KR20150035240A - 투명 복합 소재 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 광 투과율을 향상시킬 수 있고, 헤이즈(Haze)를 감소시킬 수 있고, 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법에 r관한 것으로서, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 투명 복합 소재는, 제1 투명 수지와, 상기 제1 투명 수지에 매립된 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판과; 상기 유리 섬유 판 상에 형성되고, 투명성 나노 섬유와 제2 투명 수지로 이루어진 필름을 포함하며, 상기 제1 및 제2 투명 수지는 서로 다를 수 있다.

Description

투명 복합 소재 및 제조 방법{COLORLESS COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 명세서는 투명 복합 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 투명 소재로서 주로 유리나 플라스틱이 사용되고 있으나, 유리는 잘 깨지고, 플라스틱은 강도가 약하기 때문에 투명 복합 소재에 대한 개발이 진행되고 있다. 종래 기술에 따른 투명 복합 소재는 유리 섬유를 일반적인 수지에 매립하여 제작되었으나, 유리 섬유와 일반적인 수지는 온도 변화에 따른 굴절률 변화율의 차이가 크기 때문에 온도 변화에 따라 광 투과율의 변화가 생기게 된다. 종래 기술에 따른 투명 필름은 한국 특허 출원번호 10-2010-7011130에 개시되어 있다.

본 명세서는 투명 수지와 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판 상에 투명성 나노 섬유와 투명 수지로 이루어진 필름을 형성함으로써, 광 투과율을 향상시킬 수 있고, 헤이즈(Haze)를 감소시킬 수 있고, 기계적 강도(충격 강도, 굴곡 강도 등)를 향상시킬 수 있는 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 투명 복합 소재는, 제1 투명 수지와, 상기 제1 투명 수지에 매립된 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판과; 상기 유리 섬유 판 상에 형성되고, 투명성 나노 섬유와 제2 투명 수지로 이루어진 필름을 포함하며, 상기 제1 및 제2 투명 수지는 서로 다를 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 투명성 나노 섬유는 나노셀룰로오스 섬유 또는 나노키틴 섬유일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 투명성 나노 섬유의 직경은 10~100nm일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 투명성 나노 섬유의 열팽창계수는 상기 유리 섬유와 동일 또는 유사할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 필름의 중량 %가 100 중량%일 때 상기 투명성 나노 섬유는 60중량% 이상일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 필름의 두께는 10~500um일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제1 투명 수지는 에폭시 수지이며, 상기 제2 투명 수지는 아크릴 수지일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 유리 섬유는 서로 교차 또는 중첩되지 않도록 상기 투명 수지에 매립될 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 유리 섬유는 동일 평면상에서 서로 인접되도록 상기 투명 수지에 매립되거나, 동일 평면상에서 서로 접촉되도록 상기 투명 수지에 매립될 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법은, 나노 섬유 시트를 제1 투명 수지에 함침하는 단계와; 상기 제1 투명 수지가 함침된 나노 섬유 시트를 경화함으로써 필름을 제조하는 단계와; 제2 투명 수지에 매립된 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판 상에 상기 필름을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 투명 수지는 서로 다를 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 수지와 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판 상에 투명성 나노 섬유와 투명 수지로 이루어진 필름을 형성함으로써, 광 투과율을 향상시킬 수 있고, 헤이즈(Haze)를 감소시킬 수 있고, 기계적 강도(충격 강도, 굴곡 강도 등)를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

일반적으로, 투명 복합 소재는 유리섬유와 동일한 광학특성을 갖는 투명 수지에 유리섬유를 함침하여 제작한다. 그러나, 무기물인 유리섬유와 폴리머인 투명 수지는 열팽창계수가 10배 이상의 차이가 나므로 온도 변화에 따라 투명 복합 소재 내 불균일한 팽창 및 수축이 발생하며, 이로 인해 표면 거칠기를 유발시키고, 표면 산란에 의한 헤이즈(haze)가 증가되어 그 응용에 한계가 생긴다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재는, 투명 수지와 그 투명 수지에 매립된 유리 섬유(유리 섬유 필라멘트)로 이루어진 유리 섬유 판(Prepreg)(또는 유리섬유강화복합소재(Glass Fiber Reinforced Plastic, GFRP))과; 그 유리 섬유 판의 표면을 나노 섬유와 투명 수지로 이루어진 필름(또는 나노섬유복합소재(Nano Fiber Reinforced Plastic, NFRP) 필름)으로 적층함으로써, 유리 섬유 판(GFRP)의 온도에 따른 표면 거칠기 변화를 제거하는 데 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재는, 유리 섬유 판(GFRP)의 헤이즈(haze)를 방지 또는 감소시키고, 기계적 강도를 높여 깨짐에 강하면서도 광학적으로도 투명한 투명 복합 소재를 제공하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재의 온도에 따른 헤이즈(haze) 변화를 제거하여 열 안정성이 높은 고강도 투명복합소재를 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재를 나타낸 도이다.

본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재는 액정 표시장치(Liquid crystal display, LCD) 뿐만 아니라 유기 발광 다이오드소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)의 디스플레이 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma display panel, PDP), 전계방출소자(Field Emitting Display, FED)의 디스플레이 패널과 같은 다양한 디스플레이 패널에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재는 플렉시블(flexible) 기판, 광학용 기판(예를 들면, 태양전지 등), 유리 대체용 소재 등으로서 사용될 수도 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재(100)는,

제1 투명 수지(예를 들면, 에폭시 수지)(101)와; 상기 제1 투명 수지(101)에 형성되고, 서로 교차 또는 중첩되지 않도록 일방향(unidirectional)으로 정렬된 유리 섬유(또는 유리 섬유 필라멘트들)(102)로 이루어진 유리 섬유 판(Prepreg)(또는 유리섬유강화복합소재(Glass Fiber Reinforced Plastic, GFRP))(110)과;

상기 유리 섬유 판(110) 상에 형성되고, 나노 섬유(투명성 나노 섬유)와 제2 투명 수지(예를 들면, 아크릴 수지)로 이루어진 필름(예를 들면, 나노섬유복합소재(Nano Fiber Reinforced Plastic, NFRP) 필름)(120)을 포함한다.

상기 유리 섬유 필라멘트들(102)은 동일 평면상에서 서로 인접되도록 상기 제1 투명 수지(101)에 매립되거나, 동일 평면상에서 서로 접촉되도록 상기 투명 수지(101에 매립된다.

상기 제1 투명 수지(101)로서 무기-유기 혼성(하이브리드) 물질(Inorganic-Organic Hybrid Materials)이 사용될 수 있다. 상기 무기-유기 혼성 물질(무기-유기 혼성 수지)은 가수분해(hydrolysis)와 축합(condensation) 반응 과정을 포함하는 졸-겔법(sol-gel method)에 의해 제조되거나 유기할로겐실란을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 반응시켜 제조되거나, 물을 사용하지 않는 비가수분해(Non-hydrolytic) 반응 과정을 거쳐 제조될 수 있다. 상기 제1 투명 수지(101) 및 상기 필름(120)에 포함된 제1 투명 수지는 서로 다르거나 서로 동일할 수도 있다. 상기 제1 투명 수지(101)는 필름상에 도포된 에폭시 수지일 수 있다. 상기 제2 투명 수지는 아크릴 수지일 수 있다.

상기 필름(120)은 상기 유리 섬유 판(110)의 양쪽 표면 또는 양쪽 표면 중 어느 한 면에만 형성될 수도 있다. 반면, 상기 유리 섬유 판(110)의 표면에 박형의 유리 판을 적층함으로써 상기 투명 복합 소재(100)를 제작할 수도 있으나, 상기 유리 판은 외부 충격에 의해 깨지기 쉬우며, 특히 박형의 유리 판은 깨짐에 더욱 취약하여 투명 복합 소재의 공정 진행이 어려울 수 있다.

상기 필름(예를 들면, 나노섬유복합소재(Nano Fiber Reinforced Plastic, NFRP) 필름)(120)에 포함된 나노 섬유는, 그 직경이 가시광선 이하의 크기(예를 들면, 10~100nm)일 수 있고, 광의 굴절 및 산란에 영향을 미치지 않는 투명성을 가지고, 그 나노 섬유의 종류에 따라 열팽창계수를 유리와 같은 수준으로 낮출 수 있다. 예를 들면, 상기 나노 섬유는, 나노셀룰로오스 섬유 (열팽창계수=

)나 나노키틴 섬유(열팽창계수=

)일 수 있다.

상기 필름(120)이 100중량%라고 가정할 때, 상기 나노 섬유의 함량이 60중량% 이상이면 열팽창계수를

내지

수준으로 낮출 수 있다. 상기 필름(120)의 두께는 10~500um일 수 있다.

표1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재(100)의 열처리 전과 후의 헤이즈 변화를 나타낸다.

Haze(%)	열처리 전	열처리(80°C) 후
하드 코팅된 유리 섬유판(종래의 투명 복합 소재)	3.1	21.0
필름으로 코팅된 유리 섬유판(본 발명의 투명 복합 소재)	3.1	3.2

표1에 나타낸 바와 같이, 일반적인 하드 코팅된 유리 섬유 판은 80도의 열처리로 인해 헤이즈(haze)가 3.1%(상온)에서 21.0%(80도)로 급격하게 증가하는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재(100)의 열처리 전의 헤이즈와 열처리 후의 헤이즈의 차이는 0.1%에 불과함을 알 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 도1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 나노 섬유를 포함하는 시트(sheet)를 제2 투명 수지에 함침시킨다(S11). 상기 나노 섬유는 나노셀룰로오스 섬유 또는 나노키틴 섬유일 수 있다. 예를 들면, 상기 나노 섬유를 분산액에 분산시켜 감압 또는 가압 필터링함으로써 상기 나노 섬유 시트를 제조한 후 그 나노 섬유 시트를 제2 투명 수지에 함침시킨다.

상기 제2 투명 수지가 함침된 나노 섬유 시트를 경화시킴으로써 상기 필름(120)을 제조한다(S12). 예를 들면, 상기 제2 투명 수지가 함침된 나노 섬유 시트를 광 경화 또는 열 경화시킴으로써 상기 필름(120)을 제조할 수 있다. 상기 제2 투명 수지가 함침된 나노 섬유 시트를 광 경화시킨 후 상기 광 경화된 나노 섬유 시트를 가압 열 강화시킴으로써 상기 필름(120)을 제조할 수도 있다. 상기 제2 투명 수지가 함침된 나노 섬유 시트는 열프레스(heat press) 공법 또는 오토클레이브(autoclave) 공법 등을 사용하여 경화시킬 수 있다.

상기 필름(120)을 상기 유리 섬유 판(110) 상에 형성한다(S13). 예를 들면, 상기 유리 섬유 판(110)의 양쪽 표면 또는 그 양쪽 표면 중에서 어느 한 면에 상기 핌름(120)을 형성한다. 상기 필름(120)은 상기 유리 섬유 판(110)의 양쪽 표면 또는 그 양쪽 표면 중에서 어느 한 면에 다수 적층될 수 있다.

상기 필름(120)이 형성된 상기 유리 섬유 판(110)을 경화시킴으로써 상기 투명 복합 소재(110)를 제조한다(S14). 예를 들면, 상기 필름(120)이 형성된 상기 유리 섬유 판(110)을 광 경화 또는 열 경화시킴으로써 상기 투명 복합 소재(110)를 제조할 수 있다. 상기 필름(120)이 형성된 상기 유리 섬유 판(110)을 광 경화시킨 후 상기 광 경화된 유리 섬유 판(110)을 가압 열 강화시킴으로써 상기 투명 복합 소재(110)를 제조할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 수지와 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판 상에 나노 섬유와 상기 투명 수지로 이루어진 필름을 형성함으로써, 광 투과율을 향상시킬 수 있고, 헤이즈(Haze)를 감소시킬 수 있고, 기계적 강도(충격 강도, 굴곡 강도 등)를 향상시킬 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 투명 복합 소재 101: 투명 수지
102: 유리 섬유 필라멘트 120: 필름

Claims (18)

1. 제1 투명 수지와, 상기 제1 투명 수지에 매립된 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판과;
   상기 유리 섬유 판 상에 형성되고, 투명성 나노 섬유와 제2 투명 수지로 이루어진 필름을 포함하며, 상기 제1 및 제2 투명 수지는 서로 다른 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
2. 제1항에 있어서, 상기 투명성 나노 섬유는,
   나노셀룰로오스 섬유 또는 나노키틴 섬유인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
3. 제1항에 있어서, 상기 투명성 나노 섬유의 직경은,
   10~100nm인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
4. 제1항에 있어서, 상기 투명성 나노 섬유의 열팽창계수는 상기 유리 섬유와 동일 또는 유사한 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
5. 제1항에 있어서, 상기 필름의 중량 %가 100 중량%일 때 상기 투명성 나노 섬유는 60중량% 이상인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
6. 제1항에 있어서, 상기 필름의 두께는 10~500um인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
7. 제 1항에 있어서, 상기 제1 투명 수지는 에폭시 수지이며, 상기 제2 투명 수지는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
8. 제 1항에 있어서, 상기 유리 섬유는,
   서로 교차 또는 중첩되지 않도록 상기 투명 수지에 매립되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
9. 제1항에 있어서, 상기 유리 섬유는,
   동일 평면상에서 서로 인접되도록 상기 투명 수지에 매립되거나, 동일 평면상에서 서로 접촉되도록 상기 투명 수지에 매립되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
10. 나노 섬유 시트를 제1 투명 수지에 함침하는 단계와;
    상기 제1 투명 수지가 함침된 나노 섬유 시트를 경화함으로써 필름을 제조하는 단계와;
    제2 투명 수지에 매립된 유리 섬유로 이루어진 유리 섬유 판 상에 상기 필름을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 투명 수지는 서로 다른 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 투명성 나노 섬유는,
    나노셀룰로오스 섬유 또는 나노키틴 섬유인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 투명성 나노 섬유의 직경은,
    10~100nm인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 투명성 나노 섬유의 열팽창계수는 상기 유리 섬유와 동일 또는 유사한 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 필름의 중량 %가 100 중량%일 때 상기 투명성 나노 섬유는 60중량% 이상인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 필름의 두께는 10~500um인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
16. 제 10항에 있어서, 상기 제1 투명 수지는 에폭시 수지이며, 상기 제2 투명 수지는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
17. 제 10항에 있어서, 상기 유리 섬유는,
    서로 교차 또는 중첩되지 않도록 상기 투명 수지에 매립되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
18. 제10항에 있어서, 상기 유리 섬유는,
    동일 평면상에서 서로 인접되도록 상기 투명 수지에 매립되거나, 동일 평면상에서 서로 접촉되도록 상기 투명 수지에 매립되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.

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