KR20160047636A - 유리섬유 복합소재 제조방법 및 그 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법 - Google Patents

유리섬유 복합소재 제조방법 및 그 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공급되는 유리섬유원단을 수계의 코팅용액에 침적한 후, 수계의 코팅용액이 코팅된 유리섬유원단의 표면에 열가소성 필름을 융착하여, 유리섬유 복합소재를 제조하도록 해, 유리섬유원단에 코팅되는 코팅재의 고른 분산도를 보이기에, 제조된 복합소재의 기계적 강도가 개선된 유리섬유 복합소재를 제공하고, 또한 유리섬유원단에 코팅되는 코팅용액이 수계인 관계로 종래보다 친환경적으로 제조 가능한 유리섬유 복합소재 제조방법을 제공하고, 또한 열가소성 플라스틱을 보강재로 사용하던 하우징에 비해 유리섬유 복합소재를 사용함으로써 하우징의 취성이 약한 특정부위의 크랙 및 손상 방지하고, 하우징을 제조할 시, 유리섬유 복합소재에만 순간 가열하고 무늬시트가 배치되는 상부금형을 상온 또는 냉각함으로써 외관면에 나타나는 무늬시트가 열에 의한 변색/변형을 방지하는 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법을 제공한다.

Description

유리섬유 복합소재 제조방법 및 그 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법{Method manufacture of glass fiber mat reinforced thermoplastics and housing with an external method of fiberglass composite material}
본 발명은 유리섬유 복합소재 제조방법 및 그 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공급되는 유리섬유원단을 수계의 코팅용액에 침적한 후, 수계의 코팅용액이 코팅된 유리섬유원단의 표면에 열가소성 필름을 융착하는 유리섬유 복합소재에 무늬시트를 열압착하여 프레스 성형으로 하우징을 제조하는 유리섬유 복합소재 제조방법 및 그 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 강화복합체는 가볍고, 단단하며, 인장능력 및 탄성력 등과 같은 기계적 성질이 우수하여 항공기 본체나 우주선 동체와 같은 특수한 목적으로 사용되고 있다.
종래의 유리섬유지지체나 탄소섬유지지체는 그 자체로도 뛰어난 인장특성 및 강도를 갖지만 이들이 고분자와 결합하면 그 성능이 더욱 우수하게 됨으로, 주로 강화 복합체의 재료로 많이 사용되며, 탄소섬유지지체와 유리섬유지지체를 동시에 에폭시와 같은 고분자 물질과 화학적으로 결합시켜 제조하기도 한다.
보통 유리섬유지지체와 탄소섬유지지체의 함유량과 고분자의 함유량을 조절하여 기계적 특성에 맞게 합성하는 것이 일반적인데, 진공 상태에서 고분자 액체를 두 섬유의 결합체에 흘려보내면서 단단하게 굳히거나, 압출성형장치를 이용하여 고압 상태에서 화학적 결합을 완성하는 방식이 주로 이용된다.
이와 같은 방식의 강화복합체의 경우 섬유 물질과 고분자 간의 결합 과정에서 생성될 수 있는 기포가 복합체의 기계적 특성을 악화시키는 주요 원인이 될 수 있어 복합체의 제조 방식에서 중요한 요소가 된다.
최근에는 강화복합체의 기계적 특성을 향상시키기 위한 방법으로 나노튜브나 나노섬유 또는 나노입자 등과 같은 형태의 탄소나노물질을 복합체에 같이 혼합하는 탄소나노강화복합체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화되어 시판되고 있다.
이와 관련한 종래의 기술로는 공개특허 제10-2013-0091496호(2013.08.19)에서는 매트릭스 수지에 탄소나노튜브가 분산된 수지 조성물을 탄소섬유 토우 또는 탄소섬유 직물에 함침시켜 이루어진 탄소섬유 프리프레그를 제공하였다.
또한 환경적인 문제를 고려하여 유리섬유를 대체하는 바이오 물질과 나노물질의 결합을 통한 고성능 바이오 강화 복합체에 대한 관심과 연구도 진행되고 있는 실정이다.
그러나 상기와 같은 기존 방법들에서는 탄소나노물질을 복합체에 첨가하기 전에 사전 전처리 과정이 반드시 필요하다.
다시 말해 나노물질들은 합성단계에서 서로 엉켜있는 번들(bundle) 형태로 합성되었거나, 반데르발스의 힘(Van der Waals's force)에 의해 그룹(group) 형태로 뭉쳐있는 경우가 대부분이며, 특히 정제 과정에서 산처리 과정 등 액체 속에 담궜다가 건조되는 과정에서 반데르발스의 힘의 영향을 더욱 많이 받게 되어 다시 뭉치는 현상을 보인다.
그러므로 이들을 우선 사전에 분산하거나 정제하는 기술이 필수적이다.
또한 사전에 충분히 분산시켰다 하더라도 고분자와의 결합 과정에서 다시 뭉침 현상이 발생할 수 있어 균일하게 나노 물질이 분산된 복합체를 얻기가 쉽지 않다.
또한 균일한 분산이 이루어지지 않을 경우에는 복합체의 기계적 성질이 각 위치마다 달라질 수 있는 중대한 문제점도 내포하게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 유리섬유원단에 코팅되는 코팅액을 수계인 잉크로 코팅하여, 유리섬유원단에 코팅되는 코팅재의 고른 분산도를 보여, 제조된 복합소재의 기계적 강도가 개선된 유리섬유 복합소재를 제공하고, 또한 유리섬유원단에 코팅되는 코팅용액이 수계인 관계로 종래보다 친환경적으로 제조 가능한 유리섬유 복합소재 제조방법을 제공한다.
또한 열가소성 플라스틱을 보강재로 사용하던 하우징에 비해 유리섬유 복합소재를 사용함으로써, 하우징의 취성이 약한 특정부위의 크랙 및 손상 방지하고, 하우징을 제조할 시, 유리섬유 복합소재에만 순간 가열하고 무늬시트가 배치되는 상부금형을 상온 또는 냉각함으로써 외관면에 나타나는 무늬시트가 열에 의한 변색/변형을 방지하는 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유리섬유 복합소재 제조방법은 a)준비된 유리섬유원단을 공급하는 단계와, b)유리섬유원단을 수계의 코팅용액이 수용된 수조에 지정시간 동안 침적하는 단계와, c)수계의 코팅용액에 침적된 유리섬유원단을 상기 수조에서 습득하는 단계와, d)상기 수조에서 습득한 유리섬유원단 표면에 잔존하는 여분의 코팅용액을 닥터블레이드 또는 바코터로 밀어 제거하는 단계와, e)표면에 잔존하는 코팅용액이 제거된 유리섬유원단을 열풍오픈에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조하는 단계와, f)열풍으로 건조된 유리섬유원단의 표면에 열가소성 필름을 적층하는 단계 및 g)표면에 열가소성 필름이 적층된 유리섬유원단을 핫프레스에 수용한 후, 핫프레스로 열압착을 실시해 유리섬유원단의 표면에 열가소성 필름을 일체로 융착하는 단계를 포함하여 유리섬유 복합소재를 완성한다.
이때 본 발명에 따른 상기 수계의 코팅용액은 탄소나노튜브 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 탄소나노튜브가 0.1wt%로 분산처리된 탄소나노튜브잉크용액이거나,
본 발명에 따른 상기 수계의 코팅용액은 카본나노섬유 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 카본나노섬유가 0.1wt%로 분산처리된 카본나노섬유잉크용액이거나,
본 발명에 따른 상기 수계의 코팅용액은 은나노와이어 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 쉐이커로 쉐이킹하여 은나노와이어가 0.1wt%로 분산처리된 은나노와이어잉크용액이거나,
본 발명에 따른 상기 수계의 코팅용액은 그래핀 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 1차분산처리하고, 초음파분산기로 초음파를 가해 2차분산처리하며, 용기를 쉐이커로 쉐이킹하여 그래핀이 0.1wt%로 분산처리된 그래핀잉크용액일 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 열가소성 필름은 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이다.
더불어 본 발명에 따른 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법은 ⅰ)상기한 단계로 제조된 유리섬유 복합소재를 제공하는 단계와, ⅱ)상기 유리섬유 복합소재의 상면에 무늬시트를 적층한 후, 핫프레스로 열압착하는 단계와, ⅲ)상기 무늬시트가 열압착된 유리섬유 복합소재를 하우징 성형 프레스금형에 수용한 후, 프레스 성형 공정을 실시하여, 하우징의 제조를 완료하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 유리섬유 복합소재 제조방법 및 그 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법은 유리섬유원단에 코팅되는 코팅액을 수계인 잉크로 코팅하여, 유리섬유원단에 코팅되는 코팅재의 고른 분산도를 보여, 제조된 복합소재의 기계적 강도가 개선된 유리섬유 복합소재를 제공하는 효과를 가진다.
그리고 유리섬유원단에 코팅되는 코팅용액이 수계인 관계로 종래보다 친환경적으로 제조 가능한 효과를 가진다.
또한 열가소성 플라스틱을 보강재로 사용하던 하우징에 비해 유리섬유 복합소재를 사용함으로써 하우징의 취성이 약한 특정부위의 크랙 및 손상 방지하는 효과를 가진다.
더불어 하우징을 제조할 시, 유리섬유 복합소재에만 순간 가열하고 무늬시트가 배치되는 상부금형을 상온 또는 냉각함으로써 외관면에 나타나는 무늬시트가 열에 의한 변색/변형을 방지하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명 유리섬유 복합소재 제조방법의 실시 과정을 롤투롤 방식으로 간략하게 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명 유리섬유 복합소재 제조방법의 다른 실시 과정을 간략하게 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 지정 크기로 재단된 유리섬유에 수계의 코팅용액을 침적한 후, 수계의 코팅용액이 코팅된 유리섬유원단의 표면에 열가소성 필름을 융착하여 유리섬유 복합소재를 제조하는 것으로, 도면을 참조하여 그 과정을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 유리섬유 복합소재 제조방법을 롤투롤 방식으로 실시되는 과정을 살펴보면,
먼저 수계의 코팅용액(30)을 수조(20)에 준비하고, a)단계로, 롤에 권취되어 준비된 유리섬유원단(10)을 공급한다.
이때 상기 유리섬유원단(10)의 공급이 일정하게 유지되도록, 상기 유리섬유원단(10)이 권취된 롤의 회전속도가 가변될 수도 있다.
그리고 b)단계로, 상기 a)단계에 의해 공급되는 유리섬유원단(10)을 수계의 코팅용액(30)이 수용된 수조(20)에 지정시간 동안 침적한다.
이때 수계의 코팅용액(30)은 100g이 수조(20)에 수용되는 것이 바람직하고, 침적 시간은 10초 동안 실시하는 것이 바람직하다.
따라서 10초 동안 수계의 코팅용액(30)에 유리섬유원단(10)이 침지되도록, 유리섬유원단(10)의 공급 속도가 제어될 수 있다.
그리고 c)단계로, 상기 b)단계에 의해 10초 동안 수계의 코팅용액(30)에 침적된 유리섬유원단(10)을 상기 수조에서 습득한다.
그리고 d)단계로, 상기 c)단계에 의해 상기 수조(20)에서 습득한 유리섬유원단(10) 표면에 잔존하는 여분의 코팅용액(30)을 닥터블레이드(40)로 밀어 제거한다.
이때 상기 닥터블레이드(40)는 상기 유리섬유원단(10)의 상면 및 저면에 각각 배치되어, 상기 유리섬유원단(10)의 상면 및 저면을 밀어 여분의 코팅용액(30)을 제거하거나, 상기 유리섬유원단(10)의 상면 및 저면을 동시에 밀어 여분의 코팅용액(30)을 제거할 수 있다.
그리고 e)단계로, 상기 d)단계에 의해 표면에 잔존하는 수계의 코팅용액(30)이 제거된 유리섬유원단(10)을 열풍오픈(50) 내에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조한다.
이때 오븐(50)의 내부 예열온도는 100℃이고, 오븐(50) 내에 수계의 코팅용액(30)이 코팅된 유리섬유원단(10)을 수용한 후 1분 동안 열풍을 상기 유리섬유원단(10)에 가해 수계의 코팅용액(30)이 건조되어 수계의 코팅용액(30)이 코팅된 유리섬유원단(11)이 되도록 한다.
그리고 f)단계로, 상기 e)단계에 의해 열풍으로 건조되어 코팅제가 코팅된 유리섬유원단(11)의 표면에 열가소성 필름(12)을 적층 압착한다.
이때 상기 열가소성 필름(12)은 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름으로, 상기 TPU(열가소성 폴리우레탄)필름(12)은 수계의 코팅용액(30)이 코팅된 유리섬유원단(11)을 중심으로 상,하측면에 적층되도록, 롤에 권취되어 이송롤러에 의해 공급되는 것이 바람직하고, 온도 250℃로 예열된 압착롤(핫프레스: 60)로 압연하여, 유리섬유원단(11)과 TPU(열가소성 폴리우레탄)필름(12)들이 일체로 서로 융착되어, 유리섬유 복합소재(13) 제조를 완료한다.
다음으로 상기한 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징(휴대폰 케이스, 자동차 내외장재, 가전제품 케이스 등) 제조방법을 살펴보면,
먼저 ⅰ)단계로 본 발명에 따른 상기한 단계들로 제조된 상기 유리섬유 복합소재(13)를 제공한다.(S200)
그리고 ⅱ)단계로, ⅰ)단계(S200)에 의해 제공된 상기 유리섬유 복합소재(13)의 상면에 무늬시트(14)를 적층한 후, 핫프레스로 열압착한다.(S210)
이때 상기 무늬시트(14)는 리얼 우드 시트, 패브릭, 한지, 세라믹 시트 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 핫프레스 역시, 압착롤을 이용한 롤프레스 방식으로 실시할 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기 무늬시트(14)를 상기 유리섬유 복합소재(13)의 상면에 적층한다고 기재하나, 이에 한정하지 않고 필요에 따라 상기 유리섬유 복합소재(13)의 상, 하면 모두 적층 가능하다.
그리고 ⅲ)단계로, ⅱ)단계(S210)에 의해 상기 무늬시트(14)가 열압착된 유리섬유 복합소재(13)를 하우징 성형 프레스금형에 수용한 후, 프레스 성형 공정을 실시하여, 하우징의 제조를 완료한다.(S220)
이때 프레스금형은 상,하부금형으로 구분되고, 프레스금형의 온도를 상온으로 유지하여 무늬시트(14)의 손상을 방지하고, 유리섬유 복합소재(13)가 위치하는 배면, 즉 하부금형는 프레스 성형을 실시할 시, 고온으로 순간 예열되어 하측에 위치하는 유리섬유 복합소재(13)만을 가열하여 성형함으로써 표면 외관 소재의 손상 없이 성형할 수 있다.
여기서 상기 하부금형의 순간가열온도는 800~1200℃이고, 순간가열시간은 3~20초이며, 프레스 성형은 2~10초 내에서 이루어진다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 유리섬유 복합소재 제조방법을 다른 실시되는 과정을 살펴보면,
먼저 a)단계로, 유리섬유원단(10)을 지정크기로 재단하여 공급한다.
이때 상기 유리섬유원단(10)의 재단 크기는 한정을 하지 않으나, 본 발명에서는 유리섬유원단(10)을 가로, 세로 각각 200mm로 재단하여 준비한 것을 기준으로 설명한다.
그리고 b)단계로, 상기 a)단계에 의해 공급되는 유리섬유원단(10)을 수계의 코팅용액(30)이 수용된 수조(20)에 지정시간 동안 침적한다.
이때 수계의 코팅용액(30)은 100g이 수조(20)에 수용되는 것이 바람직하고, 침적 시간은 30초 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 c)단계로, 상기 b)단계에 의해 30초 동안 수계의 코팅용액(30)에 침적된 유리섬유원단(10)을 상기 수조에서 습득한다.
그리고 d)단계로, 상기 c)단계에 의해 상기 수조(20)에서 습득한 유리섬유원단(10) 표면에 잔존하는 여분의 코팅용액(30)을 바코터(40)로 밀어 제거한다.
이때 상기 바코터(40)는
의 바코터(40)가 사용되고, 상기 유리섬유원단(10)의 상면 및 저면을 각각 바코터(40)로 밀어 여분의 코팅용액(30)을 제거하거나, 상기 유리섬유원단(10)의 상면 및 저면을 동시에 바코터(40)로 밀어 여분의 코팅용액(30)을 제거할 수 있다.
그리고 e)단계로, 상기 d)단계에 의해 표면에 잔존하는 수계의 코팅용액(30)이 제거된 유리섬유원단(10)을 열풍오픈(50) 내에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조한다.
이때 열풍오븐(50)의 내부 예열온도는 100℃로, 열풍을 5분 동안 코팅용액이 코팅된 유리섬유원단(10)에 제공하여 코팅용액이 건조되어 코팅제가 표면에 코팅된 유리섬유원단(11)을 제공한다.
그리고 f)단계로, 상기 e)단계에 의해 열풍으로 건조되어 코팅제가 코팅된 유리섬유원단(11)의 표면에 열가소성 필름(12)을 적층한다.
이때 상기 열가소성 필름(12)은 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름으로, 코팅제가 코팅된 유리섬유원단(11)의 상면 및 저면에 각각 적층하는 것이 바람직하다.
그리고 g)단계로, 상기 f)단계에 의해 표면에 열가소성 필름(12)이 적층된 유리섬유원단(11)을 핫프레스(60)에 수용한 후, 핫프레스(60)로 열압착을 실시해 유리섬유원단(11)의 표면에 열가소성 필름(12)을 일체로 융착한다.
이때 상기 핫프레스(60)의 열압착 조건으로는 상기 핫프레스(60)가 온도 250℃로, 20bar의 압력으로 5분간 열가소성 필름(12)과 유리섬유원단(11)을 핫프레싱하고, 5분이 경과 하면, 핫프레스(60)를 150℃로 낮추어 표면에 열가소성 필름(12)이 융착된 유리섬유원단(11)을 핫프레스에서 습득하는 것으로 유리섬유 복합소재(13) 제조를 완료한다.
그리고 상기한 과정으로 제조되는 유리섬유 복합소재가 지정 형상으로 성형되어야 할 경우, 열가소성 필름과 유리섬유원단을 융착시키는 핫프레스의 금형틀에 따라 성형되도록 할 수 있다.
다음으로 상기한 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징(휴대폰 케이스, 자동차 내외장재, 가전제품 케이스 등) 제조방법을 살펴보면,
먼저 ⅰ)단계로 본 발명에 따른 상기한 단계들로 제조된 상기 유리섬유 복합소재(13)를 제공한다.(S200)
그리고 ⅱ)단계로, ⅰ)단계(S200)에 의해 제공된 상기 유리섬유 복합소재(13)의 상면에 무늬시트(14)를 적층한 후, 핫프레스로 열압착한다.(S210)
이때 상기 무늬시트(14)는 리얼 우드 시트, 패브릭, 한지, 세라믹 시트 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 핫프레스는 프레스금형 자체가 지정온도로 발열하는 방식으로 실시할 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기 무늬시트(14)를 상기 유리섬유 복합소재(13)의 상면에 적층한다고 기재하나, 이에 한정하지 않고 필요에 따라 상기 유리섬유 복합소재(13)의 상, 하면 모두 적층 가능하다.
그리고 ⅲ)단계로, ⅱ)단계(S210)에 의해 상기 무늬시트(14)가 열압착된 유리섬유 복합소재(13)를 하우징 성형 프레스금형에 수용한 후, 프레스 성형 공정을 실시하여, 하우징의 제조를 완료한다.(S220)
이때 프레스금형은 상,하부금형으로 구분되고, 프레스금형의 온도를 상온으로 유지하여 무늬시트(14)의 손상을 방지하고, 유리섬유 복합소재(13)가 위치하는 배면, 즉 하부금형는 프레스 성형을 실시할 시, 고온으로 순간 예열되어 하측에 위치하는 유리섬유 복합소재(13)만을 가열하여 성형함으로써 표면 외관 소재의 손상 없이 성형할 수 있다.
여기서 상기 하부금형의 순간가열온도는 800~1200℃이고, 순간가열시간은 3~20초이며, 프레스 성형은 2~10초 내에서 이루어진다.
더불어 본 발명에서의 유리섬유 복합소재 제조방법은 수계의 코팅용액으로 탄소나노튜브잉크용액, 카본나노섬유잉크용액, 은나노와이어잉크용액 및 그래핀잉크용액으로 실시할 수 있는데, 상기한 탄소나노튜브잉크용액, 카본나노섬유잉크용액, 은나노와이어잉크용액 및 그래핀잉크용액을 코팅용액으로 한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
수계의 코팅용액이 탄소나노튜브잉크용액일 경우,
먼저 탄소나노튜브잉크용액을 준비하는데, 상기 탄소나노튜브잉크용액은 탄소나노튜브 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 탄소나노튜브가 0.1wt%로 분산처리된 탄소나노튜브잉크용액으로 준비한다.
이때 탄소나노튜브는 침상이고, 길이 10~20um이며, 폭이 15~20nm 인 것을 한정하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 준비된 유리섬유원단을 공급한다.
이때 상기 유리섬유원단의 공급이 일정하게 유지되도록, 롤투롤 방식에서는 상기 유리섬유원단이 권취된 롤의 회전속도가 가변될 수도 있다.
그리고 공급되는 유리섬유원단을 탄소나노튜브가 0.1wt%로 분산처리된 탄소나노튜브잉크용액이 수용된 수조에 지정시간 동안 침적한다.
이때 탄소나노튜브잉크용액은 100g이 수조에 수용되는 것이 바람직하고, 침적 시간은 10~30초 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 10~30초 동안 탄소나노튜브잉크용액에 침적된 유리섬유원단을 상기 수조에서 습득한다.
그리고 상기 수조에서 습득한 유리섬유원단 표면에 잔존하는 여분의 탄소나노튜브잉크용액을 닥터블레이드 또는 바코터로 밀어 제거한다.
이때 상기 닥터블레이드 또는 바코터는 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 각각 밀어 여분의 탄소나노튜브잉크용액을 제거하거나, 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 동시에 밀어 여분의 탄소나노튜브잉크용액을 제거할 수 있다.
그리고 표면에 잔존하는 탄소나노튜브잉크용액이 제거된 유리섬유원단을 열풍오픈 내에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조한다.
이때 오븐의 내부 예열온도는 100℃이고, 오븐 내에 탄소나노튜브잉크용액이 코팅된 유리섬유원단을 수용한 후 지정시간 동안 열풍을 상기 유리섬유원단에 가해 탄소나노튜브잉크용액이 건조되어 탄소나노튜브가 코팅된 유리섬유원단이 되도록 한다.
그리고 열풍으로 건조되어 탄소나노튜브가 코팅된 유리섬유원단의 표면에 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름을 적층한다.
이때 제조완료된 유리섬유 복합소재가 두께가 0.5T되도록, 탄소나노튜브가 코팅된 유리섬유원단 3장과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름 4장을 서로 순차적으로 적층하는 것이 바람직하다.
그리고 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름과 순차적으로 적층된 유리섬유원단을 핫프레스에 수용한 후, 핫프레스로 열압착을 실시해 유리섬유원단과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 서로 일체로 융착된다.
이때 상기 핫프레스의 열압착 조건으로는 상기 핫프레스가 온도 250℃로, 20bar의 압력으로 5분간 핫프레싱을 실시하고, 핫프레싱을 실시한 지 5분을 경과 하면, 핫프레스를 150℃로 낮추어 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 일체로 융착된 유리섬유원단을 핫프레스에서 습득하는 것으로 유리섬유 복합소재 제조를 완료한다.
수계의 코팅용액이 카본나노섬유잉크용액일 경우,
먼저 카본나노섬유잉크용액을 준비하는데, 상기 카본나노섬유잉크용액은 카본나노섬유 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 카본나노섬유가 0.1wt%로 분산처리된 카본나노섬유잉크용액으로 준비한다.
이때 카본나노섬유는 침상이고, 길이 10~20um이며, 폭이 100~200nm 인 것을 한정하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 준비된 유리섬유원단을 공급한다.
이때 상기 유리섬유원단의 공급이 일정하게 유지되도록, 롤투롤 방식에서는 상기 유리섬유원단이 권취된 롤의 회전속도가 가변될 수도 있다.
그리고 공급되는 유리섬유원단을 카본나노섬유가 0.1wt%로 분산처리된 카본나노섬유잉크용액이 수용된 수조에 지정시간 동안 침적한다.
이때 카본나노섬유잉크용액은 100g이 수조에 수용되는 것이 바람직하고, 침적 시간은 10~30초 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 10~30초 동안 카본나노섬유잉크용액에 침적된 유리섬유원단을 상기 수조에서 습득한다.
그리고 상기 수조에서 습득한 유리섬유원단 표면에 잔존하는 여분의 카본나노섬유잉크용액을 닥터블레이드 또는 바코터로 밀어 제거한다.
이때 상기 닥터블레이드 또는 바코터는 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 각각 밀어 여분의 카본나노섬유잉크용액을 제거하거나, 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 동시에 밀어 여분의 카본나노섬유잉크용액을 제거할 수 있다.
그리고 표면에 잔존하는 카본나노섬유잉크용액이 제거된 유리섬유원단을 열풍오픈 내에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조한다.
이때 오븐의 내부 예열온도는 100℃이고, 오븐 내에 카본나노섬유잉크용액이 코팅된 유리섬유원단을 수용한 후 지정시간 동안 열풍을 상기 유리섬유원단에 가해 카본나노섬유잉크용액이 건조되어 카본나노섬유가 코팅된 유리섬유원단이 되도록 한다.
그리고 열풍으로 건조되어 카본나노섬유가 코팅된 유리섬유원단의 표면에 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름을 적층한다.
이때 제조완료된 유리섬유 복합소재가 두께가 0.5T되도록, 카본나노섬유가 코팅된 유리섬유원단 3장과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름 4장을 서로 순차적으로 적층하는 것이 바람직하다.
그리고 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름과 순차적으로 적층된 유리섬유원단을 핫프레스에 수용한 후, 핫프레스로 열압착을 실시해 유리섬유원단과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 일체로 서로 융착된다.
이때 상기 핫프레스의 열압착 조건으로는 상기 핫프레스가 온도 250℃로, 20bar의 압력으로 5분간 핫프레싱을 실시하고, 핫프레싱을 실시한 지 5분을 경과 하면, 핫프레스를 150℃로 낮추어 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 일체로 융착된 유리섬유원단을 핫프레스에서 습득하는 것으로 유리섬유 복합소재 제조를 완료한다.
수계의 코팅용액이 은나노와이어잉크용액일 경우,
먼저 은나노와이어잉크용액을 준비하는데, 은나노와이어잉크용액은 은나노와이어 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 쉐이커로 쉐이킹하여 은나노와이어가 0.1wt%로 분산처리된 은나노와이어잉크용액으로 준비한다.
이때 은나노와이어는 침상이고, 길이 10~15um이며, 폭이 10~20nm 인 것을 한정하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 준비된 유리섬유원단을 공급한다.
이때 상기 유리섬유원단의 공급이 일정하게 유지되도록, 롤투롤 방식에서는 상기 유리섬유원단이 권취된 롤의 회전속도가 가변될 수도 있다.
그리고 공급되는 유리섬유원단을 은나노와이어가 0.1wt%로 분산처리된 은나노와이어잉크용액이 수용된 수조에 지정시간 동안 침적한다.
이때 은나노와이어잉크용액은 100g이 수조에 수용되는 것이 바람직하고, 침적 시간은 10~30초 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 10~30초 동안 은나노와이어잉크용액에 침적된 유리섬유원단을 상기 수조에서 습득한다.
그리고 상기 수조에서 습득한 유리섬유원단 표면에 잔존하는 여분의 은나노와이어잉크용액을 닥터블레이드 또는 바코터로 밀어 제거한다.
이때 상기 바코터는 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 각각 밀어 여분의 은나노와이어잉크용액을 제거하거나, 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 동시에 밀어 여분의 은나노와이어잉크용액을 제거할 수 있다.
그리고 표면에 잔존하는 은나노와이어잉크용액이 제거된 유리섬유원단을 열풍오픈 내에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조한다.
이때 오븐의 내부 예열온도는 100℃이고, 오븐 내에 은나노와이어잉크용액이 코팅된 유리섬유원단을 수용한 후 지정시간 동안 열풍을 상기 유리섬유원단에 가해 은나노와이어잉크용액이 건조되어 은나노와이어가 코팅된 유리섬유원단이 되도록 한다.
그리고 열풍으로 건조되어 은나노와이어가 코팅된 유리섬유원단의 표면에 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름을 적층한다.
이때 제조완료된 유리섬유 복합소재가 두께가 0.5T되도록, 은나노와이어가 코팅된 유리섬유원단 3장과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름 4장을 서로 순차적으로 적층하는 것이 바람직하다.
그리고 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름과 순차적으로 적층된 유리섬유원단을 핫프레스에 수용한 후, 핫프레스로 열압착을 실시해 유리섬유원단과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 일체로 서로 융착된다.
이때 상기 핫프레스의 열압착 조건으로는 상기 핫프레스가 온도 250℃로, 20bar의 압력으로 5분간 핫프레싱을 실시하고, 핫프레싱을 실시한 지 5분을 경과 하면, 핫프레스를 150℃로 낮추어 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 일체로 융착된 유리섬유원단을 핫프레스에서 습득하는 것으로 유리섬유 복합소재 제조를 완료한다.
수계의 코팅용액이 그래핀잉크용액일 경우,
먼저 그래핀잉크용액을 준비하는데, 그래핀잉크용액은 그래핀 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 1차분산처리하고, 초음파분산기로 초음파를 가해 2차분산처리하며, 용기를 쉐이커로 쉐이킹하여 그래핀이 0.1wt%로 분산처리된 그래핀잉크용액으로 준비한다.
이때 그래핀은 판상이고, 길이 10~25um인 것을 한정하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 준비된 유리섬유원단을 공급한다.
이때 상기 유리섬유원단의 공급이 일정하게 유지되도록, 롤투롤 방식에서는 상기 유리섬유원단이 권취된 롤의 회전속도가 가변될 수도 있다.
그리고 공급되는 유리섬유원단을 그래핀이 0.1wt%로 분산처리된 그래핀잉크용액이 수용된 수조에 지정시간 동안 침적한다.
이때 그래핀잉크용액은 100g이 수조에 수용되는 것이 바람직하고, 침적 시간은 10~30초 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 10~30초 동안 그래핀잉크용액에 침적된 유리섬유원단을 상기 수조에서 습득한다.
그리고 상기 수조에서 습득한 유리섬유원단 표면에 잔존하는 여분의 그래핀잉크용액을 닥터블레이드 또는 바코터로 밀어 제거한다.
이때 상기 닥터블레이드 또는 바코터는 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 각각 밀어 여분의 그래핀잉크용액을 제거하거나, 상기 유리섬유원단의 상면 및 저면을 동시에 밀어 여분의 그래핀잉크용액을 제거할 수 있다.
그리고 표면에 잔존하는 그래핀잉크용액이 제거된 유리섬유원단을 열풍오픈 내에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조한다.
이때 오븐의 내부 예열온도는 100℃이고, 오븐 내에 그래핀잉크용액이 코팅된 유리섬유원단을 수용한 후 지정시간 동안 열풍을 상기 유리섬유원단에 가해 그래핀잉크용액이 건조되어 그래핀이 코팅된 유리섬유원단이 되도록 한다.
그리고 열풍으로 건조되어 그래핀이 코팅된 유리섬유원단의 표면에 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름을 적층한다.
이때 제조완료된 유리섬유 복합소재가 두께가 0.5T되도록, 그래핀이 코팅된 유리섬유원단 3장과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름 4장을 서로 순차적으로 적층하는 것이 바람직하다.
그리고 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름과 순차적으로 적층된 유리섬유원단을 핫프레스에 수용한 후, 핫프레스로 열압착을 실시해 유리섬유원단과 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 일체로 서로 융착된다.
이때 상기 핫프레스의 열압착 조건으로는 상기 핫프레스가 온도 250℃로, 20bar의 압력으로 5분간 핫프레싱을 실시하고, 핫프레싱을 실시한 지 5분을 경과 하면, 핫프레스를 150℃로 낮추어 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름이 일체로 융착된 유리섬유원단을 핫프레스에서 습득하는 것으로 유리섬유 복합소재 제조를 완료한다.
상기한 [실시예 1] 내지 [실시예 4]에 의해 제조된 각각의 유리섬유 복합소재를 굴곡강도 측정기로 측정한 결과 아래의 [표 1]과 같은 결과를 얻었다.
항목 TPU 필름 0.1wt% 탄소나노튜브 0.1wt% 카본나노섬유 0.1wt%은나노와이어 0.1wt% 그래핀
두께(mm) 0.64 0.52 0.56 0.51 0.55
굴곡강도(MPa) 117 154 262 278 136
강도개선(%) - 32 124 138 16
[표 1]에 도시한 바와 같이 측정 기준 소재로는 유리섬유원단에 TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름만을 융착한 것을 기준 소재로 선정하였는데, 탄소나노튜브, 카본나노섬유, 은나노와이어, 그래핀 모두 기준보다 향상된 굴곡강도를 보인다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 유리섬유원단
11: 수계의 코팅용액이 코팅된 유리섬유원단
12: 열가소성 필름
13: 유리섬유 복합소재
14: 무늬시트
20: 수조
30: 수계의 코팅용액
40: 닥터블레이드 또는 바코터
50: 열풍오븐
60: 핫프레스

Claims (8)

  1. a) 준비된 유리섬유원단을 공급하는 단계;
    b) 유리섬유원단을 수계의 코팅용액이 수용된 수조에 지정시간 동안 침적하는 단계;
    c) 수계의 코팅용액에 침적된 유리섬유원단을 상기 수조에서 습득하는 단계;
    d) 상기 수조에서 습득한 유리섬유원단 표면에 잔존하는 여분의 코팅용액을 닥터블레이드 또는 바코터로 밀어 제거하는 단계;
    e) 표면에 잔존하는 코팅용액이 제거된 유리섬유원단을 열풍오픈에 수용한 후, 열풍으로 지정시간 동안 건조하는 단계;
    f) 열풍으로 건조된 유리섬유원단의 표면에 열가소성 필름을 적층하는 단계; 및
    g) 표면에 열가소성 필름이 적층된 유리섬유원단을 핫프레스에 수용한 후, 핫프레스로 열압착을 실시해 유리섬유원단의 표면에 열가소성 필름을 일체로 융착하는 단계를 포함하여 유리섬유 복합소재를 완성하는 유리섬유 복합소재 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수계의 코팅용액은
    탄소나노튜브 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 탄소나노튜브가 0.1wt%로 분산처리된 탄소나노튜브잉크용액인 유리섬유 복합소재 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수계의 코팅용액은
    카본나노섬유 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 카본나노섬유가 0.1wt%로 분산처리된 카본나노섬유잉크용액인 유리섬유 복합소재 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수계의 코팅용액은
    은나노와이어 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 쉐이커로 쉐이킹하여 은나노와이어가 0.1wt%로 분산처리된 은나노와이어잉크용액인 유리섬유 복합소재 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수계의 코팅용액은
    그래핀 0.1g, 분산제 0.001g, 수용성 바인더 0.01g, 순수 99.89g을 지정 용기에 수용한 후, 용기를 냉각하면서 초음파분산기로 초음파를 가해 1차분산처리하고, 초음파분산기로 초음파를 가해 2차분산처리하며, 용기를 쉐이커로 쉐이킹하여 그래핀이 0.1wt%로 분산처리된 그래핀잉크용액인 유리섬유 복합소재 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가소성 필름은
    TPU(열가소성 폴리우레탄) 필름인 유리섬유 복합소재 제조방법.
  7. ⅰ)청구항 1항의 유리섬유 복합소재를 제공하는 단계;
    ⅱ)상기 유리섬유 복합소재의 상면에 무늬시트를 적층한 후, 핫프레스로 열압착하는 단계;
    ⅲ)상기 무늬시트가 열압착된 유리섬유 복합소재를 하우징 성형 프레스금형에 수용한 후, 프레스 성형 공정을 실시하여, 하우징의 제조를 완료하는 단계;를 포함하는 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 무늬시트는
    리얼 우드 시트, 패브릭, 한지, 세라믹 시트 중 어느 하나로 이루어진 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법.
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