KR20010020328A - Composite Material Suitable for Aircraft Interiors - Google Patents

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KR20010020328A
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마틴 티. 촤트
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사이텍 파이버라이트, 인크.
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00

Abstract

본 발명에서는 탄소 페이퍼 기재 및 난연재 성분을 갖는 열경화성 수지를 포함하는 섬유 강화된 프리프레그가 제공되고, 이 프리프레그는 항공기 내장재를 제조하는데 특히 유용하다. 기재는 팬 탄소 섬유 및 알콜 결합제를 함유할 수 있다. 수지는 프리프레그의 약 50 내지 80 %로 포함될 수 있다.In the present invention there is provided a fiber reinforced prepreg comprising a thermosetting resin having a carbon paper substrate and a flame retardant component, which is particularly useful for making aircraft interior materials. The substrate may contain fan carbon fibers and an alcohol binder. The resin may comprise about 50 to 80% of the prepreg.

Description

항공기 내장용으로 적절한 복합 재료{Composite Material Suitable for Aircraft Interiors}Composite Material Suitable for Aircraft Interiors}

전기 장치 및 사무용 장치 외장재, 예를 들어, 컴퓨터 케이스, 복사기 케이스 및 전화 장치는 예전에는 열가소성 수지, 예를 들어, 폴리카르보네이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 및 폴리프로필렌으로 제조하여 왔다. 이들 재료는 인성, 가요성 및 난연재 첨가제를 포함시킴으로써 UL 명세서를 충족시키는 성능과 같은 이로운 특성을 갖고 있다. 그러나, 열가소성 수지는 낮은 모듈러스로 인하여 경직되지 않고 본래의 높은(분자량) 용융 점도로 인하여 세부 모울드로의 유동이 불가능하다는 결점을 갖고 있다. 또한, 혼합된 열가소성 수지를 사용할 때 조차도, 높은 용융 점도는 10 내지 40 % 쵸핑된 강화 섬유와의 혼합을 불가능하게 하여 열경화성 수지를 사용하여 얻을 수 있는 것의 반 미만이 되는 모듈러스값을 가져온다. 또한, 비교적 높은 용융 점도 및 보다 낮은 모듈러스로 인하여, 보다 두꺼운 벽 부분 및 몇몇의 경우, 늑재를 모울딩된 부분에 디자인하여 적절한 강성을 제공하고, 가연성 시험 동안 완전 연소(용융)를 방지하여야 한다. 실제적인 문제점으로서, 열가소성 수지의 높은 용융 점도 및 이에 따른 통상적인 사출 성형 장치를 사용하여 좁은 벽 공동으로의 유동 불가능으로 인하여 벽 영역을 0.060" 미만으로 모울딩하는 데는 과도한 어려움이 따르게 된다. 또한, 열가소성 수지는 열을 가할 때 용융 현상을 나타낸다. 이 현상은 그 자체로 가스 화염 공급원이 표본밑에서 20 도의 각으로 위치하여 용융된 재료가 화염으로 떨어지지 않게 방지하도록 변형된 난연성 시험 UL 94 5V(완전 연소 시험)을 필요로하게 된다.Electrical and office device exterior materials, such as computer cases, copier cases and telephone devices, have previously been made of thermoplastic resins such as polycarbonate, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and polypropylene. These materials have beneficial properties such as the ability to meet UL specifications by including toughness, flexibility and flame retardant additives. However, thermoplastic resins have the drawback that they are not rigid due to low modulus and inherent high (molecular weight) melt viscosity makes it impossible to flow into the detail mold. In addition, even when using mixed thermoplastic resins, high melt viscosities make it impossible to mix with 10 to 40% chopped reinforcing fibers, resulting in a modulus value of less than half that obtainable with thermosetting resins. In addition, due to the relatively high melt viscosity and lower modulus, thicker wall portions and in some cases, the ribs should be designed in the molded portion to provide adequate stiffness and to prevent complete combustion (melt) during flammability testing. As a practical problem, excessive difficulty is encountered in molding the wall area to less than 0.060 "due to the high melt viscosity of the thermoplastics and thus the inability to flow into narrow wall cavities using conventional injection molding apparatus. Thermoplastic resins exhibit a melting phenomenon when applied, which is a flame retardant test UL 94 5 V (complete combustion), which is modified to prevent the gas flame source from being positioned at an angle of 20 degrees below the sample, thereby preventing the molten material from falling into the flame. Test).

낮은 모듈러스로 인한 용융(왜곡) 및 두꺼운 벽 디자인 필요성의 결점을 극복하기 위한 하나의 방법은 열경화성 수지를 사용하는 것이다. 그러나, 종래의 열경화성 수지(즉, 에폭시 및 페놀 수지)는 이러한 용도에 충분하도록 강인하지 않어서 비교적 낮은 충격강도로 인하여도 크랙킹되게 된다.One way to overcome the drawbacks of melting (distortion) and thick wall design necessity due to low modulus is to use thermosetting resins. However, conventional thermosetting resins (i.e. epoxy and phenolic resins) are not strong enough for these applications and will crack due to their relatively low impact strength.

항공기 산업에 있어서, 항공기의 내측벽 및 다른 비구조성 성분, 예를 들어, 머리위 보관용 함, 문, 천장, 및 바닥에 사용할 수 있는 인성 경량 복합 재료가 바람직하다. 이들 복합 재료는 미국 연방 항공국(Federal Aviation Adn\ministration : FAA) 항공기 내부 가연성 필요 조건을 충족시켜야 한다. 목적하는 재료는 저렴하고, 경량이며, 부드러운 표면 완성도를 가져야한다. 복합 재료는 금속 모울드로 압축 성형되고, 샌드위치되고, 벌집형 코어에 결합될 수 있어야 한다.In the aircraft industry, tough lightweight composite materials that can be used for the interior walls and other nonstructural components of the aircraft, such as overhead storage boxes, doors, ceilings, and floors, are preferred. These composite materials must meet the flammability requirements within the Federal Aviation Advance (FAA) aircraft. The desired material should be inexpensive, lightweight, and have a smooth surface finish. The composite material should be able to be compression molded into a metal mold, sandwiched, and bonded to the honeycomb core.

항공기 내장용으로 사용되는 통상적인 복합 재료는 직조된 복합 재료를 포함하고, 이는 패브릭이 직조되어야 하기 때문에 추가의 가공 시간 및 비용을 필요로 한다. 이들 직조 복합 재료는 이착륙 동안의 수하물의 이동을 포함하는 항공기 내부에서 발생되는 스트레스를 견딜 정도로 충분하게 강하지 않다. 이들 통상적인 직조된 재료의 표면에 임의의 페인트 또는 다른 장식을 도포하기 위하여, 완성된 직조 재료의 표면은, 직조 재료의 표면이 페인트 또는 다른 장식이 표면에 부착될 정도로 충분하게 평활하지 않기 때문에 우선 연마되어야 한다. 또한, 이들 직조 재료는 늑재 또는 장식적으로 에칭되거나 성형된 직물과 같은 미세 성형 세부에 까지 손쉽게 유동할 수 없어서, 미세 성형 세부를 얻기 위하여 직조 재료에 추가의 마무리 처리를 필요로하게 된다.Typical composite materials used for aircraft interiors include woven composite materials, which require additional processing time and cost because the fabric must be woven. These woven composites are not strong enough to withstand the stresses generated inside the aircraft, including the movement of baggage during takeoff and landing. In order to apply any paint or other decoration to the surface of these conventional woven materials, the surface of the finished woven material is first of all because the surface of the woven material is not smooth enough to allow paint or other decoration to adhere to the surface. It must be polished. In addition, these woven materials cannot easily flow up to micro-molded details, such as ribs or decoratively etched or molded fabrics, requiring additional finishing to the woven material to obtain micro-molded details.

공지된 복합 재료의 이들 및 다른 문제점을 회피하는 복합 재료에 대한 필요성이 존재하고 있으며, 본 발명이 바로 이러한 목적을 위한 것이다.There is a need for composite materials that circumvent these and other problems of known composite materials, and the present invention is for this purpose.

<발명의 요약>Summary of the Invention

본 발명은 항공기 내장용 비구조성 성분, 예를 들어, 바닥, 천장, 머리위 보관함, 및 문의 성형에 사용하기에 특히 적절한 프리프레그를 제공한다. 본 발명은 경량이고, 인성이 있으며 저렴한 복합 재료를 추가로 제공한다. 또한, 복합 재료는 이를 추가로 연마하지 않고도 장식되도록 허용되는 평활한 표면 완성도를 가질 수 있다. 또한, 복합 재료는 모울드로 유동하여 미세 성형 세부를 갖는 성형 물품을 형성할 수 있다. 또한, 복합 재료는 연소 동안 낮은 열방출율 및 낮은 연기 밀도에 대한 FAA 항공기 내부 가연성 필요 조건을 만족시킨다.The present invention provides prepregs that are particularly suitable for use in shaping nonstructural components for aircraft interiors, such as floors, ceilings, overhead bins, and doors. The present invention further provides a lightweight, tough and inexpensive composite material. In addition, the composite material may have a smooth surface finish that is allowed to be decorated without further polishing it. In addition, the composite material may flow into the mold to form a molded article with fine molding details. In addition, the composite material meets FAA aircraft internal flammability requirements for low heat release rate and low smoke density during combustion.

본 발명에 따르면, 난연재 성분을 갖는 개질된 열경화성 수지; 소정 중량 %의 1.27 cm(0.5 inch) 길이 폴리아크릴로니트릴 탄소 섬유 및 소정 중량 %의 2.54 cm(1 inch) 길이 폴리아크릴로니트릴 탄소 섬유 및 알콜 결합제를 포함할 수 있으며, 상기 개질된 열경화성 수지로 함침된 탄소 페이퍼 기재를 포함하는 복합 재료가 제공된다. 열경화성 수지는 페놀계 노볼락 수지일 수 있고, 수지의 양은 프리프레그의 총중량을 기준으로 하여 50 내지 80 중량 %일 수 있다. 기재는 금속 섬유를 가져서 프리프레그의 전자기 차폐를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, a modified thermosetting resin having a flame retardant component; The modified thermosetting resin may comprise a predetermined weight% of 1.27 cm (0.5 inch) long polyacrylonitrile carbon fiber and a predetermined weight% of 2.54 cm (1 inch) long polyacrylonitrile carbon fiber and an alcohol binder. A composite material is provided comprising an impregnated carbon paper substrate. The thermosetting resin may be a phenolic novolac resin, and the amount of the resin may be 50 to 80% by weight based on the total weight of the prepreg. The substrate may have metal fibers to increase the electromagnetic shielding of the prepreg.

본 발명은 항공기 내장 용도를 위한 특정 가연성을 필요 조건을 충족시킬 수 있는 난연재를 갖는 열경화성 수지 및 열경화성 수지로 함침된 기재를 함유할 수 있는 프리프레그 및 이로부터 제조한 성형품에 관한 것이다.The present invention relates to prepregs and molded articles made therefrom which may contain thermosetting resins having a flame retardant material capable of meeting specific flammability requirements for aircraft interior applications and substrates impregnated with thermosetting resins.

본 발명은 특히 항공기의 내장용 비구조성 성분에 사용될 수 있는 성형 물품을 제조하는데 적절한 복합 재료에 이용가능하다. 이러한 사항을 본 발명의 명세서에 기술한다. 그러나, 본 발명에 따른 복합 재료가 보다 우수한 유용성을 갖는다는 사실 또한 이해될 것이다.The present invention is particularly applicable to composite materials suitable for making shaped articles that can be used for interior non-structural components of aircraft. Such matters are described in the specification of the present invention. However, it will also be appreciated that the composite material according to the invention has better utility.

광범위하게는, 본 발명은 기재상에 및 그 내에 함침될 수 있는 열경화성 수지를 포함하는 프리프레그에 관한 것이다. 각각의 이들 성분은 하기에 개별적으로 기술하였다. 당업계의 숙련자들에게 공지된 바와 같이, "프리프레그"라는 용어는 매트, 패브릭, 부직 재료 또는 조사(粗絲)와 같은 기재와 통상적으로 B 경화 단계를 거친 수지의 조합을 의미한다. 열경화성 수지의 경화 사이클에 있어서, A 단계는 수지가 여전히 가용성이고 융합성인 수지의 반응에서의 초기 단계를 의미한다. B 단계는 열경화성 수지 용융물이 가열되고 여전히 특정 용매에 용해되어 있는 반응에 있어서의 중간 단계이다. 제조에 있어서, 처리된 기재는 통상적으로 이 단계로 예비경화되어 최종 경화 전에 취급 및 가공을 용이하게 한다. C 단계는 수지가 통상적인 용매중에 비융합성이고 불용성이 되는, 열경화성 수지를 경화시키는데 있어서의 최종 단계이다.Broadly, the present invention relates to prepregs comprising a thermosetting resin that can be impregnated on and within a substrate. Each of these components is described separately below. As is known to those skilled in the art, the term "prepreg" refers to a combination of a substrate, such as a mat, fabric, nonwoven material, or irradiated, and a resin, typically undergoing a B curing step. In the curing cycle of the thermosetting resin, step A means the initial stage in the reaction of the resin in which the resin is still soluble and fused. Step B is an intermediate step in the reaction where the thermosetting resin melt is heated and still dissolved in the particular solvent. In manufacture, the treated substrate is typically precured at this stage to facilitate handling and processing prior to final curing. Step C is the final step in curing the thermosetting resin, which becomes insoluble and insoluble in conventional solvents.

수지Suzy

하기에서, 본 발명에 따른 복합 재료의 바람직한 수지 조성물에 대하여 기술한다. 본 발명의 프리프레그중에 사용되는 수지 성분은 열경화성 페놀 포름알데히드 수지, 즉, 말라민 페놀과의 포름알데히드 축합물일 수 있다. 이들 수지는 종종 "페놀계" 수지라고 언급된다. 페놀계 수지는 노볼락 또는 레솔 형태일 수 있다. 그러나, 이들 수지 중 보다 적은 양의 유리 페놀 및(또는) 포름알데히드로 인하여 노볼락이 바람직하다. 이들 두가지 형태의 페놀계 수지의 차이점은 주로 수지의 제조에 사용되는 페놀 대 포름알데히드의 비율로부터 나타난다. 레솔 수지는 전형적으로는 알칼리성 조건하에서 1:1.5-2의 범위로서 페놀에 대하여 몰 과량의 포름알데히드를 사용하여 제조된다. 노볼락 수지는 통상적으로 산성 조건(옥살산 또는염산)하에서 약 1.25:1의 범위로서 포름알데히드에 대하여 몰 과량의 페놀을 사용하여 제조된다. 레졸 수지에 있어서, 미량의 질소를 통상적으로 액체를 통하여 버블된 암모니아 형태로 수지에 가하거나, 헥사메틸렌테트라아민 분말을 혼합하여 페놀과 포름알데히드 간의 반응을 촉진시킨다. 레졸 형태의 수지는 비교적 보다 낮은 분자량(고도로 단량체성임)의 반고체 또는 액체 수지이다. 이는 주위 온도에서 보다 고도로 중합된 고체 노볼락 수지 보다 덜 안정한 경향이 있다. 페놀 포름알데히드 수지는 공지되어 있고, 문헌(K.J.Saunders, Organic Polymer Chemistry Applications and Performance, Springer - Verlong, N.Y. 1985)에 기술되어 있다.In the following, preferred resin compositions of the composite material according to the present invention are described. The resin component used in the prepreg of the present invention may be a thermosetting phenol formaldehyde resin, that is, a formaldehyde condensate with malamine phenol. These resins are often referred to as "phenolic" resins. The phenolic resin may be in the form of novolac or resol. However, novolaks are preferred because of the lower amount of free phenol and / or formaldehyde in these resins. The difference between these two types of phenolic resins comes mainly from the ratio of phenol to formaldehyde used to prepare the resin. Resol resins are typically prepared using molar excess of formaldehyde relative to phenol in the range of 1: 1.5-2 under alkaline conditions. Novolak resins are typically prepared using molar excess of phenol relative to formaldehyde in the range of about 1.25: 1 under acidic conditions (oxalic acid or hydrochloric acid). In resol resins, trace amounts of nitrogen are typically added to the resin in the form of ammonia bubbled through the liquid, or the hexamethylenetetraamine powder is mixed to facilitate the reaction between phenol and formaldehyde. Resol type resins are semi-solid or liquid resins of relatively lower molecular weight (highly monomeric). It tends to be less stable than highly polymerized solid novolac resins at ambient temperatures. Phenolic formaldehyde resins are known and described in K.J.Saunders, Organic Polymer Chemistry Applications and Performance, Springer-Verlong, N.Y. 1985.

기재materials

하기에서 본 발명에 따른 복합 재료의 기재에 대하여 기술한다. 본 발명에 사용된 기재는 탄소, 유리, 케블라 또는 다른 통상적인 섬유 강화재를 포함하는 임의의 불연속 섬유일 수 있다. 대략 3 oz/yd2의 중량을 갖는 탄소 페이퍼 기재를 사용하여 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 이 재료는 프리프레그 제조자들에게 보다 큰 프리프레그 산출량을 얻도록 허용하고, 소비자는 부과된 제중량을 조절하기 위하여 쉬이트를 보다 적게 갖는다. 바람직한 탄소 페이퍼는 "팬(PAN)" 섬유로부터 제조될 수 있고, 여기서, "팬"은 폴리아크릴로니트릴 출발 수지로 제조된 섬유 또는 충전제를 의미한다. 탄소 섬유들을 함께 결합시키기 위하여, 폴리비닐 알콜(PVA)와 같은 알콜 결합제를 사용할 수 있다. 알콜 결합제는 기재의 약 10 내지 약 20 중량 %로 포함될 수 있고, 바람직한 기재는 약 5 중량 %의 PVA를 포함할 수 있다The substrate of the composite material according to the present invention is described below. The substrate used in the present invention can be any discontinuous fiber, including carbon, glass, kevlar or other conventional fiber reinforcements. Desirable results can be obtained using a carbon paper substrate having a weight of approximately 3 oz / yd 2 . This material allows prepreg manufacturers to obtain higher prepreg yields, and the consumer has fewer sheets to control the weight imposed. Preferred carbon paper can be made from "PAN" fibers, where "pan" means fibers or fillers made of polyacrylonitrile starting resin. To bond the carbon fibers together, an alcohol binder such as polyvinyl alcohol (PVA) can be used. The alcohol binder may comprise about 10 to about 20 weight percent of the substrate and the preferred substrate may comprise about 5 weight percent PVA.

또한, 보다 작은 중량의 기재 재료, 예를 들어, 2 및 2.5 oz/yd2의 중량을 갖는 것들을 사용할 수 있다. 기재는 0.5 인치 길이 및(또는) 1.0 인치 길이의 팬 탄소 섬유를 함유할 수 있다. 기재는 50 내지 100 중량 %의 0.5 인치 길이 팬 탄소 섬유 및 0 내지 50 중량 %의 1.0 인치 길이 팬 탄소 섬유를 함유할 수 있다. 바람직한 기재는 50 중량 %의 0.5 인치 길이 탄소 섬유 및 50 중량 %의 1.0 인치 길이 탄소 섬유를 함유할 수 있다. 섬유의 길이는 프리프레그로부터 제조된 성형 물품 및(또는) 성형 물품에 필요한 기계적 성질에 따라 다양할 수 있다.It is also possible to use lower weight substrate materials, for example those having a weight of 2 and 2.5 oz / yd 2 . The substrate may contain 0.5 inch long and / or 1.0 inch long fan carbon fibers. The substrate may contain 50 to 100 weight percent 0.5 inch long fan carbon fibers and 0 to 50 weight% 1.0 inch long fan carbon fibers. Preferred substrates may contain 50% by weight 0.5 inch long carbon fibers and 50% by weight 1.0 inch long carbon fibers. The length of the fibers can vary depending on the mechanical properties required for the molded article and / or molded article made from the prepreg.

프리프레그의 제조Preparation of Prepregs

하기에서, 본 발명에 따른 프리프레그의 제조 방법에 대해 기술한다. 수지 조성물은 열경화성 수지를 적절한 수지용 용매중에 용해해시켜 제조할 수 있다. 사용할 수 있는 용매는 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸렌 클로라이드, 또는 임의의 다른 저비점(60 ℃ 미만) 용매를 포함한다. 생성된 용액에 부가제, 예를 들어, 안료, 난연재, 윤활제, 또는 경화 촉진제(예를 들어, 헥사메틸렌테트라아민)을 가할 수 있다. 노볼락 페놀계 수지를 갖는 프리프레그는 실온에서 저장할 수 있는 반면, 레졸 형태 페놀계 수지 탄소 프리프레그는 저장 동안 냉장시켜야 한다.In the following, a method for producing a prepreg according to the present invention is described. The resin composition can be produced by dissolving the thermosetting resin in a suitable solvent for resin. Solvents that can be used include acetone, methyl ethyl ketone, methylene chloride, or any other low boiling point (less than 60 ° C.) solvent. Additives such as pigments, flame retardants, lubricants, or curing accelerators (eg hexamethylenetetraamine) can be added to the resulting solution. Prepregs with novolac phenolic resins can be stored at room temperature, while resol type phenolic resin carbon prepregs must be refrigerated during storage.

프리프레그는 20 내지 50 중량 %의 기재 및 50 내지 80 중량 %의 수지를 포함할 수 있고, 바람직한 프리프레그는 약 80 중량 %의 수지 및 약 20 중량 %의 기재를 포함할 수 있다.The prepreg may comprise 20-50% by weight of the substrate and 50-80% by weight of the resin, and the preferred prepreg may comprise about 80% by weight of the resin and about 20% by weight of the substrate.

바람직한 결과는 난연재 재료를 수지 조성물에 가할 때 얻을 수 있다. 적절한 난연재 재료는, 예를 들어, 테트라브롬화 비스-페놀 A 및 산화 안티몬을 포함하는 할로겐/안티몬 화합물을 포함할 수 있다. 바람직한 난연재는 포스페이트 에스테르, 예를 들어, 획스트 셀라니즈(Hoechst Celanese)에서 제품 번호 AP422 또는 IFR 23으로서 제조된 것일 수 있다.Preferred results can be obtained when the flame retardant material is added to the resin composition. Suitable flame retardant materials may include, for example, halogen / antimony compounds including tetrabrominated bis-phenol A and antimony oxide. Preferred flame retardants may be those prepared as phosphate esters, eg, product number AP422 or IFR 23 in Hoechst Celanese.

수지 조성물이 제조되면, 당업계에 통상적인 방법에 의하여 이를 기재에 함침할 수 있다. 일반적으로, 기재를 수지 조성물에 통과시킬 수 있다. 이어서, 기재 및 수지 조성물을 건조시켜 용매를 제거하고, 수지 조성물을 B 단계까지 부분적으로 건조시킬 수 있다. 생성된 프리프레그를 쉬이트로 만들고, 쌓거나 롤로감은 후, 운송하거나 저장할 수 있다.Once the resin composition is prepared, it can be impregnated into the substrate by methods conventional in the art. In general, the substrate can be passed through the resin composition. Subsequently, the substrate and the resin composition may be dried to remove the solvent, and the resin composition may be partially dried up to step B. The resulting prepregs can be sheeted, stacked or rolled, and then transported or stored.

성형 물품의 제조Preparation of Molded Articles

압축 성형 및 이송 성형을 포함하는 당업계에 공지된 방법에 의하여 본 발명에 따른 프리프레그로부터 다양한 성형 물품을 제조할 수 있다. 프리프레그는 1 mm 만큼 얇은 벽 두께를 갖는 고도로 정밀한 부품으로 성형될 수 있다. 성형 공정에 대한 상세한 사항, 예를 들어, 경화 주기, 온도 및 압력은 제조될 성형 물품의 구성에 따라 다양할 것이다. 일반적으로, 몇개의 프리프레그 쉬이트를 자르고 모울드내에 쌓을 수 있다. 쉬이트의 배열은 제조될 물품에 따를 것이다. 예를 들어, 여분의 프리프레그 조각을 최종 성형 물품중에 여분의 강도가 필요한 곳에 포함시킬 수 있다. 본 발명의 프리프레그는 수지의 보다 낮은 용융 점도가 증진된 내부 부피를 갖는 보다 가벼운 중량의 엔클로져를 생성시키기 때문에 보다 얇은 벽 영역을 갖는 성형 물품을 제조하게 하는 디자인 잇점을 제공한다.Various molded articles can be produced from the prepregs according to the invention by methods known in the art, including compression molding and transfer molding. The prepreg can be molded into highly precise parts with wall thicknesses as thin as 1 mm. Details of the molding process, such as curing cycle, temperature and pressure, will vary depending on the configuration of the molded article to be manufactured. In general, several prepreg sheets can be cut and stacked in a mold. The arrangement of the sheets will depend on the article to be manufactured. For example, extra pieces of prepreg can be included in the final molded article where extra strength is needed. The prepregs of the present invention provide a design advantage for making molded articles with thinner wall areas because the lower melt viscosity of the resin creates a lighter weight enclosure with enhanced internal volume.

본 발명에 따른 성형 물품은 기재가 다량의 수지 조성물이 기재내에 함침될 수 있다는 사실을 의미하는 다량의 표면 영역을 갖기 때문에 평활하고, 투명하고, 광택나는 표면 완성도를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 프리프레그는 50-80 % 수지의 큰 수지 대 기재의 비율을 가져서 프리프레그로 제조된 성형 물품이 보다 거친 기재 표면 대신에 평활한 수지 표면을 갖는다. 본 발명에 다른 평활한 표면은 추가로 장식하기 전에 성형품 표면의 연마를 필요로하지 않는다. 따라서, 성형 물품이 모울드로부터 제거된 후, 페인트 또는 진공 성형된 착색성 밝은색 중합체 필름을 본 발명에 따른 성형 물품의 표면상에 도포할 수 있다.The molded article according to the invention can have a smooth, transparent and glossy surface finish since the substrate has a large amount of surface area, which means that a large amount of resin composition can be impregnated into the substrate. Thus, the prepreg according to the invention has a large resin-to-substrate ratio of 50-80% resin so that molded articles made of the prepreg have a smooth resin surface instead of a rougher substrate surface. Smooth surfaces that are different in the present invention do not require polishing of the molded article surface before further decoration. Thus, after the molded article is removed from the mold, paint or vacuum molded colored light colored polymer film can be applied onto the surface of the molded article according to the invention.

본 발명에 따른 프리프레그는 통상적인 직조 복합 재료와 유사한 방식으로 취급될 수 있으나, 본 발명에 따른 프리프레그는 모울드로 유동할 수 있고, 성형 물품의 늑재 및 장식적으로 에칭되거나 텍스춰링된 표면과 같은 미세 성형 세부를 갖는 성형 물품을 형성할 수 있다.The prepreg according to the invention can be handled in a similar way as conventional woven composite materials, but the prepreg according to the invention can flow into the mold and with the ribs and decoratively etched or textured surfaces of the molded article. A molded article having the same fine molding details can be formed.

본 발명에 따른 복합 재료로 형성된 이들 성형 물품은 불연속적이고, 필라멘트화된 기재를 사용한 결과 직조 프리프레그에 필요한 직조 단계가 제거되기 때문에 통상적인 직조 탄소 프리프레그 보다 저렴하다. 하기에서 보다 상세하게 기술한 바와 같이, 성형 물품은 낮은 비중을 갖고, 연소 동안 낮은 열 방출율 및 낮은 연기 밀도의 FAA 항공기 내부 가연성 필요 조건을 만족시킬 수 있다These molded articles formed from the composite material according to the present invention are less expensive than conventional woven carbon prepregs because of the discontinuous, filamentated substrates resulting in the elimination of the weaving steps required for the woven prepregs. As described in more detail below, molded articles have a low specific gravity and are capable of meeting the flammability requirements of FAA aircrafts with low heat release rate and low smoke density during combustion.

또한, 본 발명에 따른 프리프레그로 형성된 성형 물품은 항공기 산업에 유익할 수 있는 신규한 음향 및 전기적 성질을 갖는다. 특히, 프리프레그는 전자기 간섭(EMI) 차폐 성질 뿐만아니라, 음향 차폐 성질을 가질 수 있다. 불연속적이고, 필라멘트화된 기재는 약간의 EMI 차폐를 제공할 수 있다. EMI 차폐 성능을 추가로 향상시키기 위하여, 스테인레스 강철 섬유 도는 니켈 코팅된 흑연 섬유을 기재에 가할 수 있다. 상기에 기술한 추가의 섬유로 형성된 프리프레그는 100 내지 1,000 Hz의 광범위한 주파수에 걸쳐 40 dB 보다 큰 EMI 차폐를 가질 수 있다. 추가의 섬유 없이 불연속적이고 필라멘트화된 기재 또한 직조되지 않은 기재가 음향 에너지를 방산시켜 성형 물품을 통하여 전달되는 음향 에너지를 감소시키기 때문에 음향 차폐를 제공할 수 있다.In addition, molded articles formed from the prepregs according to the present invention have novel acoustical and electrical properties that may be beneficial to the aircraft industry. In particular, the prepreg can have acoustic shielding properties as well as electromagnetic interference (EMI) shielding properties. Discontinuous, filamentated substrates can provide some EMI shielding. To further improve EMI shielding performance, stainless steel fibers or nickel coated graphite fibers may be added to the substrate. Prepregs formed from the additional fibers described above may have EMI shielding greater than 40 dB over a wide range of frequencies from 100 to 1,000 Hz. Discontinuous, filamentated substrates without additional fibers may also provide acoustic shielding because the nonwoven substrate dissipates the acoustic energy to reduce the acoustic energy delivered through the molded article.

본 발명을 보다 명확하게 이해될 수 있도록 기술하기 위하여, 하기의 실시예를 나타내었다. 이 실시예는 주로 본 명세서에 함유되어 있는 상세한 설명 또는 재료 비율의 예시 및 임의의 특정 열거가 본 발명의 개념에 대한 제한으로서 해석된 않게 하기 위한 목적으로 나타내었다.In order to describe the present invention more clearly, the following examples are presented. This example has been presented primarily for the purpose of not allowing the specification or material proportions contained herein and any particular enumeration to be interpreted as a limitation on the concept of the invention.

실시예에서, 하기의 재료 및 시험 공정을 사용하였다 : HRJ 10985는 쉐넥터디 인터내쇼날(Schenectady International, Inc.)에서 시판되는 페놀계 노볼락 수지를 의미한다. AP422는 미국 노쓰캐롤라이나주 샤롯데 소재 획스트 셀라니즈 코포레이션(Hoechst Celanese Corp.)에서 시판되는 인산염 에스테르 난연재인 호스타플란 AP422(HOSTAFLAN AP422)를 의미한다. HEXA는 헥사메틸렌에테르아민을 의미한다. SOCCI 왁스는 물중에 50 % 고체를 함유하는 카나우바(Carnauba) 왁스 에멀션을 의미한다. 블랙 솔루션(BLACK Solution)은 카본 블랙/니그로진 용액을 의미한다. 20301 카본 페이퍼는 영국 캠브리아 캔달 소재 테크니칼 파이버 프로덕츠 리미티드(Technical Fibre Oriducts Limited)에서 시판하는, 3 oz/yd, 7 내지 10 마이크로미터 직경, 50 % 1" 조각,, 50 % 1/2" 조각, 5 % PVA 크기로된 팬 기재 탄소 섬유 페이퍼를 의미한다. 굴곡 강도(Flexural Strength) 및 굴곡 모듈러스(Flexural modulus)를 ASTM D-790 공정에 의하여 측정하였다.In the examples, the following materials and test processes were used: HRJ 10985 refers to a phenolic novolak resin available from Schenectady International, Inc. AP422 means HOSTAFLAN AP422, a phosphate ester flame retardant marketed by Hoechst Celanese Corp. of Charlotte, North Carolina. HEXA means hexamethyleneetheramine. SOCCI wax refers to Carnauba wax emulsions containing 50% solids in water. Black Solution means a carbon black / nigrosin solution. 20301 carbon paper is available in Technical Fiber Oriducts Limited, Cambria, UK, 3 oz / yd, 7 to 10 micrometer diameter, 50% 1 "piece, 50% 1/2" piece, Fan-based carbon fiber paper with 5% PVA size. Flexural Strength and Flexural modulus were measured by ASTM D-790 process.

<실시예 1><Example 1>

본 발명에 따른 프리프레그의 예는 하기에 나타낸 성분의 조성 및 중량 범위를 가질 것이다.Examples of prepregs according to the invention will have the composition and weight ranges of the components shown below.

중량 %(저)Weight% (low) 중량 %(고)Weight% (high) 조성Furtherance 4242 48.9048.90 페놀계 노볼락 수지(결합제 메트릭스)-HRJ10985Phenolic novolak resin (binder matrix) -hrj10985 3.53.5 4.084.08 암모늄 폴리포스페이트(난연재)-AP422Ammonium Polyphosphate (Flame Retardant) -AP422 5.65.6 6.526.52 테트라-브로모비스페놀-A(난연재)Tetra-bromobisphenol-A (flame retardant) 1.41.4 1.631.63 삼산화 안티몬(상승적 난연재)Antimony Trioxide (Rising Flame Retardant) 3.853.85 4.484.48 붕산 아연(연기 억제제)Zinc borate (smoke inhibitor) 2.12.1 2.452.45 SOCCI 왁스(이형제 및 광택 촉진제)SOCCI waxes (release agents and gloss accelerators) 1.751.75 2.042.04 스테아르산 아연(이형제 및 광택 촉진제)Zinc stearate (release agent and gloss promoter) 0.70.7 0.820.82 수산화 나트륨(경화 촉진제)Sodium hydroxide (hardening accelerator) 77 8.158.15 HEXA(가교제)HEXA (cross-linking system) 2.12.1 2.452.45 블랙 용액(표면 완성도 증진제)Black solution (surface completeness enhancer) 3030 18.518.5 20301 카본 페이퍼20301 carbon paper 총=100 %Total = 100% 총=100 %Total = 100%

본 발명에 따른 프리프레그의 각 제조 단계를 기술한다. 우선, 수지 용액을 제조하였다.Each manufacturing step of the prepreg according to the invention is described. First, a resin solution was prepared.

수지 용액의 제조Preparation of Resin Solution

페놀계 노볼락 수지, 암모늄 폴리포스페이트, 테트라-브로모비스페놀-A, 삼산화 안티몬, 붕산 아연, SOCCI 왁스, 수산화 나트륨, HEXA를 합하여 수지 용액을 제조하였고, 각각의 양은 용액의 총량을 기준으로 한 중량부이다.A resin solution was prepared by combining phenolic novolac resin, ammonium polyphosphate, tetra-bromobisphenol-A, antimony trioxide, zinc borate, SOCCI wax, sodium hydroxide, and HEXA, each amount being based on the total amount of the solution. It is wealth.

상기의 용액을 대략 10 분 동안 교반하였다, 생성된 용액에 1.75 내지 2.04 중량 %의 스테아르산 아연을 가하고, 생성된 용액을 추가로 10 분 동안 교반하였다. 이 시간이 종료된 후, 2.1 내지 2.45 중량 %의 블랙 용액을 가하고, 생성된 용액을 추가로 3 분 동안 교반하였다.The solution was stirred for approximately 10 minutes, to the resulting solution was added 1.75 to 2.04% by weight of zinc stearate and the resulting solution was stirred for an additional 10 minutes. After this time was over, 2.1 to 2.45 wt% black solution was added and the resulting solution was stirred for an additional 3 minutes.

프리프레그의 제조Preparation of Prepregs

프리프레그를 제조하기 위하여, 롤로부터 20301 탄소 페이퍼를 상기에서 제조한 수지 용액을 함유하는 조에 대략 분 당 130 인치로 통과시켰다. 수지로 함침된 페이퍼를 0.018 내지 0.024 인치의 간격으로 고정되어 있는 한 쌍의 구동 스테인레스 강철 닙 롤에 통과시켜 과량의 수지 용액을 제거하고 수지 용액 70~81.5 %의 바람직한 픽업(pick-up)을 성취하였다. 함침된 페이퍼에 215E-250EF에서 강제 공기 오븐중의 대류 열을 통과시켜 아세톤 용매를 제거하였다. 대류 열 대역중의 체류 시간은 8-12 분이었다. 생성물은 약 80 중량 %의 고체 수지 및 약 20 중량 %의 탄소 페이퍼를 포함하는 건조된 딱딱하지 않은 프리프레그였다. 프리프레그의 샘플을 매칭된 금속 다이중에서 1500-3200 psi, 150-180EF에서 180 초 동안 가열하여 경화시켰다. 경화된 샘플은 하기의 표에 나타낸 물리적 성질을 가졌다. 샘플은 또한 FAA 항공기 내부 가연성 필요 조건와 비교하였다To prepare the prepreg, 20301 carbon paper was passed from the roll into the bath containing the resin solution prepared above at approximately 130 inches per minute. The resin-impregnated paper is passed through a pair of driven stainless steel nip rolls held at intervals of 0.018 to 0.024 inches to remove excess resin solution and achieve a desirable pick-up of 70-8% of the resin solution. It was. The impregnated paper was passed through convective heat in a forced air oven at 215E-250EF to remove the acetone solvent. The residence time in the convective heat zone was 8-12 minutes. The product was dried non-rigid prepreg comprising about 80% by weight solid resin and about 20% by weight carbon paper. Samples of prepreg were cured by heating for 180 seconds at 1500-3200 psi, 150-180EF in matched metal dies. Cured samples had the physical properties shown in the table below. The samples were also compared with the flammability requirements inside the FAA aircraft.

성질Property FAA 가연성 필요 조건FAA Flammability Requirements 실시예 1Example 1 피크 열방출율[kW.m2]Peak heat release rate [kW.m 2 ] <65<65 38-4438-44 2 분간 열방출율[kW.m2]Heat release rate over 2 minutes [kW.m 2 ] <65<65 39-4639-46 연기 밀도[Ds@4m]Smoke Density [Ds @ 4m] <200<200 141-155141-155 가연성 60 초Flammable 60 seconds <15<15 00 수직 연소소화시간[초]Vertical combustion digestion time [sec] 가연성 60 초수직 연소 길이[인치]Flammable 60 sec Vertical Combustion Length [inches] <6<6 1.751.75 가연성 60 초수직 연소 적하소화시간[초]Flammability 60 sec vertical combustion drip time [sec] N/A-열경화성 수지는 적하되지 않음N / A-thermosetting resin is not dropped 평균 Long Beam굴곡 강도[Ksi]Average Long Beam Bending Strength [Ksi] N/AN / A 11.2-1811.2-18 중간 Long Beam굴곡 강도[Ksi]Medium Long Beam Flexural Strength [Ksi] N/AN / A 10-1210-12 유리 전이 온도-가요성 TMA[℃]Glass Transition Temperature-Flexible TMA [° C] N/AN / A 164164

상기의 사항들이 본 발명의 특정 실시 태양을 참고로 한 것이지만, 본 발명의 원리 및 정신, 부가한 청구항으로 정의한 범위를 떠나지 않고 이 실시 태양의 변형이 가능하다는 사실이 당업계의 숙련자들에게는 이해될 것이다.While the foregoing is directed to specific embodiments of the present invention, it will be understood by those skilled in the art that modifications may be made to this embodiment without departing from the spirit and spirit of the present invention and the scope defined by the appended claims. will be.

Claims (9)

난연재 성분을 갖는 개질된 열경화성 수지; 소정 중량 %의 1.27 cm(0.5 inch) 길이 폴리아크릴로니트릴 탄소 섬유 및 소정 중량 %의 2.54 cm(1 inch) 길이 폴리아크릴로니트릴 탄소 섬유 및 알콜 결합제를 포함하며, 상기 개질된 열경화성 수지로 함침된 탄소 페이퍼 기재를 포함하는 프리프레그.Modified thermosetting resins having flame retardant components; A predetermined weight% of 1.27 cm (0.5 inch) long polyacrylonitrile carbon fiber and a predetermined weight% of 2.54 cm (1 inch) long polyacrylonitrile carbon fiber and an alcohol binder, impregnated with the modified thermosetting resin A prepreg comprising a carbon paper substrate. 제1항에 있어서, 수지가 페놀계 노볼락 수지인 프리프레그.The prepreg of claim 1, wherein the resin is a phenolic novolac resin. 제1항에 있어서, 상기 기재가 1.27 cm(0.5 inch) 길이의 폴리아크릴로니트릴 탄소 섬유 50 중량 % 및 2.54 cm(1 inch) 길이의 폴리아크릴로니트릴 탄소 섬유 50 중량 %를 포함하는 프리프레그.The prepreg of claim 1, wherein the substrate comprises 50 wt% of 1.27 cm (0.5 inch) long polyacrylonitrile carbon fiber and 50 wt% of 2.54 cm (1 inch) long polyacrylonitrile carbon fiber. 제1항에 있어서, 수지의 양이 프리프레그의 총 중량을 기준으로 하여 약 50 내지 약 80 중량 %인 프리프레그.The prepreg of claim 1, wherein the amount of resin is from about 50 to about 80 weight percent based on the total weight of the prepreg. 제1항에 있어서, 수지의 양이 프리프레그의 총 중량을 기준으로 하여 약 80 중량 %인 프리프레그.The prepreg of claim 1, wherein the amount of resin is about 80% by weight based on the total weight of the prepreg. 제1항에 있어서, 상기 알콜 결합제가 폴리비닐 알콜을 포함하는 프리프레그.The prepreg of claim 1, wherein the alcohol binder comprises polyvinyl alcohol. 제1항에 있어서, 기재가 프리프레그의 전자기 차폐를 증진시키기 위하여 금속 섬유를 추가로 포함하는 프리프레그.The prepreg of claim 1, wherein the substrate further comprises a metal fiber to enhance electromagnetic shielding of the prepreg. 제1항의 프리프레그로 부터 제조된 성형 물품.A molded article made from the prepreg of claim 1. 제1항에 있어서, 상기 난연재 성분이 폴리인산 암모늄인 프리프레그.The prepreg of claim 1, wherein the flame retardant component is ammonium polyphosphate.
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