KR102119305B1

KR102119305B1 - 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱

Info

Publication number: KR102119305B1
Application number: KR1020180047096A
Authority: KR
Inventors: 노정우; 김우석
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR20190123420A

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 섬유강화 플라스틱 기재 및 상기 섬유강화 플라스틱 기재 표면에 코팅되는 섬유강화 프라이머 도료 조성물을 포함하며, 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 소정의 종횡비(Aspect ratio)를 가지는 섬유상 입자를 포함하는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱을 제공할 수 있다.

Description

섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱{FIBER REINFORCED PLASTIC COATED BY FIBER REINFORCED PRIMER COMPOSITION}

본 발명은 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱에 관한 것으로, 구체적으로 섬유강화 플라스틱(Fiber reinforced plastic, FRP) 기재와 이종 재료 간의 접착성을 향상시키기 위해 섬유상 입자가 첨가된 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱에 관한 것이다.

근래, 일본에서는 2020년 연비 기준으로 2009년도 대비 24.1%를 개선한다는 목표를 내걸고 있는 만큼, 자동차 경량화 요구가 더욱 더 고조되고 있다. 이러한 높은 목표를 달성하기 위해 차체 경량화를 위한 엔지니어링 플라스틱, 탄소섬유복합재(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic), 유리섬유 복합재(GFRP, Glass fiber reinforced plastic), 알루미늄합금 및 고강도강과 같은 경량 소재의 단독 혹은 복합적인 이용이 검토되고 있는 실정이다.

이에 따라 FRP와 금속 등과의 이종 재료 접합이 필요한 경우가 생겨 두 상이한 소재 간에 접합 방법에 대한 다양한 제약이 발생되고 있다. 예를 들여, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic)가 차세대 핵심 경량소재로 평가를 받고 있음에도 불구하고, 이를 차량에 접목하기 위한 이종재질간의 접합공정기술의 확보는 미진한 상태이며, 학계 및 산업계에서도 이의 해결을 위해 다양한 방법을 검토하고 있다.

최근에는 자동차 부품용 구조용 접착제를 이용해 이종소재의 접착을 신속히 할 수 있는 접착제가 시장에 선보이고 있으나, 기존 금속부품만으로 제작된 자동차의 생산 속도와 비교하면 부단한 노력이 필요하다.

보통 FRP(Fiber Reinforced Plastic)는 금속과 같은 기계적인 접합(나사, 체결, 코오킹)으로는 충분히 신뢰성을 확보할 수 없어, 융착이나 접착에 의한 접합방법이 함께 이용된다. 더욱이 금속과 FRP 의 경우나 FRP끼리라도 그 종류가 다른 경우에는 융착에 의한 접합이 어렵기 때문에 접착에 의한 접합이 최고로 유효한 수단으로 평가되고 있다. 자동차 부품의 접착은 높은 신뢰성이 필요한 것은 물론이며, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic)에는 접착이 어려운 부재가 많고, 금속과 같은 이종 재료와의 접착 기회가 생기므로 접착제의 선택과 사전 표면처리가 매우 중요하다고 할 수 있다.

이종접합을 위해 FRP 기재에 시행되는 표면처리방법은 플라즈마 처리와 샌딩처리 두 가지 방법이 대표적으로 소개되고 있다. 두 가지 방법 모두 좋은 표면처리법으로서 우수한 접착효율을 갖도록 하지만, 플라즈마 처리의 경우, 접착제를 바르기 직전에 실시되어야 하며, 플라즈마 처리에 의해 기재에 생성된 극성기는 시간이 지남에 따라 기재에서 소멸된다.

한편, 한국 공개특허공보 제2004-0033549호는 FRP로 피복된 강관에 관한 발명으로, 강관을 샌드 블레스팅으로 전처리 한 후, 수지 코팅을 통해 FRP를 표면에 접착하는 구성을 포함한다. 샌딩처리의 경우, 접착효율을 쉽게 높일 수 있으나, 처리 과정에서 기재 손상이 발생할 수 있고, 제품의 두께가 변하거나 FRP의 내부 섬유가 손상될 수 있는 우려가 있다. 또한, 샌딩 처리 이후, 표면에 남아 있을 미세 이물에 의한 접착 방해가 발생할 수 있어, 세정 및 건조가 추가로 필요한 단점이 있다. 이에 섬유강화 플라스틱의 표면에 적절한 조도를 신속하게 만들고, 관리가 용이한 경쟁력 있는 표면처리기술이 적용된 섬유강화 플라스틱이 향후 이종소재 간의 접착이 많아지는 자동차 산업에 더욱 절실히 필요한 상황이다.

한국 공개특허공보 제2004-0033549호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 FRP와 이종소재간의 접착강도를 높여주면서도 처리가 간편하고, 비용이 저렴한, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적은, 섬유강화 플라스틱 기재 및 상기 섬유강화 플라스틱 기재 표면에 코팅되는 섬유강화 프라이머 도료 조성물을 포함하며, 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 소정의 종횡비(Aspect ratio)를 가지는 섬유상 입자를 포함하는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 섬유상 입자는 1 초과 4000 이하의 종횡비를 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 섬유상 입자는 5 이상 500 미만의 종횡비를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 섬유상 입자는 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물의 총 중량 대비 0.01 중량% 내지 20 중량%를 포함하도록 조성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 섬유상 입자는 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물 총 중량 대비 0.1 중량% 내지 4 중량%를 포함하도록 조성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 섬유상 입자는 유리 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 및 아라미드 섬유 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 상기 섬유강화 플라스틱 기재의 표면에 1㎛ 내지 500㎛의 두께로 코팅될 수 있다.

바람직하게는, 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 상기 섬유강화 플라스틱 기재 표면의 일부 영역에 코팅될 수 있다.

또한, 상기 목적은 프라이머 수지에 소정의 종횡비를 가지는 섬유상 입자를 혼합하여 섬유강화 프라이머 도료 조성물을 제조하는 제1단계, 상기 제조된 섬유강화 프라이머 도료 조성물을 점착성을 가지는 반경화 상태의 필름으로 가공하는 제2단계, 상기 반경화 상태의 필름으로 가공된 섬유강화 프라이머 도료 조성물을 섬유강화 플라스틱 기재의 필요로 하는 영역에 부착 후 열처리하여 코팅하는 제3단계를 포함하는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱에 따르면, 접착에 적합한 표면조도를 신속하고 간편하게 만들 수 있어 접착 물성을 향상시킬 수 있어 생산성과 제품 경쟁력을 높일 수 있다.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 개념도다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 적용 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

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.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 개념도인 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 기재에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱은 섬유강화 플라스틱 기재(10), 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 표면에 코팅된 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)을 포함한다.

섬유강화 플라스틱 기재(10)는 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 소재로 형성되며, 베이스 수지(11) 및 베이스 수지에 함침되어 있는 강화 섬유(12)를 포함할 수 있다.

일례로서, 베이스 수지(11)는 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

열경화성 수지로는 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester resin) 및 비닐에스터, 폴리우레탄 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 열가소성 수지로는 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) 및 폴리4플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

강화 섬유(12)로는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성섬유, 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.

이때 강화 섬유(12)는 섬유강화 플라스틱 기재(10) 총 중량 대비 85중량% 이하인 것이 바람직하다.

이는 강화 섬유(12)가 85중량% 이하의 범위에서 기계적 강성 및 경량화를 동시에 확보할 수 있고, 강화 섬유가 85중량%를 초과하는 경우 베이스 수지와 강화 섬유 간의 혼합이 어렵거나, 금형이 손상될 뿐만 아니라 제품의 가격경쟁력도 떨어질 수 있기 때문이다.

섬유강화 플라스틱 기재(10)는 부피를 가지는 모양 모두 가능하며, 특정한 모양으로 한정되지 않는다. 일례로서, 섬유강화 플라스틱 기재(10)는 섬유강화 플라스틱 소재로 형성된 다양한 부재, 부품 및 제품을 포함할 수 있다.

먼저, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 표면에 코팅되는 조성물로서, 프라이머 수지(22) 내에 섬유상 입자(21)를 소정의 비율로 포함한다. 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 소정의 종횡비(Aspect Ratio)를 갖는 즉, 소정의 길이를 가지는 섬유상 입자(21)를 소정의 비율로 첨가하여 고루 분산시켜 포함한다. 이때, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 일면 전체에 코팅될 수 있으며, 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 일부 표면에만 코팅될 수 있다. 또한, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 섬유강화 플라스틱 기재(10) 표면의 여러 위치에 분산되어 코팅될 수 있다.

일례로서, 섬유상 입자(21)는 1 초과 4,000 이하의 종횡비를 가지도록 할 수 있다. 섬유상 입자(21)의 종횡비가 1을 초과하면, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)이 섬유강화 플라스틱 기재(10)와 같은 피착제에 대한 접촉면적이 증가되어 접착력이 증가될 수 있다. 반면에 4,000 초과의 종횡비를 갖는 섬유상 입자(21)가 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)에 포함될 경우, 도료 상 입자의 분산이 떨어져 섬유상 입자(21)가 골고루 섞이지 못하며, 다수의 섬유상 입자(21)가 서로 꼬이는 현상이 발생하여 기재에 적용성 및 코팅의 균일성이 저하될 수 있기 때문이다.

섬유상 입자(21)는 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20) 내에서 모두 동일한 종횡비를 가지도록 한정되지 않는다. 일례로서, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 서로 다른 종횡비를 가지는 섬유상 입자(21)를 포함할 수 있다.

일례로서, 섬유상 입자(21)는 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)의 총 중량 대비 0.01중량% 이상 20중량% 이하의 비율로 첨가될 수 있다. 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)에 0.01중량% 미만의 섬유상 입자(21)를 첨가할 경우, 도료 내 입자의 농도가 희박하여 기재 표면에 충분한 조도를 구현할 수 없으며, 표면에 균일한 섬유 분포를 만들어 내기 어렵다. 또한, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)에 20 중량% 초과의 섬유상 입자(21)를 첨가할 경우, 섬유상 입자간의 중첩이 과도하게 발생하여 분산 상태의 도료를 스프레이, 롤러 혹은 붓을 이용해 균일한 두께로 처리하기 어렵고, 설계한 조도에서 편차가 크게 발생되는 문제가 있다.

섬유상 입자(21)는 유리 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 및 무기 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 섬유상 입자(21)의 종류는 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 기재의 형상, 종류 및 적용 목적에 따라 달라질 수 있다. 일례로서, 섬유상 입자(21)는 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 강화 섬유와 동일한 소재를 사용할 수 있다. 다른 일례로서, 섬유상 입자(21)는 서로 다른 둘 이상의 소재를 혼합하여 사용할 수 있다.

프라이머 수지(22)는 구체적으로 폴리우레탄계 수지, 비닐 에스테르 수지, 카르복시산에스테르 수지, 무기산 에스테르 수지 중에서 어느 하나가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 프라이머 수지(22)는 수산기를 가지는 방향족 화합물과 에폭시류를 포함할 수 있다.

섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 1㎛ 내지 500㎛의 두께로 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 표면에 코팅되는 것이 바람직하다. 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)의 코팅 두께가 500㎛를 초과할 경우, 입자가 여러 번 중첩됨에 따라 건조 후 프라이머 코팅층의 두께 균일도가 감소하고, 설계한 조도를 균일하게 만들기 어렵다.

섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 표면 전체에 코팅될 수 있으며, 필요로 하는 소정의 부위에만 제한적으로 코팅될 수 있다.

다음 표 1은 종횡비가 각각 5, 50, 100, 350, 400, 500인 섬유상 입자(21)를 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20) 대비 첨가비를 각각 0, 0.05, 0.1, 1, 2, 4, 5 중량%로 포함하는 조건에서, 스틸과 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 기재를 접착할 경우의 계면전단강도를 측정한 결과를 나타낸다. 이때 표 1의 계면전단강도 단위는 MPa이다.

종횡비	섬유상 입자 첨가비 (중량%)
종횡비	0	0.05	0.1	1	2	4	5
5	32.7	33.5	37.8	41.6	43.2	40.5	36.3
50	32.7	36.1	39.2	44.8	46.4	41.2	36.7
100	32.7	37.3	39.8	44.9	47.5	41.9	37.4
350	32.7	37.1	39.4	44.1	46.7	41.6	36.9
400	32.7	36.3	38.7	43.8	45.6	40.9	35.7
500	32.7	33.1	36.7	39.9	40.4	37.8	35.1

표 1을 살펴보면, 섬유상 입자(21)가 첨가되지 않은(첨가비 0) 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20) 즉, 프라이머 수지(22)만을 사용하여 섬유강화 플라스틱 기재(10)를 스틸과 접착시키는 경우, 계면전단강도가 32.7MPa로 측정되었다.

스틸과 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 기재를 접착한 경우의 계면전단강도를 섬유상 입자(21)의 첨가비 변화에 따라 비교한 결과는 다음과 같이 나타났다. 섬유상 입자(21)의 종횡비가 5인 경우, 섬유상 입자(21)의 첨가비가 0.1 중량%에서 2 중량%까지 증가할수록 계면전단강도가 37.8MPa에서 43.2MPa로 점차 증가한다. 그러나 섬유상 입자(21)의 첨가비가 4 중량%인 경우의 계면전단강도는 40.5MPa로서, 섬유상 입자(21)의 첨가비가 2 중량%를 초과할 때 계면전단강도가 다시 감소한다. 또한, 섬유상 입자(21)의 첨가비가 5 중량%인 경우의 계면전단강도는 36.3MPa로 섬유상 입자(21)의 첨가비가 0.1 중량%인 경우의 계면전단강도 37.8MPa보다 낮게 측정된다. 섬유상 입자(21)의 종횡비를 50, 100, 350, 400, 500으로 한 조건에서도 동일하게 섬유상 입자(21)의 첨가비가 2 중량%까지 증가할 때 계면전단강도도 동일하게 증가하는 반면에, 섬유상 입자(21)의 첨가비가 2 중량%를 초과하는 경우 계면전단강도가 다시 감소하는 결과가 측정됐다. 특히, 섬유상 입자(21)의 첨가비가 0.1 중량%인 경우와 5 중량%인 경우를 비교하면, 모든 종횡비 조건에서 섬유상 입자(21)의 첨가비가 0.1 중량%인 경우가 5 중량%인 경우보다 계면전단강도가 높게 나타났다.

상술한 계면전단강도를 섬유상 입자(21)의 첨가비를 기준으로 비교한 결과를 토대로, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)에서 섬유상 입자(21)의 첨가비는 0.1 중량% 내지 4 중량%인 것이 바람직하다. 섬유상 입자(21)의 첨가비가 0.1 중량% 미만인 경우 계면전단강도가 낮게 나타났기 때문에, 접착력에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 섬유상 입자(21)의 첨가비가 4 중량%를 초과하는 경우 오히려 그 이전의 첨가비 일 경우보다 계면전단강도가 낮게 나타났기 때문에, 비용 및 공정이 증가함에도 오히려 접착력이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

스틸과 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 기재를 점착한 경우의 계면전단강도를 섬유상 입자(21)의 종횡비 변화에 따라 비교한 결과는 다음과 같이 나타났다. 섬유상 입자(21)의 첨가비가 0.1 중량%인 경우, 섬유상 입자(21)의 종횡비가 5에서 100까지 증가할수록 계면전단강도가 37.8MPa에서 39.8MPa로 점차 증가한다. 그러나 섬유상 입자(21)의 종횡비가 350인 경우의 계면전단강도는 39.4MPa이고 종횡비가 500인 경우의 계면전단강도는 36.7MPa로서 섬유상 입자(21)의 종횡비가 100을 초과하는 경우의 계면전단강도가 점차 감소하는 결과가 나타났다. 또한, 섬유상 입자(21)의 종횡비가 5인 경우의 계면전단강도는 37.8MPa인 반면에, 종횡비가 500인 경우의 계면전단강도는 36.7MPa로서, 종횡비가 5인 경우가 종횡비가 500인 경우보다 계면전단강도가 높게 나타났다. 섬유상 입자(21)의 첨가비를 1, 2, 4, 5로 증가시킨 조건에서도 동일하게 섬유상 입자(21)의 종횡비가 5에서 100까지 증가할 때 계면전단강도도 동일하게 증가하는 반면에, 섬유상 입자(21)의 종횡비가 100을 초과하는 경우 계면전단강도가 다시 낮아지는 결과가 측정된다. 특히, 섬유상 입자(21)의 종횡비가 5인 경우와 500인 경우를 비교하면, 모든 첨가비 조건에서 섬유상 입자(21)의 종횡비가 5인 경우가 500인 경우보다 계면전단강도가 높게 나타났다.

상술한 계면전단강도를 섬유상 입자(21)의 종횡비를 기준으로 비교한 결과를 토대로, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)에서 섬유상 입자(21)의 종횡비는 5 이상 내지 500 미만인 것이 바람직하다. 섬유상 입자(21)의 종횡비가 5 미만인 경우 계면전단강도가 낮게 나타났기 때문에, 접착력에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 섬유상 입자(21)의 종횡비가 500 이상인 경우 오히려 계면전단강도가 감소하기 때문에, 이 또한 접착력에 문제가 발생할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 제조 방법에 대해서 설명한다. 다만, 앞서 도 1의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱과 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 제조 방법은 프라이머 수지(21)에 소정의 종횡비(Aspect ratio)를 가지는 섬유상 입자(21)를 혼합하여 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)을 제조하는 제1단계, 제1단계에서 제조된 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)을 점착성을 가지는 반경화 상태의 필름으로 가공하는 제2단계, 제2단계에서 반경화 상태의 필름으로 가공된 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)을 강화섬유 플라스틱 기재(10)의 필요한 부위에 부착 후 열처리하여 코팅하는 제3단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 제조 방법은 제3단계 이후 섬유강화 플라스틱 기재(10) 상에 코팅된 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20) 상에 접착제를 도포하여 접착하는 제4단계를 더 포함할 수 있다.

제1단계에서 프라이머 수지(22) 내에 섬유상 입자(21)를 소정의 비율로 포함한다. 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 소정의 종횡비(Aspect Ratio)를 갖는 즉, 소정의 길이를 가지는 섬유상 입자(21)를 소정의 비율로 첨가하여 고루 분산시켜 포함한다.

바람직하게는 섬유상 입자(21)는 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)에 0.01중량% 내지 20중량%의 비율로 첨가될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 1 중량% 이하의 비율로 첨가될 수 있다.

그리고 제1단계에서 프리미어 수지(22)에 혼합되는 섬유상 입자(21)는 바람직하게는 1 초과 4,000 이하의 종횡비를 가지도록 할 수 있으며, 보다 바람직하게는 50 내지 100의 종횡비를 가지도록 할 수 있다.

섬유상 입자(21)의 첨가 비율 및 종횡비는 본 발명에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 제조 목적과 사용 용도에 따라 달라질 수 있다.

제2단계 및 제3단계에서 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)은 1㎛ 내지 500㎛의 두께로 섬유강화 플라스틱 기재(10)의 표면에 코팅되는 것이 바람직하다. 단, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)의 코팅 두께는 이로 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 및 이의 제조 방법은 섬유강화 프라이머 도료 조성물(20)에 포함된 섬유상 입자(21)의 종류, 종횡비(Aspect ratio), 첨가량 및 코팅 두께를 조절하여 다양한 목적과 형태의 섬유강화 플라스틱을 제조할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱의 적용 일례를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(201, 202, 203, 204)은 반경화 상태의 필름으로 가공되어 섬유강화 플라스틱 기재(220) 표면의 일부 영역에 코팅된다. 보다 구체적으로, 반경화 상태의 필름으로 가공된 섬유강화 프라이머 도료 조성물(201, 202, 203, 204)을 필요한 부위에 부착 후 열처리를 실시하고, 열처리 후에 접착제를 도포하여 접착할 수 있다.

이때, 섬유강화 프라이머 도료 조성물(201, 202, 203, 204)은 섬유강화 플라스틱 기재(220)의 표면 전체 또는 일면 전체에 코팅되는 것이 아니라 필요로 하는 하나 이상의 영역에 코팅될 수 있다. 도 2의 일례에서는 섬유강화 플라스틱 기재(220)에 총 네 군데의 영역에 섬유강화 프라이머 도료 조성물(201, 202, 203, 204)을 코팅한 경우를 도시하고 있다. 이와 같이, 섬유강화 프라이머 도료 조성물을 접착제가 적용되는 일부 영역에만 부분적으로 적용함에 따라, 섬유강화 프라이머 도료 조성물의 사용량을 줄이고 동시에 처리 시간을 감소시켜 처리 비용을 절감할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱 및 이의 제조 방법은, 접착에 적합한 표면조도를 간편하고 신속하게 만들 수 있어 접착물성을 향상시킬 수 있고, 최종적으로는 생산성과 제품 경쟁력을 높일 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: 섬유강화 플라스틱 기재
11: 베이스 수지
12: 강화 섬유
20: 섬유강화 프라이머 도료 조성물
21: 섬유상 입자
22: 프라이머 수지
201, 202, 203, 204: 섬유강화 프라이머 도료 조성물
220: 섬유강화 플라스틱 기재

Claims

섬유강화 플라스틱 기재 및
상기 섬유강화 플라스틱 기재 표면에 코팅되며, 접착성을 가지는 섬유강화 프라이머 도료 조성물을 포함하며,
상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 소정의 종횡비(Aspect ratio)를 가지는 섬유상 입자를 포함하며,
상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 접착성을 가지는 반경화 상태의 필름으로 가공되고, 상기 섬유강화 플라스틱 기재의 필요한 영역에 부착 후 열처리하여 코팅되는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
제1항에 있어서,
상기 섬유상 입자는 1 초과 4000 이하의 종횡비를 가지는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
제2항에 있어서,
상기 섬유상 입자는 5 이상 500 미만의 종횡비를 가지는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
제1항에 있어서,
상기 섬유상 입자는 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물 총 중량 대비 0.01 중량% 내지 20 중량%를 포함하는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유상 입자는 상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물 총 중량 대비 0.1 중량% 내지 4 중량%를 포함하는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
제1항에 있어서,
상기 섬유상 입자는 유리 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 및 아라미드 섬유 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
제1항에 있어서,
상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 상기 섬유강화 플라스틱 기재의 표면에 1㎛ 내지 500㎛의 두께로 코팅되는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
제1항에 있어서,
상기 섬유강화 프라이머 도료 조성물은 상기 섬유강화 플라스틱 기재 표면의 일부 영역에 선택적으로 코팅되는, 섬유강화 프라이머 도료 조성물이 코팅된 섬유강화 플라스틱.
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