KR20110078652A - 프리프레그용 강화섬유속의 개섬방법 및 그에 의해 제조된 프리프레그 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구현예들은 프리프레그용 강화섬유속의 개섬방법 및 이에 의해 제조된 프리프레그에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 섬유 제조시 부여된 유제를 고온에서 제거한 후 개섬시킴으로써 개섬 효과가 증진된 프리프레그용 강화섬유속의 개섬방법 및 이 방법으로 제조된 프리프레그에 관한 것이다.

개섬방법, 프리프레그, 강화섬유속

Description

프리프레그용 강화섬유속의 개섬방법 및 그에 의해 제조된 프리프레그{Method for Opening Reinforced Fiber bundle for Prepreg and Prepreg Manufactured Therefrom}

본 발명의 구현예들은 강화섬유속의 개섬방법에 관한 것이다.

최근, 프리프레그가 항공기나 자동차 부품, 스포츠(sports), 레저(leisure) 와 같은 각종 산업분야에 있어서 넓게 이용되고 있다. 예를 들면, 탄소섬유나 유리섬유로 된 강화섬유의 단사를 복수개 나란히 하여 이루어진 강화섬유속을 복수개 서로 평행하게 나란하게 놓은 후, 에폭시수지나 불포화폴리에스테르 등의 열경화성 수지를 함침시켜서 시트화한 프리프레그가 항공기용 재료나 자동차용 소재 등의 일반 공업재료 외에도, 예를 들면, 의료용 소재나 스포츠레저용도의 성형재료로서 넓게 이용되고 있다. 이에 따라, 프리프레그 자체로서도 더욱 얇은 프리프레그나 열가소성수지를 사용한 프리프레그의 수요가 확대되고 있으며, 또한, 프리프레그의 품위향상, 즉, 두께 변동이 작은 균일한 프리프레그의 필요성이 증대 되고 있다. 이러한 요구를 만족하기 위해서는 프리프레그를 성형할 때 매트릭스 수지함침 전에 미리 강화섬유속을 개섬하는 것에 의해 그 두께를 얇게하고, 강화섬유속의 단사 사이까지 매트릭스수지를 충분하게 함침시키는 것이 필요하다. 즉, 프리프레그의 보다 높은 인장 강도 및 강성 발현이 가능하도록 섬유 체적률을 높이기 위해 사용되는 섬유를 개섬하는 기술이 기술적 과제로 인식되고 있다.

본 발명의 구현예들은 개섬장치에 제공되는 섬유의 장력변동을 최소화함으로써 고품질의 프리프레그를 제조할 수 있는 개섬방법을 제공한다.

본 발명의 구현예들은 상기 방법에 의해 제조된 우수한 강성 및 강도를 갖는 프리프레그를 제공한다.

본 발명의 하나의 양상은, 크릴(creel)에서 제공된 강화섬유속의 유제를 제거한 후, 유제가 제거된 강화섬유속을 복수개의 롤 위로 차례로 굴곡시키면서 통과시키는 강화섬유속의 개섬방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 양상은, 상기 개섬방법에 의해 개섬된 강화섬유속을 수지에 함침하여 프리프레그를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 양상은, 상기 방법에 의하여 제조된 우수한 강성 및 강도를 갖는 프리프레그 구조체에 관한 것이다.

본 발명의 구현예들에 의해 제조된 프리프레그는 섬유 체적률이 높아 인장 강도 및 강성이 높을 뿐 아니라 군용, 산업용 등 다양한 분야로의 적용이 가능하다. 또한, 개섬효과가 증진되어 프리프레그 제조시 단가를 낮출 수 있고, 생산효율을 극대화 할 수 있다.

이하, 본 발명의 구현예들에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일 구현예에 의한 강화섬유속의 개섬방법은

크릴(creel)에서 제공된 강화섬유속의 유제를 제거하기 위해 상기 강화섬유속을 상기 유제 성분의 분해온도 이상의 온도 제공 장치를 통과시키는 단계; 및

상기 온도 제공 장치를 통과한 강화섬유속을 복수개의 롤러 상을 차례로 굴곡시키면서 통과시켜 개섬시키는 단계를 포함한다.

일반적으로 섬유 제조시, 권취 안정성을 부여하고 취급을 용이하게 하기 위하여 유제를 부여한다. 대개 유제는 평활제, 유화제, 대전방지제, 집속조제 등 으로 구성되어 개섬 작업성을 떨어뜨리는 역할을 한다. 본 발명의 구현예들은 이러한 유제를 고온에서 제거함으로써 개섬 효과가 증진된 프리프레그를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 개섬 공정도이다. 도 1을 참조하면, 강화섬유가 감긴 강화섬유보빈(1)으로부터 강화섬유가 풀려 크릴(2)로 제공되고, 크릴(2)에서 제공된 강화섬유속을 사용된 유제 성분의 분해온도(Decomposition Temperature)이상의 온도 제공 장치(3)에 1 내지 20분간 통과시켜 유제를 제거한다. 본 발명의 구현예들에서, 온도 제공 장치(3)는 50 내지 300℃, 바람직하게는 100 내지 200℃로 예열된 복수개의 적외선 히터 터널(Heater Tunnel) 형식이다.

온도 제공 장치(3)를 통과한 강화섬유속을 복수개의 롤러로 이루어진 개섬롤러(4) 상을 차례로 굴곡시키면서 통과시켜 개섬시킨다.

본 발명의 일 구현예에서, 강화섬유속은 복수개의 단사가 나란히 된 1개의 섬유속이거나, 이 섬유속이 복수개 서로 평행하게 나란히 되어 시트상으로 되어 있는 섬유속일 수 있다. 또한, 강화섬유속을 형성하는 강화섬유의 종류는 특별히 한정되지 않고, 탄소섬유나 유리섬유, 아라미드섬유 등이 적용될 수 있다.

강화섬유속의 개섬방법은 복수개의 롤러를 통과시키는 방법이외에, 요철롤을 교대로 통과시키는 방법, 북모양의 롤을 사용하는 방법, 강화섬유에 공기를 분사하는 방법, 강화섬유를 공기흡인하는 방법, 스프링 개섬요소를 사용하는 방법, 익스팬더롤을 사용하는 방법 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 중 2개 이상의 방 법을 조합할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 강화섬유속의 개섬방법에 있어서, 개섬비는, 12이상이 바람직하고, 25이상이 더욱 바람직하다. 여기서 개섬비란, 개섬전의 강화섬유다발의 폭을 b₁(mm), 두께를 a₁(㎛), 개섬후의 강화섬유다발의 폭을 b₂(mm), 두께를 a₂(㎛)로 한 경우, 개섬비=(b₂/a₂)/(b₁/a₁)로서 산출할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 의하면, 상기 방법에 의해 유제가 제거된 후 개섬된 강화섬유속을 열경화성 수지 배합물에 함침시켜 프리프레그를 제조하는 방법이 제공된다.

사용가능한 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐 에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등이 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

이 때, 프리프레그의 원하는 강성 및 강도를 얻기 위해서 열경화성 수지 배합물에 대한 강화섬유의 조성은 10 내지 80wt% 정도인 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 프리프레그는 제조 과정에서 장력변동이 없기 때문에 강도 및 강성이 균일하고, 표면이 우수한 특성을 가진다.

본 발명의 다른 구현예들은 상기 프리프레그를 적층시켜 프리프레그 구조체를 제조하는 방법에 대한 것이다.

프리프레그 구조체를 제조하기 위하여 상술된 방법으로 준비된 프리프레그를 하나 이상 적층시킨다. 이 때, 프리프레그는 제작하고자 하는 구조체의 형태에 맞 게 소정의 크기로 절단하여 요구되는 소정 두께에 적합하도록 필요한 개수만큼 적층시켜 사용한다.

다음, 내부에 과다하게 발생되는 기포 등을 제거하기 위하여 적층된 프리프레그를 진공 펌프를 이용하여 진공 처리하고 오븐에서 최종 경화시킨다. 이 경우의 경화 사이클을 오븐에서 80℃의 온도로 25분 동안, 120℃의 온도로 120분 동안 프리프레그를 가열 경화한다.

이하, 구체적인 실시예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예1 : 프리프레그 구조체의 제조

탄소섬유로 이루어진 강화섬유속을 150℃의 적외선 히터를 5분간 통과하여 유제를 제거한 후에 5개의 평행한 롤러를 통과시켜 개섬하였다. 개섬된 섬유속에 Hexion사의 Epon828을 1000g (93중량%), 디시안디아미드(Dicyandiamide)를 43g (4중량%), 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸우레아(3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea)를 32g(3중량 %) 혼합한 에폭시 수지 조성물을 함침시켜 프리프레그를 제조하였다.

제조된 프리프레그를 평판에 8장 적층시키고, 오븐에서 80℃의 온도로 25분 동안, 120℃의 온도로 120분 동안 가열 경화시켜 프리프레그 구조체를 제조하였다. 정형자를 사용하여 제조된 프리프레그 구조체의 개섬비를 측정하였다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 개섬 공정도이다.

Claims (13)

1. 크릴(creel)에서 제공된 강화섬유속의 유제를 제거하기 위해 상기 강화섬유속을 상기 유제 성분의 분해온도 이상의 온도 제공 장치를 통과시키는 단계; 및

   상기 온도 제공 장치를 통과한 강화섬유속을 복수개의 롤러 상을 차례로 굴곡시키면서 통과시켜 개섬시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화섬유속의 개섬방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 강화섬유속을 상기 온도 제공 장치에 1 내지 20분간 통과시키는 것을 특징으로 하는 강화섬유속의 개섬방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 온도 제공 장치는 100 내지 200℃로 예열된 복수개의 적외선 히터 터널(Heater Tunnel) 형식인 것을 특징으로 하는 강화섬유속의 개섬방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 강화섬유속은 복수개의 단사가 나란히 된 1개의 섬유속인 것을 특징으로 하는 강화섬유속의 개섬방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 강화섬유속은 상기 1개의 섬유속이 복수개 서로 평행하게 시트상으로 되어 있는 섬유속인 것을 특징으로 하는 강화섬유속의 개섬방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 강화섬유속은 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 강화섬유속의 개섬방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 강화섬유속의 개섬비는 12이상인 것을 특징으로 하는 강화섬유속의 개섬방법.
8. 크릴(creel)에서 제공된 강화섬유속의 유제를 제거하기 위해 상기 강화섬유속을 상기 유제 성분의 분해온도 이상의 온도 제공 장치를 통과시키는 단계;

   상기 온도 제공 장치를 통과한 강화섬유속을 복수개의 롤러 상을 차례로 굴곡시키면서 통과시켜 개섬시키는 단계; 및

   상기 개섬된 강화섬유속을 열경화성 수지 배합물에 함침시키는 단계를 포함하는 프리프레그 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 열경화성 수지 배합물에 대한 상기 강화섬유속의 조성은 10 내지 80wt%인 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조방법.
11. 크릴(creel)에서 제공된 강화섬유속의 유제를 제거하기 위해 상기 강화섬유속을 상기 유제 성분의 분해온도 이상의 온도 제공 장치를 통과시키는 단계;

    상기 온도 제공 장치를 통과한 강화섬유속을 복수개의 롤러 상을 차례로 굴곡시키면서 통과시켜 개섬시키는 단계; 및

    상기 개섬된 강화섬유속을 열경화성 수지 배합물에 함침시켜 프리프레그를 제조하는 단계;

    상기 제조된 하나 이상의 프리프레그를 적층하는 단계; 및

    상기 적층된 프리프레그를 진공 상태에서 경화하는 단계를 포함하는 프리프레그 구조체 제조방법.
12. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제작된 프리프레그.
13. 제 11 항의 방법에 의해 제작된 프리프레그 구조체.

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