KR20110073854A - 아라미드 복합재료 및 그 제조방법 - Google Patents

아라미드 복합재료 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110073854A
KR20110073854A KR1020090130623A KR20090130623A KR20110073854A KR 20110073854 A KR20110073854 A KR 20110073854A KR 1020090130623 A KR1020090130623 A KR 1020090130623A KR 20090130623 A KR20090130623 A KR 20090130623A KR 20110073854 A KR20110073854 A KR 20110073854A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resin
resin layer
composite material
aramid
fiber
Prior art date
Application number
KR1020090130623A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101155765B1 (ko
Inventor
한인식
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Priority to KR1020090130623A priority Critical patent/KR101155765B1/ko
Publication of KR20110073854A publication Critical patent/KR20110073854A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101155765B1 publication Critical patent/KR101155765B1/ko

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/564—Polyureas, polyurethanes or other polymers having ureide or urethane links; Precondensation products forming them
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/21—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/327—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds of unsaturated alcohols or esters thereof
    • D06M15/333—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds of unsaturated alcohols or esters thereof of vinyl acetate; Polyvinylalcohol
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/39—Aldehyde resins; Ketone resins; Polyacetals
    • D06M15/41—Phenol-aldehyde or phenol-ketone resins
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M17/00—Producing multi-layer textile fabrics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/20—All layers being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/02—Coating on the layer surface on fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/26—Polymeric coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2571/00—Protective equipment
    • B32B2571/02—Protective equipment defensive, e.g. armour plates, anti-ballistic clothing
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16—Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/30—Synthetic polymers consisting of macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M2101/34—Polyamides
    • D06M2101/36—Aromatic polyamides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2331/00—Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products
    • D10B2331/02—Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products polyamides
    • D10B2331/021—Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products polyamides aromatic polyamides, e.g. aramides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 아라미드 섬유 강화제에 폴리우레탄 수지, 페놀 수지 및 폴리비닐부티랄 수지로 이루어진 수지층이 최적의 조건으로 코팅됨에 따라 점탄성이 증대되어 방탄성능이 향상되어, 방탄복, 방탄헬멧 등 방탄제품에 이용할 수 있는 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 아라미드 섬유는, 아라미드 섬유를 포함하는 섬유 강화제; 및 상기 섬유 강화제에 코팅된 수지층을 포함하되, 상기 수지층은, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄 수지를 포함한다.
복합재료, 아라미드, 방탄성능

Description

아라미드 복합재료 및 그 제조방법{Composite of aramid and Method for manufacturing the same}
본 발명은 아라미드 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방탄복, 방탄헬멧 등 방탄제품에 이용 가능한 아라미드 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
아라미드 섬유는 벤젠고리들이 아미드기를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 아라미드 섬유와 구부러진 구조를 갖는 메타계 아라미드 섬유를 포함한다. 이 중 파라계 아라미드 섬유는 고강도, 고탄성 등의 특성을 가짐에 따라, 스포츠용 용품, 방탄복, 복합재료 등으로 사용되고 있다.
복합재료는 외력으로부터 지지하는 역할을 하는 강화제(reinforcement)와 이러한 강화제를 보호하고 가공성을 향상시키는 역할을 하는 매트릭스(matrix) 수지로 이루어져 있다. 특히, 아라미드 강화제를 포함하는 복합재료는 우수한 기계적 열적 특성으로 인해 항공기, 스포츠, 자동차 등 다양한 분야에 이용 중이다.
이러한 아라미드 섬유를 포함하는 복합재료는 매트릭스용 수지로 통상 페놀수지를 많이 사용하고 있다. 그러나, 페놀수지는 딱딱한 특성으로 인해 충격에 약 하고 아라미드와의 구조적인 상이함으로 인해 접착력이 좋지 못하다. 이와 같은 페놀수지로 구성된 복합재료를 방탄복 등과 같은 방탄제품에 이용할 경우, 방탄성능이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 아라미드 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 이점은 점탄성이 증대됨에 따라 방탄성능이 우수한 아라미드 복합재료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 이점은 아라미드 섬유 강화제가 최적의 형태를 이루고 있음에 따라 방탄성능이 우수한 아라미드 복합재료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 이점은 코팅된 수지층의 함량을 낮출 수 있기 때문에 생산 비용을 절감할 수 있는 아라미드 복합재료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 이점들을 달성하기 위하여, 그리고 본 발명의 목적에 따라, 아라미드 섬유를 포함하는 섬유 강화제(reinforcement); 및 상기 섬유 강화제에 코팅된 수지층을 포함하되, 상기 수지층은, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral) 수지를 포함하는 복합재료가 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 아라미드 섬유를 포함하는 섬유 강화제를 제조하는 공정; 상기 섬유 강화제에 수지를 코팅시켜 수지층을 형성시키는 공정; 및 상기 수지층이 형성된 섬유 강화제를 성형하는 공정을 포함하되, 상기 수지층은 폴리 우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄 수지를 포함하는 복합재료의 제조방법이 제공된다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 아라미드 복합재료는 폴리우레탄 수지, 페놀수지, 및 폴리비닐부티랄 수지를 포함함으로써 점탄성이 향상되어 방탄헬멧, 방탄복 등과 같은 방탄제품에 이용할 경우 방탄제품의 방탄성능이 크게 향상되는 효과가 있다.
둘째, 본 발명에 따른 아라미드 복합재료는 라미네이팅 공정을 통해 제조하기 때문에 수지함량을 크게 줄일 수 있어 재료비가 절약되고 경량화가 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 아라미드 복합재료에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 아라미드 복합재료는 아라미드 섬유를 포함하는 섬유 강화제(reinforcement), 및 상기 섬유 강화제에 코팅된 수지층을 포함하여 이루어진다.
섬유 강화제는 복합재료의 기계적 물성 및 형태안정성을 증진시키는 역할을 하는 것으로서, 방탄제품에 이용될 경우 고속으로 회전하는 탄도에 대해 뚫리지 않을 정도의 저항성을 가져야 하는데, 이를 위해 우수한 기계적 물성을 가져야 하고 탄도의 충격을 단시간에 균일하게 분산시킬 수 있는 구조로 이루어져야 한다.
본 발명의 상기 섬유 강화제는 이와 같은 역할을 수행할 수 있는 아라미드 섬유를 포함하는데, 상기 아라미드 섬유는 우수한 인장 강도 및 인장 탄성률을 가지고 있다.
이러한 아라미드 섬유는, 업계에서 요구하는 수준의 방탄성능을 발현시키기 위해서, 단섬유로 이루어진 방적사(spun yarn)보다 장섬유로 이루어진 필라멘트(filament)를 이용하는 것이 바람직하고, ASTM D2256 시험방법에 따라 측정된 인장 강도는 15g/d, 더 바람직하게는 20g/d 이상이고, 인장 탄성률은 300g/d, 더 바람직하게는 400g/d 이상일 수 있다. 상기 아라미드 섬유는 꼬여서 제조된 연사(twisted yarn), 꼬임이 없는 무연사(non-twisted yarn), 또는 필라멘트들이 상호 집속된 공기교락사를 포함할 수 있다.
상기 섬유 강화제는 직물, 편물, 부직포, 일방향(uni-directional) 등 다양한 형태의 섬유 강화제를 포함할 수 있는데, 더 우수한 방탄성능을 발현시키기 위해서는 아라미드 섬유들이 한 방향으로 배열된 이루어진 일방향 원단을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 일방향 원단은 동일한 층에서의 아라미드 섬유들이 한 방향으로만 배열된 시트 형상의 원단을 의미하는데, 아라미드 섬유들이 서로 교차하여 경사 및 위사를 구성하고 있는 직물과 달이 교차점이 없기 때문에 방탄성능이 더 우수하다. 즉, 직물은 교차점에서 아라미드 섬유들이 굴곡져 있기 때문에 외부 충격을 받을 경우 상기 교차점에 외력이 집중될 수 있고 이에 따라 복합재료가 쉽게 파열될 수 있고, 반면 일방향 원단은 교차점이 없이 나란히 배열되어 있기 때문에 외력을 균일하게 분산시켜 외력의 집중을 방지할 수 있고 이에 따라 복합재료가 쉽게 파열되 지 않는다.
상기 섬유 강화제는 보다 우수한 방탄성능이 요구되는 방탄제품에 이용될 경우 다수의 일방향 원단이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다.
상기 복합재료는 섬유 강화제에 코팅되어 매트릭스(matrix)의 역할을 하는 수지층을 포함하여 이루어진다. 이러한 수지층은 섬유 강화제를 외부로부터 보호하고 용이하게 성형시키는 역할을 한다. 상기 수지층은 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral) 수지를 포함하여 이루어질 수 있다.
페놀 수지는 내열성이 양호하고 전기 절연성이 우수하며 강직한 3차원 구조로 이루어져 있기 때문에 내화학성이 우수하고 각종 다양한 물질들과 친화성이 양호하기 때문에 다양한 분야에 적용할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 페놀 수지는 쉽게 부서지기(brittle) 때문에 성형성이 떨어지고 충격강도가 낮으며, 아라미드 섬유와의 구조적 상이함으로 인해 친화성이 떨어지기 때문에 방탄복 등에 이용할 경우 방탄성능이 떨어지는 문제가 있다.
한편, 폴리비닐부티랄 수지는 유연한 성질을 구비하고 있기 때문에 상기 페놀 수지와 혼합하여 사용할 경우, 페놀 수지의 쉽게 부서지는 성질을 다소 개선할 수 있다. 하지만, 폴리비닐부티랄 수지와 페놀 수지를 혼합하여 사용한다 하더라도, 유연성이 크게 향상되지 않기 때문에 외부 충격을 원활하고 균일하게 분산시킬 수 없고 이에 따라 방탄제품의 방탄성능을 개선하는데 한계가 있다.
폴리우레탄 수지는 유연한 분자 구조를 구비하고 있기 때문에 점탄성이 매우 우수하고 이에 따라 외부 충격을 원활하고 균일하게 분산시킬 수 있다.
이와 같이, 기계적 성질이 우수한 페놀 수지와 유연성과 접착성이 우수한 폴리비닐부티랄 수지에 점탄성이 우수한 폴리우레탄 수지가 혼합된 수지층은 외부 충격을 원활하고 균일하게 분산시킬 수 있다.
따라서, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지 및 폴리비닐부티랄 수지를 포함하는 수지층을 포함하여 이루어진 복합재료는 방탄복과 같은 방탄제품에 사용될 경우 우수한 방탄성능을 발현하게 된다.
상기 폴리우레탄 수지는 상기 수지층 대비 5 내지 60중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 만일, 상기 폴리우레탄 수지의 함량이 5 중량% 미만일 경우 점탄성이 크게 증대되지 못하기 때문에 복합재료의 방탄성능이 향상될 수 없고, 반면 상기 폴리우레탄 수지의 함량이 60중량%를 초과할 경우 기계적 물성이 떨어지기 때문에 오히려 복합재료의 방탄성능이 저하될 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지는 열가소성일 수 있고, 호모 폴리머 또는 코폴리머일 수 있다.
상기 수지층은 복합재료에 10 내지 25중량%로 포함되어 있는 것이 바람직할 수 있다. 상기 수지층의 함량이 10 중량% 미만일 경우 수지층이 섬유 강화제를 충분히 집속시키지 못함에 따라 복합재료의 내구성 및 방탄성능이 떨어질 수 있고, 반면 상기 수지층의 함량이 25 중량%를 초과할 경우 섬유 강화제의 함량이 낮아져 복합재료의 방탄성능이 떨어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다. 상술한 복합재료의 섬유 강화제, 수지층 등 동일한 부분에 대한 구체 적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 아라미드 섬유를 포함하는 섬유 강화제를 제조한다.
상기 아라미드 섬유는 파라-페닐렌디아민과 테레프탈로일 디클로라이드를 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시키는 공정을 통해 제조할 수 있다. 이와 같은 공정을 통해 제조된 아라미드 섬유는 20g/d 이상의 인장 강도 및 400g/d 이상의 탄성률을 가질 수 있다.
상기 섬유 강화제는 직물, 편물, 일방향 원단 등의 다양한 형태를 포함할 수 있고, 이들은 통상의 방법으로 제조할 수 있고, 상술한 바와 같이 우수한 방탄 성능을 얻기 위해서는 일방향 원단을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 일방향 원단은, 요구되는 폭에 따라 아라미드 섬유가 감긴 보빈들을 크릴에 꽂고 상기 보빈들로부터 아라미드 섬유들을 풀고, 콤(comb) 장치를 이용하여 상기 아라미드 섬유들이 일정한 간격으로 나란히 배열되도록 하는 공정을 통해 제조할 수 있다. 이때, 풀어진 아라미드 섬유들의 장력을 균일하게 유지시키기 위해 장력 조정 장치를 이용하여 해사 장력을 이용할 수 있다.
한편, 상기 일방향 원단의 제조 공정과 후술할 수지층의 형성 공정은 동일한 장치에서 연속적으로 수행될 수 있다.
다음으로, 섬유 강화제에 코팅할 수지 조성물을 준비한다.
상기 수지 조성물은 액체 상일 수 있고 필름과 같은 고체 상일 수 있는데, 통상의 방법으로 제조한다. 즉, 상기 액체 상의 수지 조성물은 상술한 수지들을 유기용매에 혼합 후 용해하여 제조할 수 있고, 상기 필름의 수지 조성물은 서로 균일하게 혼합 후 캐스팅 또는 블로잉 공정을 통해 제조할 수 있다.
한편, 상기 섬유 강화제를 제조하는 공정과 상기 수지 조성물을 준비하는 공정은 특별한 공정순서가 있는 것은 아니다.
다음으로, 상술한 바와 같이 제조된 섬유 강화제에 수지 조성물을 코팅시켜 수지층을 형성하는 공정을 수행한다.
상기 수지층을 형성하는 공정은, 다양한 방법을 통해 이루어질 수 있는데, 예를 들어 침지(dipping) 공정 또는 라미네이팅(laminating) 공정을 통해 수행될 수 있다.
상기 침지 공정은 폴리우레탄 수지, 페놀 수지 및 폴리비닐부티랄 수지가 혼합된 용액에 섬유 강화제를 침지 후 건조하는 공정을 포함하여 수행될 수 있다. 이와 같은 침지 공정은 공정이 단순하여 대량생산에 적합하나, 수지층의 함량을 균일하게 조절하기가 곤란함에 따라 복합재료의 방탄성능의 편차가 클 뿐만 아니라 과도하게 수지를 사용함에 따라 경량화가 떨어지는 특성이 있다. 이러한, 상기 침지 공정을 통해 제조된 복합재료는 유동성이 좋은 수지가 섬유 강화제 전체를 함침함에 따라 섬유 강화제의 유연성이 떨어지고, 상기 수지가 섬유 강화제 내부까지 침투해 들어감에 따라 섬유 강화제의 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 따라서, 이와 같은 침지 공정을 통해 제조된 복합재료는 방탄복 등의 방탄제품에 이용될 경우 방탄성능을 크게 향상시키지 못한다.
상기 라미네이팅 공정은 폴리우레탄, 페놀 수지 및 폴리비닐부티랄 수지가 혼합된 필름을 섬유 강화제에 부착한 후 가압 하에서 상기 필름을 코팅시키는 공정을 통해 수행될 수 있다. 이때, 상기 라미네이팅 공정은 수지를 섬유 강화제들 사이에 용이하게 함침시키기 위해 열이 부여된 상태에서 수행되는 것이 바람직할 수 있다.
이에 따라, 상기 라미네이팅 공정을 통해 수지층을 형성할 경우, 수지층이 섬유 강화제 전체에 균일하게 코팅될 수 있고, 수지층을 구성하는 성분들의 함량이 정확히 조절될 수 있는 장점이 있다. 이러한, 상기 라미네이팅 공정을 통해 제조된 복합재료는 수지층이 섬유 강화제의 표면에서만 강하게 부착되어 있기 때문에 상기 섬유 강화제의 유연성 및 기계적 물성이 크게 떨어지지 않는다. 따라서, 이와 같은 라미네이팅 공정을 통해 제조된 복합재료는 방탄복, 방탄헬멧 등의 방탄제품에 이용될 경우 우수한 경량화 및 방탄성능을 발현하게 된다.
상기 수지층을 형성하는 공정을 통해 수지층이 형성된 섬유 강화제는 완전히 경화되지 않고 반경화된 상태에 있는 프리프레그(prepreg)인 것이 바람직할 수 있다.
다음으로, 수지층이 형성된 섬유 강화제를 성형하는 공정을 수행한다. 즉, 앞선 공정에서 제조된 반경화 상태의 프리프레그를 소정의 형상을 갖는 몰드에 놓고, 압력을 부여한 상태에서 경화시켜 성형된 제품을 얻을 수 있다. 상기 몰드는 제품의 형상에 따라 대응되는 소정의 형상을 갖는다.
상기 성형하는 공정이 용이하게 수행되기 위해서, 상기 몰드에 삽입되는 프 리프레그는 경화가 많이 진행되지 않은 상태인 것이 바람직한데, 만일 상기 수지층이 완전히 경화된 상태에 있을 경우 성형성이 떨어져 복합재료를 원활하게 제조할 수 없다.
상기 성형하는 공정은 50 내지 500 바(bar)의 압력이 가해진 상태에서 수행할 수 있는데, 제품의 두께, 수지층의 특성 등을 고려하여 적절한 압력을 선택하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 성형하는 공정은 20 내지 180℃의 온도가 부여된 상태에서 수행될 수 있는데, 바람직하게는 60 내지 150℃의 온도 범위에서 수행할 수 있다. 상기 온도는 수지층을 구성하는 수지의 종류와 함량 등을 고려하여 적절한 온도를 선택할 수 있다.
더불어, 상기 성형하는 공정은 상술한 적절한 압력 및 온도에서 1분 내지 2시간 동안 수행될 수 있는데, 바람직하게는 10분 내지 1시간 범위에서 수행할 수 있다.
상기 성형하는 공정은 적층 공정을 포함하여 수행될 수 있다. 즉, 요구되는 방탄 성능 및 제품에 따라 적절한 매수로 반경화 상태의 프리프레그들을 적층 후 경화시키는 성형 공정을 통해 복합재료를 제조할 수 있다. 상기 적층 공정시, 각 반경화 상태의 프리프레그들은 서로에 대해 소정의 각도로 배향될 수 있는데, 외력을 원활하게 분산시키기 위해 인접된 반경화 상태의 프리프레그들이 90°의 각도로 서로 배향되는 것이 바람직할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이므로 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예 1
파라-페닐렌디아민과 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 1,000 데니어의 아라미드 섬유를 제조하였다.
제조된 아라미드 섬유를 크릴에 꽂고 상기 크릴로부터 아라미드 섬유들을 풀어 장력조절 장치 및 코밍 바(combing bar)를 통과시켜 시트 형상의 일방향 섬유 강화제를 제조하였다. 이후, 연속해서 상기 시트 형상의 일방향 섬유 강화제 상에 수지 조성용액을 도포하여 수지층을 형성한 후 건조시켜 권취롤에 감는 공정을 통해 일방향 아라미드 프리프레그를 제조하였다. 이때, 상기 수지층은 폴리우레탄 수지 40중량%, 페놀 수지 50중량%, 및 폴리비닐부티랄 수지 10중량%로 혼합되어 있었다.
상기 일방향 아라미드 프리프레그들을 소정의 길이로 절단하고, 이러한 절단된 프리프레그 17매를 몰드에 적층 후 가압 상태에서 경화시켜 아라미드 복합재료를 제조하였다. 이때, 가압 및 경화 공정은 압력 210바, 온도 115℃에서 30분 동안 수행하였다.
실시예 2
전술한 실시예 1에서, 액체 상태의 수지 조성물 대신 필름 상태의 수지 조성 물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 복합재료를 제조하였다. 이때, 별도의 필름 공급 장치를 통해 필름을 일방향 섬유 강화제 상에 공급하였다.
실시예 3
전술한 실시예 1에서, 일방향 섬유 강화제 대신 직물 형태의 섬유 강화제를 이용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 복합재료를 제조하였다. 여기서, 상기 직물 형태의 섬유 강화제는 제조된 아라미드 섬유를 경사 및 위사에 적용하고 평직으로 제직하는 공정을 통해 제조하였다.
실시예 4
전술한 실시예 1에서, 일방향 섬유 강화제 대신 직물 형태의 섬유 강화제를 이용하고, 액체 상태의 수지 조성물 대신 필름 상태의 수지 조성물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 복합재료를 제조하였다.
비교예 1
전술한 실시예 1에서, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄 수지로 혼합된 수지 조성액 대신 페놀 수지로만 구성된 수지 조성액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 복합재료를 제조하였다.
비교예 2
전술한 실시예 1에서, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄 수지로 혼합된 수지 조성액 대신 폴리우레탄 수지로만 구성된 수지 조성액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 복합재료를 제조하였다.
비교예 3
전술한 실시예 1에서, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄 수지로 혼합된 수지 조성액 대신 페놀 수지 75중량% 및 폴리부티랄 수지 25중량%로 구성된 수지 조성액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 복합재료를 제조하였다.
비교예 4
전술한 실시예 1에서, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄 수지로 혼합된 수지 조성액 대신 페놀 수지로만 구성된 수지 조성액을 사용하고, 일방향 섬유 강화제 대신 직물 형태의 섬유 강화제를 이용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 복합재료를 제조하였다.
실시예 및 비교예에 의해 제조된 복합재료들의 물성을 다음의 방법으로 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다.
방탄성능( V50 )
각 샘플들을 MIL-STD-662F 규정에 따라 Cal.22구경 파편모의탄(FSP)으로 완전 관통과 부분 관통 사이에서의 평균 속도인 V50(m/s)으로 방탄성능을 측정하였다.
구분 공정형태 수지층 함량
(중량%)		 방탄성능
(V50(m/s))
실시예 1 일방향+딥핑공정 22 620
실시예 2 일방향+필름 18 660
실시예 3 직물+딥핑공정 22 550
실시예 4 직물+필름 18 600
비교예 1 일방향+딥핑(페놀) 22 520
비교예 2 일방향+딥핑(PU) 22 560
비교예 3 일방향+딥핑(페놀+PVB) 22 550
비교예 4 직물+딥핑(페놀) 22 490

Claims (8)

  1. 아라미드 섬유를 포함하는 섬유 강화제(reinforcement); 및
    상기 섬유 강화제에 코팅된 수지층을 포함하되,
    상기 수지층은, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral) 수지를 포함하는 복합재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지층은 복합재료 대비 10 내지 25중량%의 함량으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 수지는 수지층 대비 5 내지 60중량%의 함량으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 강화제는 아라미드 섬유들이 한 방향으로 배열되어 형성된 일방향(uni-directional) 섬유 강화제인 것을 특징으로 하는 복합재료.
  5. 아라미드 섬유를 포함하는 섬유 강화제를 제조하는 공정;
    상기 섬유 강화제에 수지를 코팅시켜 수지층을 형성시키는 공정; 및
    상기 수지층이 형성된 섬유 강화제를 성형하는 공정을 포함하되,
    상기 수지층은 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 및 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral) 수지를 포함하는 복합재료의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수지층을 형성시키는 공정은 라미네이팅 공정을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 복합재료의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 섬유 강화제를 제조하는 공정은 아라미드 섬유들이 일 방향으로 배열된 일방향 섬유 원단을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 성형하는 공정은 다수의 상기 수지층이 형성된 섬유 강화제들을 소정의 매수로 적층시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료의 제조방법.
KR1020090130623A 2009-12-24 2009-12-24 아라미드 복합재료 및 그 제조방법 KR101155765B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090130623A KR101155765B1 (ko) 2009-12-24 2009-12-24 아라미드 복합재료 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090130623A KR101155765B1 (ko) 2009-12-24 2009-12-24 아라미드 복합재료 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110073854A true KR20110073854A (ko) 2011-06-30
KR101155765B1 KR101155765B1 (ko) 2012-06-12

Family

ID=44404322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090130623A KR101155765B1 (ko) 2009-12-24 2009-12-24 아라미드 복합재료 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101155765B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101506236B1 (ko) * 2013-09-11 2015-03-27 국방과학연구소 자기유변유체가 함침된 폴리우레탄/아라미드 복합재료 및 그 제조방법
KR20160081409A (ko) * 2014-12-31 2016-07-08 코오롱인더스트리 주식회사 아라미드 복합재 및 이를 포함하는 헬멧
KR20160083980A (ko) * 2015-01-02 2016-07-13 (주) 데크카본 Cnt 함유 방탄섬유 복합체를 포함하는 방탄헬멧
WO2016159470A1 (ko) * 2015-04-02 2016-10-06 (주)웰크론 워터펀칭을 이용한 방검원단의 제조방법
KR20190056546A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 (주) 재화 친환경 섬유 원단의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 섬유 원단

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10605573B2 (en) 2016-04-15 2020-03-31 Honeywell International Inc. High buoyancy composite materials
KR102636613B1 (ko) * 2019-12-27 2024-02-13 코오롱인더스트리 주식회사 코팅 조성물 및 에어백 원단

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5330820A (en) * 1989-07-13 1994-07-19 Alliedsignal Inc. Ballistic resistant composition article having improved matrix system
TW359642B (en) 1997-04-21 1999-06-01 Toray Industries Resin composition for fiber-reinforced complex material, prepreg and fiber-reinforced complex material
TWI228553B (en) 2001-11-16 2005-03-01 Du Pont Method of producing coating compositions and coating compositions made therefrom
JP2003269898A (ja) * 2002-03-12 2003-09-25 Sumitomo Bakelite Co Ltd 複合積層体および防弾用ヘルメット

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101506236B1 (ko) * 2013-09-11 2015-03-27 국방과학연구소 자기유변유체가 함침된 폴리우레탄/아라미드 복합재료 및 그 제조방법
KR20160081409A (ko) * 2014-12-31 2016-07-08 코오롱인더스트리 주식회사 아라미드 복합재 및 이를 포함하는 헬멧
KR20160083980A (ko) * 2015-01-02 2016-07-13 (주) 데크카본 Cnt 함유 방탄섬유 복합체를 포함하는 방탄헬멧
WO2016159470A1 (ko) * 2015-04-02 2016-10-06 (주)웰크론 워터펀칭을 이용한 방검원단의 제조방법
KR20190056546A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 (주) 재화 친환경 섬유 원단의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 섬유 원단

Also Published As

Publication number Publication date
KR101155765B1 (ko) 2012-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101155765B1 (ko) 아라미드 복합재료 및 그 제조방법
KR101398748B1 (ko) 방탄용 복합재료 및 이를 이용하여 제조된 방탄용 헬멧
EP2976456B1 (en) High strength fiber composite material and manufacturing method thereof
CA2957247A1 (en) Hybrid woven textile for composite reinforcement
KR101181037B1 (ko) 아라미드 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧
EP3122551B1 (en) Fiber-reinforced composite laminate and articles made therefrom
US20230124757A1 (en) Stitched fiber-reinforced substrate material, preform material, fiber-reinforced composite material, and production method for same
KR101927694B1 (ko) 방탄 시트 및 그것을 포함한 방탄 헬멧
KR101273841B1 (ko) 아라미드 복합재 및 그 제조방법
WO2010074029A1 (ja) フェノール類で表面処理されたポリケトン繊維及び該繊維を含む繊維強化複合材料
KR101894815B1 (ko) Epi가 다른 복수의 일방향 아라미드 시트를 이용한 경량화된 방탄재
KR101458665B1 (ko) 방탄 헬멧용 복합재 및 그 제조방법
KR101312803B1 (ko) 아라미드 복합재료 및 그 제조방법
KR102136382B1 (ko) 아라미드 복합재 및 이를 포함하는 헬멧
KR101587045B1 (ko) 아라미드 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧
KR102327592B1 (ko) 아라미드 복합재 및 이로 제조된 헬멧
JP2892061B2 (ja) 積層体
JP5280982B2 (ja) 繊維強化複合材料
KR101595729B1 (ko) 방탄소재 및 그의 제조방법
KR101587049B1 (ko) 방탄 헬멧의 제조방법
CN203994940U (zh) 纤维增强的复合层合体和由其制成的制品
KR102143541B1 (ko) 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧
US20240059046A1 (en) Reinforcing fiber base material for resin transfer molding, method of producing same, reinforcing fiber laminate for resin transfer molding, and fiber-reinforced plastic
KR20150075644A (ko) 아라미드 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧
JP3337089B2 (ja) 複合繊維布帛

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150529

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160530

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190603

Year of fee payment: 8