KR102291277B1 - 진공백 공법으로 제작된 Silica를 첨가한 Polyimide/carbon fiber fabric 복합소재 - Google Patents

진공백 공법으로 제작된 Silica를 첨가한 Polyimide/carbon fiber fabric 복합소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유직물; 및 폴리아믹산에 건식실리카가 분산된 것인 무기 하이브리드 폴리아믹산;을 포함하고, 상기 탄소섬유직물에 상기 무기 하이브리드 폴리아믹산을 함침시키는 것인 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재에 관한 것이다.
본 발명은 (S1) 폴리아믹산에 건식 실리카를 첨가한 후 분산시켜 무기 하이브리드 폴리아믹산을 제조하는 단계; (S2) 상기 무기 하이브리드 폴리아믹산을 탄소섬유직물에 함침시켜 프리프레그를 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 프리프레그는 진공 하에서 용매를 제거하고, 열처리를 통해 이미드화 하여 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 제조하는 단계;를 포함하는 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재는 실리카를 첨가하고 진공백 공법으로 제작함으로써, 폴리이미드 소재의 강도와 내열성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

진공백 공법으로 제작된 Silica를 첨가한 Polyimide/carbon fiber fabric 복합소재{Polyimide/carbon fiber fabric composite material with silica produced by vacuum bag method}
본 발명은 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리카를 첨가하고 진공백 공법으로 제작하여 강도와 내열성을 향상시킨 실리카를 첨가한 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
폴리이미드는 이미드 고리를 가지는 고분자 물질로 주로 방향족의 무수물 및 디아민을 이용하여 합성할 수 있으며, 폴리이미드 수지는 이미드 고리의 화학적 안정성을 기초로 하여 우수한 내열성, 내화학성, 내마모성과 내후성 등을 보이며 그 외에도 낮은 열팽창율, 저 통기성 및 뛰어난 전기적 특성 등을 나타낸다.
다방면에 적용 가능한 폴리이미드의 물성들을 활용하여 고온 접착제, 엔지니어링 플라스틱 소재, 우주 항공 분야, 미소전자 분야, 광학 분야 등에 널리 사용되어 왔으며 세부 목적에 적합한 단량체들과 합성법 등의 개발이 보다 다양하고 정교하게 진전되면서 그 응용 범위가 점차 확대되고 있다.
예로서, 반도체 공정 및 디스플레이 공정에서는 높은 공정온도로 기판의 고온안정성을 필요로 한다. 고온 공정과 밀접한 특성 중 하나는 기판의 열팽창계수인데, 고온에서 미세한 공정을 필요로 하는 디스플레이 공정 특성상 온도 상승에 따라 열팽창이 큰 경우 공정의 정밀성을 위협할 가능성이 높으므로, 낮은 열팽창계수는 기판의 평가에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 이러한 열적특성과 열팽창계수는 소재 특성에 의해 결정되므로 새로운 구조의 고성능 필름 소재, 필름화 공정 및 대량 생산이 가능한 소재들이 개발되고 있다. 이와 더불어 내화학성 및 습도에 대한 안정성을 함께 고려된 소재도 기업중심으로 많은 관심을 가지는 분야이다
또한, 플라스틱 기판 후보로서 내열성 및 치수안정성이 우수한 폴리이미드 필름에 대한 관심이 증대되고 있다. 폴리이미드의 색상을 개선한 무색 폴리이미드는 색상 발현이 없는 분자구조의 설계가 가장 중요한 기술로, 현재까지 디스플레이용으로 상용화되어 시판되는 폴리이미드 필름은 없으나, 활발히 연구중이다.
최근에는 폴리이미드의 물성을 향상시키기 위한 방법의 하나로 이종간 재료들을 접목시킨 재료복합화가 많이 연구되고 있다. 예를 들어, 가볍고 유연하며, 인성이 있고 성형성이 우수한 유기고분자(플라스틱)에 내열성, 탄성, 표면 경도, 투명성이 우수한 무기물 필러를 첨가하거나, 금속 또는 목재표면에 유기고분자를 코팅하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법으로 얻어진 복합재료의 특성은 원재료의 특성을 그대로 반영하기 때문에 복합화의 개념보다는 두 물질을 붙여서 합치는 혼합에 불과하다.
또한, 유기물과 무기물을 분자수준으로 서로 혼합(이종재료)시키면 원재료의 성질과는 전혀 다른 특성을 가진 재료를 만들 수 있다. 이러한 재료를 하이브리드 재료라고 부를 수 있다. 유-무기 혼성 소재는 두 성분, 즉 유기고분자에 무기물질을 혼합함으로써 단일재료에서는 볼 수 없는 시너지 효과를 낼 수 있도록 여러 가지 방법으로 만든 복합재료를 말한다.
이러한 고분자 나노복합재료로써 탄산칼슘, 점토, 활석 등과 같은 다양한 무기재료가 고분자 매트릭스의 강화제나 충전제로 사용되고 있으며, 이러한 무기재료의 종횡비, 분산도, 충전제와 매트릭스와의 접착력 등이 복합재료의 물성향상에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 나노크기의 충전제는 기존의 마이크로 크기의 충전제에 비하여 비표면적이 매우 넓으므로 적은 양으로도 기계적 물성과 열적 물성 등을 향상시킴과 동시에 입자 크기가 가시광선 영역의 파장(400~800nm)에 비해 작기 때문에 복합재료의 투명도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보고 있다. 이러한 특성으로 나노 복합재료는 기존 고분자의 물성 및 성능을 획기적으로 향상시키고, 환경오염을 방지하는 등의 이점이 많아 그 응용범위가 넓어지고 있다.
[선행기술문헌]
한국등록특허 제1440659호
한국등록특허 제1416614호
일본공개특허 제3261661호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 실리카를 첨가하고 진공백 공법으로 제작하여 강도와 내열성을 향상시킨 실리카를 첨가한 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소섬유직물; 및 폴리아믹산에 건식실리카가 분산된 것인 무기 하이브리드 폴리아믹산;을 포함하고, 상기 탄소섬유직물에 상기 무기 하이브리드 폴리아믹산을 함침시키는 것인 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 제공한다.
상기 건식 실리카는 고형분 기준 3~5wt%를 분산시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 (S1) 폴리아믹산에 건식 실리카를 첨가한 후 분산시켜 무기 하이브리드 폴리아믹산을 제조하는 단계; (S2) 상기 무기 하이브리드 폴리아믹산을 탄소섬유직물에 함침시켜 프리프레그를 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 프리프레그는 진공 하에서 용매를 제거하고, 열처리를 통해 이미드화 하여 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 제조하는 단계;를 포함하는 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법을 제공한다.
상기 (S1) 단계에서 상기 폴리아믹산은 디아민계 단량체 및 산이무수물계 단량체를 용매와 중합하여 제조될 수 있다.
상기 디아민계 단량체는 ODA(4,4′-oxydianiline), 4,4'-(1,3-Phenylenedioxy)dianiline 및 2,2′-Bis(trifluoromethyl)benzidine으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이고,
상기 산이무수물계 단량체는 PMDA(pyromellitic dianhydride), 3,3′,4,4′-Biphenyltetracarboxylic dianhydride 및 3,3',4,4'-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride으로 이루어진 군에서 선택되어 사용될 수 있다.
상기 용매는 DMAc(N,N-Dimethylacetamide) 또는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)이 사용될 수 있다.
상기 폴리아믹산은 고형분 기준 16 ~ 17wt%로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 (S3) 단계에서 진공은 진공백 공법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 (S1) 단계에서 상기 폴리아믹산에 건식 실리카를 고형분 기준 3 ~ 5wt%를 첨가한 후 1800~2000rpm의 속도로 분산시켜 무기 하이브리드 폴리아믹산을 제조하는 것이 바람직하다.
상기 (S3) 단계에서 상기 용매는 근적외선 오븐에 넣어 90 ~ 100℃에서 40 ~ 45분간 제거되는 것이 바람직하다.
상기 (S3) 단계에서 열처리는 1차적으로 190 ~ 200℃에서 60 ~ 65분, 2차적으로 340 ~ 350℃에서 60 ~ 65분간 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제조방법으로 제조되는 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재로서, 내열성은 611.29℃이고, 충격강도는 114.75±17.11 KJ/m2이고, 굴곡강도는 92.72±26.68N/mm2 일 수 있다.
본 발명의 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재는 실리카를 첨가하고 진공백 공법으로 제작함으로써, 폴리이미드 소재의 강도와 내열성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리아믹산 중합 반응을 보여주는 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 PI (PMDA-ODA) 합성 과정을 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 실시예 1에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재의 제조 공정을 설명하는 그림이다.
도 4는 본 발명의 평가예 1에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재의 물성평가 그래프이다.
도 5는 본 발명의 평가예 1 및 비교예 1에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재의 물성평가 비교 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 명세서에서 "디안하이드라이드(산이무수물; dianhydride)"는 그 전구체 또는 유도체를 포함하는 것으로 의도되는데, 이들은 기술적으로는 디안하이드라이드가 아닐 수 있지만, 그럼에도 불구하고 디아민과 반응하여 폴리아믹산을 형성할 것이며, 이 폴리아믹산은 다시 폴리이미드로 변환될 수 있다.
본 명세서에서 "디아민"은 그의 전구체 또는 유도체를 포함하는 것으로 의도되는데, 이들은 기술적으로는 디아민이 아닐 수 있지만, 그럼에도 불구하고 디안하이드라이드와 반응하여 폴리아믹산을 형성할 것이며, 이 폴리아믹산은 다시 폴리이미드로 변환될 수 있다.
본 명세서에서 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 열거로서 주어지는 경우, 범위가 별도로 개시되는 지에 상관없이 임의의 한 쌍의 임의의 위쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값 및 임의의 아래쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값으로 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다.
수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급되는 특정 값으로 한정되지 않는 것으로 의도된다.
본 발명에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재는 폴리아믹산을 탄소섬유직물에 함침시킨 프리프레그를 진공 하에서 이미드화하여 제조된다.
참고로, 탄소섬유는 현재 사용하는 보강섬유 중 무게가 가볍지만 강도와 내화학성 및 전도성이 우수하고 무엇보다도 열 안정성이 매우 뛰어나기 때문에 복합소재로 각광을 받고 있으며, 이와 같은 특성으로 인해 항공 또는 극한 환경인 우주산업에서 적용하고자 하는 연구가 다수 이루어지고 있다.
탄소섬유는 일반적으로 1500℃이상의 고온환경 속에서도 쉽게 산화되거나 부식되지 않는 뛰어난 내열성을 보여주며 인장강도 또한 3000MPa에서 6000MPa이상으로 아주 고탄성 고강도를 가지는 슈퍼섬유이기 때문에 복합 재료용 보강소재로서 매우 우수한 성능을 보여준다.
그러나, 기존 소재가 가지고 있는 성능을 상승 또는 유지시키면서 복합화하는 것은 상당히 어려운 일이며, 특히 내열성 또는 강도와 같은 물성은 다른 성질의 소재를 하이브리드 할 경우 저하되기 십상이다.
따라서, 본래의 소재의 특성을 상승 또는 유지시킬 수 있는 최적화된 함량 및 제조공정이 반드시 설정되어야 한다.
본 발명에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재는 Hand lay-up 방식으로 탄소섬유에 폴리아믹산을 직접 함침한 후 진공백을 씌워 진공 하에서 가열하여 이미드화 공정을 거친 후 제작된다.
폴리아믹산이 함침된 탄소섬유에 진공백을 씌워 진공상태로 만들어주면 Hand lay-up 방식으로 함침 및 적층된 프리프레그(prepreg) 사이에 기공들이 압력차에 의해 빠져나와 그 자리에 폴리아믹산이 채워지게 되며 가열 시 폴리아믹산 용액에 유기용매들 또한 진공트랩으로 포집할 수 있기 때문에 안전 및 환경상의 이유로도 매우 최적화된 공정이다.
상기 폴리아믹산은 건식 실리카가 분산되어 있는 무기 하이브리드 폴리아믹액시드가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 건식 실리카는 고형분 기준 3 ~ 5wt%를 분산시키는 것이 바람직하다.
상기 건식 실리카는 평균 0.2~0.3μm 사이즈를 가지고 표면적이 200±25 m2/g 의 크기를 가지는 실리카가 사용되었다.
본 발명에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재의 실리카는 -OH 작용기와 PAA의 -COOH 작용기의 결합을 유도하여 복합소재 내에서 균일하게 분산시켜 내열성을 현저하게 향상시켰다.
상기 프리프레그는 진공백 공법을 이용하여 진공 하에서 이미드화될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 제조하는 방법은,
1종 이상의 디아민계 단량체 및 1종 이상의 산이무수물계 단량체를 용매와 중합하여 폴리아믹산을 제조하고, 상기 폴리아믹산에 건식 실리카를 첨가한 후 분산시켜 무기 하이브리드 폴리아믹산을 제조한다.
상기 무기 하이브리드 폴리아믹산을 탄소섬유직물에 함침시켜 프리프레그를 제조하고, 진공백 공법을 이용하여 상기 프리프레그를 진공 하에서 용매를 제거한 후 열처리를 통해 이미드화 하여 최종적으로 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 제조한다.
상기 디아민계 단량체는 ODA(4,4′-oxydianiline), 4,4'-(1,3-Phenylenedioxy)dianiline 및 2,2′-Bis(trifluoromethyl)benzidine으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이 사용될 수 있다.
상기 산이무수물계 단량체는 PMDA(pyromellitic dianhydride), 3,3′,4,4′-Biphenyltetracarboxylic dianhydride 및 3,3',4,4'-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이 사용될 수 있다.
상기 용매는 DMAc(N,N-Dimethylacetamide) 또는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)이 사용될 수 있다.
상기 제조된 폴리아믹산은 고형분 기준 16 ~ 17wt%이 바람직하다.
상기 폴리아믹산에 건식 실리카를 고형분 기준 3 ~ 5wt%를 첨가한 후 1800~2000rpm의 속도로 분산시켜 무기 하이브리드 폴리아믹산을 제조하는 것이 바람직하다.
여기서 건식 실리카를 3wt% 미만 첨가할 경우 열적 안정성의 유의한 효과를 보기 어려우며, 5wt% 초과하여 첨가할 경우 분산 및 함침시 실라카 사이 응집현상으로 인해 기공 및 크랙이 일어날 가능성이 농후하다.
상기 용매는 근적외선 오븐에 넣어 90~100℃에서 40~45분간 제거되는 것이 바람직하다.
상기 열처리는 1차적으로 190~200℃에서 60~65분, 2차적으로 340~350℃에서 60~65분간 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 1차 열처리 공정에서는 폴리아믹산 용액 내에 잔존하는 유기용매를 기화시켜 제거하는 공정이며, 2차 열처리 공정은 개환된 폴리아믹산의 구조를 폐환 및 탈수공정을 거쳐 폴리이미드로 이미드화 시키는 과정이다.
상기 열처리 온도의 상한을 초과하여 수행할 경우 열분해 문제가 생길 수 있으며, 하한 미만으로 수행할 경우 이미드화가 완벽하게 되지 않는 문제가 생길 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법으로 제조되는 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재로서, 내열성은 611.29℃이고, 충격강도는 114.75±17.11KJ/m2이고, 굴곡강도는 92.72±26.68N/mm2 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재는 고내열성 무기물인 실리카와 하이브리드 된 폴리아믹산은 복합소재 Matrix 내에서 균일한 분산을 통해 내열성을 향상시킬 수 있다.
또한 탄소섬유가 가지는 강한 강도와 기존 금속, 세라믹에 비해 훨씬 가볍다는 이점을 활용하여 고분자 소재와 복합화시킴으로써 각각 소재들의 강점을 부각하여 고강도, 고내열성을 갖는 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 제작 할 수 있는 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
실시예 1
[폴리아믹산(Poly(amic acid), PAA)의 합성]
본 실험에서 사용된 단량체는 디아민계는 ODA(4,4′-oxydianiline) (99.91%), 산이무수물계 단량체로는 PMDA(pyromellitic dianhydride) (99.82%), 를 사용하였으며, 용매로는 DMAc(N,N-Dimethylacetamide)를 이용하여 중합을 하였다.
PAA 제조를 위해 유기용매인 DMAc를 500ml 삼구 플라스크에 넣고 stirrer를 이용하여 용해한다. 완전히 용해된 용액에 PMDA를 첨가한 후 색이 완연한 노란색을 띄며 단량체가 완전히 용해되어 점도가 올라갈 때까지 충분히 중합시킨다. 최종 제작된 PAA의 고형분 함량은 17wt%가 되도록 제작한다.
[무기 하이브리드 폴리아믹산 제조]
중합된 전구체 PAA에 Fumed Silica(건식 실리카)를 고형분 대비 5wt% 첨가한 후 Plantary Mixer를 이용하여 2000rpm의 속도로 20분간 믹싱하여 충분히 분산시킨다.
[폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제작]
제조된 무기 하이브리드 PAA를 15x15(cm)로 자른 탄소섬유 직물에 롤러를 이용하여 hand lay-up 방식으로 함침된 탄소섬유 직물은 원하는 두께에 맞춰 4~6 플라이로 적층한 후 필플라이를 올려놓은 철판에 올린 뒤에 실란트 테이프를 이용하여 사면을 테이핑 작업을 거친 후 bagging film 으로 밀폐시킨다.
마지막으로 진공호스와 진공백 사이를 어댑터로 연결하여 진공펌프를 이용하여 진공을 잡아 눌러주게 된다.
진공상태의 prepreg(프리프레그)를 근적외선 오븐에 넣어 100℃에서 45분간 용매를 제거한 뒤 200℃에서 60분, 350℃에서 60분 이미드화 하여 최종적으로 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 얻었다.
평가예 1
상기 제조된 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 하기의 방법으로 물성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.
[열분해온도]
열분해 온도는 TA Instrument사의 Q500 측정장비를 사용하여 열분해온도를 측정하였다. 열분해온도는 복합소재를 상온에서 분당 20℃의 속도로 800℃까지 가열하여 중량감소를 측정하였다. 열분해온도는 중량감소비율이 분석 이전 초기 복합소재 무게 대비 5% 감소비율로 계산하였다.
[충격강도 및 굴곡강도 측정]
충격강도는 케이엘티사의 DYD-103D를 사용하였고, ASTM D256 시험방법으로 측정하였으며 굴곡강도는 Mecmesin사의 Multitest-dv를 사용하여 ASTM D790 시험방법으로 분석하였다.
Sample 충격강도(KJ/m 2 ) 굴곡강도(N/ mm 2 ) 두께(mm)
PI/CF ( 4Ply ) 114.75±17.11 92.72±26.68 3.849±0.21
PI+SI/CF ( 4Ply ) 108.56±15.11 90.65±25.23 3.631±0.19
비교예 1
상기 제조된 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 건식 실리카를 넣지 않은 복합소재와 열 안정성을 향상시키기 위해 건식 실리카를 첨가한 복합소재를 비교하여 하기 도 5에 나타내었다.
상기 평가예 1 및 비교예 1을 살펴보면, 건식 실리카를 첨가한 본 발명에 따른 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재의 열 안정성이 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 복합소재는 탄소섬유를 롤러를 함침시켰으며, 평균 입도 0.2~0.3μm 사이즈를 가지고 표면적이 200±25 m2/g 의 크기로 최적화된 건식 실리카를 골고루 분산시킴으로써, 탄소섬유와 실리카가 가진 특성을 그대로 유지하면서도 최종산물인 복합소재의 기공이나 크랙이 일어나지 않도록 설계된 제조공정을 적용하여 내열성이 이 현저하게 증가한 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (12)

  1. 탄소섬유직물; 및
    폴리아믹산에 건식실리카가 분산된 것인 무기 하이브리드 폴리아믹산;을 포함하고,
    상기 탄소섬유직물에 상기 무기 하이브리드 폴리아믹산을 함침시키는 것인 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건식 실리카는 고형분 기준 3~5wt%를 분산시키는, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재.
  3. (S1) 폴리아믹산에 건식 실리카를 첨가한 후 분산시켜 무기 하이브리드 폴리아믹산을 제조하는 단계;
    (S2) 상기 무기 하이브리드 폴리아믹산을 탄소섬유직물에 함침시켜 프리프레그를 제조하는 단계; 및
    (S3) 상기 프리프레그는 진공 하에서 용매를 제거하고, 열처리를 통해 이미드화 하여 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (S1) 단계에서 상기 폴리아믹산은 디아민계 단량체 및 산이무수물계 단량체를 용매와 중합하여 제조되는, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디아민계 단량체는 ODA(4,4′-oxydianiline), 4,4'-(1,3-Phenylenedioxy)dianiline 및 2,2′-Bis(trifluoromethyl)benzidine으로 이루어진 군에서 선택되는 1종이고,
    상기 산이무수물계 단량체는 PMDA(pyromellitic dianhydride), 3,3′,4,4′-Biphenyltetracarboxylic dianhydride 및 3,3',4,4'-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 인, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 용매는 DMAc(N,N-Dimethylacetamide) 또는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)인, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 폴리아믹산은 고형분 기준 16 ~ 17wt%로 제조되는 것인, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 (S3) 단계에서 진공은 진공백 공법을 이용하는 것인, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 (S1) 단계에서 상기 폴리아믹산에 건식 실리카를 고형분 기준 3 ~ 5wt%를 첨가한 후 1800 ~ 2000rpm의 속도로 분산시켜 무기 하이브리드 폴리아믹산을 제조하는, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 (S3) 단계에서 상기 용매는 근적외선 오븐에 넣어 90 ~ 100℃에서 40 ~ 45분간 제거되는, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 (S3) 단계에서 열처리는 1차적으로 190 ~ 200℃에서 60 ~ 65분, 2차적으로 340 ~ 350℃에서 60 ~ 65분간 이루어지는, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재 제조방법.
  12. 제3항에 따른 제조방법으로 제조되는 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재로서,
    내열성은 611.29℃이고, 충격강도는 114.75±17.11KJ/m2이고, 굴곡강도는 92.72±26.68N/mm2 인, 폴리이미드/탄소섬유직물 복합소재.
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