KR20120090047A - 연속-기포형 경질 발포체 복합 재료 - Google Patents

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후버트 에빙
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바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

본 발명은 샌드위치 부재 (4) 및 기능성 및/또는 장식용 층 (3)을 포함하는 복합 재료에 관한 것이다. 샌드위치 부재 (4)는 연속-기포형 경질 발포체를 포함하는 적어도 하나의 코어 층 (1), 및 이 코어 층의 각 면에 배치된 적어도 하나의 외부 층 (2)을 포함한다.

Description

연속-기포형 경질 발포체 복합 재료 {COMPOSITE MATERIAL OF OPEN-CELL RIGID FOAM}
본 발명은 두 개의 섬유상 층 사이에 개재된 스페이서 (spacer)를 포함하는 복합 재료에 관한 것이다.
복합 재료란 서로 결합되어 있는 2종 이상의 재료로 이루어진 재료이다. 수득된 재료의 특성은 개개 성분의 재료 및 가능하게는 기하학적 특성에 의해 결정된다. 이에 의해 상이한 성분들의 특성이 조합되므로, 복합 재료는 광범위한 용도를 가질 수 있다. 최종 제품에 요구되는 특성은 성분들에 대해 상이한 출발 물질을 선택함으로써 필요에 따라 조정될 수 있다.
복합 재료는 몇 가지 방법 중 어느 방법으로나 생산될 수 있다. 한 가지 방법은 샌드위치 (sandwich) 디자인이다. 이러한 디자인은 상이한 특성을 갖는 수 개의 층이 하나의 재료 안에 매립되어 있는 반마감된 제품에 주로 사용된다. 제조 방법으로서, 샌드위치 디자인은 경량 구조물의 형태로서, 주로 충격을 흡수하는 커버층들이 상대적으로 약하고 대부분 경량인 코어 재료 (스페이서)에 의해 서로 거리를 두고 유지되어 이루어진다. 이들로 이루어진 부품은 내굴곡성이 매우 크지만, 중량은 작다.
코어 재료는, 예컨대, 종이, 판지, 플라스틱 또는 금속, 발사 (balsa) 목재, 파형 (corrugated) 금속 시트 또는 발포체와 같은 상이한 재료의 벌집형 (honeycomb) 구조로 이루어질 수 있다. 이는 전단력을 전달하고 커버층을 지지한다.
샌드위치 방법에 의해 제조된 복합 재료의 용도는, 예를 들어, 위락용 선박, 비행기 부품 (동체, 윙 커버), 철도 차량, 차량 및 자동차 부품, 서핑보드 및 풍력 터빈용 로터 블레이드를 포함한다. 아라미드 섬유의 벌집형 코어와 유리 섬유 프리프레그의 커버층을 갖는 샌드위치 패널은 또한 대형 비행기의 조리실 및 화장실용 벽으로도 사용된다.
건축 분야에서, 강철-보강된 콘크리트 쉘, 단열층, 및 클링커 (clinker) 또는 콘크리트의 외장 패널로 이루어진 조립식 샌드위치 패널이 사용된다. 또한, 금속성 커버층과 중간의 단열재를 갖는 복합 보드는 샌드위치 부재 또는 샌드위치 패널로 언급된다.
조선 분야에서, 이런 디자인은 특히 위락용 선박에서 이미 광범위하게 사용되고 있다. 대형 선박을 제조하는 경우에, 샌드위치 디자인은 보다 나은 안전성을 보장하며, 보다 특히 유조선에서 그러하다.
샌드위치 디자인은 또한 자동차 제조 분야에서도 사용된다. 따라서, 경량과 더불어 높은 안정성이 수득될 수 있다. 섬유-강화된 플라스틱 샌드위치 부품의 제조는, 예를 들어, DE 10　057　365 A1로부터 공지되어 있다.
샌드위치 디자인에 기초한 자동차용 루프 모듈 (roof module)은 WO 2006/099939 A1 및 WO 2009/043446 A2로부터 공지되어 있다.
샌드위치 디자인은 또한 태양 전지 기술 분야에서도 사용된다. 즉, 후면 커버로서 샌드위치 부재를 포함하는 태양광 모듈은 아직 공개되지 않은 PCT/EP2009/003951로부터 공지되어 있다.
또한, 두 장의 방수 시트 사이에 스페이서로서 금속 호일을 포함하는 샌드위치 부재는 US 2003/0178056 A1로부터 공지되어 있다. 이 경우에도 마찬가지로 샌드위치 디자인이 태양 전지 패널의 후면 커버로서 사용된다. 태양 전지 패널용으로서 금속 호일과 밀봉 중합체 층으로 이루어진 유사한 디자인이 또한 DE 102　31　401 A1로부터 공지되어 있다.
벌집형 구조 또는 파형 금속 시트는 샌드위치 부재에서 스페이서로서 자주 사용된다. 이러한 스페이서는 일반적으로 양쪽 면 모두에 외부 층을 갖는다. 이 외부 층은 종종 플라스틱 시트로 이루어진다. 그와 같은 시트와 스페이서의 결합은 대개는 고온에서 압력하에 수행된다. 스페이서의 구조는 종종 시트를 통하여 윤곽이 드러나므로, 다시 말해서, 샌드위치 부재의 표면은 더 이상 편평하지 않다. 스페이서의 구조는 또한 최종 제품 중에도 나타난다.
그러한 샌드위치 부재가 나중에 외부에서 보이게 되는 건축 자재로 사용되는 경우, 불규칙한 표면은 바람직하지 않다. 예를 들어, 태양 전지 패널로 사용되는 경우, 그러한 불규칙한 표면은 라미네이트가 제조될 때 개개의 태양 전지가 이미 손상받게 되는 결과를 낳는다.
벌집형 구조에 기인한 불규칙한 표면 및 태양 전지 패널의 파괴는 원칙적으로 스페이서로서 폐쇄-기포 경질 발포체 코어를 사용하여 방지될 수 있다. 이와 같은 선행 기술 해결책의 단점은 그러한 복합 재료가 기능성 또는 장식용 층을 먼저 제공한 후에 가압 공정에 의해 제조된다는 것이다. 계속해서, 반응이 아직 완료되지 않은 샌드위치 부재가 그 위에 적용되고 가압된다. 기능성 층과 샌드위치 부재 사이에 포획된 공기는 기능성 층이나 코어가 공기를 흡수하거나 통과시킬 수 없으므로 빠져나갈 수가 없다. 또한, 대형 구조물에 있어서는 거리가 길기 때문에 공기가 나중에라도 빠져나갈 수가 없다. 이로 인해 생긴 기포가 결과적으로 표면 결함을 일으키거나 심지어 기능성 층을 파괴하기도 한다.
공기를 함유할 수 있는 벌집형 구조를 사용하는 것 또한 선행 기술에 알려져 있으나, 기능성 또는 장식용 층 상의 가압 공정에 의해 벌집형 구조는 그 윤곽이 드러나거나 심지어 그러한 층들을 파괴한다.
따라서, 본 발명의 목적은 샌드위치 디자인으로 얻어질 수 있으며 선행 기술의 단점을 가지지 않는 복합 재료를 제공하는 것이다. 특히, 그러한 복합 재료는 넓은 영역에 걸쳐, 스페이서의 구조가 보이지 않는 매끄러운 표면 (클래스 A 피니쉬)을 갖는다. 표면은 매우 매끄러우며, 패인 부분, 기포 또는 유사한 결함을 갖지 않을 것이다. 샌드위치 부재의 표면은 너무 편평하여 태양 전지 패널과 같은 기능성 부재가 그에 의해 이미 손상되거나, 스페이서가 표면상에 윤곽을 드러내어 손상받는 일이 없이 샌드위치 부재에 부착될 수 있다.
놀랍게도, 정의된 연속-기포 백분율을 갖는 경질 발포체 코어가 복합 재료에 나쁜 영향을 미치지 않으면서 가압 공정 동안에 포획된 공기를 흡수할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이와 동시에, 이러한 경질 발포체 코어는 충분히 높은 압축 탄성율 또는 충분히 높은 압축 강도를 가지므로, 경질 발포체 코어는 복합 재료가 가압되는 동안에 붕괴되지 않을 것이다. 경질 발포체 코어가 개재되는 섬유상 층은 코어에 밀착 결합된다. 경질 발포체 코어의 선택된 강도로 인하여, 본 발명에 따른 구조물은 또한 충분한 기계적 강도를 갖는다.
첫번째 실시양태에서, 본 발명의 목적은 두 개의 섬유-충전된 폴리우레탄 층들 (2) 사이에 샌드위치된 스페이서 (1)로 이루어진 것으로서, 상기 스페이서가 연속-기포형 경질 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료에 의해 달성된다.
적절한 연속-기포형 경질 발포체 코어는, 예를 들어, 폴리우레탄계 발포체를 포함한다. 또한, 연속-기포형 (망상 구조의) PVC, PE, PP, PET, PS 또는 EPS 발포체 또는 연속-기포형 금속성 또는 세라믹 발포체가 또한 스페이서로서 적절하다.
본 발명에 따른 구조물은, 예컨대, 기능성 층이 플라스틱 또는 장식용 시트인 경우에 자동차의 외장 부품 (루프 모듈)을 제조하는데 사용될 수 있다. 기능성 층이 박막 태양 전지 라미네이트인 경우에는 또한 태양광 모듈이 제조될 수 있다.
본 발명에 따라서, 연속-기포형 경질 발포체는 30 내지 150 kg/m3, 바람직하게는 40 내지 120 kg/m3, 보다 바람직하게는 50 내지 100 kg/m3의 벌크 밀도 (DIN EN ISO 845에 따라 측정)를 갖는다. 경질 발포체는 10% 이상, 바람직하게는 12% 이상, 보다 바람직하게는 15% 이상의 개방-기공 분율 (DIN EN ISO 4590-86에 따라 측정), 0.2　MPa 이상, 바람직하게는 0.3　MPa 이상, 보다 바람직하게는 0.4　MPa 이상의 압축 강도 (DIN EN ISO 826에 따른 압축 시험에서 측정), 및 6　MPa 이상, 보다 바람직하게는 10　MPa 이상의 압축 탄성율 (DIN EN ISO 826에 따른 압축 시험에서 측정)을 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 복합 재료는 기능성 및/또는 장식용 층 (3)을 추가로 포함한다.
경험에 따르면, 벌크 밀도가 150　kg/m3를 넘는 (PUR) 경질 발포체는 폐쇄-기포 형태이다. 추가의 공정 단계 (예를 들어, 망상 구조화 = 오토클레이브 내에서 양압 또는 음압에 의해 발포체의 기포를 의도적으로 개방시키는 것)에 의해, 보다 높은 벌크 밀도 및 경도 또는 강도를 갖는 연속-기포형 발포체를 얻어서 사용할 수 있다.
선행 기술에 기재된 복합 재료에 비교한 본 발명의 복합 재료의 장점은 태양 전지 라미네이트 중의 후면 커버, 루프 모듈 또는 기타 부품으로서 사용될 때, 생산 공정 중에 포획된 공기가 연속-기포형 경질 발포체를 통하여 빠져나가거나 그에 의해 흡수될 수 있다는 것이다. 상응하는 제품을 얻는 공정에서, 대개는 샌드위치 부재 (4)가 먼저 제공되고, 임의의 접착제 층을 통하여 장식용 및/또는 기능성 층 (3)이 가해지는 것으로 알려져 있다. 이러한 장식용 및/또는 기능성 층(3)이 가해질 때, 이 층과 밑에 놓인 샌드위치 부재 (4) 사이에 공기가 있게 된다. 결합 공정 중에, 임의로는 승온에서 압력이 가해지며, 진공이 또한 걸릴 수 있다. 작은 크기의 복합 재료에 있어서, 공기는 가장자리를 통해서 빠져나갈 수 있다. 그러나, 대형 복합 재료에 있어서는 이것이 가능하지 않다. 따라서, 공기는 샌드위치 부재 (4)와 기능성 및/또는 장식용 층 (3) 사이에 포획된 채로 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 부재 (4)에서, 스페이서 (1)는 공기가 경질 발포체의 개방 기포를 통해 흡수되거나 빠져나갈 수 있는 디자인을 갖는다. 이에 의해 샌드위치 부재 (4)와 기능성 및/또는 장식용 층 (3) 사이에 공기가 함입되는 것을 방지한다.
본 발명에 따라서, 두 개의 섬유상 층 (2) 사이에 스페이서 (1)가 존재한다. 이들 섬유상 층들 (2)은 대개 수지, 특히 폴리우레탄 수지로 함침된 섬유상 재료이다. 사용되는 폴리우레탄 수지는
a) 1종 이상의 폴리이소시아네이트;
b) 평균 OH 가 (OH number)가 300 내지 700이고, 적어도 하나의 단쇄 및 하나의 장쇄 폴리올을 포함하며, 출발 폴리올의 관능가가 2 내지 6인, 1종 이상의 폴리올 성분;
c) 물;
d) 활성화제;
e) 안정화제; 및
f) 임의로는 보조제, 이형제 및/또는 첨가제를 반응시켜 수득할 수 있다.
적절한 장쇄 폴리올은 바람직하게는 적어도 2개에서 대부분 6개의 이소시아네이트-반응성 H 원자를 갖는 폴리올을 포함하며; 바람직하게 사용되는 것은 OH 가가 5 내지 100, 바람직하게는 20 내지 70, 보다 바람직하게는 28 내지 56인 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올이다.
적절한 단쇄 폴리올은 바람직하게는 OH 가가 150 내지 2000, 바람직하게는 250 내지 1500, 보다 바람직하게는 300 내지 1100인 폴리올을 포함한다.
본 발명에 따라서, 디페닐메탄 디이소시아네이트 계열 (pMDI 타입)의 보다 고급의 핵 이소시아네이트, 그의 프리폴리머 또는 그러한 성분들의 혼합물이 바람직하게 사용된다.
물은 폴리올 제제 (성분 b) 내지 f)) 100 중량부 당 0 내지 3.0 중량부, 바람직하게는 0 내지 2.0 중량부의 양으로 사용된다.
쇄 성장 및 가교결합 반응에 그 자체로 통상적인 활성화제, 예를 들어, 아민 또는 금속염이 촉매 반응을 위해 사용된다.
폴리에테르 실록산, 바람직하게는 수용성 성분이 기포 안정화제로서 바람직하게 사용된다. 안정화제는 대개 폴리올 제제 (성분 b) 내지 f)) 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 5 중량부의 양으로 가해진다.
폴리우레탄 수지 제조용 반응 혼합물에, 임의로는 보조제, 이형제 및 첨가제, 예컨대, 유화제와 같은 표면 활성 첨가제, 난연제, 핵형성제, 항산화제, 윤활제, 이형제, 염료, 분산제, 발포제 및 안료가 첨가될 수 있다.
성분들은 성분 b) 및 c), 및 임의로는 d), e) 및 f)의 이소시아네이트-반응성 수소의 합에 대한 폴리이소시아네이트 a)의 NCO 기의 당량 비율이 0.8:1 내지 1.4:1, 바람직하게는 0.9:1 내지 1.3:1이 되게 하는 양으로 반응된다.
또한, 섬유상 층을 위한 수지로서, PE, PP, PA와 같은 열가소성 물질, 또는 선행 기술에 알려진 기타 열가소성 물질이 또한 사용될 수 있다. 열경화성 성형 조성물, 예컨대, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 메타크릴레이트 수지 또는 멜라민 수지 또는 우레아 수지와 같은 아미노 수지가 또한 섬유상 층을 위한 수지로서 사용될 수 있다.
섬유상 층을 위한 섬유상 물질로서는 유리 섬유 매트, 유리 섬유 웹, 유리 섬유 랜덤 섬유 매트, 유리 섬유 패브릭, 쵸핑 (chopped) 또는 분쇄된 유리 또는 무기 섬유, 천연 섬유 매트 및 니트, 쵸핑 천연 섬유, 또한 중합체, 탄소 및 아라미드 섬유를 기재로 한 섬유상 매트, 웹 및 니트, 또한 그들의 혼합물이 사용될 수 있다.
그러한 섬유상 층 (2)은 연속-기포형 경질 발포체의 스페이서 (1)에 최종 제품에서 요구되는 경도를 부여한다. 또한, 본 발명에 따른 층 (2)는 공기 투과성이다.
따라서, 본 발명에 따른 샌드위치 부재 (4)는, 예컨대, 태양 전지 패널을 제조하는데 적절하다. 이 경우에, 태양 전지 라미네이트는 기능성 층 (3)으로서 사용된다. 가동 중에, 그러한 태양 전지 라미네이트는 광원을 마주보는 투명층, 및 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 접착제 층을 갖는다.
상기 투명층은 다음과 같은 물질로 제조될 수 있다: 유리, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐 클로라이드, 불소-함유 중합체, 에폭시드, 열가소성 폴리우레탄 또는 그러한 물질들의 임의의 조합. 또한, 지방족 이소시아네이트 계의 투명 폴리우레탄을 사용할 수도 있다. HDI (헥사메틸렌 디이소시아네이트), IPDI (이소포론 디이소시아네이트) 및/또는 H12-MDI (포화 메틸렌디페닐 디이소시아네이트)가 이소시아네이트로 사용된다. 폴리에테르 및/또는 폴리에스테르 폴리올은 폴리올 성분으로 사용되고, 쇄 연장제가 사용되며, 지방족 계가 바람직하게 사용된다.
투명층은 플레이트, 플라스틱 시트 또는 복합 시트로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 투명 보호층이 투명층에, 예컨대, 페인트 또는 플라즈마 층의 형태로 도포될 수 있다. 투명층은 모듈 내의 응력을 더욱 감소시킬 수 있는 방편으로서, 보다 유연하게 만들어질 수 있다. 추가의 보호층은 외부 영향으로부터 보호하는 기능을 한다.
접착제 층은 바람직하게는 다음과 같은 특성을 갖는다: 350　nm 내지 1150　nm 범위에서의 높은 투광도, 실리콘, 투명층 재료 및 샌드위치 부재에 대한 양호한 접착성. 접착제 층은 하나 또는 수 개의 접착제 층으로 이루어질 수 있으며, 투명층 및/또는 샌드위치 부재 위로 적층된다.
접착제 층은 투명층, 태양 전지 및 샌드위치 부재의 상이한 열팽창 계수에 의해 야기되는 응력을 수용할 수 있도록 유연하여야 한다. 접착제 층은 바람직하게는 열가소성 폴리우레탄으로 제조되며, 임의로는 착색제가 가해질 수 있다. 다른 방법으로서, 접착제 층은 또한, 예컨대, 에틸렌-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리비닐 부티랄 또는 실리콘 고무로 제조될 수 있다.
기능성 층 (3)에 더하여, 본 발명에 따른 샌드위치 부재는 또한 장식용 층 (3)을 가질 수 있다. 상응하는 복합 재료는, 예컨대, 자동차 제조시 구조적 부품을 제조하는데 적절할 것이다. 예를 들어, 클래스 A 피니쉬를 갖는 루프 모듈이 본 발명에 따른 복합 재료로부터 제조될 수 있다.
장식용 층 (3)으로서, 일반적으로 알려진 시트, 특히 열가소성 시트가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴산 에스테르 (ASA), 폴리카르보네이트 (PC), 열가소성 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및/또는 폴리비닐 클로라이드 (PVC)를 기재로 하는 통상의 시트가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 2층 시트가 상기 열가소성 장식용 층 (3)으로서 사용되며, 첫번째 층은 PMMA를 기재로 하고, 두번째 층은 ASA 및/또는 PC를 기재로 한 것이다. 또한, 코팅 또는 페이팅된 시트가 사용될 수 있다. 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴산 에스테르 (ASA), 폴리카르보네이트 (PC), 열가소성 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및/또는 폴리비닐 클로라이드 (PVC)를 기재로 하는 시트가 기재 층으로서 적절하다.
통상의 모든 금속 호일이 또한 상기 장식용 층 (3)으로서 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 알루미늄 호일 또는 강철 호일, 특히 이른바 알루미늄 코일 코팅이 사용된다.
그러한 장식용 층 (3)은 상업적으로 입수가능하며, 그의 제조 방법은 일반적으로 알려져 있다. 상기 언급한 시트는 일반적으로 0.2 내지 5 mm, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 mm의 두께를 갖는다.
예를 들어, 폴리카르보네이트 또는 ABS (아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)의 스페이서 층 및 PMMA (폴리(메틸 메타크릴레이트)) 표면층을 갖는 공압출된 시트가 또한 장식용 층 (3)으로 사용된다. 그러나, ABS 모노시트도 또한 사용될 수 있다. 그러한 시트들은 바람직하게는 그들 고유의 경도가 어느 정도 기초적인 안정성을 제공하도록 800　MPa 초과, 바람직하게는 1000　MPa 내지 100,000　MPa의 탄성율을 갖는다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명에 따른 복합 재료는 플라스틱 프레임을 갖는다. 그러한 플라스틱 프레임은 섬유-충전된 폴리우레탄 층 (2)으로 덮여있지 않은 측면을 통해 침투할 수 있는 습기, 공기 또는 기타 환경적 영향으로부터 스페이서 (1)를 보호한다. 전체 샌드위치 부재 (4)의 품질은 습기 침투에 의하여 크게 영향을 받는다. 이 경우에, 균질한 표면, 따라서, 양호한 광학적 외관 및 기능성 및/또는 장식용 층 (3)의 양호한 접착은 더 이상 보장되지 않는다. 그러한 영향은 본 발명에 따른 프레임에 의해 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 프레임은 바람직하게는 또한 섬유-강화된 폴리우레탄, 특히 유리-섬유 강화된 폴리우레탄으로 이루어진다. 그러한 폴리우레탄은, 예컨대, 유기 디- 및/또는 폴리이소시아네이트를 1종 이상의 폴리에테르 폴리올과 반응시켜 수득할 수 있다. 적절한 이소시아네이트 성분은, 예컨대, 문헌 [W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pp 75-136]에 기재된 바와 같은, 지방족, 시클로지방족, 아르지방족, 방향족 및 헤테로시클릭 폴리이소시아네이트를 포함한다.
관능가가 2 내지 8, 특히 2 내지 4이고, 히드록실가가 20 내지 1000 mg KOH/g, 바람직하게는 25 내지 500 mg KOH/g이며, 10 내지 100%의 1차 히드록시 기를 갖는 폴리올이 폴리에테르 폴리올로서 바람직하게 사용된다. 폴리올은 일반적으로 400 내지 10,000 g/몰, 바람직하게는 600 내지 6000 g/몰의 분자량을 갖는다. 폴리에테르 폴리올은 그의 높은 가수분해 안정성 때문에 특히 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 2종 이상의 폴리에테르 폴리올의 혼합물이 사용되며, 첫번째 폴리에테르 폴리올은 OH 가가 20 내지 50, 바람직하게는 25 내지 40이고, 두번째 폴리에테르 폴리올은 OH 가가 100 내지 350, 바람직하게는 180 내지 300이며, 두번째 폴리에테르 폴리올에 대한 첫번째 폴리에테르 폴리올의 중량비는 일반적으로 99:1 내지 80:20이다.
본 발명에 따른 프레임이 제조되는 본 발명에 따른 폴리우레탄 플라스틱 재료는 임의로는 추가의 다른 폴리에테르 폴리올, 폴리머 폴리올 및 임의로는 쇄 연장제를 포함한다. 또한, 아민 촉매, 금속 촉매 및 임의로는 다른 첨가제가 존재할 수 있다. 선행 기술로부터 공지된, 유화제와 같은 표면 활성 첨가제, 기포 안정화제, 안정화제, 윤활제, 이형제, 염료, 분산제 및/또는 안료가 첨가제로 사용될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 복합 재료를 제조하는 방법에 의해 달성된다. 그와 같은 방법은,
i) 연속-기포형 경질 발포체의 적어도 하나의 스페이서 (1), 및 상기 스페이서 (1)의 어느 한 면 상에 제공된 적어도 하나의 섬유-충전된 폴리우레탄 층 (2)으로 이루어진 샌드위치 부재 (4)를 제공하고;
ii) 임의로는, 시트 형태의 또는 캐스팅 조성물로서의 접착제 층을 플라스틱 샌드위치 부재 (4)의 노출된 표면에 적용하며;
iii) 기능성 및/또는 장식용 층 (3)을 적용하고;
iv) 이러한 라미네이트를 임의로는 온도의 영향 하에 및/또는 임의로는 진공을 적용하여 가압하는
것을 특징으로 한다.
또 다른 방법에서, 개개의 층들을 제공하는 순서가 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 복합 재료를 제조하는 또 다른 방법은,
i) 기능성 및/또는 장식용 층 (3)을 제공하고;
ii) 임의로는, 플라스틱 시트 형태의 또는 캐스팅 조성물로서의 접착제 층을 상기 층 (3)에 적용하며;
iii) 연속-기포형 경질 발포체의 적어도 하나의 스페이서 (1), 및 상기 스페이서 (1)의 어느 한 면 상에 제공된 적어도 하나의 외부 층 (2)으로 이루어진 샌드위치 부재 (4)를 적용하고;
iv) 이러한 라미네이트를 임의로는 온도의 영향 하에 및/또는 임의로는 진공을 적용하여 가압하는
것을 특징으로 한다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 목적은 태양광 모듈; 루프 모듈; 자동차 차체 부품; 차량, 선박 또는 비행기 제조시의 구조적 부품; 트림 (trim) 부재 또는 장식용 부재로서의 본 발명에 따른 복합 재료의 용도에 의해 달성된다.
도 1을 참조하여, 본 발명이 보다 상세히 예시된다. 도 1에서, 샌드위치 부재 (4)는 두 개의 섬유-충전된 폴리우레탄 층들 (2) 사이에 매립된 스페이서 (1)로 이루어진다. 스페이서 (1) 및 폴리우레탄 층들 (2)로 이루어진 샌드위치 부재 (4)는, 임의로는 접착제 층을 사용하여 기능성 및/또는 장식용 층 (3)에 결합될 수 있다.
<실시예>
박막 태양 전지 라미네이트를 제조하기 위해, 125　μm 두께의 폴리카르보네이트 필름 (타입 마크로폴 (Makrofol)® DE 1-4, 바이엘 머티리얼사이언스 아게 (B ayer MaterialScience AG, Leverkusen) 제조)을 전면층으로 사용하였다. 두 장의 480 μm 두께의 TPU 필름 (타입 비스타솔라 (Vistasolar)®, 에티멕스 (Etimex, Rottenacker, Germany) 제조)은 핫-멜트 접착제 층으로 사용되었다. 개개의 성분들을 폴리카르보네이트 필름, TPU 필름, 4개의 실리콘 태양 전지 및 TPU 필름의 순서로 포개어 라미네이트를 형성하고, 먼저 진공 라미네이터 (NPC, Tokyo, Japan) 중 150 ℃에서 6분 동안 탈기시킨 다음, 1　bar의 압력하에 7분 동안 압축하여 박막 태양 전지 라미네이트를 형성하였다.
바이프레그 (Baypreg)® 샌드위치를 샌드위치 부재로 사용하였다. 즉, 샌드위치 부재를 제조하기 위해, 단위 면적 당 중량이 300　g/m2인 타입 M 123 랜덤 섬유 매트 (베트로텍스 (Vetrotex, Herzogenrath, Germany) 제조)를 바이냇 (Baynat) 타입의 폴리우레탄 경질 발포체 플레이트의 양면 상에 놓았다 (시스템 바이냇 81IF60B/데스모두르(Desmodur) VP.PU 0758, 바이엘 머티리얼사이언스 아게 제조, 두께 10　mm, 벌크 밀도 66 kg/m3 (DIN EN ISO 845에 따라 측정), 개방-기공 분율 15.1% (DIN EN ISO 4590-86에 따라 측정), 압축 탄성율 11.58　MPa (DIN EN 826에 따라 측정), 및 압축 강도 0.43　MPa (DIN EN 826에 따라 측정)). 이어서, 300　g/m2의 반응성 폴리우레탄 계를 이 구조물의 양쪽 면에 고압 처리기를 사용하여 분무하였다. 폴리올 (바이프레그® VP.PU 01IF13) 및 이소시아네이트 (데스모두르®VP.PU 08IF01)로 이루어진, 바이엘 머티리얼사이언스 아게 (Leverkusen)의 폴리우레탄 계를 혼합비 100 내지 235.7 (지수 129)로 사용하였다.
폴리우레탄으로 분무된 폴리우레탄 경질 발포체 플레이트와 랜덤 섬유 매트의 집합체를, 바닥에 TPU 시트 (480　μm, 타입 비스타솔라®, 에티멕스 (Rottenacker, Germany) 제조)를 미리 깔아놓은 압축 성형기로 옮겼다. 성형기는 130 ℃로 온도 조절되며, 집합체를 90초 동안 압축하여 10　mm 두께의 샌드위치 태양광 모듈을 수득하였다.

Claims (12)

  1. 두 개의 섬유상 층 (2) 사이에 개재된 스페이서 (1)로 이루어지며, 상기 스페이서가 10% 이상의 개방-기공 분율을 갖는 연속-기포형 경질 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연속-기포형 경질 발포체가 PUR 경질 발포체인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연속-기포형 경질 발포체가 30 내지 150 kg/m3의 벌크 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  4. 제1항에 있어서, 하나 이상의 기능성 및/또는 장식용 층 (3)을 추가로 포함하는 복합 재료.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기능성 층 (3)이 광원을 향하는 투명층 및 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 접착제 층을 포함하는 태양 전지 라미네이트인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  6. 제7항에 있어서, 상기 투명층이 플라스틱 시트 또는 유리 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 장식용 층 (3)이
    아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴산 에스테르 (ASA), 폴리카르보네이트 (PC), 열가소성 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및/또는 폴리비닐 클로라이드 (PVC)를 기재로 하는 시트를 포함하는 군으로부터 선택된 시트; 또는
    첫번째 층이 PMMA를 기재로 하고, 두번째 층이 ASA 및/또는 PC를 기재로 하거나 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴산 에스테르 (ASA), 폴리카르보네이트 (PC), 열가소성 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및/또는 폴리비닐 클로라이드 (PVC)를 기재로 하는 시트를 포함하는 군으로부터 선택된 코팅 또는 페인팅된 시트를 포함하는 것인 2층 시트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 프레임을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프레임이 섬유-충전된 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  10. i) 연속-기포형 경질 발포체의 적어도 하나의 스페이서 (1), 및 상기 스페이서 (1)의 어느 한 면 상에 제공된 적어도 하나의 섬유-충전된 폴리우레탄 층 (2)으로 이루어진 샌드위치 부재 (4)를 제공하고;
    ii) 임의로는, 플라스틱 시트 형태의 또는 캐스팅 조성물로서의 접착제 층을 샌드위치 부재 (4)의 노출된 표면에 적용하며;
    iii) 기능성 및/또는 장식용 층 (3)을 적용하고;
    iv) 이러한 라미네이트를 임의로는 온도의 영향 하에 및/또는 임의로는 진공을 적용하여 가압하는
    것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 복합 재료의 제조 방법.
  11. i) 기능성 및/또는 장식용 층 (3)을 제공하고;
    ii) 임의로는, 플라스틱 시트 형태의 또는 캐스팅 조성물로서의 접착제 층을 상기 층 (3)에 적용하며;
    iii) 연속-기포형 경질 발포체의 적어도 하나의 스페이서 (1), 및 상기 스페이서 (1)의 어느 한 면 상에 제공된 적어도 하나의 외부 층 (2)으로 이루어진 샌드위치 부재 (4)를 적용하고;
    iv) 이러한 라미네이트를 임의로는 온도의 영향 하에 및/또는 임의로는 진공을 적용하여 가압하는
    것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 복합 재료의 제조 방법.
  12. 태양광 모듈; 루프 모듈; 자동차 차체 부품; 차량, 선박 또는 비행기 제조시의 구조적 부품; 트림 부재 또는 장식용 부재로서의 제1항에 따른 복합 재료의 용도.
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