KR102461792B1 - 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그 - Google Patents

고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 두 개 혹은 그 이상의 섬유를 합사하여 고강성, 고감쇠, 고탄성 및 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그를 제공할 수 있다.

Description

고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그{Tow prepreg having high impact strength for the filament winding}
본 발명은 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 두 개 혹은 그 이상의 섬유를 합사하여 고강성, 고감쇠, 고탄성 및 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그에 관한 것이다.
섬유강화복합재료(FRP)는 플라스틱을 매트릭스로 하고 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 등을 보강섬유로 활용하여 만든 신소재로, 플라스틱의 쉬운 성형성과 섬유의 높은 강도의 장점을 섞어 무게 대비 강도가 높아 항공, 우주 산업 분야에 주로 사용되고 있다.
FRP는 일반적으로 보강섬유에 수지가 미리 함침되어 있는 시트 형태의 프리프레그라는 중간재를 이용하여 적층한 후 고온으로 성형하여 제품을 얻게 되는데, 굴곡이 있는 제품이나 원통형 제품을 제작하기에는 불리한 단점을 가지고 있다.
최근에는 수소차 연구가 활발히 진행되면서 수소저장탱크의 경량화와 안정성을 위해 탄소섬유를 이용하여 제작하고 있으며, 곡률을 가진 수소저장탱크를 성형하기 위하여 필라멘트 와인딩 공법이 이용되고 있다.
필라멘트 와인딩은 수지가 함침된 연속 필라멘트(보강섬유)를 맨드릴의 표면에 장력을 주어 감고, 가열경화 후 맨드릴로부터 빼내어 성형품을 얻는 방법으로, 섬유가 연속되어 있기 때문에 섬유방향에 대해 비강도가 매우 높고 감는 패턴을 조절하여 하중이 집중되는 방향으로 섬유를 보강할 수 있으며 전체적으로 일정한 수지-섬유의 체적비를 갖는 등의 장점을 가지고 있다.
필라멘트 와인딩은 습식법과 건식법으로 나뉘게 되는데, 습식법은 필라멘트를 수지조를 통화시켜 수지를 함침시킨 후 맨드릴에 감고 경화시키는 방법으로 현재 일반적으로 사용되는 필라멘트 와인딩 공법이지만 수지 함침과 멘드릴에 감기는 공정이 동시에 이루어지므로 수지가 함침과 동시에 금형에 감기는 공정의 특성상 수지의 점도가 매우 낮아야 하며, 이로 인해 다양한 수지의 조합 및 첨가제 적용이 어려워 적용가능한 수지의 종류가 한정적이고 현장에서 액상 수지를 사용함에 따라 많은 수지 폐기물의 발생과 열악한 작업 환경을 갖는 단점을 가지고 있다. 특히 수지 함량 조절 및 체적비를 일정하게 조절하기 어려워 안정성이 요구되는 수소저장탱크의 불량이 발생할 가능성이 높다.
이러한 단점을 보완하기 위한 공법인 건식법은 일정한 함량으로 수지가 보강섬유에 함침되어 있는 토우프리프레그를 이용하는 필라멘트 와인딩 공정으로 중간재인 토우프리프레그에 다양한 수지의 조합이 가능하여 습식 와인딩공법보다 우수한 특징을 가진 수지를 적용할 수 있으며, 정밀한 수지/섬유 체적비를 지닌 중간재를 적용함으로서 균일한 부품의 성형이 가능하다.
탄소섬유는 대표적인 토우프리프레그용 보강섬유로 높은 비강도와 비강성을 가지고 있는 고성능 소재이기는 하나, 탄소섬유/에폭시 복합재료는 대표적인 취성 재료로 충격에 취약하여 수소자동차의 연료탱크에 사용하게 되면 사고 시 안전상의 문제가 발생하는 등 산업에 적용하는 데에는 한계가 있다.
반면 아라미드 섬유는 탄소섬유에 비해 강도가 낮긴하나 금속보다 높으며 높은 내충격성 및 진동감쇠, 고탄성 특성을 가지고 있어 방탄헬멧, 하키스틱, LCD 이송용 로봇 암 등에 사용되고 있다.
종래의 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0137993호 “에폭시 수지, 에폭시 수지의 제조방법, 경화성 수지 조성물, 그 경화물, 섬유강화 복합재료, 및 성형품”이 기재되어 있다. 상기 기술은 점도가 낮고 강화섬유에의 함침성이 우수하고, 또한, 섬유강화 수지재료에 사용했을 때의 경화물에 있어서의 탄성률이 높고, 또한, 내열성이 우수한 에폭시 수지와 그 제조방법, 경화성 수지 조성물, 그 경화물, 섬유강화 복합재료, 및 성형품을 제공하고 있다.
이와 같은 기술은 복합재료의 내충격성은 고려하지 않았다는 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 충격에 취약한 탄소섬유/에폭시 복합재료의 단점을 보완하기 위한 고강성, 고감쇠, 고탄성 및 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그를 제안한다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 고강성의 특징을 가지는 섬유와 높은 내충격성 및 고탄성 특징을 가지는 두 개 혹은 그 이상의 섬유를 이용하여 수지가 미리 함침되어 있어 필라멘트 와인딩 공법에 사용되는 하이브리드 토우프리프레그를 개발하는 것을 목표로 한다.
또한, 본 발명은 정밀한 수지 함량을 가지는 하이브리드 토우프리프레그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그는 적어도 다음 구성 요소 [A] 및 [B]를 포함하고, 수지 조성물 [B]는 25 내지 35 중량%으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
[A]: 보강섬유
[B]: 수지 조성물
또한, 상기 보강섬유 [A]는 효율적인 필라멘트 와인딩을 위하여 3,000 내지 50,000Tex의 선밀도를 가지며, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 및 천연섬유 중 2가지 이상의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수지 조성물 [B]는 에폭시 수지 [C] 100중량부에 대하여 경화제 [D] 1 내지 15중량부 및 경화촉진제 [F] 0.1 내지 10중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강섬유 [A]는 탄소섬유와 아라미드 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강섬유 [A]는 탄소섬유와 아라미드 섬유가 단일 방향으로의 배향성을 가지면서 100:20 내지 100:200의 섬유다발의 선밀도 비율을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강섬유 [A]는 탄소섬유와 아라미드 섬유의 배열이 무작위로 섞이거나, 탄소섬유:아라미드 섬유가 1:1 또는 탄소섬유:아라미드 섬유:탄소섬유가 1:2:1 로 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예 2에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그에서 수지 조성물 [B]는 나노 합금을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그에 의하면, 고강성의 특징을 가지는 섬유와 높은 내충격성 및 고탄성 특징을 가지는 두 개 혹은 그 이상의 섬유를 이용하여, 강성, 감쇠, 탄성 및 내충격이 향상된 하이브리드 토우프리프레그를 제공할 수 있다.
또한, 수지를 균일하게 함침할 수 있어 하이브리드 토우프리프레그의 품질을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그의 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그의 외관을 나타낸 사진.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그의 구성을 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면을 참조하여, 본 발명의 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그(이하 하이브리드 토우프리프레그라 칭함)는 적어도 보강섬유 [A] 및 수지조성물 [B]를 포함할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 토우프리프레그에 포함되는 보강섬유 [A]는 효율적인 필라멘트 와인딩을 위하여 3,000 내지 50,000Tex의 선밀도를 가지며, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 및 천연섬유 중 2가지 이상의 섬유를 포함할 수 있다.
바람직하게는 보강섬유 [A]가 탄소섬유와 아라미드 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 보강섬유 [A]는 탄소섬유와 아라미드 섬유가 단일 방향으로의 배향성을 가지면서 100:20 내지 100:200의 섬유다발의 선밀도 비율을 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 탄소섬유와 아라미드 섬유의 선밀도 비율이 100:20 미만일 경우 아라미드 섬유의 특징인 내충격성 및 고탄성, 진동감쇠 특성이 발현되기 어려울 수 있다. 선밀도 비율이 100:200 초과일 경우 탄소섬유의 비율이 낮아 강도가 저하되고 성형 제품의 무게가 증가할 수 있다. 이는 탄소섬유와 아라미드 섬유의 100:20 내지 100:200 선밀도 비율로 하이브리드 토우프리프레그가 적용되는 제품의 목적에 따라 성형품의 강도와 내충격성을 조절하여 적용하기 위한 것이다.
또한, 보강섬유 [A]의 배열은 탄소섬유와 아라미드 섬유의 배열이 무작위로 섞이거나, 탄소섬유:아라미드 섬유가 1:1 또는 탄소섬유:아라미드 섬유:탄소섬유가 1:2:1 로 적층될 수 있다. 하지만 이에 한정하지 않고 일방향 또는 교차 등 다양한 형태로 제조될 수 있다.
또한, 탄소섬유와 아라미드 섬유의 형태나 배열에 대해서 일방향으로 정렬시킨 장섬유나 직물 등으로부터 사용자의 필요에 따라 선택이 가능하다.
이러한 보강섬유의 적층 배열은 기존의 프리프레그보다 물성이 향상된 프리프레그를 형성할 수 있다. 구체적으로, 기존의 프리프레그는 두 가지 이상의 섬유를 사용할 때 제조과정에서 섬유들을 교차하여 직물형태로 만들거나, 각각의 섬유 프리프레그를 적층하여 성형하므로 적층 패턴이 단순하여 각각의 보강섬유의 효과가 미흡할 수 있다. 그러나, 본 발명의 하이브리드 토우프리프레그는 보강섬유를 적층 배열하여 각각의 보강섬유의 효과를 극대화시킬 수 있다. 탄소섬유와 아라미드 섬유를 적층 배열할 경우, 탄소섬유의 진동을 아라미드 섬유가 감쇠시킬 수 있고, 아라미드 섬유의 강도를 탄소섬유가 보완할 수 있다.
수지 조성물 [B]는 하이브리드 토우프리프레그의 25 내지 35중량%으로 사용할 수 있다. 이때, 수지 조성물[B]의 함량이 25중량% 미만일 경우에는 함침이 불만족스럽고 다량의 빈 공간이 형성될 수 있고, 35중량% 초과일 경우에는 토우프리프레그의 기계적 특성이 손상될 수 있다.
본 발명에서 이용되는 수지 조성물 [B]는 2가지 이상의 섬유와 친화력을 가지며, 에폭시 수지 [C], 경화제 [D], 경화촉진제 [F]를 포함할 수 있다.
에폭시 수지 [A]는 분자 내에 2개 이상의 글리시딜기를 포함할 수 있고, 경화가 가능한 에폭시 수지를 광범위하게 사용할 수 있다. 에폭시 수지에 글리시딜기를 적어도 2개를 포함함으로써, 경화제 [D], 경화촉진제 [F]을 혼합하는 경우 경화가 원활하게 진행될 수 있다.
수지 조성물 [B] 중 에폭시 수지 [C] 100중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 수지 조성물 [B] 중 수지로 에폭시 수지 [C]를 사용하였으나, 이에 한정하지 않고, 비닐에스터(Vinyl Ester), 페놀(Phenolic) 및 폴리이미드(Polymide) 등의 다양한 열경화성 수지를 사용할 수 있다.
경화제 [D]는 상기 에폭시 수지 [C]와 반응하여 에폭시 수지를 경화시키는 것으로서, 통상적으로 고상이고, 잠재성이 우수하여 특정온도 이하에서는 안정화 되어 있으나 그 이상의 온도에서는 반응이 급격하게 진행할 수 있다. 이 때, 경화제 [D]는 입자가 작을수록 에폭시 수지 [C]에서 분산이 용이하며 경화 후 경화물의 물성이 우수하여 1 내지 15㎛의 입경을 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 이때, 경화제 [D]의 입자크기가 1㎛ 미만일 경우 경화 효과가 저하될 수 있고, 15㎛ 초과일 경우에는 경화제 입자가 보강 섬유 중에 들어가지 않고 보강섬유 다발 표층에 남겨질 수 있다.
경화제 [D]의 종류는 한정하진 않았으나, 경화제 [D]의 첨가량은 에폭시 수지와 경화제 [D]의 종류에 따라 최적값이 달라질 수 있다. 바람직하게는 경화제 [D]가 1분자당 2개 이상의 아민하이드록실기를 포함하는 amine계 경화제인 DCDA(Dicyandiamide)일 수 있다.
DCDA(Dicyandiamide)를 경화제 [D]로 사용했을 때, 경화제 [D]의 배합량은 에폭시 수지 [C] 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부가 좋다. 경화제 [D]의 배합량이 1중량부 미만일 경우, 에폭시 수지 조성물의 유리전이온도가 저하될 우려가 있으며, 수지조성물의 경화가 제대로 이루어지지 않을 가능성이 있다. 또한, 경화제 [D]의 배합량이 15중량부를 초과할 경우, 미반응된 경화제 [D]가 잔류하여 수지 조성물 [B]의 내열성 및 기계적인 물성이 저하될 수 있다.
수지조성물[C] 중 경화촉진제 [F]는 경화 활성을 높일 수 있다.
경화촉진제 [F]의 배합량은 에폭시 수지 [C] 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부를 포함하는 것이 좋다. 경화촉진제 [F]의 배합량이 0.1중량부 미만일 경우, 경화제의 경화 활성 반응속도가 늦어질 수 있다. 이에, 하이브리드 토우프리프레그 조성물의 경화 시간이 길어져 제품의 생산성이 저하될 우려가 있다. 또한, 경화촉진제 [F]의 배합량이 10중량부 초과일 경우, 경화 활성이 과도하게 일어나 에폭시 수지 조성물의 점도가 상승하고, 하이브리드 토우프리프레그의 기계적인 물성이 저하될 수 있다.
경화촉진제 [F]는 우레아계 촉진제인 DCMU(1,1-dimethylurea)를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이는 우레아계 촉진제를 사용함으로써 amine계 경화제 [D]가 고온에서 경화되는 조건과 경화반응이 끝나기 전에 열분해 반응이 일어나는 문제를 보완할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 아라미드 섬유 강화 복합재료용 에폭시 수지 조성물은 상기 필수 성분 이외에도 필요에 따라, 첨가제, 소포제, 안료 및 그 밖의 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그에서 수지 조성물 [B]는 나노 합금을 더 포함할 수 있다.
여기서, 수지 조성물 [B]에 나노 합금을 더 포함하는 것을 제외하고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 토우프리프레그는 상기에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 토우프리프레그와 실질적으로 동일하다고 할 수 있다.
따라서, 수지 조성물 [B]에 대해서만 자세하게 설명하기로 한다.
수지 조성물 [B]은 하이브리드 토우프리프레그의 수소취성을 약화하기 위해 나노 합금을 더 포함할 수 있다.
여기서 수소취성은 수소를 흡입하고 저장하여 무르게 되는 현상으로 수소저장탱크에서 약화해야 하는 중요 특성 중 하나이다. 이에, 수지조성물 [B]에 수소취성에 저항이 높은 합금을 사용하여 내수소취성을 향상할 수 있다.
나노 합금은 Cu(구리), Al(알루미늄), Ni(니켈) 등의 연성이 높은 금속들을 사용하여 제조된 것으로, 평균 입자 크기가 10 내지 300㎚인 나노 합금을 사용할 수 있다. 평균 입자 크기는 50 내지 150㎚가 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
나노 합금의 평균 입자 크기가 10㎚ 미만일 경우 작업성이 떨어지고, 수율이 저하될 수 있으며, 300㎚를 초과하는 경우 수지 조성물 [B] 중에서 서로 응집하여 토우프리프레그의 품질이 저하될 수 있다.
나노 합금의 배합량은 에폭시 수지 [C] 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부를 포함하는 것이 좋다. 나노 합금의 배합량이 2중량부 미만일 경우, 내수소취성 효과가 저하될 수 있다. 또한, 나노 합금의 배합량이 10중량부 초과일 경우, 경화 활성에 방해가 될 수 있고 하이브리드 토우프리프레그의 기계적인 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 하이브리드 토우프리프레그는 에폭시 수지 조성물을 고강성의 특징을 가지는 섬유와 높은 내충격성 및 고탄성 특징을 가지는 두 개 혹은 그 이상의 섬유에 함침한 것이다.
본 발명을 통해 구현된 하이브리드 토우프리프레그는 층간전단강도가 70MPa 이상일 수 있다. 해당 값은 만능재료 시험기를 이용하여, ASTM-D2344의 시험규격에 준하여 전단강도를 측정한 것이다. 층간전단강도가 70MPa 미만인 경우는 수지와 보강섬유간의 점착 강도가 약하여, 외부의 충격에 의해 층간 박리가 쉽게 일어날 수 있다. 이런 층간 박리는 섬유와 매트릭스를 파괴하고 복합재료의 강성과 강도의 손실을 일으켜 안정성과 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명은 기존의 토우프리프레그의 문제점이었던 충격 취약성을 보완한 하이브리드 토우프리프레그를 제공할 수 있다.
또한, 기존의 토우프리프레그보다 내소수취성이 향상된 하이브리드 토우프리프레그를 제공할 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
액상 에폭시 수지(액상 BPA계 수지 YD-128, 국도화학) 35중량부, 고상 에폭시 수지(고상 BPA계 수지 YD-011, 국도화학) 65중량부를 혼합기에 투입하고, 교반기를 이용하여 70도의 온도에서 약 4시간 동안 1차 혼합시켰다. 1차 혼합된 결과물에 경화촉진제 (DCMU, Air Product) 3중량부를 투입하고, 교반기를 이용하여 약 1시간 동안 2차 혼합시켰다. 2차 혼합된 결과물에 경화제(DICY, Air Product) 6중량부를 투입하고, 교반기를 이용하여 약 30분 동안 3차 혼합시켰다. 혼합이 완료된 에폭시 수지 조성물을 탄소섬유(T700, Toray, Japan):아라미드 섬유(헤라크론 HF 300 원사, 코오롱):탄소섬유가 1:2:1로 적층된 보강섬유 100중량부에 함침하여 토우프리프레그를 제조하였다. 이렇게 완성된 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그는 도 2와 같다.
[실시예 2]
실시예 1로 제조된 토우프리프레그를 이용하여 압력용기를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 과정을 실시하되 Cu-Ni합금 3중량부를 투입하고, 교반기를 사용하여 약 30분 동안 4차 혼합시켜 수지 조성물을 제조한 후 토우프리프레그를 제조하고 이를 이용하여 압력용기를 제조하였다.
[비교예 1]
보강섬유로 탄소섬유(T700, Toray, Japan)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 2]
보강섬유로 아라미드 섬유(헤라크론 HF 300 원사, 코오롱)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[실험예 1] 토우프리프레그의 물성 평가
실시에 1의 내충격성 효과를 알아보기 위해, 실시예 1, 비교예 1 및 2의 전단강도 및 충격강도를 평가하였다.
전단강도 측정은 만능재료 시험기(INSTRON 3382)를 사용하여 ASTM D3165의 시험규격에 준하여 전단강도 시험을 진행하였다.
그 결과는 표 1과 같다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
전단 강도(MPa) 860 781 754
충격 강도(kj/㎡) 35.4 25.7 32.4
상기 표 1을 통해 알 수 있듯이, 실시예 1이 비교예 1 및 비교예 2보다 전단강도 및 충격강도가 증가된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전단강도에서 탄소섬유 만을 보강섬유로 쓴 비교예 1는 아라미드 섬유 만을 보강섬유로 쓴 비교예 2보다 전단강도가 높게 나타났다.
또한, 충격강도에서 아라미드 섬유만을 보강섬유로 쓴 비교예 2는 탄소섬유 만을 보강섬유로 쓴 비교예 1보다 충격강도가 높게 나타났다.
따라서, 본 발명의 실시예 1에 따른 토우프리프레그는 탄소섬유의 고강도성 및 아라미드 섬유의 내충격성의 특성을 가지게 되어 전단강도 및 충격강도가 향상되는 것으로 판단된다.
[실험예 2]
실시예 3의 수소취성 약화 효과를 알아보기 위해, 실시예 2 및 실시예3의 대기 중 인장 강도 및 고압 수소 가스 중(90MPa) 인장 강도를 측정하였다.
수소 취성은 (고압 수소 가스 중 연신율)/(대기 중 연신율) 값으로 평가하였으며, 그 값이 큰 쪽이 내수소취성이 우수하다고 하였다.
그 결과는 표 1과 같다.
실시예 2 실시예 3
대기 중 인장 강도(MPa) 2213.1 2280.6
대기 중 연신율(%) 78.5 80.0
고압 수소 가스 중 연신율(%) 70.65 96.0
(고압 수소 가스 중 연신율)/
(대기 중 연신율)		 0.9 1.2
상기 표 2을 통해 알 수 있듯이, 실시예 3이 실시예 2보다 수소취성에 강한 압력용기라는 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 실시예 2 및 실시예 3은 대기 중 인강 강도 및 대기 중 연신율은 큰 차이를 보이지 않았으나, 90MPa 수소 가스 중 연신율은 약 25% 이상의 차이를 보이는 것을 확인 할 수 있었다.
또한, 90MPa 수소 가스 중에서의 연신율을 대기 중에서의 연신율로 나눈 값이 실시예 3이 실시예 2보다 크게 나타나 내수소취성이 향상되었음을 확인 할 수 있었다.
따라서, 실시예 3에 따른 토우프리프레그는 나노 합금에 의해 수소취성이 약화되어 내수소취성이 향상되는 것으로 판단된다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
10 : 토우프리프레그
100 : 수지조성물
200 : 보강섬유

Claims (7)

  1. 적어도 다음 구성 요소 [A] 및 [B]를 포함하고,
    수지 조성물 [B]는 25 내지 35 중량%으로 포함하고,
    상기 보강섬유 [A]는,
    효율적인 필라멘트 와인딩을 위하여 3,000 내지 50,000Tex의 선밀도를 가지며,
    탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 및 천연섬유 중 2가지 이상의 섬유를 포함하고,
    상기 수지 조성물 [B]는,
    에폭시 수지 [C] 100중량부에 대하여 경화제 [D] 1 내지 15중량부 및 경화촉진제 [F] 0.1 내지 10중량부를 포함하고,
    상기 보강섬유 [A]는,
    탄소섬유와 아라미드 섬유를 포함하고,
    상기 보강섬유 [A]는,
    탄소섬유와 아라미드 섬유의 배열이 무작위로 섞이거나, 탄소섬유:아라미드 섬유가 1:1 또는 탄소섬유:아라미드 섬유:탄소섬유가 1:2:1 로 적층되고,
    상기 수지 조성물 [B]는,
    나노 합금을 더 포함하고,
    상기 나노 합금의 배합량은 상기 에폭시 수지 [C] 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부인 것을 특징으로 하는 고내충격 특성을 가진 필라멘트 와인딩용 하이브리드 토우프리프레그.
    [A]: 보강섬유
    [B]: 수지 조성물
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