KR102453290B1 - Carbon fiber composites with improved strength transfer rate and munufacturing method thereof and pressure vessel including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료는 에폭시 수지, 경화제 혼합물 및 촉매를 포함하는 에폭시 수지 조성물이 탄소섬유에 함침되고 경화된 것으로, 95% 이상의 강도전이율을 가져 압력용기에 적용 시 높은 저장효율을 가져 적은 복합재료 양으로도 동일한 양의 연료를 저장할 수 있어 압력용기의 경량화 및 소형화를 가능하게 할 수 있고, 특히 수소를 저장할 수 있는 수소압력용기에 적합하다.The carbon fiber composite material with improved strength transfer rate according to an embodiment of the present invention is an epoxy resin composition including an epoxy resin, a curing agent mixture, and a catalyst impregnated in carbon fibers and cured, and has a strength transfer rate of 95% or more When applied to a container, it has high storage efficiency and can store the same amount of fuel even with a small amount of composite material, making it possible to reduce the weight and size of the pressure container, and is particularly suitable for a hydrogen pressure container that can store hydrogen.

Description

강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료와 그의 제조방법 및 이를 포함하는 압력용기{CARBON FIBER COMPOSITES WITH IMPROVED STRENGTH TRANSFER RATE AND MUNUFACTURING METHOD THEREOF AND PRESSURE VESSEL INCLUDING THE SAME}Carbon fiber composite material with improved strength transfer rate, manufacturing method thereof, and pressure vessel including the same

본 발명은 에폭시 수지 조성물을 포함하는 탄소섬유 복합재료에 관한 것으로, 보다 구체적으로 강도전이율이 향상된 에폭시 수지 조성물을 포함하는 탄소섬유 복합재료로서, 압력용기에 적용 시 강도전이율이 우수하여 적은 복합재료의 양으로도 동일한 양의 연료를 저장하는 것이 가능한 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료와 그의 제조방법 및 이를 포함하는 압력용기에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon fiber composite material comprising an epoxy resin composition, and more specifically, to a carbon fiber composite material comprising an epoxy resin composition having an improved strength transfer rate. It relates to a carbon fiber composite material having an improved strength transition rate capable of storing the same amount of fuel even with the amount of material, a method for manufacturing the same, and a pressure vessel including the same.

최근, 대체연료가스의 활용이 점점 가속화되면서 고압의 가스를 저장하는 압력용기의 개발이 지속되고 있으며, 이에 따라 적용 분야도 함께 확대되고 있다. 이와 같이 적용 분야의 확대에 따라, 종래의 대형 압력용기뿐만 아니라 자동차와 같은 이동수단에서도 대체연료가스가 적용되어 압력용기를 다양한 방식으로 장착하고 있다. Recently, as the use of alternative fuel gas is gradually accelerated, the development of a pressure vessel for storing high-pressure gas continues, and accordingly, the field of application is also expanding. As such, according to the expansion of the field of application, alternative fuel gas is applied not only to the conventional large pressure vessel but also to a moving means such as an automobile, and the pressure vessel is mounted in various ways.

이러한 압력용기는 일반적으로 소정의 압력 하에서 액체, 액화 가스, 응축 가스 등을 함유할 수 있는 구조체로서, 저장 용기, 파이프, 일시적인 승압에 노출되는 구조체 등이 포함될 수 있다. 압력용기는 내압의 대부분을 지탱하는 외부 복합재 층과 내부의 형틀을 제공하는 라이너(Liner)로 구성되어 있고, 전통적으로 라이너는 금속으로 제조되었으나, 금속성 라이너로 제조되는 경우 중량이 무거우며 부식에 매우 약한 동시에 제조 원가도 높은 문제점이 있다. 특히, 압력용기는 내부에 가스 또는 액체가 충전될 때 매우 높은 내압이 발생하며, 충전된 가스 또는 액체를 사용 시 내압이 감소하여 지속적이고 반복적으로 압력 변화가 발생하기 때문에 압력 변화에 대한 우수한 내구성이 요구된다.Such a pressure vessel is generally a structure that can contain a liquid, liquefied gas, condensed gas, etc. under a predetermined pressure, and may include a storage vessel, a pipe, a structure exposed to a temporary increase in pressure, and the like. The pressure vessel is composed of an outer composite layer that supports most of the internal pressure and a liner that provides an inner frame. Traditionally, the liner is made of metal. At the same time, there is a problem that the manufacturing cost is high. In particular, the pressure vessel generates a very high internal pressure when gas or liquid is filled inside, and when the filled gas or liquid is used, the internal pressure decreases and pressure changes occur continuously and repeatedly, so it has excellent durability against pressure changes. is required

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 탄소섬유나 유리섬유 등과 같은 강화섬유를 압력용기에 적용하는 기술이 개발되고 있다. 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등의 강화섬유와 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지로 구성되는 섬유 강화 복합재료는 경량이면서 강도, 강성 등의 역학 특성이나 내열성, 내식성이 우수하기 때문에 항공 우주, 자동차, 선박, 토목 건축 및 스포츠 용품 등의 수많은 분야에 응용되고 있으며, 이와 같은 복합재료의 물성을 통해 압력용기를 개선하는 연구가 진행되고 있다. 이와 같이 탄소섬유나 유리섬유 등의 강화섬유를 수지에 함침한 후 플라스틱 라이너 외부에 감거나 적층한 압력용기의 사용이 증가되고 있다. 일례로서, 압력용기 구조에 복합재를 적용한 발명으로, 대한민국 공개특허 제10-2017-0140574호는 차량용 연료용기로 사용되는 수소저장압력용기에 관한 발명으로 복합재 및 탄소섬유를 사용하여 수소저장압력용기를 만드는 기술을 기재하고 있다.In order to solve this problem, a technology for applying a reinforcing fiber such as carbon fiber or glass fiber to a pressure vessel is being developed. Fiber-reinforced composite materials composed of reinforcing fibers such as carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers and thermosetting resins such as epoxy resins and phenolic resins are lightweight and have excellent mechanical properties such as strength and rigidity, heat resistance, and corrosion resistance. It is applied to numerous fields such as automobiles, ships, civil construction and sporting goods, and research on improving pressure vessels through the physical properties of these composite materials is in progress. As such, the use of a pressure vessel in which a reinforcing fiber such as carbon fiber or glass fiber is impregnated in a resin and then wound or laminated on the outside of a plastic liner is increasing. As an example, as an invention in which a composite material is applied to the structure of a pressure vessel, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0140574 is an invention related to a hydrogen storage pressure vessel used as a fuel vessel for a vehicle, and a hydrogen storage pressure vessel using a composite material and carbon fiber Describes the technology to make it.

그러나 섬유강화 복합재료를 이용하여 제조된 압력용기는 복합재층의 두께가 두꺼워서 낮은 생산성을 가진다. 특히, 수소연료전지자동차(FCEV)에 탑재되는 수소압력용기(CHG Tank)는 복합재료 층의 두께가 두꺼워서 압력용기 제조 시 복합재층 내에 공극이 발생하기 쉽고, 다른 압력용기보다 높은 경화온도 및 긴 경화시간이 필요하여 생산성이 저하될 수 있다. 그리고 복합재층에는 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지가 사용되는데, 강도, 강성 등의 역학 특성과 내열성, 내식성은 우수한 반면에 취성 특성 및 낮은 인성(Toughness)으로 인하여 안전성이 우선시되는 압력용기 적용에는 큰 단점이 된다. 또한, 압력용기는 높은 수소저장효율(전체 용기 무게 대비 저장할 수 있는 수소 무게의 비)뿐만 아니라 낮은 제조비용도 요구되어, 기존 대비 적은 복합재료 양으로도 더 많은 수소를 저장할 수 있는 복합재 시스템의 요구가 증대되고 있다.However, the pressure vessel manufactured using the fiber-reinforced composite material has a low productivity because the thickness of the composite layer is thick. In particular, the hydrogen pressure vessel (CHG Tank) mounted on a hydrogen fuel cell vehicle (FCEV) has a thick composite material layer, so it is easy to create voids in the composite material layer when manufacturing the pressure vessel, and has a higher curing temperature and longer curing than other pressure vessels. It may take time and reduce productivity. In addition, thermosetting resins such as epoxy resins and phenolic resins are used for the composite layer, and while mechanical properties such as strength and rigidity, heat resistance, and corrosion resistance are excellent, safety is prioritized due to brittleness and low toughness. It is a big disadvantage. In addition, the pressure vessel requires high hydrogen storage efficiency (ratio of the weight of hydrogen that can be stored to the total weight of the container) as well as low manufacturing cost, so a composite system that can store more hydrogen with a smaller amount of composite material than before is required. is increasing

한국공개특허 제10-2017-0140574호Korean Patent Publication No. 10-2017-0140574

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압력용기에 적용할 경우 높은 저장효율을 가져 적은 복합재료를 사용하여도 동일하거나 더 많은 양의 연료를 저장할 수 있도록 강도전이율이 우수하고, 또한 압력용기의 소형화 및 경량화가 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있고, 특히 수소압력용기에 적합한 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료와 그의 제조방법 및 이를 포함하는 압력용기를 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, and the problem to be solved by the present invention is that it has high storage efficiency when applied to a pressure vessel, so that the same or larger amount of Carbon fiber composite material with improved strength transfer rate suitable for hydrogen pressure vessel and its manufacturing method and It is to provide a pressure vessel including this.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.

상기 목적은, 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 경화시킨 탄소섬유 복합재료로서, 하기 수학식 1을 만족하되, The above object is a carbon fiber composite material obtained by hardening carbon fiber impregnated with an epoxy resin composition, which satisfies the following Equation 1,

(수학식 1)(Equation 1)

STR(%) = FA x 100/ (FB x Vf)≥ 95%STR(%) = F A x 100/ (F B x V f )≥ 95%

여기서, STR(%)는 강도전이율이고, FA는 0° 일방향 탄소섬유 복합재료의 인장강도 측정값이며, FB는 탄소섬유 스트랜드의 인장강도 측정값이고, Vf는 FA측정 시편의 탄소섬유 체적비인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료에 의해 달성된다.Here, STR (%) is the strength transition rate, FA is the measured value of the tensile strength of the 0° unidirectional carbon fiber composite material, F B is the measured value of the tensile strength of the carbon fiber strand, and V f is the measured value of the FA measurement specimen. It is achieved by the carbon fiber composite material, which is the carbon fiber volume ratio, and the strength transfer rate is improved.

여기서, 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 혼합물 및 촉매를 포함하고, 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화된 경화물일 수 있다.Here, the epoxy resin composition may include an epoxy resin, a curing agent mixture, and a catalyst, and may be a cured product cured at 120° C. for 1 hour after raising the temperature from room temperature to 120° C. for 1 hour.

바람직하게는, 에폭시 수지 조성물의 경화물은 신율이 4 내지 8%인 것일 수 있다.Preferably, the cured product of the epoxy resin composition may have an elongation of 4 to 8%.

바람직하게는, 에폭시 수지 조성물의 경화물은 유리전이온도가 100 내지 140℃인 것일 수 있다.Preferably, the cured product of the epoxy resin composition may have a glass transition temperature of 100 to 140°C.

바람직하게는, 탄소섬유는 비중이 1,7 내지 1.9이며, 1,000 내지 300,000개의 필라멘트로 구성되는 것일 수 있다.Preferably, the carbon fiber has a specific gravity of 1,7 to 1.9, and may be composed of 1,000 to 300,000 filaments.

바람직하게는, 탄소섬유 복합재료의 인장강도는 2,500 내지 3,500MPa인 것일 수 있다.Preferably, the tensile strength of the carbon fiber composite material may be 2,500 to 3,500 MPa.

바람직하게는, 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시, 비스페놀 F형 에폭시, 노볼락 에폭시, 난연성 에폭시, 환형지방족 에폭시 및 고무 변성 에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.Preferably, the epoxy resin may include at least one of bisphenol A-type epoxy, bisphenol F-type epoxy, novolak epoxy, flame-retardant epoxy, cyclic aliphatic epoxy, and rubber-modified epoxy.

바람직하게는, 에폭시 수지는 한 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지며, 당량이 150 내지 340g/eq인 것일 수 있다.Preferably, the epoxy resin has two or more epoxy groups in one molecule and may have an equivalent weight of 150 to 340 g/eq.

바람직하게는, 경화제 혼합물은 지방족 아민 및 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민을 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 지방족 아민에 대해 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 중량비가 1:2 내지 3일 수 있다.Preferably, the curing agent mixture may include an aliphatic amine and an amine having two or more cyclic structures, and more preferably, the weight ratio of the aliphatic amine to the amine having two or more cyclic structures is 1:2 to 3 days. can

바람직하게는, 촉매는 저온형 이미다졸 촉매일 수 있다.Preferably, the catalyst may be a low-temperature imidazole catalyst.

바람직하게는, 탄소섬유 복합재료는 탄소섬유 65 내지 80중량%, 비스페놀 A형 에폭시 14 내지 27중량%, 경화제 혼합물 4 내지 10중량% 및 촉매 0.1 내지 1중량%를 포함하는 것일 수 있다.Preferably, the carbon fiber composite material may include 65 to 80% by weight of carbon fibers, 14 to 27% by weight of bisphenol A epoxy, 4 to 10% by weight of a curing agent mixture, and 0.1 to 1% by weight of a catalyst.

또한, 상기 목적은, 에폭시 수지 조성물을 제조하는 제1 단계, 탄소섬유에 제조된 에폭시 수지 조성물을 함침시키는 제2 단계 및 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 경화시키는 제3 단계를 포함하는 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, the above object, a first step of preparing an epoxy resin composition, a second step of impregnating the carbon fiber with the prepared epoxy resin composition, and a third step of curing the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition. The yield is achieved by a method for producing an improved carbon fiber composite material.

바람직하게는, 제2 단계는 탄소섬유를 장력이 가해진 상태에서 에폭시 수지 조성물에 함침시키는 단계이고, 제3 단계는 탄소섬유가 장력이 유지된 상태로 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 단계일 수 있다.Preferably, the second step may be a step of impregnating the carbon fiber into the epoxy resin composition in a state in which tension is applied, and the third step may be a step of curing the epoxy resin composition in a state in which the carbon fiber tension is maintained.

바람직하게는, 제3 단계는 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화시키는 단계일 수 있다.Preferably, the third step may be a step of heating the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition from room temperature to 120° C. for 1 hour and then curing the carbon fiber at 120° C. for 1 hour.

또한, 상기 목적은, 연료 유입구 및 연료 방출구를 포함하며 연료를 저장할 수 있는 라이너(liner) 및 라이너의 외주면을 둘러싸고 있는 외장재를 포함하되, 외장재는 에폭시 수지, 경화제 혼합물, 촉매 및 탄소섬유를 포함하고, 경화제 혼합물은 지방족 아민 및 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민을 포함하며, 촉매는 저온형 이미다졸 촉매인 압력용기에 의해 달성된다.In addition, the above object includes a liner (liner) including a fuel inlet and a fuel discharge port and capable of storing fuel, and an exterior material surrounding the outer circumferential surface of the liner, wherein the exterior material includes an epoxy resin, a curing agent mixture, a catalyst and carbon fiber and the curing agent mixture includes an aliphatic amine and an amine having two or more cyclic structures, and the catalyst is achieved by a pressure vessel which is a low-temperature imidazole catalyst.

여기서, 외장재는 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화된 후 하기 수학식 1을 만족하되, Here, the exterior material satisfies the following Equation 1 after raising the temperature from room temperature to 120° C. for 1 hour and then curing at 120° C. for 1 hour,

(수학식 1)(Equation 1)

STR(%) = FA x 100/ (FB x Vf)≥ 95%STR(%) = F A x 100/ (F B x V f )≥ 95%

여기서, STR(%)는 강도전이율이고, FA는 0° 일방향 탄소섬유 복합재료의 인장강도 측정값이며, FB는 탄소섬유 스트랜드의 인장강도 측정값이고, Vf는 FA측정 시편의 탄소섬유 체적비인 것이 바람직하다.Here, STR (%) is the strength transition rate, FA is the measured value of the tensile strength of the 0° unidirectional carbon fiber composite material, F B is the measured value of the tensile strength of the carbon fiber strand, and V f is the measured value of the FA measurement specimen. It is preferable that it is a carbon fiber volume ratio.

바람직하게는, 외장재는 탄소섬유 65 내지 80중량%, 비스페놀 A형 에폭시 14 내지 27중량%, 경화제 혼합물 4 내지 10중량% 및 촉매 0.1 내지 1중량%를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the exterior material contains 65 to 80% by weight of carbon fibers, 14 to 27% by weight of bisphenol A epoxy, 4 to 10% by weight of a curing agent mixture, and 0.1 to 1% by weight of a catalyst.

상술한 압력용기는 연료로 수소를 저장하는, 압력용기인 것이 바람직하다.The above-described pressure vessel is preferably a pressure vessel for storing hydrogen as fuel.

본 발명의 일 실시예에 따른 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료와 그의 제조방법에 따르면, 탄소섬유 복합재료의 강도전이율이 우수하여, 압력용기에 적용할 경우 높은 저장효율을 가져 적은 복합재료를 사용하여도 동일하거나 더 많은 양의 연료를 저장할 수 있는 등의 효과가 있다.According to the carbon fiber composite material with improved strength transfer rate and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, the carbon fiber composite material has excellent strength transfer rate and has high storage efficiency when applied to a pressure vessel. There are effects such as being able to store the same or a larger amount of fuel even when using

또한, 본 발명에 따르면 압력용기의 소형화 및 경량화를 가능하게 하며, 제조비용을 절감할 수 있는 등의 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the size and weight of the pressure vessel, and there are effects such as being able to reduce the manufacturing cost.

또한, 본 발명에 따르면 수소를 저장할 수 있는 수소압력용기에 적합한 등의 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there are effects such as being suitable for a hydrogen pressure vessel capable of storing hydrogen.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 다른 양상에 따른 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기의 사시도이다.
도 3은 도 1의 II-II 단면선에 따라 자른 단면도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate according to another aspect of the present invention.
2 is a perspective view of a pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 .

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control. Also, although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described herein.

본 발명의 일 양상에 따른 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료는 에폭시 수지 조성물 및 탄소섬유를 포함하여, 탄소섬유에 에폭시 수지 조성물이 함침 및 경화된 형태를 가진다. The carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate according to an aspect of the present invention includes an epoxy resin composition and a carbon fiber, and has a form in which the carbon fiber is impregnated with the epoxy resin composition and cured.

일 실시예에서, 탄소섬유에 함침되어 경화되는 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 혼합물 및 촉매를 포함한다.In one embodiment, the epoxy resin composition impregnated into the carbon fiber and cured includes an epoxy resin, a curing agent mixture, and a catalyst.

일 실시예에서, 에폭시 수지는 액상 에폭시 수지이며, 비스페놀 A형 에폭시, 비스페놀 F형 에폭시, 노볼락 에폭시, 난연성 에폭시, 환형지방족 에폭시 및 고무 변성 에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이바람직하다.In one embodiment, the epoxy resin is a liquid epoxy resin, and preferably includes at least one of bisphenol A-type epoxy, bisphenol F-type epoxy, novolak epoxy, flame retardant epoxy, cyclic aliphatic epoxy, and rubber-modified epoxy.

또한, 에폭시 수지는 한 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지며, 당량이 150 내지 340g/eq인 것이 바람직하다. 이와 같이 150 내지 340g/eq 당량이면서 한 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시 수지를 포함할 경우 최종 에폭시 수지 조성물의 점도를 낮게 할 수 있고, 취급성이나 탄소섬유 다발로의 함침이 용이할 뿐만 아니라 경화물의 내열성도 우수하다. 반면에, 에폭시 수지의 당량이 150g/eq 미만인 경우 경화물의 취성(brittleness)이 커지는 문제가 있고, 340g/eq 초과인 경우 수지 조성물의 점도가 높아 취급성이나 함침성이 떨어지는 문제를 가진다.In addition, it is preferable that the epoxy resin has two or more epoxy groups in one molecule and has an equivalent weight of 150 to 340 g/eq. As such, when an epoxy resin having an equivalent weight of 150 to 340 g/eq and having two or more epoxy groups in one molecule is included, the viscosity of the final epoxy resin composition can be lowered, and handling and impregnation with carbon fiber bundles are easy, as well as The heat resistance of the cured product is also excellent. On the other hand, when the equivalent weight of the epoxy resin is less than 150 g / eq, there is a problem in that the brittleness of the cured product increases, and when it exceeds 340 g / eq, the viscosity of the resin composition is high and the handleability or impregnation property is poor.

일 실시예에서, 에폭시 수지는 제조되는 탄소섬유 복합재료 전체 100중량% 중 14 내지 27중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 에폭시 수지 함량이 14중량% 미만인 경우 경화 시 충분한 가교가 이루어지지 않으며, 27중량% 초과인 경우 경화도가 낮아져 기계적 강도가 저하되는 단점이 있기 때문이다.In one embodiment, the epoxy resin preferably includes 14 to 27% by weight of the total 100% by weight of the carbon fiber composite material to be manufactured. This is because, when the epoxy resin content is less than 14% by weight, sufficient crosslinking is not made during curing, and when it is more than 27% by weight, the degree of curing is lowered and mechanical strength is lowered.

일 실시예에서, 경화제 혼합물은 지방족 폴리아민, 변성 지방족 폴리아민, 환형 아민, 제2 또는 제3 아민으로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상의 아민계 경화제 혼합물인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 경화제 혼합물은 1종 이상의 지방족 아민과 1종 이상의 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 혼합물이 더욱 바람직하다. 지방족 아민은 사슬 구조를 가져 에폭시 수지 조성물의 경화물에 신율을 부여하고, 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민은 에폭시 수지 조성물의 경화물의 유리전이온도를 향상시켜, 에폭시 수지 조성물의 신율과 유리전이온도를 동시에 향상시키는 것이 가능하기 때문이다.In one embodiment, the curing agent mixture is preferably a mixture of two or more amine-based curing agents selected from the group consisting of aliphatic polyamines, modified aliphatic polyamines, cyclic amines, and secondary or tertiary amines. More specifically, the curing agent mixture is more preferably a mixture of at least one aliphatic amine and at least one amine having two or more cyclic structures. The aliphatic amine has a chain structure to impart elongation to the cured product of the epoxy resin composition, and the amine having two or more cyclic structures improves the glass transition temperature of the cured product of the epoxy resin composition, and the elongation and the glass transition temperature of the epoxy resin composition Because it is possible to improve at the same time.

일 실시예에서, 경화제 혼합물은 지방족 아민에 대해 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 중량비가 1:2 내지 3인 것이 바람직하다. 이는 지방족 아민 및 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 중량비가 1:2 미만인 경우, 즉 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민이 부족한 경우 유리전이온도가 낮아지며, 1:3 초과인 경우, 즉 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민이 과도한 경우 신율이 낮아지기 때문이다.In one embodiment, the curing agent mixture preferably has a weight ratio of amines having two or more cyclic structures to aliphatic amines of 1:2 to 3. This means that when the weight ratio of the aliphatic amine and the amine having two or more cyclic structures is less than 1:2, that is, when the amine having two or more cyclic structures is insufficient, the glass transition temperature is lowered, and when it is more than 1:3, that is, two or more cyclic structures are insufficient. This is because when the amine having a cyclic structure is excessive, the elongation is lowered.

일 실시예에서, 경화제 혼합물은 제조되는 탄소섬유 복합재료 전체 100중량% 중 4 내지 10중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 경화제 혼합물의 함량이 4중량% 미만인 경우 경화도가 낮아 기계적 강도가 저하되는 단점이 있고, 10중량% 초과하는 경우 가교 밀도가 높아 신율이 낮아지고 취성이 커지는 단점이 있기 때문이다.In one embodiment, the curing agent mixture preferably includes 4 to 10% by weight of the total 100% by weight of the carbon fiber composite material to be manufactured. This is because, when the content of the curing agent mixture is less than 4% by weight, the degree of curing is low and mechanical strength is lowered.

일 실시예에서, 촉매는 경화제 혼합물의 경화 활성을 향상시켜 경화물의 경화밀도를 조절하기 위한 것으로서, 페놀 화합물, 이미다졸 및 3급 아민 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하며, 저온형 이미다졸 촉매인 것이 더욱 바람직하다.In one embodiment, the catalyst is for controlling the curing density of the cured product by improving the curing activity of the curing agent mixture, and preferably includes at least one of a phenol compound, imidazole, and a tertiary amine compound, and low-temperature imidazole More preferably, it is a catalyst.

일 실시예에서, 촉매는 제조되는 탄소섬유 복합재료 전체 100중량% 중 0.1 내지 1중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 촉매 함량이 0.1중량% 미만인 경우 경화 활성의 효과가 미비하며, 1중량% 초과인 경우 저장 안정성이 저하되거나 경화물의 취성이 커질 수 있기 때문이다.In one embodiment, the catalyst preferably contains 0.1 to 1% by weight of the total 100% by weight of the carbon fiber composite material to be prepared. This is because, when the catalyst content is less than 0.1 wt %, the effect of curing activity is insignificant, and when the catalyst content is more than 1 wt %, storage stability may decrease or the brittleness of the cured product may increase.

상술한 구성으로 이루어진 에폭시 수지 조성물은 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화되는 것이 바람직하다. 이는 에폭시 수지 조성물이 120℃까지 승온되는 시간이 1시간 미만인 경우 촉매가 경화 활성을 충분히 향상시키지 못해 경화밀도가 낮아져 유리전이온도(Tg)가 낮아지며, 1시간 초과인 경우 생산성이 저하될 수 있기 때문이다. 또한, 경화온도가 120℃ 초과인 경우 수소압력용기의 플라스틱 라이너가 경화열에 의해 유연해져 수소압력용기 내부 형태를 유지하지 못하는 문제를 가진다.The epoxy resin composition having the above configuration is preferably cured at 120° C. for 1 hour after raising the temperature from room temperature to 120° C. for 1 hour. This is because, when the time for which the epoxy resin composition is heated to 120 ° C. is less than 1 hour, the catalyst does not sufficiently improve curing activity, so that the curing density is lowered and the glass transition temperature (Tg) is lowered. to be. In addition, when the curing temperature is higher than 120° C., the plastic liner of the hydrogen pressure vessel becomes flexible by the curing heat, and thus there is a problem that the internal shape of the hydrogen pressure vessel cannot be maintained.

상술한 경화 조건과 동일하게 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화된 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유 복합재료는 하기 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 탄소섬유 복합재료의 강도전이율이 95% 미만인 경우 수소압력용기 적용 시 수소저장효율이 증가하지 않아 적은 복합재료 양으로도 동일한 양의 수소를 저장할 수 있는 효과가 미비한 문제를 가진다.The carbon fiber composite material impregnated with the epoxy resin composition cured at 120 °C for 1 hour after raising the temperature from room temperature to 120 °C for 1 hour in the same manner as the curing conditions described above satisfies the following Equation (1). When the strength transition rate of the carbon fiber composite material is less than 95%, the hydrogen storage efficiency does not increase when the hydrogen pressure vessel is applied, so the effect of storing the same amount of hydrogen even with a small amount of the composite material is insufficient.

(수학식 1)(Equation 1)

STR(%) = FA x 100/ (FB x Vf)≥ 95%STR(%) = F A x 100/ (F B x V f )≥ 95%

여기서, STR(%)는 강도전이율이고, FA는 0° 일방향 탄소섬유 복합재료의 인장강도 측정값(ASTM D3039 규격)이며, FB는 탄소섬유 스트랜드의 인장강도 측정값(ASTM D4018 규격)이고, Vf는 FA측정 시편의 탄소섬유 체적비이다. 또한, FA에서 "0° 일방향"이라 함은 탄소섬유의 각 필라멘트들이 기준 축 방향으로 평행하게 정렬된 것을 의미한다.Here, STR (%) is the strength transfer rate, F A is the measured value of the tensile strength of the 0° unidirectional carbon fiber composite material (ASTM D3039 standard), and F B is the measured value of the tensile strength of the carbon fiber strand (ASTM D4018 standard) , and V f is the carbon fiber volume ratio of the FA measurement specimen. In addition, "0° unidirectional" in FA means that each filament of the carbon fiber is aligned parallel to the reference axis direction.

일 실시예에서, 에폭시 수지 조성물을 상술한 경화 조건에서 경화시킨 에폭시 수지 조성물의 경화물은 신율이 4 내지 8% 범위인 것이 바람직하다. 경화물의 신율이 4% 미만인 경우 복합재료 상태에서 탄소섬유보다 먼저 크랙이 발생하여 탄소섬유로의 응력 전달이 불가능한 문제가 있으며, 8% 초과인 경우 인장강도가 낮아지는 문제를 가진다.In one embodiment, the cured product of the epoxy resin composition obtained by curing the epoxy resin composition under the curing conditions described above preferably has an elongation in the range of 4 to 8%. When the elongation of the cured product is less than 4%, there is a problem that cracks occur before carbon fibers in the composite material state, and stress transmission to carbon fibers is impossible, and when it exceeds 8%, there is a problem that the tensile strength is lowered.

일 실시예에서, 에폭시 수지 조성물을 상술한 경화 조건에서 경화시킨 에폭시 수지 조성물의 경화물은 시차 주사 열량계(DSC)를 이용한 열분석에 의해 얻어지는 유리전이온도(Tg)가 100 내지 140℃인 것이 바람직하다. 이는 경화물의 유리전이온도가 100℃ 미만인 경우 수소압력용기 충, 방전 시 발생하는 열에 의해 유연해져 안전성에 문제가 있고, 140℃ 초과인 경우 신율이 작고 취성이 커 수소압력용기 충, 방전 시 깨지기 쉽기 때문이다.In one embodiment, the cured product of the epoxy resin composition obtained by curing the epoxy resin composition under the above curing conditions preferably has a glass transition temperature (Tg) obtained by thermal analysis using a differential scanning calorimeter (DSC) of 100 to 140 ° C. do. When the glass transition temperature of the cured product is less than 100℃, it becomes flexible by the heat generated during charging and discharging of the hydrogen pressure vessel, and there is a problem in safety. Because.

또한 탄소섬유는 상술한 에폭시 수지 조성물에 함침되어 플라스틱 라이너 외부에 감긴 후 경화되어 수소압력용기의 외형을 구성하며, 고압으로 충전되어 있는 수소압력용기의 응력을 견딜 수 있다.In addition, the carbon fiber is impregnated in the above-mentioned epoxy resin composition, wound on the outside of the plastic liner, and then cured to form the outer shape of the hydrogen pressure vessel, and can withstand the stress of the hydrogen pressure vessel charged with high pressure.

일 실시예에서, 탄소섬유는 제조되는 탄소섬유 복합재료 전체 100중량% 중 65 내지 80중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 탄소섬유의 함량이 65중량% 미만인 경우 부피당 탄소섬유의 면적비가 낮아지는 문제가 있으며, 80중량% 초과인 경우 복합재 내 공극(Void)이 발생하는 문제를 가진다.In one embodiment, the carbon fiber preferably includes 65 to 80% by weight of the total 100% by weight of the carbon fiber composite material to be manufactured. This has a problem in that the area ratio of carbon fibers per volume is lowered when the content of carbon fibers is less than 65% by weight, and when the content of carbon fibers is more than 80% by weight, there is a problem in that voids are generated in the composite material.

일 실시예에서, 탄소섬유의 비중은 1.7 내지 1.9인 탄소섬유 토우를 사용하는 것이 바람직하며, 1.75 내지 1.85인 것이 더욱 바람직하다. 이는 탄소섬유의 비중이 1.7 미만인 경우 탄소섬유 토우를 형성하는 필라멘트에 공극 등이 많이 존재하거나, 필라멘트의 치밀성이 낮아지며, 이에 따라 이러한 탄소섬유 필라멘트로 이루어지는 탄소섬유 복합재료는 낮은 압축강도를 갖게 된다. 또한, 탄소섬유의 비중이 1.9를 초과할 경우 탄소섬유 복합재료의 경량화 효과가 낮아진다.In one embodiment, the specific gravity of the carbon fiber is preferably using a carbon fiber tow of 1.7 to 1.9, more preferably 1.75 to 1.85. When the specific gravity of the carbon fiber is less than 1.7, there are many voids in the filament forming the carbon fiber tow, or the compactness of the filament is lowered, and accordingly, the carbon fiber composite material made of such a carbon fiber filament has a low compressive strength. In addition, when the specific gravity of the carbon fiber exceeds 1.9, the weight reduction effect of the carbon fiber composite material is lowered.

또한, 탄소섬유는 필라멘트 다발 형태인 것이 바람직하며, 탄소섬유 다발의 필라멘트 수는 1,000 내지 300,000개인 것이 바람직하다. 탄소섬유 다발의 필라멘트 수가 1,000개 미만인 경우에는 대면적의 탄소섬유 복합재료 제조 시에 부피당 면적비가 낮아 제조비용이 많이 들어가는 단점이 있고, 300,000개를 초과하는 경우에는 탄소섬유 토우당 필라멘트의 결점이 많아질 수 있어 인장강도 및 압축강도 등이 낮아지는 단점이 발생한다.In addition, the carbon fiber is preferably in the form of a filament bundle, and the number of filaments in the carbon fiber bundle is preferably 1,000 to 300,000. When the number of filaments in the carbon fiber bundle is less than 1,000, there is a disadvantage that the manufacturing cost is high due to the low area ratio per volume when manufacturing a large-area carbon fiber composite material. The disadvantage is that the tensile strength and compressive strength are lowered.

일 실시예에서, 탄소섬유 복합재료의 인장강도는 2,500 내지 3,500MPa인 것이 바람직하다. 탄소섬유 복합재료의 인장강도가 2,500MPa 미만인 경우 적은 복합재 양으로도 동일한 양의 수소를 저장할 수 있는 효과가 미비한 문제를 가지며, 3,500MPa 초과인 경우 복합재 내 공극(Void)이 발생하며 수소압력용기의 제조비용이 상승하는 문제를 가진다.In one embodiment, the tensile strength of the carbon fiber composite material is preferably 2,500 to 3,500 MPa. When the tensile strength of the carbon fiber composite material is less than 2,500 MPa, the effect of storing the same amount of hydrogen even with a small amount of the composite material is insufficient. There is a problem in that the manufacturing cost increases.

도 1은 본 발명의 다른 양상에 따른 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate according to another aspect of the present invention.

도 1을 참조하면, 발명의 일 실시예에 따른 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료의 제조방법은 에폭시 수지 조성물을 제조하는 제1 단계(S101), 탄소섬유에 제조된 에폭시 수지 조성물을 함침시키는 제2 단계(S102) 및 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 경화시키는 제3 단계(S103)를 포함한다.Referring to Figure 1, the method of manufacturing a carbon fiber composite material with improved strength transfer rate according to an embodiment of the present invention includes a first step (S101) of preparing an epoxy resin composition, impregnating the carbon fiber with the prepared epoxy resin composition A second step (S102) and a third step (S103) of curing the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition is included.

먼저, 에폭시 수지 조성물을 제조하는 제1 단계(S101)에서는 에폭시 수지, 경화제 혼합물 및 촉매를 혼합하여 에폭시 수지 조성물을 제조한다. 이때, 에폭시 수지는 액상 에폭시 수지이며, 비스페놀 A형 에폭시, 비스페놀 F형 에폭시, 노볼락 에폭시, 난연성 에폭시, 환형지방족 에폭시 및 고무 변성 에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 에폭시 수지는 한 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지며 150 내지 340g/eq 당량인 것이 바람직하고, 에폭시 수지 조성물은 경화제 혼합물을 혼합하는 것이 바람직하다.First, in the first step (S101) of preparing an epoxy resin composition, an epoxy resin composition is prepared by mixing an epoxy resin, a curing agent mixture, and a catalyst. At this time, the epoxy resin is a liquid epoxy resin, and it is preferable to include at least one of bisphenol A epoxy, bisphenol F epoxy, novolak epoxy, flame retardant epoxy, cyclic aliphatic epoxy, and rubber-modified epoxy. In addition, the epoxy resin has two or more epoxy groups in one molecule and is preferably 150 to 340 g/eq equivalent, and the epoxy resin composition is preferably mixed with a curing agent mixture.

에폭시 수지 조성물을 제조하는 제1 단계(S101)에서 에폭시 수지 조성물에 포함된 경화제 혼합물은 1종 이상의 지방족 아민과 1종 이상의 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하고, 지방족 아민에 대해 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 중량비가 1:2 내지 3인 것이 바람직하다. 또한, 에폭시 수지 조성물은 촉매로 저온형 이미다졸 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.In the first step (S101) of preparing the epoxy resin composition, the curing agent mixture included in the epoxy resin composition preferably includes a mixture of one or more aliphatic amines and one or more amines having two or more cyclic structures, and aliphatic amines It is preferable that the weight ratio of the amine having two or more cyclic structures is 1:2 to 3. In addition, the epoxy resin composition preferably uses a low-temperature imidazole catalyst as a catalyst.

제1 단계(S101)에서 제조된 에폭시 수지 조성물은 탄소섬유에 함침되어 탄소섬유 복합재료를 형성한다. 탄소섬유 복합재료를 이용하여 수소압력용기 또는 다른 매체를 수용할 수 있는 압력용기를 제조할 경우, 높은 압력에 견디는 것이 요구된다. 따라서, 제1 단계(S101)에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 형성된 에폭시 수지 조성물의 경화물은 신율이 4 내지 8%이고 유리전이온도(Tg)가 100 내지 140℃인 것이 바람직하고, 최종 제조되는 탄소섬유 복합재료의 강도전이율은 95% 이상인 것이 바람직하다.The epoxy resin composition prepared in the first step (S101) is impregnated with carbon fibers to form a carbon fiber composite material. When a pressure vessel capable of accommodating a hydrogen pressure vessel or another medium is manufactured using a carbon fiber composite material, it is required to withstand high pressure. Therefore, the cured product of the epoxy resin composition formed by heating the epoxy resin composition prepared in the first step (S101) from room temperature to 120°C for 1 hour and then curing the epoxy resin composition at 120°C for 1 hour has an elongation of 4 to 8% and free It is preferable that the transition temperature (Tg) is 100 to 140°C, and the strength transition rate of the carbon fiber composite material to be finally manufactured is preferably 95% or more.

탄소섬유에 제조된 에폭시 수지 조성물을 함침시키는 제2 단계(S102)에서는 다양한 공지된 공정으로 탄소섬유에 에폭시 수지 조성물을 함침시킬 수 있다. 즉, 에폭시 수지 조성물을 메틸에틸케톤이나 메탄올 등의 유기 용매에 용해시켜 저점도화하고 탄소섬유 다발을 함침시킨 후 오븐 등을 이용하여 유기 용매를 증발시키는 솔벤트법을 사용하거나, 유기 용매를 이용하지 않고 에폭시 수지 조성물을 가열에 의해 저점도화하고 탄소섬유 다발을 함침시키는 액상법을 사용할 수 있으며, 또는 가열에 의해 저점도화한 에폭시 수지 조성물을 롤이나 이형지 상에 필름화하여 탄소섬유 다발의 편면 또는 양면에 전사한 뒤 롤을 통과시킴으로써 가압해 함침시키는 핫멜트법 등을 사용할 수 있다. 일례로서, 본 발명에서는, 유기 용매를 이용하지 않고 비교적 간단한 장비로 에폭시 수지 조성물을 함침시킬 수 있는 액상법이 바람직하게 이용될 수 있다.In the second step (S102) of impregnating the carbon fiber with the prepared epoxy resin composition, the carbon fiber may be impregnated with the epoxy resin composition by various known processes. That is, by dissolving the epoxy resin composition in an organic solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to lower the viscosity, impregnating the carbon fiber bundle, and then evaporating the organic solvent using an oven or the like, or without using an organic solvent. A liquid phase method of lowering the viscosity of the epoxy resin composition by heating and impregnating the carbon fiber bundle can be used, or the epoxy resin composition lowered in viscosity by heating is filmed on a roll or release paper and transferred to one or both sides of the carbon fiber bundle A hot-melt method or the like in which pressure is applied and impregnated by passing through a roll can be used. As an example, in the present invention, a liquid phase method capable of impregnating the epoxy resin composition with relatively simple equipment without using an organic solvent may be preferably used.

일 실시예에서, 제2 단계(S102)는 탄소섬유에 에폭시 수지 조성물을 함침시킬 때, 탄소섬유는 장력이 가해진 상태에서 에폭시 수지 조성물에 함침되는 것이 바람직하다. 이는 탄소섬유에 장력이 가해지지 않은 상태에서는 에폭시 수지 조성물이 충분히 함침되지 않기 때문이다.In one embodiment, in the second step (S102), when the carbon fiber is impregnated with the epoxy resin composition, the carbon fiber is preferably impregnated with the epoxy resin composition in a tension applied state. This is because the epoxy resin composition is not sufficiently impregnated in a state where no tension is applied to the carbon fiber.

다음으로, 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 경화시키는 제3 단계(S103)에서는 제2 단계(S102)에서 상술한 방법과 같은 다양한 방법을 통해 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 소정의 경화조건으로 경화하여 탄소섬유 복합재료를 제조한다.Next, in the third step (S103) of curing the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition, the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition is subjected to a predetermined curing condition through various methods such as the method described above in the second step (S102). and hardened to produce a carbon fiber composite material.

제3 단계(S103)에서 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 경화하는 조건은 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화되는 것이 바람직하다. 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유가 120℃까지 승온되는 시간이 1시간 미만인 경우 촉매가 경화 활성을 충분히 향상시키지 못해 경화밀도가 낮아져 유리전이온도(Tg)가 낮아지며, 1시간 초과인 경우 생산성이 저하될 수 있기 때문이다. 또한, 경화온도가 120℃ 초과인 경우 수소압력용기의 플라스틱 라이너가 경화열에 의해 유연해져 수소압력용기 내부 형태를 유지하지 못하는 문제를 가진다.Conditions for curing the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition in the third step (S103) are preferably cured at 120° C. for 1 hour after raising the temperature from room temperature to 120° C. for 1 hour. When the time for which the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition is heated to 120 ° C. is less than 1 hour, the catalyst does not sufficiently improve curing activity, so that the curing density is lowered and the glass transition temperature (Tg) is lowered, and when it exceeds 1 hour, the productivity is lowered because it can be In addition, when the curing temperature is higher than 120° C., the plastic liner of the hydrogen pressure vessel becomes flexible by the curing heat, and thus there is a problem that the internal shape of the hydrogen pressure vessel cannot be maintained.

일 실시예에서, 제3 단계(S103)는 탄소섬유를 장력이 유지된 상태로 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 것이 바람직하다. 탄소섬유에 장력이 유지되지 않은 상태에서는 경화 시 탄소섬유 필라멘트의 직진성이 낮아져 탄소섬유 복합재료의 인장강도가 낮아지는 문제가 발생한다.In one embodiment, in the third step (S103), it is preferable to harden the epoxy resin composition in a state in which the tension of the carbon fiber is maintained. In a state where the tension is not maintained in the carbon fiber, the straightness of the carbon fiber filament is lowered during curing, resulting in a problem in that the tensile strength of the carbon fiber composite material is lowered.

상술한 제1 단계 내지 제3 단계(S101 내지 S103)를 통해 제조된 탄소섬유 복합재료는 높은 강도전이율을 가져 수소압력용기에 사용될 수 있으며, 높은 수소저장효율을 가져 수소압력용기의 경량화 및 소형화를 가능하게 할 수 있다.The carbon fiber composite material prepared through the above-described first to third steps (S101 to S103) has a high strength transfer rate and can be used in a hydrogen pressure vessel, and has high hydrogen storage efficiency to reduce the weight and size of the hydrogen pressure vessel can make possible

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물을 탄소섬유에 함침시켜 라이너 등에 감고 열을 가하여 경화시키는 방법 또는 공지의 방법을 통해 제조된 압력용기도 본원발명의 권리범위에 포함됨은 당연한 것이다.In addition, it is natural that a pressure vessel manufactured by a method of impregnating the epoxy resin composition according to an embodiment of the present invention to carbon fiber, winding it on a liner, etc., and curing it by applying heat or a known method is included in the scope of the present invention.

보다 구체적으로, 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기는 연료 유입구(10) 및 연료 방출구(20)를 포함하고 가스(또는 연료)를 저장할 수 있는 압력용기용 라이너(30)와 라이너(30) 외주면을 둘러싸고 있는 외장재(40)를 포함할 수 있다.More specifically, referring to FIGS. 2 and 3 , the pressure vessel according to an embodiment of the present invention includes a fuel inlet 10 and a fuel outlet 20 and a pressure vessel capable of storing gas (or fuel). It may include a liner 30 for use and an exterior material 40 surrounding the outer circumferential surface of the liner 30 .

여기서, 압력용기는 연료로서 수소를 저장하고 있는 수소압력용기일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 메탄, 부탄, 프로판, 헬륨, 질소 및 산소 등의 다양한 연료를 저장할 수 있다. 연료로서 수소를 저장하고 있는 경우에는 수소압력용기 내에 수소 흡장 합금 등의 수소 저장 재료를 넣어 압축에 의한 압력용기, 수소 저장 재료에 의한 연료 저장 탱크나 수소를 액체로 저장하는 압력용기 등 다양한 형태의 압력용기로 제조될 수 있다. 또한 압력용기는 중공을 갖는 원통형 또는 비원통형일 수 있다.Here, the pressure vessel may be a hydrogen pressure vessel storing hydrogen as a fuel, but is not limited thereto and may store various fuels such as methane, butane, propane, helium, nitrogen and oxygen. In the case of storing hydrogen as fuel, various types of pressure vessels such as a pressure vessel by compression by putting a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy in the hydrogen pressure vessel, a fuel storage tank using a hydrogen storage material, or a pressure vessel storing hydrogen as a liquid are used. It can be manufactured in a pressure vessel. Also, the pressure vessel may be cylindrical or non-cylindrical having a hollow.

일 실시예에서, 라이너(30)는 합성 수지 등의 플라스틱 재료를 포함할 수 있다.In one embodiment, the liner 30 may include a plastic material such as a synthetic resin.

일 실시예에서, 압력용기의 외장재(40)는 상술한 에폭시 수지 조성물을 함침한 탄소섬유일 수 있고, 이를 이용하여 라이너(30)를 감고 열을 가하여 경화시켜 압력용기를 제조할 수 있다. 이때, 경화 온도 및 경화 시간과 조건은 상술한 바와 같다.In an embodiment, the exterior material 40 of the pressure vessel may be carbon fiber impregnated with the above-described epoxy resin composition, and the liner 30 may be wound and cured by applying heat to manufacture the pressure vessel. At this time, the curing temperature, curing time and conditions are the same as described above.

이와 같이 제조된 압력 용기의 경우 외장재가 우수한 인장 강도 및 파열압을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 탄소섬유 복합재료의 강도전이율이 우수하므로 적은 양의 복합재료를 사용하여도 동일하거나 더 많은 양의 가스를 저장할 수 있고, 이로 인해 압력용기의 소형화 및 경량화가 가능하고 제조비용도 절감할 수 있다. 특히 본 발명에 따르면 수소를 저장할 수 있는 수소압력용기에 적합하나 이에 한정되지 않음을 물론이다.In the case of the pressure vessel manufactured in this way, not only the exterior material can have excellent tensile strength and bursting pressure, but also the strength transfer rate of the carbon fiber composite material is excellent. can be stored, thereby reducing the size and weight of the pressure vessel and reducing the manufacturing cost. In particular, according to the present invention, it is suitable for a hydrogen pressure vessel capable of storing hydrogen, but is not limited thereto.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention and its effects will be described in more detail through Examples and Comparative Examples. However, these examples are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

[실시예][Example]

[실시예 1][Example 1]

제조예 1: 에폭시 수지 조성물의 제조Preparation Example 1: Preparation of an epoxy resin composition

제조되는 탄소섬유 복합재료 전체 100중량% 중 이관능성 에폭시 수지 14중량%, 경화제 혼합물 4중량%, 저온형 이미다졸 촉매 0.1중량%를 첨가하여, 진공 회전 교반기를 이용하여 공전 400 rpm, 자전 200 rpm의 조건에서 3분 동안 교반하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이때 경화제 혼합물은 지방족 아민과 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 중량비가 1:2.5인 것을 사용하였다.Of the total 100% by weight of the carbon fiber composite material to be prepared, 14% by weight of a bifunctional epoxy resin, 4% by weight of a curing agent mixture, and 0.1% by weight of a low-temperature imidazole catalyst were added, using a vacuum rotary stirrer to revolve at 400 rpm and rotate at 200 rpm An epoxy resin composition was prepared by stirring under the conditions of 3 minutes. In this case, as the curing agent mixture, a weight ratio of an aliphatic amine to an amine having two or more cyclic structures was used in a weight ratio of 1:2.5.

제조예 2: 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유의 제조Preparation Example 2: Preparation of carbon fiber impregnated with epoxy resin composition

제조예 1에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 넓게 펼쳐진 탄소섬유(TORAYCA T700S-24000-50C) 토우에 20kgf/cm3의 압력으로 탄소섬유 토우 총 중량의 40 중량부를 토출, 함침시켜 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 제조하였다. 이때, 탄소섬유에 500gf 크기의 장력을 가한 상태에서 함침 과정을 진행하였다.The epoxy resin composition prepared in Preparation Example 1 was discharged and impregnated with 40 parts by weight of the total weight of the carbon fiber tow at a pressure of 20 kgf/cm 3 into the widely spread carbon fiber (TORAYCA T700S-24000-50C) tow, and the epoxy resin composition was impregnated. Carbon fiber was prepared. At this time, the impregnation process was performed in a state in which a tension of 500 gf was applied to the carbon fiber.

제조예 3: 탄소섬유 복합재료의 제조Preparation Example 3: Preparation of carbon fiber composite material

제조예 2에서 제조된 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 얼레에 일방향으로 감아, 두께 1 mm로 경화되도록 설계된 금형에 넣고 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 프레스 성형을 통해 경화시켜 탄소섬유 복합재료를 제조하였다. 이때 프레스 압은 1.2 N/mm2로 유지되도록 하였다. 또한, 제조예 2에서 탄소섬유에 가해진 장력을 유지한 상태에서 경화를 진행하였다.The carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition prepared in Preparation Example 2 is wound in one direction on a bobbin, put in a mold designed to be cured to a thickness of 1 mm, heated from room temperature to 120° C. for 1 hour, and then press-molded at 120° C. for 1 hour. was cured to prepare a carbon fiber composite material. At this time, the press pressure was maintained at 1.2 N/mm 2 . In addition, in Preparation Example 2, curing was performed while maintaining the tension applied to the carbon fiber.

[실시예 2] [Example 2]

저온형 이미다졸 촉매 1.0중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1.0 wt% of the low-temperature imidazole catalyst was included.

[실시예 3] [Example 3]

이관능성 에폭시 수지 22중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 22 wt% of the difunctional epoxy resin was included.

[실시예 4] [Example 4]

이관능성 에폭시 수지 22중량%를 포함하고, 경화제 혼합물을 10중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 22 wt% of the difunctional epoxy resin was included and 10 wt% of the curing agent mixture was included.

[실시예 5] [Example 5]

이관능성 에폭시 수지 27중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동 일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 27 wt% of the bifunctional epoxy resin was included.

[비교예 1] [Comparative Example 1]

이관능성 에폭시 수지 13중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 13% by weight of the bifunctional epoxy resin was included.

[비교예 2] [Comparative Example 2]

이관능성 에폭시 수지 28중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 28% by weight of the bifunctional epoxy resin was included.

[비교예 3] [Comparative Example 3]

경화제 혼합물 3중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 3% by weight of the curing agent mixture was included.

[비교예 4] [Comparative Example 4]

이관능성 에폭시 수지 22중량%를 포함하고, 경화제 혼합물 11중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 22 wt% of the difunctional epoxy resin was included and 11 wt% of the curing agent mixture was included.

[비교예 5] [Comparative Example 5]

저온형 이미다졸 촉매를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the low-temperature imidazole catalyst was not included.

[비교예 6] [Comparative Example 6]

저온형 이미다졸 촉매 1.1중량%를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 복합재료를 제조하였다.A carbon fiber composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1.1 wt% of the low-temperature imidazole catalyst was included.

[실험예][Experimental example]

(1) 에폭시 수지 조성물의 신율 측정(1) Measurement of Elongation of Epoxy Resin Composition

제조된 에폭시 수지 조성물을 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화시킨 다음 도그-본(Dog-bone) 형태로 재단하였다. 신율은 Instron Model 5985 UTM을 이용하여 ASTM D638 규격으로 평가하였다. 이때, 최대 하중 10 톤의 로드 셀(Load cell)을 이용하였으며, 크로스 헤드 속도(Cross head speed)는 5 mm/min으로 일정하게 유지하며 평가하였다.The prepared epoxy resin composition was heated from room temperature to 120° C. for 1 hour, cured at 120° C. for 1 hour, and then cut into a dog-bone shape. Elongation was evaluated according to ASTM D638 standard using Instron Model 5985 UTM. At this time, a load cell having a maximum load of 10 tons was used, and the cross head speed was evaluated while maintaining a constant value of 5 mm/min.

(2) 에폭시 수지 조성물의 유리전이온도(Tg) 측정(2) Measurement of Glass Transition Temperature (Tg) of Epoxy Resin Composition

제조된 에폭시 수지 조성물을 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화시켰다. 시편을 시차주사열량계(DSC, Differential Scanning Calorimetry)를 이용하여 5℃/min의 승온 속도로 유리전이온도(Tg)를 측정하였다.The prepared epoxy resin composition was heated from room temperature to 120° C. for 1 hour and then cured at 120° C. for 1 hour. The glass transition temperature (Tg) of the specimen was measured at a temperature increase rate of 5° C./min using a differential scanning calorimetry (DSC).

(3) 탄소섬유 복합재료의 인장강도 및 강도전이율 측정(3) Measurement of tensile strength and strength transfer rate of carbon fiber composite materials

제조된 탄소섬유 복합재료의 인장강도를 Instron Model 5985 UTM을 이용하여 ASTM D3039 규격으로 평가하였다. 이때, 최대 하중 10 톤의 로드 셀(Load cell)을 이용하였으며, 크로스 헤드 속도(Cross head speed)는 2 mm/min으로 일정하게 유지하며 평가하였다.The tensile strength of the prepared carbon fiber composite material was evaluated according to ASTM D3039 standard using Instron Model 5985 UTM. At this time, a load cell with a maximum load of 10 tons was used, and the cross head speed was evaluated while maintaining a constant 2 mm/min.

또한 탄소섬유 복합재료의 인장강도 측정값과 측정 시편의 탄소섬유 체적비 및 ASTM D4018 규격으로 평가한 탄소섬유 스트랜드의 인장강도 측정값을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 강도전이율(STR)을 계산하였다.In addition, using the measured value of the tensile strength of the carbon fiber composite material, the volume ratio of the carbon fiber of the measurement specimen, and the measured value of the tensile strength of the carbon fiber strand evaluated by the ASTM D4018 standard, the strength transfer rate (STR) was calculated according to Equation 1 below. .

(수학식 1)(Equation 1)

STR(%) = FA x 100/ (FB x Vf)≥ 95%STR(%) = F A x 100/ (F B x V f )≥ 95%

FA:0°일방향 탄소섬유 복합재료의 인장강도 측정값, ASTM D3039F A : Measurement of tensile strength of 0° unidirectional carbon fiber composite material, ASTM D3039

FB:탄소섬유 스트랜드의 인장강도 측정값, ASTM D4018F B : Measurement of tensile strength of carbon fiber strand, ASTM D4018

Vf:FA측정 시편의 탄소섬유 체적비V f :F A Volume ratio of carbon fiber of the measurement specimen

상술한 실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 6의 에폭시 수지 조성물의 조성비 및 실험예를 통해 물성을 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the composition ratio of the epoxy resin compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 and the results of evaluating physical properties through Experimental Examples.

구분division 조성비composition ratio 물성Properties 에폭시 수지
(중량%)
epoxy resin
(weight%)
경화제 혼합물
(중량%)
hardener mixture
(weight%)
촉매
(중량%)
catalyst
(weight%)
신율
(%)
elongation
(%)
유리전이온도
(℃)
glass transition temperature
(℃)
강도전이율
(%)
strength transfer rate
(%)
실시예1Example 1 1414 44 0.10.1 4.24.2 103103 95.195.1 실시예2Example 2 1414 44 1.01.0 4.54.5 112112 96.696.6 실시예3Example 3 2222 44 0.10.1 6.66.6 126126 99.299.2 실시예4Example 4 2222 1010 0.10.1 5.85.8 139139 97.397.3 실시예5Example 5 2727 44 0.10.1 7.87.8 124124 96.396.3 비교예1Comparative Example 1 1313 44 0.10.1 3.93.9 9898 93.193.1 비교예2Comparative Example 2 2828 44 0.10.1 8.18.1 121121 94.294.2 비교예3Comparative Example 3 1414 33 0.10.1 4.74.7 9191 90.190.1 비교예4Comparative Example 4 2222 1111 0.10.1 4.94.9 138138 94.894.8 비교예5Comparative Example 5 1414 44 -- 4.64.6 9292 92.992.9 비교예6Comparative Example 6 1414 44 1.11.1 3.93.9 114114 94.494.4

위 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따른 탄소섬유 복합재료는 강도전이율이 우수한 반면, 본 발명의 구성을 만족하지 못하는 비교예 1 내지 6에 따른 탄소섬유 복합재료는 강도전이율이 떨어지는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1 above, the carbon fiber composite materials according to Examples 1 to 5 of the present invention have excellent strength transfer rates, whereas the carbon fiber composite materials according to Comparative Examples 1 to 6 that do not satisfy the configuration of the present invention are It can be seen that the strength transfer rate decreases.

또한, 실시예 1, 3 및 5에서와 같이, 에폭시 수지 함량이 증가할수록 신율이 증가하는데, 이는 에폭시 수지 함량이 증가할수록 경화 후의 에폭시 사슬 길이가 길어지기 때문인 것으로 파악된다.In addition, as in Examples 1, 3 and 5, the elongation increases as the epoxy resin content increases, which is understood to be because the epoxy chain length after curing increases as the epoxy resin content increases.

이에 반해, 에폭시 수지 함량이 14중량% 미만인 비교예 1의 경우 신율과 유리전이온도가 낮고, 강도전이율도 95%보다 낮아지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1 in which the epoxy resin content is less than 14% by weight, it can be seen that the elongation and the glass transition temperature are low, and the strength transition rate is also lower than 95%.

또한, 에폭시 수지 함량이 27중량%를 초과하는 비교예 2의 경우 에폭시 수지 27중량%를 포함하는 실시예 5에 비해 유리전이온도가 감소하고, 신율이 8%를 초과하며, 강도전이율도 95%보다 낮아지는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the case of Comparative Example 2, in which the epoxy resin content exceeds 27% by weight, the glass transition temperature is reduced, the elongation exceeds 8%, and the strength transition rate is also 95 compared to Example 5 containing 27% by weight of the epoxy resin. It can be seen that it is lower than %.

한편, 경화제 혼합물이 각각 4중량% 및 10중량% 첨가된 실시예 3 및 실시예 4의 경우 높은 강도전이율을 나타내는 반면에, 경화제 혼합물이 3중량% 첨가된 비교예 3은 경화제 혼합물 4중량%를 포함하는 실시예 1에 비해 유리전이온도가 낮고 강도전이율이 95%보다 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 경화제 혼합물 11중량%를 포함하는 비교예 4의 경우 경화제 혼합물 10중량% 포함하는 실시예 4에 비해 신율이 낮아지고 강도전이율도 95%보다 낮아지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of Examples 3 and 4 in which the curing agent mixture was added in 4% by weight and 10% by weight, respectively, high strength transfer rates were exhibited, whereas Comparative Example 3 in which 3% by weight of the curing agent mixture was added was 4% by weight of the curing agent mixture. It can be seen that the glass transition temperature is lower and the strength transition rate is lower than 95% compared to Example 1 containing It can be seen that the elongation is lower than that of , and the strength transfer rate is lower than 95%.

또한, 촉매가 0.1 및 1.0중량% 포함된 실시예 1 및 실시예 2의 경우 신율 4% 이상이고 유리전이온도도 100℃ 이상이며 강도전이율이 95% 이상인 반면에, 촉매가 포함되지 않은 비교예 5의 유리전이온도는 100℃ 미만이고강도전이율도 95%보다 낮아지는 것을 확인할 수 있고, 촉매가 1.1중량% 첨가된 비교예 6의 경우, 촉매가 1.0중량% 첨가된 실시예 2와 비교하여 신율이 낮아지고 강도전이율도 95%보다 낮아지는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the case of Examples 1 and 2 containing 0.1 and 1.0% by weight of the catalyst, the elongation is 4% or more, the glass transition temperature is 100°C or more, and the strength transition rate is 95% or more, whereas Comparative Example in which the catalyst is not included It can be seen that the glass transition temperature of 5 is less than 100° C. and the strength transition rate is also lower than 95%, and in the case of Comparative Example 6 in which 1.1% by weight of the catalyst was added, compared to Example 2 in which 1.0% by weight of the catalyst was added. It can be seen that the elongation is lowered and the strength transition rate is lower than 95%.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has 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 as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

10: 연료 유입구
20: 연료 방출구
30: 라이너
40: 외장재
10: fuel inlet
20: fuel outlet
30: liner
40: exterior material

Claims (19)

에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 경화시킨 탄소섬유 복합재료로서,
하기 수학식 1을 만족하되,
(수학식 1)
STR(%) = FA x 100/ (FB x Vf)≥ 95%
여기서, STR(%)는 강도전이율이고, FA는 0° 일방향 탄소섬유 복합재료의 인장강도 측정값이며, FB는 탄소섬유 스트랜드의 인장강도 측정값이고, Vf는 FA측정 시편의 탄소섬유 체적비이고,
상기 탄소섬유 복합재료는 탄소섬유 65 내지 80중량%, 에폭시 수지 14 내지 27중량%, 경화제 혼합물 4 내지 10중량% 및 촉매 0.1 내지 1중량%를 포함하는, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
As a carbon fiber composite material obtained by curing carbon fibers impregnated with an epoxy resin composition,
It satisfies Equation 1 below,
(Equation 1)
STR(%) = FA x 100/ (FB x Vf)≥ 95%
Here, STR (%) is the strength transfer rate, FA is the measured value of the tensile strength of the 0° unidirectional carbon fiber composite material, FB is the measured value of the tensile strength of the carbon fiber strand, and Vf is the carbon fiber volume ratio of the FA measurement specimen. ,
The carbon fiber composite material is a carbon fiber composite material with an improved strength transfer rate, comprising 65 to 80% by weight of carbon fiber, 14 to 27% by weight of an epoxy resin, 4 to 10% by weight of a curing agent mixture, and 0.1 to 1% by weight of a catalyst.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 혼합물 및 촉매를 포함하고, 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화된 경화물인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
According to claim 1,
The epoxy resin composition includes an epoxy resin, a curing agent mixture, and a catalyst, and is a cured product cured at 120° C. for 1 hour after heating from room temperature to 120° C. for 1 hour. A carbon fiber composite material with improved strength transfer rate.
제2항에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물의 경화물은 신율이 4 내지 8%인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
3. The method of claim 2,
The cured product of the epoxy resin composition has an elongation of 4 to 8%, a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate.
제2항에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물의 경화물은 유리전이온도가 100 내지 140℃인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
3. The method of claim 2,
The cured product of the epoxy resin composition has a glass transition temperature of 100 to 140° C., a carbon fiber composite material having an improved strength transition rate.
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유는 비중이 1,7 내지 1.9이며, 1,000 내지 300,000개의 필라멘트로 구성되는, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
According to claim 1,
The carbon fiber has a specific gravity of 1,7 to 1.9, and is composed of 1,000 to 300,000 filaments, a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate.
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유 복합재료의 인장강도는 2,500 내지 3,500MPa인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
According to claim 1,
The tensile strength of the carbon fiber composite material is 2,500 to 3,500 MPa, a carbon fiber composite material with an improved strength transfer rate.
제2항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시, 비스페놀 F형 에폭시, 노볼락 에폭시, 난연성 에폭시, 환형지방족 에폭시 및 고무 변성 에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
3. The method of claim 2,
The epoxy resin comprises at least one of bisphenol A epoxy, bisphenol F epoxy, novolak epoxy, flame retardant epoxy, cyclic aliphatic epoxy, and rubber-modified epoxy, carbon fiber composite material with improved strength transfer rate.
제2항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 한 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지며, 당량이 150 내지 340g/eq인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
3. The method of claim 2,
The epoxy resin has two or more epoxy groups in one molecule, and an equivalent weight of 150 to 340 g/eq, a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate.
제2항에 있어서,
상기 경화제 혼합물은 지방족아민및 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민을포함하는, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
3. The method of claim 2,
The curing agent mixture comprises an aliphatic amine and an amine having two or more cyclic structures, the carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate.
제9항에 있어서,
상기 경화제 혼합물은 상기 지방족 아민에 대해 상기 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민의 중량비가 1:2 내지 3인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
10. The method of claim 9,
In the curing agent mixture, the weight ratio of the amine having the two or more cyclic structures to the aliphatic amine is 1:2 to 3, a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate.
제2항에 있어서,
상기 촉매는 저온형 이미다졸 촉매인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료.
3. The method of claim 2,
The catalyst is a low-temperature imidazole catalyst, a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate.
삭제delete 에폭시 수지 조성물을 제조하는 제1 단계;
탄소섬유에 상기 제조된 에폭시 수지 조성물을 함침시키는 제2 단계; 및
상기 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 경화시켜 탄소섬유 복합재료를 형성하는 제3 단계;
를 포함하며,
상기 탄소섬유 복합재료는 탄소섬유 65 내지 80중량%, 에폭시 수지 14 내지 27중량%, 경화제 혼합물 4 내지 10중량% 및 촉매 0.1 내지 1중량%를 포함하는, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료의 제조방법.
A first step of preparing an epoxy resin composition;
a second step of impregnating the carbon fiber with the prepared epoxy resin composition; and
a third step of curing the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition to form a carbon fiber composite material;
includes,
The carbon fiber composite material contains 65 to 80% by weight of carbon fiber, 14 to 27% by weight of an epoxy resin, 4 to 10% by weight of a curing agent mixture, and 0.1 to 1% by weight of a catalyst. manufacturing method.
제13항에 있어서,
상기 제2 단계는 상기 탄소섬유를 장력이 가해진 상태에서 에폭시 수지 조성물에 함침시키는 단계이고,
상기 제3 단계는 장력이 유지된 상태로 경화시키는 단계인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The second step is a step of impregnating the carbon fiber in the epoxy resin composition in a state where tension is applied,
The third step is a step of hardening in a state in which the tension is maintained, a method for producing a carbon fiber composite material having an improved strength transfer rate.
제13항에 있어서,
상기 제3 단계는 상기 에폭시 수지 조성물이 함침된 탄소섬유를 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화시키는 단계인, 강도전이율이 향상된 탄소섬유 복합재료의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The third step is a step of curing the carbon fiber impregnated with the epoxy resin composition from room temperature to 120° C. for 1 hour and then curing the carbon fiber at 120° C. for 1 hour.
연료 유입구 및 연료 방출구를 포함하며 연료를 저장할 수 있는 라이너(liner); 및
상기 라이너의 외주면을 둘러싸고 있는 외장재;
를 포함하되,
상기 외장재는 에폭시 수지, 경화제 혼합물, 촉매 및 탄소섬유를 포함하고,
상기 경화제 혼합물은 지방족 아민 및 2개 이상의 환형 구조를 갖는 아민을 포함하며,
상기 촉매는 저온형 이미다졸 촉매이고,
상기 외장재는 탄소섬유 65 내지 80중량%, 에폭시 수지 14 내지 27중량%, 경화제 혼합물 4 내지 10중량% 및 촉매 0.1 내지 1중량%를 포함하는, 압력용기.
a liner comprising a fuel inlet and a fuel outlet and capable of storing fuel; and
an exterior material surrounding the outer circumferential surface of the liner;
including,
The exterior material includes an epoxy resin, a curing agent mixture, a catalyst and carbon fiber,
The curing agent mixture comprises an aliphatic amine and an amine having two or more cyclic structures,
The catalyst is a low-temperature imidazole catalyst,
The exterior material is a pressure vessel comprising 65 to 80% by weight of carbon fiber, 14 to 27% by weight of an epoxy resin, 4 to 10% by weight of a curing agent mixture, and 0.1 to 1% by weight of a catalyst.
제16항에 있어서,
상기 외장재는 상온에서 120℃까지 1시간 동안 승온한 후 120℃에서 1시간 동안 경화된 후 하기 수학식 1을 만족하되,
(수학식 1)
STR(%) = FA x 100/ (FB x Vf)≥ 95%
여기서, STR(%)는 강도전이율이고, FA는 0°일방향 탄소섬유 복합재료의 인장강도 측정값이며, FB는 탄소섬유 스트랜드의 인장강도 측정값이고, Vf는 FA측정 시편의 탄소섬유 체적비인, 압력용기.
17. The method of claim 16,
The exterior material satisfies the following Equation 1 after raising the temperature from room temperature to 120° C. for 1 hour and then curing at 120° C. for 1 hour,
(Equation 1)
STR(%) = F A x 100/ (F B x V f )≥ 95%
Here, STR (%) is the strength transition rate, FA is the measured value of the tensile strength of the 0° unidirectional carbon fiber composite material, F B is the measured value of the tensile strength of the carbon fiber strand, and V f is the measured value of the FA measurement specimen. Carbon fiber volume ratio, pressure vessel.
삭제delete 제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 압력용기는 연료로 수소를 저장하는, 압력용기.
18. The method of claim 16 or 17,
The pressure vessel is a pressure vessel for storing hydrogen as fuel.
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