KR20120078454A - 프리프레그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프리프레그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체상의 고분자 수지가 코팅된 롤러의 원주면에 이형지를 공급하여 이형지에 액체상의 고분자 수지를 도포하는 단계; 이형지에 도포된 액체상의 고분자 수지를 냉각하여 고체상의 수지층을 형성하는 단계; 및 이형지와 맞닿은 수지층의 반대 면에 보강섬유를 적층하는 단계;를 포함하는 프리프레그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 프리프레그 제조방법은 기존의 핫멜트법에 의한 프리프레그 제조방법과 대비하여 함침공정을 필요치 않아 제조과정이 단순하며, 또한 별도의 수지필름 제조시 요구되던 이형필름을 사용하지 않으므로 제조단가를 낮출 수 있다. 또한, 제조된 프리프레그는 기계, 전자, 건축용 보강재로 유용하게 적용할 수 있다.
Description
본 발명은 핫멜트 방식에 의한 프리프레그 제조방법에서 별도의 함침공정 없이 섬유 시트에 고분자 수지가 적층된 형태로 프리프레그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
고분자 수지를 매트릭스로 하는 섬유강화 복합재료는, 역학특성, 내식성 등이 우수하여 기계, 전자, 건축 산업 등에 폭넓게 사용되고 있다. 섬유강화 복합재료는 매트릭스 수지의 조성, 보강섬유의 조합 등에 의해 다양한 물성의 발현이 가능하며, 이러한 섬유강화 복합재료의 한 종류가 프리프레그 이다.
프리프레그는 일반적으로 시트 형상을 하고 있고, 직물 형태의 보강섬유에 액체 수지를 함침시킨 후 건조 내지는 반경화 하여 얻어진다. 보강섬유로는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등을 사용하는데, 프리프레그를 제조하는 방법은 크게 두가지로 구별된다.
하나는, 직물 형태의 보강섬유를 수지에 침지시킴으로써 수지를 보강섬유에 함침시키는 침지법으로서 제조과정이 단순하면서도 연속적인 프리프레그의 제조가 가능하다는 장점을 갖는다. 그러나, 침지법의 경우 보강섬유 내에 공기가 잡혀서 비함침부를 남길 수 있다는 단점이 있다.
다른 한가지 방법은 핫멜트법으로서, 핫멜트법에서는 수지가 도포된 이형지와 보강섬유를 맞붙인 다음 이를 가열 및 가압함으로써 수지를 녹여 보강섬유에 함침시키는 방법이다. 좀더 자세히 설명하면, 핫멜트법은 이형지 위에 수지가 도포된 수지필름 제조단계, 및 수지를 보강섬유에 녹여 함침시키는 함침단계로 구분된다. 수지필름은 액체상의 고분자 수지가 코팅된 롤러의 원주면에 이형지를 연속적으로 공급 및 프레스하여 이형지 위에 수지를 도포한 다음, 이를 냉각판(cold plate)에 통과시켜 수지층을 형성시키고, 이형지와 맞닿은 수지층의 반대 면에 이형필름을 붙임으로서 제조한다. 또한, 상기 함침단계는 제조한 수지필름에서 이형필름을 벗긴 후, 이형필름과 맞닿았던 수지층의 한쪽 면을 보강섬유과 접촉시킨 다음, 이를 가열 및 프레스함으로써 보강섬유 내로 수지를 녹여 함침시킨다.
그러나, 핫멜트법은 함침되는 수지의 양을 조절할 수 있다는 장점이 있으나, 이형지 위에 수지가 도포된 수지필름을 제조하기 위한 별도의 공정을 필요로 하기 때문에 제조비용이 상승하는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 핫멜트법의 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과, 수지필름 제조 시 이형필름 대신 보강섬유를 직접 공급하면 이후의 함침공정 없이 프리프레그를 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명은 간단하면서도 낮은 제조비용으로 우수한 물성을 나타내는 프리프레그 제조방법의 제공에 그 목적이 있다.
본 발명은
액체상의 고분자 수지가 코팅된 롤러의 원주면에 이형지를 공급하여 이형지에 액체상의 고분자 수지를 도포하는 단계;
이형지에 도포된 액체상 고분자 수지를 냉각하여 고체상의 수지층을 형성하는 단계; 및
이형지와 맞닿은 수지층의 반대 면에 보강섬유를 적층하는 단계;
를 포함하는 프리프레그의 제조방법을 그 특징으로 한다.
본 발명의 프리프레그의 제조방법은 기존의 핫멜트법에 의한 프리프레그 제조방법과 대비하여 함침공정을 필요치 않아 제조과정이 단순하며, 또한 별도의 수지필름 제조시 요구되던 이형필름을 사용하지 않으므로 제조단가를 낮출 수 있다. 또한, 제조된 프리프레그는 기계, 전자, 건축용 보강재로 유용하게 적용할 수 있다.
도 1은 기존의 핫멜트법에 의한 수지필름 제조과정을 도식화한 것이다.
도 2는 기존의 핫멜트법에 의한 함침공정을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 프리프레그 제조방법을 도식화한 것이다.
도 2는 기존의 핫멜트법에 의한 함침공정을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 프리프레그 제조방법을 도식화한 것이다.
이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.
본 발명은 액체상의 고분자 수지가 코팅된 롤러의 원주면에 이형지를 공급하여 이형지에 액체상의 고분자 수지를 도포하는 단계; 이형지에 도포된 액체상의 고분자 수지를 냉각하여 고체상의 수지층을 형성하는 단계; 및 이형지와 맞닿은 수지층의 반대 면에 보강섬유를 적층하는 단계;를 포함하는 프리프레그의 제조방법에 관한 것이다.
상기 이형지에 액체상의 고분자 수지를 도포하는 단계에서, 고분자 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 및 불포화 폴리에스터 중에서 선택한 1종 이상의 열경화성 수지일 수 있으며, 필요에 따라 경화제 및 경화 촉진제가 첨가될 수도 있다. 또한, 실리카, 탄산칼슘 및 황산바륨과 같은 무기 충전제, 가소제, 착색제 등의 첨가제를 포함할 수도 있다. 이러한 성분들은 용매 없이 반고상으로 존재하며, 이러한 반고체상의 고분자 수지는 열에 의해 녹아 이형지에 도포된다. 본 발명에서 사용 가능한 이형지는 핫멜트법에 응용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 구체적으로 종이의 한쪽 면에 폴리에틸렌이, 실리콘 등이 코팅된 것을 사용할 수 있다. 이러한 이형지는 권취된 상태의 것을 액체상의 고분자 수지가 코팅된 롤러에 연속적으로 공급하게 되는데, 이때 이형지의 공급속도는 특별히 한정하지는 않으나, 바람직하기로는 100 ~ 3000 cm/min 가 좋다. 또한, 도포되는 수지의 두께는 10 ~ 200㎛ 가 바람직한데, 두께가 10㎛ 미만이면 보강수지에 코팅이 안되는 문제가 있을 수 있으며, 200㎛를 초과하면 냉각효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
이형지에 수지를 도포한 다음, 이를 냉각시켜 수지층을 형성하는 단계를 수행한다. 냉각은 수지가 도포된 이형지를 냉각판에 통과시켜 수행할 수 있으며, 냉각에 의해 수지가 액체상에서 고체상으로 되므로써 수지층을 형성하게 된다. 이때 냉각판의 온도는 -10 ~ 20℃가 바람직한데, 냉각판의 온도가 -10℃ 미만이면 수지층의 경도가 지나치게 상승하여 보강섬유와의 접착력에 문제가 있을 수 있으며, 반대로 20℃를 초과하면 수지층의 점도가 낮아 흘러내리는 문제가 있을 수 있다.
수지층을 형성시킨 다음, 이형지와 맞닿은 수지층의 반대면에 이형필름을 부착하는 기존의 기존의 핫멜트법과 달리, 본 발명에서는 직접 보강섬유를 적층시킨다. 이에 따라, 수지필름 제조과정에서 사용되는 이형필름을 필요치 아니하며, 별도의 함침과정 없이 수지층 위에 직물층이 적층된 프리프레그를 제조할 수 있다. 보강섬유로는 직조상태의 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유를 사용할 수 있으며, 적층은 보강섬유와 수지층을 맞붙인 다음 롤러로 압착하는 방식을 사용할 수 있다. 이때 압착 압력은 0.1 ~ 2 kgf/cm2 이 좋다. 압착압력이 0.1 kgf/cm2 미만이면 보강섬유와 수지층의 접착력이 떨어지는 문제가 있을 수 있으며, 2 kgf/cm2 를 초과하면 수지가 바깥쪽으로 흐르는 문제가 있을 수 있으므로 바람직하지 못하다. 제조된 프리프레그는 고분자 수지가 섬유 내부로 함침이 안되어 있지만 적측된 수지는 이후 복합재료 보강재를 적용한 제품으로 성형시 가해지는 성형온도에 의해 수지가 녹아 함침이 되므로 최종 성형품의 물성에는 문제가 없다.
본 발명의 프리프레그 제조방법에 의하면 수지필름 제조과정을 응용하여 이형필름 대신 보강섬유를 바로 수지층에 적층함으로써, 이후 별도의 함침과정을 필요치 아니하여 제조과정을 단순화 할 수 있으며, 이에 따라 제조비용을 낮출 수 있어 기계, 전자, 건축용 보강재로 유용하게 적용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 : 프리프레그의 제조]
에폭시 수지(YD128, YDPN638 (국도화학)) 820g, 경화제(Dicyandiamaide, (상Dihard100),Degussa(제조사)) 100 g 및 경화촉진제((Dichloro phenyl dimethyl urea), UR200,UPL)) 80 g를 80 ~ 100℃에서 배합하여 액체상의 고분자 수지를 제조한 후, 60 ~ 90℃로 유지되고 있는 코팅기에 투입하였다.
코팅기의 롤러를 회전시키며 롤러에 액체상의 고분자 수지를 코팅한 다음, 한쪽 면이 폴리에틸렌으로 코팅된 이형지를 1000 cm/min 의 속도로 롤러의 원주면에 공급하여 이형지에 액체상의 고분자 수지를 도포하였다. 이때, 롤러의 간격을 조절하여 도포되는 수지를 50㎛의 두께로 도포하였다. 고분자 수지가 도포된 이형지를 5℃의 냉각판에 통과시켜 액체상의 고분자 수지를 고체상의 수지층으로 형성한 다음, 이형지와 맞닿은 수지층의 반대 면에 보강섬유를 1 kgf/cm2 의 압착압력으로 압착하여 보강섬유를 적층함으로써 프리프레그를 제조하였다.
비교예 : 프리프레그의 제조
상기 실시예와 동일하게 실시하되, 수지를 배합한후 코팅기에 투입후 이형지위에 얇은 수지 코팅막이 형성된 수지필름을 만든 후, 이를 함침기에서 직물과 함께 함침하여 수지 코팅막을 직물에 코팅하여 프리프레그를 제조하였다.
| 물성 | 조건 | 실시예 | 비교예 | 시험방법 |
| 최대인장강도 (Ksi) |
-67℉, DRY RT, DRY 160℉, DRY |
- 151 - |
141 150 149 |
ASTM D3039 |
| 인장탄성율 (Msi) |
-67℉, DRY RT, DRY 160℉, DRY |
- 10.1 - |
10.2 10.2 10.1 |
ASTM D3039 |
| 최대압축강도 (Ksi) |
RT, DRY 160℉, WET |
116 - |
117 80 |
ASTM D695 |
| 압축탄성율 (Msi) |
RT, DRY 160℉, WET |
9.8 - |
9.8 9.7 |
ASTM D695 |
| 층간전단강도 (Ksi) |
RT, DRY 160℉, WET |
10.1 - |
10.1 5.1 |
ASTM D2344 |
Claims (6)
- 액체상의 고분자 수지가 코팅된 롤러의 원주면에 이형지를 공급하여 이형지에 액체상의 고분자 수지를 도포하는 단계;
이형지에 도포된 액체상의 고분자 수지를 냉각하여 고체상의 수지층을 형성하는 단계; 및
이형지와 맞닿은 수지층의 반대 면에 보강섬유를 적층하는 단계;
를 포함하는 프리프레그의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 및 불포화폴리에스터 중에서 선택한 1종 이상인 것을 특징으로 하는 프리프레그의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이형지의 공급속도는 100 ~ 3000 cm/min 인 것을 특징으로 하는 프리프레그의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이형지에 도포되는 액체상의 고분자 수지의 두께는 10 ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 프리프레그의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유는 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 프리프레그의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유는 수지층과 0.1 ~ 2 kgf/cm2의 압착 압력을 통해 적층되는 것을 특징으로 하는 프리프레그의 제조방법.
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