KR102280425B1 - Porous fiber reinforced composite material and method of preparing the same - Google Patents
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Abstract
제1층 및 제2층을 포함하는 다공성 섬유강화 복합재이고, 상기 제1층은 제1 열가소성 수지 섬유, 제1 강화 섬유 및 제1 결착재를 포함하고, 상기 제2층은 제2 열가소성 수지 섬유, 제2 강화 섬유 및 제2 결착재를 포함하고, 상기 제1 열가소성 수지 섬유의 길이 및 직경이 각각 상기 제2 열가소성 수지 섬유의 길이 및 직경보다 크고, 상기 제1 강화 섬유의 길이 및 직경이 각각 상기 제2 강화 섬유의 길이 및 직경보다 크고, 상기 제1 열가소성 수지 섬유와 상기 제1 강화 섬유는 상기 제1 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 제2 열가소성 수지 섬유와 상기 제2 강화 섬유는 상기 제2 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하는 다공성 섬유강화 복합재가 제공된다.A porous fiber-reinforced composite including a first layer and a second layer, wherein the first layer includes a first thermoplastic resin fiber, a first reinforcing fiber, and a first binder, and the second layer is a second thermoplastic resin fiber , a second reinforcing fiber and a second binder, wherein the length and diameter of the first thermoplastic resin fiber are respectively greater than the length and diameter of the second thermoplastic resin fiber, and the length and diameter of the first reinforcing fiber are respectively greater than the length and diameter of the second reinforcing fiber, and the first thermoplastic resin fiber and the first reinforcing fiber are bound by the first binder to form an irregular network structure including pores, and the second thermoplastic resin There is provided a porous fiber-reinforced composite material in which the fibers and the second reinforcing fibers are bound by the second binder to form an irregular network structure including pores.
Description
본 발명은 다공성 섬유강화 복합재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a porous fiber-reinforced composite material and a method for manufacturing the same.
종래의 열가소성 복합소재는 높은 강성을 나타내는 유리섬유나 카본섬유 등의 강화 섬유와 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지로 구성되어 있다. 이러한 열가소성 복합소재는 일반 열가소성 수지 제품에 비해 높은 기계적 물성을 나타내기 때문에, 자동차 및 건축용 소재로 널리 사용되고 있다. 종래의 열가소성 복합소재 제조방식은 주로 강화 섬유를 열가소성 수지에 혼합한 후, 압출 내지 몰드 프레스 공정을 통해 성형하는 방식인데, 최근 강도와 생산성 향상을 위해, 건식 니들펀칭 공정이나 습식 초지 공정을 적용하여 우선적으로 강화 섬유가 포함된 매트 형태의 소재를 제조하고, 그 후 수지를 매트에 함침시키는 방식을 통해 복합 소재를 제조하고 있다. Conventional thermoplastic composite materials are composed of a reinforcing fiber such as glass fiber or carbon fiber exhibiting high rigidity and a thermoplastic resin constituting a matrix. Since these thermoplastic composite materials exhibit high mechanical properties compared to general thermoplastic resin products, they are widely used as materials for automobiles and constructions. The conventional method of manufacturing a thermoplastic composite material is mainly a method of mixing reinforcing fibers with a thermoplastic resin and then molding through an extrusion or mold press process. Recently, in order to improve strength and productivity, dry needle punching process or wet papermaking process is applied. First, a mat-type material containing reinforcing fibers is manufactured, and then a composite material is manufactured by impregnating the mat with resin.
강화 섬유와 열가소성 수지의 복합 소재는 열가소성 수지에 비해 강화 섬유가 보강재의 역할을 하기 때문에 우수한 기계적 강도를 나타낸다. 강화 섬유 복합 소재의 강도를 높이기 위한 방법으로 우선 강화 섬유 자체의 강성을 높이거나, 강화 섬유의 비율을 증가시키는 방법 그리고 강화 섬유와 열가소성 수지 간의 결합력을 향상시키는 기술이 적용되고 있다. 하지만, 습식이나 건식 공정을 통해 강화 섬유 매트를 제조하는 공정을 도입하였을 때, 강화 섬유 개질을 통한 강도 향상은 한계가 있다.
Composite materials of reinforcing fibers and thermoplastic resins exhibit superior mechanical strength compared to thermoplastic resins because the reinforcing fibers act as reinforcing materials. As a method for increasing the strength of the reinforcing fiber composite material, a method of increasing the rigidity of the reinforcing fiber itself or increasing the ratio of the reinforcing fiber and a technique of improving the bonding force between the reinforcing fiber and the thermoplastic resin are applied. However, when a process for manufacturing a reinforcing fiber mat through a wet or dry process is introduced, there is a limit to improving strength through reinforcing fiber reforming.
본 발명의 일 구현예는 우수한 굴곡 성형성을 가지면서도 강도가 우수하고, 아울러, 경량화 및 우수한 흡음 성능을 구현할 수 있는 다공성 섬유강화 복합재를 제공한다.
One embodiment of the present invention provides a porous fiber-reinforced composite material that has excellent bending formability and excellent strength, and can achieve light weight and excellent sound absorption performance.
본 발명의 일 구현예에서: In one embodiment of the invention:
제1층 및 제2층을 포함하는 다공성 섬유강화 복합재이고,It is a porous fiber-reinforced composite comprising a first layer and a second layer,
상기 제1층은 제1 열가소성 수지 섬유, 제1 강화 섬유 및 제1 결착재를 포함하고,The first layer includes a first thermoplastic resin fiber, a first reinforcing fiber, and a first binder,
상기 제2층은 제2 열가소성 수지 섬유, 제2 강화 섬유 및 제2 결착재를 포함하고,The second layer includes a second thermoplastic resin fiber, a second reinforcing fiber, and a second binder,
상기 제1 열가소성 수지 섬유 의 길이 및 직경이 상기 제2 열가소성 수지 섬유의 길이 및 직경보다 크고, The length and diameter of the first thermoplastic resin fiber is greater than the length and diameter of the second thermoplastic resin fiber,
상기 제1 강화섬유의 길이 및 직경이 각각 제2 강화섬유의 길이 및 직경보다 크고,The length and diameter of the first reinforcing fibers are greater than the length and diameter of the second reinforcing fibers, respectively,
상기 제1 열가소성 수지 섬유와 상기 제1 강화 섬유는 상기 제1 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고,The first thermoplastic resin fiber and the first reinforcing fiber are bound by the first binder to form an irregular network structure including pores,
상기 제2 열가소성 수지 섬유와 상기 제2 강화 섬유는 상기 제2 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하는The second thermoplastic resin fiber and the second reinforcing fiber are bound by the second binder to form an irregular network structure including pores.
다공성 섬유강화 복합재를 제공한다.A porous fiber-reinforced composite is provided.
본 발명의 일 구현예에서:In one embodiment of the invention:
제1 이성분 섬유 및 제1 강화 섬유를 포함하는 제1 혼합 재료를 이용하여 건식 방법에 의해 제1 부직포층을 형성하는 단계;forming a first nonwoven fabric layer by a dry method using a first mixed material including a first bicomponent fiber and a first reinforcing fiber;
제2 이성분 섬유 및 제2 강화 섬유를 포함하는 제2 혼합 재료를 이용하여 습식 방법에 의해 제2 부직포층을 형성하는 단계; 및forming a second nonwoven fabric layer by a wet method using a second mixed material including a second bicomponent fiber and a second reinforcing fiber; and
상기 제1 부직포층과 상기 제2 부직포층을 열융착시키는 단계; heat-sealing the first non-woven fabric layer and the second non-woven fabric layer;
를 포함하고, including,
상기 제1 이성분 섬유의 길이 및 직경이 각각 상기 제2 이성분 섬유의 길이 및 직경보다 큰the length and diameter of the first bicomponent fiber are greater than the length and diameter of the second bicomponent fiber, respectively
다공성 섬유강화 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
A method of making a porous fiber-reinforced composite is provided.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 우수한 굴곡 성형성을 가지면서도 강도가 우수하고, 아울러, 경량화 및 우수한 흡음 성능을 구현한다.
The porous fiber-reinforced composite material has excellent bending formability and excellent strength, and, at the same time, implements light weight and excellent sound absorption performance.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 섬유강화 복합재의 개략적인 모식도이다.1 is a schematic diagram of a porous fiber-reinforced composite material according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
본 발명의 일 구현예에서, 제1층 및 제2층을 포함하는 다공성 섬유강화 복합재를 제공한다. 상기 제1층은 제1 열가소성 수지 섬유, 제1 강화 섬유 및 제1 결착재를 포함하고, 상기 제2층은 제2 열가소성 수지 섬유, 제2 강화 섬유 및 제2 결착재를 포함하고, 상기 제1 열가소성 수지 섬유의 길이 및 직경이 상기 제2 열가소성 수지 섬유의 길이 및 직경보다 크고, 상기 제1 강화 섬유의 길이 및 직경이 각각 제2 강화 섬유의 길이 및 직경보다 크고, 상기 제1 열가소성 수지 섬유와 상기 제1 강화 섬유는 상기 제1 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 제2 열가소성 수지 섬유와 상기 제2 강화 섬유는 상기 제2 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a porous fiber-reinforced composite including a first layer and a second layer. The first layer includes a first thermoplastic resin fiber, a first reinforcing fiber, and a first binder, the second layer includes a second thermoplastic resin fiber, a second reinforcing fiber, and a second binder, 1 The length and diameter of the thermoplastic resin fibers are greater than the length and diameter of the second thermoplastic resin fibers, the length and diameter of the first reinforcing fibers are respectively greater than the length and diameter of the second reinforcing fibers, the first thermoplastic resin fibers and the first reinforcing fiber is bound by the first binder to form an irregular network structure including pores, and the second thermoplastic resin fiber and the second reinforcing fiber are bound by the second binder to form pores to form an irregular network structure containing
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 섬유강화 복합재(100)의 단면도를 모식적으로 나타낸다.1 schematically shows a cross-sectional view of a porous fiber-reinforced
도 1에서 나타난 바와 같이, 다공성 섬유강화 복합재(100)는 제1층(10) 및 제2층(20)의 다층 구조이다. As shown in FIG. 1 , the porous fiber-reinforced
상기 제1층(10)에서, 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제1 강화 섬유(12)는 각각의 입자 표면에 상기 제1 결착재(13)에 의해 일부 또는 전체가 코팅되어 코팅부를 형성하고, 상기 각각의 표면에 형성된 코팅부가 서로 융착되어 결착되다. In the
상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제1 강화 섬유(12) 각각의 코팅부가 융착되어 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제1 강화 섬유(12)가 불규칙하게 결착될 수 있다. 이와 같이 결착된 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 제1 강화 섬유(12)는 기공(14)을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성할 수 있게 된다.Coating portions of each of the first
상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제1 결착재(13)는 각각 제1 이성분 섬유의 코어(core)부 및 시스(sheath)부에서 유래되어 형성될 수 있다. 이성분 섬유와 상기 제1 강화 섬유(12)가 불규칙하게 혼합된 구조를 열처리하여 제1 이성분 섬유의 시스부가 용융되게 하면, 일부는 상기 제1 강화 섬유(12) 쪽으로 전이되어, 시스부의 용융물이 이성분 섬유의 코어부의 일부 또는 전부와 상기 제1 강화 섬유(12)의 일부 또는 전부를 코팅하게 된다. 시스부의 용융물이 제1 이성분 섬유의 코어부와 상기 제1 강화 섬유(12)를 코팅하게 한 뒤 건조되면, 시스부의 용융물이 고화되면서, 제1 이성분 섬유의 시스부는 제1 이성분 섬유의 코어부와 상기 제1 강화 섬유(12)를 결착시킨다. 제1 이성분 섬유의 코어부는 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11)로 형성되고, 제1 이성분 섬유의 시스부는 상기 제1 결착재(13)로 형성된다.The first
제2층(20) 또한 제1층(10)과 동일하게 제조될 수 있다. The
상기 제2층(20)에서, 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21) 및 상기 제2 강화 섬유(22)는 각각의 입자 표면에 상기 제2 결착재(23)에 의해 일부 또는 전체가 코팅되어 코팅부를 형성하고, 상기 각각의 표면에 형성된 코팅부가 서로 융착되어 결착된다.In the
마찬가지로, 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21) 및 상기 제2 결착재(23)는 각각 제2 이성분 섬유의 코어부 및 시스부에서 유래되어 형성될 수 있다. 제2 이성분 섬유와 상기 제2 강화 섬유(22)가 불규칙하게 혼합된 구조를 열처리하여 제2 이성분 섬유의 시스부가 용융되게 하면, 일부는 상기 제2 강화 섬유(22) 쪽으로 전이되어, 시스부의 용융물이 제2 이성분 섬유의 코어부의 일부 또는 전부와 상기 제2 강화 섬유(22)의 일부 또는 전부를 코팅하게 된다. 시스부의 용융물이 제2 이성분 섬유의 코어부와 상기 제2 강화 섬유(22)를 코팅하게 한 뒤 건조되면, 시스부의 용융물이 고화되면서, 제2 이성분 섬유의 시스부는 이성분 섬유의 코어부와 상기 제2 강화 섬유(22)를 결착시킨다. 이성분 섬유의 코어부는 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)로 형성되고, 제2 이성분 섬유의 시스부는 상기 제2 결착재(23)로 형성된다.Similarly, the second
상기 제1층(10)을 형성하기 위해 사용하는 제1 이성분 섬유의 길이와 직경이 모두 상기 제2층(20)을 형성하기 위해 사용하는 제2 이성분 섬유의 길이와 직경에 비해 크고, 상기 제1층(10)을 형성하기 위해 사용하는 제1 강화 섬유의 직경과 길이가 모두 상기 제2층(20)을 형성하기 위해 사용하는 제2 강화 섬유의 직경과 길이에 비해 크다.Both the length and diameter of the first bicomponent fiber used to form the
섬유강화 복합재 중 포함되는 섬유의 직경과 길이가 커질수록, 굴곡부를 포함하는 형상으로 성형하기에 유리하지만, 섬유강화 복합재의 섬유 밀도가 낮아지기 때문에, 섬유강화 복합재의 강도는 저하된다.As the diameter and length of the fibers included in the fiber-reinforced composite increase, it is advantageous for molding into a shape including a bent portion, but since the fiber density of the fiber-reinforced composite decreases, the strength of the fiber-reinforced composite decreases.
반대로, 섬유강화 복합재 중 포함되는 섬유의 직경과 길이가 작을수록, 섬유강화 복합재의 섬유 밀도가 높아지기 때문에, 섬유강화 복합재의 강도가 높아지지만, 굴곡부 성형성이 저하된다.Conversely, the smaller the diameter and length of the fibers included in the fiber-reinforced composite, the higher the fiber density of the fiber-reinforced composite, the higher the strength of the fiber-reinforced composite, but the lower the bend formability.
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 크기를 달리하는 2가지 종류의 이성분 섬유로부터 제조된 2개의 층을 합지하여 형성함으로써, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 성형성과 강도가 일정 수준 이상 모두 우수하게 구현할 수 있다. The porous fiber-reinforced
구체적으로, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 섬유의 직경과 길이가 큰 쪽인 제1층(10)으로만 형성된 경우와 대비하여 전체 동일 두께를 형성했을 때 더 우수한 강도를 구현한다.Specifically, the porous fiber-reinforced
구체적으로, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 섬유의 직경과 길이가 작은 쪽인 제2층(20)으로만 형성된 경우와 대비하여 전체 동일 두께를 형성했을 때 더 우수한 굴곡 성형성을 구현한다.Specifically, the porous fiber-reinforced
또한, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 각 층은 크기를 달리하는 2가지 종류의 제1 및 제2 이성분 섬유로부터 제조됨에 따라, 각 층의 기공(14)의 크기가 달라지게 된다. 이와 같이, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 그 기공(14)의 크기를 달리하는 층을 2층으로 형성하기 때문에, 즉, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 기공(14)이 크기 측면에서 경사 구조를 형성함에 따라 흡차음 성능을 향상시킨다.In addition, as the porous fiber-reinforced
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 우수한 강도를 구현하면서도 굴곡 성형성이 우수하고, 흡차음 성능이 우수하기 때문에, 자동차 내장재, 자동차의 외장재 및 건축용 재료의 용도에 유용하게 적용될 수 있다.The porous fiber-reinforced
상기 제1 열가소성 수지 섬유(11)는 단면 직경이 약 14 ㎛ 내지 약 25 ㎛ 일 수 있고, 상기 제2 열가소성 수지 (21)는 단면 직경이 약 7 ㎛ 내지 약 14 ㎛ 일 수 있다. The first
예를 들어, 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11)는 전술한 바와 같이 제1 이성분 섬유를 재료로 사용하여 형성되고, 예를 들어, 단면 직경이 약 20 ㎛ 내지 약 35 ㎛이고, 코어부 직경이 약 14㎛ 내지 약 25㎛ 정도를 차지하는 제1 이성분 섬유를 사용하여 상기 수치 범위의 단면 직경을 가지는 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11)가 상기 제1층(10)에 포함되게 할 수 있다.For example, the first
예를 들어, 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)는 전술한 바와 같이 제2 이성분 섬유를 재료로 사용하여 형성되고, 예를 들어, 단면 직경이 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛이고, 코어부 직경이 상기 단면 직경의 약 7㎛ 내지 약 14㎛ 정도를 차지하는 제2 이성분 섬유를 사용하여 상기 수치 범위의 단면 직경을 가지는 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)가 상기 제2층(20)에 포함되게 할 수 있다.For example, the second
또한, 상기 제1 강화 섬유(12)는 단면 직경이 약 20 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 일 수 있고, 상기 제2 강화 섬유(22)는 단면 직경이 약 6 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 일 수 있다.In addition, the first reinforcing
상기와 같이 섬유의 직경이 차이가 나도록 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)를 각각 제1층(10) 및 제2층(20)에 포함되도록 형성함으로써, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 강도를 우수하게 구현하면서도 우수한 굴곡 성형성을 함께 구현할 수 있다.By forming the first
상기 섬유의 단면 직경은 SEM 또는 광학현미경에 의해 측정할 수 있다.
The cross-sectional diameter of the fiber can be measured by SEM or an optical microscope.
상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) (또는 상기 제1 이성분 섬유)는 길이가 약 40 mm 내지 약 80 mm 일 수 있다.The first thermoplastic resin fiber 11 (or the first bicomponent fiber) may have a length of about 40 mm to about 80 mm.
상기 제2 열가소성 수지 섬유(21) (또는 상기 제2 이성분 섬유)는 길이가 약 6 mm 내지 약 18 mm 일 수 있다.The second thermoplastic resin fiber 21 (or the second bicomponent fiber) may have a length of about 6 mm to about 18 mm.
상기 제1 강화 섬유(12)는 길이가 약 40 mm 내지 약 80 mm 일 수 있다.The first reinforcing
상기 제2 강화 섬유(22)는 길이가 약 6 mm 내지 약 18 mm 일 수 있다.The second reinforcing
상기와 같이 섬유의 길이가 차이가 나도록 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)를 각각 제1층(10) 및 제2층(20)에 포함되도록 형성함으로써, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 강도를 우수하게 구현하면서도 우수한 굴곡 성형성을 함께 구현할 수 있다.By forming the first
상기와 같은 섬유의 직경과 길이를 가지는 제1 이성분 섬유를 이용하는 경우, 건식 공정을 적용하기에 적합하다. 따라서, 상기 제1층(10)은 건식 공정으로 제조될 수 있다. When using the first bicomponent fiber having the diameter and length of the fiber as described above, it is suitable to apply the dry process. Accordingly, the
상기와 같은 섬유의 직경과 길이를 가지는 제2 이성분 섬유를 이용하는 경우, 습식 공정을 적용하기에 적합하다. 따라서, 상기 제2층(20)은 습식 공정으로 제조될 수 있다. When the second bicomponent fiber having the diameter and length of the fiber as described above is used, it is suitable for applying the wet process. Accordingly, the
상기 제1층(10)과 상기 제2층(20)을 각각 제조한 뒤, 이를 합지하여 다공성 섬유강화 복합재(100)를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1층(10)과 상기 제2층(20)을 각각 건식 공정과 습식 공정에 의해 부직포 형태로 제작한 뒤, 상기 제1층(10)과 상기 제2층(20)을 열융착하여 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)를 제조할 수 있다. 상기 제1층(10)과 상기 제2층(20)을 열융착하면, 서로 접한 제1 결착재(13)와 제2 결착재(23)가 서로 열융착할 수 있다.
After each of the
상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21) (이성분 섬유의 코어부)는 폴리에스테르, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트 (PC), 나일론(Nylon), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우렌탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리락틱산(PLA), 테플론(polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.The first
구체적으로, 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 융점이 약 160℃ 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 융점이 약 200℃ 내지 약 400℃일 수 있다. 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)가 상기 범위의 융점을 가지도록 함으로써, 성형시, 상기 제1 결착재(13) 및 제2 결착재(23)가 용융된 후에도 섬유상을 유지할 수 있다. 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 융점이 160℃ 미만인 경우 섬유상을 유지하기 위해 열 성형 온도를 너무 낮추어야 하거나, 이를 포함하는 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)가 추후 열적 안정성이 저하되어 치수의 변형 또는 폴리머 변질 등을 초래할 우려가 있다. 또한, 제1 결착재(13) 및 제2 결착재(23)와의 온도 차이가 지나치게 줄어들 수 있어서 성형 온도를 제어하기 어려울 수 있다.Specifically, the melting point of the first
예를 들어, 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다.For example, the first
상기 제1 결착재(13) 및 상기 제2 결착재(23) (이성분 섬유의 시스부)는, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(PE), 아크릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 나일론(Nylon), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우렌탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리락틱산(PLA), 테플론(polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않는다. The
예를 들어, 상기 제1 결착재(13) 및 상기 제2 결착재(23)는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르일 수 있다. For example, the
상기 제1 결착재(13) 및 상기 제2 결착재(23)의 융점은 수지의 특성상 하나의 특정 값을 갖지 않으며, 일정 범위의 융점 범위 (melting range)에 걸쳐 존재할 수 있다. 융점 범위에서 온도를 높여가면서 상기 제1 결착재(13) 또는 상기 제2 결착재(23)의 녹는 양을 도시한 그래프는, 거의 정규 분포와 유사한 그래프가 얻어지고, 상기 제1 결착재(13) 또는 상기 제2 결착재(23)의 최대 양이 녹는 피크가 존재하며, 상기 피크에서의 융점을 융점max라고 정의하면, 상기 제1 결착재(13) 또는 상기 제2 결착재(23)의 융점max은 약 150 내지 약 170℃인 저융점 PET 섬유일 수 있다. The melting points of the
전술한 바와 같이, 상기 제1 결착재(13) 및 상기 제2 결착재(23)는 이성분 섬유의 시스부에 해당한다. 상기 이성분 섬유는 코어부에 비해 약 150 내지 약 170℃의 낮은 융점max을 가지는 시스부를 포함하여 상기 온도 조건의 범위에서 성형이 가능함에 따라 열성형시 공정 조건을 최적화하기 용이하고, 고온에서의 안정성을 확보할 수 있다.As described above, the
또한, 상기 제1 결착재(13) 또는 상기 제2 결착재(23)는 융점 범위 (melting range)가 융점max에서 약 ±20℃에서 존재할 수 있다. 상기 범위와 같이 융점 범위가 존재하는 상기 제2 열가소성 수지를 상기 이성분 섬유의 시스부에 적용함으로써, 열성형시 공정 제어가 용이하여 작업성이 향상된다.In addition, the
상기 제1 결착재(13) 및 상기 제2 결착재(23)는 제1 열가소성 수지 섬유(11)와 제1 강화 섬유(12) 또는 제2 열가소성 수지 섬유(21)와 제2 강화 섬유(22)를 묶어주는 역할을 하고, 상기 제1 결착재(13) 또는 상기 제2 결착재(23)를 상기 범위의 융점을 갖도록 하여 낮은 온도에서 용융될 수 있으므로, 저온 성형성을 확보할 수 있다. 상기 제1 결착재(13) 및 상기 제2 결착재(23)는 적용하고자 하는 성형 온도에 따라 저융점 폴리에스테르, 또는 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 폴리프로필렌 그리고 폴리에틸렌 등을 적절히 선택할 수 있다.The
전술한 바와 같이, 상기 예시와 같이 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11), 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21), 제1 결착재(13) 및 제2 결착재(23)를 선택할 때, 제1 열가소성 수지 섬유(11)의 융점이 제1 결착재(13)의 융점보다 높고, 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 융점이 제2 결착재(23)의 융점보다 높은 조건을 만족하여야 한다. 또한, 후술되는 다공성 섬유강화 복합재(100)의 제조 방법에서 사용되는 이성분 섬유의 코어부 및 시스부의 재료가 상기 조건을 만족하도록 각각 제1 이성분 섬유 및 제2 이성분 섬유의 재료를 적절히 선택할 수 있다.As described above, when selecting the first
상기 제1 결착재(13) 및 상기 제2 결착재(23)는 원료가 되는 이성분 섬유의 시스부에서 유래하고, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 추가적인 결착재를 별도로 사용하지 않을 수 있다.The
상기 제1 강화 섬유(12) 및 상기 제2 강화섬유는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 보론 섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 상기 금속 섬유의 예시로, 니켈 섬유, 철 섬유, 스테인리스 스틸 섬유, 구리 섬유, 알루미늄 섬유, 은 섬유, 금 섬유 등을 들 수 있다.
The first reinforcing
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 제1층(10) 내에 제1 열가소성 수지 섬유(11) 및 제1 강화 섬유(12)의 2종의 섬유상 입자를 포함하고, 또한, 제2층(20) 내에서도 제2 열가소성 수지 섬유(21) 및 제2 강화 섬유(22)의 2종의 섬유상 입자를 포함한다. 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 각 층은 제1 열가소성 수지 섬유(11) (또는 제2 열가소성 수지 섬유(21)) 및 제1 강화 섬유(12) (또는 제2 강화 섬유(22))를 모두 함께 포함함으로써, 그 종류 및 함량비를 조절하여 소정의 특성이 우수하게 발현되도록 설계될 수 있다. The porous fiber-reinforced
일 구현예에서, 상기 제1층(10) 중, 상기 제1 강화 섬유(12)의 함량 대 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11)와 상기 제1 결착재(13)의 함량의 합의 중량비가 약 20 : 80 내지 약 80 : 20, 구체적으로, 약 40 : 60 내지 약 60 : 40 일 수 있다. 제1 강화 섬유(12)의 함량이 높아질수록 강도가 우수한 경향성을 가지나, 일정 함량 수준 이상에서는 향상의 정도가 낮아질 수 있다. 상기 함량 범위는 제1 강화 섬유(12)의 함량 증가에 따른 강도 향상 효과를 효과적으로 확보하면서도, 동시에 제1 열가소성 수지 섬유(11)로부터의 효과를 얻어내기에 적합한 함량 범위이다.In one embodiment, the weight ratio of the sum of the content of the first reinforcing
마찬가지로, 상기 제2층(20) 중, 상기 제2 강화 섬유(22)의 함량 대 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)와 상기 제2 결착재(23)의 함량의 합의 중량비가 약 20 : 80 내지 약 80 : 20, 구체적으로, 약 40 : 60 내지 약 60 : 40 일 수 있다.Similarly, in the
상기 제1층(10)은 제1 열가소성 수지 섬유(11) 100 중량부 대비하여 제1 결착재(13)의 중량은 약 40 중량부 내지 약 250 중량부 포함할 수 있다. 상기 함량비로 제1 강화 섬유(12)와 제1 결착재(13)의 함량비를 조절하여 적절하게 결착력과 탄성을 부여하면서 우수한 분산성을 유지할 수 있다.The
마찬가지로, 상기 제2층(20)은 제2 열가소성 수지 섬유(21) 100 중량부 대비하여 제2 결착재(23)의 중량은 약 40 중량부 내지 약 250 중량부 포함할 수 있다.Similarly, the
상기 원료로서의 제1 이성분 섬유 및 제2 이성분 섬유의 코어부와 시스부의 함량비를 조절하여, 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11)와 상기 제1 결착재(13) 간의 중량비 또는 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)와 상기 제2 결착재(23) 간의 중량비를 구현할 수 있다.
By adjusting the content ratio of the core part and the sheath part of the first bicomponent fiber and the second bicomponent fiber as the raw material, the weight ratio between the first
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 각 층은 망목 구조를 형성하면서 열린 기공(14)을 형성한다. 예를 들어, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 기공도가 약 30 내지 약 80 부피%를 가지도록 하여, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 강도를 유지하면서 경량화를 구현할 수 있고, 더불어 우수한 흡차음 성능을 가질 수 있다.Each layer of the porous fiber-reinforced
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 열린 기공(14)을 통해 들어오는 음파가 제1 열가소성 수지 섬유(11)와 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 진동에 의해 감쇠되는 효과가 있어 흡차음 소재로 응용이 가능하게 된다. 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 기공도가 높을 수록, 제1 열가소성 수지 섬유(11)와 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 함량이 높을수록, 그리고 소리의 파동이 통과하는 길이가 길수록 에너지 감쇠 효과가 우수하다. 소리의 파동이 통과하는 길이란, 예를 들어, 똑같은 기공도를 가질 경우라도 소재 자체의 두께가 크거나, 기공(14)의 연결성이 좋은 경우 길어진다. 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 일정 정도의 기공성을 유지하면서도, 제1 열가소성 수지 섬유(11)와 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 함량을 조절하고, 또한, 소리의 파동이 통과하는 길이를 함께 조절하여 향상된 흡차음 성능을 가지는 소재로서 제조될 수 있다. 특히, 제1 열가소성 수지 섬유(11)와 제2 열가소성 수지 섬유(21)는 경질의 제1 강화 섬유(12)와 제2 강화 섬유(22)에 비해 유연하기 때문에, 소리 에너지 감쇠 효과가 높아서 흡차음 성능 향상에 효과적으로 작용한다.The sound wave entering through the
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)에서, 상기 제1층(10)과 상기 제2층(20)은 서로 직경이 차이가 있는 섬유를 포함하기 때문에 이들에 의해 형성되는 기공(14)의 크기가 상이하다. 상기 제1층(10)의 보다 큰 직경을 갖는 섬유에 둘러싸여 형성된 기공(14)이 제2층(20)의 보다 작은 직경을 갖는 섬유에 둘러싸여 형성된 기공(14) 보다 더 크게 형성된다. 이와 같이, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 상기 제1층(10)과 상기 제2층(20)에 형성된 기공(14)의 크기가 다르게 되어, 경사형 기공 구조를 형성하게 된다. 경사형 기공 구조를 형성하기 때문에, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 우수한 흡차음 성능을 발휘할 수 있다.In the porous fiber-reinforced
구체적으로, 기공의 크기의 차이는 SEM을 통해 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2층(20)에서, 기공의 평균 직경은 약 30㎛ 내지 약 80㎛ 일 수 있고, 상기 제1층(10)의 기공(14)의 평균 직경은 약 50㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.Specifically, the difference in the size of the pores can be measured through SEM. For example, in the
상기 기공의 평균 직경은 SEM 또는 광학현미경에 의해 측정된 기공의 직경들로부터 계산될 수 있다.The average diameter of the pores can be calculated from the diameters of the pores measured by SEM or optical microscope.
또한, 이러한 기공 구조는 통기도 측정을 통하여 유추될 수 있다. 상기 다공성 섬유강화 복합재 중 각 층의 통기도 값이 크면 기공의 평균 직경이 크게 형성된 것으로 볼 수 있고, 반대로 통기도 값이 작으면 기공의 평균 직경도 작게 형성된 것을 의미할 수 있다.In addition, such a pore structure can be inferred through air permeability measurement. If the air permeability value of each layer of the porous fiber-reinforced composite material is large, it can be considered that the average pore diameter is formed large, and conversely, when the air permeability value is small, it may mean that the average pore diameter is also formed small.
통기도는 TEXTEST INSTRUMENTS의 FX 3300 LabAir IV를 통해 측정할 수 있다.Breathability can be measured with the FX 3300 LabAir IV from TEXTEST INSTRUMENTS.
예를 들어, 상기 다공성 섬유강화 복합재에서, 약 2mm의 두께로 형성된 제1층의 통기도는 약 5.8 l/min 내지 약 7.1 l/min 일 수 있고, 상기 다공성 섬유강화 복합재 중 약 2mm의 두께로 형성된 제2층의 통기도는 약 3.6 l/min 내지 약 4.4 l/min 일 수 있다 (오차율 10% 적용).
For example, in the porous fiber-reinforced composite, the air permeability of the first layer formed to a thickness of about 2 mm may be from about 5.8 l/min to about 7.1 l/min, and formed to a thickness of about 2 mm in the porous fiber-reinforced composite. The air permeability of the second layer may be from about 3.6 l/min to about 4.4 l/min (applying an error rate of 10%).
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 상기 제1층(10)과 상기 제2층(20) 간의 비를 적절히 조절하여, 강도와 굴곡 성형성을 모두 우수하게 하고, 또한, 흡차음 성능을 우수하게 구현할 수 있다.The porous fiber-reinforced
일 구현예에서, 상기 제1층(10) 및 상기 제2층(20)의 평량비(g/m2) 가 약 2 : 8 내지 약 8 : 2 일 수 있다. In one embodiment, the basis weight ratio (g/m 2 ) of the
상기 제1층(10)은 상기 제1 열가소성 수지 섬유(11)의 직경이 상대적으로 크기 때문에 건식 공정으로 제조되기 적합하다. 따라서, 상기 제1층(10)은 건식 니들펀칭 공정에 의해 제조된 부직포일 수 있다.The
상기 제2층(20)은 상기 제2 열가소성 수지 섬유(21)의 직경이 상대적으로 작기 때문에 습식 공정으로 제조되기 적합하다. 따라서, 상기 제2층(20)은 습식 공정에 의해 제조된 부직포일 수 있다.The
상기와 같이, 제1층(10)과 제2층(20)을 별도로 제작한 뒤, 이를 합지하여 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)를 제조할 수 있다.As described above, the porous fiber-reinforced
본 발명의 일 구현예에서, 제1 이성분 섬유 및 제1 강화 섬유(12)를 포함하는 제1 혼합 재료를 이용하여 건식 방법에 의해 제1 부직포층을 형성하는 단계; 제2 이성분 섬유 및 제2 강화 섬유(22)를 포함하는 제2 혼합 재료를 이용하여 습식 방법에 의해 제2 부직포층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 부직포층과 상기 제2 부직포층을 열융착시키는 단계;를 포함하는 다공성 섬유강화 복합재를 제조하는 방법를 제공한다. 상기 제1 이성분 섬유의 길이 및 직경이 각각 상기 제2 이성분 섬유의 길이 및 직경보다 크다. In one embodiment of the present invention, the method comprising: forming a first nonwoven fabric layer by a dry method using a first mixed material including a first bicomponent fiber and a first reinforcing
상기 다공성 섬유강화 복합재를 제조하는 방법에 의해, 전술한 다공성 섬유강화 복합재(100)를 제조할 수 있다. 따라서, 상기 제1 이성분 섬유, 상기 제1 강화 섬유(12), 상기 제2 이성분 섬유 및 상기 제2 강화 섬유(22)에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같다. By the method of manufacturing the porous fiber-reinforced composite material, the above-described porous fiber-reinforced
따라서, 상기 제1 이성분 섬유의 코어부는 얻어진 다공성 섬유강화 복합재(100) 에 포함된 제1 열가소성 수지 섬유(11)가 되고, 상기 제1 이성분 섬유의 시스부는 얻어진 다공성 섬유강화 복합재(100)에 포함된 제1 결착재(13)가 된다. 마찬가지로, 상기 제2 이성분 섬유의 코어부는 얻어진 다공성 섬유강화 복합재(100)에 포함된 제2 열가소성 수지 섬유(21)가 되고, 상기 제2 이성분 섬유의 시스부는 얻어진 다공성 섬유강화 복합재(100)에 포함된 제2 결착재(23)가 된다.Accordingly, the core portion of the first bicomponent fiber becomes the first
상기 다공성 섬유강화 복합재를 제조하는 방법 중 상기 제1 부직포층은 전술한 상기 다공성 섬유강화 복합재(100) 중 제1층(10)에 해당하고, 상기 제2 부직포층은 전술한 상기 다공성 섬유강화 복합재(100) 중 제2층(20)에 해당한다.In the method of manufacturing the porous fiber-reinforced composite, the first nonwoven layer corresponds to the
상기 제1 부직포층과 상기 제2 부직포층을 열융착시키면, 제1 부직포층 중 상기 제1 이성분 섬유의 시스부에 기인한 성분과 상기 제2 부직포층 중 상기 제2 이성분 섬유의 시스부에 기인한 성분이 서로 융착된다.
When the first nonwoven fabric layer and the second nonwoven fabric layer are heat-sealed, a component resulting from the sheath portion of the first bicomponent fiber in the first nonwoven fabric layer and the sheath portion of the second bicomponent fiber in the second nonwoven fabric layer The resulting components are fused to each other.
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)는 적용하고자 하는 용도에 적합한 중량을 갖도록 제조될 수 있고, 예를 들어, 약 50 g/m2 내지 약 1200 g/m2 의 중량을 갖는 시트로 제조될 수 있다.The porous fiber-reinforced
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재는 적어도 2장 이상의 여러 장의 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 시트를 압착시켜 형성될 수 있고, 구체적으로, 최종제품의 목적하는 단위면적당 중량에 맞게 몇 장을 적층할 지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 목적하는 제품의 최종 단위면적당 중량이 1200g/m2 라면, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 시트를 대략 2장 내지 12장 적층한 뒤, 열과 압력을 가하여 열프레스 성형하여 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재를 제조할 수 있다.The plate of the porous fiber-reinforced
상기 열프레스 성형은 원료인 이성분 섬유의 시스부에서 기인한 결착재 또는 코팅부가 용융될 수 있는 온도이면서, 원료인 이성분 섬유의 코어부는 용융되지 않는 온도에서 수행할 수 있다. 이러한 온도 범위에서 수행하게 되면 시스부에서 기인한 결착재 또는 코팅부가 용융되면서 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 시트간 계면이 융착될 수 있다. The hot press molding may be performed at a temperature at which the binder or coating part resulting from the sheath of the bicomponent fiber as a raw material can be melted, and at a temperature at which the core part of the bicomponent fiber as a raw material does not melt. When it is carried out in this temperature range, the interface between the sheets of the porous fiber-reinforced
구체적으로, 상기 열프레스 성형은 약 100 내지 약 180℃의 온도에서 약 1 내지 약 30bar 의 압력을 가하여 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 시트를 라미네이팅 성형하여 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재를 제조할 수 있다.Specifically, the heat press molding is performed by laminating the sheet of the porous fiber-reinforced
상기 열프레스 성형은 더블벨트프레스 성형에 의해 연속적으로 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재가 제조될 수 있도록 수행할 수 있다.The heat press molding may be performed so that the plate material of the porous fiber-reinforced
상기 프레스 성형은 약 80 내지 약 95%의 압축률로 수행할 수 있다. 상기 프레스 성형에 의해 섬유의 압축밀도를 조절하여, 강도 및 흡음 특성을 우수하게 구현할 수 있다.The press molding may be performed at a compression ratio of about 80 to about 95%. By controlling the compression density of the fiber by the press molding, it is possible to achieve excellent strength and sound absorption properties.
상기 판재는 기공 구조를 포함하여 형성된다. 통상적으로 원료를 혼합하여 압출하여 몰드 프레스 공정을 통해 제조되는 복합재는 기공 구조를 형성하기 어려운 반면, 상기 판재는 다공성 섬유강화 복합재(100)를 이용하여 제조됨에 따라 기공 구조를 형성한다. The plate material is formed to include a pore structure. In general, a composite material manufactured through a mold press process by mixing and extruding raw materials is difficult to form a pore structure, whereas the plate material forms a pore structure as it is manufactured using the porous fiber-reinforced
구체적으로, 상기 판재는 기공율이 약 40 내지 약 80 부피%일 수 있다. 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재가 상기 범위의 기공도를 갖도록 형성되어서, 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재의 강도, 내충격성 및 흡음성의 특성을 모두 우수하게 할 수 있다.Specifically, the plate material may have a porosity of about 40 to about 80% by volume. Since the plate of the porous fiber-reinforced
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재는 상기 다공성 섬유강화 복합재(100)가 압축된 상태이므로, 그 구조는 도 1의 다공성 섬유강화 복합재(100)의 구조가 그대로 압축된 형태로 이해하면 된다.Since the plate of the porous fiber-reinforced
구체적으로, 상기 판재의 밀도가 약 0.2 g/cm3 내지 약 1.6 g/cm3 가 되도록 프레스 성형을 수행하여 판재를 제조할 수 있다. 판재의 밀도를 상기 범위가 되도록 압착 제조되어 우수한 강도를 구현할 수 있다. Specifically, the plate material may be manufactured by performing press molding such that the density of the plate material is about 0.2 g/cm 3 to about 1.6 g/cm 3 . It is manufactured by pressing the density of the plate to be within the above range, so that excellent strength can be realized.
상기 판재는 인장, 굴곡 및 충격 강도와 같은 높은 기계적 강도를 구현하면서도 밀도가 낮아서 경량화를 구현할 수 있고, 흡차음 성능을 구현하는 재료이기 때문에, 이러한 특성을 요구하는 자동차 및 건축용 재료의 용도에 유용하게 적용될 수 있다. 아울러, 상기 판재는 이러한 자동차 및 건축용 재료로 요구되는 우수한 흡차음 성능 조건을 만족시킬 수 있다. The plate material can implement high mechanical strength, such as tensile, flexural and impact strength, while having a low density, so that it can be lightweight, and since it is a material that implements sound absorbing and insulating performance, it is useful for use in automobiles and building materials that require these characteristics. can be applied. In addition, the plate material can satisfy the excellent sound absorption and insulation performance conditions required for such materials for automobiles and constructions.
상기 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재는 적용하고자 하는 용도에 적합한 중량을 갖도록 제조될 수 있고, 예를 들어, 약 600 g/m2 내지 약 3000 g/m2, 예를 들어, 약 900 g/m2 내지 약 1400 g/m2 의 평량을 가질 수 있다.The plate of the porous fiber-reinforced
상기 복합재 다공성 섬유강화 복합재(100)의 판재는 두께가 약 2mm 내지 약 8mm 일 수 있다.
The plate material of the composite porous fiber-reinforced
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention will be described. The following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
(( 실시예Example ))
실시예Example 1 One
(1) 제1층 제조(1) Preparation of the first layer
단면 평균 직경이 30㎛이며, 평균 길이가 51mm이고, 융점이 250℃ 내지 270℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단일 성분 섬유 (제1 강화섬유)를 마련하였다. 또한, 단면 평균 직경이 28㎛이며, 평균 길이가 51mm이고, 융점이 250℃ 내지 270℃인 고융점의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 코어부와 융점이 160℃ 내지 180℃인 저융점의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 포함하는 시스-코어형 제1 이성분 섬유를 마련하였다. 이때, 상기 코어부의 직경은 20㎛이고, 상기 시스부의 두께는 8㎛이다. 상기 제1 강화 섬유 대 상기 제1 이성분 섬유를 40 : 60의 중량비로 혼합하였다. A polyethylene terephthalate (PET) single component fiber (first reinforcing fiber) having a cross-sectional average diameter of 30 μm, an average length of 51 mm, and a melting point of 250° C. to 270° C. was prepared. In addition, the cross-sectional average diameter is 28㎛, the average length is 51mm, the melting point of the core portion containing polyethylene terephthalate (PET) having a high melting point of 250 °C to 270 °C and a low melting point of 160 °C to 180 °C. A sheath-core type first bicomponent fiber including polyethylene terephthalate (PET) was prepared. At this time, the diameter of the core part is 20㎛, and the thickness of the sheath part is 8㎛. The first reinforcing fibers to the first bicomponent fibers were mixed in a weight ratio of 40:60.
이어서, 상기 혼합된 섬유들을 카딩을 통해 1차적으로 섬유간 물리적 결합을 시킨 후 2차로 니들펀칭공정을 통해 섬유간 물리적 결합력을 강화하여 부직포 시트를 제조하였다.
Then, the mixed fibers were first physically bonded to each other through carding, and then the physical bonding force between the fibers was strengthened through a needle punching process to prepare a nonwoven sheet.
(2) 제2층 제조(2) Second layer manufacturing
제2 이성분 섬유는 폴리에스테르 코어부와 저융점 폴리에스테르 시스부가 50:50의 중량비를 가지면서, 수계 분산성 확보를 위해 길이 12mm, 두께 2 데니어(denier) (약 14㎛ 단면 직경, 코어부 직경 10㎛)를 가지는 섬유를 준비하였다. 제2 강화섬유는 수계 분산에 적합하도록 코팅된 1.4 데니어 (약 12 ㎛ 단면 직경)의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유를 13mm 길이로 잘라서 준비하였다. 상기 제2 강화 섬유 40 중량부 및 상기 제2 이성분 섬유 60 중량부로 배합하고, 이를 염산으로 PH가 2로 조절된 수용액 내에서 1 시간 동안 교반하였다. 이 때, 제2 강화 섬유 40 중량부 및 상기 제2 이성분 섬유 총 함량은 물 1L당 2g이 되도록 하였다. 이렇게 교반 과정을 거친 수용액 슬러리를 헤드 박스 내에서 진공흡입장치를 통해 웹을 형성하도록 습식 초지 공정을 수행하였다. 웹 형성 후 140℃의 오븐 드라이어를 통과시켜 수분을 완전하게 건조시켜 부직포 시트를 제조하였다. 건조된 부직포 시트는 200 g/m2으로 대략 1.5mm 두께를 나타내었다.
The second bicomponent fiber has a weight ratio of 50:50 to the polyester core part and the low-melting polyester sheath part, and has a length of 12mm and a thickness of 2 denier (about 14㎛ cross-sectional diameter, core part) to ensure water-based dispersibility. A fiber having a diameter of 10 μm) was prepared. The second reinforcing fiber was prepared by cutting a polyethylene terephthalate (PET) fiber of 1.4 denier (about 12 μm cross-sectional diameter) coated to be suitable for aqueous dispersion into a length of 13 mm. 40 parts by weight of the second reinforcing fiber and 60 parts by weight of the second bicomponent fiber were blended, and this was stirred for 1 hour in an aqueous solution having a pH adjusted to 2 with hydrochloric acid. At this time, 40 parts by weight of the second reinforcing fiber and the total content of the second bicomponent fiber were 2 g per 1 L of water. A wet papermaking process was performed to form a web of the aqueous solution slurry subjected to the stirring process through a vacuum suction device in the head box. After the web was formed, the moisture was completely dried by passing through an oven dryer at 140° C. to prepare a nonwoven sheet. The dried nonwoven sheet exhibited a thickness of approximately 1.5 mm at 200 g/m 2 .
(3) 합지 (3) Lamination
제2층 200g/m2 3장을 적층하여 600g/m2이 되도록 한 후 그 위에 제1층 600g/m2을 적층하여 두 층의 평량비가 1:1이 되도록 적층하였다(총 1200 g/m2). 200℃, 더블벨트프레스 설비를 통해 5mm 두께의 복합재 예비성형 보드로 성형하였다.
After stacking 3 sheets of 200 g/m 2 of the second layer to 600 g/m 2 , the first layer of 600 g/m 2 was laminated thereon so that the basis weight ratio of the two layers was 1:1 (a total of 1200 g/m 2 ) 2 ). It was molded into a composite preformed board with a thickness of 5mm through a double belt press facility at 200°C.
(4) 판재 제조(4) sheet material manufacturing
이렇게 제조된 복합재 예비성형 보드를 컨벡션 오븐 내에서 200℃에서 5분 동안 예열 시킨 후, 상온의 몰드 프레스로 이송한 다음 1bar 압력을 가하여 몰드 프레싱을 수행하여 평균적으로 2.0mm 두께로 형성된 최종 몰드 성형된 제품을 완성하였다.
After preheating the composite preformed board prepared in this way at 200°C for 5 minutes in a convection oven, it was transferred to a mold press at room temperature, and then mold pressing was performed by applying a pressure of 1 bar to the final mold formed with an average thickness of 2.0mm. The product was completed.
실시예Example 2 2
제1층 400g/m2과 제2층 800g/m2을 적층하여 평량비가 1:2가 되도록 한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 최종제품을 완성하였다.
The final product was completed with the exception of a point such that the second in the same manner as in Example 1: first by laminating a first layer 400g / m 2 and the second layer 800g / m 2 basis weight ratio of 1.
실시예Example 3 3
제 1층부직포 층 800g/m2과 제2층 부직포층 400g/m2을 적층하여 평량비가 2:1이 되도록 한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 최종제품을 완성하였다.
The final product was finished in one and the same method as in Example 1 except for a point such that: a first layer non-woven fabric layer 800g / m 2 non-woven fabric layer and the second layer 400g / m 2 by laminating a basis weight ratio of 2.
실시예Example 4 4
제2층에서 6mm 길이의 제2 이성분 섬유를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 최종제품을 완성하였다.
A final product was completed in the same manner as in Example 1, except that a second bicomponent fiber having a length of 6 mm was used in the second layer.
실시예Example 5 5
제2층에서 18mm 길이의 이성분 섬유를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 최종제품을 완성하였다
A final product was prepared in the same manner as in Example 1, except that a bicomponent fiber having a length of 18 mm was used in the second layer.
비교예comparative example 1 One
실시예 1과 동일하게 제1층을 제조하였다. 제1층 600g/m2을 2장 적층하였다(총 1200 g/m2). 200℃ 더블벨트프레스 설비를 통해 5mm 두께의 복합재 예비성형 보드로 성형하였다. 이렇게 제조된 복합재 예비성형 보드를 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 몰드 프레스로 이송한 다음 1bar 압력을 가하여 몰드 프레싱을 수행하여 평균적으로 2.0mm 두께로 형성된 최종 몰드 성형된 제품을 완성하였다.
A first layer was prepared in the same manner as in Example 1. Two layers of 600 g/m 2 of the first layer were laminated (total of 1200 g/m 2 ). It was molded into a composite preformed board with a thickness of 5mm through a double belt press facility at 200°C. The composite preformed board thus prepared was expanded through preheating at 200° C. for 2 minutes in an IR oven, transferred to a mold press at room temperature, and then mold pressed by applying 1 bar pressure to form a final mold with an average thickness of 2.0 mm The molded product was completed.
비교예comparative example 2 2
실시예 1과 동일하게 제2층을 제조하였다. 제2층 200g/m2 6장을 적층한다(총 1200 g/m2). 200℃ 더블벨트프레스 설비를 통해 5mm 두께의 복합재 예비성형 보드로 성형하였다. 이렇게 제조된 복합재 예비성형 보드를 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 몰드 프레스로 이송한 다음 1bar 압력을 가하여 몰드 프레싱을 수행하여 평균적으로 2.0mm 두께로 형성된 최종 몰드 성형된 제품을 완성하였다.
A second layer was prepared in the same manner as in Example 1. Six layers of 200 g/m 2 of the second layer are laminated (total of 1200 g/m 2 ). It was molded into a composite preformed board with a thickness of 5mm through a double belt press facility at 200°C. The composite preformed board thus prepared was expanded through preheating at 200° C. for 2 minutes in an IR oven, transferred to a mold press at room temperature, and then mold pressed by applying 1 bar pressure to form a final mold with an average thickness of 2.0 mm The molded product was completed.
평가 evaluation
실험예Experimental example 1(통기도) 1 (air permeability)
기공도의 차이를 확인하기 위하여 제1층 부직포로만 제작된 비교예 1 및 제2층 부직포로만 제작된 비교에 2의 최종 몰드 성형된 제품의 샘플에 대하여, 통기도를 측정하였다.In order to check the difference in porosity, the air permeability was measured for the samples of the final mold-molded products of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 made only of the first layer nonwoven fabric and the second layer nonwoven fabric only.
통기도는 TEXTEST INSTRUMENTS의 FX 3300 LabAir IV를 통해 측정하였으며, 시편의 면적은 38cm2 이고, 측정 시 압력기준은 125 Pa 이다.The air permeability was measured through FX 3300 LabAir IV of TEXTEST INSTRUMENTS, and the area of the specimen was 38 cm 2 and the pressure standard for measurement is 125 Pa.
제1층의 통기도는 6.38 l/min 이고, 상기 제2층의 통기도는 약 4.03 l/min 이었다. The air permeability of the first layer was 6.38 l/min, and the air permeability of the second layer was about 4.03 l/min.
상기 통기도의 차이로부터, 제1층의 기공이 제2층보다 크게 형성되고 있음을 간접적으로 확인하였다.
From the difference in air permeability, it was indirectly confirmed that the pores of the first layer were formed larger than that of the second layer.
실험예Experimental example 2(굴곡 강도 및 굴곡 탄성률) 2 (flexural strength and flexural modulus)
실시예 1-5 및 비교예 1-2에서 제조된 최종 몰드 성형된 제품에 대하여, 굴곡 강도 및 굴곡 탄성률의 기계적인 물성을 비교하였다. 굴곡 강도는 최종 몰드 성형된 제품을 각각 24 시간 동안 상온에서 방치한 후 측정하였다. With respect to the final molded products prepared in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-2, the mechanical properties of flexural strength and flexural modulus were compared. Flexural strength was measured after the final molded product was left at room temperature for 24 hours, respectively.
굴곡 강도 및 굴곡 탄성률은 최종 몰드 성형된 제품이 2mm 두께를 갖는 샘플에 대하여 ASTM D790 기준으로 측정하였다. 결과를 표 1에 기재하였다.
Flexural strength and flexural modulus were measured according to ASTM D790 for a sample in which the final molded product had a thickness of 2 mm. The results are shown in Table 1.
실험예Experimental example 4( 4( 고온인장신율high temperature tensile elongation ))
실시예 1-5 및 비교예 1-2에서 제조된 최종 몰드 성형된 제품으로부터 가로 150mm. 세로 25mm 크기의 샘플을 5매 채취 후 인장시험기의 지그에 샘플 거치 후 150℃ 오븐에 샘플 및 지그를 넣은 후 3분 유지 뒤 오븐 내에서 ASTM D 638 기준으로 측정하였으며, 시편연신 후 절단 시 연신 길이를 측정하였다.
150 mm wide from the final molded products prepared in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-2. After taking 5 samples with a length of 25 mm, placing the sample on a jig of a tensile tester, putting the sample and the jig in an oven at 150° C., holding the jig for 3 minutes, and then measuring according to ASTM D 638 in the oven. After stretching the specimen, the stretching length when cutting was measured.
결과를 표 2에 기재하였다.
The results are shown in Table 2.
실험예Experimental example 4(성형성 평가) 4 (Evaluation of moldability)
상부 30mm 직경, 하부 55mm 직경의 원뿔 모양의 컵 모양에 대응하도록 상부 금형 및 하부 금형을 제작 하였다. 실시예 1-5 및 비교예 1-2에서 제조된 복합재 예비성형 보드를 컨벡션 오븐 내에서 200℃에서 5분 동안 예열 시킨 후 상기 금형에 거치하여 상온에서 1bar 압력을 가하여 컵 모양의 최종 제품을 제작하였다. 최종제품을 4명의 평가자가 하기 표 3의 기준에 따라 5개 등급으로 성형성 평가하였다. (관능지수 평가)
The upper mold and lower mold were made to correspond to the cone-shaped cup shape with an upper 30 mm diameter and a lower 55 mm diameter. After preheating the composite preformed boards prepared in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-2 at 200° C. for 5 minutes in a convection oven, it was mounted on the mold and applied to a pressure of 1 bar at room temperature to produce a cup-shaped final product. did. The final product was evaluated for moldability in 5 grades according to the criteria of Table 3 by 4 evaluators. (Sensory index evaluation)
성형성formability
등급rank
결과를 표 4에 기재하였다.
The results are shown in Table 4.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It belongs to the scope of the invention.
10: 제1층
20: 제2층
11: 제1 열가소성 수지 섬유
12: 제1 강화 섬유
13: 제1 결착재
14: 기공
21: 제2 열가소성 수지 섬유
22: 제2 강화 섬유
23: 제2 결착재
100: 다공성 섬유강화 복합재10: 1st floor
20: 2nd floor
11: first thermoplastic resin fiber
12: first reinforcing fiber
13: first binder
14: Qigong
21: second thermoplastic resin fiber
22: second reinforcing fiber
23: second binder
100: porous fiber-reinforced composite material
Claims (14)
상기 제1층은 제1 열가소성 수지 섬유, 제1 강화 섬유 및 제1 결착재를 포함하고,
상기 제2층은 제2 열가소성 수지 섬유, 제2 강화 섬유 및 제2 결착재를 포함하고,
상기 제1 열가소성 수지 섬유의 길이 및 직경이 각각 상기 제2 열가소성 수지 섬유의 길이 및 직경보다 크고,
상기 제1 강화 섬유의 길이 및 직경이 각각 상기 제2 강화 섬유의 길이 및 직경보다 크고,
상기 제1 열가소성 수지 섬유와 상기 제1 강화 섬유는 상기 제1 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고,
상기 제2 열가소성 수지 섬유와 상기 제2 강화 섬유는 상기 제2 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하는
다공성 섬유강화 복합재.
It is a porous fiber-reinforced composite comprising a first layer and a second layer,
The first layer includes a first thermoplastic resin fiber, a first reinforcing fiber, and a first binder,
The second layer includes a second thermoplastic resin fiber, a second reinforcing fiber, and a second binder,
The length and diameter of the first thermoplastic resin fiber are greater than the length and diameter of the second thermoplastic resin fiber, respectively,
The length and diameter of the first reinforcing fibers are greater than the length and diameter of the second reinforcing fibers, respectively,
The first thermoplastic resin fiber and the first reinforcing fiber are bound by the first binder to form an irregular network structure including pores,
The second thermoplastic resin fiber and the second reinforcing fiber are bound by the second binder to form an irregular network structure including pores.
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 열가소성 수지 섬유 및 상기 제1 강화 섬유는 각각의 입자 표면에 상기 제1 결착재에 의해 일부 또는 전체가 코팅되어 코팅부를 형성하고, 상기 각각의 표면에 형성된 코팅부가 서로 융착되어 결착되고,
상기 제2 열가소성 수지 섬유 및 상기 제2 강화 섬유는 각각의 입자 표면에 상기 제2 결착재에 의해 일부 또는 전체가 코팅되어 코팅부를 형성하고, 상기 각각의 표면에 형성된 코팅부가 서로 융착되어 결착된
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first thermoplastic resin fiber and the first reinforcing fiber are partially or wholly coated on the surface of each particle by the first binder to form a coating portion, and the coating portion formed on each surface is fused to each other and bound,
The second thermoplastic resin fiber and the second reinforcing fiber are partially or entirely coated on the surface of each particle by the second binder to form a coating portion, and the coating portion formed on each surface is fusion bonded to each other.
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 열가소성 수지 섬유는 단면 직경이 14 ㎛ 내지 20 ㎛ 이고,
상기 제2 열가소성 수지 섬유는 단면 직경이 7 ㎛ 내지 14 ㎛ 인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first thermoplastic resin fiber has a cross-sectional diameter of 14 μm to 20 μm,
The second thermoplastic resin fiber has a cross-sectional diameter of 7 μm to 14 μm.
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 강화 섬유는 단면 직경이 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고,
상기 제2 강화 섬유는 단면 직경이 6 ㎛ 내지 20 ㎛ 인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first reinforcing fiber has a cross-sectional diameter of 20 μm to 40 μm,
The second reinforcing fiber has a cross-sectional diameter of 6 μm to 20 μm
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 열가소성 수지 섬유는 길이가 40 mm 내지 80 mm 이고,
상기 제2 열가소성 수지 섬유는 길이가 6 mm 내지 18 mm 인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first thermoplastic resin fiber has a length of 40 mm to 80 mm,
The second thermoplastic resin fiber has a length of 6 mm to 18 mm
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 강화 섬유는 길이가 40 mm 내지 80 mm 이고,
상기 제2 강화 섬유는 길이가 6 mm 내지 18 mm 인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first reinforcing fiber has a length of 40 mm to 80 mm,
The second reinforcing fiber has a length of 6 mm to 18 mm.
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1층의 통기도가 5.8 l/min 내지 7.1 l/min 이고, 상기 제2층의 통기도가 3.6 l/min 내지 4.4 l/min 인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The air permeability of the first layer is 5.8 l/min to 7.1 l/min, and the air permeability of the second layer is 3.6 l/min to 4.4 l/min sign
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1층 및 상기 제2층의 평량비(g/m2) 가 2 : 8 내지 8 : 2 인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The basis weight ratio (g/m 2 ) of the first layer and the second layer is 2: 8 to 8: 2
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 열가소성 수지 섬유 및 상기 제2 열가소성 수지 섬유는 폴리에스테르, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트 (PC), 나일론(Nylon), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우렌탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리락틱산(PLA), 테플론(polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first thermoplastic resin fiber and the second thermoplastic resin fiber are polyester, polypropylene (PP), polyethylene (PE), acrylbutadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), nylon (Nylon), polyvinyl chloride ( PVC), polystyrene (PS), polyurethane (PU), polymethyl methacrylate (PMMA), polylactic acid (PLA), Teflon (polytetrafluoroethylene) and containing one selected from the group consisting of combinations thereof
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 결착재 및 상기 제2 결착재는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(PE), 아크릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 나일론(Nylon), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우렌탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리락틱산(PLA), 테플론(polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first binder and the second binder include polyester, polyethylene, polypropylene, polyethylene (PE), acrylbutadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), nylon (Nylon), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyurethane (PU), polymethyl methacrylate (PMMA), polylactic acid (PLA), including one selected from the group consisting of Teflon (polytetrafluoroethylene) and combinations thereof
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 강화 섬유 및 상기 제2 강화 섬유는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 보론 섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The first reinforcing fiber and the second reinforcing fiber include one selected from the group consisting of glass fibers, aramid fibers, carbon fibers, carbon nanotubes, boron fibers, metal fibers, and combinations thereof.
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지의 융점이 160℃ 이상인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The melting points of the first and second thermoplastic resins are 160° C. or higher.
Porous fiber-reinforced composites.
상기 제1 결착재 및 상기 제2 결착재의 융점이 200℃ 미만인
다공성 섬유강화 복합재.
According to claim 1,
The melting points of the first binder and the second binder are less than 200 °C.
Porous fiber-reinforced composites.
제2 이성분 섬유 및 제2 강화 섬유를 포함하는 제2 혼합 재료를 이용하여 습식 방법에 의해 제2 부직포층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 부직포층과 상기 제2 부직포층을 열융착시키는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 이성분 섬유의 길이 및 직경이 각각 상기 제2 이성분 섬유의 길이 및 직경보다 큰
다공성 섬유강화 복합재를 제조하는 방법.
forming a first nonwoven fabric layer by a dry method using a first mixed material including a first bicomponent fiber and a first reinforcing fiber;
forming a second nonwoven fabric layer by a wet method using a second mixed material including a second bicomponent fiber and a second reinforcing fiber; and
heat-sealing the first non-woven fabric layer and the second non-woven fabric layer;
including,
the length and diameter of the first bicomponent fiber are greater than the length and diameter of the second bicomponent fiber, respectively
A method of making a porous fiber-reinforced composite.
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