KR20110076309A - 경량 유리섬유 복합재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리 미소 중공체를 포함하는 경량 유리섬유 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 불포화 폴리에스터수지, 중합성 불포화 단량체 및 경화제를 포함하는 경화수지 조성물을 유리 섬유 매트(glass fiber mat)에 함침시켜 성형한 복합재료에 있어서, 상기 복합재료는 0.1 내지 0.8g/cc의 비중 및 20 내지 100㎛의 직경을 갖는 유리 미소 중공체를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 유리 미소 중공체를 포함하는 경량 유리섬유 복합재료는 기계적 물성이 저하됨 없이 제품의 경량화가 가능하여 전자제품, 기어, 베어링, 건축, 레저 및 환경 등 광범위 분야에서 사용 가능하다.
유리 미소 중공체, 복합재료, 유리 섬유 매트, 불포화 폴리에스터

Description

경량 유리섬유 복합재료 및 이의 제조방법 {Lightweight Glass Fiber Complex Material and Method of Producing Same}
본 발명은 유리 미소 중공체를 포함하는 경량 유리섬유 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유리섬유강화플라스틱(Glass Fiber Reinforced Plastic)은 불포화 폴리에스터수지, 에폭시수지 등의 열경화성수지에 유리 섬유를 혼합하여 제조한 플라스틱으로 우수한 기계적 강도, 내열성, 내수성, 내약품성으로 인하여 전자제품, 기어, 베어링, 건축, 레저 및 환경 분야 등에서 광범위하게 사용되고 있다. 유리섬유강화플라스틱은 일반적으로 코어(Core) 재료인 유리섬유, 유리섬유에 융착특성을 부여하는 결합제, 후가공시에 경화를 위해 사용되는 불포화수지 및 경화제로 구성이 되어있다.
한편, 최근 욕조, 물탱그, 자동차 판 및 외장 부품 등 유리섬유강화플라스틱이 사용되는 다양한 분야에서 제품의 경량화를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 유리섬유 강화 플라스틱의 경량화를 위해서는 저비중의 불포화수지를 사용하는 방법 및 유리 섬유의 함량을 줄이는 방법을 고려할 수 있다. 그러나 통상적으로 불포화수지로 사용되는 고분자 수지는 비중이 1g/cm3 내외로 그 종류에 따라 큰 차이가 없어 경량화 효과를 기대하기 어려우며, 대체수지를 사용할 경우 기존의 불포화 수지의 특성을 대체할 수 있는 물성이 발현이 되어야 하는 문제점이 있다. 또 유리 섬유의 함량을 줄이는 방법은 복합재료의 경량화 측면에는 확실한 효과가 있으나 강도를 유지하는 유리 섬유 함량의 감소로 인장강도 등의 기계적 물성이 저해되는 문제가 발생한다.
상기 방법 이외에 복합재료를 경량화하는 방법으로 고분자 중공체 및 무기 중공체 등의 미소 중공체를 첨가하는 방법을 고안할 수 있다. 그러나 고분자 미소 중공체의 대표적인 예인 폴리 비닐리덴 클로라이드 미소 중공체 또는 익스판셀 중공체의 경우 복합재료의 경량화 및 인성(toughness) 등을 부여할 수는 있으나, 유리 복합재료의 강도 저하, 내열성 저하 등의 문제를 유발하여 일정량 이상의 투입이 불가능하다. 또한, 상기 물질은 재료가 고가이므로 복합재료의 제조비가 증가하는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 기계적 물성의 저하 없이 제품의 경량화가 가능한 복합재료를 개발하고자 노력한 결과, 유리 미소 중공체를 유리 복합 공정에 첨가할 경우, 유리 미소 중공체는 복합재료의 코어 재료인 유리 섬유와 재료의 상이성 없이 기계적 물성을 유지함과 동시에 제품을 경량화시킬 수 있음을 확인하였으며 본 발명은 이에 근거하여 완성되었다.
따라서 본 발명의 주된 목적은 유리 미소 중공체를 포함하는 경량 유리섬유 복합재료를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유리 미소 중공체가 포함된 경량 유리 섬유 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 불포화 폴리에스터 수지, 중합성 불포화 단량체 및 경화제를 포함하는 경화수지 조성물을 유리 섬유 매트(glass fiber mat)에 도포 및 성형한 복합재료에 있어서, 상기 복합재료는 0.1 내지 0.8g/cc의 비중 및 20 내지 100㎛의 직경을 갖는 유리 미소 중공체를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 유리 섬유 매트는 절단유리섬유(chopped glass fiber), 결합제 및 유리 미소 중공체를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 유리 미소 중공체는 상기 복합재료 100중량%에 대하여 2 내지 40중량%이다.
본 발명의 다른 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 유리 미소 중공체의 내압강도는 100 내지 300kgf/㎤이다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 절단유리섬유(chopped glass fiber)에 결합제를 첨가한 후 가열 및 압착하여 유리 섬유 매트(glass fiber mat)를 준비하는 단계; (b) 불포화 폴리에스터 및 중합성 불포화 단량체를 포함하는 불포화수지에 경화제를 첨가하여 경화수지 조성물을 준비하는 단계; 및 (c) 상기 유리 섬유 매트에 상기 경화수지 조성물을 도포 및 성형하는 단계를 포함하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법에 있어서, 0.1 내지 0.8g/cc의 비중 및 20 내지 100㎛의 직경을 갖는 유리 미소 중공체를 상기 (a)의 결합제를 첨가하는 단계, 상기 (b)의 경화제를 첨가하는 단계, 또는 상기 (a)의 결합제를 첨가하는 단계 및 상기 (b)의 경화제를 첨가하는 단계에 함께 첨가하는 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (c) 단계의 성형은 핸드 래이-업(hand lay-up) 공법에 의해 수행된다.
본 발명의 미소 유리 중공체를 포함하는 복합재료는 인장강도 및 신율 등의 기계적 물성이 저하됨 없이 제품의 경량화가 가능하다. 따라서 본 발명의 복합재료 는 전자제품, 기어, 베어링, 건축, 레저 및 환경 등 경량화가 요구되는 분야에서 광범위하게 사용 가능하다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 양태에 따르면 본 발명의 경량 유리 섬유 복합재료는 (a) 절단유리섬유(chopped glass fiber)에 결합제를 첨가한 후 가열 및 압착하여 유리 섬유 매트(glass fiber mat)를 준비하는 단계; (b) 불포화 폴리에스터 및 중합성 불포화 단량체를 포함하는 불포화수지에 경화제를 첨가하여 경화수지 조성물을 준비하는 단계; 및 (c) 상기 유리 섬유 매트에 상기 경화수지 조성물을 도포 및 성형하는 단계를 포함하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법에 있어서, 0.1 내지 0.8g/cc의 비중 및 20 내지 100㎛의 직경을 갖는 유리 미소 중공체를 상기 (a)의 결합제를 첨가하는 단계, 상기 (b)의 경화제를 첨가하는 단계, 또는 상기 (a)의 결합제를 첨가하는 단계 및 상기 (b)의 경화제를 첨가하는 단계에 함께 첨가함으로써 제조할 수 있다.
경량 유리 섬유 복합재료의 코어 재료인 유리 섬유 매트(glass fiber mat)는 일반적으로 다음과 같은 공정을 통해 제조된다. 우선 유리를 방사하여 제조한 유리 섬유를 원하는 길이로 절단하여 절단 유리 섬유(chopped glass fiber)를 제조한 뒤, 절단 유리 섬유를 무방향으로 균일하게 분산시킨다. 그리고 스프레이 등의 분 산 장치를 이용하여 유리 섬유 표면에 물 등을 분사함으로써 유리 섬유에 수지의 침윤(wetting)이 잘 이루어지도록 한다. 이후 무방향으로 분산된 절단 유리 섬유에 융착을 위해 사용되는 결합제(예, 불포화 폴리에스터 수지 분말)를 균일하게 분산시킨다. 그 다음 가열 롤러(roller)를 통해 결합제의 연화점 이상으로 가열 및 압착을 실시하면 절단 유리 섬유가 결합제를 통해 융착이 되어 절단 유리 섬유 매트가 제조된다.
본 발명에서 사용되는 유리 섬유는 원하는 물리적 성질에 의존하여 적절히 선택 가능하다. 유리 섬유에는 E-유리, S-유리, 내식성을 개량한 ECR-유리, 고강도의 S,S-2,R,T 유리, 내산성의 C.A-유리 등이 사용될 수 있으나, 상업적인 측면에서 E-GLASS를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 본 발명에서 사용되는 절단 유리 섬유(chopped glass fiber)는 그 길이가 1-100 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 60 mm이다. 유리 섬유의 길이가 1 mm 미만이면 내충격성이 저하되고, 100 mm를 초과하면 열경화성수지 분말과 혼합이 어려울 뿐만 아니라 성형중 유리섬유가 분리되어 보강섬유의 비율이 적고 강도가 약한 부분이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 한편, 절단 유리섬유는 일반적으로 3-25μm의 지름을 갖는 것을 사용한다. 그리고 절단 유리섬유는 전체 복합재료에 대하여 10-50중량% 범위 내에서 함유되어 있다. 절단 유리 섬유의 함량이 10중량% 미만이면 강성 및 내열성이 저하되고, 50중량%를 초과하면 성형성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에서 상기 절단 유리 섬유에 융착을 위해 사용되는 결합제는 유리 섬유 매트 100중량%에 대하여 3 내지 10중량%를 사용하며, 사용가능한 결합제는 폴리 에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아세탈, 폴리에틸렌테레프팔레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 불소수지, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르케톤 및 폴리에테르에테르케톤으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되며, 바람직하게는 폴리에스터를 사용한다. 본 발명의 결합제는 분말형태로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 분말은 300μm이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 분말의 크기가 300μm를 초과하면 유리섬유와 균일한 혼합상태를 유지하기 어려워, 유리 섬유 매트 내에서 유리섬유 분포가 불균일하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 유리 섬유 매트를 제조함에 있어서는 상기 유리 섬유 및 결합제 분말 이외에 제조 목적에 따라 다양한 첨가제, 예를 들어 산화방지제, 중화제 및 커플링제 등을 적정 함량 범위 내에서 첨가할 수 있다. 산화방지제의 예로는 페놀계 산화방지제, 포스파이트계 산화방지제, 티오디프로피오네이트 시너지스트 등이 사용될 수 있고, 중화제로는 칼슘 스테아레이트, 산화아연 등이 사용될 수 있다.
또 본 발명의 유리 섬유는 커플링제로 표면 처리하여 상기 결합제와의 양호한 접착을 부여하는 것이 바람직하다. 커플링제는 실란계, 티타네이트계, 지르코늄계 커플링제 등 결합제의 종류에 따라 종래 공지된 것으로부터 적당한 것을 선택하여 이용할 수 있다. 커플링제의 구체적인 예로는 β-(3,4-에톡시시클로헥실)에틸-트리메톡시실란, r-아미노프로필-트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-r-아미노프로필-트리메톡시실란, 비닐(2-메톡시에톡시실란), r-메타크릴톡시-프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-r-아미노프로필메틸디메톡시실란, r-글리시독시-프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, r-클로로프로필메틸디메톡시실란, r-메르캅토 프로필트리메톡시실란, p-아미노페닐트리에톡시실란 등이 있다. 또한, 커플링제를 이용하여 유리 섬유의 표면을 처리 방법은 통상의 방법으로 행할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예컨대 유리섬유에 실란계 커플링제의 사용할 경우 절단된 유리 섬유에 실란계 커플링제를 직접 처리하거나, 또는 결합제에 첨가한 후 사용할 수 있다.
본 발명은 유리 섬유 매트를 제조하는 단계에서, 복합재료의 경량화를 위해서 유리 미소 중공체를 첨가할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유리 미소 중공체의 평균 입경은 20 내지 100㎛, 바람직하게는 30 내지 60㎛이다. 또한, 사용되는 유리 미소 중공체의 비중은 0.1 내지 0.8g/cc, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.6g/cc이다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 유리 미소 중공체는 복합재료 100 중량%에 대하여 2 내지 40중량%이며, 보다 바람직하게는 10 내지 30중량%을 배합함으로써, 유리 섬유 매트 및 이로부터 제조된 복합재료의 경량화를 달성할 수 있다. 상기 유리 미소 중공체가 2중량% 미만일 경우 경량화의 효과가 낮아지고, 40중량%를 초과하면 복합재료의 강도저하 또는 표면 품질의 저하 등 물성의 변화가 나타나다.
또 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 유리 미소 중공체는 그 내압강도가 100 내지 300kgf/㎠인 것을 사용한다. 내압강도는 미소 유리 중공체가 파괴될 때까지 걸리는 압력을 의미하는 것으로, 내압강도가 100kgf/㎠미만일 경우, 복합재료의 성형시에 유리 중공체의 일부가 파괴되어 복합재료의 비중이 증가하게 되고 복합재료 내부에 있어서 비중의 불규칙함이 발생한다. 한편, 내압강도가 300kgf/㎠를 초과하는 미소 유리 중공체를 제조하는 것은 기술적인 문제로 인하여 용이하지 않다.
본 발명의 유리 섬유 매트를 제조함에 있어서 무방향으로 분산된 절단 유리 섬유에 결합제, 및/또는 첨가제, 및/또는 미세 유리 중공체를 고르게 분산하여 제 1층을 만든다. 또한 제조하고자 하는 제품의 두께에 따라 상기 과정을 반복하여 복수의 층으로 된 매트 층을 만들 수도 있다.
상기 제조된 매트층에 적절히 가열하면 결합제 분말의 일부가 용융상태로 변화하며, 이 상태에 적절한 롤러를 통해 압착을 가하게 되면 고체상태로 남은 결합제 분말은 용융상태로 변화한 결합제에 침투해 들어가게 되고, 일부는 약간의 변형을 일으켜 전체적으로 판상체의 유리 섬유 매트를 형성할 수 있게 된다. 균일한 유리 섬유 매트는 결합제가 용융상태 및 고체상태로 적절한 비율로 존재할 수 있는 압력하에서 제조되며 이때 용융상태의 결합제는 고체상태의 결합제 및 유리섬유를 전체적으로 연결시켜 붙여주는 역할을 하게 된다. 유리 섬유 매트 형성시의 가열온도는 200 내지 250℃이며, 압착은 5분 내지 20분간 수행함이 바람직하다.
상기의 방법에 따라 제조된 유리 매트 시트는 경화수지 조성물이 함침됨으로써 본 발명의 복합재료로 성형될 수 있다. 상기 경화수지 조성물은 불포화 폴리에스터를 중합성 불포화 단량체에 용해시켜 형성한 불포화수지에 경화제를 첨가함으로써 제조 가능하다.
본 발명에서 사용하는 불포화 폴리에스터는 평균 분자량이 800 내지 10000의 것을 사용하는 것이 바람직하며, α, β-올레핀계 불포화 디카르복실산 또는 그 무수물과 글리콜의 부가 반응 또는 탈수축합 반응에 의해 합성된다. 상기 α, β-올레핀계 불포화 디카르복실산의 예로는 말레인산, 푸마르산, 이타콘산 및 시트라콘산을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 글리콜에는 에틸렌글리콜, 1, 2-프로필렌글리콜, 1, 3-프로필렌글리콜, 1, 3-부타디올, 1,4-부타디올, 1,5-펜탄디올, 1, 6- 헥산디올, 시클로헥산디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜알칼디올, 수소 첨가 비스페놀 A, 옥틸 알코올 및 트리메티롤프로판 등에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
불포화 수지를 준비하는데 있어서, 상기 불포화 폴리에스터와 함께 용융되는 중합성 불포화 단량체에는 비닐 단량체(vinyl monomer)를 사용하는 것이 바람직다. 사용가능한 비닐 단량체의 예로는 스타이렌, p-쿠롤스치렌, 비닐 톨루엔 등의 방향족계 단량체, 아크릴산, 메틸 에스테르, 메타크릴산, 메타크릴산 메틸 에스테르, 아크릴로니트릴 등의 아크릴계 단량체를 들 수 있으며, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다. 본 발명의 경우 중합성 불포화 단량체로 스타이렌을 사용하는 것이 바람직하다.
중합성 불포화 단량체는 경화수지 조성물 100중량%에 대하여 20 내지 60중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 20중량% 미만인 경우, 점도가 높아 작업성이 우수하지 않을 수 있으며, 60중량%를 초과할 경우 경화성을 향상시킬 수 없고 잔류하는 단량체의 양이 증가하는 문제점이 있다.
또 본 발명에서 경화반응을 위한 촉매인 경화제로는 예컨대 메틸에틸케톤퍼옥시드(MEKPO), 퍼옥시에스테르, 디알킬퍼옥사이드, 알킬아릴퍼옥사이드, 디아릴퍼옥사이드, 퍼옥시케탈, 케톤퍼옥사이드, 아조화합물 중에서 1종 이상 선택된 것을 0.01∼2중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1.5중량%를 사용할 수 있다.
본 발명의 경우 복합재료를 제조함에 있어서, 이 밖에 첨가제로서 여러 가지 성분을 다양하게 조합하여 사용함으로써 기계적 물성, 표면 외관 특성, 및 성형성 등의 향상을 꾀할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 첨가제로서는 저수축제, 이형제, 증점제 등이 사용될 수 있고, 또 통상의 첨가제로 안료, 열안정제, UV안정제, 중합반응억제제 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 저수축제 (low profile agent)에는 카르복실기(C=O)를 포함하는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 포화 폴리에스테르, 폴리우레탄 중에서 선택된 저수축제를 1∼20 중량부, 보다 바람직하게는 2.5∼10 중량부로 사용한다.
또 탈형시에 작업성을 향상시키기 위한 이형제로 스테아린산아연(zinc stearate) 또는 스테아린산칼슘(calsium stearate) 등을 0.1 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2중량%를 사용할 수 있고, 증점제(thickening agent)로 CaO, Ca(OH)2 또는 MgO, Mg(OH)2등을 0.05 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 5 중량부를 사용할 수 있다. 또한, 통상의 첨가제로서는 안료(pigment), 열안정제, UV 안정제, 중합반응 억제제(inhibitor) 등을 0.01-5 중량부, 보다 바람직하게는 0.05-2중량%를 사용하여 제조할 수 있다.
경량 유리섬유 복합재료를 제조함에 있어서, 본 발명에서 사용한 유리 미소 중공체는 상기 경화제를 첨가하는 단계에서 함께 첨가함으로써 복합재료를 경량화시킬 수 있다. 유리 미소 중공체는 유리 섬유 매트 제조단계에서 이미 기술한 물리적 특성을 지닌 유리 미소 중공체를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 유리 섬유 매트 및 경화 수지가 포함된 복합재료를 성형시 핸드 래이-업 공법을 이용한다. 상기 핸드 래이-업(Hand Lay-Up, HLU) 공법은 말 그대로 수작업으로 복합재료를 성형하는 공법으로서 가장 비용이 저렴한 제조기술이다.
본 발명의 핸드 래이-업 공법에 의한 경량 복합재료의 제조방법을 설명하면, 우선 금형을 제작한 후, 그 위에 겔 코팅(gel coating)을 한다. 이후, 유리 섬유 매트를 깔고 수작업으로 롤러를 사용하여 경화성 수지를 함침시키면서 상온에서 경화시킨다. 경화시간은 보통 5 내지 15분 정도가 바람직하며, 완전 경화가 이루어지기 전에 다시 유리 섬유 매트를 깔고 성형품의 요구 두께에 따라 래이-업(lay-up)하게 된다.
지금까지 설명한 바에 따라 제조된 미소 유리 중공체를 포함하는 복합재료는 코어재료인 유리섬유 매트와 상이성이 없어 기계적 물성의 저하되지 않으면서도 제품의 경량화가 가능하므로 전자제품, 건축 등 다양한 분야에서 사용가능하다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
실시예
실시예 1: 유리 미소 중공체가 첨가된 복합재료의 제조
30cm × 30cm의 크기에 직경 1mm의 구멍이 1mm간격으로 펀칭(punching)이 되어 있는 사각형 금속 플레이트에 3mm로 절단된 절단 유리 섬유 (오웬스 코닝CS03-492)를 20g 균일하게 뿌린 후 스프레이(Spray)를 이용하여 절단 유리 섬유에 물을 분사하여, 상기 절단 유리 섬유에 불포화 폴리에스터 수지가 잘 침윤(wetting) 되도록 하였다.
여기에 불포화 폴리에스터 수지 분말을 2g을 균일하게 뿌린 후 유리 미소 중공체를 5g 균일하게 1층을 제조하였다. 그리고 이러한 과정을 2회 반복하여 총 3개 층으로 이루어진 매트층을 만들었다. 사용된 유리 미소 중공체는 40㎛의 크기의 비중 0.38g/cc의 중공 유리 비드(Glass Bead)(3M제품, 상품명 Glass Bubble S38HS)이였다. 이 후 3개 층으로 된 매트층을 220℃에서 10분간 압착(press)하여 유리 섬유 매트를 제조하였다.
유리 섬유 매트의 경화를 위해 사용되는 불포화 수지는 폴리에스터와 스타이렌 단량체로 이루어진 불포화 수지 (애경화학 POLYCOAT FH-102HS)를 사용하였다. 이 불포화 수지에 경화제로 메틸에틸케톤퍼옥시드(MEKPO)를 1중량% 첨가하여 경화 수지 조성물을 제조하였고, 롤러를 사용하여 경화수지 조성물을 유리 섬유 매트에 균일하게 도포한 후 매트를 상온에 1일 방치하여 경화를 시켜 최종 경량 유리 섬유 복합재료를 제조하였다.
그리고 제조된 복합재료를 UTM을 사용하여 인장강도 및 신율, 그리고 탄성계수를 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 2: 유리 미소 중공체가 첨가된 복합재료의 제조
실시예 1과 같이 동일한 방법으로 20g의 절단 유리 섬유를 균일하게 분포시키고, 스프레이로 물을 분사한 뒤 불포화 폴리에스터 수지 2g을 뿌린 후 동일작업을 2회 더 반복하여 유리 섬유 매트를 제조하였다.
경화를 위해 사용하는 수지는 실시예 1과 동일한 불포화 수지에 경량화를 위해 유리 미소 중공체를 30중량% 첨가하고 균일하게 분산이 이루어질 때까지 교반하였다. 경량화를 위해 사용한 유리 미소 중공체는 65㎛ 크기의 비중 0.125g/cc인 중공 유리 비드 (3M, 상품명 K1)를 사용하였다.
불포화 수지에 MEKPO를 1중량% 첨가하여 경화수지 조성물을 제조한 후 유리 매트에 고르게 함침시키고 경화하여 경량 유리섬유 복합재료를 제조하였다. 제조된 복합재료는 실시예 1과 동일한 방법으로 인장강도 및 신율, 그리고 탄성계수를 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 1: 유리 미소 중공체가 비첨가된 복합재료의 제조
30cm × 30cm의 크기에 직경 1mm의 구멍이 1mm간격으로 펀칭(punching)이 되어 있는 사각형 금속 플레이트에 3mm로 절단된 절단 유리 섬유 (오웬스 코닝 CS03-492)를 23g 균일하게 뿌린 후 스프레이를 이용하여 절단 유리 섬유에 물을 분사하여 유리 섬유에 폴리에스터 수지가 잘 침윤(wetting) 되도록 하였다.
여기에 불포화 폴리에스터 수지 분말을 2g을 균일하게 뿌린 후 이러한 과정을 2회 반복하여 총 3개 층으로 이루어진 매트 층을 제조하였다. 이후 불포화 폴리에스터 및 스타이렌 단량체로 이루어진 불포화 수지 (애경화학POLYCOAT FH-102HS)에 MEKPO를 1중량% 첨가하여 경화용 수지를 제조하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 섬유 매트에 도포하여 유리 섬유 복합재료를 제조하였고, 동일한 방법으로 물성분석을 하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
실시예 1 실시예 2 비교예 1
두께(cm) 0.35 0.35 0.34
무게(g) 465 420 530
인장강도(Mpa) 91 87 92
신율(%) 1.3 1.1 1.1
인장 모듈러스(GPa) 8.1 8.4 8.6
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 불포화 폴리에스터 수지, 중합성 불포화 단량체 및 경화제를 포함하는 경화수지 조성물을 유리 섬유 매트(glass fiber mat)에 도포 및 성형한 복합재료에 있어서, 상기 복합재료는 0.1 내지 0.8g/cc의 비중 및 20 내지 100㎛의 직경을 갖는 유리 미소 중공체를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유리 섬유 매트는 절단유리섬유(chopped glass fiber), 열가소성수지 및 유리 미소 중공체를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유리 미소 중공체는 상기 복합재료 100중량%에 대하여 2 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유리 미소 중공체의 내압강도는 100 내지 300kgf/㎤인 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료.
  5. (a) 절단유리섬유(chopped glass fiber)에 열가소성수지를 첨가한 후 가열 및 압착하여 유리 섬유 매트(glass fiber mat)를 준비하는 단계;
    (b) 불포화 폴리에스터 및 중합성 불포화 단량체를 포함하는 불포화수지에 경화제를 첨가하여 경화수지 조성물을 준비하는 단계; 및
    (c) 상기 유리 섬유 매트에 상기 경화수지 조성물을 도포 및 성형하는 단계를 포함하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법에 있어서, 0.1 내지 0.8g/cc의 비중 및 20 내지 100㎛의 직경을 갖는 유리 미소 중공체를 상기 (a)의 열가소성수지를 첨가하는 단계, 상기 (b)의 경화제를 첨가하는 단계, 또는 상기 (a)의 열가소성수지를 첨가하는 단계 및 상기 (b)의 경화제를 첨가하는 단계에 함께 첨가하는 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 유리 미소 중공체는 복합재료 100중량%에 대하여 2 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 유리 미소 중공체의 내압강도는 100 내지 300kgf/㎤인 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 (c) 단계의 성형은 핸드 래이-업(hand lay-up) 공법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 경량 유리섬유 복합재료 제조방법.
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