KR102486097B1 - Resin coated carbon fiber and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 수지 코팅 탄소섬유는 연속된 탄소섬유와 고분자 수지를 포함하며, 수지 코팅 탄소섬유에서의 사폭의 변이계수(Coefficient of Variation)가 5% 이하인 것으로, 용융 압출을 통한 수지 코팅 방법과 액상수지처리법의 단점을 해결하기 위하여 액상수지처리법을 적용함에도 낮은 사폭의 변이계수에 의해 탄소섬유 전반에서 균일한 사폭을 가짐으로써 내진 보강을 위한 그리드 직물용으로 적합한 수지 코팅 탄소섬유를 간단한 공정으로 제공할 수 있다.The resin-coated carbon fiber according to the present invention includes continuous carbon fiber and polymer resin, and the coefficient of variation of the yarn width in the resin-coated carbon fiber is 5% or less, and the resin coating method through melt extrusion and the liquid phase In order to solve the disadvantages of the resin treatment method, even though the liquid resin treatment method is applied, it has a uniform yarn width throughout the carbon fiber due to the low variation coefficient of the yarn width, thereby providing resin-coated carbon fiber suitable for grid fabric for earthquake-resistant reinforcement in a simple process. can

Description

수지 코팅 탄소섬유 및 그의 제조방법{RESIN COATED CARBON FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Resin coated carbon fiber and its manufacturing method {RESIN COATED CARBON FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 고분자 수지가 코팅된 수지 코팅 탄소섬유에 관한 것으로, 사폭의 변이계수가 낮은 균일한 사폭을 갖는 그리드 직물용 수지 코팅 탄소섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a resin-coated carbon fiber coated with a polymer resin, and relates to a resin-coated carbon fiber for grid fabric having a uniform yarn width with a low variation coefficient of yarn width, and a manufacturing method thereof.

일반적으로, 탄소섬유는 우수한 기계적 물성을 보유한 소재로서, 매트릭스 수지와 함께 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 구성하여 사용된다. CFRP는 금속과 같은 소재에 비해 무게가 가벼우면서도 강도나 탄성률 등의 기계적 강도가 매우 높기 때문에, 무거운 금속을 대체하는 신소재로 사용되고 있다. 이와 같이 CFRP는 경량화 및 기계적 강도를 동시에 달성할 수 있어 항공 및 우주 분야와 같은 특수 용도에서 사용되고 있으며, 자동차, 선박, 토목 건축 및 스포츠 용품 등과 같은 분야나 고가의 제품에 사용되기 시작하면서 최근 그 용도가 계속해서 확장되고 있다.In general, carbon fiber is a material having excellent mechanical properties, and is used by configuring carbon fiber reinforced plastic (CFRP) together with a matrix resin. CFRP is used as a new material to replace heavy metals because it is light in weight and has very high mechanical strength such as strength and elastic modulus compared to materials such as metal. As such, CFRP can achieve light weight and mechanical strength at the same time, so it is used in special applications such as aviation and space. is continuing to expand.

또한, 탄소섬유는 상술한 장점을 바탕으로 토목 또는 건축물의 보강재로 사용될 때, 공극이 거의 없는 직물과는 다른 형태인 그물망 형상인 그리드(grid) 직물로서 주로 사용된다. 특히, 최근에는 국내에서 지진 발생이 잦아듦에 따라 지진에 의한 건축물의 연쇄 붕괴를 방지하기 위해 탄소섬유로 보강된 콘크리트 구조물인 탄소섬유 강화 콘트리트(CFRC)를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.In addition, when carbon fiber is used as a reinforcing material for civil engineering or building based on the above-mentioned advantages, it is mainly used as a mesh-like grid fabric, which is different from fabrics having almost no voids. In particular, as earthquakes have recently subsided in Korea, research on applying carbon fiber reinforced concrete (CFRC), a concrete structure reinforced with carbon fiber, has been actively conducted to prevent chain collapse of buildings caused by earthquakes.

그리드 직물은 형태 유지 및 위사-경사간 결착을 위하여 수지 코팅을 실시하는데, 용융압출법의 경우 열가소성 고분자 수지를 사용하고 공급된 수지에 탄소섬유를 통과시키는 방법으로 제조하며, 액상수지처리법의 경우 액상 수지를 사용하고 수지가 묻은 롤을 사용하거나 섬유를 침지하는 방법으로 제조한다.Grid fabrics are coated with resin to maintain their shape and bind between weft and warp yarns. In the case of the melt extrusion method, thermoplastic polymer resin is used and carbon fiber is passed through the supplied resin. In the case of the liquid resin treatment method, the liquid It is manufactured by using a resin and using a resin-soaked roll or a method of dipping fibers.

이러한 용융압출법은 수지 코팅 후 특정 모양의 구금을 통해 섬유가 뽑아져 나오므로 형상이 균일한 장점이 있지만, 수지의 융점 이상으로 구금을 가열해야 하므로 200℃ 이상의 고온이 필요하며, 구금 통과 시 탄소섬유에 전단력이 높게 작용하여 섬유 손상 빈도가 높아지고 그로 인해 공정 트러블이 자주 발생하는 문제가 있고, 이를 방지하기 위하여 공정 속도가 낮아지는 단점이 있다. 또한, 공정 트러블이 발생할 경우 수지 열화가 생길 수 있는데, 이러한 수지의 열화를 방지하기 위해 수지 압출 장치를 초기화 및 재가동 하는데 필요한 시간과 비용의 소모가 상당한 단점이 있다.This melt extrusion method has the advantage that the shape is uniform because fibers are pulled out through a nozzle of a specific shape after resin coating, but a high temperature of 200 ° C or higher is required because the nozzle must be heated above the melting point of the resin, and carbon There is a problem in that the shear force acts on the fibers high and the frequency of fiber damage increases, and thus, process troubles often occur, and there is a disadvantage in that the process speed is lowered to prevent this. In addition, when a process trouble occurs, resin deterioration may occur. In order to prevent such deterioration of the resin, there is a significant disadvantage in that time and cost required to initialize and restart the resin extrusion device are consumed.

또한, 액상수지처리법의 경우 공정 온도가 상대적으로 낮고 고속 공정이 가능하며 트러블 조치 또한 간편한 장점이 있으나, 액상수지처리법은 상온에서 수지 유동성으로 인해 수지가 코팅된 탄소섬유의 사폭이 균일하지 않고, 그리드 직물의 품위와 위치 별 물성이 균일하지 않은 문제를 야기할 수 있다.In addition, in the case of the liquid resin treatment method, the process temperature is relatively low, high-speed processing is possible, and trouble measures are simple. It may cause a problem that the quality of the fabric and the physical properties of each location are not uniform.

한국공개특허공보 10-2001-0021631호Korean Patent Publication No. 10-2001-0021631

본 발명은 상술한 용융압출법을 통한 수지 코팅 방법과 액상수지처리법을 통한 수지 코팅 방법의 단점을 해결하기 위하여 제안된 발명으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액상수지처리법을 적용함에도 사폭의 변이계수가 매우 낮아 균일한 사폭을 갖는 그리드 직물용 수지 코팅 탄소섬유 및 그의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is an invention proposed to solve the disadvantages of the resin coating method through the above-described melt extrusion method and the resin coating method through the liquid resin treatment method. It is intended to provide a resin-coated carbon fiber for grid fabric having a uniform yarn width with a very low modulus and a manufacturing method thereof.

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

상기 목적은, 연속된 탄소섬유에 고분자 수지가 코팅된 수지 코팅 탄소섬유로서, 사폭의 변이계수(Coefficient of Variation)가 5% 이하인 수지 코팅 탄소섬유에 의해 달성된다.The above object is achieved by a resin-coated carbon fiber in which a polymer resin is coated on continuous carbon fiber, and the coefficient of variation of yarn width is 5% or less.

바람직하게는, 사폭의 변이계수는 수지 코팅 탄소섬유에 대해 0℃ 내지 50℃ 온도에서, 100m 이상의 길이 내에서 임의의 20개 구간을 측정한 것일 수 있다.Preferably, the coefficient of variation of the yarn width may be measured at any 20 sections within a length of 100 m or more at a temperature of 0 ° C to 50 ° C for the resin-coated carbon fiber.

바람직하게는, 고분자 수지의 유리전이온도는 20℃ 이상일 수 있다.Preferably, the polymer resin may have a glass transition temperature of 20°C or higher.

바람직하게는, 수지 코팅 탄소섬유는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 길이 300mm인 상태에서 양쪽 끝을 파지한 후 한쪽 끝을 놓고 30초 후 처진 길이를 측정했을 때 양 끝의 높이 차이가 30 내지 70 mm일 수 있다.Preferably, the resin-coated carbon fiber has a height difference of 30 to 70 mm at both ends when the length of the resin-coated carbon fiber is 300 mm at a temperature of 0 ° C to 50 ° C. can be

바람직하게는, 수지 코팅 탄소섬유의 평균 사폭은 0℃ 내지 50℃ 온도에서 4 내지 8mm일 수 있다.Preferably, the average yarn width of the resin-coated carbon fiber may be 4 to 8 mm at a temperature of 0 ° C to 50 ° C.

바람직하게는, 수지 코팅 탄소섬유의 평균 두께는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 1.3 내지 3 mm일 수 있다.Preferably, the average thickness of the resin-coated carbon fiber may be 1.3 to 3 mm at a temperature of 0 ° C to 50 ° C.

바람직하게는, 수지 코팅 탄소섬유 전체 중량 중 고분자 수지 20 내지 40 중량%가 코팅된 것일 수 있다.Preferably, 20 to 40% by weight of the polymer resin based on the total weight of the resin-coated carbon fibers may be coated.

바람직하게는, 고분자 수지는 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바스산 중에서 선택되는 적어도 하나의 바인더를 포함하는 것일 수 있다.Preferably, the polymer resin may include at least one binder selected from caprolactam, hexamethylenediamine, adipic acid, and sebacic acid.

바람직하게는, 고분자 수지는 증류수에 수분산된 고분자 수지를 포함하는 수분산 코팅액을 사용하여 탄소섬유에 코팅된 것일 수 있다.Preferably, the polymer resin may be coated on the carbon fiber using an aqueous dispersion coating solution containing the polymer resin dispersed in distilled water.

바람직하게는, 수분산 코팅액은 폴리에틸렌아크릴산 공중합체를 더 포함하는 것일 수 있다.Preferably, the aqueous dispersion coating solution may further include a polyethylene acrylic acid copolymer.

바람직하게는, 수분산 코팅액은 고분자 수지 100 중량부에 대해 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 9 내지 200 중량부를 포함하는 것일 수 있다.Preferably, the aqueous dispersion coating solution may include 9 to 200 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer based on 100 parts by weight of the polymer resin.

바람직하게는, 수분산 코팅액은 증류수 100 중량부에 대해 고분자 수지 10 내지 45 중량부 및 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 4 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.Preferably, the aqueous dispersion coating solution may include 10 to 45 parts by weight of a polymer resin and 4 to 20 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer based on 100 parts by weight of distilled water.

또한, 상기 목적은, 연속된 탄소섬유를 고분자 수지가 수분산된 수분산 코팅액에 침지하여 함침시키는 단계, 수분산 코팅액이 함침된 탄소섬유를 건조하여 수분을 제거하는 단계, 건조된 탄소섬유를 2개 이상의 히팅롤을 통과시켜 가열 및 개섬하는 단계 및 히팅롤을 통해 가열된 탄소섬유를 2개 이상의 쿨링롤을 통해 냉각시켜 탄소섬유의 사폭을 조절하는 단계를 포함하는 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, the above object is to immerse and impregnate the continuous carbon fibers in a water dispersion coating liquid in which a polymer resin is dispersed in water, dry the carbon fibers impregnated with the water dispersion coating liquid to remove moisture, and dry the carbon fibers to 2 A method for producing resin-coated carbon fibers, comprising the steps of heating and opening fibers by passing them through at least one heating roll and cooling the carbon fibers heated through the heating rolls through two or more cooling rolls to adjust the yarn width of the carbon fibers. is achieved by

바람직하게는, 수분산된 코팅액은 증류수 100 중량부에 대해 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바스산 중에서 선택되는 적어도 하나의 바인더 10 내지 45 중량부 및 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 4 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.Preferably, the water-dispersed coating solution contains 10 to 45 parts by weight of at least one binder selected from caprolactam, hexamethylenediamine, adipic acid and sebacic acid and 4 to 20 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer based on 100 parts by weight of distilled water. may include

바람직하게는, 히팅롤은 사폭의 확장 범위를 제한하는 Π 형상의 홈이 구비된 것일 수 있다.Preferably, the heating roll may be provided with a Π-shaped groove that limits the expansion range of the yarn width.

바람직하게는, 히팅롤의 온도는 고분자 수지의 유리전이온도 내지 녹는점 사이의 온도일 수 있다.Preferably, the temperature of the heating roll may be a temperature between the glass transition temperature and the melting point of the polymer resin.

바람직하게는, 쿨링롤은 수지 코팅 탄소섬유의 형상 제어를 위해 닙(nip)롤로 구비되는 것일 수 있다.Preferably, the cooling roll may be provided as a nip roll to control the shape of the resin-coated carbon fiber.

바람직하게는, 히팅롤과 쿨링롤 사이의 온도 차는 10 내지 100℃일 수 있다.Preferably, the temperature difference between the heating roll and the cooling roll may be 10 to 100 °C.

또한, 상기 목적은, 내진 보강을 위한 그리드 직물로 사용되는, 상술한 수지 코팅 탄소섬유에 의해 달성된다.In addition, the above object is achieved by the above-described resin-coated carbon fiber used as a grid fabric for earthquake-resistant reinforcement.

본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유 및 그의 제조방법에 따르면, 유리전이온도가 20℃ 이상인 고분자 수지가 수분산된 코팅액을 이용한 액상 침지 법을 사용하여 균일한 사폭을 갖는 등의 효과가 있다.According to the resin-coated carbon fiber and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, an effect such as having a uniform yarn width is obtained by using a liquid dipping method using a coating liquid in which a polymer resin having a glass transition temperature of 20 ° C or higher is dispersed in water. there is.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유 및 그의 제조방법에 따르면, 그리드 직물 제직 시에 사폭이 균일하여 그리드 직물의 품위와 위치 별 물성이 균일한 등의 효과가 있다.In addition, according to the resin-coated carbon fiber and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the thread width is uniform during weaving of the grid fabric, so that the quality of the grid fabric and the physical properties of each position are uniform.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유 및 그의 제조방법에 따르면, 유연성이 우수하여 권취가 용이하고, 그리드 직물 제직 시에 주행 각도가 크게 꺾일 경우에도 수지 코팅 탄소섬유가 파손될 염려가 없고, 그리드 직물의 탄성이 우수하여 그리드 구조가 뒤틀리지 않으며 그리드 직물의 물성 발현율이 우수한 등의 효과가 있다.In addition, according to the resin-coated carbon fiber and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, it is easy to wind due to its excellent flexibility, and there is no fear of damage to the resin-coated carbon fiber even when the running angle is greatly bent during weaving a grid fabric. There is no, and the elasticity of the grid fabric is excellent, so the grid structure is not distorted, and the physical property expression rate of the grid fabric is excellent.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유 및 그의 제조방법에 따르면, 내진 보강을 위한 그리드 직물용 수지 코팅 탄소섬유를 간단하고 안전하게 제조할 수 있는 등의 효과가 있다.In addition, according to the resin-coated carbon fiber and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, there are effects such as simple and safe manufacturing of the resin-coated carbon fiber for grid fabric for seismic reinforcement.

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 effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법에 사용되는 히팅롤의 구조 및 주행 공정 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법에 사용되는 히팅롤의 Π형상에서 수지 코팅 탄소섬유가 개섬되는 것을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법에 사용되는 쿨링롤의 구조 및 주행 공정 모식도이다.
도 5는 수지 코팅 탄소섬유의 드레이프성을 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.
1 is a flowchart showing a method for manufacturing a resin-coated carbon fiber according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of the structure and running process of a heating roll used in the method of manufacturing resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view illustrating the opening of resin-coated carbon fibers in the Π shape of a heating roll used in the method of manufacturing resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of the structure and driving process of a cooling roll used in the method of manufacturing resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram explaining a method for measuring drapability of resin-coated carbon fibers.

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 skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many 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 the drawings, the thickness is shown enlarged to clearly express the various layers and regions. Like reference numerals have been assigned to like parts throughout the specification. When a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be "directly on" another part, it means that there is no other part in between.

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 may be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described herein.

본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유는 연속된 탄소섬유에 고분자 수지가 코팅된 것이다.The resin-coated carbon fiber according to an embodiment of the present invention is one in which a polymer resin is coated on continuous carbon fiber.

일 실시예에서, 연속된 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유, 피치(pitch)계 탄소섬유 및 레이온계 탄소섬유 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.In one embodiment, the continuous carbon fibers preferably include at least one of PAN-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, and rayon-based carbon fibers.

또한, 탄소섬유 토우의 토우당 필라멘트의 수는 1,000개 내지 50,000개인 것이 바람직하다. 필라멘트의 수가 1,000개 미만인 경우에는 부피당 면적비가 낮아 제조 비용이 상승하는 단점이 있고, 50,000개를 초과하는 경우에는 탄소섬유 토우당 필라멘트의 결점이 많아져 제조된 수지 코팅 탄소섬유를 이용한 그리드 직물의 인장강도 및/또는 압축강도가 낮아지는 단점이 발생한다.Also, the number of filaments per tow of the carbon fiber tow is preferably 1,000 to 50,000. If the number of filaments is less than 1,000, there is a disadvantage in that the area ratio per volume is low and the manufacturing cost increases, and if the number exceeds 50,000, the number of filaments per carbon fiber tow increases, and the tensile strength of the grid fabric using the manufactured resin-coated carbon fiber A disadvantage occurs in that strength and/or compressive strength are lowered.

일 실시예에서, 연속된 탄소섬유에 코팅된 고분자 수지의 유리전이온도는 20℃ 이상인 것이 바람직하다. 고분자 수지의 유리전이온도가 20℃ 미만일 경우 상온에서 수지의 유동성으로 인해 제조된 수지 코팅 탄소섬유의 사폭이 왜곡될 가능성, 즉 본 발명에서 제조되는 코팅 섬유는 특정 사폭으로 정해지는데, 유리전이온도가 낮으면 수지 유동성으로 인해 장력, 권취 공정 시 주행하게 되는 가이드롤에의 마찰 등의 외력으로부터 수지 코팅 탄소섬유의 사폭이 변형될 가능성이 높기 때문이다. In one embodiment, the glass transition temperature of the polymer resin coated on the continuous carbon fibers is preferably 20 °C or higher. When the glass transition temperature of the polymer resin is less than 20 ° C, the yarn width of the resin-coated carbon fiber produced is likely to be distorted due to the fluidity of the resin at room temperature, that is, the coated fiber produced in the present invention is set to a specific yarn width, but the glass transition temperature If it is low, it is because the yarn width of the resin-coated carbon fiber is highly likely to be deformed from external forces such as tension due to resin fluidity and friction with guide rolls running during the winding process.

일 실시예에서, 고분자 수지는 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바스산 중에서 선택되는 적어도 하나의 바인더를 포함할 수 있다. 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바스산은 폴리아미드 수지의 전구체 물질로서 상기 물질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 수지에 비하여 코팅 후 탄소섬유로부터 탈락되는 빈도가 낮아 탄소섬유 코팅제로서 적합하다. 또한, 폴리아미드 수지를 그대로 사용하려면 용융압출법이 필요하며, 히팅롤 및 쿨링롤을 사용한 사폭 제어에 필요한 온도 조건이 가혹할 수 있고, 전구체 혼합물 대비 탄성이 강하기 때문에 수지 코팅 탄소섬유의 권취나 그리드 직물 제직 공정에 부적합할 수 있기 때문에, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바스산 중에서 적어도 하나의 바인더를 포함할 수 있고, 바람직하게는 이들 모두를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the polymer resin may include at least one binder selected from caprolactam, hexamethylenediamine, adipic acid, and sebacic acid. Caprolactam, hexamethylenediamine, adipic acid and sebacic acid are precursor materials for polyamide resins, and these materials are suitable as carbon fiber coating agents because they are less likely to be removed from carbon fibers after coating than resins such as polypropylene and polyethylene. In addition, to use polyamide resin as it is, a melt extrusion method is required, the temperature conditions required for controlling the width of the yarn using a heating roll and a cooling roll can be severe, and since the elasticity is stronger than that of the precursor mixture, winding of resin-coated carbon fiber or grid fabric Since it may be unsuitable for the weaving process, in order to achieve the object of the present invention, it may include at least one binder among caprolactam, hexamethylenediamine, adipic acid, and sebacic acid, preferably all of them. can

일 실시예에서, 고분자 수지는 수지 코팅 탄소섬유 전체 중량 중 고분자 수지 20 내지 40 중량%가 코팅된 것일 수 있다. 이는 상기 코팅액 내의 고분자 수지 고형분의 농도와 연관되는 것으로, 고분자 수지가 20 중량% 미만인 경우 수지 코팅 탄소섬유의 사폭이 외력에 의해 변동되기 쉬우며, 40 중량% 초과인 경우 수분산 안정성이 떨어지고 과량의 수지가 코팅되어 수지 코팅 탄소섬유가 물리적으로 파손될 우려가 있기 때문이다. 예를 들면, 고분자 수지가 40 중량%를 초과할 경우 수지 코팅 탄소섬유가 경질의 특성을 가져 그리드 직물 제직 공정에서 주행 각도가 크게 꺾일 경우 토우가 파손될 수 있다. In one embodiment, the polymer resin may be coated with 20 to 40% by weight of the polymer resin based on the total weight of the resin-coated carbon fiber. This is related to the concentration of the polymer resin solid content in the coating solution. If the polymer resin is less than 20% by weight, the yarn width of the resin-coated carbon fiber is easily changed by external force, and if it exceeds 40% by weight, the water dispersion stability is poor and excessive This is because there is a possibility that the resin-coated carbon fiber may be physically damaged due to the coating of the resin. For example, if the polymer resin exceeds 40% by weight, the tow may be damaged when the running angle is greatly bent in the grid fabric weaving process because the resin-coated carbon fiber has a hard property.

본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유는 증류수에 수분산된 고분자 수지를 포함하는 수분산 코팅액을 사용하여 고분자 수지가 탄소섬유에 코팅된 것일 수 있다. 즉, 수지 코팅 탄소섬유의 제조 시 고분자 수지는 증류수에 수분산된 코팅액 형태로 탄소섬유에 코팅(함침)된다.Resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention may be coated with a polymer resin on carbon fibers using a water dispersion coating solution containing a polymer resin dispersed in distilled water. That is, during the manufacture of resin-coated carbon fibers, the polymer resin is coated (impregnated) on the carbon fibers in the form of a coating liquid dispersed in distilled water.

일 실시예에서, 고분자 수지를 포함하는 수분산 코팅액은 고분자 수지의 수분산 안정성을 위해 분산제로 폴리에틸렌아크릴산 공중합체를 더 포함하는 것이 바람직하다.In one embodiment, the water dispersion coating solution containing the polymer resin preferably further includes a polyethylene acrylic acid copolymer as a dispersant for water dispersion stability of the polymer resin.

일 실시예에서, 수분산 코팅액은 고분자 수지 100 중량부에 대해 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 9 내지 200 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 폴리에틸렌아크릴산 공중합체의 함량이 9 중량부 미만이면 바인더 물질의 분산 안정성이 저해되어 길이 방향으로의 수지 코팅량이 균일하지 못하고, 200 중량부를 초과하면 탄소섬유와의 바인딩이 저해될 수 있다.In one embodiment, the aqueous dispersion coating solution preferably includes 9 to 200 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer based on 100 parts by weight of the polymer resin. If the content of the polyethylene acrylic acid copolymer is less than 9 parts by weight, the dispersion stability of the binder material is impaired and the resin coating amount in the longitudinal direction is not uniform, and if it exceeds 200 parts by weight, binding with carbon fibers may be inhibited.

일 실시예에서, 고분자 수지가 수분산된 수분산 코팅액은 증류수 100 중량부에 대하여 고분자 수지(바인더 물질) 10 내지 45 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 15 내지 35 중량부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 고분자 수지의 함량이 10 중량부 미만으로 수분산될 경우 수지 코팅 탄소섬유의 사폭이 외력에 의해 변동되기 쉬우며, 45 중량부 초과로 수분산될 경우 수분산 안정성이 떨어지고 과량의 수지가 코팅되어 수지 코팅 탄소섬유가 물리적으로 파손될 우려가 있다. 예를 들면 고분자 수지 고형분이 45 중량부를 초과하면 수지 코팅 탄소섬유가 경질의 특성을 가져 그리드 직물 제직 공정에서 주행 각도가 크게 꺾일 경우 수지 코팅 탄소섬유가 파손될 수 있다. In one embodiment, the aqueous dispersion coating solution in which the polymer resin is dispersed in water preferably contains 10 to 45 parts by weight of the polymer resin (binder material), more preferably 15 to 35 parts by weight, based on 100 parts by weight of distilled water. When the content of the polymer resin is dispersed in less than 10 parts by weight, the yarn width of the resin-coated carbon fiber is easily changed by external force, and when the content of the polymer resin is dispersed in more than 45 parts by weight, the water dispersion stability is deteriorated and an excessive amount of resin is coated. There is a possibility that the coated carbon fiber is physically damaged. For example, if the polymer resin solid content exceeds 45 parts by weight, the resin-coated carbon fiber has a hard property, and the resin-coated carbon fiber may be damaged when the running angle is greatly bent in the grid fabric weaving process.

일 실시예에서, 고분자 수지가 수분산된 수분산 코팅액은 증류수 100 중량부에 대해 분산제인 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 4 내지 20 중량부를 포함하는 것이 바람직하고, 6.5 내지 15 중량부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 폴리에틸렌아크릴산 공중합체의 함량이 4 중량부 미만이면 바인더 물질의 분산 안정성이 저해되어 길이 방향으로의 수지 코팅량이 균일하지 못하며, 20 중량부 초과할 경우 탄소섬유와의 바인딩이 저해될 수 있다.In one embodiment, the aqueous dispersion coating solution in which the polymer resin is dispersed in water preferably contains 4 to 20 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer as a dispersing agent, more preferably 6.5 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of distilled water. If the content of the polyethylene acrylic acid copolymer is less than 4 parts by weight, the dispersion stability of the binder material is impaired, so that the resin coating amount in the longitudinal direction is not uniform, and if it exceeds 20 parts by weight, binding with carbon fibers may be inhibited.

본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유는 사폭의 편차를 나타내는 사폭의 변이계수(Coefficient of Variation)가 5% 이하인 것이 바람직하다. 이때, 사폭의 변이계수는 수지 코팅 탄소섬유에 대해 0℃ 내지 50℃ 온도에서, 100m 이상의 길이 내에서 임의의 20개 구간을 측정한 것일 수 있다. 사폭의 변이계수가 5% 초과인 경우 사폭의 편차가 커져 사폭이 불균일하여 그리드 직물의 품위와 위치 별 물성이 균일하지 않은 문제를 일으키기 때문에 위 범위로 하는 것이 바람직하다.The resin-coated carbon fiber according to an embodiment of the present invention preferably has a coefficient of variation of 5% or less of yarn width representing a variation in yarn width. At this time, the coefficient of variation of the yarn width may be measured at any 20 sections within a length of 100 m or more at a temperature of 0 ° C to 50 ° C for the resin-coated carbon fiber. If the coefficient of variation of the yarn width exceeds 5%, it is preferable to set it within the above range because the variation of the yarn width increases and the yarn width is non-uniform, causing a problem in which the quality of the grid fabric and the physical properties of each position are not uniform.

일 실시예에서, 수지 코팅 탄소섬유는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 길이 300mm인 수지 코팅 탄소섬유의 양쪽 끝을 파지한 후 한쪽 끝을 놓고 30초 후 처진 길이를 측정했을 때, 양 끝의 높이(처진 길이) 차이가 30 내지 70mm인 것이 바람직하고, 양쪽 끝의 높이 차이가 35 내지 50 mm인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 높이 차이가 30 mm보다 작으면 수지 코팅 탄소섬유의 유연성이 부족하므로 권취하기가 어렵고, 그리드 직물 제직 시에 주행 각도가 크게 꺾일 경우 수지 코팅 탄소섬유가 파손될 수 있고, 반면에 70mm보다 클 경우 그리드 직물의 탄성이 부족하여 그리드 구조가 뒤틀리고, 그리드 직물의 물성 발현율이 낮아질 우려가 있기 때문에 수지 코팅 탄소섬유는 위 범위의 드레이프성을 갖는 것이 바람직하다.In one embodiment, the resin-coated carbon fiber is the height of both ends ( It is preferable that the difference in sagging length) is 30 to 70 mm, and it is more preferable that the difference in height between both ends is 35 to 50 mm. If this height difference is less than 30 mm, it is difficult to wind the resin-coated carbon fiber due to lack of flexibility, and if the running angle is greatly bent during weaving the grid fabric, the resin-coated carbon fiber may be damaged. On the other hand, if it is greater than 70 mm, the grid Since the grid structure may be distorted due to insufficient elasticity of the fabric and the rate of physical property expression of the grid fabric may be lowered, the resin-coated carbon fiber preferably has a drape property within the above range.

일 실시예에서, 수지 코팅 탄소섬유는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 평균 사폭이 4 내지 8mm인 것이 바람직하다. 이때, 수지 코팅 탄소섬유의 평균 사폭이 4mm 미만인 경우 매트릭스 콘크리트와의 접촉 면적이 좁아져 강도 보강 효율이 낮아지는 문제를 가지며, 8mm 초과인 경우 그리드 직물의 탄성 저하로 인해 그리드 구조가 뒤틀리는 문제를 가진다.In one embodiment, the resin-coated carbon fiber preferably has an average yarn width of 4 to 8 mm at a temperature of 0 ° C to 50 ° C. At this time, when the average yarn width of the resin-coated carbon fiber is less than 4 mm, the contact area with the matrix concrete is narrowed, resulting in a decrease in strength reinforcement efficiency. .

일 실시예에서, 수지 코팅 탄소섬유는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 평균 두께가 1.3 내지 3mm인 것이 바람직하다. 이때, 수지 코팅 탄소섬유의 평균 두께가 1.3mm 미만인 경우 그리드 직물의 탄성 저하로 인해 그리드 구조가 뒤틀리는 문제를 가지며, 3mm 초과인 경우 매트릭스 콘크리트와의 접촉 면적이 좁아져 강도 보강 효율이 낮아지는 문제를 가진다. 수지 코팅 탄소섬유의 두께를 한정하는 의의는 상기 평균 사폭의 의의와 일맥상통한다.In one embodiment, the resin-coated carbon fiber preferably has an average thickness of 1.3 to 3 mm at a temperature of 0 ° C to 50 ° C. At this time, if the average thickness of the resin-coated carbon fiber is less than 1.3mm, the grid structure has a problem of distortion due to the decrease in elasticity of the grid fabric, and if it is more than 3mm, the contact area with the matrix concrete is narrowed and the strength reinforcement efficiency is lowered. have The meaning of limiting the thickness of the resin-coated carbon fiber is in line with the meaning of the average yarn width.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart showing a method for manufacturing a resin-coated carbon fiber according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법은 연속된 탄소섬유를 고분자 수지가 수분산된 수분산 코팅액에 침지하여 함침시키는 단계(S101), 수분산 코팅액이 함침된 탄소섬유를 건조하여 수분을 제거하는 단계(S102), 건조된 탄소섬유를 2개 이상의 히팅롤을 통과시켜 가열 및 개섬하는 단계(S103) 및 히팅롤을 통해 가열된 탄소섬유를 2개 이상의 쿨링롤을 통해 냉각시켜 탄소섬유의 사폭을 조절하는 단계(S104)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for manufacturing resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention includes the steps of immersing and impregnating continuous carbon fibers in a water dispersion coating solution in which a polymer resin is dispersed (S101), Drying the impregnated carbon fiber to remove moisture (S102), heating and opening the dried carbon fiber by passing it through two or more heating rolls (S103), and heating the carbon fiber heated through the heating roll to two or more and adjusting the yarn width of the carbon fibers by cooling them through a cooling roll (S104).

먼저, 연속된 탄소섬유를 고분자 수지가 수분산된 수분산 코팅액에 침지하여 함침시키는 단계(S101)에서는 고분자 수지를 증류수에 분산시켜 형성된 수분산된 수분산 코팅액에 연속된 탄소섬유를 침지하여 함침시킨다. 이때, 고분자 수지가 수분산된 수분산 코팅액은 증류수 100 중량부에 대하여 고분자 수지(바인더) 10 내지 45 중량부 및 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 4 내지 20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.First, in the step of immersing and impregnating continuous carbon fibers in a water dispersion coating solution in which a polymer resin is dispersed in water (S101), continuous carbon fibers are immersed and impregnated in a water dispersion coating solution formed by dispersing a polymer resin in distilled water. . At this time, the aqueous dispersion coating solution in which the polymer resin is dispersed in water preferably includes 10 to 45 parts by weight of a polymer resin (binder) and 4 to 20 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer based on 100 parts by weight of distilled water.

다음으로, 수분산 코팅액이 함침된 탄소섬유를 건조하여 수분을 제거하는 단계(S102)에서는 탄소섬유에 침지된 수분산 코팅액에서 수분을 건조시켜 탄소섬유에 탄소섬유 고분자 수지만이 코팅되도록 한다. 이때, 건조는 100℃ 내지 150℃인 것이 바람직하고, 105℃ 내지 130℃에서 2분 내지 5분 동안 건조하는 것이 더욱 바람직하다. 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 수분 제거가 불가능하고, 150℃ 초과인 경우 코팅액이 비산되어 균일한 코팅을 할 수 없을 뿐만 아니라 고분자 수지가 건조 오븐 내의 롤에 달라붙어 섬유 손상을 야기하는 단점이 있다.Next, in step S102 of drying the carbon fiber impregnated with the water dispersion coating liquid to remove water, the water is dried from the water dispersion coating liquid immersed in the carbon fiber so that only the carbon fiber polymer resin is coated on the carbon fiber. At this time, drying is preferably performed at 100° C. to 150° C., more preferably at 105° C. to 130° C. for 2 minutes to 5 minutes. If the drying temperature is less than 100 ° C., it is impossible to remove moisture, and if it exceeds 150 ° C., the coating liquid is scattered and uniform coating cannot be performed, and the polymer resin adheres to the rolls in the drying oven and causes fiber damage.

다음으로, 건조된 탄소섬유를 2개 이상의 히팅롤을 통과시켜 가열 및 개섬하는 단계(S103)에서는 수분을 제거하는 단계(S102)를 완료한 후 히팅롤에 접촉하여 가열되며 동시에 탄소섬유가 개섬되는 단계이다. 이때, 히팅롤의 온도는 고분자 수지의 유리전이온도 내지 녹는점 사이의 온도가 적합하다. 히팅롤은 고분자 수지를 유리전이온도 이상으로 가열하여 유동성을 부여하며, 녹는점 이하로 제어함으로써 고분자 수지가 녹아 달라붙는 현상으로 야기되는 섬유 손상을 방지할 수 있다. Next, in the step of heating and opening the dried carbon fiber by passing it through two or more heating rolls (S103), after completing the step of removing moisture (S102), it is heated by contacting the heating roll, and at the same time, the carbon fiber is opened. It is a step. At this time, the temperature of the heating roll is suitable for a temperature between the glass transition temperature and the melting point of the polymer resin. The heating roll heats the polymer resin above the glass transition temperature to provide fluidity, and by controlling the melting point below, it is possible to prevent fiber damage caused by melting and sticking of the polymer resin.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법에 사용되는 히팅롤의 구조 및 주행 공정 모식도이다. 도 2를 참조하면, 2개 이상의 히팅롤(210)이 배치되고 히팅롤(210)을 통해 건조된 탄소섬유가 가열 및 개섬된다. 이때, 히팅롤(210)은 서로 다른 직경을 가지는 히팅롤(210)이 교대로 배치될 수 있다.2 is a schematic view of the structure and running process of a heating roll used in the method of manufacturing resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , two or more heating rolls 210 are disposed, and dried carbon fibers are heated and opened through the heating rolls 210 . In this case, heating rolls 210 having different diameters may be alternately disposed.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법에 사용되는 히팅롤의 Π형상에서 수지 코팅 탄소섬유가 개섬되는 것을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 히팅롤은 Π형상의 홈이 구비된 것이 바람직하다. 히팅롤의 Π형상은 본 발명에서 제공하는 수지 코팅 탄소섬유의 사폭의 확장 범위를 제한하여 사폭을 균일하게 제어한다. 수지 코팅 탄소섬유는 히팅롤을 지나면서 가열되어 사폭이 확장(301 내지 304)되는데, Π형상으로 인해 개섬되는 범위가 한정되어 최종적으로 수지 코팅 탄소섬유의 사폭을 균일하게 제어한다. 여기서, 히팅롤의 개수 및 지름과 Π형상의 너비 및 온도는 요구되는 개섬 폭에 따라 달라질 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 통상적으로 이해할 수 있을 것이다.FIG. 3 is a schematic view illustrating the opening of resin-coated carbon fibers in the Π shape of a heating roll used in the method of manufacturing resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the heating roll is preferably provided with a Π-shaped groove. The Π shape of the heating roll uniformly controls the yarn width by limiting the expansion range of the yarn width of the resin-coated carbon fiber provided in the present invention. The resin-coated carbon fiber is heated while passing through the heating roll, and the yarn width is expanded (301 to 304). Here, it will be commonly understood by those skilled in the art that the number and diameter of the heating rolls and the width and temperature of the Π shape may vary depending on the required opening width.

다음으로, 히팅롤을 통해 가열된 탄소섬유를 2개 이상의 쿨링롤을 통해 냉각시켜 탄소섬유의 사폭을 조절하는 단계(S104)에서는 히팅롤에 의해 개섬된 수지 코팅 탄소섬유를 쿨링롤을 통과시켜 냉각시킨다.Next, in the step of adjusting the yarn width of the carbon fibers by cooling the carbon fibers heated through the heating rolls through two or more cooling rolls (S104), the resin-coated carbon fibers opened by the heating rolls are cooled by passing them through the cooling rolls. let it

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법에 사용되는 쿨링롤의 구조 및 주행 공정 모식도이다. 도 4를 참조하면, 히팅롤(310)을 통과하여 가열 및 개섬된 탄소섬유가 쿨링롤(410)을 통과하는 과정에서 고분자 수지의 열수축에 의해 사폭이 좁아진다. 이때, 쿨링롤(410)은 수지 코팅 탄소섬유의 형상 제어를 위해 닙(nip)롤로서구비될수있다. 사폭이 좁아지는 범위는 상기 히팅롤(410)의 온도와 본 단계의 쿨링롤의 온도 차이에 의해 결정되며, 수지 코팅 탄소섬유가 냉각되는 속도에 따라 2개 이상의 쿨링롤(410)이 구비될 수 있다.4 is a schematic view of the structure and driving process of a cooling roll used in the method of manufacturing resin-coated carbon fibers according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4 , while the carbon fibers heated and opened through the heating roll 310 pass through the cooling roll 410 , the yarn width is narrowed due to thermal contraction of the polymer resin. At this time, the cooling roll 410 may be provided as a nip roll to control the shape of the resin-coated carbon fiber. The narrowing range of the yarn width is determined by the temperature difference between the temperature of the heating roll 410 and the cooling roll in this step, and two or more cooling rolls 410 may be provided depending on the cooling speed of the resin-coated carbon fiber. there is.

또한, S103 단계의 히팅롤과 S104 단계의 쿨링롤 사이의 온도 차가 10 내지 100℃인 것이 바람직하다. 이때, 온도 차이 10℃ 미만인 경우 온도 차이가 너무 작기 때문에 고분자 수지의 열수축 효과가 잘 발현되지 않는 문제가 있으며, 100℃ 초과인 경우 고분자 수지의 열수축 정도가 심해져 수지 코팅 탄소섬유의 사폭이 필요 이상으로 좁아지는 문제가 있다.In addition, it is preferable that the temperature difference between the heating roll in step S103 and the cooling roll in step S104 is 10 to 100°C. At this time, if the temperature difference is less than 10 ℃, there is a problem that the heat shrinkage effect of the polymer resin is not well expressed because the temperature difference is too small. There is a narrowing problem.

상술한 제조방법에 의해 제조되는 수지 코팅 탄소섬유는 단면이 사다리꼴 구조이며, 코팅된 고분자 수지는 수지 코팅 탄소섬유 전체 중량 중 20 내지 40 중량%인 것이 바람직하다. 이는 고분자 수지가 수분산된 코팅액 내의 고분자 수지 고형분의 농도와 연관되는 것으로, 고분자 수지가 20 중량% 미만인 경우 수지 코팅 탄소섬유의 사폭이 외력에 의해 변동되기 쉬우며, 40 중량% 초과인 경우 수분산 안정성이 떨어지고 과량의 수지가 코팅되어 수지 코팅 탄소섬유가 물리적으로 파손될 우려가 있다.The resin-coated carbon fiber produced by the above-described manufacturing method has a trapezoidal cross section, and the coated polymer resin is preferably 20 to 40% by weight of the total weight of the resin-coated carbon fiber. This is related to the concentration of the polymer resin solid content in the coating solution in which the polymer resin is dispersed in water. When the polymer resin is less than 20% by weight, the yarn width of the resin-coated carbon fiber is easily changed by external force, and when the polymer resin is greater than 40% by weight, the water dispersion There is a risk of physical damage to the resin-coated carbon fiber due to poor stability and excessive coating of the resin.

또한 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유는 내진 보강을 위한 그리드 직물로 사용되는 것이 적합할 수 있다.In addition, although not limited thereto, the resin-coated carbon fiber according to an embodiment of the present invention may be suitable for use as a grid fabric for seismic reinforcement.

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: 고분자 수지가 수분산된 코팅액 제조Preparation Example 1: Preparation of a coating solution in which a polymer resin is dispersed in water

폴리에틸렌아크릴산 공중합체(sigma-aldrich)를 비드밀 장비를 이용하여 입경 2㎛ 이하가 되도록 충분히 분쇄하고, 증류수 10L에 분쇄된 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 651.98g을 첨가한 후 용기 상부를 알루미늄 호일로 막고 자력 교반기를 이용하여 용액이 잘 섞이도록 하는 동시에, 80℃로 가열하면서 초음파 분산기를 작동시켰다.Polyethylene acrylic acid copolymer (sigma-aldrich) is sufficiently pulverized to a particle diameter of 2 μm or less using bead mill equipment, and 651.98 g of the pulverized polyethylene acrylic acid copolymer is added to 10 L of distilled water, then the upper part of the container is covered with aluminum foil and a magnetic stirrer While the solution was mixed well using the ultrasonic disperser while heating to 80 ℃.

다음으로, 10시간 경과 후 폴리에틸렌아크릴산 공중합체가 정제수에 완전히 녹은 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 용액에 고분자 물질인 카프로락탐(sigma-aldrich社) 956.24g, 헥사메틸렌디아민(sigma-aldrich社) 239.06g, 아디프산 217.33g 및 세바스산 130.40g을 첨가하고 용기 상부를 알루미늄 호일로 막고 자력 교반기를 이용하여 용액이 잘 섞이도록 하는 동시에, 95℃로 가열하면서 초음파 분산기를 24시간 작동시켜 고분자 수지 및 폴리에틸렌아크릴산 공중합체가 증류수에 완전히 분산된 코팅액을 제조하였다. 이때, 혼합된 고분자 수지의 녹는점은 155℃로 확인되었다.Next, after 10 hours, 956.24 g of caprolactam (Sigma-Aldrich), 239.06 g of hexamethylenediamine (Sigma-Aldrich), adip Add 217.33 g of acid and 130.40 g of sebacic acid, cover the top of the container with aluminum foil, mix the solution well using a magnetic stirrer, and operate the ultrasonic disperser for 24 hours while heating to 95 ° C to polymer resin and polyethylene acrylic acid copolymer. A coating solution completely dispersed in distilled water was prepared. At this time, the melting point of the mixed polymer resin was confirmed to be 155 ℃.

제조예 2: 코팅 공정Preparation Example 2: Coating process

제조예 1을 통해 제조된 고분자 수지가 수분산된 코팅액을 함침조에 넣고 탄소섬유(도레이첨단소재의 T700SC-50C-24k)가 함침조에 침지되도록 사도(공정 내 섬유의 주행 조건)를 구성하였다. 탄소섬유는 직경 260mm의 함침롤을 통해 침지되었으며 함침롤은 상시 하부로부터 100mm 이상 코팅액에 담겨있도록 관리하였다. 함침조를 통과한 후 탄소섬유를 120℃ 조건에서 3분간 건조하여 수분을 증발시켰다. 이 때 공정 라인의 장력은 700gf, 속도는 6m/min으로 유지하였다.The coating solution in which the polymer resin prepared in Preparation Example 1 was dispersed in water was put into an impregnation tank, and a slope (running condition of the fiber in the process) was configured so that the carbon fiber (T700SC-50C-24k of Toray Advanced Materials) was immersed in the impregnation tank. The carbon fiber was immersed through an impregnation roll having a diameter of 260 mm, and the impregnation roll was managed to be immersed in the coating solution at least 100 mm from the bottom at all times. After passing through the impregnation bath, the carbon fibers were dried at 120° C. for 3 minutes to evaporate moisture. At this time, the tension of the process line was maintained at 700 gf and the speed at 6 m/min.

제조예 3: 사폭 균일화 공정Preparation Example 3: Yarn Width Uniformization Process

제조예 2를 통해 얻은 건조된 수지 코팅 탄소섬유를 너비 8mm와 깊이 5mm의 Π형상이 구비된 히팅롤에 통과시켜 개섬하였다. 이때, 히팅롤의 배치는 직경 150mm - 직경 70mm - 직경 150mm의 3단 구조이고, 각 롤의 중심은 일직선으로 유지하였다(직경은 탄소섬유가 접촉하는 히팅롤의 외경 기준). 히팅롤의 온도는 95℃를 유지하였다.The dried resin-coated carbon fibers obtained in Preparation Example 2 were opened by passing them through a heating roll having a Π shape having a width of 8 mm and a depth of 5 mm. At this time, the arrangement of the heating rolls was a three-stage structure of 150 mm in diameter - 70 mm in diameter - 150 mm in diameter, and the center of each roll was kept in a straight line (the diameter is based on the outer diameter of the heating roll in contact with the carbon fiber). The temperature of the heating roll was maintained at 95°C.

히팅롤을 통과하여 개섬된 수지 코팅 탄소섬유를 쿨링롤을 이용하여 냉각시킨 후 구비된 지관에 권취하였다. 이때, 150mm 직경의 닙롤 1 세트, 단일 롤 2개를 적용하였다. 닙롤의 경우 압력 1kgf와 온도 60℃를 유지하였으며, 이후의 쿨링롤은 순서대로 35℃와 상온을 유지하였다. 이때 공정 라인의 장력은 700gf, 속도는 6m/min으로 유지하였다.The resin-coated carbon fiber opened through the heating roll was cooled using a cooling roll, and then wound around the provided paper tube. At this time, one set of 150 mm diameter nip rolls and two single rolls were applied. In the case of the nip roll, a pressure of 1 kgf and a temperature of 60 ° C were maintained, and the subsequent cooling rolls were sequentially maintained at 35 ° C and room temperature. At this time, the tension of the process line was maintained at 700 gf and the speed at 6 m/min.

[실시예 2][Example 2]

히팅롤의 온도를 120℃로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the heating roll was applied at 120 ° C.

[실시예 3][Example 3]

쿨링롤의 온도를 60℃에서 80℃로, 35℃에서 40℃로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the cooling roll was changed from 60 °C to 80 °C and from 35 °C to 40 °C.

[실시예 4][Example 4]

쿨링롤의 온도를 60℃에서 50℃로, 35℃에서 30℃로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the cooling roll was changed from 60 °C to 50 °C and from 35 °C to 30 °C.

[실시예 5][Example 5]

히팅롤의 구조를 [직경 150mm - 직경 70mm - 직경 150mm - 직경 70mm - 직경 150mm]의 5단 구조로 구성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the structure of the heating roll was configured in a five-layer structure of [diameter 150 mm - diameter 70 mm - diameter 150 mm - diameter 70 mm - diameter 150 mm].

[실시예 6][Example 6]

히팅롤의 온도를 80℃로 적용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.A resin-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 5, except that the temperature of the heating roll was set at 80 °C.

[실시예 7] [Example 7]

제조예 1의 코팅액 제조 과정에서 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 1476.24g, 카프로락탐 2165.15g, 헥사메틸렌디아민 541.29g, 아디프산 492.08g, 세바스산 295.25g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.In the process of preparing the coating solution of Preparation Example 1, 1476.24 g of polyethylene acrylic acid copolymer, 2165.15 g of caprolactam, 541.29 g of hexamethylenediamine, 492.08 g of adipic acid, and 295.25 g of sebacic acid were used, but the same resin coating carbon as in Example 1. fibers were made.

[실시예 8][Example 8]

히팅롤의 Π형상 홈의 너비가 5mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the width of the Π-shaped groove of the heating roll was 5 mm.

[실시예 9] [Example 9]

제조예 1의 코팅액 제조 과정에서 카프로락탐 1396.33g, 헥사메틸렌디아민 59.77g, 아디프산 54.33g, 세바스산 32.60g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that 1396.33 g of caprolactam, 59.77 g of hexamethylenediamine, 54.33 g of adipic acid, and 32.60 g of sebacic acid were used in the preparation of the coating solution of Preparation Example 1.

[비교예][Comparative example]

[비교예 1][Comparative Example 1]

히팅롤 및 쿨링롤을 적용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.A resin-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heating roll and the cooling roll were not applied.

[비교예 2][Comparative Example 2]

쿨링롤을 적용하지 않고 공기에 노출시키는 방법으로 상온까지 냉각한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.A resin-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cooling roll was not applied and cooled to room temperature by exposing to air.

[비교예 3][Comparative Example 3]

히팅롤을 적용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.A resin-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heating roll was not applied.

[비교예 4][Comparative Example 4]

개섬 시에 히팅롤 1개만 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that only one heating roll was applied at the time of fiber opening.

[비교예 5][Comparative Example 5]

히팅롤의 온도를 80℃로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.A resin-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the heating roll was applied at 80 °C.

[비교예 6] [Comparative Example 6]

히팅롤의 온도를 170℃로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the heating roll was applied at 170 ° C.

[비교예 7] [Comparative Example 7]

코팅액 제조 과정에서 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 197.03g, 카프로락탐 435.64g, 헥사메틸렌디아민 108.91g, 아디프산 99.01g, 세바스산 59.41g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that 197.03 g of polyethylene acrylic acid copolymer, 435.64 g of caprolactam, 108.91 g of hexamethylenediamine, 99.01 g of adipic acid, and 59.41 g of sebacic acid were used in the preparation of the coating solution. .

[비교예 8] [Comparative Example 8]

코팅액 제조 과정에서 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 2119.87g, 카프로락탐 3109.14g, 헥사메틸렌디아민 777.29g, 아디프산 706.62g, 세바스산 423.97g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that 2119.87 g of polyethylene acrylic acid copolymer, 3109.14 g of caprolactam, 777.29 g of hexamethylenediamine, 706.62 g of adipic acid, and 423.97 g of sebacic acid were used in the preparation of the coating solution. .

[비교예 9] [Comparative Example 9]

제조예 1의 코팅액 제조 과정에서 카프로락탐 1445.23g, 헥사메틸렌디아민 39.84g, 아디프산 36.22g, 세바스산 21.73g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수지 코팅 탄소섬유를 제조하였다.Resin-coated carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that 1445.23 g of caprolactam, 39.84 g of hexamethylenediamine, 36.22 g of adipic acid, and 21.73 g of sebacic acid were used in the preparation of the coating solution of Preparation Example 1.

실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 9에서 제조된 수지 코팅 탄소섬유에 대하여, 하기 실험예를 통해 물성을 평가하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.For the resin-coated carbon fibers prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 9, physical properties were evaluated through the following experimental examples, and the results are shown in Table 1.

[실험예][Experimental Example]

(1) 수지 코팅 탄소섬유의 고분자 수지 함량 측정(1) Measurement of polymer resin content of resin-coated carbon fiber

제조된 수지 코팅 탄소섬유를 5g씩 다섯 개의 시료로 절단한 후, 500℃로 가열된 전기로에 넣어 40분 간 고분자 수지를 제거하였다. 수지가 제거된 시료의 질량을 측정하여 아래 수식으로 계산하여 수지 코팅 탄소섬유의 수지 함량을 측정하였다. 다섯 개 시료의 평균값을 고분자 수지 함량으로 판단하였다.After cutting the prepared resin-coated carbon fiber into five samples of 5g each, the polymer resin was removed by putting it in an electric furnace heated to 500° C. for 40 minutes. The resin content of the resin-coated carbon fiber was measured by measuring the mass of the sample from which the resin was removed and calculating it using the formula below. The average value of the five samples was determined as the polymer resin content.

Figure 112021014124997-pat00001
Figure 112021014124997-pat00001

W0:수지 코팅 탄소섬유의 질량W 0 : mass of resin-coated carbon fiber

W1:고분자 수지를 제거한 탄소섬유의 질량W 1 : mass of carbon fiber from which polymer resin is removed

RC: 수지 코팅 탄소섬유의 고분자 수지 함량(%)RC: polymer resin content (%) of resin-coated carbon fiber

(2) 수지 코팅 탄소섬유 사폭 측정 및 변이계수 계산(2) Measurement of yarn width of resin-coated carbon fiber and calculation of coefficient of variation

제조된 수지 코팅 탄소섬유의 사폭은 5m 이상의 간격으로 20개 구간에 대하여 측정하였다. 0.01 mm까지 측정 가능한 전자식 버니어캘리퍼스를 이용하여 측정(w1,w2,w3,w4,w5,…,w20)하였다.The yarn width of the prepared resin-coated carbon fibers was measured for 20 sections at intervals of 5 m or more. It was measured (w 1 ,w 2 ,w 3 ,w 4 ,w 5 ,…,w 20 ) using an electronic vernier caliper capable of measuring up to 0.01 mm.

측정된 사폭 w1 내지 w20에 대하여 평균, 표준편차 및 변이계수를 계산하였다.Average, standard deviation and coefficient of variation were calculated for the measured slope w 1 to w 20 .

Figure 112021014124997-pat00002
Figure 112021014124997-pat00002

AVGw:사폭의 평균AVG w : Average of four widths

SDw:사폭의 표준편차SD w : Standard deviation of the square width

CV: 사폭의 변이계수(%)CV: coefficient of variation of sapok (%)

(3) 고분자 수지 고형분의 유리전이온도 측정(3) Measurement of glass transition temperature of polymer resin solids

본 발명에서 사용한 고분자 수지 고형분의 유리전이온도는 시차 주사 열량측정법(DSC)으로 측정하였다. 장비는 TA Instrument사의 Q2000을 사용하였고, 분당 10℃의 승온 속도를 적용하여 30℃ ~ 300℃까지 측정하였다.The glass transition temperature of the polymer resin solids used in the present invention was measured by differential scanning calorimetry (DSC). As the equipment, TA Instrument's Q2000 was used, and the temperature was measured from 30 °C to 300 °C by applying a heating rate of 10 °C per minute.

(4) 수지 코팅 탄소섬유의 드레이프(drape)성 측정(4) Measurement of drape of resin-coated carbon fibers

도 5에 도시된 바와 같이, 제조된 수지 코팅 탄소섬유를 320 mm씩 절단하여 시료를 준비하고, 두께 방향이 바닥에 밀착되도록 하여 20 mm는 테이블에 얹어 손가락으로 누르고 나머지 300 mm는 공중에 뜨도록 테이블 모서리 밖으로 뺀 후 끝을 손으로 파지하였다. 그리고 테이블 바깥 영역에서 수지 코팅 탄소섬유를 잡은 손을 떼고, 30초 후 그 끝이 쳐지는 길이(Drape)를 측정하였다. 각 실시예 및 비교예에 대하여 측정 횟수는 10회이며, 그 평균값을 계산하였다.As shown in FIG. 5, prepare a sample by cutting the prepared resin-coated carbon fiber by 320 mm, so that the thickness direction is in close contact with the floor, 20 mm is placed on a table, pressed with a finger, and the remaining 300 mm is suspended in the air. After pulling it out of the table edge, the end was grasped by hand. Then, the hand holding the resin-coated carbon fiber was removed from the area outside the table, and the drape at the end was measured after 30 seconds. The number of measurements was 10 times for each Example and Comparative Example, and the average value was calculated.

수지 코팅량
(wt%)
Resin coating amount
(wt%)
사폭 평균값 (mm)Mean value of cross width (mm) 사폭의
변이계수 (%)
four width
Coefficient of variation (%)
코팅제 유리전이온도 (℃)Coating agent glass transition temperature (℃) 드레이프성
(mm)
drape
(mm)
실시예1Example 1 24.624.6 7.37.3 2.22.2 45.345.3 46.446.4 실시예2Example 2 24.424.4 6.76.7 2.62.6 45.245.2 43.543.5 실시예3Example 3 23.723.7 7.47.4 3.13.1 44.144.1 43.443.4 실시예4Example 4 24.024.0 7.37.3 2.22.2 44.344.3 42.842.8 실시예5Example 5 24.024.0 7.37.3 3.13.1 45.945.9 47.947.9 실시예6Example 6 24.324.3 7.67.6 1.81.8 43.943.9 48.148.1 실시예7Example 7 34.834.8 6.96.9 3.93.9 45.245.2 35.135.1 실시예8Example 8 24.324.3 4.64.6 1.61.6 45.245.2 37.037.0 실시예9Example 9 25.025.0 7.57.5 4.74.7 20.620.6 51.151.1 비교예1Comparative Example 1 24.524.5 4.94.9 11.411.4 46.246.2 40.540.5 비교예2Comparative Example 2 24.324.3 3.23.2 10.110.1 45.445.4 41.141.1 비교예3Comparative Example 3 24.124.1 5.25.2 7.37.3 45.345.3 29.529.5 비교예4Comparative Example 4 24.124.1 5.35.3 7.27.2 44.944.9 31.031.0 비교예5Comparative Example 5 24.824.8 5.55.5 8.38.3 45.245.2 30.230.2 비교예6Comparative Example 6 22.822.8 측정불가not measurable 측정불가not measurable 44.144.1 측정불가not measurable 비교예7Comparative Example 7 16.816.8 6.96.9 9.89.8 45.945.9 73.373.3 비교예8Comparative Example 8 42.142.1 6.46.4 1.31.3 45.045.0 5.15.1 비교예9Comparative Example 9 25.325.3 7.67.6 5.95.9 18.718.7 53.153.1

위 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 수지 코팅 탄소섬유의 사폭 변이계수는 5% 내로 관리되나, 비교예 1 내지 5 및 비교예 7의 사폭 변이계수는 5%를 초과한 것을 알 수 있다. As can be seen from Table 1 above, the coefficient of variation of the yarn width of the resin-coated carbon fibers according to Examples 1 to 10 of the present invention is managed within 5%, but the coefficient of variation of the yarn width of Comparative Examples 1 to 5 and Comparative Example 7 is 5 It can be seen that the % is exceeded.

또한 실시예 2는 실시예 1에 대하여 가열 온도가 더 높은 조건으로, 히팅롤 및 히팅핀의 온도와 냉각 온도의 차이가 더 크기 때문에 수지 코팅 탄소섬유의 열수축 효과 또한 더 크게 나타나 실시예 1에 비해 사폭 평균값이 좁은 것을 확인할 수 있다. 다만, 이 때에도 사폭의 변이계수는 2.6%로 균일하게 관리된 것을 알 수 있다. 이를 통해 요구되는 사폭이 다를 경우에도 히팅롤 및 히팅핀의 온도 설정만 바꾸는 간단한 방법으로도 달성할 수 있다는 것을 보여준다.In addition, Example 2 has a higher heating temperature than Example 1, and the difference between the temperature of the heating roll and the heating pin and the cooling temperature is larger, so the heat shrinkage effect of the resin-coated carbon fiber is also greater than that of Example 1. It can be seen that the average value of the slope is narrow. However, even at this time, it can be seen that the coefficient of variation of the slope width was uniformly managed at 2.6%. This shows that even if the required spool width is different, it can be achieved by a simple method of changing only the temperature settings of the heating roll and heating pin.

또한, 실시예 3, 4와 실시예 1을 통해 히팅롤 및 히팅핀의 온도가 동일할 경우, 쿨링롤의 온도와 사폭 간의 관계는 크지 않음을 볼 수 있는데, 수지 코팅 탄소섬유가 최종적으로 상온 수준으로 냉각되므로 사폭 측정 시의 수치가 거의 일치하는 것으로 해석할 수 있다. In addition, when the temperatures of the heating roll and the heating pin are the same through Examples 3 and 4 and Example 1, it can be seen that the relationship between the temperature of the cooling roll and the yarn width is not large, and the resin-coated carbon fiber is finally at room temperature. Since it is cooled by , it can be interpreted that the values at the time of measuring the slope width are almost identical.

또한, 실시예 7은 실시예 1에 비해 사폭이 소폭 좁아졌는데, 고분자 수지의 함량이 증가하면서 열수축 효과가 상대적으로 커졌기 때문으로 해석할 수 있다.In addition, Example 7 has a slightly narrower yarn width than Example 1, which can be interpreted as the fact that the heat shrinkage effect is relatively increased as the content of the polymer resin increases.

반면에, 비교예 2는 쿨링롤을 사용하지 않은 것으로, 사폭이 매우 좁고 사폭의 변이계수가 5%를 초과하여 편차가 크게 측정되었는데, 쿨링롤에 접촉하는 냉각 방법이 수지 코팅 탄소섬유의 형상을 잡아주고, 사폭을 일정하게 제어하는 데에 적합하므로 쿨링롤은 본 발명에서 반드시 필요한 요소라는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, Comparative Example 2 did not use a cooling roll, and the yarn width was very narrow and the variation coefficient of the yarn width exceeded 5%, resulting in a large deviation. The cooling method in contact with the cooling roll changed the shape of the resin-coated carbon fiber. It can be confirmed that the cooling roll is an essential element in the present invention because it is suitable for holding and controlling the slant width constantly.

또한, 비교예 3은 히팅롤을 사용하지 않은 것으로, 사폭의 변이계수가 5%를 초과하여 편차가 크게 측정되었으며, 드레이프성이 30mm 미만인 것으로 측정되었는데, 이는 수지 코팅 탄소섬유가 충분히 펴지지 않아 사폭이 좁고 두께가 두꺼운 것으로 판단할 수 있다. 즉, 히팅롤이 수지 코팅 탄소섬유를 한정된 범위만큼 넓혀주어 사폭을 제한하는데 적합하므로 히팅롤은 본 발명에서 반드시 필요한 구성요소라는 것을 확인할 수 있다.In addition, Comparative Example 3 did not use a heating roll, and the variation coefficient of the yarn width exceeded 5%, resulting in a large deviation, and the drape property was measured to be less than 30 mm, which was due to the fact that the resin-coated carbon fiber was not sufficiently stretched, so the yarn width It can be judged as narrow and thick. That is, it can be confirmed that the heating roll is an essential component in the present invention because the heating roll is suitable for limiting the yarn width by widening the resin-coated carbon fiber by a limited range.

상기 비교예 2 및 3에서 확인된 바와 같이, 히팅롤과 냉각롤은 사폭을 일정하게 제어하는데 중요한 요소로, 이를 모두 포함하지 않은 비교예 1 또한 사폭의 변이계수가 매우 크게 나타난 것을 알 수 있다.As confirmed in Comparative Examples 2 and 3, the heating roll and the cooling roll are important elements for constantly controlling the yarn width, and it can be seen that Comparative Example 1, which does not include all of them, also shows a very large coefficient of variation of the yarn width.

또한, 비교예 4는 히팅롤을 1개만 적용한 것으로 사폭의 변이계수가 5%를 초과하여 편차가 크게 측정되었는데, 이는 히팅롤 1개만으로는 수지 코팅 탄소섬유를 충분히 가열하지 못해 히팅롤의 Π형상에 의한 사폭 한정이 이루어지지 않는다는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 2개 이상의 히팅롤이 반드시 필요하다는 것을 확인할 수 있다.In Comparative Example 4, only one heating roll was applied, and the coefficient of variation of the yarn width exceeded 5%, resulting in a large deviation. It can be seen that the limiting of the width is not achieved, and through this, it can be confirmed that two or more heating rolls are absolutely necessary.

또한, 비교예 5는 실시예 1에 대하여 공정 구성요소는 동일하나 히팅롤의 온도가 낮은데, 실시예 1에서는 사폭 제어가 가능했으나 비교예 5는 편차가 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 비교예 5의 히팅롤에서 수지 코팅 탄소섬유가 충분히 개섬되지 않았기 때문이다. 반면에, 실시예 6은 비교예 5와 동일한 히팅롤 온도를 가지고 있으나, 비교예 5의 공정에 히팅롤, 히팅핀을 1구간씩 추가 적용한 것으로, 충분히 사폭 제어가 되는 것을 확인할 수 있다.In addition, Comparative Example 5 has the same process components as Example 1, but the temperature of the heating roll is low. In Example 1, it is possible to control the slope width, but in Comparative Example 5, it can be seen that the deviation is large. This is because the resin-coated carbon fibers in the heating roll of Comparative Example 5 were not sufficiently opened. On the other hand, Example 6 has the same heating roll temperature as Comparative Example 5, but the heating roll and heating pin are additionally applied to the process of Comparative Example 5 by one section, and it can be confirmed that the slope width is sufficiently controlled.

또한, 비교예 6의 경우, 히팅롤의 온도가 고분자 수지의 녹는점(155℃)을 초과하는 온도를 가져, 고분자 수지가 히팅롤에 달라붙었기 때문에 공정이 불가능하였다.In addition, in the case of Comparative Example 6, the process was impossible because the temperature of the heating roll exceeded the melting point (155° C.) of the polymer resin and the polymer resin adhered to the heating roll.

또한, 비교예 7은 바인더와 폴리에틸렌아크릴산 공중합체의 함량이 부족한 것으로, 코팅된 고분자 수지의 양이 부족하여, 사폭의 변이계수가 5%를 초과하고 드레이프성 또한 과도한 것을 알 수 있다.In Comparative Example 7, it can be seen that the content of the binder and the polyethylene acrylic acid copolymer is insufficient, and the amount of the coated polymer resin is insufficient, so that the variation coefficient of the yarn width exceeds 5% and the drape property is also excessive.

또한, 비교예 8은 바인더와 폴리에틸렌아크릴산 공중합체의 함량이 과도한 것으로, 코팅된 고분자 수지의 양이 과도하여, 드레이프성이 부족한 것을 알 수 있다.In Comparative Example 8, it can be seen that the amount of the binder and the polyethylene acrylic acid copolymer is excessive, and the amount of the coated polymer resin is excessive, resulting in poor drape properties.

또한, 비교예 9는 유리전이온도가 낮은 것으로, 고분자 수지의 유동성에 의해 수지 코팅 탄소섬유가 쿨링롤을 통과한 후 장력 또는 가이드롤에 대한 접촉 등의 외력으로부터 사폭이 변동되는 문제를 가지는 것을 알 수 있다.In addition, Comparative Example 9 has a low glass transition temperature, and it can be seen that, due to the fluidity of the polymer resin, the yarn width fluctuates from an external force such as tension or contact with a guide roll after the resin-coated carbon fiber passes through the cooling roll. can

상술한 바와 같이, 드레이프성의 경우 코팅제 함량이 일치하는 실시예 및 비교예의 결과에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅 탄소섬유가 그리드 제직에의 작업성이 우수한 것을 알 수 있다.As described above, according to the results of Examples and Comparative Examples in which the content of the coating agent matched in the case of drapability, it can be seen that the resin-coated carbon fiber according to an embodiment of the present invention has excellent workability in grid weaving.

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 embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also made according to the present invention. falls within the scope of the rights of

210: 히팅롤
410: 쿨링롤
301, 302, 303, 304: 사폭 확장
210: heating roll
410: cooling roll
301, 302, 303, 304: four-width expansion

Claims (19)

증류수에 수분산된 고분자 수지를 포함하는 수분산 코팅액이 연속된 탄소섬유에 코팅된 수지 코팅 탄소섬유로서,
상기 수지 코팅 탄소섬유 전체 중량 중 상기 고분자 수지 20 내지 40 중량%가 코팅되고,
사폭의 변이계수(Coefficient of Variation)가 5% 이하이고,
상기 수분산 코팅액은 증류수 100 중량부에 대해 고분자 수지 10 내지 45 중량부 및 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 4 내지 20 중량부를 포함하며,
상기 수지 코팅 탄소섬유는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 길이 300mm인 상태에서 양쪽 끝을 파지한 후 한쪽 끝을 놓고 30초 후 처진 길이를 측정했을 때 양 끝의 높이 차이가 30 내지 70 mm인, 수지 코팅 탄소섬유.
A resin-coated carbon fiber in which an aqueous dispersion coating solution containing a polymer resin dispersed in distilled water is coated on continuous carbon fibers,
Of the total weight of the resin-coated carbon fiber, 20 to 40% by weight of the polymer resin is coated,
The coefficient of variation of the slope is less than 5%,
The aqueous dispersion coating solution includes 10 to 45 parts by weight of a polymer resin and 4 to 20 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer based on 100 parts by weight of distilled water,
The resin-coated carbon fiber has a height difference of 30 to 70 mm at both ends when the length of the resin-coated carbon fiber is 300 mm at 0 ° C to 50 ° C. coated carbon fiber.
제1항에 있어서,
상기 사폭의 변이계수는 수지 코팅 탄소섬유에 대해 0℃ 내지 50℃ 온도에서, 100m 이상의 길이 내에서 임의의 20개 구간을 측정한 것인, 수지 코팅 탄소섬유.
According to claim 1,
The coefficient of variation of the yarn width is measured at any 20 sections within a length of 100 m or more at a temperature of 0 ° C to 50 ° C for the resin-coated carbon fiber, the resin-coated carbon fiber.
제1항에 있어서,
상기 고분자 수지의 유리전이온도는 20℃ 이상인, 수지 코팅 탄소섬유.
According to claim 1,
The glass transition temperature of the polymer resin is 20 ℃ or more, resin-coated carbon fiber.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수지 코팅 탄소섬유의 평균 사폭은 0℃ 내지 50℃ 온도에서 4 내지 8mm인, 수지 코팅 탄소섬유.
According to claim 1,
The average yarn width of the resin-coated carbon fibers is 4 to 8 mm at a temperature of 0 ° C to 50 ° C, resin-coated carbon fibers.
제1항에 있어서,
상기 수지 코팅 탄소섬유의 평균 두께는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 1.3 내지 3 mm인, 수지 코팅 탄소섬유.
According to claim 1,
The average thickness of the resin-coated carbon fiber is 1.3 to 3 mm at a temperature of 0 ℃ to 50 ℃, resin-coated carbon fiber.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고분자 수지는 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바스산 중에서 선택되는 적어도 하나의 바인더를 포함하는, 수지 코팅 탄소섬유.
According to claim 1,
The polymer resin comprises at least one binder selected from caprolactam, hexamethylenediamine, adipic acid and sebacic acid, resin-coated carbon fibers.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 연속된 탄소섬유를 증류수에 수분산된 고분자 수지를 포함하는 수분산 코팅액에 침지하여 함침시키는 단계;
수분산 코팅액이 함침된 탄소섬유를 건조하여 수분을 제거하는 단계;
건조된 탄소섬유를 2개 이상의 히팅롤을 통과시켜 가열 및 개섬하는 단계; 및
상기 히팅롤을 통해 가열된 탄소섬유를 2개 이상의 쿨링롤을 통해 냉각시켜 탄소섬유의 사폭을 조절하는 단계;
를 포함하는 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법으로,
상기 수지 코팅 탄소섬유 전체 중량 중 상기 고분자 수지 20 내지 40 중량%가 코팅되고,
상기 수분산 코팅액은 증류수 100 중량부에 대해 고분자 수지 10 내지 45 중량부 및 폴리에틸렌아크릴산 공중합체 4 내지 20 중량부를 포함하며,
상기 수지 코팅 탄소섬유는 0℃ 내지 50℃ 온도에서 길이 300mm인 상태에서 양쪽 끝을 파지한 후 한쪽 끝을 놓고 30초 후 처진 길이를 측정했을 때 양 끝의 높이 차이가 30 내지 70 mm인, 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법.
immersing and impregnating continuous carbon fibers in an aqueous dispersion coating solution containing a polymer resin dispersed in distilled water;
drying the carbon fiber impregnated with the water dispersion coating liquid to remove moisture;
heating and opening the dried carbon fibers by passing them through two or more heating rolls; and
adjusting the yarn width of the carbon fibers by cooling the carbon fibers heated through the heating rolls through two or more cooling rolls;
A method for producing a resin-coated carbon fiber comprising a,
Of the total weight of the resin-coated carbon fiber, 20 to 40% by weight of the polymer resin is coated,
The aqueous dispersion coating solution includes 10 to 45 parts by weight of a polymer resin and 4 to 20 parts by weight of a polyethylene acrylic acid copolymer based on 100 parts by weight of distilled water,
The resin-coated carbon fiber has a height difference of 30 to 70 mm at both ends when the length of the resin-coated carbon fiber is 300 mm at 0 ° C to 50 ° C. Manufacturing method of coated carbon fiber.
제13항에 있어서,
상기 수분산된 코팅액은 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바스산 중에서 선택되는 적어도 하나의 바인더를 포함하는, 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법.
According to claim 13,
The water-dispersed coating solution comprises at least one binder selected from caprolactam, hexamethylenediamine, adipic acid and sebacic acid, a method for producing resin-coated carbon fibers.
제13항에 있어서,
상기 히팅롤은 사폭의 확장 범위를 제한하는 Π 형상의 홈이 구비된, 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법.
According to claim 13,
The heating roll is provided with a Π-shaped groove that limits the expansion range of the yarn width, the manufacturing method of the resin-coated carbon fiber.
제13항에 있어서,
상기 히팅롤의 온도는 상기 고분자 수지의 유리전이온도 내지 녹는점 사이의 온도인, 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법.
According to claim 13,
The temperature of the heating roll is a temperature between the glass transition temperature and the melting point of the polymer resin, the method for producing a resin-coated carbon fiber.
제13항에 있어서,
상기 쿨링롤은 수지 코팅 탄소섬유의 형상 제어를 위해 닙(nip)롤로 구비되는, 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법.
According to claim 13,
The cooling roll is provided as a nip roll to control the shape of the resin-coated carbon fiber, the manufacturing method of the resin-coated carbon fiber.
제13항에 있어서,
상기 히팅롤과 상기 쿨링롤 사이의 온도 차는 10 내지 100℃인, 수지 코팅 탄소섬유의 제조방법.
According to claim 13,
The temperature difference between the heating roll and the cooling roll is 10 to 100 ° C., the method of manufacturing a resin-coated carbon fiber.
내진 보강을 위한 그리드 직물로 사용되는, 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 수지 코팅 탄소섬유.The resin-coated carbon fiber according to any one of claims 1 to 3, 5, 6 and 8, which is used as a grid fabric for earthquake-resistant reinforcement.
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