 외부로 방출되는 효과를 추가로 갖게 되어, 균질하게 수지 섬유가 함침된 열가소성 프리프레그를 얻을 수 있게 된다. Even in the step (C), the air bubbles and the like remaining by the tension in the winding roller have an additional effect of being discharged to the outside, so that it is possible to obtain a thermoplastic prepreg impregnated with resin fibers homogeneously.

이러한 저항 발열을 이용하는 (C) 단계 공정은 기존 용융 함침법에 적용하는 것도 가능하다.The step (C) process using such resistance heating can also be applied to an existing melt impregnation method.

본 발명에 따른 (C) 단계 공정은 실질적으로 열가소성 수지 섬유의 용융이 필요한 구간에서만 에너지를 투입할 수 있어, 에너지 절감이 가능하다. 또한 와인딩 중의 용융을 통해 열가소성 수지 섬유의 잔류 응력을 해소하여, 최종 제품인 프리프레그에서의 주름현상 등을 개선할 수 있다. In the step (C) according to the present invention, energy can be input only in a section in which melting of the thermoplastic resin fibers is substantially required, thereby saving energy. In addition, the residual stress of the thermoplastic resin fiber can be solved through melting during winding to improve wrinkles in the prepreg, the final product.

이와 같은 본 발명의 (A) 단계, (B) 단계 및 (C) 단계를 포함하는 열가소성 프리프레그의 제조 공정은 목적하는 제품의 물성에 따라서, 1~20회 반복 실시할 수 있다. The manufacturing process of the thermoplastic prepreg including the steps (A), (B) and (C) of the present invention may be repeated 1 to 20 times depending on the properties of the desired product.

본 발명의 제조방법에 따르면, 열가소성 수지가 균일하게 함침된 열가소성 프리프레그를 제조할 수 있다. 열가소성 프리프레그에 있어서, 전기 전도성 강화재 섬유(11)와 열가소성 수지 섬유(12)의 함침 정도는 부피 기준으로 5~90% 범위가 될 수 있다. According to the manufacturing method of the present invention, a thermoplastic prepreg in which a thermoplastic resin is impregnated uniformly can be produced. In the thermoplastic prepreg, the degree of impregnation of the electrically conductive reinforcing material fibers 11 and the thermoplastic resin fibers 12 may range from 5 to 90% by volume.

본 발명의 제조방법을 이용하여 제조된 테이프 형태의 복합재는 시판되고 있는 프리프레그의 폭으로 가공하기 위하여 폭 방향으로 포개어 제조하여 1m 이상의 폭을 가질 수 있게 한다. 또한 본 발명의 일 실시예와 같이 하면, 기존 시트형을 대신하여 테이프 형태로 제품을 판매할 수 있어, 적용 분야가 넓어지는 장점을 가지게 된다.The tape-shaped composite material manufactured using the manufacturing method of the present invention is manufactured by being superimposed in the width direction in order to process the width of a commercially available prepreg so that it can have a width of 1 m or more. In addition, according to one embodiment of the present invention, it is possible to sell the product in the form of a tape instead of the existing sheet form, which has the advantage of widening the field of application.

이상에서, 본 발명을 도면 및 실시예를 들어 상세히 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정이나 변형이 가능함은 물론이다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to the drawings and examples, but the present invention is not limited to this, and various modifications or variations are possible without departing from the scope of the technical spirit of the present invention.

Claims (11)

열가소성 프리프레그의 제조방법에 있어서,
상기 제조방법은
(A) 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 와인더에 공급하는 단계;
(B) 상기 와인더에 공급된 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유를 와인딩하면서 합사 및 스프레딩하는 단계; 및
(C) 상기 합사 및 스프레딩된 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유 복합체를 전압이 인가된 2개 이상의 전도성 구조체에 통과시켜 전기 전도성 강화재 섬유에 열가소성 수지 섬유를 함침시키는 단계를 포함하고,
상기 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유는 토우(Tow) 또는 스프레드 얀 형태이며,
상기 전기 전도성 강화재 섬유 및 열가소성 수지 섬유의 합사는 상기 섬유들이 롤러 또는 가이드 구조체를 따라서 진행하는 방향이 전환될 때 걸리는 압축힘으로 인해 이루어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그의 제조방법.
In the manufacturing method of the thermoplastic prepreg,
The manufacturing method
(A) supplying the electrically conductive reinforcement fibers and thermoplastic resin fibers to the winder;
(B) plying and spreading while winding the electrically conductive reinforcement fiber and the thermoplastic resin fiber supplied to the winder; And
(C) impregnating the thermoplastic resin fiber to the electrically conductive reinforcing material fiber by passing through the two or more conductive structures to which the voltage and the electrically conductive reinforcing material fiber and the thermoplastic resin fiber composite are applied,
The electrically conductive reinforcing material fiber and the thermoplastic resin fiber are in the form of tow or spread yarn,
A method of manufacturing a thermoplastic prepreg, characterized in that the electrically conductive reinforcing material fiber and the thermoplastic resin fiber are formed by a compression force applied when the direction in which the fibers progress along the roller or guide structure is switched.
제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 강화재 섬유는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그의 제조방법.
According to claim 1,
The electrically conductive reinforcing material fiber is a method of manufacturing a thermoplastic prepreg, characterized in that the carbon fiber.
제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 강화재 섬유는 전도성 성분을 포함하는 아라미드 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유, PET 섬유, 셀룰로이드 섬유 및 마 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 섬유인 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그의 제조방법.
According to claim 1,
The electrically conductive reinforcing material fiber is a fiber selected from the group consisting of aramid fiber, glass fiber, polyester fiber, polypropylene fiber, polyethylene fiber, nylon fiber, PET fiber, celluloid fiber and hemp fiber containing a conductive component. Method of manufacturing a thermoplastic prepreg.
제3항에 있어서,
상기 전도성 성분은 금, 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 주석, 폴리아닐린, 폴리피롤, 피닷(PEDOT), 카본나노튜브(CNT), 카본 블랙 및 그래파이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그의 제조방법.
According to claim 3,
The conductive component is a thermoplastic, characterized in that at least one member selected from the group consisting of gold, silver, nickel, copper, aluminum, tin, polyaniline, polypyrrole, PEDOT, carbon nanotube (CNT), carbon black and graphite Prepreg manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지 섬유는 폴리프로필렌, 폴리페닐설폰, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 나일론, 아라미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리우레탄(PU)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 수지로 이루어진 섬유인 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그의 제조방법.
According to claim 1,
The thermoplastic resin fibers are polypropylene, polyphenylsulfone, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), nylon, aramid, polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl alcohol (PVA) and polyurethane Method for producing a thermoplastic prepreg, characterized in that the fiber consisting of one or more resins selected from the group consisting of (PU).
제1항에 있어서,
상기 전도성 구조체 통과 시에 상기 복합체에는 50~400℃의 열이 발생하는 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a thermoplastic prepreg, characterized in that heat is generated at 50 to 400 ° C in the composite when passing through the conductive structure.
제1항에 있어서,
상기 (A) 단계, (B) 단계 및 (C) 단계를 포함하는 열가소성 프리프레그의 제조 공정을 1~20회 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그의 제조방법.
According to claim 1,
Method of manufacturing a thermoplastic prepreg, characterized in that the manufacturing process of the thermoplastic prepreg comprising steps (A), (B) and (C) is repeated 1-20 times.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따라 제조된 열가소성 프리프레그.
A thermoplastic prepreg prepared according to any one of claims 1 to 7.
제8항에 있어서,
상기 열가소성 프리프레그는 전기 전도성 강화재 섬유와 열가소성 수지 섬유가 부피 기준으로 5~90% 범위로 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 프리프레그.The method of claim 8,
The thermoplastic prepreg is a thermoplastic prepreg, characterized in that the electrically conductive reinforcement fiber and the thermoplastic resin fiber is impregnated in a range of 5 to 90% by volume. 삭제delete 삭제delete
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