KR102483485B1 - Long fiber reinforced thermoplastics and molded article fabricated by the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품에 관한 것이다. The present invention is a long fiber-reinforced thermoplastic, wherein a cross section of the long-fiber-reinforced thermoplastic includes at least two carbon fiber regions and at least two glass fiber regions in a thermoplastic resin matrix, and the at least two carbon fiber regions and The at least two glass fiber regions are arranged alternately with each other, and relates to a long fiber-reinforced thermoplastic and a molded article manufactured using the same.

Description

장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품{LONG FIBER REINFORCED THERMOPLASTICS AND MOLDED ARTICLE FABRICATED BY THE SAME}Long fiber-reinforced thermoplastics and molded products manufactured using them

본 발명은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품 에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 탄소 섬유 및 유리 섬유를 동시에 포함하는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품에 관한 것이다.The present invention relates to a long fiber-reinforced thermoplastic and a molded article manufactured using the same. Specifically, the present invention relates to a long-fiber-reinforced thermoplastic that simultaneously includes carbon fibers and glass fibers, and a molded product manufactured using the same.

섬유 강화 복합재들은 수지 매트릭스와 수지 매트릭스 재료의 강도 및 탄성을 기계적으로 향상시키도록 기능하는 섬유들로 구성된 복합 재료들이다. 이와 같은 섬유 강화 복합재는 금속 재료에 버금가는 기계적 강도를 가질 수 있고, 금속 재료에 비하여 가벼운 특성을 나타낸다. Fiber-reinforced composites are composite materials composed of a resin matrix and fibers that function to mechanically improve the strength and elasticity of the resin matrix material. Such fiber-reinforced composites may have mechanical strength comparable to that of metal materials, and exhibit lighter properties than metal materials.

섬유 강화 복합재의 한 종류인 장섬유 강화 열가소성 플라스틱(LFT; long fiber reinforced thermoplastics)은 섬유 강화재와 열가소성 수지를 이용하여 제조된다. LFT와 종래의 단섬유 강화 복합재와의 차이점은 섬유의 길이에 있다. LFT에서의 섬유 길이는 펠렛과 같은 단위 복합재의 길이와 동일하다. 즉, LFT 내의 섬유는 절단되지 않고 길이방향으로 연속되어 구비된다. LFT 제조 시, 섬유 로빙들의 연속 가닥들은 다이를 통하여 인출되고, 열가소성 수지로 코팅 및 함침된다. 강화 플라스틱의 이러한 연속 로드는 그 후에 절단되어 펠렛화된다.Long fiber reinforced thermoplastics (LFT), which is a type of fiber-reinforced composite material, is manufactured using a fiber-reinforced material and a thermoplastic resin. The difference between LFT and conventional short fiber reinforced composites lies in the length of the fibers. The fiber length in LFT is equal to the length of unit composites such as pellets. That is, the fibers in the LFT are provided continuously in the longitudinal direction without being cut. In LFT manufacture, continuous strands of fiber rovings are drawn through a die, coated and impregnated with a thermoplastic resin. This continuous rod of reinforced plastic is then cut and pelletized.

LFT의 섬유 강화재로서 유리 섬유 및 탄소 섬유가 사용될 수 있다. 유리 섬유 기반의 LFT의 경우, 변화하는 환경 조건에 따라 수축 또는 연신되지 않기 때문에 치수 안정성이 우수하고, 나아가 높은 인장 강도, 내열성, 내식성 및 내충격성을 가진다. 다만, 유리 섬유는 인장 강도 및 강성 등의 기계적 물성을 추가로 향상시키기에 한계가 있으며, 추가적인 경량화에 대한 한계 또한 가지고 있다. 탄소 섬유 기반의 LFT의 경우, 강도 및 강성이 우수하고 전기적 특성 또한 우수한 특성을 가지고 있으나, 탄소 섬유의 처리 공정이 매우 까다로우며, 매우 높은 가격(유리 섬유 기반의 LFT 대비 약 12배 이상의 가격)을 가지는 문제가 존재한다. As the fiber reinforcement of the LFT, glass fibers and carbon fibers may be used. In the case of glass fiber-based LFT, it does not shrink or elongate according to changing environmental conditions, so it has excellent dimensional stability, and further has high tensile strength, heat resistance, corrosion resistance and impact resistance. However, glass fibers have limitations in further improving mechanical properties such as tensile strength and stiffness, and also have limitations in further reducing weight. In the case of carbon fiber-based LFT, it has excellent strength and stiffness and excellent electrical properties, but the carbon fiber processing process is very difficult and very expensive (about 12 times more expensive than glass fiber-based LFT). There is a problem with

대한민국 등록 공보 제 10-1790577호는 이종 재질의 섬유 강화재를 각각 포함하는 섬유 강화 플라스틱 펠렛, 즉 유리 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱과 탄소 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱을 혼합하여 수지 성형품을 제조하는 것을 개시하고 있다. 다만, 대한민국 등록 공보 제 10-1790577호에서 제안된 바와 같이 이종 재질의 펠렛을 이용하여 수지 성형품을 제조하는 경우, 이종 재질의 펠렛 간의 비중 차이로 인한 혼련성 저하에 따른 성형품의 품질 균일성 문제 또는 불균일한 혼합에 따른 전반적인 물성 저하 또한 문제될 수 있다. 그러므로, 보다 손쉽게 유리 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱 및 탄소 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱의 장점을 조합할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.Korean Registration Publication No. 10-1790577 discloses manufacturing a resin molded article by mixing fiber-reinforced plastic pellets, that is, glass-fiber-based fiber-reinforced plastics and carbon-fiber-based fiber-reinforced plastics each containing fiber reinforcements of different materials, there is. However, as proposed in Korean Registration Publication No. 10-1790577, when a resin molded product is manufactured using pellets of different materials, the quality uniformity problem of the molded product due to the decrease in kneading due to the difference in specific gravity between the pellets of different materials, or Overall physical property degradation due to non-uniform mixing may also be a problem. Therefore, there is a need for research into a method that can more easily combine the advantages of glass fiber-based fiber-reinforced plastics and carbon fiber-based fiber-reinforced plastics.

본 발명은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품을 제공하고자 한다. 구체적으로, 본 발명은 이종 재질의 펠렛을 이용하여 성형품을 제조하는 경우의 불균일 문제를 손쉽게 해결할 수 있는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제공하여, 우수한 물성의 성형품을 제공하고자 한다The present invention is to provide a long fiber-reinforced thermoplastic and a molded article manufactured using the same. Specifically, the present invention is to provide a molded article with excellent physical properties by providing a long fiber-reinforced thermoplastic that can easily solve the problem of non-uniformity in the case of manufacturing a molded article using pellets of different materials.

본 발명의 일 실시상태는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제공한다. In one embodiment of the present invention, in the long fiber-reinforced thermoplastic, a cross section of the long-fiber-reinforced thermoplastic includes at least two carbon fiber regions and at least two glass fiber regions in a thermoplastic resin matrix, and the at least two The two carbon fiber regions and the at least two glass fiber regions are alternately arranged, and the long fiber-reinforced thermoplastic is provided.

본 발명의 다른 실시상태는, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용하여 제조된 성형품을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a molded article manufactured using the long fiber-reinforced thermoplastic.

본 발명에 따른 장섬유 강화 플라스틱은, 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱과 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 각각을 혼합하여 성형품을 제조하는 경우의 불균일 문제를 쉽게 해결할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 장섬유 강화 플라스틱을 이용하여 성형품을 제조하는 경우, 균질한 혼합을 위한 혼련 과정을 생략하여도 탄소 섬유 및 유리 섬유 간의 혼련성을 극대화시킬 수 있다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 장섬유 강화 플라스틱을 이용하여 제조된 성형품은 균질한 물성을 비롯하여, 높은 외관 특성 및 충격 강도를 확보할 수 있다. The long fiber-reinforced plastic according to the present invention has the advantage of easily solving the non-uniformity problem in the case of manufacturing a molded product by mixing each of the carbon fiber-based long-fiber-reinforced plastic and the glass-fiber-based long-fiber reinforced plastic. That is, in the case of manufacturing a molded product using the long fiber-reinforced plastic according to the present invention, the kneading property between the carbon fibers and the glass fibers can be maximized even if the kneading process for homogeneous mixing is omitted. Through this, the molded article manufactured using the long-fiber-reinforced plastic according to the present invention can secure homogeneous physical properties as well as high appearance characteristics and impact strength.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 장섬유 강화 플라스틱의 단면 형상을 도식화한 것이다.
도 3은 비교예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다.
도 4는 비교예 2에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다.
도 5는 실시예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다.
1 and 2 are diagrams of a cross-sectional shape of a long fiber-reinforced plastic according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is an OM (optical microscope) image of the surface of an injection-molded article manufactured using long-fiber-reinforced plastic pellets according to Comparative Example 1.
4 is an OM (optical microscope) image of the surface of an injection-molded article manufactured using long-fiber-reinforced plastic pellets according to Comparative Example 2.
5 is an OM (optical microscope) image of the surface of an injection-molded article manufactured using the long-fiber-reinforced plastic pellets according to Example 1.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 단위 "wt%"는 전체 성분에 대한 각 성분의 중량의 비율을 의미할 수 있다. 나아가, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 wt%는 질소 분위기에서 수지를 열처리한 후 잔여 섬유의 중량을 측정하는 ash 측정법을 이용할 수 있다. In the present specification, the unit "wt%" may mean the ratio of the weight of each component to the total component. Further, the wt% of carbon fiber and glass fiber in the long fiber-reinforced thermoplastic can be determined by using an ash measurement method in which the weight of the remaining fiber is measured after heat treatment of the resin in a nitrogen atmosphere.

본 발명자들은, 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛과 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 함께 사용하여 성형품을 제조하는 연구를 한 결과, 이종 소재 펠렛 간의 비중 차이로 인한 혼련성이 떨어져 성형품의 품질이 균일하지 않고, 이에 따라 물성 저하도 발생함을 인식하게 되었다. 이와 관련하여, 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛과 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 균일하게 혼합하기 위한 연구를 지속한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 구체적으로, 본 발명자들은 단일 장섬유 강화 플라스틱 내에 탄소 섬유와 유리 섬유를 함께 함유하되 이들을 특정 위치로 배열하게 되는 경우, 제조되는 성형품 내의 탄소 섬유와 유리 섬유의 혼련성이 극대화되고, 기존의 이종 소재 펠렛의 균질한 혼합을 위한 별도의 공정을 수행하지 않아도 되는 것을 발견하였다. The inventors of the present invention, as a result of research on manufacturing a molded product using carbon fiber-based long fiber-reinforced plastic pellets and glass-fiber-based long-fiber reinforced plastic pellets together, the kneading property due to the difference in specific gravity between the pellets of different materials is poor, resulting in a molded product It has been recognized that the quality is not uniform and, accordingly, the degradation of physical properties also occurs. In this regard, as a result of continuing research on uniformly mixing the carbon fiber-based long fiber-reinforced plastic pellets and the glass-fiber-based long fiber-reinforced plastic pellets, the present invention has been completed. Specifically, the inventors of the present invention contain carbon fibers and glass fibers together in a single long-fiber reinforced plastic, but when they are arranged in a specific position, the kneading property of carbon fibers and glass fibers in a molded article to be manufactured is maximized, and the existing dissimilar materials It has been found that there is no need to perform a separate process for homogeneous mixing of the pellets.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시상태는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제공한다. In one embodiment of the present invention, in the long fiber-reinforced thermoplastic, a cross section of the long-fiber-reinforced thermoplastic includes at least two carbon fiber regions and at least two glass fiber regions in a thermoplastic resin matrix, and the at least two The two carbon fiber regions and the at least two glass fiber regions are alternately arranged, and the long fiber-reinforced thermoplastic is provided.

본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 탄소 섬유(CF; carbon fiber) 및 유리 섬유(GF; glass fiber)를 동시에 포함하고, 이들은 열가소성 수지에 함침된 형태로 단일 가닥(strand)으로 구성된다. 나아가, 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내의 탄소 섬유 및 유리 섬유는 각각 연속 섬유로서, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 길이 방향으로 배열되고, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱이 펠렛 형태로 제조되는 경우, 상기 탄소 섬유 및 상기 유리 섬유는 펠렛의 길이와 동일한 길이로 구비될 수 있다. The long fiber-reinforced thermoplastic according to the present invention includes carbon fiber (CF) and glass fiber (GF) at the same time, and they are composed of a single strand impregnated with a thermoplastic resin. Furthermore, the carbon fibers and glass fibers in the long-fiber-reinforced thermoplastic according to the present invention are continuous fibers, respectively, and are arranged in the longitudinal direction of the long-fiber-reinforced thermoplastic, and may have the same length as the long-fiber-reinforced thermoplastic. For example, when the long fiber-reinforced thermoplastic is manufactured in the form of a pellet, the carbon fiber and the glass fiber may have the same length as the length of the pellet.

본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열될 수 있다. In the cross section of the long fiber-reinforced thermoplastic according to the present invention, at least two carbon fiber regions and the at least two glass fiber regions may be alternately arranged.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 장섬유 강화 플라스틱의 단면 형상을 도식화한 것이다. 구체적으로, 도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면에 있어서, 열가소성 수지 매트릭스(10) 내에 구비되는 2 이상의 탄소 섬유 영역(20) 및 2 이상의 유리 섬유 영역(30)이 구비되고, 탄소 섬유 영역(20)의 배열 방향과 유리 섬유 영역(30)의 배열 방향이 서로 교차되는 것을 나타낸다. 1 and 2 are diagrams of a cross-sectional shape of a long fiber-reinforced plastic according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, according to FIGS. 1 and 2, in the cross section of the long fiber-reinforced thermoplastic according to the present invention, two or more carbon fiber regions 20 and two or more glass fiber regions 30 provided in the thermoplastic resin matrix 10 ) is provided, indicating that the arrangement direction of the carbon fiber regions 20 and the arrangement direction of the glass fiber regions 30 cross each other.

본 명세서에서의 탄소 섬유 영역은 복수개의 탄소 섬유가 다발을 이루며 밀집하게 배치된 영역을 의미할 수 있다. 마찬가지로, 본 명세서에서의 유리 섬유 영역은 복수개의 유리 섬유가 다발을 이루며 밀집하게 배치된 영역을 의미할 수 있다. 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참고하면, 각각의 탄소 섬유 영역(20)은 탄소 섬유가 밀집하여 구비된 영역이고, 각각의 유리 섬유 영역(30)은 유리 섬유가 밀집하여 구비된 영역을 의미할 수 있다. A carbon fiber region in the present specification may mean a region in which a plurality of carbon fibers are densely arranged in bundles. Similarly, the glass fiber region in the present specification may mean a region in which a plurality of glass fibers are densely arranged in bundles. Specifically, referring to FIGS. 1 and 2 , each carbon fiber region 20 is a region in which carbon fibers are densely provided, and each glass fiber region 30 means a region in which glass fibers are densely provided. can do.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 각각의 탄소 섬유 영역 내, 탄소 섬유는 6 K 이상 24 K 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 구체적으로, 각각의 탄소 섬유 영역 내, 탄소 섬유는 12 K 이상 24 K 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 여기서, 섬유 밀도 단위 K는 "필라멘트 수(×103개)/섬유 다발"을 의미할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, in each carbon fiber region, the carbon fiber may have a fiber density of 6 K or more and 24 K or less. Specifically, within each carbon fiber region, the carbon fibers may have a fiber density of 12 K or more and 24 K or less. Here, the fiber density unit K may mean “the number of filaments (×10 3 )/fiber bundle”.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 각각의 유리 섬유 영역 내, 유리 섬유는 300 TEX 이상 2,400 TEX 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 구체적으로, 각각의 유리 섬유 영역 내, 유리 섬유는 1,200 TEX 이상 2,400 TEX 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 여기서, 섬유 밀도 단위 TEX는 "g수/섬유 1 km"를 의미할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, in each glass fiber area, the glass fiber may have a fiber density of 300 TEX or more and 2,400 TEX or less. Specifically, in each glass fiber region, the glass fibers may have a fiber density of 1,200 TEX or more and 2,400 TEX or less. Here, the fiber density unit TEX may mean "number of grams/1 km of fiber".

상기 탄소 섬유 영역 내의 탄소 섬유의 섬유 밀도 및 상기 유리 섬유 영역 내의 유리 섬유의 섬유 밀도가 상기 범위 내인 경우, 제조되는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내에 지나치게 많은 가닥의 섬유가 포함되어 열가소성 수지가 충분하게 함침되지 않는 것을 방지할 수 있으며, 또한 함침되는 열가소성 수지의 경화 시간이 지나치게 길지 않도록 조절할 수 있다. 나아가, 제조되는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내에 적절한 수의 섬유 가닥이 포함되도록 하여 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 두께가 비대해지는 것을 방지하여, 펠렛화하여 사용할 경우 사용 편의성을 향상시킬 수 있다. When the fiber density of the carbon fibers in the carbon fiber region and the fiber density of the glass fibers in the glass fiber region are within the above ranges, too many strands of fibers are included in the long fiber-reinforced thermoplastic to be manufactured, so that the thermoplastic resin is not sufficiently impregnated. can be prevented, and the curing time of the impregnated thermoplastic resin can be controlled so that it is not too long. Furthermore, by including an appropriate number of fiber strands in the manufactured long-fiber-reinforced thermoplastic, the thickness of the long-fiber-reinforced thermoplastic is prevented from being enlarged, and convenience of use can be improved when pelletized and used.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 총 함량은 20 wt% 이상 60 wt% 이하일 수 있다. 상기 섬유의 총 함량이 60 wt%를 초과하는 경우, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내의 열가소성 수지 매트릭스의 부피가 충분히 확보되지 못하여, 제조가 불가능하거나 제조 후 깨짐 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 섬유의 총 함량이 20 wt% 미만인 경우, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내의 강화재의 함량이 충분히 확보되지 못하여 충분한 물성 확보가 곤란한 문제가 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the total content of carbon fibers and glass fibers in the long fiber-reinforced thermoplastic may be 20 wt% or more and 60 wt% or less. If the total content of the fibers exceeds 60 wt%, the volume of the thermoplastic resin matrix in the long fiber-reinforced thermoplastic cannot be sufficiently secured, and thus manufacturing is impossible or problems such as breakage after manufacturing may occur. In addition, when the total content of the fibers is less than 20 wt%, the content of the reinforcing material in the long fiber-reinforced thermoplastic is not sufficiently secured, making it difficult to secure sufficient physical properties.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 중량비는 1:1 내지 1:3일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the weight ratio of carbon fibers and glass fibers in the long fiber-reinforced thermoplastic may be 1:1 to 1:3.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 펠렛화된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 9 mm 이상 13 mm 이하의 길이로 절단되어 펠렛화될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the long fiber-reinforced thermoplastic may be pelletized. Specifically, the long fiber-reinforced thermoplastic may be pelletized by being cut to a length of 9 mm or more and 13 mm or less.

상기 열가소성 수지 매트릭스는 상기 탄소 섬유 및 상기 유리 섬유가 함침되는 열가소성 수지의 경화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 열가소성 수지 매트릭스는 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐 클로라이드 수지 및 스티렌 수지로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 열가소성 수지로부터 유래된 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 함침용 수지를 제한 없이 적용할 수 있다. The thermoplastic resin matrix may be a cured material of a thermoplastic resin into which the carbon fibers and the glass fibers are impregnated. Specifically, the thermoplastic resin matrix is selected from polyester resins, vinyl ester resins, phenolic resins, epoxy resins, polyamide resins, polyimide resins, polypropylene resins, polyethylene resins, polycarbonate resins, polyvinyl chloride resins and styrene resins. It may be derived from a thermoplastic resin containing one or more species that are. However, it is not limited thereto, and resins for impregnation commonly used in the art may be applied without limitation.

상기 유리 섬유는 당업계에서 일반적으로 사용되는 유리 섬유를 제한 없이 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 섬유는 A형 유리 섬유, C형 유리 섬유, G형 유리 섬유, E형 유리 섬유, S형 유리 섬유, E-CR형 유리 섬유, R형 유리 섬유, 울 유리 섬유 및 생체용해성 유리 섬유로부터 선택되는 적어도 1종의 유리 섬유를 포함할 수 있다. As the glass fiber, glass fibers commonly used in the art may be used without limitation. For example, the glass fibers include A-type glass fibers, C-type glass fibers, G-type glass fibers, E-type glass fibers, S-type glass fibers, E-CR-type glass fibers, R-type glass fibers, wool glass fibers, and biomaterials. At least one type of glass fiber selected from soluble glass fibers may be included.

상기 탄소 섬유는 당업계에서 일반적으로 사용되는 탄소 섬유를 제한 없이 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 섬유는 사용된 전구체에 따라, PAN계 탄소섬유, 피치(pitch)계 탄소섬유, 레이온(rayon)계 탄소섬유 또는 리그닌(rignin)계 섬유일 수 있으며, 터보스택틱 구조(turbostratic structure) 및/또는 흑연 구조(graphitic structure)를 가질 수 있다. As the carbon fiber, carbon fibers commonly used in the art may be used without limitation. For example, the carbon fibers may be PAN-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, rayon-based carbon fibers, or lignin-based fibers, depending on the precursor used, and have a turbostatic structure ( turbostratic structure) and/or graphitic structure.

상기 유리 섬유 및/또는 상기 탄소 섬유는 섬유 형성 공정 중에 또는 섬유 형성 공정 후에 사이징 조성물로 코팅된 것일 수 있다. 상기 사이징 조성물은 당업계에서 일반적으로 사용되는 사이징 조성물을 제한 없이 사용할 수 있으며, 사이징 방법 또한 당업계에 알려진 방법으로 수행될 수 있다. The glass fibers and/or the carbon fibers may be coated with a sizing composition during or after the fiber forming process. As the sizing composition, sizing compositions commonly used in the art may be used without limitation, and sizing may also be performed by a method known in the art.

본 발명에 따른 본 발명의 일 실시상태에 따른 장섬유 강화 플라스틱은 내부에 구비되는 탄소 섬유 다발(즉, 탄소 섬유 영역) 및 유리 섬유 다발(즉, 유리 섬유 영역)이 서로 교대하여 구비됨으로써, 이를 이용하여 사출 또는 압출 성형품을 제조할 경우 별도의 혼합 과정 없이도 탄소 섬유 및 유리 섬유의 높은 혼련성을 유지하여 성형품의 물성을 크게 개선시킬 수 있다. In the long fiber-reinforced plastic according to an exemplary embodiment of the present invention, carbon fiber bundles (ie, carbon fiber regions) and glass fiber bundles (ie, glass fiber regions) provided therein are provided alternately with each other, so that When an injection or extrusion molded product is manufactured by using the carbon fiber and glass fiber, it is possible to significantly improve the physical properties of the molded product by maintaining a high kneading property of the carbon fiber and the glass fiber without a separate mixing process.

본 발명의 다른 실시상태는, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용하여 제조된 성형품을 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a molded article manufactured using the long fiber-reinforced thermoplastic.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형품은 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용하여 제조된 사출 성형품 또는 압출 성형품일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the molded article may be an injection molded article or an extrusion molded article manufactured using the long fiber-reinforced thermoplastic.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형품은 펠렛화된 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용한 사출 성형 또는 압출 성형을 통하여 제조될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the molded article may be manufactured through injection molding or extrusion molding using the pelletized long fiber-reinforced thermoplastic.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형품의 굴곡 강도는 적어도 170 MPa이고, 충격 강도는 적어도 180 J/m일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the bending strength of the molded article may be at least 170 MPa, and the impact strength may be at least 180 J/m.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to explain the present invention in detail. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments herein are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

[[ 실시예Example 1] One]

1200 TEX의 섬유 밀도를 가지는 2개의 유리 섬유 다발과 12 K의 섬유 밀도를 가지는 2개의 탄소 섬유 다발을 준비한 후 이들을 각각 개별 다이를 통과시켜 풀어주며, 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역이 서로 교대하여 배열되도록 단일 배치(batch) 내에서 합사시키며 인출하였다. 나아가, 인출되는 섬유들을 열가소성 수지가 주입되는 함침부를 통과시킨 후, 경화시켜 이종의 섬유를 함유하는 단일 가닥의 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제조하였다. 나아가, 제조된 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 절단하여 펠렛화하였다. 나아가, 제조된 펠렛을 사출 성형기에 공급하여, 사출 성형품을 제조하였다. After preparing two glass fiber bundles having a fiber density of 1200 TEX and two carbon fiber bundles having a fiber density of 12 K, each of them is passed through an individual die and released, and the two carbon fiber regions and the at least two glass fibers are separated. Plied and drawn in a single batch so that the regions are alternated with each other. Further, the fibers to be pulled out were passed through an impregnation unit into which the thermoplastic resin was injected, and then cured to prepare a single-stranded long-fiber-reinforced thermoplastic containing heterogeneous fibers. Furthermore, the long fiber-reinforced thermoplastics thus prepared were cut and pelletized. Furthermore, the manufactured pellets were supplied to an injection molding machine to manufacture an injection molded product.

[ [ 비교예comparative example 1] One]

2400 TEX의 섬유 밀도를 가지는 1개의 유리 섬유 다발과 24 K의 섬유 밀도를 가지는 1개의 탄소 섬유 다발을 준비한 후, 이들을 각각 풀어주며 유리섬유 다발과 탄소 섬유 다발이 나란하게 배열되도록 인출한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다. After preparing one glass fiber bundle having a fiber density of 2400 TEX and one carbon fiber bundle having a fiber density of 24 K, releasing them respectively and drawing them out so that the glass fiber bundle and the carbon fiber bundle are arranged side by side. , Long fiber-reinforced thermoplastics and injection molded products were prepared in the same manner as in Example 1.

[[ 비교예comparative example 2] 2]

1200 TEX의 섬유 밀도를 가지는 2개의 유리 섬유 다발과 12 K의 섬유 밀도를 가지는 2개의 탄소 섬유 다발을 준비한 후, 이들을 각각 풀어주며 2개의 탄소 섬유 다발과 2개의 유리 섬유 다발이 서로 나란하게 배열되도록 인출한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다. After preparing two glass fiber bundles with a fiber density of 1200 TEX and two carbon fiber bundles with a fiber density of 12 K, release them respectively and arrange the two carbon fiber bundles and the two glass fiber bundles side by side with each other. A long-fiber-reinforced thermoplastic and an injection-molded article were prepared in the same manner as in Example 1, except that they were drawn out.

[[ 비교예comparative example 3] 3]

2400 TEX의 섬유 밀도를 가지는 1개의 유리 섬유 다발 만을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다.Using only one glass fiber bundle having a fiber density of 2400 TEX, a long fiber-reinforced thermoplastic and an injection-molded product were manufactured in the same manner as in Example 1.

[[ 비교예comparative example 4] 4]

12 K의 섬유 밀도를 가지는 1개의 탄소 섬유 다발 만을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다.A long fiber-reinforced thermoplastic and an injection-molded product were manufactured in the same manner as in Example 1, using only one carbon fiber bundle having a fiber density of 12 K.

[[ 비교예comparative example 5] 5]

비교예 3에 따른 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 펠렛 및 비교예 4에 따른 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 펠렛을 5:3의 중량비로 건식 혼합하여, 실시예 1의 방법으로 사출 성형품을 제조하였다. The injection-molded product of Example 1 was obtained by dry mixing the glass fiber-based long-fiber-reinforced thermoplastic pellets according to Comparative Example 3 and the carbon-fiber-based long-fiber-reinforced thermoplastic pellets according to Comparative Example 4 at a weight ratio of 5:3. was manufactured.

실시예 1, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 5에 따라 제조된 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 펠렛은 하기 표 1에 나타내었다.The long fiber-reinforced thermoplastic pellets prepared according to Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 5 are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 5Comparative Example 5

Figure 112019121663902-pat00001
Figure 112019121663902-pat00001
Figure 112019121663902-pat00002
Figure 112019121663902-pat00002
Figure 112019121663902-pat00003
Figure 112019121663902-pat00003
Figure 112019121663902-pat00004
Figure 112019121663902-pat00004
이종 섬유가
교대로 배열됨
heterogeneous fibers
arranged alternately
이종 섬유가
병렬로 배열됨
heterogeneous fibers
arranged in parallel
이종 섬유가
병렬로 배열됨
heterogeneous fibers
arranged in parallel
이종 펠렛이
건식 혼합됨
Heterogeneous Pellets
dry mixed

나아가, 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 5에 따라 제조된 장섬유 강화 열가소성 플라스틱(LFT) 펠렛의 단면에서의 유리 섬유 영역과 탄소 섬유 영역의 모식도, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 밀도 및 이를 이용하여 제조된 사출 성형품의 물성을 하기 표 2에 나타내었다.Furthermore, a schematic view of the glass fiber region and the carbon fiber region in the cross section of the long fiber reinforced thermoplastic (LFT) pellets prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5, the density of the long fiber reinforced thermoplastic and the use thereof Table 2 shows the physical properties of the injection-molded product manufactured by the above.

Figure 112019121663902-pat00005
Figure 112019121663902-pat00005

<물성 측정 방법><How to measure physical properties>

- 굴곡 강도: ASTM D790에 준하는 방법으로, 상온 분위기에서 INSTRON4466(INSTRON社)를 이용하여 제조된 사출 성형품의 굴곡 강도를 측정하였다. - Flexural strength: The flexural strength of the injection-molded article manufactured using INSTRON4466 (INSTRON Co.) was measured in a room temperature atmosphere in accordance with ASTM D790.

- 충격 강도: ASTM D256에 준하는 방법으로, 상온 분위기에서 Impact Tester IT(TOYOSEIKI社)를 이용하여, 노치 시편으로 제조된 사출 성형품의 충격 강도를 측정하였다. -Impact strength: In a method according to ASTM D256, the impact strength of the injection-molded article made of the notched specimen was measured using Impact Tester IT (TOYOSEIKI Co., Ltd.) in a room temperature atmosphere.

<평가><evaluation>

표 2의 결과에 따르면, 이종 섬유가 교대로 배열된 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 실시예 1에 따른 사출 성형품은, 이종 섬유가 병렬 배열된 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 비교예 1 및 비교예 2에 비하여, 굴곡 강도 및 충격 강도가 모두 우수한 것으로 나타났다. According to the results of Table 2, the injection-molded article according to Example 1 using long-fiber-reinforced plastic pellets in which heterogeneous fibers are alternately arranged is Comparative Example 1 and Comparative Example 2 using long-fiber-reinforced plastic pellets in which heterogeneous fibers are arranged in parallel In comparison, both the flexural strength and impact strength were excellent.

또한, 유리 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 비교예 3에 따른 사출 성형품은 굴곡 강도가 크게 낮은 것을 확인할 수 있었고, 탄소 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 비교예 4에 따른 사출 성형품은 굴곡 강도는 매우 우수하지만 충격 강도는 실시예 1에 비하여 낮은 것을 확인할 수 있었다. In addition, it was confirmed that the injection-molded product according to Comparative Example 3 using long-fiber-reinforced plastic pellets containing only glass fibers had significantly low flexural strength, and the injection-molded product according to Comparative Example 4 using long-fiber-reinforced plastic pellets containing only carbon fibers Although the flexural strength was excellent, it was confirmed that the impact strength was lower than that of Example 1.

나아가, 유리 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛과 탄소 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 건식 혼합한 비교예 5에 따른 사출 성형품은 실시예 1에 비하여 낮은 굴곡 강도 및 충격 강도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Furthermore, it was confirmed that the injection-molded product according to Comparative Example 5, in which long-fiber-reinforced plastic pellets containing only glass fibers and long-fiber-reinforced plastic pellets containing only carbon fibers were dry-mixed, exhibited lower flexural strength and impact strength than those of Example 1. .

도 3은 비교예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다. 도 3에 따르면, 비교예 1에 따른 사출 성형품은 표면에서의 섬유 뭉침이 쉽게 관찰되었고, 표면 단차가 매우 크게 나타났다. 3 is an OM (optical microscope) image of the surface of an injection-molded article manufactured using long-fiber-reinforced plastic pellets according to Comparative Example 1. According to FIG. 3, fiber agglomeration was easily observed on the surface of the injection-molded product according to Comparative Example 1, and the surface level difference was very large.

도 4는 비교예 2에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다. 도 4에 따르면, 비교예 1과 마찬가지로 탄소 섬유 다발과 유리 섬유 다발을 나란하게 배열시키되, 탄소 섬유 다발과 유리 섬유 다발을 각각 2개씩 적용한 비교예 2는 비교예 1에 비하여 섬유의 뭉침 현상이 약간 개선된 것을 확인할 수 있었고, 표면 단차도 소폭 감소한 것을 확인할 수 있었다. 4 is an OM (optical microscope) image of the surface of an injection-molded article manufactured using long-fiber-reinforced plastic pellets according to Comparative Example 2. According to FIG. 4, as in Comparative Example 1, carbon fiber bundles and glass fiber bundles are arranged side by side, but in Comparative Example 2, in which two carbon fiber bundles and two glass fiber bundles are applied, respectively, compared to Comparative Example 1, the aggregation of the fibers is slightly It was confirmed that the improvement was confirmed, and the surface step was also slightly reduced.

도 5는 실시예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다. 도 5에 따르면, 실시예 1에 따라 제조된 사출 성형품은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 섬유 뭉침 현상이 확연하게 감소된 것을 확인할 수 있었으며, 표면 단차 또한 거의 발견할 수 없었다. 5 is an OM (optical microscope) image of the surface of an injection-molded article manufactured using the long-fiber-reinforced plastic pellets according to Example 1. According to FIG. 5, it was confirmed that the injection-molded product manufactured according to Example 1 had significantly reduced fiber aggregation compared to Comparative Examples 1 and 2, and almost no surface step was found.

표 2의 결과 및 도 3 내지 도 5에 따르면, 실시예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하는 경우, 비교예 5에서의 별도의 혼합 과정 없이도 매우 우수한 섬유 혼련도를 가지는 사출 성형품이 제조되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 결과에서 알 수 있듯이, 단일 가닥의 장섬유 강화 플라스틱 내의 탄소 섬유 및 유리 섬유의 배열에 따라 제조되는 사출 성형품의 물성이 크게 달라질 수 있음을 알 수 있다. 즉, 실시예 1과 같이 유리 섬유 다발 및 탄소 섬유 다발이 서로 교대로 배열되는 경우, 매우 우수한 물성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다. According to the results of Table 2 and FIGS. 3 to 5, when using the long fiber-reinforced plastic pellets according to Example 1, an injection-molded article having a very good fiber kneading degree was manufactured without a separate mixing process in Comparative Example 5. Able to know. In addition, as can be seen from the results according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the physical properties of the manufactured injection-molded article can vary greatly depending on the arrangement of carbon fibers and glass fibers in the single-stranded long-fiber-reinforced plastic. Able to know. That is, when the glass fiber bundle and the carbon fiber bundle are alternately arranged as in Example 1, it was confirmed that very excellent physical properties can be implemented.

10: 열가소성 수지 매트릭스
20: 탄소 섬유 영역
30: 유리 섬유 영역
10: thermoplastic resin matrix
20: carbon fiber area
30: glass fiber area

Claims (5)

장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서,
상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
In the long fiber reinforced thermoplastic,
The cross section of the long fiber-reinforced thermoplastic includes at least two carbon fiber regions and at least two glass fiber regions in a thermoplastic resin matrix, and the at least two carbon fiber regions and the at least two glass fiber regions are alternately Arranged, a long fiber reinforced thermoplastic.
청구항 1에 있어서,
각각의 탄소 섬유 영역 내, 탄소 섬유는 6 K 이상 24 K 이하의 섬유 밀도를 가지고,
각각의 유리 섬유 영역 내, 유리 섬유는 300 TEX 이상 2,400 TEX 이하의 섬유 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
The method of claim 1,
Within each carbon fiber region, the carbon fibers have a fiber density of 6 K or more and 24 K or less,
A long fiber-reinforced thermoplastic, characterized in that, in each glass fiber region, the glass fibers have a fiber density of 300 TEX or more and 2,400 TEX or less.
청구항 1에 있어서,
상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 총 함량은 20 wt% 이상 60 wt% 이하인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
The method of claim 1,
In the long fiber-reinforced thermoplastic, the total content of carbon fibers and glass fibers is 20 wt% or more and 60 wt% or less, characterized in that, long fiber-reinforced thermoplastics.
청구항 1에 있어서,
상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 중량비는 1:1 내지 1:3인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
The method of claim 1,
In the long fiber-reinforced thermoplastic, the weight ratio of carbon fibers and glass fibers is 1: 1 to 1: 3, characterized in that, the long fiber-reinforced thermoplastic.
청구항 1에 있어서,
상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 펠렛화된 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
The method of claim 1,
The long fiber-reinforced thermoplastic is characterized in that the pelletized, long fiber-reinforced thermoplastic.
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