KR20130028561A - 굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재 - Google Patents

굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재 Download PDF

Info

Publication number
KR20130028561A
KR20130028561A KR20110092201A KR20110092201A KR20130028561A KR 20130028561 A KR20130028561 A KR 20130028561A KR 20110092201 A KR20110092201 A KR 20110092201A KR 20110092201 A KR20110092201 A KR 20110092201A KR 20130028561 A KR20130028561 A KR 20130028561A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon fiber
carbon
weight
fiber composite
resin
Prior art date
Application number
KR20110092201A
Other languages
English (en)
Inventor
강현민
이상무
최치훈
최철
박상선
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR20110092201A priority Critical patent/KR20130028561A/ko
Priority to US13/300,910 priority patent/US20130065469A1/en
Priority to DE201110087194 priority patent/DE102011087194A1/de
Priority to CN2011103841537A priority patent/CN102990999A/zh
Publication of KR20130028561A publication Critical patent/KR20130028561A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B32B5/02—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 structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022—Non-woven fabric
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • 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
    • B32B5/02—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 structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/024—Woven fabric
    • 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
    • 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
    • B32B5/28—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 impregnated with or embedded in a plastic substance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06—Elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/20—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the material of the fibres or filaments constituting the yarns or threads
    • D03D15/242—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the material of the fibres or filaments constituting the yarns or threads inorganic, e.g. basalt
    • D03D15/275—Carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/20—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the material of the fibres or filaments constituting the yarns or threads
    • D03D15/283—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the material of the fibres or filaments constituting the yarns or threads synthetic polymer-based, e.g. polyamide or polyester fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209—Inorganic fibres
    • D04H1/4242—Carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/58—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives
    • D04H1/593—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives to layered webs
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H13/00—Other non-woven fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/002—Inorganic yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/12—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with filaments or yarns secured together by chemical or thermo-activatable bonding agents, e.g. adhesives, applied or incorporated in liquid or solid form
    • 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
    • B32B2250/02—2 layers
    • 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
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • 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
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • 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
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • 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
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/54—Yield strength; Tensile strength
    • 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
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/546—Flexural strength; Flexion stiffness
    • 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
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/714—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion
    • 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
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/718—Weight, e.g. weight per square meter
    • 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
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/08—Cars
    • 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
    • D10B2101/00—Inorganic fibres
    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch
    • 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
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/30—Woven fabric [i.e., woven strand or strip material]
    • Y10T442/3179—Woven fabric is characterized by a particular or differential weave other than fabric in which the strand denier or warp/weft pick count is specified
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/608—Including strand or fiber material which is of specific structural definition
    • Y10T442/609—Cross-sectional configuration of strand or fiber material is specified
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/697—Containing at least two chemically different strand or fiber materials

Abstract

본 발명은 토우 사이즈가 24K~100K인 탄소섬유 직조물이 30 내지 80중량%, 단위면적당 중량이 10~500g/m2인 탄소 부직포가 0.1 내지 20중량%, 주입 시의 점도가 0.01～10Paㆍs인 수지가 10 내지 70중량%를 포함하는 탄소섬유 복합재를 제공한다.
본 발명에 따른 탄소섬유 복합재를 활용하여 탄소 부직포가 소재 표면에 선택적으로 적용되게 함으로써 표면 특성 및 굴곡 특성이 우수한 탄소섬유 복합재 성형품을 얻을 수 있다.

Description

굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재{Large tow carbon fiber composite with improved flexural property and surface property}
본 발명은 수지 주입 성형법을 통한 탄소섬유 복합소재 성형 공정에서 생산성 향상 및 원가 절감을 위해 라지 토우(large tow) 탄소 섬유를 적용하고, 이의 적용 시 발생되는 문제인 표면 특성을 개선할 뿐만 아니라 보다 우수한 굴곡 특성 부여가 가능한 탄소섬유 복합재에 관한 것이다.
탄소섬유 복합재는 강철 및 경금속 대비 월등한 비강도(specific strength)로 인해 극도로 강한 경량소재가 요구되는 군사 및 우주항공용으로 제한적으로 적용되었고, 이후 경주용 자동차 및 고가 차종의 샤시 및 바디 부품에 적용되어 차량의 경량화에 따른 연료 소비 감소, 부식 저항성, 충돌 안정성, 민첩성 및 디자인 자유도 확보를 동시에 만족시킬 수 있는 것으로 확인되었으나, 탄소섬유 복합재의 낮은 생산성 및 높은 가격으로 인하여 본격적인 자동차 산업 양산 적용은 아직 실현되지 않고 있는 실정이다.
최근 환경 규제 강화와 지속적인 고유가로 인하여 하이브리드 및 전기차에 대한 관심이 증폭되고 있고, 이들 차량의 경량화는 단순 연료 감소의 차원이 아닌, 필요 전지 용량 및 모터 크기 감소를 가져와 동력 성능 및 항속 거리 증대뿐만 아니라 전지 및 모터 가격 감소 효과도 얻을 수 있어 이들 차량을 중심으로 탄소섬유 복합재 적용 관련 연구가 가속화되고 있는 추세이다.
이에 따라, 고강도/강성, 고품질의 복합재료 성형제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 성형기술을 개발하거나 종래 성형법을 보완하여 사용함으로써 복합재료 성형기술에 있어서의 가장 큰 난제라 할 수 있는 생산성 문제를 해결하기 위해 노력하고 있는 실정이다. 구조재 용도로 사용되는 탄소섬유 복합재 성형공법은 수지가 미리 함침되어 있는 프리프레그(prepreg)를 적층한 후, 고온/고압에서 성형하는 방식이 주로 사용되고 있으나, 낮은 생산성과 높은 원가 문제로 인하여 수지 주입 성형법(Resin Transfer Molding, RTM)으로 점차 대체되고 있는 실정이다. 수지 주입 성형법은 일정 형상을 지닌 탄소섬유 직조물을 금형에 넣은 후, 금형의 캐비티 내에 열경화성 수지를 주입하여 직조물에 함침시키는 것과 동시에 경화시킴으로써 성형품을 얻는 방법이다. 수지를 주입하는 금형으로는 통상 강성이 높은 금형이 사용되지만, 대형 성형품의 경우에는, 금형의 일부를 유연성을 갖는 소재를 적용 한다.
통상적으로 수지의 주입 시간 단축을 위하여 수지 투입구 반대편에 진공을 걸어주는 방식인 VaRTM 공정(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)이 주로 사용되고 있다. 하지만, 금형의 일부를 유연성을 갖는 소재를 적용하는 경우에는 상기 성형법에서 유연한 소재의 금형이 성형 재료에 밀착되어 수지의 통로를 막는 현상 발생으로 인하여 수지가 직조물로 확산되기 힘든 문제가 있다. 이와 같은 문제 해결을 위하여 수지 확산이 용이하도록 통상적으로 메쉬(mesh) 형태의 시트를 수지 확산 매체로 사용한다. 하지만, 이 수지 확산 매체는 통상적으로 복합 재료 성형품에서 제거하여 폐기한다. 수지 확산 매체는 수지를 효율적으로 확산시키기 위해서 필요하지만, 성형 후에 제거하기 때문에 제조 비용이 늘어나고, 환경 문제가 야기될 수 있는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위한 종래 기술로 폴리우레탄 발포체 등의 코어재(core materials) 표면에 수지 확산용 홈을 형성하는 방법(일본 특허공표공보2000-501659호 및 일본 특허공표공보 2001-510748호)이 있다. 또한, 이와 유사한 기술로 성형 금형에 수지 확산용 홈을 형성하는 방법(일본 공개특허공보 2001-62932호)도 공개되어 있다. 이와 같은 방법은 수지 주입 시간 단축은 가능하지만, 라지 토우 탄소섬유 적용 시 발생하는 표면 품질 저하 문제를 해결이 어렵다는 문제점이 있다.
기존 우주 항공 산업에 적용된 탄소섬유 복합재는 주로 1~12K[K는 1,000을 나타내는 것으로, 12K는 탄소섬유 한 묶음(bundle)에 7~10㎛ 직경의 단섬유가 12,000가닥으로 이루어짐을 의미]의 스몰 토우(small tow)이지만, 자동차를 포함한 산업용 소재에는 24K~50K의 라지 토우 탄소섬유 적용이 점차 확대되고 있는 실정이다. 이와 같은 라지 토우 탄소섬유를 활용하면 단위시간당 생산 가능한 용량이 많아지기 때문에 생산성 향상을 이룰 수 있고, 스몰 토우 탄소섬유에 비해 원가 또한 저렴하여 원가절감을 이룰 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 생산성 향상 및 원가절감이 가능한 라지 토우 탄소섬유 적용 시에도 우수한 표면 특성 발현이 가능한 수지 주입 성형 공정에 대한 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 생산성 향상 및 원가 절감 가능한 라지 토우 탄소섬유를 활용한 복합소재를 수지 주입 성형법으로 제작 시에 발생하는 표면 품질 저하 등의 문제점 해결한 복합 소재를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은
탄소섬유 토우 사이즈가 24K 내지 100K인 탄소섬유 직조물 30 내지 80중량%;
탄소 부직포 0.1 내지 20중량%; 및
고분자 수지 10 내지 70중량%를 포함하는 탄소섬유 복합재를 제공한다.
본 발명에 따른 탄소섬유 복합재는 생산성 향상 및 원가절감을 위해 라지 토우 탄소섬유 복합재 성형 시에 발생하는 표면 특성 저하 문제를 해결함과 동시에 굴곡 특성 향상과 비중 감소를 통한 경량화 효과까지 거둘 수 있어, 복잡한 형상의 자동차용 구조물 또는 반구조물 성형품에 우수한 굴곡 및 표면 특성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 주입 성형 공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물을 적용하기 전(a)과 후(b)의 라지 토우 탄소섬유 복합재의 평판 표면을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물을 적용하기 전(a)과 후(b)의 라지 토우 탄소섬유 복합재의 굴곡 부위 표면을 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 목적은 수지 주입 성형법으로 라지 토우 탄소섬유를 이용한 열가소성 탄소섬유 복합소재로서, 우수한 표면 및 굴곡 특성을 갖는 탄소섬유 복합재를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 탄소섬유 복합재는, 토우 사이즈가 24K~100K인 탄소섬유 직조물이 30 내지 80중량%, 단위면적당 중량이 10~500g/m2인 탄소 부직포가 0.1 내지 20중량%, 주입 시의 점도가 0.01～10Paㆍs인 수지가 10 내지 70중량%를 포함한다. 이와 같은 복합재는 수지 주입 성형법으로 제조 시에, 탄소 부직포가 소재 표면에 선택적으로 적용됨으로써, 표면 특성 및 굴곡 특성이 우수한 것을 특징으로 한다.
상기 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴 (PAN), 피치 (pitch), 레이온 또는 리그닌 섬유로부터 제조된 것을 비롯한 임의의 종류일 수 있다. 이들을 이외의 섬유와 두 종류 이상 혼합하여 구성할 수 있으며, 두 종류 이상 병용하는 경우에는 탄소 섬유와 유리 섬유나 아라미드섬유 등의 탄소 섬유 이외의 섬유를 병용할 수도 있다. 이러한 탄소 섬유는 강도와 탄성률 등의 기계적 물성과 가격과의 밸런스가 우수한 PAN계 탄소 섬유가 바람직하다. 일반적으로 탄소 섬유는 1종 이상의 표면처리 방법 또는 물질로 처리된다. 적합한 표면처리 방법으로는 우선 탄소섬유 표면을 적정 방법으로 산화시킨 후, 폴리아미드, 우레탄 및 에폭시 등의 물질로 코팅한다. 적정 방법에 의한 탄소섬유 표면 산화는 이후 코팅 물질과 우수한 접착력을 발현할 수 있는 관능기를 도입함으로써 이루어진다. 이는 조성물 중의 섬유의 분산성을 향상시키는데 도움이 될 수 있다. 표면처리에 의한 코팅은 탄소 섬유의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 중량％로 탄소 섬유에 존재한다.
본 발명에서 사용되는 탄소 섬유는 광각 X선 회절법 산란법 (WAXS, Wide-Angle X-ray Scattering)에 의해 측정한 결정 크기가 1 내지 6 nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 1 nm 미만인 경우, 탄소 섬유의 탄화 또는 흑연화가 충분하지 않아 탄소 섬유 자체의 비강도가 낮아진다. 이 때문에 얻어진 성형품의 기계적 강도가 떨어지는 경우가 있다. 한편 6 nm를 초과하는 경우, 탄소 섬유의 탄화 또는 흑연화는 충분하여 탄소 섬유 자체의 도전성은 우수하지만, 약하여 섬유가 절손되기 쉬워진다. 이 때문에 성형품 중의 섬유 길이가 쉽게 짧아져서 우수한 물성 보강 효과를 기대할 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 1.3 내지 4.5 nm, 더욱 바람직하게는 1.6 내지 3.5 nm의 범위 내이다. 특히 바람직하게는 1.8 내지 2.8 nm의 범위 내인 것이 좋다. 탄소섬유의 평균 단일 섬유 직경이 1 내지 20 ㎛의 범위 내이다. 보다 바람직하게는 4 내지 15 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 11 ㎛, 특히 6 내지 8 ㎛ 범위 내인 것이 바람직하다. 1 ㎛ 미만이면 원하는 역학 특성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 20 ㎛를 초과하면 비강도 보강 효과가 낮아지게 된다.
탄소 섬유는 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 30 내지 약 80 중량％, 보다 바람직하게는 약 40 내지 60 중량％, 보다 더 바람직하게는 약 40 내지 약 50 중량％이다. 30중량％ 미만이면 원하는 역학 특성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 한편, 80 중량％를 초과하면 성형시의 수지가 보강재를 충분히 함침시키기 어려워 성형성 저하 문제 발생할 수 있으며, 경량화 측면에서도 불리하게 된다.
탄소 섬유 토우 사이즈는 생산성 및 원가절감 측면에서 24K~100K인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 30 내지 70K, 보다 더 바람직하게는 40 내지 60K이다. 24K 미만이면 원가 및 생산성 측면에서 경쟁력이 없을 수 있고, 100K 초과에서는 수지 함침성이 저하되어 기포 발생이 많아져 물성 저하 문제가 발생하게 된다.
본 발명에서 상기 탄소섬유 직조물은 일반 직물과 마찬가지로, 평직(plain weave), 능직(twill weave), 주자직(satin weave) 등의 3종류가 있어 삼원조직 (Three foundation weave)이라 하며 이 조직을 변형 또는 유도시키는 기본이 되어 원 조직이라고도 한다. 이와 같은 원조직(original weave)을 최종 성형품의 요구 조건에 맞추어 변형하여 적용할 수 있다.
복합소재 표면에 선택적으로 적용되는 탄소 부직포는 단위면적당 중량이 10 내지 500g/m2인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 내지 300 g/m2, 보다 더 바람직하게는 150 내지 200 g/m2이다. 단위면적당 중량이 10 g/m2 미만이면 너무 얇아지거나 공극률이 너무 커져서 부직포 자체의 강도가 너무 낮아져 적용 시 취급이 용이하지 않은 문제점이 발생하고, 500 g/m2 초과 시에는 제품 두께가 너무 두꺼워져서 복합재 자체 물성이 심각하게 저하되게 된다.
탄소 부직포는 복합재의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 0.1 내지 약 20중량%가 바람직하며, 보다 바람직하게는 1 내지 15중량%, 보다 더 바람직하게는 5 내지 10중량%이다. 0.1중량% 미만이면 표면 및 굴곡 특성 향상 효과가 구현되기 어려우며, 20중량％ 초과 시에는 원하는 역학 특성을 얻을 수 없는 경우가 있다.
본 발명에서 적용된 열경화성 수지는 주입 시의 점도가 0.01 내지 10 Paㆍs인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 5 Paㆍs, 보다 더 바람직하게는 약 0.01 내지 1 Paㆍs이다. 주입 시 수지 점도가 0.01 이하이면, 물성 저하 및 경화 시 저분자량 성분의 증발로 인한 기포 생성 등의 문제가 발생할 수 있으며, 10 이상이 되게 되면 성형시의 유동성이 떨어짐으로써 수지가 충분히 함침되지 않아 미함침으로 인한 기포가 생성되고, 이로 인한 물성 저하 문제가 발생한다.
본 발명에서 수지의 함량은 10 내지 70중량%인 것이 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 20 내지 60 중량%이며, 보다 더 바람직하게는 25 내지 50 중량%이다. 수지 함량이 20 중량% 미만이면 함침성 부족으로 인한 물성 저하 문제 발생 가능하며, 70 중량% 초과 시에는 구조재로서 원하는 역학 특성을 얻을 수 없게 된다.
적용 수지의 선택 기준으로 내화학성, 기계적, 열적, 전기적 특성 및 내환경성을 들 수 있는데, 한 예로 높은 강도 및 중간 정도의 내화학성이 요구될 때에도 이소프탈릭 폴리에스테르(isophthalic polyester)를 사용하며, 높은 내부식성이 추가 될 때에는 비닐에스테르(vinylester)계 수지를 선택하게 되면, 높은 기계적 및 열적 특성이 요구되는 제품에는 저점도 에폭시(epoxy) 수지를 선택하는 것도 가능하다.
본 발명의 조성물은 상기 기술된 조성 외에 난연제, 산화방지제, 열안정제, 윤활제, 염료, 안료 및 무기 충진제 등을 추가로 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 조성물은 수지 주입 성형 공정에서 사용되어 최종 성형품을 제공한다. 이와 같은 공정은 섬유강화 복합재의 이방성 성질을 갖는 복잡한 3차원 구조물을 제조할 수 있고, 제품의 신뢰성 및 재현성을 가지고 있어 복합재 부품 성형에 적합하다. 또한, 대량생산 시 복잡한 형상의 제품을 낮은 생산비용으로 제조할 수 있으며, 고정밀도 제품구현이 가능하다. 수지 주입 성형 공정은 우선 원하는 형상의 금형(Mold)안에 보강섬유 예비성형(Preform)을 넣고 수지를 유입구를 통해 금형(Mold)안에 주입한 후 열을 가해 성형하는 것이다. 수지 주입 성형(RTM)은 다른 수지사출 성형에 비해 상대적으로 낮은 압력인 20 ~ 50 psi에 의해 성형되므로 금형(Mold)의 제작 및 주입기계 등 설비 및 장치의 초기 투자가 저렴한 장점이 있다. 또한, 내부 보강재의 양 및 방향성 조절이 쉽고 타 부품과의 결합을 위한 삽입 등의 설치가 용이하다.
도면 1은 본 발명에서 적용된 수지 주입 성형 공정의 개략도를 보여주고 있으며, 수지 주입 속도 및 품질 향상을 목적으로 저압 성형을 위해 수지 투입구 반대편에 진공을 걸어주는 포트가 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 조성물에서 언급된 탄소 부직포는 수지 흐름을 원활하게 하여 표면특성이 향상될 수 있도록 도면 1에서와 같이 표면에 위치할 수 있도록 했다. 이는 제품 목적에 따라 탄소섬유 직조물의 상, 하면 또는 모든 면을 감싸는 형태 등으로 변경하여 위치시킬 수 있다.
이와 같이, 탄소 부직포를 표면 및 특성이 요구되는 부분에만 선택적으로 적용시키면, 우수한 표면 특성이 구현됨과 동시에 매우 우수한 굴곡 강도/강성이 발현되는 장점이 있다.
이와 같이 생성된 성형품은 경량화 효과가 매우 큰 전기 자동차 부품 및 구조/반구조재로 적용될 수 있다. 바람직한 품목에는 우수한 표면 및 굴곡 특성이 요구되는 스페어 타이어 플로어, 테일게이트 및 시트 프레임을 포함한다.
이하에서는 구체적인 실시 예 및 비교 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니다.
이하는 본 실시 예에서 적용한 평가법에 대한 설명이다.
(1) 굴곡 특성 측정
상기 제조된 시편을 사용하여, ASTM D790에 의거하여 3점 굴곡 시험되었으며, 크로스헤드 속도는 분당 2mm로 굴곡 강도 및 강성을 측정하고, 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 한쪽 면에만 탄소 부직포가 적용된 시편은 탄소 부직포 면이 위쪽을 향하도록 시편을 놓고 굴곡 특성을 측정하였다.
(2) 인장 특성 측정
상기 제조된 시편을 사용하여, ASTM D30309에 의거하여 테스트되었고, 크로스헤드 속도는 분당 5mm로 인장 강도 및 강성을 측정하였고, 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(3) 비중 측정
상기 제조된 시편을 사용하여, ASTM D792에 의거하여 테스트되었고, 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 1]
시편 제조를 위한 열경화성 수지는 저점도 에폭시 수지인 KFR-320(국도화학)과 경화제 KFH-350(국도화학)을 혼합한 후, 보다 저점도화를 위해 지방성 글리시딜 에테르(aliphatic glycidyl ether) 2관능성 희석제 30중량%를 혼합하여 준비되었다. 미리 준비된 금형 안에 단위면적당 중량이 300g/m2인 탄소 부직포 3 겹을 넣은 후, 위와 같이 준비된 수지를 도면 1과 같이 저압 상태를 유지하면서 수지를 주입하여 성형하였다. 경화 조건은 60℃에서 5시간 동안 유지한 후에 상온에서 추가 24시간 상온 경화하였다. 시편 제조 결과, 수지 함량은 81중량%이고, 탄소 부직포 함량은 19중량%임이 확인되었다. 시편 비중, 굴곡 및 인장 특성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
금형 안에 50K 능직 직조물(2Ⅹ2 Twill fabric, Zoltek社) 2겹을 넣은 후, 비교예 1에서 준비된 것과 동일한 수지를 도면 1과 같이 저압 상태를 유지하면서 수지를 주입하여 성형하였다. 경화 조건은 60℃에서 5시간 동안 유지한 후에 상온에서 추가 24시간 상온 경화하였고, 시편 제조 결과, 수지 함량은 31중량%이고, 탄소 부직포 함량은 69중량%임이 확인되었다. 시편 비중, 굴곡 및 인장 특성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
[실시예 1]
금형 안에 단위면적당 중량이 300g/m2인 탄소 부직포 1겹과 50K 능직 직조물(2Ⅹ2 Twill fabric, Zoltek社) 1겹을 도면 1과 같이 겹쳐 놓은 후, 비교예 1에서 준비된 것과 동일한 수지를 도면 1과 같이 저압 상태를 유지하면서 수지를 주입하여 성형하였다. 경화 조건은 60℃에서 5시간 동안 유지한 후에 상온에서 추가 24시간 상온 경화하였고, 시편 제조 결과, 수지 함량은 54중량%이고, 탄소 부직포 함량은 46중량%임이 확인되었다. 시편 비중, 굴곡 및 인장 특성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
비중 굴곡강도
[MPa]		 굴곡강성
[GPa]		 인장강도
[MPa]		 인장강성
[GPa]		 수지:탄소비
비교예 1 1.17±0.005 74.8±8.3 2.3±0.3 43.0±6.3 1.2±0.2 81 : 19
비교예 2 1.48±0.019 386.4±97.8 22.1±7.7 445.3±32.0 11.8±0.5 31 : 69
실시예 1 1.30±0.015 832.3±285 77.9±33.5 142.9±24.6 5.2±0.4 54 : 46
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유 복합재에 의해 제조된 실시예 1은 탄소 부직포만으로 제작된 시편(비교예 1)은 물론이고, 50K 탄소섬유 능직 직조물로만 제작된 시편(비교예 2)에 비해서 굴곡강도는 2배 이상 굴곡강성은 3배 이상 향상된 물성이 구현됨을 확인할 수 있다. 이는 시편을 굴곡하기 위해 일정 이상의 힘을 시편에 수직방향으로 가하게 되면, 시편의 위쪽은 압축력이 시편의 아래쪽은 인장력이 작용되게 되는데, 본 발명에 의한 탄소섬유 복합재로 제조된 시편은 위쪽에 압축력에 저항력이 강한 구조를 아래쪽은 인장에 강한 구조를 지니기 때문인 것으로 판단할 수 있다. 또한 발명에 따른 복합재는 표 1에서 볼 수 있듯이, 라지토우(50K) 탄소섬유 직조물로만 제조된 시편 대비 비중이 낮아지기 때문에, 우수한 굴곡 특성이 요구되는 초경량 구조물에 적용 가능할 것으로 판단된다.
도면 2에서 볼 수 있듯이 라지토우 탄소섬유 직조물로 평판 시편을 제조하면 탄소섬유 간극에 수지 미함침 또는 수지 수축에 의한 엠보싱 현상이 발생하는데, 본 발명에 따른 탄소섬유 복합재를 사용하면, 동일 현상 발생이 없는 것을 확인할 수 있다. 더욱이, 도면 3에서 볼 수 있듯이, 라지토우 탄소섬유를 활용하여 굴곡이 있는 제품 성형 시, 굴곡 부위에 수지 미함침 현상이 발생하나, 발명에 따른 복합재 적용 시에는 동일 현상이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상 또는 범위 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 따라서, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그 동등범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (10)

  1. 탄소섬유 토우 사이즈가 24K 내지 100K인 탄소섬유 직조물 30 내지 80중량%;
    탄소 부직포 0.1 내지 20중량%; 및
    고분자 수지 10 내지 70중량%를 포함하는 탄소섬유 복합재.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소 부직포는 상기 탄소섬유 직조물의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소 부직포는 단위면적당 중량이 10 내지 500g/m2 범위 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 고분자 수지는 주입 시의 점도가 0.01 내지 10Paㆍs 범위 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소섬유 직조물은 평직, 능직 또는 주자직인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소섬유는 광각 X선 회절법 산란법에 의해 측정한 결정 크기가 1 내지 6 nm이고, 평균 단일 섬유 직경이 1 내지 20 ㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소 섬유에는 유리 섬유 또는 아라미드 섬유가 추가적으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소 부직포에는 유리솜 또는 단섬유 부직포가 혼합 적용되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  9. 청구항 3에 있어서, 상기 고분자 수지는 이소프탈릭 폴리에스테르, 비닐에스테르계 수지 및 저점도 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
  10. 청구항 1에 있어서, 난연제, 산화방지제, 열안정제, 윤활제, 염료, 안료 및 무기 충진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재.
KR20110092201A 2011-09-09 2011-09-09 굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재 KR20130028561A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110092201A KR20130028561A (ko) 2011-09-09 2011-09-09 굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재
US13/300,910 US20130065469A1 (en) 2011-09-09 2011-11-21 Large tow carbon fiber composite with improved flexural property and surface property
DE201110087194 DE102011087194A1 (de) 2011-09-09 2011-11-28 Large-Tow-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial mit verbesserten Biegeeigenschaften und verbesserten Oberflächeneigenschaften
CN2011103841537A CN102990999A (zh) 2011-09-09 2011-11-28 具有改进的弯曲特性和表面特性的大丝束碳纤维复合物

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110092201A KR20130028561A (ko) 2011-09-09 2011-09-09 굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130028561A true KR20130028561A (ko) 2013-03-19

Family

ID=47740015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20110092201A KR20130028561A (ko) 2011-09-09 2011-09-09 굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130065469A1 (ko)
KR (1) KR20130028561A (ko)
CN (1) CN102990999A (ko)
DE (1) DE102011087194A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6217394B2 (ja) * 2012-05-10 2017-10-25 東レ株式会社 車両用シートクッションフレームおよびその製造方法
CA2972911A1 (en) 2015-01-22 2016-07-28 Neptune Research, Inc. Composite reinforcement systems and methods of manufacturing the same
CN110505958B (zh) * 2017-04-18 2021-11-30 三菱化学株式会社 纤维增强复合材料成型品及其制造方法
CN108045018A (zh) * 2018-01-22 2018-05-18 山东大学 一种高铁用碳纤维复合材料排障板
GB2582285B (en) * 2019-03-08 2021-03-17 Gurit Uk Ltd Fire-retardant composite materials
CN112522815B (zh) * 2020-12-08 2022-05-17 远景能源有限公司 一种超大丝束碳纤维及其制备方法、连续纤维增强树脂基复合材料及风电叶片
CN114531798A (zh) * 2021-12-28 2022-05-24 安徽玄离智能科技股份有限公司 一种井下危险气体巡检机器人用防爆外壳材料

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5958325A (en) 1995-06-07 1999-09-28 Tpi Technology, Inc. Large composite structures and a method for production of large composite structures incorporating a resin distribution network
JP2000272975A (ja) * 1999-03-26 2000-10-03 Akechi Ceramics Co Ltd 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法
JP2001051074A (ja) 1999-08-04 2001-02-23 Seiko Epson Corp 電磁変換器、計時装置およびロータ磁石の着磁方法
JP4106826B2 (ja) 1999-08-25 2008-06-25 東レ株式会社 繊維強化樹脂構造体およびその製造方法
JP2002220786A (ja) * 2001-01-24 2002-08-09 Toray Ind Inc 炭素繊維束、樹脂組成物、成形材料およびそれを用いた成形品
GB0203823D0 (en) * 2002-02-19 2002-04-03 Hexcel Composites Ltd Moulding materials
US7972983B2 (en) * 2003-11-06 2011-07-05 Hexcel Corporation Interlock double weave fabric and methods of making and using the same
US7662002B2 (en) * 2007-01-31 2010-02-16 Methode Electronics, Inc. Carbon fiber tow termination and method for making

Also Published As

Publication number Publication date
US20130065469A1 (en) 2013-03-14
DE102011087194A1 (de) 2013-03-14
CN102990999A (zh) 2013-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130028561A (ko) 굴곡 특성 및 표면 특성이 우수한 라지 토우 탄소섬유 복합재
TWI754688B (zh) 纖維強化複合材料及纖維強化複合材料之製造方法
EP3010713B1 (en) Hybrid glass fibers carbon fibers thermoplastic composites
Wong et al. Improved fracture toughness of carbon fibre/epoxy composite laminates using dissolvable thermoplastic fibres
Kuwata et al. Interlaminar toughness of interleaved CFRP using non-woven veils: Part 1. Mode-I testing
JP5706402B2 (ja) 複合積層構造物に熱可塑性樹脂および／または架橋性樹脂を送達する方法
JP6027012B2 (ja) 改善された熱老化および中間層結合強度を有する複合材構造
EP2794272B1 (en) Prepreg, fiber reinforced composite material, and manufacturing method for fiber reinforced composite material
TWI697398B (zh) 構造體之製造方法
CN108431099B (zh) 结构体
KR102419947B1 (ko) 섬유 재료, 다단 중합체 및 (메트)아크릴 중합체를 포함하는 조성물, 이의 제조 방법, 및 이의 용도
JPWO2018193908A1 (ja) 繊維強化複合材料成形品およびその製造方法
Gupta et al. Applications and challenges of carbon-fibres reinforced composites: a Review
JP5966969B2 (ja) プリプレグの製造方法
EP3585607B1 (en) Fiber composite with reduced surface roughness and method for its manufacture
CN115023329B (zh) 包含碳纤维和玻璃纤维的冷压成形体及其制造方法
JP7039823B2 (ja) 炭素繊維強化プラスチック積層体およびその製造方法
KR101746026B1 (ko) 다층 하이브리드 프리프레그 및 이의 제조방법
Bambal Mechanical evaluation and FE modeling of composite sandwich panels
Sharma et al. Overview on vacuum assisted resin infusion molding technique: a novel approach for advanced composites fabrication for aircraft and automotive applications
CN116355357A (zh) 一种长-短碳纳米管增强增韧纤维复合材料及其制备方法
Hirano et al. The development of novel carbon-fiber-reinforced stampable thermoplastic sheets
KR20110103634A (ko) 클레이 입자를 함유한 매트-플라스틱 복합체의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application