KR20150059782A - 섬유 강화 복합 재료 성형체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤
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Abstract

박판 형상의 섬유 강화 복합 재료 성형체가, 도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 차폐 프리프레그와, 비도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 투과 프리프레그와, 상기 섬유 강화 복합 재료 성형체의 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 접합선을 통해서 접합되어 형성되는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상에 형성되며, 상기 접합선의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 상기 전자파 투과 프리프레그를 갖는 제 2 층과, 상기 두께 방향에 있어서 상기 전자파 차폐 프리프레그를 포함하지 않는 전자파 투과부를 구비한다.

Description

섬유 강화 복합 재료 성형체 및 그의 제조 방법{MOLDED FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 경량성, 박육(薄肉)성, 강성이 우수한 섬유 강화 복합 재료 성형체에 관한 것이다. 상세하게는, 두께 방향에 직교하는 방향으로 연속하여 배치되는 강화 섬유와 열경화성 수지로 구성되는 박판의 일부분이 두께 방향으로 전자파 투과성이 높은 성질을 갖는 섬유 강화 복합 재료 성형체와 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2012년 10월 23일에 일본에 출원된 특허출원 2012-233554호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
섬유 강화 복합 재료(이하 「FRP」라고 한다)는 경량, 고강도이면서 고강성이기 때문에, 스포츠 및 레저 용도부터 자동차 및 항공기 등의 산업 용도까지 폭넓게 이용되고 있다.
FRP는 퍼스널 컴퓨터(이하 「PC」라고 한다) 등의 전기 전자 기기, 가전 기기 및 의료 기기의 하우징체 등에도 이용된다. PC, 전화 등의 전기 전자 기기는 모바일화에 의해, 소형이면서 경량이고, 박육인 부품으로 구성된다. 특히 이들 기기를 구성하는 하우징체에 대해서는, 외부로부터 하중이 걸린 경우에, 하우징체의 일부가 휘어서 내부 부품과 접촉해 내부 부품이 파손되거나, 하우징체 자체가 파괴되거나 하는 일이 없도록, 하우징체가 고강도, 고강성 등의 기계적 특성을 가질 필요가 있다.
또한, 노트북형 PC 등에 있어서는, 무선 LAN 등의 무선 통신 기능을 내장하는 경우가 많아, PC 본체에 내장되는 안테나부 부근에서는 하우징체가 전자파를 차폐하는 일이 없는 구조를 가질 필요가 있다.
특허문헌 1에서는, 도 1과 같이 디스플레이측의 상부 하우징체(101) 주위에 안테나(102)를 배치하고, 외측의 화장 커버(100)를 전자파 투과성 재료로 형성하는 표시부(103)의 구조가 제안되어 있다. 이 경우, 강도를 갖는 구조체로서의 기능과 외장으로서의 기능이 분리되어 있어, 각각의 기능의 부재를 조합하고 있기 때문에, 디스플레이측의 두께가 두꺼워지는 요인이 되고 있다. 최근, 특히 모바일용 PC에서는 경량화, 박형화의 요구가 높아지고 있어, 더한층의 경량 박형화를 도모할 필요가 있다.
특허문헌 2에서는, 탄소 섬유 강화 수지(CFRP)로 이루어지는 상부 하우징체에 있어서, 비도전성 재료인 유리 섬유 강화 수지(GFRP)를 상부 하우징체의 주위에 부분적으로 이용해 전자파 투과성을 확보하면서 특허문헌 1과 비교하여 구조를 간략화해서 경량 박형화를 도모하고 있다.
일본 특허공개 2008-234100호 공보 일본 특허공개 2009-169506호 공보
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 강성, 경량성, 박육성이 우수하고, 나아가 부분적으로 전자파 투과 성능을 갖는 섬유 강화 복합 재료 성형체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 박판 형상의 섬유 강화 복합 재료 성형체는, 도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 차폐 프리프레그와, 비도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 투과 프리프레그와, 상기 섬유 강화 복합 재료 성형체의 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 접합선을 통해서 접합되어 형성되는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상에 형성되며, 상기 접합선의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 상기 전자파 투과 프리프레그를 갖는 제 2 층과, 상기 두께 방향에 있어서 상기 전자파 차폐 프리프레그를 포함하지 않는 전자파 투과부를 구비한다.
상기 제 2 층이, 상기 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 제 2 접합선을 통해서 접합되어 형성되어 있고, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 적층된 상태에 있어서, 상기 제 1 접합선의 양 단부와 상기 제 2 접합선의 양 단부는 서로 동일선 상에 겹치지 않도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 섬유 강화 복합 재료 성형체는, 상기 제 2 층의 상기 제 1 층과는 반대측에 형성되며, 상기 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 접합선을 통해서 접합되어 형성되는 제 3 층을 추가로 구비하고, 상기 제 2 층이 상기 전자파 투과 프리프레그만으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 일방향 프리프레그인 것이 바람직하다.
상기 제 1 층을 구성하는 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그의 섬유 배향 방향이 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 층이 일방향 프리프레그로 구성되고, 인접하는 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 일방향 프리프레그의 섬유 배향 방향이 서로 직교하도록 적층되는 것이 바람직하다.
상기 전자파 차폐 프리프레그가 일방향 프리프레그이며, 상기 전자파 투과 프리프레그가 직물 프리프레그인 것이 바람직하다.
또한, 상기 도전성 섬유가 탄소 섬유인 것이 바람직하고, 상기 비도전성 섬유가 유리 섬유인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체에 있어서는, 섬유 강화 복합 재료 성형체의 두께가 1.2mm 이하인 것이 바람직하고, 두께가 0.6mm 이하인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 제 2 태양에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 제조 방법은, 도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 차폐 프리프레그와, 비도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 투과 프리프레그를 준비하고, 상기 전자파 차폐 프리프레그와, 상기 전자파 투과 프리프레그를 두께 방향과는 직교하는 방향으로 접합하여 제 1 층을 제작하고, 상기 제 1 층의 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그의 접합선의 적어도 일부를 덮도록 배치된 상기 전자파 투과 프리프레그를 갖는 제 2 층을 상기 제 1 층 상에 형성하여, 적어도 상기 제 1 층과 제 2 층을 포함하는 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 경화시킨다.
상기 본 발명의 태양에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체는 충분한 강성을 유지하면서 박육화 및 경량화될 수 있다. 또, 상기 본 발명의 태양에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 일부분은, 무선 LAN 등의 전자파를 구조체 내부의 안테나가 수신하기 때문에 전자파를 투과시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 태양은 상기 복합 재료 성형체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 노트북 PC의 하우징체의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면도의 일례이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 프리프레그 접합 시트의 일례를 나타낸다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체에 대하여, 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은 도면에 기재된 내용에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체(복합 재료 성형체)의 일례를 나타내는 도면이다. 이 복합 재료 성형체(1)는 박판 형상이며, 적어도 도전성 섬유와 열경화성 수지를 포함하는 부분(2)(전자파 차폐부(2))과, 도전성 섬유를 포함하지 않고, 비도전성 섬유와 열경화성 수지를 포함하는 부분(3)(전자파 투과부(3))으로 구성된다.
(열경화성 수지)
본 발명의 실시형태에 따른 복합 재료 성형체에 이용할 수 있는 열경화성 수지로서는, 예컨대 에폭시 수지, 바이닐 에스터 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 폴리이미드 수지, 말레이미드 수지 및 페놀 수지 등을 들 수 있다. 보강 섬유로서 탄소 섬유를 이용하는 경우에는, 탄소 섬유와의 접착성의 점에서, 에폭시 수지 또는 바이닐 에스터 수지가 적합하게 이용된다.
또, PC나 가전 제품에는 난연 성능이 요구되는 경우가 많기 때문에, 난연성 재료를 첨가한 열경화성 수지가 적합하게 이용된다. 일반적인 난연성 재료로서는, 브롬계 화합물, 인계 화합물, 인+질소계 화합물, 금속 수산화물, 실리콘계 화합물 및 힌더드 아민 화합물 등을 들 수 있고, 이들을 상기 수지에 첨가하는 것에 의해 난연 성능이 얻어진다. 난연성 평가법으로서, UL94 규격 연소 시험 등에 의해서 성능 평가를 실시할 수 있다.
(전자파 차폐부를 구성하는 섬유)
전자파 차폐부는 내부의 표시 장치 등을 외부의 압압(押壓)으로부터 보호하기 위해서 필요한 강도 및 강성을 갖는 부분이다. 전자파 차폐부를 보강하는 섬유(도전성 섬유)로서는, 필요한 강도 및 강성을 갖는 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 경량화와 강성의 점에서, 탄소 섬유가 적합하게 이용된다. 또한, 전자파 차폐부를 보강하는 섬유의 형태로서는, 장섬유 및 단섬유를 들 수 있고, 그 중에서도 강성의 점에서, 장섬유가 적합하게 이용된다.
장섬유의 형태로서는, 다수의 장섬유를 일방향으로 정렬시켜 배열하여 시트 형상으로 한 UD 시트(일방향 시트), 및 장섬유로 이루어지는 직물 등을 들 수 있다. 특히, 강성이 우수한 점에서, 장섬유가 0°로 배향되는 UD 시트 및 90°로 배향되는 UD 시트를 교대로 적층한 형태, 또는 장섬유로 이루어지는 직물을 적층한 형태가 바람직하다.
한편, 본 실시형태에 있어서 전자파 차폐부란, 두께 방향으로 후술하는 전자파 차폐 프리프레그를 한 층 이상 포함하는 부분이며, 상기 전자파 차폐 프리프레그와 후술하는 전자파 투과 프리프레그가 적층된 부분도 포함한다.
(전자파 투과부를 구성하는 섬유)
전자파 투과부는 그 바로 아래에 무선 LAN 등의 안테나 장치가 배치되기 때문에, 전자파 투과성을 가질 필요가 있다. 전자파 투과 복합체를 구성하는 섬유로서 도전성 재료인 탄소 섬유 또는 금속 섬유를 이용하면, 충분한 전자파 투과성을 가질 수 없다. 따라서, 전자파 투과 복합체에는 유리 섬유 등의 비도전성 재료를 이용할 필요가 있다. 비도전성 섬유로서는, 비도전성이면서 경량화나 강성의 점에서, 유리 섬유가 적합하게 이용된다. 또한, 보강 섬유의 형태로서는, 장섬유 및 단섬유를 들 수 있고, 그 중에서도 강성의 점에서, 장섬유가 적합하게 이용된다.
한편, 본 실시형태에 있어서 전자파 투과부는 두께 방향에 후술하는 전자파 차폐 프리프레그를 포함하지 않는 부분이다.
(섬유 강화 복합 재료 성형체)
본 발명의 실시형태에 따른 섬유 강화 복합 재료 성형체는, 탄소 섬유 UD 시트에 미리 열경화성 수지를 스며들게 한 탄소 섬유 프리프레그(전자파 차폐 프리프레그)와, 유리 섬유 UD 시트에 미리 열경화성 수지를 스며들게 한 유리 섬유 프리프레그(전자파 투과 프리프레그)를, 원하는 형태 및 특성이 얻어지도록 조합하여 적층하고, 오토클레이브 성형, 진공백(bag) 성형, 프레스 성형 등에 의해 경화시켜 얻어진다.
도 3∼10은 본 실시형태에 있어서의 탄소 섬유 프리프레그 및 유리 섬유 프리프레그로 구성되는 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단면을 나타내고 있다.
도 3∼10의 섬유 강화 복합 재료 성형체(11, 21, 31, 41, 51, 61, 71 및 81)에 있어서 공통되는 구성은, 섬유 강화 복합 재료 성형체의 두께 방향과 직교하는 방향으로 탄소 섬유 프리프레그(전자파 차폐 프리프레그)와 유리 섬유 프리프레그(전자파 투과 프리프레그)가 제 1 접합선을 통해서 접합되어 형성되는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상에 형성되며, 적어도 상기 제 1 접합선의 일부를 덮도록 배치되는 상기 전자파 투과 프리프레그를 갖는 제 2 층이 설치되어 있고, 추가로, 두께 방향에 있어서 전자파 차폐 프리프레그를 포함하지 않는 전자파 투과부가 설치되어 있는 것이다. 상기 제 2 층의 전자파 투과 프리프레그가 상기 제 1 접합선 모두를 덮도록 배치되어 있는 것이 더 바람직하다.
도 3∼10에 나타낸 단면은, 이것을 이해할 수 있도록 상기 접합선을 가로지르는, 두께 방향에 평행한 단면을 선택하여 나타낸 것이다. 도 2에 나타내는 형상에 있어서는 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단변 방향 단면이 전형적인 선택이다.
나아가, 상기 복합 재료 성형체에 필요시 되는 강도 및 강성을 얻기 위해서는, 탄소 섬유 프리프레그 및 유리 섬유 프리프레그의 섬유의 방향을 고려하여 각각 적층하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 도 2 및 도 3∼10에 도시된 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 2 및 도 3∼10에서는, 복합 재료 성형체의 장변 방향의 단부에 전자파 투과부가 배치된다. 그러나, 무선 LAN 등의 안테나는 노트북 PC의 표시 장치부 주위에 배치되는 경우가 많아, 장변 방향 이외에도 단변 방향에 전자파 투과부가 배치되어도 된다. 또한, 안테나의 배치에 따라, 예컨대 섬유 강화 복합 재료 성형체의 중앙부에 전자파 투과부가 배치되어도 되고, 섬유 강화 복합 재료 성형체의 일부가 두께 방향에 있어서 유리 섬유 프리프레그만으로 구성되어 있으면 된다.
이하의 설명에 있어서는, 설명을 용이하게 하기 위해서, 도 2에 나타내는 형상을 예로 들어, 도 3∼10에 나타낸 단면은 도 2에 나타내는 형상에 있어서 섬유 강화 복합 재료 성형체의 단변 방향 단면이라고 하고, 복합 재료 성형체의 단변 방향을 0°(0° 방향), 복합 재료 성형체의 장변 방향을 90°(90° 방향)라고 정의한다.
부호 5는 섬유의 방향이 90°의 일방향재인 탄소 섬유 프리프레그를 나타내고 있고, 부호 6은 섬유의 방향이 0°의 일방향재인 탄소 섬유 프리프레그를 나타내고 있다. 마찬가지로, 부호 7은 섬유의 방향이 90°의 일방향재인 유리 섬유 프리프레그를 나타내고 있고, 부호 8은 섬유의 방향이 0°의 일방향재인 유리 섬유 프리프레그를 나타내고 있다. 또한, 부호 17은 경사(經絲)의 방향이 90°의 직물재인 유리 섬유 프리프레그를 나타내고 있고, 부호 18은 경사의 방향이 0°의 직물재인 유리 섬유 프리프레그를 나타내고 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 섬유의 방향이 일방향으로 정렬된 탄소 섬유 프리프레그 및 유리 섬유 프리프레그를 총칭하여 일방향 프리프레그라고 부르고, 섬유가 직물 형상인 탄소 섬유 프리프레그 및 유리 섬유 프리프레그를 총칭하여 직물 프리프레그라고 부른다.
도 11에 나타내는 바와 같이 탄소 섬유 프리프레그(20)와 유리 섬유 프리프레그(30)는 두께 방향에 직교하는 방향에 있어서 접합선(Q)을 통해서 접합됨으로써 프리프레그 접합 시트(4)를 형성한다. 한편, 성형 후에 있어서, 상기 접합선(Q)은 탄소 섬유 프리프레그(2)와 유리 섬유 프리프레그(3)의 접합선이 된다.
복합 재료 성형체를 성형하기 위해서 적층되는 각 프리프레그 접합 시트에 있어서의 접합선(Q)이 모든 시트에 있어서 동일선 상에 배치되어 있으면, 복합 재료 성형체의 강도가 낮아진다. 그 때문에, 도 3∼4와 같이 접합 위치를 비키어 놓아(접합선(Q)이 동일선 상에 겹치지 않도록) 적층하는 것이 바람직하다. 이 경우, 두께 방향에 인접하는 두 층이 적층된 상태에 있어서, 적어도 이들 접합선의 양 단부가 서로 동일선 상에 겹치지 않도록 배치되어 있는 것이 바람직하고, 이들 접합선 모두가 서로 동일선 상에 겹치지 않도록 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 두 층이 접합선 동일선 상에 겹치는 부분을 갖는 경우이더라도, 그 밖의 층의 접합선이 상기 동일선 상에 겹치는 부분에 존재하지 않도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 도 3∼4는 본 발명에 따른 실시형태의 예시이며, 예시된 구성에 한정되지 않는다. 또한, 상기 접합선(Q)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 제조의 용이성 등의 관점에서, 직선 등의 단순한 형상인 것이 바람직하다.
도 5와 도 7과 같이 최외층(최상층 및 최하층) 이외의 내부층의 접합 위치(접합선의 배치)가 동일한 경우, 상기 내부층의 접합 위치 상에 배치되는 최외층의 섬유 방향이 90°이면, 전술한 대로 내부층의 접합 위치에서 강도가 저하된다. 이와 같은 경우에는, 최외층에 직물재인 유리 섬유 프리프레그(17)를 배치하는 것에 의해 강도 저하를 막을 수 있다.
도 3∼4 또는 도 6과 같이 최외층(최상층 및 최하층) 이외의 내부층의 접합 위치를 서로 비키어 놓아 적층한 경우, 최외층의 유리 섬유 프리프레그에 대해서는, 도 3∼4와 같이 90°의 유리 섬유 프리프레그(7)를 이용할 수도 있고, 도 6과 같이 직물재인 유리 섬유 프리프레그(18)를 이용할 수 있다.
도 7∼8과 같이, 직물재인 유리 섬유 프리프레그(17, 18)는 최외층에도 내부층에도 이용할 수 있다.
도 9의 중앙의 층에 나타나는 바와 같이, 유리 섬유 프리프레그(8)는 접합부가 없는 연속 프리프레그로서, 섬유 강화 복합 재료 성형체의 전체 면에 퍼져서 존재해도 된다. 또한, 전자파 투과성의 관점에서, 상기 접합부가 없는 연속 프리프레그로서는 비도전성 섬유 등의 전자파 투과 프리프레그이면 유리 섬유 프리프레그에 한정되지 않는다.
도 10과 같이, 연장 방향으로 접합되는 프리프레그의 한쪽이 90°, 다른 쪽이 0°가 되도록, 각 프리프레그의 섬유 방향이 직교하도록 접합시키는 것은, 본 발명의 섬유 강화 복합 재료의 외관을 양호한 것으로 하기 위한 바람직한 형태이다. 연장 방향으로 접합되는 프리프레그의 양쪽이 0°인 경우에는, 접합부에 있어서 프리프레그 사이에 미소한 공극이 생긴 경우에, 성형 시의 매트릭스 수지의 경화 수축에서 유래하는 미소한 함몰이 섬유 강화 복합 재료 성형체 표면에 생기기 쉬운 한편, 연장 방향으로 접합되는 프리프레그의 양쪽이 90°인 경우에는, 성형 시의 매트릭스 수지와 강화 섬유의 이동에서 유래하는 미소한 흐트러짐이 섬유 강화 복합 재료 성형체 표면에 생기기 쉽다.
또한, 최외층의 접합부에 균열이 발생한 경우의 균열의 전파를 억제하기 위해서, 최외층의 전자파 차폐 프리프레그와 전자파 투과 프리프레그의 접합선이 두께 방향에서 접하는 프리프레그의 섬유 배향은 0° 방향이며, 최외층에 접하는 내층의 전자파 차폐 프리프레그와 전자파 투과 프리프레그의 접합선은, 최외층의 접합선과 동일선 상에 겹치지 않는 것이 바람직하다.
유리 섬유 부분(전자파 투과부)의 폭은 내장 안테나 사이즈에 맞출 필요가 있으며, 10∼50mm 정도이다. 유리 섬유 부분과 탄소 섬유 부분이 중첩되는 폭은 5∼20mm 정도가 바람직하다.
섬유 강화 복합 재료 성형체의 두께는 1.2mm 이하인 것이 바람직하고, 0.6mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
다음으로 본 발명의 실시형태에 따른 복합 재료 성형체(도 2)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
<섬유 강화 UD 프리프레그의 적층>
우선, 탄소 섬유에 열경화성 수지 조성물을 함침시킨 탄소 섬유 프리프레그 및 유리 섬유에 열경화성 수지 조성물을 함침시킨 유리 섬유 프리프레그를, 필요한 치수로 절단한다. 소정의 적층 구성이 얻어지도록, 하층으로부터 순서대로 적층한다.
<프레스 성형>
프레스 성형법의 상형 및 하형에는 평활 형상의 형을 이용할 수 있다. 또한, 원하는 구조 및 의장을 얻기 위해서, 형의 일부가 볼록 형상 또는 오목 형상인 형을 이용할 수도 있다. 진공백 성형법의 경우에는 상형을 이용하지 않는다. 금형을 닫고 상형 및 하형에 의해서 프리프레그의 적층체를 가압하면서 가열 성형한다. 성형 후에, 경화된 프리프레그의 적층체를 탈형하여, 탄소 섬유 부분(전자파 차폐부)과 유리 섬유 부분(전자파 투과부)이 일체 성형된 박판을 얻는다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은 실시예에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 있어서는, 탄소 섬유 프리프레그(일방향재)로서, 미쓰비시레이온(주)제, 제품명: TR352E115S(열경화성 수지: 에폭시 수지 #352(미쓰비시레이온(주)제), 강화 섬유: 탄소 섬유(미쓰비시레이온(주)제, 제품명: TR50S))를 이용하고, 유리 섬유 프리프레그(일방향재)로서, 미쓰비시레이온(주)제, 제품명: GE352E135S(열경화성 수지: 에폭시 수지 #352(미쓰비시레이온(주)제), 강화 섬유: 유리 섬유(유니티카(주)제, 제품명: DR-235))를 이용했다.
유리 섬유 프리프레그(직물재)로서는, 유리 섬유 직물(유니티카(주)제, 제품명: KS1020)에 열경화성 수지(에폭시 수지 #352(미쓰비시레이온(주)제))를 함침시킨 직물 프리프레그를 이용했다.
(실시예 1)
도 3에 나타내는 섬유 강화 복합 재료 성형체가 얻어지도록, 0° 방향의 탄소 섬유 프리프레그(일방향재)와 0° 방향의 유리 섬유 프리프레그(일방향재)가 연장 방향으로 접합됨으로써 형성되는 0° 방향의 프리프레그 접합 시트와, 90° 방향의 탄소 섬유 프리프레그(일방향재)와 90° 방향의 유리 섬유 프리프레그(일방향재)가 연장 방향으로 접합됨으로써 형성되는 90° 방향의 프리프레그 접합 시트가 [90°/0°/0°/0°/0°/90°]의 순서가 되도록 6층 적층한 적층체를 제작했다. 이때, 탄소 섬유 프리프레그와 유리 섬유 프리프레그의 접합부(접합선)는 도 3과 같이 접합 중심(P)으로부터 10mm씩 비키어 놓여 있다. 또한, 한쪽의 단부에 유리 섬유 프리프레그가 배치되어 있다. 이어서, 하형 및 상형에 의해서 프리프레그를 140℃에서 가열하면서 3MPa의 압력으로 60분간 프레스하여, 상기 프리프레그의 적층체를 일체 경화시켰다. 압축 성형 후, 금형을 열어, 두께 0.60mm의 박판 형상의 섬유 강화 복합 재료 성형체(11)를 얻었다.
(실시예 2)
탄소 섬유 프리프레그와 유리 섬유 프리프레그의 접합선의 위치를 도 4와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 두께 0.60mm의 박판 형상의 섬유 강화 복합 재료 성형체(21)를 얻었다.
(실시예 3)
실시예 1의 구성으로부터, 최외층의 유리 섬유 프리프레그를 일방향재로부터 직물재로 변경하고, 최외층 이외의 접합 위치를 변경하는 것에 의해, 도 5와 같은 섬유 강화 복합 재료 성형체(31)가 얻어진다.
(실시예 4)
실시예 2의 최외층의 유리 섬유 프리프레그를 일방향재로부터 직물재로 변경하는 것에 의해, 도 6과 같은 섬유 강화 복합 재료 성형체(41)가 얻어진다.
(실시예 5)
실시예 3의 최외층 이외의 유리 섬유 프리프레그를 일방향재로부터 직물재로 변경하는 것에 의해, 도 7과 같은 섬유 강화 복합 재료 성형체(51)가 얻어진다.
(실시예 6)
실시예 4의 최외층 이외의 유리 섬유 프리프레그를 일방향재로부터 직물재로 변경하고, 외측으로부터 2층째와 3층째의 접합선의 위치를 교체하는 것에 의해, 도 8과 같은 섬유 강화 복합 재료 성형체(61)가 얻어진다.
(실시예 7)
실시예 1의 적층 구성의 대칭 중심에, 0° 방향으로 정렬된 유리 섬유를 갖는 유리 섬유 프리프레그(일방향재)만으로 형성되는 층을 더한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 두께 0.70mm의 박판 형상의 도 9와 같은 섬유 강화 복합 재료 성형체(71)를 얻었다.
(실시예 8)
최외층의 유리 섬유 프리프레그(일방향재)의 섬유의 방향이 90° 방향이 되도록, 또한 최외층의 탄소 섬유 프리프레그(일방향재)의 섬유의 방향이 0° 방향이 되도록 유리 섬유 프리프레그와 탄소 섬유 프리프레그를 접합시켰다. 또한, 외측으로부터 2층째의 유리 섬유 프리프레그(일방향재)의 섬유의 방향이 0° 방향이 되도록, 탄소 섬유 프리프레그(일방향재)의 섬유의 방향이 90° 방향이 되도록 유리 섬유 프리프레그와 탄소 섬유 프리프레그를 접합시켰다. 나아가, 그들 접합선의 위치가 도 10과 같이 10mm씩 비키어 놓여 배치되도록 제작했다. 또한, 내측 5층은 0° 방향의 유리 섬유 프리프레그(일방향재)만으로 형성되는 2개의 층과 90° 방향의 유리 섬유 프리프레그(일방향재)만으로 형성되는 3개의 층을 [0°/90°/90°/90°/0°]의 순서가 되도록 적층하여, 도 10에 나타내는 적층체를 준비했다. 그 후, 실시예 1과 마찬가지의 성형을 행하여, 두께 0.90mm의 박판 형상의 섬유 강화 복합 재료 성형체(81)를 얻었다.
전술한 실시예에서 나타내는 구성을 갖는 섬유 강화 복합 재료 성형체는 모두 충분한 강성을 유지하면서 박육화 및 경량화될 수 있었다. 또한, 모든 구성의 섬유 강화 복합 재료 성형체가, 섬유 강화 복합 재료 성형체의 두께 방향의 모든 층이 전자파를 투과하는 층(유리 섬유 프리프레그)만으로 형성되는 전자파 투과부를 갖고 있다. 따라서, 모든 구성의 섬유 강화 복합 재료 성형체에 있어서 양호하게 전자파를 투과시킬 수 있다.
본 발명의 복합 재료 성형체는 PC 등의 전기 전자 기기의 하우징체로서 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 복합 재료 성형체는 경량화가 요구되는 항공기 부품, 자동차 부품, 건재, 가전 기기 및 의료 기기 등에도 적용할 수 있다.
1, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81: 섬유 강화 복합 재료 성형체
2: 전자파 차폐부
3: 전자파 투과부
4: 프리프레그 접합 시트
5: 탄소 섬유 프리프레그 일방향재 90°
6: 탄소 섬유 프리프레그 일방향재 0°
7: 유리 섬유 프리프레그 일방향재 90°
8: 유리 섬유 프리프레그 일방향재 0°
17: 유리 섬유 프리프레그 직물재 경사 90°
18: 유리 섬유 프리프레그 직물재 경사 0°
20: 탄소 섬유 프리프레그(전자파 차폐 프리프레그)
30: 유리 섬유 프리프레그(전자파 투과 프리프레그)
Q: 접합선

Claims (12)

  1. 박판 형상의 섬유 강화 복합 재료 성형체로서,
    도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 차폐 프리프레그와,
    비도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 투과 프리프레그와,
    상기 섬유 강화 복합 재료 성형체의 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 제 1 접합선을 통해서 접합되어 형성되는 제 1 층과,
    상기 제 1 층 상에 형성되며, 상기 접합선의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 상기 전자파 투과 프리프레그를 갖는 제 2 층과,
    상기 두께 방향에 있어서 상기 전자파 차폐 프리프레그를 포함하지 않는 전자파 투과부를 구비하는 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층이, 상기 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 제 2 접합선을 통해서 접합되어 형성되어 있고,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층이 적층된 상태에 있어서, 상기 제 1 접합선의 양 단부와 상기 제 2 접합선의 양 단부는 서로 동일선 상에 겹치지 않도록 배치되어 있는 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 상기 제 1 층과는 반대측에 형성되며, 상기 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 접합선을 통해서 접합되어 형성되는 제 3 층을 추가로 구비하고,
    상기 제 2 층이 상기 전자파 투과 프리프레그만으로 형성되는 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그가 일방향 프리프레그인 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 층을 구성하는 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그의 섬유 배향 방향이 직교하도록 배치되는 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 층이 일방향 프리프레그로 구성되고,
    인접하는 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 일방향 프리프레그의 섬유 배향 방향이 서로 직교하도록 적층되는 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자파 차폐 프리프레그가 일방향 프리프레그이며, 상기 전자파 투과 프리프레그가 직물 프리프레그인 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유가 탄소 섬유인 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비도전성 섬유가 유리 섬유인 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두께가 1.2mm 이하인 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두께가 0.6mm 이하인 섬유 강화 복합 재료 성형체.
  12. 도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 차폐 프리프레그와, 비도전성 섬유와 열경화성 매트릭스 수지로 이루어지는 전자파 투과 프리프레그를 준비하고,
    상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그를 두께 방향과는 직교하는 방향으로 접합하여 제 1 층을 제작하고,
    상기 제 1 층의 상기 전자파 차폐 프리프레그와 상기 전자파 투과 프리프레그의 접합선의 적어도 일부를 덮도록 배치된 상기 전자파 투과 프리프레그를 갖는 제 2 층을 상기 제 1 층 상에 형성하여, 상기 제 1 층과 제 2 층을 포함하는 적층체를 형성하고,
    상기 적층체를 경화시키는 섬유 강화 복합 재료 성형체의 제조 방법.
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