KR102202383B1 - 섬유 강화 복합재의 제조방법 - Google Patents

섬유 강화 복합재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

나노입자 및 제1 수지를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 제1 섬유의 일면에 상기 제1 조성물을 전기 방사하여, 상기 제1 섬유의 일면에 제2 섬유를 형성하는 단계; 및 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 제2 수지를 포함하는 제2 조성물에 함침시키는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법이 제공된다.

Description

섬유 강화 복합재의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL}
섬유 강화 복합재의 제조방법에 관한 것이다.
섬유 강화 복합재는 높은 강성을 나타내는 유리섬유나 카본섬유 등의 강화 섬유와 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지로 구성되어 있다. 이러한 섬유 강화 복합재는 일반 열가소성 수지 제품에 비해 높은 기계적 물성을 나타내기 때문에, 자동차 및 건축용 소재로 널리 사용되고 있다. 자동차 및 건축물의 안정 등에 대한 고객의 요구가 점점 증가되고 있는 실정이며, 이에 따라, 섬유 강화 복합재의 물성을 더욱 개량하려는 연구가 이루어지고 있다.
섬유 강화 복합재의 물성 향상을 위하여 나노입자를 혼합하는 방법이 있으나, 열가소성 수지와 나노입자의 상용성 및 나노입자의 응집 등으로 인하여, 물성 향상에 한계가 있다.
본 발명의 일 구현예는 나노입자의 분산성이 향상된 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 나노입자 및 제1 수지를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 제1 섬유의 일면에 상기 제1 조성물을 전기 방사하여, 상기 제1 섬유의 일면에 제2 섬유를 형성하는 단계; 및 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 제2 수지를 포함하는 제2 조성물에 함침시키는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 통하여, 나노입자의 분산성을 향상시키고, 높은 공정 효율을 확보하고, 강도 및 강성이 우수하고, 내광성, 내후성 및 전자파 차폐 성능 등이 향상된 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법 중에 제1 섬유의 일면에 형성되는 나노 웹 형태의 제2 섬유를 대략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 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. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 2는 상기 섬유 강화 복합재의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2를 참조할 때, 섬유 강화 복합재의 제조방법은 본 발명의 일 구현예에서, 나노입자 및 제1 수지를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 제1 섬유의 일면에 상기 제1 조성물을 전기 방사하여, 상기 제1 섬유의 일면에 제2 섬유를 형성하는 단계; 및 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 제2 수지를 포함하는 제2 조성물에 함침시키는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.
일반적으로 섬유 강화 복합재에 나노입자를 혼입할 때, 열가소성 수지와 나노입자의 상용성과 나노입자 간의 응집 등으로 인하여, 나노입자의 기능이 상실 되는 문제가 있다.
예를 들어, 열가소성 수지와 나노입자를 함께 용융 혼련하고, 유리섬유 등에 함침시키는 경우, 열가소성 수지의 점도가 나노입자로 인하여 커진다. 이에, 섬유 강화 복합재 공정을 조절하는 것이 어려워지고, 열가소성 수지의 함침성이 저하될 수 있다. 그리고, 열가소성 수지에 유리섬유를 함침시켜 시트를 형성하고, 그 후에, 나노입자를 스프레이 코팅법 등으로 코팅하는 경우에는 시트 합지 시에 나노입자의 응집이 발생하여, 나노입자의 성능발현이 어려운 문제가 있을 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 전기 방사를 통하여 나노입자의 분산성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 나노입자를 포함함에도 불구하고, 유리섬유에 함침되는 열가소성 수지의 점도 조절을 필요로 하지 않는바, 높은 공정 효율을 확보할 수 있다. 그리고, 함침되는 열가소성 수지와 나노입자 간의 우수한 상용성으로, 우수한 강도 및 강성과, 내광성, 내후성 및 전자파 차폐 성능 등의 나노입자의 물성을 매우 우수하고 효율적으로 발현시킬 수 있고, 복합재의 두께 편차가 낮은 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 나노입자 및 제1 수지를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 섬유 강화 복합재는 나노입자를 포함하여 섬유 강화 복합재에 우수한 강도 및 강성과 함께, 우수한 내광성, 내후성, 색상 발현 및 전자파 차폐 성능 등을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 나노입자는 SiO2, TiO2, 탄소, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene), 그래핀 산화물(Graphene Oxide), 셀룰로즈 나노결정(cellulose Nanocrystal), 플러렌(Fullerene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 나노입자는 약 300 nm 이하, 또는 약 5 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 200 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 100 nm 의 평균 직경을 가질 수 있다. 섬유 강화 복합재에 상기 범위를 초과하는 직경을 갖는 나노입자가 포함되는 경우, 나노입자 간에 응집이 발생하고, 섬유 강화 복합재 내에서, 상기 나노입자가 결함(defect)로 작용하여, 응력 집중을 발생시켜 기계적 물성 등을 저하 시킬 수 있다. 그리고, 상기 나노입자는 약 25㎛ 내지 약 100 ㎛의 평균 길이를 가질 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 범위의 직경을 갖는 나노입자를 포함하여 우수한 강도 및 강성과 함께, 우수한 내광성 및 내후성 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 범위의 직경을 갖는 나노입자는 섬유 강화 복합재에 포함되어, 나노입자에 의한 산란이나 반사에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 그리하여, 상기 나노입자는 투명한 수지를 포함하고 투명성이 요구되는 섬유 강화 복합재에 투명성을 부여할 수 있다.
상기 제1 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(PA), 폴리아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리카보네이트(PC)-ABS 얼로이 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 수지는 폴리프로필렌 수지를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 섬유 강화 복합재가 비용 대비 강도 및 충격 흡수 성능을 모두 향상시키기에 유리할 수 있다. 상기 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 혹은 폴리프로필렌과 다른 종류의 모노머가 공중합된 수지를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리프로필렌 단독 중합 수지, 프로필렌-에틸렌 공중합 수지, 프로필렌-부텐 공중합 수지, 에틸렌-프로필렌-부텐 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 수지는 용융된 상태로서, 상기 나노입자와 함께 제1 조성물 내에 포함된다.
상기 제1 조성물은 상기 나노입자 및 상기 제1 수지를 포함하는 것으로서, 이후 전기 방사하여 제2 섬유를 형성한다. 상기 나노입자는 상기 제1 조성물 100 중량부 대비 약 0.05중량부 내지 약 5중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 나노입자의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 나노입자에 의한 효과가 없으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 제1 조성물의 점도가 높아져 전기방사가 용이하지 않고, 노즐이 막히는 등의 현상이 발생할 수 있다.
상기 나노입자 및 용융된 상기 제1 수지를 포함하는 상기 제1 조성물은 전기 방사시에, 약 0.5 poise 내지 약 200 poise의 점도를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 조성물은 제1 수지의 중량평균분자량, 종류 및 함량 및 나노입자의 직경, 종류 및 함량, 그리고, 방사 온도를 조절하여 상기 범위의 점도를 가질 수 있다.
상기 제1 조성물은 상기 범위의 점도를 가짐으로써, 노즐에서 액적(droplet)이 형성되어 안정된 제2 섬유를 형성할 수 있다.
구체적으로, 제1 조성물의 점도가 상기 범위 미만인 경우에는 노즐에서의 표면 장력과 비교하여 점도가 낮아, 액적이 형성되지 않고, 제2 섬유가 형성되지 않는다. 그리고, 제1 조성물의 점도가 상기 범위를 초과하는 경우에는 유동성이 저하되어 제2 섬유가 형성이 어려워질 수 있다.
상기 제1 조성물을 제조할 때, 초음파 처리를 하여 상기 용융된 제1 수지 내에 상기 나노입자의 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 제1 섬유의 일면에 상기 제1 조성물을 전기 방사하여, 상기 제1 섬유의 일면에 제2 섬유를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 섬유 강화 복합재는 강도 및 강성을 향상시키기 위하여 제1 섬유를 포함할 수 있다. 상기 제1 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 섬유의 단면은 약 15㎛ 내지 약 20㎛의 평균 직경을 가질 수 있고, 예를 들어 약 16㎛ 내지 약 19㎛일 평균 직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 섬유는 상기 섬유 강화 복합재 내에 연속 섬유의 형태로 포함될 수 있다.
상기 제1 섬유가 연속 섬유의 형태로 포함된다는 것은 상기 섬유 강화 복합재의 최종적인 크기에 의존하여 그 내부에서 끊어지지 않고 연속적인 형태로 존재하는 것을 의미한다. 상기 연속 섬유의 형태로 포함되는 제1 섬유는 상기 섬유 강화 복합재의 최종적인 크기에 따라 가능한 최소 길이부터 최대 길이까지의 범위에 해당하는 길이를 가질 수 있다.
상기 제1 섬유가 연속 섬유의 형태로 포함됨으로써 상기 섬유 강화 복합재의 강성 및 강도를 향상시키기에 유리할 수 있고, 내구성 및 충격 흡수 성능을 모두 향상시킬 수 있다.
상기 제1 섬유는 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 갖는 것일 수 있다. 상기 제1 섬유가 단일 배향성을 갖는다는 것은 열가소성 수지 내에 상기 제1 섬유가 함침되어 일 방향으로 배향된 것을 의미할 수 있다. 이때, 상기 섬유 강화 복합재 내의 소정의 두 제1 섬유가 이루는 예각이 약 10°이하, 구체적으로 약 3°이하일 수 있다.
상기 제1 섬유가 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가짐으로써 우수한 강도 및 강성의 확보에 유리하며, 제2 섬유와 위치적으로 적절하게 혼합되어 상기 섬유 강화 복합재의 기계적 물성 및 내후, 내광성 등의 기능성을 향상시키기에 더욱 유리할 수 있다.
상기 제1 섬유는 약 2,000 ~ 약 40,000의 필라멘트로 이루어진 1본당 약 10㎜ 내지 약 40㎜까지 펼쳐칠 수 있으며, 이에 따라, 이를 포함하는 섬유 강화 복합재에 우수한 강성 및 강도를 부여할 수 있다
상기 섬유 강화 복합재는 상기 제1 수지 및 제2 수지의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 제1 섬유를 약 40 내지 약 70 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어 약 50 내지 약 70 중량부 포함할 수 있다. 상기 제1 섬유가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우에는 연속섬유 강화 복합재가 요구되는 강도 및 강성을 확보하기 어렵고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 모재인 제1 수지 및 제2 수지의 함침이 불완전하여 섬유 강화 복합재의 제조 자체가 불가능한 문제를 야기할 수 있다.
상기 제1 조성물은 상기 제1 섬유 상에 전기방사된다. 상기 제1 조성물은 고전압을 인가하여 방사노즐에서 방사되어 나노입자를 균일하게 분산시킬 수 있다. 상기 제1 수지 내에 분포된 상기 나노입자를 고르게 분산시켜, 상기 나노입자 상호 간의 응집현상을 방지할 수 있고, 상기 제1 수지와 상기 나노입자 간의 상용성도 향상 시킬 수 있다. 따라서, 적은 함량의 나노입자 만으로도 우수한 강도 및 강성, 우수한 색상 발현, 내광성, 내후성 및 전자파 차폐 성능을 부여하고, 두께 편차가 낮은 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
이때, 상기 제1 조성물은 상기 제1 섬유로 이루어진 평면으로부터 수직으로 약 5㎝ 내지 약 50㎝ 떨어진 거리에서 전기방사를 시작할 수 있다. 상기 평면은 상기 제1 섬유들의 장축들로 이루어진 평면을 의미한다.
그리고, 상기 제1 조성물은 약 0.5 ml/min 내지 약 100 ml/min의 속도로 방사될 수 있다. 이때, 노즐의 직경은 약 0.5㎜ 내지 약 5㎜일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법 중에 형성되는 제2 섬유를 대략적으로 나타낸 것이다. 상기 제1 조성물은 상기와 같은 조건에서 전기 방사하여 제1 섬유 상에 나노 웹의 형태로 제2 섬유를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 제2 섬유는 상기 제2 섬유 내에 포함된 상기 나노입자가 상기 섬유 강화 복합재에 균일하게 함침될 수 있도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 제2 수지를 포함하는 제2 조성물에 함침시키는 단계를 포함한다. 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법는 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유가 용융된 제2 수지를 포함하는 제2 조성물에 함침된다. 이때, 상기 제2 조성물은 나노입자를 포함하지 않는바, 나노입자로 인한 점도 상승을 고려한 점도 조절 등의 조치가 필요하지 않다. 따라서, 높은 공정 효율을 확보할 수 있다. 즉, 제1 조성물 내에 포함된 상기 나노 입자는 제2 조성물의 점도 증가에 의한 제1 섬유의 함침성 저하 현상 없이 쉽게 혼입될 수 있다.
따라서, 상기 섬유 강화 복합재는 우수한 강도 및 강성과, 내광성, 내후성 및 전자파 차폐 성능 등의 나노입자의 물성을 매우 우수하고 효율적으로 발현시킬 수 있고, 낮은두께 편차를 가질 수 있다.
상기 제2 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(PA), 폴리아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리카보네이트(PC)-ABS 얼로이 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 수지를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 수지는 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 폴리프로필렌계 수지를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 섬유 강화 복합재가 비용 대비 강도 및 충격 흡수 성능을 모두 향상시키기에 유리할 수 있다. 상기 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 혹은 폴리프로필렌과 다른 종류의 모노머가 공중합된 수지를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리프로필렌 단독 중합 수지, 프로필렌-에틸렌 공중합 수지, 프로필렌-부텐 공중합 수지, 에틸렌-프로필렌-부텐 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 압출기에서 용융된 상기 제2 수지를 포함하는 제2 조성물은 함침 금형으로 투입된다. 그리고, 전술한 바와 같이, 펼쳐진 상기 제1 섬유 위에 상기 제1 수지 및 상기 나노 입자를 포함하는 상기 제2 섬유가 방사된 형태로 함침 금형에 투입된다. 함침 금형은 내부 카트리지 히터로 가열이 가능하며, 상기 카트리지 히터는 상기 제1 수지 및 상기 제2 수지의 용융온도보다 약 10 oC 내지 50oC 이상의 온도로 설정 할 수 있다.
함침 금형 내에서 상기 제1 수지의 용융으로 인해 나노 웹 형태의 상기 제2 섬유가 용융되면서 균일하게 분산된 제2 섬유 내의 상기 나노 입자가 상기 제1 섬유로 강화된 섬유 강화 복합재에 혼입되어, 나노 입자의 불균일 분산에 의한 응집 현상에 기인한 기계적 물성 저하 현상을 방지 할 수 있다.
그리고, 상기 제2 섬유에 포함된 상기 제1 수지는 상기 제2 수지와 동일한 종류의 수지일 수 있다. 제2 섬유에 사용된 제1 수지에 제2 조성물에서의 제2 수지와 동일한 종류의 수지를 적용함으로써, 상기 제1 수지와 상기 제2 수지가 동일 함침 온도에서 효과적으로 용융되어 균일하게 분산된 나노 입자만을 남게 하여, 상기 섬유 강화 복합재 내에서 나노 입자의 효과 발현을 증진 시킬 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 제1 수지 및 상기 제2 수지 총합 100 중량부에 대하여, 상기 나노입자를 약 0.1 내지 약 3 중량부 포함할 수 있다. 상기 나노입자가 약 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 나노입자에 따른 성능을 얻지 못할 우려가 있다. 또한, 상기 나노입자가 약 3 중량부를 초과하는 경우에는 제조 비용이 지나치게 증가하고, 비중이 너무 높아지거나 섬유 강화 복합재의 기계적 물성을 저하시키는 문제가 생길 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
< 실시예 >
실시예 1
폴리프로필렌 단독 중합 수지로 구성된 제1 수지에 약 30nm의 평균 직경 및 약 30㎛의 평균 길이를 갖는 탄소나노튜브 입자를 약 220℃에서 혼합하여 제1 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 탄소나노튜브는 상기 제1 조성물 100 중량부 대비 약 5중량부의 함량으로 포함되도록 하였다.
그리고, 약 0.018 mm의 직경을 갖는 필라멘트 4000개로 이루어진 유리섬유 1 본당 평균 5 mm의 폭을 갖고 약 10 mm까지 펼쳐질 수 있도록 제1 섬유인 유리 섬유를 로빙(roving) 형태로부터 연속 섬유의 형태로 준비하였다.
그리고, 상기 제1 조성물을 전기 방사하여 도 1과 같이, 나노 웹 형태의 제2 섬유를 상기 제1 섬유 위에 형성하였다. 이때, 상기 제1 조성물은 상기 유리 섬유로 이루어진 평면으로부터 수직으로 약 20㎝ 떨어진 거리에서 약 20kV의 전압을 인가하면서, 약 0.5ml/min의 속도로 약 2mm의 직경을 갖는 노즐로부터 전기 방사를 시작하였다. 상기 제1 조성물은 약 100poise의 점도를 갖고 전기 방사되도록 하였다.
그 후, 폴리프로필렌 단독 중합 수지로 구성된 용융된 제2 수지를 포함하는 제2 조성물에 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 함침시켰다. 이때, 상기 제1 수지 및 상기 제2 수지의 총합 100 중량부에 대하여 상기 제1 섬유가 60중량부가 되고, 상기 나노입자가 1 중량부가 되도록 투입하였다. 그리고, 상기 제1 섬유는 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 나타내도록 투입되었다. 그 후, 카렌다(Calendar) 공정으로 압착하여 0.3㎜ 두께의 섬유 강화 복합재 시트를 제조하였다.

Claims (10)

  1. 나노입자 및 제1 수지를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계;
    제1 섬유의 일면에 상기 제1 조성물을 전기 방사하여, 상기 제1 섬유의 일면에 제2 섬유를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를, 제2 수지를 포함하는 제2 조성물이 투입된 함침 금형으로 함침시키는 단계;를 포함하고,
    상기 함침 금형은 상기 제1 수지의 용융온도 보다 높은 온도에서 가열하여 상기 제1 수지를 용융하고,
    상기 제1 수지 및 상기 제2 수지는 폴리플로필렌(PP)으로 동일하고,
    상기 나노입자는 탄소나노튜브(CNT)이고,
    상기 나노입자는 30 nm 내지 100 nm 의 평균 직경을 갖고,
    상기 제2 조성물은 나노입자를 포함하지 않는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조성물은 전기 방사시에, 0.5 poise 내지 200 poise의 점도를 갖는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조성물 100 중량부 대비 상기 나노입자를 0.05 중량부 내지 5 중량부 포함하는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 섬유는 연속섬유인
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조성물은 상기 제1 섬유로 이루어진 평면으로부터 수직으로 5㎝ 내지 50㎝ 떨어진 거리에서 전기 방사를 시작하는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조성물은 0.5ml/min 내지 100 ml/min의 속도로 방사되는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 섬유는 나노 웹의 형태로 형성되는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013537124A (ja) * 2010-09-17 2013-09-30 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ナノ粒子引き抜き成形加工助剤

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100549226B1 (ko) * 2004-07-21 2006-02-02 한국과학기술원 자체윤활특성을 갖는 핀의 제조방법 및 이것에 사용되는 부싱의 제조방법
KR101134349B1 (ko) * 2009-12-31 2012-04-09 웅진케미칼 주식회사 편광필름의 제조방법 및 그로부터 제조되는 편광필름
KR101962451B1 (ko) * 2016-12-01 2019-03-27 박명수 무팽윤성 기공타입의 통기방수성 필름, 그의 제조방법 및 그를 이용한 용도

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013537124A (ja) * 2010-09-17 2013-09-30 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ナノ粒子引き抜き成形加工助剤

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