KR20070110482A - 대형 구조체를 성형하기 위한 주입 직물 - Google Patents

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KR20070110482A
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KR1020077008940A
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데이비드 알 하트만
매튜 더블유 던
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오웬스-코닝 파이버글라스 테크놀로지 ll, 엘엘씨
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Abstract

주입 직물 (10) 은 연속 필라멘트 매트, 직접 촙드 매트, 직접 연속 매트 및 이들의 조합물 중에서 선택된 매트 (12), 및 직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 을 포함한다. 상기 매트 및 상기 직조 조방 또는 결합 강화층은 서로 접결되어 있다. 상기 연속 필라멘트 매트는 E-유리 섬유 및/또는 ECR-유리 섬유 및 결합제와 풀을 포함한다.
주입 직물.

Description

대형 구조체를 성형하기 위한 주입 직물{INFUSION FABRIC FOR MOLDING LARGE COMPOSITE STRUCTURES}
본 발명은 일반적으로 대형 복합 구조체로 성형될 수 있는 주입 직물, 새로운 연속 필라멘트 매트 및 새로운 결합제에 관한 것이다.
섬유재를 직조하고, 짜고, 부직포로 성형하여 만들어진 강화 섬유가 당업계에 일반적으로 잘 알려져 있다. 유리, 탄소 및 아라미드 (aramid) 로 이루어진 실은 일반적으로 섬유로 성형되고, 다수의 섬유는 적층되고, 건조 직물 키트 또는 예비 성형체로 절단된다. 상기 예비 성형체는 수지 결합재로 합침 또는 주입되고, 경화되어 강성 복합재로 된다.
일반적으로 유리 강화 섬유 매트가 예비 성형되고, 그 후에 섬유 강화품으로 성형되기 위해 주형안에 놓인다. 유리 섬유 강화 매트는 적절한 강도가 요구되는 경우, 예를 들어, 트럭 완충제, 자동 섀시 또는 버스 부속품에 사용된다. 예를 들어, 연속 스트랜드 매트층과 단방향 또는 다방향 강화재 층은 개별적으로 제조된다. 이러한 층들은 일반적으로 상부 스크린과 하부 스크린을 포함하는 예비 성형된 스크린 세트에 개별적으로 배치된다. 상기 상부 스크린 및 하부 스크린은 상기 층들이 예비 성형된 스크린 형상에 부합하도록 함께 이동된다. 이리하여, 상기 층들은 예비 성형체로 알려진 형상으로 성형된다. 상기 예비 성형체는 주형안에 놓여지고, 섬유 강화품을 형성하기 위해 적절한 수지 재료가 함께 주입된다.
본 발명의 회사 소유의 2005년 3월 31일에 발행된 특허공보에는 주름이 없는 주입 가능한 무권축 강화 직물이 개시되어 있다. 상기 단방향 직물은 크기가 큰 토우 사이에 이격된 작은 크기의 토우를 갖고 있다. 상기 큰 크기의 토우 사이의 작은 크기의 토우로 형성된 "채널" 은 수지의 주입을 빠르게 하고 생산성을 증대시킨다.
본 발명은 VIP, RTM 및 RTM 라이트 또는 VARTM 법을 포함하는 폐쇄 성형법에서 키팅 (kitting), 예비 성형, 세공에 적합하고, 수지 주입률, 응고 두께, 표면의 외관을 향상시키고, 복합 구조 성능을 개선시키는 주입 직물에 관한 것이다. 이러한 것들은 바다, 바람부는 곳, 건축, 운송 기관 및 산업 현장에서 사용되는 복합재 폐쇄 성형법 전체를 나타낸다. 또한, 본 발명은 개선된 주입 직물 매트를 만드는데 유용한 새로운 연속 필라멘트 매트 및 결합제에 관한 것이다.
상기 주입 직물은 연속 필라멘트 매트, 직접 촙드 (chopped) 매트, 직립 연속 매트 및 이들의 조합물 중에서 선택된 매트와 직조 또는 결합 강화층을 포함한다. 상기 매트 및 직조 조방 또는 결합 강화은 함께 꿰매질 수도 있다.
본 발명을 좀 더 자세히 설명하여 보면, 상기 매트는 유리 섬유, 유리질 탄소 섬유, 흑연 섬유, 일붕소무흑연 탄소 섬유, 실리콘, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 열가소성 폴리머 섬유 및 이들의 혼합물을 포함하는 그룹에서 선택된 재료로 형성된다. 예를 들어, 면, 케나프 (kenaf), 사이잘 삼 및 황마 등과 같은 천연 섬유는 단독으로 또는 다른 천연 섬유와 혼합하여 사용될 수도 있다. 상기 직조 조방 강화층은 동일한 재료로 구성될 수 있다.
일반적으로, 상기 직조 조방 강화층은 약 8 내지 약 60 oz/sq.yd (약 0.27 내지 약 2.03 kg/sq.m) 의 면적 중량을 갖는다. 또한, 상기 직조 조방 또는 결합 강화층은 복수의 평행 토우를 포함하며, 이들 중 둘 이상의 토우는 이격 채널 이 형성되도록 상이한 일드를 갖는다. 일반적으로, 상기 두 토우 중 제 1 토우는 약 750 내지 약 2500yds/lb (약 1511.9 내지 약 5039.7 m/kg) 의 일드 A 를, 제 2 토우는 약 52 내지 약 450 yds/lb (약 104.8 내지 약 907.2 m/kg) 의 일드 B 를 갖는다.
본 발명의 다른 실시가능한 실시형태에 있어서, 상기 주입 직물은 외면 매트를 더 포함할 수 있다. 상기 매트는 상기 외면 매트 및 상기 직조 조방 강화층 사이에 끼워져 있다.
본 발명의 특징적인 실시형태에 있어서, 상기 주입 직물의 매트는 E-유리 섬유 및/또는 ECR-유리 섬유, 결합제 및 풀을 포함하는 연속 필라멘트 매트이다. 특히, 이러한 연속 필라멘트 매트는 약 80 내지 99 중량% 의 유리 섬유와 섬유 내부에 약 1 내지 20 중량% 의 결합제 및 약 0.01 내지 1 중량% 의 풀을 포함한다. 상기 유리 섬유는 유리 필라멘트 다발들로 제공된다. 상기 유리 필라멘트 다발들은 한다발당 약 20 내지 약 140 의 필라멘트를 포함한다. 각 필라멘트의 평균 직경은 약 11 내지 약 26 마이크론이다. 상기 다발의 직경은 약 0.127 내지 약 3.175 mm 이다. 상기 다발의 루프 형성비는 약 2.0 내지 8.0 이다.
상기 결합제는 폴리에스테르 또는 에폭시 수지 및 에폭시 노볼락 (novolak) 과 같은 친 에폭시 결합제이다. 상기 폴리에스테르 결합제는 그 입자 크기가 약 25 내지 200 mm 이다. 상기 결합제는 또한 활석 및 벤조일 페록사이드를 폴함한다. 특히, 상기 결합제는 약 92.5 내지 약 99.9 중량% 의 폴리에스테르를 포함하고, 약 0.01 내지 약 5 중량% 의 활석, 0.1 내지 2.5 중량% 의 벤조일 페록사이드를 포함한다.
또한, 상기 연속 필라멘트 매트는 아세톤 추출물로 측정했을때 경화도가 약 50 내지 100 % 이다. 좀 더 바람직하게, 상기 연속 필라멘트 매트는 아세톤 추출물로 측정했을때 경화도가 약 60 내지 90 % 이다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 연속 필라멘트 매트가 제공된다. 상기 연속 필라멘트 매트는 E-유리 섬유 및/또는 ECR-유리 섬유, 결합제 및 풀을 포함한다. 상기 연속 필라멘트 매트는 섬유상에 약 90 내지 98 중량% 의 E-유리 또는 ECR-유리 섬유, 약 2 내지 10 중량% 의 결합제 및 약 0.1 내지 1.0 중량% 의 풀을 포함한다. 상기 유리 섬유는 유리 필라멘트 다발들로 제공된다. 상기 유리 필라멘트 다발들은 한 다발당 약 20 내지 140 개의 필라멘트를 포함한다. 각 필라멘트는 평균 직경이 약 11 내지 26 마이크론이다. 상기 다발의 직경은 약 0.127 내지 약 3.175 mm 이다. 상기 다발의 루프 형성비는 약 2.0 내지 8.0 이다. 아세톤 추출물로 측정했을때 경화도는 약 50 내지 약 100 % 이고, 좀 더 바람직하게 약 60 내지 90 % 이다.
유용한 실시형태에 있어서, 상기 연속 필라멘트 매트는 한 다발 또는 한 루프 스트랜드당 약 44 내지 50 의 필라멘트를 포함하는 E-유리 또는 ECR-유리 섬유 다발을 포함한다. 상기 다발의 평균 직경은 약 0.3048 mm 이고, 그 범위는 약 0.127 내지 1.27 mm 이다. 상기 매트 구성에 대한 스트랜드 또는 루프 형성비는 약 6.0 내지 6.6 이다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 유리 섬유 매트를 준비하기 위해 결합제가 제공된다. 상기 결합제는 약 95 내지 99.8 중량% 의 폴리에스테르, 약 0.05 내지 3 중량% 의 활석 및 약 0.2 내지 2 중량% 의 벤조일 페록사이드를 포함한다. 상기 폴리에스테르 결합제는 약 25 내지 200 mm 의 입자 크기를 갖는다. 상기 폴리에스테르는 에틸렌 글리콜 및 푸마르산계이다.
하기의 상세한 설명은 본 발명의 여러 실시형태 중, 본 발명을 실행함에 있어서 가장 적절한 일부만을 나타낸 것이다. 본 발명은 본 발명의 기본 사상을 변화시키지 않고, 여러 다른 실시형태로 변형이 가능하고, 다양한 형태로 나타날 수 있다. 하기의 도면 및 상세한 설명은 일부의 예일 뿐이지, 대표적인 것은 아니다.
명세서에 첨부된 도면은 본 발명의 여러 실시형태를 나타내며, 본 발명의 주요 기술적 사상을 설명하는데 도움이 된다.
도 1 은 본 발명의 주입 직물의 가능한 실시형태의 일부 사시도이다.
도 1a 은 도 1 에 나타난 주입 직물의 전체 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 주입 직물의 가능한 다른 실시형태의 일부 사시도이다.
도 2a 는 도 2 에 나타난 주입 직물의 전체 단면도이다.
주요 도면 부호는 첨부된 도면에서 예시로 나타나는 본 발명의 바람직한 실시형태에서 상세히 주어질 것이다.
본 발명의 주입 직물 (10) 의 제 1 실시형태가 도 1 및 1a 에 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 상기 주입 직물 (10) 은 매트 (12), 직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 을 포함한다. 상기 매트 (12) 및 직조 조방사 강화 층 (14) 은 은 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 유리질 탄소 섬유, 무흑연 탄소 섬유, 일붕화흑연 섬유, 일붕화무흑연 탄소 섬유, 실리콘, 아라미드, 세라믹 섬유, 열가소성 폴리머 섬유, 천연 섬유 (예를 들어, 면, 케나프, 사이잘 삼 및 황마) 및 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 물론, 상기 매트 (12) 및 직조 조방 강화 층 (14) 은 상기 열거된 재료들과 같거나 다른 물질로도 형성될 수 있다.
상기 직조 조방 강화층 (14) 은 약 8 내지 약 60 oz/sq.yd. (약 0.27 내지 약 2.03 kg/sq.m.) 의 면적 중량을 갖는다. 상기 직조 조방 강화층 (14) 은 평면, 능조직 및 주자 형식 중에서 선택된다. 상기 직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 은 복수의 평행 토우 (18, 20) 를 포함하며, 이들 중 둘 이상의 토우는 이격 채널 (21) 을 형성하도록 상이한 일드 (yield) 를 갖는다. 일반적으 로, 상기 두 토우 중 제 1 토우 (18) 는 약 750 내지 약 2500yds/lb (약 1511.9 내지 약 5039.7 m/kg) 의 산출물 A 를, 제 2 토우 (20) 는 약 52 내지 약 450 yds/lb (약 104.8 내지 약 907.2 m/kg) 의 산출물 B 를 갖는다. 더 작은 제 1 토우 (18) 중 하나 이상을 더 큰 제 2 토우 (20) 의 둘 이상의 사이 사이에 배치함으로써, 채널 (21) 이 형성된다. 일반적인 직조 조방 강화층 (14) 은 성형 공정에서 주입 직물 (10) 을 가로질러 수지의 주입을 빠르게 해주는 일군의 이러한 채널 (21) 들을 포함하게 된다.
토우 (18, 20) 의 간격은 성형 공정에 사용되는 수지에 의해 일반적으로 결정된다. 특히, 저성이 큰 수지를 사용할 경우 표면적당 성형 공정동안 수지의 흐름을 더욱 개선하기 위해서는 더 많은 수의 채널이 필요하게 된다. 또는, 점성이 작은 수지는 흐르기가 좀 더 쉽고, 표면적당 더 적은 수의 채널을 필요로 한다. 이러한 경우에, 더 많은 수의 큰 토우 (20) 사이에 더 적은 수의 작은 토우 (18) 를 제공할 필요가 있다.
상기 직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 은 일반적으로 단방향 섬유 배향을 포함한다. 단방향 층에 주 섬유를 위치시키기 위한 여러가지 방법들이 사용될 수 있다. 이러한 방법들에는 제직, 접결 (stitch) 및 결합 등의 방법이 알려져 있다. 바람직한 일 실시형태에 있어서, 상기 층 (14) 은 접결-결합 섬유로 알려진 무권축 경편물로 구성된다. 예시된 실시형태에 있어서, 직조 조방 또는 겹합 강화층 (14) 의 토우 (18, 20) 는 보조적인 비구조 접결사 (22) 에 의해 위치 고정된다. 이 접결사는 일반적으로 폴리에스테르 실 또는 종래 사용되는 다른 실이 될 수 있다.
상기 매트 (12) 및 직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 은 적절한 수단을 통해 서로 연결되어 있다. 예시된 실시형태에 있어서, 상기 연결은 종래 접결-결합 기술을 사용하여 체인, 트리코트, 변형 트리코트 또는 프로매트와 같은 형식으로 이루어진다. 이러한 목적으로 Liba 접결-결합 장치와 같은 당업계에 알려진 종래의 장치가 사용될 수 있다.
도 1 및 1a 에 나타난 바와 같이, 상기 주입 직물 (10) 은 제 2 직조 조방 또는 결합 강화층 (24) 을 포함할 수도 있다. 상기 제 2 직조 조방 강화층 (24) 에는 제 1 직조 조방 강화층 (14) 과 유사한 구조이다. 즉, 상기 제 2 직조 조방 또는 결합 강화층은 다수의 평행한 토우 (26, 28) 를 포함하고 있으며, 이들 중 적어도 두 개의 토우는 수지가 주입될 수 있는 이격된 채널을 형성하도록 다른 일드를 갖는다. 상기 토우 (26, 28) 는 제 1 직조 조방 강화층 (14) 에 있는 토우 (18, 20) 와 반드시 산출부가 동일할 필요는 없다. 그러나, 제 1 직조 조방 강화층 (14) 의 토우 (18, 20) 가 제 1 방향으로 신장되고, 제 2 직조 조방 강화층 (24) 의 토우 (26, 28) 는 상기 제 1 방향에 엇갈린 제 2 방향으로 신장되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 이러한 엇갈림은 약 90 도이다. 이러한 구조적 배열은 주입 직물 (10) 의 강도를 향상시킨다.
주입 직물의 (10) 다른 실시형태가 도 2 및 도 2a 에 나타나 있다. 이 실시형태에서는 실질적으로 전술한 도 1 의 실시형태와 동일한 매트 (12) 및 직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 을 포함하고 있다. 또한, 상기 주입 직물 (10) 은 외면 매트 (30) 를 포함하고 있다. 상기 외면 매트 (30) 는 상기 직조 조방 강화층 (14) 의 반대편에 있는 매트 (12) 의 일 면과 연결되어 있어서, 상기 매트 (12) 는 외면 매트 (30) 및 상기 직조 조방 강화층 (14) 사이에 끼워져 있다. 상기 외면 매트 (30) 는 다른 연속 섬유 매트 또는 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 천연 섬유 (예를 들어, 면, 케나프, 사이잘 삼 및 황마), 폴리머 입자 및 결합제가 결합된 베일과 같은 인쇄 차단재로 구성된다. 예를 들어, 상기 외면 매트 (30) 는 스핀 결합, 습식 결합, 건식 결합 및 니들링 펀칭에 의해 상기 매트 (12) 에 결합된다.
전술한 바와 같이, 상기 매트 (12) 는 연속 필라멘트 매트일 수 있다. 여기서 "연속 필라멘트" 라는 용어는 습식 및 혼합 고형체에 수지 또는 폴리머를 부착하기 위해 적절하게 처리, 풀처리, 마무리된 개별적인 섬유들을 일정하게 조준한 결합체를 의미한다.
또한, "연속 필라멘트 매트" 는 평면으로 균등하게 매트를 제작함에 있어서, 루프 형성비로 정의되는 배향을 갖는 연속 다발 섬유들의 임의의 스월 배치를 의미한다. 유용한 연속 필라멘트 매트 (12) 는 루프 형성비가 약 2.0 내지 8.0, 일반적으로 약 6.0 내지 6.6 으로 제조된다. 여기서 루프 형성비는 스트랜드 또는 다발 속도/진동비를 의미한다.
또한, 본 발명에 있어 특히 유용한 연속 필라멘트 매트 (12) 는 E-유리 섬유 및/또는 ECR-유리 섬유, 결합제 및 풀 (size) 을 포함한다. 상기 유리 섬유는 유리 필라멘트 다발 형태로 제공된다. 이 유리 필라멘트 다발은 한 다 발당 약 20 내지 140 개의 필라멘트를 포함한다. 각 필라멘트의 평균 직경은 약 11 내지 26 마이크론이다. 다발의 직경은 약 0.127 내지 3.175 mm 이다.
특히 유용한 실시형태에 있어서, 상기 필라멘트의 평균 직경은 약 17.0 내지 20.0 마이크론이다. 또한, 한 다발 또는 루프 스트랜드당 약 44 내지 50 개의 필라멘트가 있다. 상기 스트랜드 또는 다발의 평균 직경은 약 0.3048 mm 이고, 상기 다발의 직경은 전체적으로 약 0.127 내지 1.27 mm 의 범위이다. 매트 구조에 대한 스트랜드 또는 루프 형성비는 약 6.0 내지 6.6 이다.
상기 결합제는 폴리에스테르 또는 에폭시 분말 수지 또는 에폭시 노볼락과 같은 친에폭시 결합제이다. 상기 에폭시 수지는 에피클로로하이드린 및 비스페놀 A 로 만들어진 것을 포함한다. 에폭시 노볼락은 노볼락 수지 (페놀-포름알데히드) 와 에피클로로하이드린을 반응시켜 제조된 수지를 포함한다.
한 가능한 실시형태에 있어서, 상기 폴리에스테르 결합제는 에틸렌 글리콜과 푸마르산계이다. 또한, 상기 결합제는 활석과 벤조일 페록사이드를 포함한다. 일반적으로 상기 결합제는 약 25 내지 200 mm 의 입자 크기를 갖는다. 상기 활석은 결정화 촉진제로서 첨가된다. 상기 결합제는 저온에서 결정질의 폴리머를 소량의 스테르산 아연과 분쇄하여 알맞은 입자 크기로 준비한다. 상기 분말은 벤조일 페록사이드와 건식 혼합된다. 상기 결합제에 대하여 좀 더 설명하면, 이 결합제는 약 95 내지 99.8 중량% 의 폴리에스테르, 약 0.05 내지 3 중량% 의 활석 및 약 0.2 내지 2 중량% 의 벤조일 페록사이드를 포함한다.
상기 연속 필라멘트 매트 (12) 에 사용되는 풀은 물, 아세트산, 실란 및 비오사이드를 포함하는 하나 이상의 조성물을 포함한다. 본 발명에 유용한 실란 커플링제는 General Electric Silane 사의 A-187, A-171, A-174 및 A-1100 이 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 유용한 윤활제는 ICI America 사와 Omega 16407 사에서 제조 판매되는 Cirrosol 185AE, 185AN 이 있으며, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 유용한 비오사이드 (Biocids) 는 비스/트리부틸틴옥사이드를 함유하는 4 급 암모늄 화합물이 있으며, 이에 한정되지 않는다. 이러한 비오사이드는 Biomet 66 이라는 상표로 판매되며, Atochem 에서 구입할 수 있다.
상기 연속 필라멘트 매트 (12) 는 유리 필라멘트 다발을 컨베이어 체인으로 결합제 부여 공정에 통과시켜서 제조된다. 상기 컨베이어 체인의 일부는 플러드 팬이라고 불리우는 단부 개방형 홈통 내에서 지지된다. 상기 플러드 팬의 용도는 충분한 슬러러가 모여 비직조 웨브를 어느 정도의 시간동안 완전히 침지시키도록 하기 위함이다. 상기 슬러리는 상기 플러드 팬의 유입 단부 쪽 상방에 위치하는 저장소 (즉, 막 코더) 에서 공급된다. 상기 저장소는 저장소의 최하부로부터 슬롯을 통해 슬러리를 분출한다. 상기 저장소와 슬롯은 상기 플러드 팬의 폭 방향으로 신장된다. 상기 저장소와 슬롯의 주축은 상기 공정 컨베이어의 기계 방향 (주축) 과 수직하도록 배향된다.
상기 슬러리는 저장소 슬롯으로부터 수직 하방으로 유리 스트랜드의 비직조 웨브의 상면을 향하여 연속 막의 형태로 배출된다. 상기 슬러리 막의 속도 는 저장소의 슬롯에서 슬러리가 배출되는 속도, 슬롯과 웨브면 간의 수직 거리 및 슬러리의 점도의 함수이다.
유리 스트랜드의 비직조 웨브와 컨베이어 체인은 실질적으로 슬러리의 흐름에 대해 투과성이 있고, 따라서 상기 슬러리는 유리 스트랜드와 상기 컨베이어 체인 와이어 주위를 지나 하방으로 불투과성 플러드 팬까지 쉽게 흐를 수 있다. 상기 저장소에서 수직으로 흘러나오는 슬러리가 플러드 팬의 편평한 표면에 부딪히는 경우 (플러드 팬의 표면에 수직하게), 상기 흐름은 수평 방향으로 전향된다. 상기 웨브, 컨베이어 체인 및 플러드 팬과 상호작용하는 슬러리의 흐름은 일반적으로 컨베이어와 웨브의 방향으로 전향되어 흐르게된다. 상기 플러드 팬으로부터 슬러리의 제거 속도는 플러드팬에 슬러리가 공급되는 속도, 컨베이어 체인의 두께, 체인과 슬러리의 끌림도 (drag), 슬러리의 점도, 플러드 팬 내부의 슬러리의 높이 및 여러 인자들의 함수이다. 저장소에서 공급되는 슬러리의 체적 흐름은, 상기 플러드 팬의 길이의 대부분을 지나면서 완전하게 침지되기에 충분하도로고 설계되어 있다. 상기 슬러리는 유리 스트랜드를 통과하게 되고, 이 결합제 침전물은 차후에 오븐 내에서 구속 매트 구조로 경화된다.
상기 연속 필라멘트 매트 (12) 에 원하는 수지 주입이 일어나도록 하기 위해, 상기 유리 섬유 다발은 너무 크거나, 너무 밀집되어 있어서는 안된다. 이러한 두 가지 사항들은 수지 주입을 위한 매트 구조의 개방도나 투과성에 영향을 미치게 된다.
본 발명에 유용한 연속 필라멘트 매트 (12) 는 본 발명의 양수인 측에서 상 업적으로 판매하는 CFM8610, CFM8620, CFM8630, CFM8635, CFM8636 및 CFM8643 등이 있으며, 이에 한정되지 않는다.
RTM, RTM 라이트 및 VIP 공정을 위한 수지 주입에 영향을 미치는 인자는 수지의 점도를 줄이고 매트/직물의 평면 투과성을 증가시키기 위해 필요시 다르시 (Darcy) 의 법칙을 따른다. 수지 주입과 주형 정합도와의 균형을 맞추기 위한 연속 필라멘트 매트의 투과성은 감소도 필라멘트화, 적절한 고형물 및 결합제의 경화로 개선됨을 보여주었다. 상기 매트의 무작위 스월, 연속 섬유 및 적절한 풀/결합제 화학물질은 복합재의 양호한 기계적 및 구조적 성능을 가능케한다. 본 발명에서의 경화는 아세톤 추출물로 측정된다. 상기 연속 필라멘트 매트는 아세톤 추출물로 측정하였을때, 약 50 내지 100%, 보다 일반적으로 약 60 내지 90% 의 경화값을 갖게 된다.
도 1 및 도 2 에 예시된 실시형태를 포함하는 본 발명 주입 직물 (10) 의 다른 실시형태는 수지가 직물을 통과하여 고형 복합재를 형성하도록 하는 성형 공정에 특히 유용하다. 그 특별한 일 예로 수지 이동 성형법 (RTM) 이 있다. 수지 이동 성형법 (RTM) 에 따르면, 수지가 낮은 점도와 낮은 압력에서 건조 직물 (즉, 직물 (10)) 의 예비 성형체를 포함하는 폐쇄 주형 안으로 주입되어, 예비 성형체에 수지가 주입되고, 섬유 강화 복합재가 형성된다. 상기 RTM 공정은 형태가 복잡한 복합재를 적은 비용으로 생산할 수 있다. 이러한 복합재는 일반적으로 내측 몰드 라인과 외측 몰드 라인 제어 표면을 따라 연속 섬유 강화물이 요구된다. 대형 및 소형 구조물에 연속 섬유 강화물을 배치하고 포함할 수 있다는 점은 다른 액상 성형법에는 없는 RTM 의 특징이다.
상기 직물 (10) 은 또한 진공 보조 수지 전달 성형 (VARTM) 시스템에 유용하다. VARTM 에서, 상기 예비 성형체는 직물 (10) 과 같은 가요 시트 또는 라이너로 덮여진다. 상기 가요 시트 또는 라이너는 봉투 형태로 상기 예비 성형체를 밀봉하도록 상기 주형에 고정된다. 그 후, 촉매화된 매트릭스 수지가 상기 예비 성형체를 적시도록 상기 봉투 내부에 주입된다. 상기 예비 성형체에 대하여 상기 가요 시트가 접어지도록 진공선을 통해 상기 봉투 내부에 진공이 가해진다. 이러한 진공은 상기 예비 성형체로부터 수지를 뽑아내고, 완성 제품에 기포 또는 공극이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 매트릭스 수지는 진공 상태에서 경화된다. 상기 진공의 작용으로 경화 공정에서 발생한 가스가 배출된다. 본 발명의 직물 (10) 은 강화 직물을 진공하에 놓아두는 공정에서 뿐만 아니라 표준 진공 주입 성형 공정에서도 유용하다.
결론적으로, 본 발명의 직물 (10) 은 많은 이점을 제공한다. 상기 직물 (10) 은 취급성이 좋고, 사용하기 쉬우며, 수지 투과성이 뛰어나다. 유동 속도를 빠르게 하여, 생산성 및 주형의 재편성을 높일 수 있으며, 국소적인 수지 분포 매체를 사용하지 않음으로써 잠재적으로 생산 비용을 줄이게 된다. 또한, 주변 환경에 대한 VOC 손실이 감소된다. 또한, 최소한의 노동력과 비용으로 적층 벌크를 만들수 있다.
전술한 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명은 예시 및 설명을 위해 제시된 것이다. 본 발명이 설명한 실시형태에 한정하되나 제한되는 것은 아 니다. 전술한 설명들을 통해 여러가지로 변형 또는 적용이 가능하다.
상기 실시형태들은 본 발명의 기술 사상을 가장 최선으로 예시하기 위해 제공된 것들이고, 실제적인 응용은 당업자가 여러가지 다양한 실시형태 및 다양한 변형을 통해 특정 용도로 사용할 수 있다. 이러한 모든 변형 또는 적용은 첨부된 청구범위에 개시된 본 발명의 기술 사상내에 존재한다. 도면 및 바람직한 실시형태는 청구범위의 일반적인 의미를 제한하려는 의도가 아니며, 어느 방식으로도 확장 해석이 가능하다.

Claims (60)

  1. 연속 필라멘트 매트, 직접 촙드 매트, 직접 연속 매트 및 이들의 조합물 중에서 선택된 매트 (12), 및
    직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 을 포함하는 주입 직물 (10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트 및 상기 직조 조방 또는 결합 강화층은 서로 접결되어 있는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트는 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 유리질 탄소 섬유, 무흑연 탄소 섬유, 일붕화흑연 섬유, 일붕화무흑연 탄소 섬유, 실리콘, 아라미드, 세라믹 섬유, 열가소성 폴리머 섬유, 천연 섬유 및 이들의 혼합물에서 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 직조 조방 또는 결합 강화층은 매트는 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 유리질 탄소 섬유, 무흑연 탄소 섬유, 일붕화흑연 섬유, 일붕화무흑연 탄소 섬유, 실리콘, 아라미드, 세라믹 섬유, 열가소성 폴리머 섬유, 천연 섬유 및 이들의 혼합물에서 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 직조 조방 또는 결합 강화층은 약 8 내지 약 60 온스/sq.yd (약 0.27 내지 약 2.03 kg/sq.m) 의 면적 중량을 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조방 직조 또는 결합 강화층은 평면, 능조직 및 주자 형식을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 직조 조방 또는 결합 강화층은 복수의 평행 토우 (18, 20) 를 포함하며, 이들 중 둘 이상의 토우는 이격 채널 (21) 이 형성되도록 상이한 일드를 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 두 토우 중 제 1 토우는 약 750 내지 약 2500yds/lb (약 1511.9 내지 약 5039.7 m/kg) 의 일드 A 를, 제 2 토우는 약 52 내지 약 450 yds/lb (약 104.8 내지 약 907.2 m/kg) 의 일드 B 를 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입 직물은 외면 매트 (30) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 매트는 상기 외면 매트 및 상기 직조 조방 또는 결합 강화층 사이에 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속 필라멘트 매트는 E-유리 섬유, ECR-유리 섬유 및 이들의 혼합물에서 선택된 유리 섬유, 결합제 및 풀 (size) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주입 직물은 약 80 내지 99 중량% 의 유리 섬유, 약 1 내지 20 중량% 의 결합제 및 약 0.01 내지 1 중량% 의 풀을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유리 섬유들은 유리 필라멘트 다발 형태로 제공되는 것을 특징으로 하 는 주입 직물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발은 한 다발당 약 20 내지 140 개의 유리 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발들의 유리 필라멘트는 평균 직경이 약 11 내지 20 마이크론인 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발은 평균 직경이 약 0.3048 mm 이고, 그 직경의 범위는 약 0.127 내지 약 1.27 mm 인 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 결합제는 폴리에스테르를 포함하는 물질 및 친 에폭시 결합제 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 결합제는 약 25 내지 200 mm 의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 결합제는 활석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 결합제는 벤조일 페록사이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 결합제는 약 95 내지 99.8 중량% 의 폴리에스테르, 약 0.05 내지 3 중량% 의 활석 및 약 0.2 내지 2 중량% 의 벤조일 페록사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 연속 필라멘트 매트의 루프 형성비는 약 2.0 내지 8.0 이고, 경화도는 아세톤 추출물로 측정했을때 약 50 내지 약 100 % 인 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  23. 연속 필라멘트 매트 (12), 및
    직조 조방 또는 결합 강화층 (14) 을 포함하는 주입 직물 (10).
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 매트 및 상기 직조 조방 강화층은 서로 접결되어 있는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 매트는 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 유리질 탄소 섬유, 무흑연 탄소 섬유, 일붕화흑연 섬유, 일붕화무흑연 탄소 섬유, 실리콘, 아라미드, 세라믹 섬유, 열가소성 폴리머 섬유, 천연 섬유 및 이들의 혼합물에서 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 직조 조방 강화층은 매트는 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 유리질 탄소 섬유, 무흑연 탄소 섬유, 일붕화흑연 섬유, 일붕화무흑연 탄소 섬유, 실리콘, 아라미드, 세라믹 섬유, 열가소성 폴리머 섬유, 천연 섬유 및 이들의 혼합물에서 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 직조 조방 강화층은 약 8 내지 약 60 온스/sq.yd (약 0.27 내지 약 2.03 kg/sq.m) 의 면적 중량을 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 직조 조방 강화층은 평면, 능조직 및 주자 형식을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 직조 조방 또는 결합 강화층은 복수의 평행 토우 (18, 20) 를 포함하며, 이들 중 둘 이상의 토우는 이격 채널 (21) 이 형성되도록 상이한 일드를 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 두 토우 중 제 1 토우는 약 750 내지 약 2500yds/lb (약 1511.9 내지 약 5039.7 m/kg) 의 일드 A 를, 제 2 토우는 약 52 내지 약 450 yds/lb (약 104.8 내지 약 907.2 m/kg) 의 일드 B 를 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 주입 직물은 외면 매트 (30) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 매트는 상기 외면 매트 및 상기 직조 조방 강화층 사이에 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 연속 필라멘트 매트는 E-유리 섬유, ECR-유리 섬유 및 이들의 혼합물에서 선택된 유리 섬유, 결합제 및 풀을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 주입 직물은 약 90 내지 98 중량% 의 유리 섬유, 약 2 내지 10 중량% 의 결합제 및 약 0.1 내지 1 중량% 의 풀을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 유리 섬유들은 유리 필라멘트 다발 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발은 한 다발당 약 20 내지 140 개의 유리 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발들의 유리 필라멘트는 평균 직경이 약 11 내지 20 마이크론인 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발은 평균 직경이 약 0.3048 mm 이고, 그 직경의 범위는 약 0.127 내지 약 1.27 mm 인 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 결합제는 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 결합제는 약 25 내지 200 mm 의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 결합제는 활석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 결합제는 벤조일 페록사이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  43. 제 40 항에 있어서,
    상기 결합제는 약 95 내지 99.8 중량% 의 폴리에스테르, 약 0.05 내지 3 중량% 의 활석 및 약 0.2 내지 2 중량% 의 벤조일 페록사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  44. 제 33 항에 있어서,
    상기 연속 필라멘트 매트의 루프 형성비는 약 2.0 내지 8.0 이고, 경화도는 아세톤 추출물로 측정했을때 약 50 내지 약 100 % 인 것을 특징으로 하는 주입 직물.
  45. E-유리 섬유, ECR-유리 섬유 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 유리 섬유;
    결합제, 풀을 포함하는 연속 필라멘트 매트 (12) 에 있어서,
    상기 연속 필라멘트 매트는 루프 형성비가 약 2.0 내지 8.0 이고, 경화도는 아세톤 추출물로 측정했을때 약 50 내지 약 100 % 인 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 유리 섬유는 유리 필라멘트 다발 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발은 한 다발당 약 20 내지 140 개의 유리 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발의 유리 필라멘트는 평균 직경이 약 11 내지 20 마이크론인 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 유리 필라멘트 다발은 평균 직경이 약 0.3048 mm 이고, 그 직경의 범위는 약 0.127 내지 약 1.27 mm 인 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  50. 제 45 항에 있어서,
    상기 결합제는 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 결합제는 약 25 내지 200 mm 의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 결합제는 활석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  53. 제 51 항에 있어서,
    상기 결합제는 벤조일 페록사이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  54. 제 51 항에 있어서,
    상기 결합제는 약 95 내지 99.8 중량% 의 폴리에스테르, 약 0.05 내지 3 중량% 의 활석 및 약 0.2 내지 2 중량% 의 벤조일 페록사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  55. 제 51 항에 있어서,
    아세톤 추출물로 측정했을때 상기 경화도가 약 60 내지 약 90 % 인 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  56. 제 45 항에 있어서,
    아세톤 추출물로 측정했을때 상기 경화도가 약 60 내지 약 90 % 인 것을 특 징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  57. 제 49 항에 있어서,
    아세톤 추출물로 측정했을때 상기 경화도가 약 60 내지 약 90 % 인 것을 특징으로 하는 연속 필라멘트 매트.
  58. 약 95 내지 99.8 중량% 의 폴리에스테르, 약 0.05 내지 3 중량% 의 활석 및 약 0.2 내지 2 중량% 의 벤조일 페록사이드를 포함하는 유리 섬유 매트용 결합제.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 결합제는 약 25 내지 200 mm 의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 결합제.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르는 에틸렌 글리콜 및 푸마르산계인 것을 특징으로 하는 결합제.
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