KR102238872B1

KR102238872B1 - 복합재 예비성형 보드 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102238872B1
Application number: KR1020170057546A
Authority: KR
Inventors: 안승현; 한경석; 김희준
Original assignee: (주)엘지하우시스; 주식회사 엔바이오니아
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2021-04-12
Also published as: WO2018208051A1; EP3636418A1; EP3636418A4; EP3636418B1; KR102238872B9; KR20180123387A

Abstract

제1 섬유; 제2 섬유; 상기 제1 섬유와 상기 제2 섬유를 결착시키는 결착재; 및 열팽창성 미세입자를 포함하고, 상기 제1 섬유와 상기 제2 섬유는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 열팽창성 미세 입자는 상기 기공에 위치하며, 상기 제1 섬유는 제1 열가소성 수지를 포함하고, 상기 제2 섬유는 제2 열가소성 수지를 포함하고, 상기 결착재는 제3 열가소성 수지를 포함하며, 상기 제1 열가소성 수지의 융점 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점은 각각 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높은 복합재 예비성형 보드와 이의 제조방법을 제공한다.

Description

복합재 예비성형 보드 및 이의 제조방법{COMPOSITE MATERIAL PREFORM BOARD AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

복합재 예비성형 보드와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 열가소성 복합소재는 높은 강성을 나타내는 유리섬유나 카본섬유 등의 강화 섬유와 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지로 구성되어 있다. 이러한 열가소성 복합소재는 일반 열가소성 수지 재료에 비해 높은 기계적 물성을 나타내기 때문에, 자동차 및 건축용 소재로 널리 사용되고 있다. 종래의 열가소성 복합소재 제조방식은 주로 강화 섬유를 열가소성 수지에 혼합한 후, 압출하여 몰드 프레스 공정을 통해 최종제품을 제조한다. 하지만 압출을 통한 제품 제조 시 강화섬유의 균일한 분산을 기대하기 어렵고, 발포제를 별도로 사용하지 않는 한 기공 구조를 갖는 예비성형 보드로의 제조가 어렵다.

또는, 에어-레이어드(Air-laid), 드라이-레이어드(Dry-laid), 니들 펀칭(Needle-punching) 등의 건식 공정을 이용하여 강화 섬유 시트를 먼저 제조하고, 상기 강화 섬유 시트를 수지에 함침시키는 방식을 통해 복합소재를 제조하고 있다. 하지만 건식 공정을 이용하여 복합 소재를 제조할 경우, 다양한 첨가제를 적용하여 특정 물성을 부여하는 것이 공정상 어렵고, 섬유 분산성이 저하되어 기계적 강도가 낮아지는 문제가 있다. 특히, 니들펀칭 공정시 강화 섬유가 뭉치는 뭉침 현상이 발생하여 최종 제조되는 복합소재는 균일한 기계적 물성을 가지기 어렵게 되고, 예비성형 보드 제조를 위한 발포 시 니들펀칭에 의해서 강화 섬유가 고정되어 있어 기공률이 낮은 구조를 가지게 된다.

본 발명의 일 구현예는 재활용이 용이하고, 생산 원가의 인하가 가능하며, 경량성이 우수한 복합재 예비성형 보드를 제공한다. 또한, 상기 복합재 예비성형 보드는 섬유와 수지 사이의 상응성(Compatibility)이 높기 때문에 향상된 기계적 강도를 제공할 수 있다. 또한, 상기 복합재 예비성형 보드는 이를 이용하여 부품 성형 시, 다양한 두께 설계가 가능하며, 단열성 및 흡차음 성능이 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 습식 공정을 이용한 복합재 예비 성형 보드의 제조방법으로서, 건식 공정에 비하여 전체에 걸쳐 균일한 물성 구현이 가능하고, 섬유 분산성이 향상되며, 섬유와 수지 이외의 성분의 적용을 통해 전술한 바와 같은 다양한 이점을 구현할 수 있는 복합재 예비성형 보드의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 제1 섬유; 제2 섬유; 상기 제1 섬유와 상기 제2 섬유를 결착시키는 결착재; 및 열팽창성 미세입자를 포함하고, 상기 제1 섬유와 상기 제2 섬유는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 열팽창성 미세 입자는 상기 기공에 위치하며, 상기 제1 섬유는 제1 열가소성 수지를 포함하고, 상기 제2 섬유는 제2 열가소성 수지를 포함하고, 상기 결착재는 제3 열가소성 수지를 포함하며, 상기 제1 열가소성 수지의 융점 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점은 각각 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높은 복합재 예비성형 보드를 제공한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 수용액에 분산시켜 슬러리 용액을 준비하는 단계; 상기 슬러리 용액으로부터 습식 초지 공정에 의해 웹(web)을 형성하는 단계; 상기 웹(web)에 열팽창성 미세입자를 스프레이 코팅하는 단계; 상기 열팽창성 미세입자가 코팅된 웹(web)을 건조하여 복합재 시트를 제조하는 단계; 및 상기 복합재 시트를 적어도 2장 적층하고 프레스 성형하여 복합재 예비성형 보드를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 강화 섬유는 제1 열가소성 수지를 포함하는 제1 섬유이고, 상기 이성분 폴리머 섬유는 제2 열가소성 수지를 포함하는 코어(core)부 및 제3 열가소성 수지를 포함하는 시스(sheath)부를 포함하고, 상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점이 각각 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높은 복합재 예비성형 보드의 제조방법을 제공한다.

상기 복합재 예비성형 보드는 재활용이 용이하고, 생산 원가의 인하가 가능하며, 경량성이 우수하다. 또한, 상기 복합재 예비성형 보드는 섬유와 수지 사이의 상응성(Compatibility)이 높기 때문에 향상된 기계적 강도를 제공할 수 있다. 또한, 상기 복합재 예비성형 보드는 이를 이용하여 부품 성형 시, 다양한 두께 설계가 가능하며, 단열성 및 흡차음 성능이 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

상기 복합재 예비성형 보드의 제조방법은 습식 공정을 이용한 방법으로서, 건식 공정에 비하여 전체에 걸쳐 균일한 물성 구현이 가능하고, 섬유 분산성이 향상되며, 섬유와 수지 이외의 성분의 적용이 용이하고, 그 결과, 이를 통해 전술한 바와 같이 다양한 이점을 구현하는 복합재 예비성형 보드를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합재 예비성형 보드의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 열팽창성 미세입자(14)와 이의 팽창 메커니즘(expansion mechnism)을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 상기 복합재 예비성형 보드의 제조과정 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이를 달성하는 방법은 후술하는 기재를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 하기 기재는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않으며, 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도면에서 임의의 층 또는 영역을 명확하게 표현하기 위하여 그 두께 또는 크기를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 또는 영역을 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 명세서에서, 제1 섬유 및 제2 섬유는 이들의 원료 성분을 고려하여, 서로 별도의 구성임을 나타내기 위해 편의상 제1 및 제2로 구별하여 기재한 것일 뿐, 반드시 서로 다른 재질의 섬유인 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 이와 마찬가지로, 본 명세서에서, 제1 열가소성 수지, 제2 열가소성 수지 및 제3 열가소성 수지는 서로 별도의 구성임을 나타내기 위해 편의상 제1, 제2 및 제3으로 구별하여 기재한 것일 뿐, 반드시 서로 다른 재질의 수지를 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합재 예비성형 보드(100)의 개략적인 모식도이다. 도 1을 참조할 때, 상기 복합재 예비성형 보드(100)는 제1 섬유(11)와 제2 섬유(12)를 포함하고, 상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유(12)를 결착시키는 결착재(13)를 포함한다.

이때, 상기 제1 섬유(11)는 제1 열가소성 수지를 포함하고, 상기 제2 섬유(12)는 제2 열가소성 수지를 포함하며, 상기 결착재(13)는 제3 열가소성 수지를 포함한다. 또한, 상기 제1 열가소성 수지의 융점 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점은 각각 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높다.

상기 결착재(13)는 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)의 각각의 표면의 일부 또는 전체에 코팅된 상태로 존재한다. 도 1은, 일 예시로서, 상기 결착재(13)가 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)의 각각의 표면 전체에 코팅된 상태를 도시한 것이다. 이와 같이, 상기 결착재(13)에 의해 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)의 각각의 표면에 형성된 코팅부들은 서로 융착되어, 상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유(12) 사이; 복수의 상기 제1 섬유(11) 사이; 또는 복수의 상기 제2 섬유(12) 사이를 불규칙하게 결착시킬 수 있다. 이로써, 상기 복합재 예비성형 보드(100)는 기공을 포함하는 불규칙한 3차원 망목 구조를 갖게 되고, 소정의 기공률를 갖는 다공성 구조를 갖게 된다.

또한, 도 1을 참조할 때, 상기 복합재 예비성형 보드(100)는 열팽창성 미세입자(14)를 포함하며, 상기 열팽창성 미세입자(14)는 상기 제1 섬유(11), 상기 제2 섬유(12) 및 상기 결착재(13)에 의해 형성된 망목 구조의 기공에 위치한다.

상기 복합재 예비성형 보드(100)는 기공률이 약 5부피% 내지 약 80부피%일 수 있고, 예를 들어, 약 20부피% 내지 약 60부피%일 수 있다. 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 기공은 제조 중의 공정 조건, 상기 제1 섬유(11), 상기 제2 섬유(12) 및 상기 결착재(13)의 구체적인 성분 및 함량비 등을 종합적으로 조절하여 상기 범위의 기공률을 만족하도록 형성될 수 있다. 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 기공률이 이와 같은 범위를 만족함으로써 상기 열팽창성 미세입자(14)를 균일하게 분산 포함할 수 있으며, 우수한 경량성, 단열성 및 흡차음 성능을 확보할 수 있다.

상기 복합재 예비성형 보드(100)에 있어서, 상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유(12)는 연신율이 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 섬유(11)의 연신율이 상기 제2 섬유(12)의 연신율보다 높을 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 섬유(11)는 약 300% 내지 약 600%의 연신율을 갖는 연신 섬유이고, 상기 제1 섬유(12)는 연신율 300% 미만의 연신 섬유이거나, 연신율 0%의 미연신 섬유일 수 있다.

상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유(12)의 연신율은 섬유의 본래의 길이에 대한 끊어지지 않고 최대로 늘어나는 길이의 비율을 백분율로 나타낸 것으로서, 이들 각각의 연신율이 상기 범위를 만족함으로써 상기 복합재 예비성형 보드(100)가 우수한 기계적 강도 및 강성을 나타내고, 열성형 과정에서 수축을 최소화할 수 있다. 나아가, 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)가 서로 다른 연신율 특성을 가짐으로써 탄성의 상호 보완 작용을 통해 외부 충격에 대한 우수한 내충격성을 확보할 수 있다.

상기 복합재 예비성형 보드(100)는 열을 가하는 추가 성형 공정에 의해 두께가 약 3배 내지 약 7배 증가할 수 있다. 이와 같은 두께의 증가는 상기 열팽창성 미세입자(14)의 팽창 작용과 상기 불규칙한 망목 구조의 상호 작용에 의해 가능할 수 있다. 최종 필요한 두께에 따라, 추가 성형 공정의 온도 조건을 달리하여 두께의 증가 정도를 조절할 수 있다. 상기 추가 성형 공정에서 상기 복합재 예비성형 보드(100)에 열이 가해지면, 상기 결착재(13)가 연화(softening)되거나 용융(melting)되면서, 상기 섬유들 사이의 결착력이 완화(relaxation)되어 상기 불규칙한 망목 구조의 팽창이 일어나게 되고, 이와 동시에 상기 열팽창성 미세입자(14)가 팽창하면서 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 두께가 전체적으로 두꺼워지게 된다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 복합재 예비성형 보드(100)는 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제1 섬유(12)로서, 전술한 바와 같이, 열가소성 수지 재질로 이루어진 섬유를 사용하며, 유리 섬유 또는 탄소 섬유 등의 무기 섬유를 사용하지 않는다.

강화 섬유로서 유리 섬유 등의 무기 섬유를 사용하는 경우, 섬유 자체의 탄성에 의하여 가열 조건 하에서 두께의 증가가 가능할 수 있으나, 그 증가 범위가 제한적인 면이 있다. 또한, 탄소 섬유를 강화 섬유를 적용할 경우, 높은 제조 비용이 요구되어 소모성 부품으로 적합하지 못하며, 유리 섬유를 강화 섬유를 적용할 경우, 낮은 원재료에도 불구하고, 유리 섬유가 외부로 노출되거나 조립부에서 비산되어 인체에 유해한 영향을 미치는 문제가 있다. 이러한 이유로, 유리 섬유를 적용할 때, 부직포나 필름 등의 마감재를 별도로 사용하는데, 이러한 경우, 비용 상승의 원인이 될 수 있으며, 최근 친환경 목적에 기인한 이슈 중 하나인 재활용성에 매우 취약한 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 복합재 예비성형 보드(100)는 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)로서 수지 재질의 섬유를 사용하며, 이와 함께 상기 열팽창성 미세입자(14)를 사용함으로써 재활용이 용이하고, 생산 원가의 인하가 가능하며, 조절 가능한 두께 범위가 넓은 이점을 동시에 얻을 수 있다.

일 구현예에서, 상기 복합재 예비성형 보드(100)는 상기 제1 섬유(11) 100 중량부 기준, 상기 제2 섬유(12)와 상기 결착재(13)의 총 함량이 약 30 중량부 내지 약 50 중량부일 수 있다. 이로써, 상기 제1 섬유(11)에 따른 우수한 강도와 상기 제2 섬유(12)에 따른 내충격성을 동시 확보하기 유리할 수 있으며, 상기 결착재(13)를 매개로 상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유(12)가 결착되어 적절한 기공률을 갖는 다공성 구조가 용이하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 섬유 100 중량부에 대하여 상기 결착재가 약 40 중량부 내지 약 250 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 40 중량부 내지 약 150 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 80 중량부 내지 약 120 중량부일 수 있다.

후술되는 복합재 예비성형 보드의 제조방법에 의할 때, 상기 제2 섬유(12)와 상기 결착재(13)는 이성분 폴리머 섬유로부터 유래되며, 상기 제1 섬유(11)는 강화 섬유로부터 유래된다. 따라서, 후술되는 제조방법에서, 상기 이성분 폴리머 섬유을 이루는 각 성분의 함량비와, 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유의 함량비를 제어하여 상기 조건을 만족하는 복합재 예비성형 보드(100)를 얻을 수 있다.

상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지의 비중은 약 1보다 클 수 있고, 예를 들어, 약 1 내지 약 1.5일 수 있다. 후술되는 복합재 예비성형 보드의 제조방법에 의할 때, 상기 제1 섬유(11)는 강화 섬유에 해당하며, 상기 제2 섬유(12)는 이성분 폴리머 섬유의 코어(core)부에 해당한다. 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유는 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 제조 과정에서 수용액에 분산되는데, 물의 비중이 약 1인 점을 고려할 때, 상기 제1 섬유(11)에 포함되는 제1 열가소성 수지와, 상기 제2 섬유(12)에 포함되는 제2 열가소성 수지로서, 각각 비중이 약 1보다 큰 수지를 사용함으로써 수용액 표면에 뜨지 않고 잘 가라앉힐 수 있고, 우수한 분산성을 확보할 수 있다. 그 결과, 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 기계적 강도가 향상될 수 있다.

상기 제1 섬유(11)는 섬유의 길이 방향에 수직한 단면의 직경이 약 5㎛ 내지 약 40㎛일 수 있고, 길이가 약 1㎜ 내지 약 50㎜일 수 있다. 또한, 상기 제2 섬유(12)의 길이 방향에 수직한 단면의 직경이 약 5㎛ 내지 약 30㎛일 수 있고, 길이가 약 1㎜ 내지 약 50㎜일 수 있다. 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)의 굵기 및 길이가 상기 범위를 만족함으로써 이들의 적절한 물리적 엮임성을 바탕으로 열팽창성 미세 입자(14)와 함께 사용되기에 적절한 기공률을 갖는 다공성 구조를 형성할 수 있다.

후술되는 복합재 예비성형 보드의 제조방법을 참조할 때, 상기 결착재(13)는 상기 제2 섬유(12)를 코어로 하는 이성분 섬유의 시스(sheath)부로부터 유래함을 알 수 있다. 즉, 상기 이성분 섬유의 시스부가 소정의 온도 조건 하에서 용융하여 그 일부가 제1 섬유(11)의 표면으로 전이되고, 결착재(13)로서 상기 제1 섬유(11)와 상기 제2 섬유(12)를 결착시키는 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 결착재(13)를 이루는 상기 제3 열가소성 수지는 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)를 이루는 상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지에 비하여 낮은 융점을 갖는다.

일 구현예에서, 상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지는 각각의 융점이 약 200℃ 내지 약 270℃일 수 있다. 또한, 상기 제3 열가소성 수지의 융점은 약 200℃ 미만일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 이상, 약 200℃ 미만일 수 있다. 각각의 폴리에스테르계 수지의 융점은 열중량 분석 (Thermogravimetric analysis, TGA) 기기를 사용하여 측정할 수 있다.

상기 제1, 제2 및 제3 열가소성 수지의 융점은 이들을 이루는 각각의 성분, 그 성분의 화학적 구조 등을 통하여 조절될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지는 각각 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴로-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리락트산, 테플론 및 이들의 유도체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지는 각각 200℃ 내지 270℃의 융점을 갖는 폴리에스테르일 수 있다.

상기 결착재(13)를 이루는 제3 열가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴로-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리락트산, 테플론 및 이들의 유도체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 제3 열가소성 수지는 융점이 200℃ 미만, 예를 들어, 100℃ 이상, 200℃ 미만인 폴리에스테르일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 열팽창성 미세입자(14)와 이의 팽창 메커니즘(expansion mechnism)을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2를 참조할 때, 상기 열팽창성 미세입자(14)는 제4 열가소성 수지로 이루어진 쉘(141)과 상기 쉘(141)에 의해 밀봉되고 탄화수소 기체를 포함하는 코어(142)로 이루어진 코어-쉘 구조를 갖는다.

상기 쉘(141)을 이루는 제4 열가소성 수지는 상기 제3 열가소성 수지보다 높은 융점을 갖는다. 이로써, 후술되는 복합재 예비성형 보드의 제조 과정에서, 이성분 섬유의 상기 제3 열가소성 수지를 포함하는 시스(sheath)부가 용융되어 결착재(13)로 변화할 때, 상기 열팽창성 미세 입자(14)는 구형의 형상을 유지할 수 있다.

예를 들어, 상기 쉘(141)을 이루는 제4 열가소성 수지는 아크릴로니트릴 수지, 비닐 클로라이드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

도 2를 참조할 때, 상기 열팽창성 미세입자(14)는 팽창 개시 온도(T1)에서 팽창을 시작하며, 최대 팽창 온도(T2)에서 가장 큰 크기로 팽창하였다가, 파손 온도(T3)에 도달하면 상기 쉘(141)이 파손되면서 수축하게 된다.

상기 열팽창성 미세입자(14)의 팽창 개시 온도(T1)는 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높을 수 있고, 예를 들어, 상기 팽창 개시 온도(T1)는 약 180℃ 내지 약 220℃일 수 있다. 이로써, 후술되는 복합재 예비성형 보드의 제조 과정에서, 이성분 섬유의 상기 제3 열가소성 수지를 포함하는 시스(sheath)부가 용융되어 결착재(13)로 변화할 때, 상기 열팽창성 미세 입자(14)는 팽창을 시작하지 않고, 본래의 크기를 유지할 수 있다.

이와 같이, 상기 복합재 예비 성형 보드(100)의 제조 과정에서는 상기 열팽창성 미세입자(14)가 팽창하지 않고 본래의 크기를 유지하며, 추후 필요한 때에 열을 가하는 추가 성형 공정을 통하여 상기 열팽창성 미세입자(14)의 팽창시켜 상기 복합재 예비 성형 보드(100)의 두께를 증가시킬 수 있다.

상기 열팽창성 미세입자(14)는 구형의 입자이며, 이때, 구형이란 기하학적으로 완전한 구형을 의미하는 것은 아니고, 단면의 형상이 원형 또는 실질적으로 원형인 3차원 입체 형상을 포괄하는 의미로 이해되어야 할 것이다.

상기 열팽창성 미세입자(14)는 팽창 이전의 본래의 크기에 있어서 단면의 평균 직경이 약 5㎛ 내지 약 50㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 40㎛일 수 있다. 상기 열팽창성 미세입자(14)가 이와 같은 크기를 가짐으로써 상기 제1 섬유, 제2 섬유 및 결착재에 의해 형성되는 기공 내에 균일하게 분산될 수 있고, 최대 팽창 온도(T2)에서 본래의 크기에 비하여 단면 직경 또는 부피 기준 전술한 팽창 정도로 팽창되어 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 두께를 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 열팽창성 미세입자(14)의 크기가 너무 작으면, 상기 기공 내에 분산되지 못하고 이탈하거나, 팽창하더라도 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 두께 변화에 영향을 주지 못할 우려가 있다.

상기 열팽창성 미세입자(14)는 최대 팽창 온도(T2)에서, 본래의 크기에 비하여 단면 직경 기준으로는 약 3배 내지 약 12배 팽창하고, 부피 기준으로는 약 30배 이상, 예를 들어, 약 40배 내지 약 200배 팽창하게 된다. 즉, 상기 열팽창성 미세입자(14)는 팽창 이전의 단면 직경에 비하여 팽창 이후의 단면 직경이 3배 내지 12배 길어지고, 팽창 이전의 부피에 비하여 팽창 이후의 부피가 400배 내지 200배 커지게 된다. 상기 열팽창성 미세입자(14)가 이와 같은 팽창률을 가짐으로써 이를 통해 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 두께를 광범위하게 조절할 수 있다.

상기 복합재 예비성형 보드(100)는 상기 열팽창성 미세입자(14)를 약 0.1 중량% 내지 약 5중량% 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 1중량% 내지 약 3중량% 포함할 수 있다.

상기 복합재 예비성형 보드(100)는 상기 열팽창성 미세입자(14)를 이용함으로써 두께 변화를 통한 성형성 확보와 함께, 상기 보드 내부에 추가적인 닫힘 기공 구조를 형성하여 단열 성능 및 흡차음 성능 향상이 가능한 이점이 있다. 종래에는 이와 같은 효과를 위해 글래스 버블(glass bubble)을 사용하였으나, 글래스 버블은 취성이 강하여 손상되기 쉽고, 조립 또는 사용 시에 유리 성분이 비산되어 인체에 유해한 영향을 줄 우려가 있다. 즉, 상기 복합재 예비성형 보드(100)는 상기 열팽창성 미세입자(14)를 사용함으로써 전술한 이점과 함께 우수한 내구성 및 인체 친화적인 효과를 함께 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 복합재 예비성형 보드의 제조방법을 제공한다.

상기 복합재 예비성형 보드의 제조방법은 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 수용액에 분산시켜 슬러리 용액을 준비하는 단계; 상기 슬러리 용액으로부터 습식 초지 공정에 의해 웹(web)을 형성하는 단계; 상기 웹(web)에 열팽창성 미세입자를 스프레이 코팅하는 단계; 상기 열팽창성 미세입자가 코팅된 웹(web)을 건조하여 복합재 시트를 제조하는 단계; 및 상기 복합재 시트를 적어도 2장 적층하고 프레스 성형하여 복합재 예비성형 보드를 제조하는 단계;를 포함한다.

이때, 상기 강화 섬유는 제1 열가소성 수지를 포함하는 제1 섬유이고, 상기 이성분 폴리머 섬유는 제2 열가소성 수지를 포함하는 코어(core)부 및 제3 열가소성 수지를 포함하는 시스(sheath)부를 포함하며, 상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점은 각각 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높다.

상기 제1 열가소성 수지, 상기 제2 열가소성 수지 및 상기 제3 열가소성 수지에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다. 또한, 상기 열팽창성 미세입자에 관한 사항도 모두 전술한 바와 같다.

상기 슬러리 용액은 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유를 수용액에 분산시켜 제조된다.

이때, 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유는 수용액에 대한 분산성을 향상시키기 위하여 각각의 표면이 표면 처리될 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 처리는 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 최외각 표면 상에 플루오르기, 히드록시기, 카르복실기, 알킬기, 실란기 등의 작용기를 도입하거나, 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 최외각 표면을 탄화(carbonization), 가수분해(Hydrolysis) 또는 산화(Oxidation)시키는 방법으로 수행될 수 있다.

또한, 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 표면을 표면 처리하는 경우, 코팅제에 따라, 친수성/소수성, 발수성, 난연성, 불연성, 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내구성, 내오염성 등의 기능성 부여도 가능할 수 있다.

예를 들어, 상기 표면 처리를 위한 코팅제는 불소계 왁스, 탄화 수소계 왁스, 실리콘계 폴리머 등을 포함할 수 있고, 상기 불소계 왁스 또는 상기 탄화 수소계 왁스 등은 발수제 역할을 수행할 수 있다.

상기 슬러리 용액을 제조하는 단계에서, 상기 수용액 1L 당 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 총합의 함량은 약 0.1g 내지 약 10g일 수 있다. 상기 수용액에 대한 상기 섬유들의 총합이 상기 범위의 함량으로 조절됨으로써, 우수한 분산성을 확보할 수 있고, 균일한 두께의 웹이 제조될 수 있다.

또한, 상기 수용액의 pH는 약 1 내지 약 8일 수 있고, 예를 들어, 약 3 내지 약 7일 수 있다. 상기 수용액의 pH를 상기 범위로 조절함으로써 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 표면에 전하를 발생시켜 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 슬러리 용액은 필요에 따라, 가교제 또는 추가적인 바인더와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상기 가교제는 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 섬유 사이의 화학적 결합력 강화시키는 작용을 하고, 예를 들어, 실란계 화합물, 말레산계 화합물 등을 사용할 수 있다.

상기 가교제의 함량은 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 섬유의 합 100 중량부 대비 약 0 중량부 내지 약 5 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 0 중량부 초과, 약 1 중량부 이하일 수 있다.

상기 추가적인 바인더는 전분, 카제인, 폴리비닐알콜(PVA), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 등의 수용성 폴리머류; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드 등의 에멀젼류; 시멘트류; 황산칼슘계 클레이(Clay), 규산나트륨, 규산알루미나, 규산칼슘 등의 무기계 화합물류; 등을 사용할 수 있다.

상기 추가적인 바인더의 함량은 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 섬유의 합 100 중량부 대비 약 0 중량부 내지 약 5 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 0 중량부 초과, 약 3 중량부 이하일 수 있다.

상기 슬러리 용액은 상기 강화 섬유 100 중량부에 대하여 상기 이성분 폴리머 섬유를 약 30 중량부 내지 약 50 중량부 포함할 수 있다.

또한, 상기 이성분 폴리머 섬유는 상기 코어부 100 중량부에 대하여, 상기 시스부를 약 40 중량부 내지 약 150 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 80 중량부 내지 약 120 중량부 포함할 수 있다.

이로써, 상기 이성분 폴리머 섬유의 시스부가 용융되어 결착재로 변화할 때, 상기 열팽창성 미세입자가 고르게 분산되기에 유리한 크기의 기공이 포함된 불규칙한 3차원 망목 구조가 형성될 수 있고, 상기 열팽창성 미세입자의 팽창 및 상기 결착재의 완화에 의해 두께 조절이 용이한 물리적인 구조가 잘 형성될 수 있다.

상기 웹(web)은 상기 슬러리 용액을 습식 초지 공정으로 가공하여 제조된다.

도 3은 상기 복합재 예비성형 보드(100)의 제조과정 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 슬러리 용액(40)은 교반기(30)를 이용해 수용액 내에 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유를 고르게 혼합함으로써 제조된다. 상기 슬러리 용액(40)은 컨베이어 벨트(50)를 따라 이동하는 메쉬(mesh)를 따라가면서 탈수되어 습식 웹(20)으로 제조된다.

상기 컨베이어 벨트(50)는 필요에 따라 지면에 대한 소정의 각도로 경사도를 가질 수 있다. 이로써, 상기 슬러리 용액(40)의 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유의 적어도 일부가 상기 컨베이어 벨트(50)의 이동 방향으로 배향성을 가질 수 있고, 이 경우, 배향 방향에 대해 높은 강도를 구현할 수 있다.

이어서, 상기 습식 웹(20)에 분무 장치(60)를 이용하여 열팽창성 미세입자를 코팅할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 열팽창성 미세입자는 수계 용매 및 열팽창성 미세입자를 포함하는 열팽창성 미세입자 코팅액을 상기 분무 장치(60)를 이용하여 스프레이 코팅함으로써 상기 습식 웹(20) 내에 분산될 수 있다.

이때, 상기 습식 웹(20)에 상기 열팽창성 미세입자를 스프레이 코팅하는 단계는 진공 흡입 공정을 수반할 수 있다. 즉, 상기 분무 장치(60)를 이용하여 열팽창성 미세입자를 코팅하면서, 동시에 진공 흡기 시스템(70)을 적용함으로써 상기 열팽창성 미세입자가 상기 습식 웹(20) 내에 고르게 분산되도록 할 수 있다.

상기 열팽창성 미세입자는 상기 교반기(30)에서 상기 슬러리 용액(40)을 제조할 때 투입할 수도 있다. 다만, 이 경우, 고르게 분산시키기 어려우며, 공정상 소재의 손실이 크기 때문에 불리할 수 있다. 즉, 상기 복합재 예비성형 보드의 제조방법은 상기 열팽창성 미세입자의 코팅 방법으로서 스프레이 코팅 및 진공 흡입 방법을 사용함으로써, 상기 슬러리 용액에 열팽창성 미세입자를 투입하는 경우에 비하여 우수한 분산성 및 원가 절감의 이점을 얻을 수 있다.

이어서, 상기 습식 웹(20)은 건조기(80)를 통해 건조되어 복합재 시트(90)로 제조될 수 있다. 상기 건조기(80)의 건조 온도는 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 낮은 온도에서 수행된다. 즉, 상기 복합재 시트(90)는 상기 이성분 섬유의 시스부가 용융되지 않은 상태로서, 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 섬유가 물리적으로 얽혀있고, 그 사이 사이에 상기 열팽창성 미세입자가 분산된 구조이다.

상기 복합재 예비성형 보드(100)의 제조방법은 상기 복합재 시트(90)를 적어도 2장 적층하고 프레스(press) 성형하여 복합재 예비성형 보드(100)를 제조하는 단계를 포함한다.

상기 프레스 성형은 소정의 온도에서 가압함으로써 수행되며, 보다 구체적으로, 하기 3가지 조건을 동시에 만족하는 온도에서 수행될 수 있다.

ⅰ) 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높은 온도;

ⅱ) 상기 제1 열가소성 수지의 융점 또는 상기 제2 열가소성 수지의 융점보다 낮은 온도; 및

ⅲ) 상기 열팽창성 미세입자의 팽창 개시 온도보다 낮은 온도.

이로써, 상기 프레스 성형을 통해 상기 복합재 시트(90) 중의 이성분 폴리머 섬유의 시스부가 용융되어 결착재 역할을 할 수 있고, 이와 동시에, 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 섬유의 코어부의 물리적 엮임에 의한 기공 구조의 형성이 가능하며, 상기 열팽창성 미세입자는 본래의 크기를 유지하여 후속 가공으로 두께 변경이 가능한 복합재 예비성형 보드가 제조될 수 있다.

상기 프레스 성형은 약 1bar 내지 약 30bar의 압력 하에서 수행될 수 있다. 가압 압력이 지나치게 높은 경우에는 상기 복합재 예비성형 보드의 기공 구조가 형성될 수 없으며, 상기 열팽창성 미세입자가 손상되어 두께 변화가 가능한 물성을 가질 수 없다. 또한, 가압 압력이 지나지게 낮은 경우에는, 적어도 2장의 상기 복합재 시트(90)의 계면 부착성이 저하될 우려가 있다.

상기 제조방법을 통하여, 상기 강화 섬유로부터 유래된 제1 섬유(11)와 상기 이성분 폴리머 섬유의 코어부로부터 유래된 제2 섬유(12)를 포함하고, 상기 이성분 폴리머 섬유의 시스부로부터 유래되어 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)를 결착시키는 결착재(13)를 포함하며, 상기 제1 섬유(11), 상기 제2 섬유(12) 및 상기 결착재(13)에 의해 형성된 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조의 기공 내에 위치하는 열팽창성 미세입자(14)를 포함하는 복합재 예비성형 보드(100)가 제조될 수 있다.

즉, 상기 제1 섬유(11) 및 상기 제2 섬유(12)에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

< 실시예 및 비교예 >

실시예 1

260℃의 융점을 갖고 연신율이 300% 미만인 폴리에스테르 코어부와 160℃ 융점을 갖는 폴리에스테르 시스부가 50:50의 중량비를 가지며, 길이가 5㎜이고, 길이 방향에 수직한 단면의 직경이 4 데니어(약 20㎛)인 이성분 폴리머 섬유를 준비하였다.

이어서, 길이가 13㎜이고, 길이 방향에 수직한 단면의 직경이 13㎛이며, 260℃의 융점을 갖고, 연신율이 300%인 폴리에스테르 연신사를 강화 섬유로 준비하였다.

상기 강화 섬유 100 중량부 기준, 상기 이성분 폴리머 섬유 40 중량부를 배합하고, 이를 pH 5~7로 조절된 염산(HCl) 수용액 내에서 1시간 동안 교반한여 슬러리 용액을 제조하였다. 이때, 상기 수용액 1L 당 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유는 총 2g이 되도록 하였다.

이어서, 상기 슬러리 용액을 컨베이어 벨트 상에 이동하는 메쉬(mesh)를 통해 이동시키면서 진공 흡입 시스템을 통과시켜 습식 웹으로 제조하였다.

이어서, 최종 제조될 복합재 시트의 전체 중량 대비 2중량%의 열팽창성 미세입자와 아크릴계 바인더 및 물을 포함하는 코팅액을 스프레이 코팅하며, 진공 흡입을 수행하여 상기 습식 웹에 열팽창성 미세 입자를 분산시켰다. 상기 열팽창성 미세입자는 하기 표 1에 기재된 것을 사용하였다.

상기 습식 웹을 140℃의 오븐 드라이어를 통과시켜 완전히 건조시켜 복합재 시트를 제조하였다. 건조된 상기 복합재 시트의 평량이 300g/㎡이고 두께는 5㎜이었다.

상기 복합재 시트를 4장 적층하고, 180℃에서 5bar의 압력으로 가압하여 최종 두께 3㎜의 복합재 예비성형 보드를 제조하였다.

실시예 2

최종 제조될 복합재 시트의 전체 중량 대비 1중량%의 열팽창성 미세입자와 아크릴계 바인더 및 물을 포함하는 코팅액을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 동일한 두께의 복합재 예비성형 보드를 제조하였다.

비교예 1

상기 열팽창성 미세입자를 포함하지 않는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 동일한 두께의 복합재 예비성형 보드를 제조하였다.

비교예 2

상기 열팽창성 미세입자를 포함하지 않으며, 강화 섬유로서 상기 폴리에스테르 연신사 대신에, 길이가 13㎜이고, 길이 방향에 수직한 단면의 직경이 13㎛인 유리 섬유를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 동일한 두께의 복합재 예비성형 보드를 제조하였다.

열팽창성 미세입자
쉘(shell)의 재질		아크릴로니트릴 수지
코어(core)의 종류		탄화수소 기체
팽창 개시 온도(℃)		190℃
팽창 이전의 단면 평균 직경(㎛)		40㎛
최대 팽창 온도에서 팽창률	단면 직경 기준	4배
	부피 기준	60배

<평가>

실험예 1: 두께 변화 평가

상기 실시예 1-2 및 상기 비교예 1-2의 복합재 예비성형 보드를 200℃에서 예열하여 하기 식 1에 의한 두께 변화율(%)을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 2에 기재된 바와 같다.

[식 1]

두께 변화율(%) = 열성형 후 두께/열성형 전 두께 × 100

	열성형 전 두께[㎜]	열성형 후 두께[㎜]	두께 변화율[%]
실시예 1	3	14	467
실시예 2	3	10.4	347
비교예 1	3	3	0
비교예 2	3	7.2	240

실험예 2: 굴곡 강도의 측정

상기 실시예 1-2 및 상기 비교예 1-2의 복합재 예비성형 보드를 200℃에서 예열 후 냉간 압착 성형 후, Universal Testing 장치(Instron, 5900 시리즈)를 이용하여 굴곡 강도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 3에 기재된 바와 같다.

	굴곡강도[MPa]
실시예 1	33
실시예 2	30
비교예 1	27
비교예 2	37

상기 표 2 및 표 3의 결과를 참조할 때, 본 발명의 일 구현예에 따른 실시예 1 및 2의 복합재 예비성형 보드는 열팽창성 미세 입자를 사용하지 않은 비교예 1; 또는 열팽창성 미세 입자를 사용하지 않고 그 자체로 탄성을 갖는 유리 섬유를 적용한 비교예 2에 비하여 현저히 높은 두께 변화율을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 1 및 2의 복합재 예비성형 보드는 약 30MPa 내지 약 35MPa의 굴곡강도를 나타냄으로써 적정 강성 및 유연성을 동시에 확보하는 이점을 갖는다.

100: 복합재 예비성형 보드
11: 제1 섬유
12: 제2 섬유
13: 결착재
14: 열팽창성 미세입자
141: 쉘
142: 코어
T1: 팽창 개시 온도
T2: 최대 팽창 온도
T3: 파손 온도
20: 습식 웹
30: 교반기
40: 슬러리 용액
50: 컨베이어 벨트
60: 분무 장치
70: 진공 흡기 시스템
80: 건조기
90: 복합재 시트

Claims

제1 섬유; 제2 섬유; 상기 제1 섬유와 상기 제2 섬유를 결착시키는 결착재; 및 열팽창성 미세입자를 포함하고,
상기 제1 섬유와 상기 제2 섬유는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고,
상기 열팽창성 미세 입자는 상기 기공에 위치하며,
상기 제1 섬유는 제1 열가소성 수지를 포함하고,
상기 제2 섬유는 제2 열가소성 수지를 포함하고,
상기 결착재는 제3 열가소성 수지를 포함하며,
상기 제1 열가소성 수지의 융점 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점은 각각 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높고,
상기 제1 섬유는 연신율이 300% 내지 600%인 연신 섬유이고, 상기 제2 섬유는 연신율 0%인 미연신 섬유이거나, 연신율이 300% 미만인 연신 섬유이고,
상기 제1 섬유 100 중량부에 대하여, 상기 제2 섬유와 상기 결착재의 총 함량이 30 중량부 내지 50 중량부이고,
상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지는 각각 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴로-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리락트산, 테플론 및 이들의 유도체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 열팽창성 미세입자는 제4 열가소성 수지로 이루어진 쉘(shell)과 탄화수소 기체를 포함하는 코어(core)로 이루어지는 코어-쉘 구조이고,
상기 열팽창성 미세입자는 최대 팽창 온도에서 부피 기준 팽창률이 40배 내지 200배인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유는 표면에 상기 결착재에 의해 일부 또는 전부가 코팅되어 형성된 코팅부를 형성하고,
상기 코팅부가 서로 융착되어 결착된
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 복합재 예비성형 보드는 무기섬유를 포함하지 않는
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제3 열가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴로-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리락트산, 테플론 및 이들의 유도체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제2 섬유 100 중량부에 대하여, 상기 결착재가 40 중량부 내지 250 중량부인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지의 비중이 1보다 큰
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제1 섬유는 단면 직경이 5㎛ 내지 40㎛이고, 길이가 1㎜ 내지 50㎜인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제2 섬유는 단면 직경이 5㎛ 내지 30㎛이고, 길이가 1㎜ 내지 50㎜인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지 각각의 융점이 200℃ 내지 270℃이고,
상기 제3 열가소성 수지의 융점이 200℃ 미만인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 제1 열가소성 수지, 상기 제2 열가소성 수지 및 상기 제3 열가소성 수지는 동종의 수지인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 열팽창성 미세입자의 팽창 개시 온도는 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높은
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 열팽창성 미세입자는 팽창 이전의 단면의 평균 직경이 5㎛ 내지 50㎛인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 열팽창성 미세입자는 최대 팽창 온도에서 단면의 직경 기준 팽창률이 3배 내지 12배인
복합재 예비성형 보드.
제1항에 있어서,
상기 열팽창성 미세입자를 0.1중량% 내지 5중량% 포함하는
복합재 예비성형 보드.
강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 수용액에 분산시켜 슬러리 용액을 준비하는 단계;
상기 슬러리 용액으로부터 습식 초지 공정에 의해 웹(web)을 형성하는 단계;
상기 웹(web)에 열팽창성 미세입자를 스프레이 코팅하는 단계;
상기 열팽창성 미세입자가 코팅된 웹(web)을 건조하여 복합재 시트를 제조하는 단계; 및
상기 복합재 시트를 적어도 2장 적층하고 프레스 성형하여 복합재 예비성형 보드를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 강화 섬유는 제1 열가소성 수지를 포함하는 제1 섬유이고,
상기 이성분 폴리머 섬유는 제2 열가소성 수지를 포함하는 코어(core)부 및 제3 열가소성 수지를 포함하는 시스(sheath)부를 포함하고,
상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점이 각각 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높고,
상기 제1 섬유는 연신율이 300% 내지 600%인 연신 섬유이고, 상기 이성분 폴리머 섬유의 코어부는 연신율 0%인 미연신 섬유이거나, 연신율이 300% 미만인 연신 섬유이고,
상기 강화 섬유 100 중량부에 대하여, 상기 이성분 폴리머 섬유의 함량이 30 중량부 내지 50 중량부이고,
상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지는 각각 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴로-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리락트산, 테플론 및 이들의 유도체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 열팽창성 미세입자는 제4 열가소성 수지로 이루어진 쉘(shell)과 탄화수소 기체를 포함하는 코어(core)로 이루어지는 코어-쉘 구조이고,
상기 열팽창성 미세입자는 최대 팽창 온도에서 부피 기준 팽창률이 40배 내지 200배인
복합재 예비성형 보드의 제조방법.
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제15항에 있어서,
상기 수용액 1L당 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 총 함량이 0.1g 내지 10g인
복합재 예비성형 보드의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 수용액의 pH가 1 내지 8인
복합재 예비성형 보드의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 열팽창성 미세입자는 수계 용매 및 열팽창성 미세입자를 포함하는 열팽창성 미세입자 코팅액을 스프레이 코팅하여 코팅되는
복합재 예비성형 보드의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 웹(web)에 열팽창성 미세입자를 스프레이 코팅하는 단계는 진공 흡입 공정을 수반하는
복합재 예비성형 보드의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 열팽창성 미세입자가 코팅된 웹(web)을 건조하여 복합재 시트를 제조하는 단계는 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 낮은 온도에서 수행되며,
상기 상기 복합재 시트를 적어도 2장 적층하고 프레스 성형하여 복합재 예비성형 보드를 제조하는 단계는 상기 제3 열가소성 수지의 융점보다 높고; 상기 제1 열가소성 수지의 융점 또는 상기 제2 열가소성 수지의 융점보다 낮으며; 상기 열팽창성 미세입자의 팽창 개시 온도보다 낮은 온도에서 수행되는
복합재 예비성형 보드의 제조방법.