KR102563914B1 - Composition for fiber-reinforced composite material, fiber-reinforced composite material and molding thereof - Google Patents
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Abstract
폴리프로필렌 수지, 탄소섬유, 산 변성 폴리프로필렌 및 강성핵제를 포함하고, 상기 강성핵제는 메틸글리신 나트륨염을 포함하는 섬유강화 복합재 조성물, 상기 섬유강화 복합재 조성물로부터 제조된 섬유강화 복합재 및 상기 섬유강화 복합재를 포함하는 성형품이 제공된다.A fiber-reinforced composite composition comprising polypropylene resin, carbon fiber, acid-modified polypropylene, and a rigid nucleating agent, wherein the rigid nucleating agent contains methylglycine sodium salt, a fiber-reinforced composite material prepared from the fiber-reinforced composite material composition, and the fiber-reinforced composite material A molded article comprising a is provided.
Description
본 발명은 경량화와 함께, 재활용이 가능하면서, 우수한 강도 및 강성 등을 동시에 부여하는 섬유강화 복합재 조성물, 이로부터 제조된 섬유강화 복합재 및 이의 성형품에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber-reinforced composite material composition that is lightweight, recyclable, and simultaneously imparts excellent strength and stiffness, a fiber-reinforced composite material manufactured therefrom, and a molded article thereof.
근래에는 원유 가격의 상승 및 에너지 절약에 관한 관심이 크게 증대되고 있으며, 이에 상응하여 차량, 항공기 등의 운송 수단에 있어서 경량화를 도모하여 우수한 연비성능 및 주행성능을 도모하는 것이 중요한 요소 중 하나이다.In recent years, interest in rising crude oil prices and energy saving has greatly increased, and correspondingly, it is one of the important factors to promote excellent fuel efficiency and driving performance by promoting weight reduction in transportation means such as vehicles and aircraft.
기존의 차량 및 항공기 등을 구성하는 부품들은 대부분이 금속을 주요 재질로 하여 높은 강도 및 강성을 확보하고자 하였다. 한편, 부품들이 금속으로 제조되는 경우에는 가공 시 비용이 많이 들고, 중량이 커서 연비 효율성이 저하되고, 주행성능에 불리한 면이 있었다. 따라서, 최근에는 경량화 도모 목적에 부합하도록 다양한 부품들을 금속 대신 플라스틱을 주요 재질로 하는 섬유강화 복합재로 대체하려고 하는 경향이 있다.Most of the parts constituting existing vehicles and aircraft have been made of metal as a main material to secure high strength and rigidity. On the other hand, when the parts are made of metal, processing costs are high and weight is large, so fuel efficiency is reduced and driving performance is unfavorable. Therefore, in recent years, there is a tendency to replace various parts with fiber-reinforced composites using plastic as a main material instead of metal to meet the purpose of lightening.
섬유강화 복합재는 매트릭스에 유리섬유 또는 탄소섬유 등의 강화섬유를 함침시킨 복합 재료를 의미한다. 종래, 상기 매트릭스로는 강화섬유로의 함침이 용이한 열경화성 수지가 주로 이용되고 있었다. 한편, 열경화성 수지는 성형시간이 오래 걸리고, 재활용을 할 수 없는 등의 문제가 있다.The fiber-reinforced composite material refers to a composite material in which reinforcing fibers such as glass fibers or carbon fibers are impregnated in a matrix. Conventionally, a thermosetting resin that is easily impregnated with reinforcing fibers has been mainly used as the matrix. On the other hand, thermosetting resins have problems such as taking a long molding time and not being able to be recycled.
이에, 재활용이 가능하면서도 우수한 물성을 동시에 갖는 섬유강화 복합재가 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a fiber-reinforced composite material that is recyclable and has excellent physical properties at the same time.
본 발명의 일 구현예는 경량화와 함께, 재활용이 가능하면서, 생산성이 높고, 사출성형이 가능하며, 우수한 강도 및 강성 등을 동시에 부여할 수 있는 섬유강화 복합재 조성물, 이로부터 제조된 섬유강화 복합재 및 상기 섬유강화 복합재를 포함하는 성형품을 제공한다.One embodiment of the present invention is a fiber-reinforced composite composition that can be lightweight, recyclable, highly productive, injection-molded, and capable of imparting excellent strength and stiffness at the same time, a fiber-reinforced composite material prepared therefrom, and It provides a molded article containing the fiber-reinforced composite.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리프로필렌 수지, 탄소섬유, 산 변성 폴리프로필렌 및 강성핵제를 포함하고, 상기 강성핵제는 메틸글리신 나트륨염을 포함하는 섬유강화 복합재 조성물을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a fiber-reinforced composite composition comprising a polypropylene resin, carbon fiber, acid-modified polypropylene and a rigid nucleating agent, wherein the rigid nucleating agent includes methylglycine sodium salt.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 섬유강화 복합재 조성물로부터 제조된 섬유강화 복합재를 제공한다.In another embodiment of the present invention, a fiber-reinforced composite material prepared from the fiber-reinforced composite material composition is provided.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 섬유강화 복합재를 포함하는 성형품을 제공한다.In another embodiment of the present invention, a molded article comprising the fiber-reinforced composite is provided.
상기 섬유강화 복합재 조성물은 경량화와 함께, 재활용이 가능하면서, 생산성이 높고, 사출성형이 가능하며, 우수한 강도 및 강성 등을 동시에 나타내는 섬유강화 복합재를 제조할 수 있다. 상기 섬유강화 복합재를 포함하는 성형품 또한, 경량화와 함께, 재활용이 가능하면서, 생산성이 높고, 사출성형이 가능하며, 우수한 강도 및 강성 등을 동시에 나타낼 수 있다.The fiber-reinforced composite composition can produce a fiber-reinforced composite that is lightweight, recyclable, highly productive, injection moldable, and exhibits excellent strength and stiffness at the same time. A molded product including the fiber-reinforced composite can also be lightweight, recyclable, highly productive, injection-molded, and exhibit excellent strength and stiffness at the same time.
전술한 목적, 특징 및 장점은 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will be described in detail below, and accordingly, those skilled in the art will be able to easily implement the technical spirit of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 구현예에 따른 섬유강화 복합재 조성물, 섬유강화 복합재 및 이를 포함하는 성형품을 설명하도록 한다.Hereinafter, a fiber-reinforced composite material composition according to some embodiments of the present invention, a fiber-reinforced composite material, and a molded article including the same will be described.
본 발명의 일 구현예는 폴리프로필렌 수지, 탄소섬유, 산 변성 폴리프로필렌 및 강성핵제를 포함하고, 상기 강성핵제는 메틸글리신 나트륨염을 포함하는 섬유강화 복합재 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a fiber-reinforced composite composition comprising a polypropylene resin, carbon fiber, acid-modified polypropylene and a hard nucleating agent, wherein the hard nucleating agent includes methylglycine sodium salt.
일반적으로 자동차, 항공기 등의 부품들은 높은 강도 및 강성을 확보하고자 금속을 주요재질로 한다. 예를 들어, 자동차 부품 중, 크로스멤버(cross member)는 차량 하부에 위치하는 뼈대 구조로서, 현재 스틸로 제조되고 있다.In general, parts of automobiles and aircraft use metal as a main material to secure high strength and rigidity. For example, among automobile parts, a cross member is a frame structure located under a vehicle and is currently made of steel.
한편, 부품들이 금속으로 제조되는 경우에는 중량이 커져 연비 효율성이 저하되고, 주행성능에 불리한 면이 있다. 이에, 최근에는 상기 문제를 해결하고자 자동차 등의 부품으로 섬유강화 복합재를 사용하려고 하는 경향이 있다.On the other hand, when the parts are made of metal, the weight increases, reducing fuel efficiency and disadvantageous to driving performance. Therefore, in recent years, there is a tendency to use fiber-reinforced composites as parts of automobiles and the like to solve the above problems.
섬유강화 복합재는 매트릭스에 유리섬유 또는 탄소섬유 등의 강화섬유를 함침시킨 것으로서, 매트릭스로는 강화섬유로의 함침이 용이한 열경화성 수지가 주로 이용되고 있었다. 한편, 열경화성 수지는 성형시간이 오래 걸려 생산성이 낮고, 사출성형을 할 수 없어 성형에 제약이 따르며, 재활용을 할 수 없는 등의 문제가 있다.A fiber-reinforced composite material is obtained by impregnating a matrix with reinforcing fibers such as glass fibers or carbon fibers, and a thermosetting resin easily impregnated with reinforcing fibers has been mainly used as the matrix. On the other hand, thermosetting resins have problems such as taking a long molding time, resulting in low productivity, restriction in molding due to inability to perform injection molding, and impossibility of recycling.
이에, 매트릭스로 열가소성 수지를 포함하여 재활용이 가능한 섬유강화 열가소성 복합재를 사용하려는 경향이 나타나고 있으나, 열가소성 수지는 강화섬유에 잘 함침되지 않아 강도 및 강성이 저하되는 문제가 있다. Accordingly, there is a tendency to use a recyclable fiber-reinforced thermoplastic composite including a thermoplastic resin as a matrix, but the thermoplastic resin does not impregnate the reinforcing fibers well, resulting in a decrease in strength and rigidity.
상기 섬유강화 복합재 조성물은 폴리프로필렌 수지, 탄소섬유, 산 변성 폴리프로필렌 및 강성핵제를 포함하고, 상기 강성핵제는 메틸글리신 나트륨염을 포함하여 경량화와 함께, 생산성이 높고, 사출성형이 가능하며, 재활용이 가능하고, 이와 동시에, 향상된 강도 및 강성 등을 동시에 부여할 수 있다.The fiber-reinforced composite composition includes polypropylene resin, carbon fiber, acid-modified polypropylene, and a rigid nucleating agent, and the rigid nucleating agent includes methylglycine sodium salt, so it is lightweight, highly productive, injection molding is possible, and recycling This is possible, and at the same time, improved strength and rigidity can be imparted at the same time.
구체적으로, 상기 섬유강화 복합재 조성물은 폴리프로필렌 수지를 포함하여 보다 경제적으로 사출성형이 가능하고, 높은 생산성과 재활용이 가능하게 하고, 경량화 효과를 극대화시킬 수 있다. 상기 섬유강화 복합재 조성물은 폴리프로필렌 수지로 프로필렌 단일 중합체를 포함하여 인장강도와 굴곡강도가 보다 높은 소재를 제조 할 수 있다.Specifically, the fiber-reinforced composite composition includes a polypropylene resin, so that injection molding can be performed more economically, high productivity and recycling are possible, and weight reduction effects can be maximized. The fiber-reinforced composite material composition can produce a material having higher tensile strength and flexural strength by including a propylene homopolymer as a polypropylene resin.
일반적으로 열경화성 수지와 달리, 열가소성 수지는 고분자량체이며, 열경화성 수지에 비해 점도가 높아 강화섬유의 함침이 용이하지 않을 수 있다. 상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수(Melt index)는 약 10g/10분 내지 약 30g/10분(230℃, 2.16kg) 일 수 있으며, 이에 따라 강화섬유, 특히 탄소섬유를 잘 함침시킬 수 있고, 이에 따라 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있으며 사출 성형 시 가공성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 폴리프로필렌 수지의 용융지수가 상기 범위 미만인 경우에는 인장강도가 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 충격강도가 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다.In general, unlike thermosetting resins, thermoplastic resins have a high molecular weight and have a high viscosity compared to thermosetting resins, so it may not be easy to impregnate reinforcing fibers. The polypropylene resin may have a melt index of about 10 g/10 min to about 30 g/10 min (230° C., 2.16 kg), and thus, reinforcing fibers, particularly carbon fibers, may be impregnated well. Therefore, it can exhibit excellent mechanical properties and improve processability during injection molding. Specifically, when the melt index of the polypropylene resin is less than the above range, tensile strength is lowered, and when it exceeds the above range, problems such as lower impact strength may occur.
그리고, 상기 폴리프로필렌 수지는 상기 섬유강화 복합재 조성물 100 중량부 대비, 50 중량부 내지 95 중량부의 함량으로 포함되어 탄소섬유를 충분히 함침시키면서 우수한 물성을 부여할 수 있다.In addition, the polypropylene resin is included in an amount of 50 parts by weight to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material composition, so that excellent physical properties can be imparted while sufficiently impregnating the carbon fibers.
상기 섬유강화 복합재 조성물은 강화섬유로 탄소섬유를 포함한다. 탄소섬유는, 유리섬유 등의 다른 강화섬유와 달리, 보다 높은 인장강도, 탄성계수를 나타내고, 우수한 도전성, 내열성, 화학적 안정성 및 향상된 단 굴곡탄성율을 섬유강화 복합재에 부여할 수 있다. 상기 탄소섬유의 함량은 상기 섬유강화 복합재 조성물 100 중량부 대비, 약 5 중량부 내지 약 50 중량부일 수 있으며, 이에 따라 섬유 강화 복합재에 충분한 강도 등의 물성을 부여할 수 있다.The fiber-reinforced composite material composition includes carbon fibers as reinforcing fibers. Carbon fibers, unlike other reinforcing fibers such as glass fibers, exhibit higher tensile strength and modulus of elasticity, and can impart excellent conductivity, heat resistance, chemical stability, and improved flexural modulus to fiber-reinforced composites. The content of the carbon fiber may be about 5 parts by weight to about 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material composition, and thus, physical properties such as sufficient strength may be imparted to the fiber-reinforced composite material.
상기 폴리프로필렌 수지와 함께 포함되는 상기 탄소섬유 단면의 평균직경은 약 5㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소섬유 단면의 평균직경이 상기 범위 미만인 경우에는 폴리프로필렌 수지 내에서 섬유의 분산성이 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 탄소섬유를 포함함에도 불구하고, 기계적 물성 및 충격강도 저하될 수 있다. An average diameter of the cross section of the carbon fiber included with the polypropylene resin may be about 5 μm to about 15 μm. Specifically, when the average diameter of the carbon fiber cross section is less than the above range, the dispersibility of the fiber in the polypropylene resin is lowered, and when it exceeds the above range, mechanical properties and impact strength are lowered despite including the carbon fiber It can be.
상기 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계(PAN) 탄소섬유, 피치계 탄소섬유, 레이온계 탄소섬유, 리그닌계 탄소섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 섬유강화 복합재 조성물은 폴리아크릴로나이트릴(PAN)계 탄소섬유를 포함하여, 이로부터 제조된 섬유강화 복합재의 강도 및 강성의 균형을 보다 잘 조절하고, 균일한 물성을 발현시킬 수 있다.The carbon fiber may include one selected from the group consisting of polyacrylonitrile-based (PAN) carbon fiber, pitch-based carbon fiber, rayon-based carbon fiber, lignin-based carbon fiber, and combinations thereof. Specifically, the fiber-reinforced composite composition includes polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers, and can better control the balance of strength and stiffness of the fiber-reinforced composite material prepared therefrom, and can express uniform physical properties. there is.
그리고, 상기 탄소섬유는 약 0.1 중량% 내지 약 3중량% 의 사이징제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 사이징제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 탄소섬유의 분산성이 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다. 사이징제는 예를 들어, 다관능 에폭시 수지, 아크릴산계 중합체, 다가 알코올, 폴리에틸렌이민 등을 포함할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. In addition, the carbon fiber may include about 0.1% by weight to about 3% by weight of a sizing agent. Specifically, when the content of the sizing agent is less than the above range, the dispersibility of the carbon fiber is lowered, and when it exceeds the above range, mechanical properties may be lowered. The sizing agent may include, for example, a multifunctional epoxy resin, an acrylic acid polymer, a polyhydric alcohol, polyethyleneimine, and the like, but is not particularly limited thereto.
상기 섬유강화 복합재는 상기 폴리프로필렌 수지 및 탄소섬유와 함께, 산 변성 폴리프로필렌을 포함한다. 구체적으로, 상기 산 변성 폴리프로필렌은 산이 프로필렌에 그라프트되어 있는 변성 폴리프로필렌으로서, 상기 산은 말레인산, 무수 말레인산, 푸마르산, 시트라콘산, 무수 시트라콘산, 메사콘산, 이타콘산, 무수 이타콘산, 아코니티산, 무수 아코니티산, (메타)아크릴산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. The fiber-reinforced composite includes acid-modified polypropylene together with the polypropylene resin and carbon fiber. Specifically, the acid-modified polypropylene is a modified polypropylene in which an acid is grafted onto propylene, and the acid is maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, citraconic acid, citraconic anhydride, mesaconic acid, itaconic acid, itaconic anhydride, aco It may include one selected from the group consisting of nitric acid, aconitic anhydride, (meth)acrylic acid, and combinations thereof.
상기 산 변성 폴리프로필렌은 상기 폴리프로필렌 수지와 상기 탄소섬유의 계면 접착력을 향상시키고, 상용성을 높이고 우수한 함침성을 잘 부여할 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유강화 복합재 조성물은 보다 쉽게 우수한 강도 및 강성 등을 동시에 나타낼 수 있다.The acid-modified polypropylene can improve interfacial adhesion between the polypropylene resin and the carbon fibers, increase compatibility, and provide excellent impregnability. Accordingly, the fiber-reinforced composite material composition can more easily exhibit excellent strength and stiffness at the same time.
보다 구체적으로, 상기 섬유강화 복합재 조성물은 무수 말레인산이 그라프트된 변성 폴리프로필렌을 포함하여, 그라프트율을 높여 미반응된 산에 의해 발생하는 냄새를 저감하고 유리섬유의 함침성을 높일 수 있다.More specifically, the fiber-reinforced composite composition includes modified polypropylene to which maleic anhydride is grafted, and increases the graft rate to reduce odor generated by unreacted acid and improve impregnability of glass fibers.
상기 산 변성 폴리프로필렌은 상기 산의 그라프트율이 5 중량% 내지 10중량% 일 수 있다. 산의 그라프트율을 상기 범위로 조절함으로써, 물성을 저하시키지 않으면서 상용성을 적절히 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 산의 그라프트율이 상기 범위 미만인 경우에는 폴리프로필렌 수지와 탄소섬유 간의 상용성이 저하되어 기계적 물성이 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우 또한, 기계적 물성이 저하될 수 있다.The acid-modified polypropylene may have a graft ratio of 5% to 10% by weight of the acid. By adjusting the graft rate of the acid within the above range, compatibility can be appropriately adjusted without deteriorating physical properties. Specifically, when the graft ratio of the acid is less than the above range, the compatibility between the polypropylene resin and the carbon fiber is lowered and mechanical properties are lowered, and when it exceeds the above range, mechanical properties may also be lowered.
상기 산 변성 폴리프로필렌은 상기 섬유강화 복합재 조성물 100 중량부 대비, 약 1 중량부 내지 약 5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 산 변성 폴리프로필렌은 상기 범위의 함량으로 포함되어 물성을 저하시키지 않으면서 상용성을 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 산 변성 폴리프로필렌의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 상용성이 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다.The acid-modified polypropylene may be included in an amount of about 1 part by weight to about 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material composition. The acid-modified polypropylene is included in an amount within the above range to adjust compatibility without deteriorating physical properties. Specifically, when the content of the acid-modified polypropylene exceeds the above range, compatibility is deteriorated, and when it exceeds the above range, mechanical properties may be deteriorated.
상기 섬유강화 복합재 조성물은 강성핵제를 포함하고, 상기 강화핵제로 메틸글리신 나트륨염을 포함한다. 상기 메틸글리신 나트륨염은 폴리프로필렌 수지 자체의 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 이와 함께 상기 폴리프로필렌 수지와 상기 탄소섬유의 계면 결합력을 향상시킬 수 있다. The fiber-reinforced composite material composition includes a rigid nucleating agent, and includes methylglycine sodium salt as the reinforcing nucleating agent. The methylglycine sodium salt can improve the mechanical strength of the polypropylene resin itself, and can also improve the interfacial bonding force between the polypropylene resin and the carbon fibers.
구체적으로, 상기 메틸글리신 나트륨염은 폴리프로필렌의 결정 형태 및 결정화도를 조절하여 폴리프로필렌 수지 자체의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 메틸글리신 나트륨염은 한 쪽 끝은 친수성을 나타내고, 다른 한쪽 끝은 소수성을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 폴리프로필렌 수지와 상기 탄소섬유의 계면 결합력을 향상시킬 수 있다.Specifically, the methylglycine sodium salt can improve the mechanical strength of the polypropylene resin itself by controlling the crystal form and crystallinity of the polypropylene. In addition, one end of the methylglycine sodium salt may exhibit hydrophilicity and the other end may exhibit hydrophobicity. Accordingly, interfacial bonding strength between the polypropylene resin and the carbon fibers may be improved.
구체적으로, 상기 메틸글리신 나트륨염은 N-도데카노일-N-메틸글리신 나트륨염(N-Dodecanoyl-N-methylglycine sodium salt)을 포함할 수 있다. 상기 섬유강화 복합재 조성물은 강성핵제로 N-도데카노일-N-메틸글리신 나트륨염을 포함하여, 이로부터 제조된 섬유강화 복합재에 목적하는 물성을 동시에 부여할 수 있다.Specifically, the methylglycine sodium salt may include N-Dodecanoyl-N-methylglycine sodium salt (N-Dodecanoyl-N-methylglycine sodium salt). The fiber-reinforced composite material composition includes N-dodecanoyl-N-methylglycine sodium salt as a rigid nucleating agent, and can simultaneously impart desired physical properties to a fiber-reinforced composite material prepared therefrom.
상기 메틸글리신 나트륨염은 상기 섬유강화 복합재 조성물 100 중량부 대비, 약 0.1 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위의 함량으로 포함됨에 따라 목적하는 물성을 적절히 조절할 수 있다. 상기 메틸글리신 나트륨염의 함량이 상기 범위 미만인 경우 기계적 물성이 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 충격강도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.The methylglycine sodium salt may be included in an amount of about 0.1 part by weight to about 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material composition. As it is included in the content within the above range, desired physical properties can be appropriately adjusted. When the content of the methylglycine sodium salt is less than the above range, mechanical properties are reduced, and when it exceeds the above range, impact strength may be reduced.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 섬유강화 복합재 조성물로부터 제조된 섬유강화 복합재를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a fiber-reinforced composite material prepared from the fiber-reinforced composite material composition.
상기 섬유강화 복합재는 전술한 섬유강화 복합재 조성물로부터 제조된 것으로서, 상기 폴리프로필렌 수지를 포함하여 경량화와 함께, 재활용이 가능하면서, 생산성이 높고, 사출성형이 가능할 수 있다. 그리고, 강화섬유로 탄소섬유를 포함하여 소재강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 섬유강화 복합재 조성물은 상기 강성핵제를 포함하는바, 폴리프로필렌수지 자체의 기계적 강도 및 탄소섬유와의 계면 접착력을 현저히 향상시킴으로써, 전체 복합소재의 강성 및 강도를 동시에 향상시킬 수 있다. The fiber-reinforced composite material is manufactured from the above-described fiber-reinforced composite material composition, and includes the polypropylene resin to be lightweight, recyclable, highly productive, and capable of injection molding. In addition, it is possible to improve material strength by including carbon fiber as a reinforcing fiber. In addition, since the fiber-reinforced composite material composition includes the rigid nucleating agent, the mechanical strength of the polypropylene resin itself and the interfacial adhesive strength with the carbon fibers are significantly improved, thereby simultaneously improving the stiffness and strength of the entire composite material.
구체적으로 상기 섬유강화 복합재는 ASTM 790에 의한 굴곡강도가 약 120 MPa 이상일 수 있다. 예를 들어, 약 120 MPa 내지 약 130 MPa 일 수 있다. Specifically, the fiber-reinforced composite material may have a flexural strength of about 120 MPa or more according to ASTM 790. For example, it may be about 120 MPa to about 130 MPa.
그리고, 상기 섬유강화 복합재는 ASTM 790에 의한 굴곡탄성율이 약 9,000 MPa 이상 또는 약 9,300 MPa 이상일 수 있다. 이때, 상한은 약 10,500 MPa 일 수 있다.In addition, the fiber-reinforced composite material may have a flexural modulus of about 9,000 MPa or more or about 9,300 MPa or more according to ASTM 790. At this time, the upper limit may be about 10,500 MPa.
이와 같이, 상기 섬유강화 복합재는 우수한 굴곡강도 및 굴곡탄성율로 우수한 강성을 나타내면서, 이와 동시에, 우수한 인장강도 및 충격강도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유강화 복합재는 ASTM D638에 의한 인장강도가 약 80 MPa 이상일 수 있다. 예를 들어, 약 80 MPa 내지 약 90 MPa 일 수 있다. 그리고, 상기 섬유강화 복합재의 ASTM D256 에 의한 충격강도는 약 90 J/m 이상일 수 있으며, 상한은 약 105 J/m 일 수 있다.As such, the fiber-reinforced composite material can exhibit excellent stiffness with excellent flexural strength and flexural modulus, and at the same time, exhibit excellent tensile strength and impact strength. For example, the fiber-reinforced composite material may have a tensile strength of about 80 MPa or more according to ASTM D638. For example, it may be about 80 MPa to about 90 MPa. And, the impact strength of the fiber-reinforced composite according to ASTM D256 may be about 90 J/m or more, and the upper limit may be about 105 J/m.
상기 섬유강화 복합재는 상기 폴리프로필렌 수지, 탄소섬유 및 산 변성 폴리프로필를 포함하는 것으로서, 강화핵제로 메틸글리신 나트륨염을 포함하여, 상기와 같은 우수한 인장강도 이외에, 우수한 충격강도 그리고, 향상된 굴곡강도 및 굴곡탄성율로 우수한 강성을 동시에 가질 수 있다. The fiber-reinforced composite material includes the polypropylene resin, carbon fiber, and acid-modified polypropylene, and includes methylglycine sodium salt as a reinforcing nucleating agent, in addition to the above excellent tensile strength, excellent impact strength, and improved flexural strength and bending It can have excellent rigidity with elastic modulus at the same time.
상기 폴리프로필렌 수지, 탄소섬유, 산 변성 폴리프로필 및 강화핵제에 관한 사항은 전술한 바와 같다. Details regarding the polypropylene resin, carbon fiber, acid-modified polypropylene, and reinforcing nucleating agent are as described above.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 섬유강화 복합재를 포함하는 성형품을 제공한다. 상기 성형품은 사출 성형품일 수 있다. 탄소섬유와의 함침성을 고려하여 열경화성 수지를 이용하는 종래의 섬유강화 열경화성 복합재의 경우, 사출 성형을 할 수 없는 문제가 있다. 한편, 상기 섬유강화 복합재는 열가소성 수지인 폴리프로필렌 수지를 이용하여 자유로이 사출 성형하여 성형품을 제조할 수 있다. Another embodiment of the present invention provides a molded article comprising the fiber-reinforced composite. The molded article may be an injection molded article. In the case of a conventional fiber-reinforced thermosetting composite using a thermosetting resin in consideration of impregnation with carbon fiber, there is a problem that injection molding cannot be performed. On the other hand, the fiber-reinforced composite material can be freely injection molded using a polypropylene resin, which is a thermoplastic resin, to manufacture a molded article.
상기 성형품은 우수한 굴곡강도 및 굴곡탄성율로 우수한 강성을 나타내면서, 이와 동시에, 우수한 인장강도 및 충격강도를 나타내는 상기 섬유강화 복합재를 포함하는 바, 자동차 외장재로 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 성형품은 차량하부에 위치하는 뼈대구조를 이루는 크로스멤버(Cross Member)의 스틸의 대체품으로 사용될 수 있다. 그리고, 상기 성형품은 자동차 등의 폐차시에 재활용이 가능하다.The molded product includes the fiber-reinforced composite material, which exhibits excellent stiffness with excellent flexural strength and flexural modulus, and at the same time, exhibits excellent tensile strength and impact strength, and thus can be used as an automobile exterior material. For example, the molded article may be used as a substitute for steel of a cross member constituting a frame structure located under a vehicle. In addition, the molded article can be recycled when scrapping a car or the like.
<실시예 및 비교예><Examples and Comparative Examples>
실시예 1Example 1
230℃, 2.16kg 하중에서 측정된 용융지수가 20g/10min인 프로필렌 단일 중합체 76.5 중량%, 무수 말레인산이 프로필렌에 8 중량% 그라프트되어 있는 변성 폴리프로필렌 3 중량%, 및 N-도데카노일-N-메틸글리신 나트륨염 0.5 중량% 를 혼합하였다. 그리고, 상기 혼합물을, 단면의 평균직경이 7㎛이고, 사이징제가 0.5중량%인 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 탄소섬유 20 중량% 에 함침시켜 섬유강화 복합재 조성물을 제조하였다.76.5% by weight of a propylene homopolymer having a melt index of 20g/10min measured at 230°C and a load of 2.16kg, 3% by weight of a modified polypropylene in which 8% by weight of maleic anhydride is grafted to propylene, and N-dodecanoyl-N - 0.5% by weight of methylglycine sodium salt was mixed. Then, the mixture was impregnated with 20% by weight of polyacrylonitrile (PAN) carbon fiber having an average cross-sectional diameter of 7 μm and a sizing agent of 0.5% by weight to prepare a fiber-reinforced composite material composition.
그리고, 상기 섬유강화 복합재 조성물을 이축 압출기를 사용하여 압출하여 펠렛을 제조하였다.In addition, the fiber-reinforced composite material composition was extruded using a twin-screw extruder to prepare pellets.
실시예 2Example 2
230℃, 2.16kg 하중에서 측정된 용융지수가 20g/10min인 프로필렌 단일 중합체 76 중량%, 무수 말레인산이 프로필렌에 8 중량% 그라프트되어 있는 변성 폴리프로필렌 3 중량%, 및 N-도데카노일-N-메틸글리신 나트륨염 1 중량% 를 혼합하였다. 그리고, 상기 혼합물을, 단면의 평균직경이 7㎛이고, 사이징제가 0.5중량%인 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 탄소섬유 20 중량% 에 함침시켜 섬유강화 복합재 조성물을 제조하였다.76% by weight of a propylene homopolymer having a melt index of 20g/10min measured at 230°C and a load of 2.16kg, 3% by weight of a modified polypropylene in which 8% by weight of maleic anhydride is grafted to propylene, and N-dodecanoyl-N - 1% by weight of methylglycine sodium salt was mixed. Then, the mixture was impregnated with 20% by weight of polyacrylonitrile (PAN) carbon fiber having an average cross-sectional diameter of 7 μm and a sizing agent of 0.5% by weight to prepare a fiber-reinforced composite material composition.
그리고, 상기 섬유강화 복합재 조성물을 이축 압출기를 사용하여 압출하여 펠렛을 제조하였다.In addition, the fiber-reinforced composite material composition was extruded using a twin-screw extruder to prepare pellets.
비교예1 Comparative Example 1
N-도데카노일-N-메틸글리신 나트륨염 대신에, 핵제로 디벤질리덴 소비툴(Dibenzylidene Sorbitol) 을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 섬유강화 복합재 조성물을 제조하였다. 그리고, 상기 섬유강화 복합재 조성물을 이축 압출기를 사용하여 압출하여 펠렛을 제조하였다. A fiber-reinforced composite material composition was prepared in the same manner as in Example 2, except that dibenzylidene sorbitol was used as a nucleating agent instead of N-dodecanoyl-N-methylglycine sodium salt. In addition, the fiber-reinforced composite material composition was extruded using a twin-screw extruder to prepare pellets.
<평가><evaluation>
물성 평가를 위하여, 실시예 및 비교예의 펠렛을 사출성형하고, 각각의 물성을 하기 실험예에 따라 측정하였다.For the evaluation of physical properties, the pellets of Examples and Comparative Examples were injection molded, and the respective physical properties were measured according to the following experimental examples.
실험예 1: 인장강도(MPa)Experimental Example 1: Tensile strength (MPa)
실시예 및 비교예를 ASTM D638 에 따라 인장강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.Tensile strength of Examples and Comparative Examples was measured according to ASTM D638, and the results are shown in Table 1 below.
실험예 2: 굴곡강도(MPa)Experimental Example 2: Flexural strength (MPa)
실시예 및 비교예를 ASTM 790 에 따라 굴곡강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.The flexural strength of Examples and Comparative Examples was measured according to ASTM 790, and the results are shown in Table 1 below.
실험예 3: 굴곡탄성율(MPa)Experimental Example 3: Flexural modulus (MPa)
실시예 및 비교예를 ASTM 790 에 따라 굴곡탄성율를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.The flexural modulus of Examples and Comparative Examples was measured according to ASTM 790, and the results are shown in Table 1 below.
실험예 4: 충격강도(J/m)Experimental Example 4: Impact Strength (J/m)
실시예 및 비교예를 ASTM D256 에 따라 굴곡탄성율를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.The flexural modulus of Examples and Comparative Examples was measured according to ASTM D256, and the results are shown in Table 1 below.
(인장강도, MPa)Experimental Example 1
(tensile strength, MPa)
(굴곡강도, MPa)Experimental Example 2
(flexural strength, MPa)
(굴곡탄성율, MPa)Experimental Example 3
(flexural modulus, MPa)
(충격강도, J/m)Experimental Example 4
(impact strength, J/m)
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예의 섬유강화 복합재는 핵제로 디벤질리덴 소비톨을 사용한 비교예 1 과 비교하여, 우수한 강도 및 강성을 갖는 것을 확인하였습니다. 구체적으로, 실시예 1의 섬유강화 복합재는 굴곡강도 120 MPa 이상, 굴곡탄성율 9,000 MPa 이상으로 우수한 강성을 나타내고, 충격강도 100J/m 이상 등으로 우수한 강도를 동시에 나타내는 것을 확인하였다.As shown in Table 1, it was confirmed that the fiber-reinforced composites of Examples had excellent strength and stiffness compared to Comparative Example 1 using dibenzylidene sorbitol as a nucleating agent. Specifically, it was confirmed that the fiber-reinforced composite of Example 1 exhibits excellent stiffness with a flexural strength of 120 MPa or more and a flexural modulus of 9,000 MPa or more, and exhibits excellent strength with an impact strength of 100 J/m or more.
이상과 같이 본 발명에 대해서 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.Although the present invention has been described as above, the present invention is not limited by the embodiments disclosed herein, and it is obvious that various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, although the operation and effect according to the configuration of the present invention have not been explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention above, it is natural that the effects predictable by the corresponding configuration should also be recognized.
Claims (12)
상기 강성핵제는 메틸글리신 나트륨염을 포함하고,
상기 메틸글리신 나트륨염은 N-도데카노일-N-메틸글리신 나트륨염을 포함하는
섬유강화 복합재 조성물.
Including polypropylene resin, carbon fiber, acid-modified polypropylene and a rigid nucleating agent,
The hard nucleating agent includes methylglycine sodium salt,
The methylglycine sodium salt includes N-dodecanoyl-N-methylglycine sodium salt
A fiber-reinforced composite composition.
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수(Melt index)는 10g/10분 내지 30g/10분(230℃, 2.16kg)인
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 1,
Melt index of the polypropylene resin is 10g / 10 minutes to 30g / 10 minutes (230 ℃, 2.16kg)
A fiber-reinforced composite composition.
상기 탄소섬유는 폴리아크릴로나이트릴(PAN)계 탄소섬유인
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 1,
The carbon fiber is a polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fiber.
A fiber-reinforced composite composition.
상기 탄소섬유 단면의 평균직경은 5㎛ 내지 15㎛ 인
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 1,
The average diameter of the carbon fiber cross section is 5㎛ to 15㎛
A fiber-reinforced composite composition.
상기 탄소섬유는 0.1 중량% 내지 3중량% 의 사이징제를 포함하는
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 1,
The carbon fiber comprises 0.1% to 3% by weight of a sizing agent
A fiber-reinforced composite composition.
상기 산 변성 폴리프로필렌은 산이 프로필렌에 그라프트되어 있는 변성 폴리프로필렌이고,
상기 산은 말레인산, 무수 말레인산, 푸마르산, 시트라콘산, 무수 시트라콘산, 메사콘산, 이타콘산, 무수 이타콘산, 아코니티산, 무수 아코니티산, (메타)아크릴산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 1,
The acid-modified polypropylene is a modified polypropylene in which an acid is grafted onto propylene,
The acid is selected from the group consisting of maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, citraconic acid, citraconic anhydride, mesaconic acid, itaconic acid, itaconic anhydride, aconitic acid, aconitic anhydride, (meth)acrylic acid, and combinations thereof. containing one
A fiber-reinforced composite composition.
상기 산 변성 폴리프로필렌은 상기 산의 그라프트율이 5 중량% 내지 10중량% 인
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 6,
The acid-modified polypropylene has a graft ratio of 5% to 10% by weight of the acid
A fiber-reinforced composite composition.
상기 산 변성 폴리프로필렌의 함량은 상기 섬유강화 복합재 조성물 100 중량부 대비, 1 중량부 내지 5 중량부인
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 1,
The content of the acid-modified polypropylene is 1 part by weight to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite composition.
A fiber-reinforced composite composition.
상기 메틸글리신 나트륨염은 상기 섬유강화 복합재 조성물 100 중량부 대비, 0.1 중량부 내지 2 중량부의 함량으로 포함된
섬유강화 복합재 조성물.
According to claim 1,
The methylglycine sodium salt is contained in an amount of 0.1 part by weight to 2 parts by weight relative to 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material composition
A fiber-reinforced composite composition.
섬유강화 복합재.
Claims 1 to 8 and 10 prepared from the fiber-reinforced composite composition according to any one of claims
fiber-reinforced composites.
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