KR20140116403A - 나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법 - Google Patents

나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

우수한 강성과 탄성을 갖추고, 내열성이 향상된 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 고분자재료 30질량부 이상 90질량부 이하와, 탄소섬유 70질량부 이하 10질량부 이상의 합계 100질량부에 대하여, 나노필러 2질량부 이상 30질량부 이하를 함유하고, 나노필러의 평균 애스펙트비(길이/폭)가 20 이상인 탄소섬유 강화플라스틱 재료가 제공된다. 나노필러의 평균 애스펙트비(길이/폭)는 50 이상이어도 된다.

Description

나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법{CARBON FIBER-REINFORCED PLASTIC MATERIAL WITH NANOFILLER MIXED THEREIN, AND PRODUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히 나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
탄소섬유 강화플라스틱(CFRP)은 범용의 플라스틱에 탄소섬유를 고충전하고, 플라스틱 단체에 비하여 현저하게 강성을 향상시킨 재료이다. CFRP는 금속에 대체할 수 있는 강성을 갖고 있기 때문에 이미 비행기의 기체, 자동차의 차체 등에 사용되기 시작하고, 그들의 대폭적인 경량화를 실현하고 있다. 최근, CFRP는 자동차용 부품이나 스포츠용품 등, 그 용도를 넓히고 있다. 이 때문에 더욱더 CFRP의 역학성능의 향상이 요구되고 있다.
예를 들면, 비특허문헌 1에는 클레이를 함유한 폴리아미드6에 유리섬유(GF)나 탄소섬유(CF)를 혼합한 CFRP가 기재되어 있다. 비특허문헌 1에서는 클레이로서 3% 몬모릴로나이트(monmorillonite)를 함유하는 폴리아미드6에 유리섬유 또는 탄소섬유를 혼합하면 유리섬유 또는 탄소섬유의 함유량의 증가와 함께 인장강도나 인장탄성율이 향상되는 것이 기재되어 있다. 그러나, 클레이를 함유한 수지는 내열성이 240℃~250℃ 정도이며, 더욱더 내열성이 요구되는 부재에는 적용할 수 없다.
한편, 특허문헌 1에는 카본 입자와, 팽윤성(膨潤性) 불소 운모계 점토광물의 층상 규산염을 함유하는 폴리아미드 수지조성물이 개시되어 있다. 팽윤성 불소 운모계 점토광물은 클레이에 비해 내열성이 높고, 300℃ 이상에서의 가공이 가능하다. 그러나, 특허문헌 1이 개시하는 폴리아미드 수지조성물의 카본 입자의 함유량은 0.5~10질량부이며, 예를 들면 쵸프(chop)하여 짧게 한 탄소섬유(chopped CF)를 플라스틱에 고충전화하는 프로세스에는 적용할 수 없다. CFRP에 있어서는 탄소섬유의 충진량이 40중량%를 초과하면 탄소섬유의 분산상태에서의 균일성이 현저하게 저하되기 때문에 플라스틱의 특징인 연성, 성형가공성이 현저하게 손상될 뿐만아니라, 재료 표면의 평활성 등도 손상되어 버린다. 이 때문에 시스템(系) 전체적으로 원하는 강성을 유지하는 한편, 탄소섬유를 균일하게 분산시키고, 플라스틱의 성능을 저하시키지 않는 기술이 요구되고 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 2008-150400호 공보
비특허문헌 1 : S, Wu, F, Wang C. M. Ma, W. Chang, C. Kuo, H. Kuan, W. Chen, Mater Lett. 49(2001) 327.
본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것으로서, 우수한 강성과 탄성을 갖추고, 내열성이 향상된 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 고분자재료 30질량부 이상 90질량부 이하와, 탄소섬유 70질량부 이하 10질량부 이상의 합계 100질량부에 대하여 나노필러 2질량부 이상 30질량부 이하를 함유하고, 상기 나노필러의 평균 애스펙트비(average aspect ratio, 길이/폭)가 20 이상인 탄소섬유 강화플라스틱 재료가 제공된다.
이 재료계의 바람직한 조성으로서는, 상기 고분자재료의 60질량부 이상 90질량부 이하와, 상기 탄소섬유 40질량부 이상 10질량부 이하의 합계 100질량부에 대하여 상기 나노필러 2질량부 이상 30질량부 이하를 혼련하는 것이 좋다. 이로 인하여 탄소섬유의 분산상태에서의 균일성이 한층 확실하게 유지되고, 고분자 본래의 특징인 연성, 성형가공성, 또한 재료 표면의 평활성 등을 향상시킬 수 있다.
상기 탄소섬유 강화플라스틱 재료에 있어서, 상기 나노필러의 평균 애스펙트비(길이/폭)는 50 이상이어도 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 폴리아미드수지 30질량부 이상 90질량부 이하와, 탄소섬유 70질량부 이하 10질량부 이상의 합계 100질량부에 대하여 층상 규산염 2질량부 이상 30질량부 이하를 함유하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료가 제공된다.
상기 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 인장탄성율이 6000MPa 이상이어도 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 어느 하나에 기재된 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법에 있어서, 실린더 내에서 상기 고분자재료 또는 상기 폴리아미드수지와, 상기 탄소섬유와, 상기 나노필러 또는 상기 층상 규산염을 포함하는 탄소섬유 강화플라스틱 원료를 전단유동장(shear flow field) 및 신장장(stretching field)을 부여하여 용융혼련을 행하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 실린더 내에서 상기 고분자재료 또는 상기 폴리아미드 수지와, 상기 탄소섬유와, 상기 나노필러 또는 상기 층상 규산염을 포함하는 탄소섬유 강화플라스틱 원료를 스크류 선단방향으로 보내진 상기 원료의 용융혼련물을 다시 후단방향으로 이행할 수 있는 내부귀환형 스크류를 탑재한 용융혼련장치에 공급하고, 150℃ 이상 500℃ 이하의 가열하에서 상기 스크류의 회전수가 200rpm 이상 3000rpm 이하, 전단속도가 300sec-1 이상 4500sec-1 이하인 조건하에서 일정시간 순환하여 용융혼련을 행하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법이 제공된다.
상기 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법에 있어서, 상기 고분자재료는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머 또는 고무 중에서 선택되어도 된다.
상기 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법에 있어서, 상기 나노필러는 층상 규산염이어도 된다.
상기 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법에 있어서, 상기 층상 규산염은 마이카(mica)여도 된다.
상기 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법에 있어서, 상기 마이카는 평균 애스펙트비(길이/폭)가 20 이상 바람직하게는 50 이상이어도 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 어느 하나에 기재된 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 포함하는 자동차용 부품이 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면 상기 어느 하나에 기재된 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 포함하는 스포츠용 부품이 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면 상기 어느 하나에 기재된 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 포함하는 정보기기 단말용 부품이 제공된다.
본 발명에 의하면 우수한 강성과 탄성을 갖추고, 내열성이 향상된 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법이 실현 가능하게 된다.
도 1은 종래 기술에 의한 용융혼련방법으로 제작한 탄소섬유 강화플라스틱 재료(900)의 구조 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용융혼련물 제조장치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용융혼련물 제조장치를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 용융혼련물 제조장치를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 응력-변형 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 응력-변형 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 재료(200)의 TEM상이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 재료(200)의 TEM상이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 재료(200)의 TEM상이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방볍에 대하여 설명한다. 단, 본 발명의 나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법은, 이하에 나타내는 실시형태 및 실시예의 기재내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 본 실시형태 및 실시예에서 참조하는 도면에 있어서, 동일부분 또는 동일한 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 그 반복 설명은 생략한다.
본 발명은 상기의 기술적인 문제점을 해결하기 위해 플라스틱에 대하여 쵸프드 CF(chopped CF)에 대표되는 탄소섬유 뿐만아니라, 보조적으로 층상 규산염에 대표되는 나노필러를 첨가한다는 3원계 재료이며, 이 층상의 나노필러를 미시적으로 분산·배치하는 것에 특징이 있다. 이들 나노필러는 플라스틱 중에서 미시적으로 분산·배치시키기 위해 고전단 성형가공을 이용하여 분산되는 것이 바람직하다. 상술한 선행기술문헌에서는 나노필러를 플라스틱 중에서 미시적으로 분산·배치시키고 있지 않기 때문에 본 발명에 따른 나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법을 실현하기가 어려웠다.
도 1은 종래 기술에 의한 용융혼련방법으로 제작한 탄소섬유 강화플라스틱 재료(900)의 구조 모식도이다. 탄소섬유 강화플라스틱 재료(900)는 고분자재료(910)와, 탄소섬유(930)와, 나노필러(950)를 포함한다. 나노필러(950)는 응집력이 강하게 작용하고 있기 때문에 종래 기술에 의한 용융혼련방법에서는 전단응력의 부여가 충분하지 않기 때문에 층상 규산염을 나노필러(950)의 모델로서 그린 도 1의 모식도에서는 다층의 규산염이 적층되어 있는 구조로 고분자재료(910)의 기초재 중에 분산, 배치하고 있는 형태가 나타나 있다. 통상, 이러한 나노필러(950)가 다층 적층되어 있는 경우, 그 폭은 20nm 이상이 된다. 따라서, 이러한 경우의 나노필러(950)의 평균 애스펙트비(길이/폭)는 커도 10 또는 그 이하이다.
이에 대하여 도 2에는 본 발명에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)의 모식도가 도시되어 있다. 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)는 고분자재료(110)와, 탄소섬유(130)와, 나노필러(150)를 포함한다. 본 발명에 의한 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)는 기초재인 고분자재료(110)에 탄소섬유(130)와 나노필러(150)가 미시적으로 분산·배치된 구조를 갖는다. 본 실시예에 있어서, 나노필러(150)는 강한 전단유동장(shear flow field)이나 신장장(stretching field)이 부여됨으로써 고분자재료(110) 중에서 박리되는 동시에, 고분자재료(110)의 매트릭스 전체에 응집하지 않고, 거의 독립된 상태에서 분산하고, 고분자재료(110)에 효과적으로 부착되어 있다. 또한, 도 1과 도 2에서의 나노필러의 첨가량은 거의 동일한 중량을 이용한 경우의 상태로 도시되어 있다. 즉, 도 2에서의 나노필러(150)는 층이 박리됨으로써 층 수가 매우 적은 상태로 각각 고립되어 분산되어 있다. 예를 들면, 폭이 2nm 전후, 길이가 100nm 이상인 경우, 그 평균 애스펙트비(길이/폭)는 50 정도이다. 이 평균 애스펙트비는 20 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50 이상이며, 때로는 100을 초과한다. 즉, 그만큼 고분자쇄에 대하여 굵고 큰 탄소섬유가 부착되는 동시에, 많은 나노필러도 부착되어 고분자쇄(polymer chain)를 보강하고 있기 때문에 역학성능이 현저하게 향상하게 된다.
(고분자재료)
본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)에 이용 가능한 고분자재료는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머 또는 고무 중에서 선택할 수 있다. 열가소성 수지로서는 폴리올레핀계 수지(예를 들면 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 아이소택틱 폴리프로필렌, 신디오택틱 폴리프로필렌 등의 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 프로필렌 공중합체 수지), 폴리아미드계 수지(예를 들면 나일론6(N6), 나일론66(N66), 나일론46(N46), 나일론11(N11), 나일론12(N12), 나일론610(N610), 나일론612(N612), 나일론6/66 공중합체(N6/66), 나일6/66/610 공중합체(N6/66/610), 나일론MXD6(MXD6), 나일론6T, 나일론6/6T 공중합체, 나일론66/PP 공중합체, 나일론66/PPS 공중합체), 폴리에스테르계 수지(예를 들면 폴리유산(PLLA), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌이소부탈레이트(PEI), 폴리에스테르 공중합체, PET/PEI 공중합체, 폴리아릴레이트(PAR), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN), 액정 폴리에스테르, 폴리옥시알킬렌디이미드산/폴리부틸레이트텔레프탈레이트 공중합체 등의 방향족 폴리에스테르), 폴리에테르계 수지(예를 들면, 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌옥시드(PPO), 폴리설폰(PSF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리니트릴계 수지(예를 들면, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메타크릴로니트릴, 아크릴로니트릴/스틸렌 공중합체(AS), 메타크릴로니트릴/스틸렌 공중합체, 메타크릴로니트릴/스틸렌/부타디엔 공중합체), 폴리메타크릴레이트계 수지(예를 들면, 폴리메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리메타크릴산 에틸), 폴리비닐계 수지(예를 들면, 초산비닐(EVA), 폴리비닐알콜(PVA), 비닐알콜/에틸렌 공중합체(EVOH), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 염화비닐/염화비닐리덴 공중합체, 염화비닐리덴/메틸아크릴레이트 공중합체), 셀룰로오스계 수지(예를 들면, 초산 셀룰로오스, 초산락산 셀룰로오스), 불소계 수지(예를 들면, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리불화비닐(PVF), 폴리클로르플루오로에틸렌(PCTFE), 테트라플루오로에틸렌/에틸렌 공중합체(ETFE)), 이미드계 수지(예를 들면 방향족 폴리이미드(PI)), 폴리아세탈 등을 이용할 수 있다. 이들의 열가소성 수지는 시판품을 구입하여 사용할 수 있다.
열경화성 수지로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아미노 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 방향족 탄화수소 폴리머(폴리-p-페닐렌, 폴리-p-키실렌), 방향족 복소환상 폴리머(폴리히단토인, 폴리파라반산, 폴리벤조이미다졸, 폴리벤조티아졸, 폴리옥사디아졸, 폴리퀴녹스알린), 열경화형 내열성 폴리머(스티릴피리딘계 수지, 시네이트계 수지)를 들 수 있다. 가열에 의해 균일한 용융물을 얻는 경우에는, 열가소성 수지와 마찬가지로 가열함으로써 균일한 용융물을 얻을 수 있다. 이들 열경화성 수지는 시판품을 구입하여 사용할 수 있다.
엘라스토머 및 고무로서는 디엔계 고무 및 그 수소첨가물(예를 들면 NR(Natural Rubber, 천연고무), IR(Isoprene Rubber, 이소프렌 고무), 에폭시화 천연고무, SBR(Styrene Butadiene Rubber, 스티렌 부타디엔 고무), BR(Butadiene Rubber, 부타디엔 고무)(고시스 BR 및 저시스 BR), NBR(Nitrile Butadiene Rubber, 니트릴 부타디엔 고무), 수소화 NBR, 수소화 SBR), 올레핀계 고무(예를 들면, 에틸렌-프로필렌-디엔고무(EPDM), EPM 등의 에틸렌 프로필렌 고무), 말레인산 변성 에틸렌 프로필렌 고무(M-EPM), IIR(Butyl Rubber, 부틸고무), 이소부틸렌과 방향족 비닐 또는 디엔계 모노머 공중합체, 아크릴고무(ACM), 아이오노머), 함할로겐 고무(예를 들면, Br-IIR, CI-IIR, 이소부틸렌파라메틸스틸렌 공중합체의 취소화물(Br-IPMS), CR(Chloroprene Rubber, 클로로프렌 고무), 히드린 고무(CHR), 클로로술폰화 폴리에틸렌(CSM), 염소화 폴리에틸렌(CM), 말레인산 변성염소화 폴리에틸렌(M-CM), 실리콘고무(예를 들면, 메틸비닐실리콘 고무), 디메틸실리콘 고무, 메틸페닐비닐실리콘 고무, 함유황 고무(예를 들면, 폴리설피드 고무), 불소 고무(예를 들면, 비닐리덴플루오라이드계 고무, 함불소 비닐에테르계 고무, 테트라플루오로에틸렌-프로필렌계 고무, 함불소 실리콘계 고무, 함불소 포스파젠계 고무), 우레탄 고무, 에피클로르히드린 고무, 엘라스토머(예를 들면, 스틸렌계 엘라스토머, 올리핀계 엘라스토머, 에스테르계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머) 등을 들 수 있다. 이들 엘라스토머 및 고무는 시판품을 구입하여 사용할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 고분자재료는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 질량을 100으로 했을 때에 30질량부 이상 90질량부 이하의 범위에서 함유하는 것이 바람직하다. 고분자재료의 비율이 30질량부 이상이면, 탄소섬유 사이를 고분자 재료로 견고하게 메울 수 있어, 탄소섬유 강화플라스틱으로서의 물리적 강도를 유지할 수 있다. 또한, 고분자재료의 비율이 90질량부 이하이면, 충분한 탄소섬유를 함유할 수 있어, 탄소섬유 강화플라스틱으로서의 물리적 강도를 향상시킬 수 있다. 고분자 재료는 45질량부 이상이면 한층 확실하게 탄소섬유 사이에 고분자재료를 배치할 수 있어, 불량율 등을 저하시킬 수 있기 때문에 특히 바람직하다. 또한 고분자재료는 80질량부 이하이면 탄소섬유의 함유량을 증대시켜 내열성이나 물리적 강도 등의 특성을 높일 수 있기 때문에 특히 바람직하다.
(탄소섬유)
탄소섬유는 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)에 강성을 부여하는 충진제이다. 탄소섬유는 유기고분자섬유(셀룰로오스계, 폴리아크릴로니트릴계)를 800℃ 이상 3000℃ 이하의 일련의 단계적 가열처리에 의해 섬유형상을 유지한 탄화하거나 또는 방사한 피치(피치계)를 열처리함으로써 얻어진다. 고분자재료에 첨가하여 컴포지트로 하고, 인장강도를 높일 수 있다. 탄소섬유는 시판품을 구입하여 사용할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 탄소섬유는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 질량을 100으로 했을 때에 100질량부 이상 70질량부 이하의 범위에서 함유하는 것이 바람직하다.
(나노필러)
본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)에 이용 가능한 나노필러로서 층상구조를 갖는 나노필러를 이용할 수 있다. 층상 구조를 갖는 나노필러로서는 층상 규산염(Layer silicate)이 바람직하다. 층상 규산염은 Si 혹은 Al을 4개의 산소가 둘러싼 4면체가 3개의 정점을 근처의 4면체와 공유함으로써 2차원적으로 확산된 구조단위(4면체 시트)를 형성하고 있는 층상구조를 가진 규산염의 1군이며, 마이카, 운모, 활석(talc), 카오린(kaolin), 몬모릴로나이트(montmorillonite) 등을 들 수 있다. Mg, Al 등 6개의 산소 내지 OH가 둘러싼 8면체의 2차원적인 연결인 8면체 시트도 중요한 구성요소가 된다. 층면에 평행한 벽개(劈開)가 완전하며, 일반적으로 판형상 또는 박편형상의 형태이다. 화학적으로는 Al, Mg, Fe, 알칼리 등의 함수 규산염이다. 모두 공지된 것이며, 구입하여 이용할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 층상 규산염으로서 마이카를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
결정성 층상 규산염으로서는, 예를 들면 프리피드(상표명, 가부시키가이샤 도쿠야마. 무수의 결정성 층상 규산나트륨)가 있고, 다기능 빌더로서 알려져 있다. 무수의 결정성 층상 규산나트륨이다. 층상의 결정구조를 갖고 있고, 이 층의 사이에 물의 경도성분 Ca++나 Mg++ 등을 효과적으로 걷어 들일 수 있다.
폴리아미드 수지에 층상 규산염을 분산시키는 폴리아미드 복합재료 층상 규산염이 알려져 있다(일본국 특공평 7-47644호 공보). 점토미립자를 이용한 나노컴포지트 재료(nano composite material)에 대해서는 유기화 처리(有機化處理)한 몬모릴로나이트 존재하에서 나일론의 모노머(ε-카프로락탐)를 개환중합(開環重合, ring-opening polymerization)시킴으로써 얻어진 나일론6/몬모릴로나이트계 나노컴포지트이 점토 미립자를 이용한 나노 컴포지트 재료에 대해서는 유기화처리한 몬모릴로나이트 존재하에서 나일론의 모노머(ε-카프로락탐)을 개환중합시킴으로써 얻어진 나일론6(몬모릴로나이트계 나노컴포지트(미국 특허 제4739007호, 일본국 특개소 60-217396호 공보, 일본국 특개소 61-95780호 공보, 일본국 특개평 11-310643호 공보, 일본국 특개 2000-136308호 공보)가 있다. 어느 경우에도 균일분산에 대하여 언급하고 있으나, 그다지 물리적인 강제력을 작용시키고 있지 않으므로 만족할 결과를 얻지 않았다고 말하지 않을 수 없다.
본 실시예에 있어서, 나노필러는 고분자재료와의 친화성을 갖고, 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)에 우수한 강성과 탄성, 및 내열성을 부여한다. 따라서, 본 실시예에 있어서는 나노필러로서 층상 규산염을 적절히 이용할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 나노필러는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 질량을 100으로 했을 때에 2질량부 이상 30질량부 이하의 범위에서 추가로 첨가하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 명세서에 있어서는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 전량은 102질량부 이상 130질량부 이하가 된다. 고분자재료(110)의 매트릭스 중에 나노필러로서 층상 규산염을 후술하는 제조법에 의해 분산시키면 층상 규산염은 층이 박리되어 분산한다. 층상규산염 1층당 두께는 매우 얇기 때문에 1~수층으로 박리된 층상 규산염은 고애스펙트비를 구비한 나노필러로서 고분자재료(110)에 부착된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료(100)에 있어서는 고분자재료(100)의 매트릭스 전체에 탄소섬유(130)와 나노필러(150)가 미시적으로 분산·배치된 구조를 갖는다. 또한, 나노필러(150)는 고분자재료(110)에 대한 친화성을 갖기 때문에 고분자재료(110)의 매트릭스 전체에 분산되는 동시에, 고분자재료(110)에 부착되어 있다. 이러한 구조를 갖는 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료는 시스템(系) 전체적으로 원하는 강성을 유지하는 한편, 탄소섬유를 분산시킨 고분자재료의 특성도 저하시키지 않는다. 이로 인해 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료는 우수한 강성과 탄성을 갖추고, 내열성을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료는 6000MPa 이상의 인장탄성율을 가질 수 있다.
상술한 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료는 자동차용 부품이나 스포츠용 부품으로서 이용할 수 있다. 자동차용 부품 및 정보기기 단말용 부품은 세계 각국에서 사용되기 때문에 내환경성 및 내구성, 내열성 등 각종 물리적 특성을 구비할 필요가 있고, 특히 고비율로 탄소섬유나 필러 등을 함유하는 것이 요구된다. 또한 스포츠용 부품에서는 특히 물리적 강도나 강성이 요구되고, 고비율로 탄소섬유나 필러 등을 함유하는 것이 요구된다. 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 포함하는 자동차용 부품이나 스포츠용 부품, 정보기기 단말용 부품은 통상의 분산방법으로는 달성되지 않는 고비율로 탄소섬유 및 나노필러를 함유시킬 수 있기 때문에, 시스템(系) 전체적으로 원하는 강성을 유지하는 한편, 탄소섬유를 분산시킨 고분자재료의 특성도 저하시키지 않는다. 이로 인하여 본 실시예에 따른 자동차용 부품이나 스포츠용 부품, 정보기기 단말용 부품은 우수한 강성과 탄성을 갖추고, 더욱이 내열성 등의 물리특성을 향상시킬 수 있다.
(탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법)
본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 제조하기 위한 용융혼련공정에서 이용하는 장치로서는 전단유동장의 부여에 한정되지 않고 신장장도 부여할 수 있는 장치이면 적합하다. 예를 들면 도 3에서 스크류와 실린더 사이에서 전단유동장이 부여되고, 스크류 귀환구멍(44)을 통과할 때에는 신장장이 부여된다. 이러한 장(場, field)을 부여할 수 있는 장치이면 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료에 있어서는 나노필러를 플라스틱 중에서 미시적으로 분산·배치시키기 위해 고전단 성형가공을 이용하고 있는 것에 특징이 있다. 이하, 본 실시예에 따른 고전단 성형가공에 대하여 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 용융혼련물 제조장치를 나타내는 모식도이다. 용융혼련물 제조장치(10)는 원료물질인 고분자재료, 탄소섬유 및 나노필러의 원료공급부(16), 용융혼련부(12) 및 성형부(14)로 구성되어 있다.
용융혼련부(12)는 실린더(18) 중에 내부귀환형 스크류(20)를 갖고 있다. 내부귀환형 스크류(20)는 실린더(18) 중에 샤프트(24)를 개재하여 설치되어 있다. 샤프트(24)는 베어링(22)을 개재하여 내부귀환형 스크류(20)와 연락되어 있다. 또한, 실린더(18)에는 실린더의 외측을 따라 고분자재료를 용융시키기 위한 히터(26)가 설치되어 있다. 샤프트(24)가 위치하는 장소와 반대측의 단부에는 실린더(18)에 용융혼련부(12)와 성형부(14) 사이를 시일하기 위한 시일(28)이 설치되어 있다. 또한, 실린더(18)에는 간극(32)을 조절하기 위한 조절수단(30)이 내부귀환형 스크류(20)의 칩 말단 표면(29)과 시일 표면(28) 사이에 설치되어 있다. 간극(32)은 0.5mm 이상 5mm 이하의 범위에서 조절하는 것이 가능하다(도 3, 도 4).
성형장치(14)는 압출부 히터(35) 및 필름을 제조하기 위한 T다이(34)를 갖고 있다. T다이(34)는 T다이 전부 말단부 가열히터(36) 및 T다이 배후 말단부 가열히터(38)를 갖고 있다. 압출된 필름은 T다이 전부 말단부 가열히터(36) 및 T다이 배후 말단부 가열히터(38) 사이에 형성된 배출구(40)를 통과한다. 성형부 및 T다이 전부 말단부 가열히터 내에는 온도 측정을 위해 열전대(42)가 삽입되어 있다. 그 측정결과는 제어장치(도시 생략)로 보내지고, 용융혼련부(12) 및 T다이의 온도 조정을 행한다.
스크류(20) 내부에는 내부 직경이 1mm 이상 5mm 이하, 바람직하게는 2mm 이상 3mm 이하 사이의 내부 직경을 갖는 내부구멍(44)을 갖고 있다. 내부귀환형 스크류(20)의 L/D비(L:길이, D:직경)는 1.78이다. 스크류의 회전속도는 100rpm 이상 3000rpm 이하의 범위로 조정되어 있고, 대응하는 전단속도는 150sec-1 이상 4500sec-1 이하의 범위 내로 조정될 수 있다. 실린더 내의 온도는 용융하고자 하는 고분자재료에 의해 변화한다.
스크류는 원통 내에서 고분자 재료를 용융하기에 충분한 구조로 되어 있다. 도 3에는 내부귀환형 스크류의 구조(46)가 나타나 있다. 내부귀환형 스크류의 구조(46) 중에는 스크류 배후부(48)로부터 공급되는 고분자재료가 스크류에 의해 스크류 전부(50)로 이행된다. 용융한 고분자재료는 전부 표면(29)과 시일 표면(31) 사이에 형성되는 간극(32) 내에 가두어진다. 고분자재료는 스크류의 중앙부에 설치되어 있는 횡방향의 구멍(44)을 거쳐 다른 방향으로 향한 구멍을 통과하고, 스크류 배후부(48)를 거쳐 다시 스크류의 전방향(50)으로 향한다.
전단 용융에 필요로 하는 시간은 내부귀환형 스크류의 구조(46) 내를 순환하기 위해 필요로 하는 시간에 의해 변경 가능하다. 고분자재료가 전단되는 정도는 구멍의 직경을 좁게 함으로써 상승시킬 수 있다. 간극과 스크류의 구멍의 내경에 대해서는 고분자재료의 점도 면에서 최적의 것으로 할 필요가 있다. 실린더 내에 포함되는 고분자재료를 용융혼련하기 위해 필요한 시간은 10초 이상 8분 이하이다.
본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법을 더욱 상세하게 설명하면, 고분자재료, 탄소섬유 및 나노필러를 원료투입구(16)로부터 투입하고, 스크류(20)를 구비한 실린더에 가열부를 갖는 용융혼련부(12)에 공급한다. 내부귀환형 스크류(20)의 작용에 의해 전방으로 보내진다.
스크류의 회전수는 200rpm 이상 3000rpm 이하, 전단속도는 300sec-1 이상 4500sec-1 이하의 조건하에 처리하여 얻어지는 용융혼련한 고분자재료를 스크류의 후단 부근에서 선단방향으로 보낸다. 스크류의 선단의 간극(32)에 가둔 후, 상기 간극(32)으로부터 스크류의 중심부에 설치되어 있는 구멍(44)을 통과하여 스크류의 후단방향으로 이행시킨다. 간극(32)은 0.5mm 이상 5mm 이하의 범위에서 조절하는 것이 가능하다(도 3, 도 4).
필러로 이루어지는 충진제는 용융되어 있는 고분자재료 중에 균일하게 분산된 상태로 스크류의 중앙부에 설치되어 있는 횡방향의 구멍(44)을 통과하고, 스크류 후단부에 가두어지고, 스크류 배후부(48)를 거쳐 다시 상기 스크류에 의해 스크류 전부(50)로 재순환 이행된다. 10초 이상 8분 이하 동안의 반복 순환을 행하고, 필러로 이루어지는 충진제를 용융되어 있는 고분자재료 중에 더욱 균일하게 분산된 상태로 한다.
용융가열 온도는 실온 또는 피용융혼련 고분자재료 온도보다 높은 온도 조건하에 설정한다. 피용융혼련 고분자재료의 용융온도가 실온보다 낮은 경우에는 용융가열온도를 실온으로 설정한다. 또한, 피용융혼련 고분자재료의 용융온도가 실온보다 높은 경우에는 용융가열온도을 피용융혼련 고분자재료의 용융온도로 설정한다.
스크류의 회전수가 200rpm 미만이고, 전단속도는 300sec-1 미만인 경우에는 용융혼련 조작이 충분히 행해지지 않아 만족한 결과를 얻을 수 없다. 한편, 스크류의 회전수는 3000rpm을 초과하고 전단속도가 4500sec-1을 초과하는 처리를 행해도 용융혼련의 상태를 관찰해도 특별한 결과를 얻을 수 없다. 이상의 결과에서 스크류의 회전수는 200rpm 이상 3000rpm 이하, 전단속도는 300sec-1 이상 4500sec-1 이하의 조건하에 행하는 것이 중요하다. 스크류의 형상에 대해서는 시료를 피드백시키기 위한 구멍이 있는 것 이외에는 통상 이용되고 있는 형상의 것이 이용된다.
10초 이상 8분 이하의 순환조작을 반복하고, 필러로 이루어지는 충진제를 용융되어 있는 고분자재료 중에 더욱 균일하게 분산된 상태로 하여 간극(28)으로부터 성형장치(14)로 인출한다. 이 경우에는 밸브(도시 생략)를 열어서 성형장치(14)로 인출한다.
압출부 히터(35) 및 필름을 제조하기 위한 T다이(34)를 갖고 있다. T다이(34)는 T다이 전부 말단부 가열히터(36) 및 T다이 배후 말단부 가열히터(38)를 갖고 있다. 압출된 필름은 T다이 전부 말단부 가열히터(36) 및 T다이 배후부 말단 가열히터(38) 사이에 형성된 배출구(40)를 거쳐 인출한다. 성형부 및 T다이 전부 말단부 가열히터 내에는 온도 측정을 위해 열전대(42)가 삽입되어 있다. 그 측정결과는 제어장치(도시 생략)로 보내져서, 용융혼련부(12) 및 T다이의 온도조정을 행한다. 또한, 용융혼련물 제조장치의 구성은 이것에 한정되지 않고, 실린더 내에 설치된 스크류 내부에 내부구멍을 갖는 내부귀환형 스크류를 갖고, 해당 내부귀환형 스크류가 상술한 속도로 회전할 수 있으면 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법에 의하면, 층상 규산염은 층이 박리하여 분산되고, 고애스펙트비를 갖춘 나노필러로서 고분자재료(110)에 부착된다. 본 실시예에 있어서는 나노필러를 플라스틱 중에서 미시적으로 분산·배치시키기 때문에 탄소섬유 강화플라스틱 재료는 시스템(系) 전체적으로 원하는 강성을 유지하는 한편, 탄소섬유를 분산시킨 고분자재료의 특성도 저하시키지 않는다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료는 우수한 강성과 탄성을 갖추고, 내열성을 향상시킬 수 있다. 이러한 고분자재료의 매트릭스 전체에 탄소섬유와 나노필러가 미시적으로 분산·배치된 구조는 종래의 혼련방법으로는 실현하기가 어려우므로 본 실시예에 따른 제조방법에 의해 실현 가능하게 되는 것이다.
(실시예)
상술한 본 발명에 따른 탄소섬유 강화플라스틱 재료에 대하여 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.
(실시예 1~3)
본 실시예에 있어서는 고분자재료로서 폴리아미드6(유니티카사 제품 M1040)을 이용하였다. 탄소섬유로서 SGL 카본사 제품 SIGRAFIL C30 S006 PUT를 이용하였다. 또한, 처음부터 폴리아미드6에 탄소섬유가 30%질량부 함유되어 시판되고 있는 미츠비시레이욘사 제품 파일로필페레트(N6MR-C-30B)도 비교로서 이용하였다. 나노필러로서 마이카(코프케미컬사 제품 소마시프 MEE)를 이용하였다. 각 탄소섬유 강화플라스틱 원료의 혼합비는 폴리아미드6:탄소섬유:마이카=70:30:5로 하였다.
혼련에 앞서 폴리아미드6, 탄소섬유 및 마이카를 80℃(진공하)에서 적어도 12시간 건조하였다. 상술한 혼련비의 탄소섬유 강화플라스틱 원료를 가부시키가이샤 이모토 세이사쿠쇼(일본) 제품의 고전단 성형가공기 HSE3000mini에 투입하고, 240~250℃, 내부귀환형 스크류의 회전속도를 300rpm(실시예 1), 900rpm(실시예 2), 1800rpm(실시예 3)으로, 각각 1분간 용융혼련하였다. 얻어진 탄소섬유 강화플라스틱 원료 혼합물을 분쇄한 후, 250℃에서 열프레스 성형하여 시트를 얻었다. 용융혼련장치로서는 가부시키가이샤 니이가타머신테크노 제품 전자동 고전단 성형장치(NHSS2-28)을 이용해도 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
(실시예 4~5)
실시예로서, 나노필러로서 마이카에 대신하여 클레이(Southern Clay Product사 제품 Cloisite 30B)를 이용하였다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 마찬가지이기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 또한, 스크류의 회전속도를 300rpm(실시예 4) 및 900rpm(실시예 5)으로 각각 1분간 용융혼련하였다.
(비교예 1)
또한, 나노필러를 첨가하지 않는 시판되는 탄소섬유 강화플라스틱(폴리아미드6:탄소섬유=70:30)을 비교예 1로 하였다.
(실시예 6, 비교예 2)
본 실시예에 있어서는 고분자재료로서 폴리아미드610(토레이제품 아미란 CM2001)을 이용하였다. 탄소섬유로서 SGL 카본사 제품 SIGRAFIL C30 S006 PUT를 이용하였다. 나노필러로서 마이카(코프케미컬사 제품 소마시프 MEE)를 이용하였다. 각 탄소섬유 강화플라스틱 원료의 혼합비는 폴리아미드610:탄소섬유:마이카=70:30:5로 하였다. 또한, 나노필러를 첨가하지 않는 폴리아미드610:탄소섬유=70:30의 조성의 것을 비교예 2로서 이용하였다. 스크류 회전속도는 900rpm에서 각 1분간, 용융혼련하였다.
(비교예 3)
탄소섬유 강화플라스틱을 첨가하지 않고 고분자재료로서 폴리아미드12(EMS사 제품 Grilamid L25)를 이용하였다. 나노필러로서 마이카(코프케미컬사 제품 소마시프 MEE)를 이용하여 폴리아미드12:마이카=85:15의 조성으로 스크류의 회전속도를 900rpm에서 1분간, 용융혼련한 것을 비교예 3으로 하였다.
(인장특성)
실시예 및 비교예의 탄소섬유 강화플라스틱의 시트를 커터로 떠내고 덤벨(dumbbell)형상 시험편으로 하였다. 인장특성의 시험은 ASTM D638에 규정된 방법에 준거하여 행하였다. 응력-변형곡선은 오리엔테크사 제품 인장시험기(텐시론 UTM-300)을 이용하여 인장모드에서 측정하였다. 본 시험은 23℃, 상대습도 50%의 분위기에서 크로스헤드 속도 10mm/min으로 행하였다.
도 6 및 도 7은 본 실시예에 따른 응력-변형특성을 나타내는 도면이다. 또한, 표 1은 본 실시예 및 비교예에 따른 인장탄성율 및 파단신장(연신율)을 나타낸다.
시료 인장탄성율(MPa) 파단신장(%)
실시예 1 8,332 1.5
실시예 2 8,752 1.5
실시예 3 10,497 2.0
실시예 4 6,580 3.5
실시예 5 6,111 3.0
비교예 1 4,934 3.0
실시예 6 7,982 1.9
비교예 2 5405 2.3
비교예 3 3160 147
도 6의 결과에서 내부귀환형 스크류의 회전속도를 상승시킴에 따라 인장강도가 향상되는 것이 명확해졌다. 또한 표 1의 결과에서, 실시예에 있어서는 스크류의 회전속도를 상승시킴에 따라 인장탄성율이 향상되는 것이 명확해졌다. 즉, 탄소섬유 강화플라스틱 원료를 고전단 성형가공함으로써 층상 규산염을 탄소섬유 강화플라스틱 중에서 미시적으로 분산·배치시킴으로써 인장탄성율이 향상되는 것으로 추측된다. 또한, 일반적으로 탄소섬유가 증대하면 분산불량이 생겨 인장탄성율은 저하되는 것이 알려져 있다. 본원 발명에서는 나노필러의 애스펙트비가 20 이상이 될 때까지 원재료를 분산시킴으로써 탄소섬유도 충분하게 분산되기 때문에 탄소섬유를 50질량부까지 증대시킨 경우라도 인장탄성율은 저하되지 않는 것이 확인되어 있다. 나노필러에 대해서도 마찬가지이며, 20질량부까지 증대시킨 경우라도 인장탄성율이 저하되지 않는 것이 확인되었다. 또한 고분자재료로서 폴리아미드610이나 폴리아미드12를 이용한 경우의 예를 각각 실시예 6 및 비교예 2, 또한 비교예 3으로서 도 7에 그들의 응력-변형특성을 나타내었다. 비교예 3에 있어서는 나노필러로서 보다 소량(15중량%)의 마이카만을 첨가하고 있기 때문에 파단신장(연신율)에는 우수하지만(147%) 탄소섬유를 소정량 첨가하고 있지 않기 때문에 탄성율은 대폭 저하되는 것을 알 수 있었다. 고분자재료로서 폴리아미드66이나 폴리아미드1010, 또한 폴리아미드9T나 폴리아미드10T, 폴리에테르에테르케톤, 폴리파라페닐설파이드, 폴리부틸텔레프탈레이트, 폴리에테르술폰을 이용한 경우라도 마찬가지로 양호한 인장탄성율을 나타내는 것이 확인되었다.
(구조관찰)
상기 실시예에서의 폴리아미드6 중에서의 층상 규산염(마이카)의 분산상태를 파악하기 위해 실시예의 동일한 가공조건을 이용하여 시료를 제작하였다. 이 경우, 탄소섬유는 관찰시야에서의 사이즈가 너무 커서 층상 규산염의 분산상태가 불명료하게 되는 것을 방지하기 위해 탄소섬유를 첨가하지 않고 시료를 제작하였다. 즉, 구조관찰과 같이 제작한 시료의 조성은 폴리아미드 6:마이카=100:5이다. 이 폴리아미드6/마이카계의 구조관찰시에 시료를 매립하고, 초박절편을 제작하여 투과전자현미경(TEM) 관찰에 제공하였다. TEM 관찰은 LEO 922를 사용하고, 가속전압 200kV로 측정하였다.
도 8은 본 실시예에 따른 플라스틱 재료(200)의 TEM상이다. 도 8에 있어서, 검은 덩어리로 되어 있는 것은 폴리아미드6이 결정화되어있는 부분(220)이다. 이것은 마이카(250)가 폴리아미드6 중에 박리 분산된 후, 냉각과정에서 이 박리분산된 마이카(250)가 결정의 핵으로서 작용하여 폴리아미드6이 결정화되었기 때문이다. 그 이외의 장소에서는 마이카(250)가 박리하여 머리카락과 같은 형상으로 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 도 9는 이 부분을 더욱 고배율로 확대하여 관찰한 것이다. 도 10에 있어서는, 더욱 고배율로 하여 박리한 마이카(250)의 층의 두께를 평가한 것이다. 도면에 나타나는 바와 같이 마이카 1개의 두께는 가장 가는 것이 0.43nm, 조금 굵은 것이 0.86nm로 짐작되었다. 이들은 각각 마이카의 1층, 3층의 것이다. 따라서, 이와 같이 박리 분산된 마이카의 애스펙트비(길이/폭)는 100 이상으로도 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 일련의 도 8~도 10의 결과는 도 2에서 모식적으로 나타낸 분산상태를 실험적으로 검증한 결과로 되어 있다. 또한, 도 8~도 10은 회전수 900rpm일 때의 것이지만, 300rpm일 때에도 마이카가 평균 6층 미만으로까지 분산되어 있는 것이 확인되어 있다. 또한, 평균치는 TEM 사진에서 20개의 마이카를 랜덤하게 추출하여 층 수를 카운트한 평균치이다. 또한, 폴리아미드6으로부터, 폴리아미드610이나 폴리아미드12에 대신하여 마이카를 분산시켜도 도 8~도 10과 같은 양호한 분산상태를 얻을 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 나노필러를 혼합한 탄소섬유 강화플라스틱 재료 및 그 제조방법은, 나노필러의 이용과 탄소섬유 강화플라스틱 재료 중에서 미시적으로 분산·배치를 실현함으로써 용이하게 탄소섬유 강화플라스틱의 역학성능 등을 향상시킬 수 있는 기술이다.
10 : 용융혼련물 제조장치 12 : 용융혼련부
14 : 성형부 16 : 원료공급부
18 : 실린더 20 : 내부귀환형 스크류
22 : 베어링 24 : 샤프트
26 : 히터 28 : 시일
30 : 간극을 조절하기 위한 조절수단
32 : 간극 35 : 히터
36 : T다이 전부 말단부 가열히터 38 : T다이 배후부 말단 가열히터
40 : 배출구 42 : 열전대
44 : 구멍 46 : 내부 피드백형 스크류의 구조
48 : 스크류 배후부 50 : 스크류 전부
100 : 탄소섬유 강화플라스틱 재료 110 : 고분자재료
130 : 탄소섬유 150 : 나노필러
200 : 플라스틱 재료 210 : 고분자재료(폴리아미드6)
220 : 폴리아미드6의 결정화 부분 250 : 마이카
900 : 탄소섬유 강화플라스틱 재료 910 : 고분자재료
930 : 탄소섬유 950 : 나노필러

Claims (14)

  1. 고분자재료 30질량부 이상 90질량부 이하와, 탄소섬유 70질량부 이하 10질량부 이상의 합계 100질량부에 대하여, 나노필러 2질량부 이상 30질량부 이하를 함유하고, 상기 나노필러의 평균 애스펙트비(길이/폭)가 20 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노필러의 평균 애스펙트비(길이/폭)가 50 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  3. 폴리아미드 수지 30질량부 이상 90질량부 이하와, 탄소섬유 70질량부 이하 10질량부 이상의 합계 100질량부에 대하여, 층상 규산염 2질량부 이상 30질량부 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 인장탄성율이 6000MPa 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 고분자재료는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머 또는 고무 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 층상 규산염은 마이카인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이카는 평균 애스펙트비(길이/폭)가 20 이상 바람직하게는 50 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  8. 실린더 내에서 고분자재료 또는 폴리아미드 수지와, 탄소섬유와, 나노필러를 포함하는 탄소섬유 강화플라스틱 원료를 스크류 선단방향으로 보내진 상기 원료의 용융혼련물을 다시 후단 방향으로 이행할 수 있는 내부귀환형 스크류를 탑재한 용융혼련장치로 공급하고, 150℃ 이상 500℃ 이하의 가열하에서, 상기 스크류의 회전수가 200rpm 이상 3000rpm 이하, 전단속도가 300sec-1 이상 4500sec-1 이하인 조건하에서 일정시간 순환하여 용융혼련을 행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄소섬유 강화플라스틱 원료를 상기 스크류 내에 설치된 구멍을 통과하여 상기 후단방향으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    고분자재료 30질량부 이상 90질량부 이하와, 탄소섬유 70질량부 이하 10질량부 이상의 합계 100질량부에 대하여, 나노필러 2질량부 이상 30질량부 이하를 함유하고, 상기 나노필러의 평균 애스펙트비(길이/폭)가 20 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료의 제조방법.
  11. 고분자재료 30질량부 이상 90질량부 이하와, 탄소섬유 70질량부 이하 10질량부 이상의 합계 100질량부에 대하여, 층상의 나노필러 2질량부 이상 30질량부 이하를 함유하고, 상기 나노필러의 층 수가 6 이하인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화플라스틱 재료.
  12. 제 1 항에 기재된 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 부품.
  13. 제 1 항에 기재된 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 스포츠용 부품.
  14. 제 1 항에 기재된 탄소섬유 강화플라스틱 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 단말기기용 부품.
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