KR20170027445A - 프리프레그용 열가소성 수지물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 프리프레그 열가소성 수지물은 (ⅰ) 열가소성 수지와 (ⅱ) 상기 열가소성 수지 내에 함유되어 있는 탄소물질들로 구성되며, 필름형태 이거나 칩(chip) 형태이다.
상기 탄소물질은 카본블랙, 그래핀, 그래핀 산화물, 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물이고, 열가소성 수지물내 탄소물질의 함량은 0.01~5중량%이다.
본 발명의 열가소성 수지물은 열용량이 높아 열손실이 최소화되기 때문에 용융된 열가소성 수지물의 흐름이 급격하게 저하되는 것을 방지할 수 있어서 프리프레그를 제조할 때 섬유기재 내에 용융된 열가소성 수지물을 균일하게 함침할 수 있고, 보온설비를 간소화활 수 있다.

Description

프리프레그용 열가소성 수지물{Thermoplastic resin material used in manufacturing prepreg}

본 발명은 프리프레그용 열가소성 수지물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열용량이 높아 용융시 열손실을 최소화할 수 있어서 프리프레그 제조를 위해 섬유기재 내로 용융된 열가소성 수지물을 함침시킬 때 용융된 열가소성 수지물의 흐름이 급격하게 저하되는 현상이 일어나지 않아 섬유기재 내에 열가소성 수지물을 균일하게 함침시킬 수 있는 프리프레그용 열가소성 수지물에 관한 것이다.

이하, 본 발명에서는 열가소성 수지 필름과 열가소성 수지 칩(chip)을 통칭하여 "열가소성 수지물"이라고 한다.

프리프레그(prepreg)는 섬유기재(Matrix) 내에 열경화성 수지 또는 열가소성 수지가 함침된 소재로서, 다양한 제품의 성형소재로 사용되고 있다.

프리프레그용 수지로는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지가 사용되고 있다.

프리프레그용 수지로 열경화성 수지를 사용하는 경우, 열경화성 수지가 함침온도인 80℃~120℃ 부근에서 점도가 낮아 섬유기재(Matrix) 내 수지함침 작업이 용이한 장점은 있으나, 열경화성 수지의 특성상 경화 후 재활용이 불가능하며, 이로 제조된 프리프레그의 보관기간이 짧아지는 문제 등이 있었다.

한편, 프리프레그용 수지로 열가소성 수지를 사용하는 경우, 열가소성 프리프레그는 리사이클(Recycle)이 가능하고 성형시 경화사이클(cycle)이 10분 이내로 아주 짧아 대량생산에 유리한 장점은 있으나, 열가소성 수지의 높은 점도 특성 때문에 이를 섬유기재(Matrix) 내에 함침하기 위해서는 200℃ 이상의 고온으로 열처리해야 하고 아울러 특별하게 보온하여 열손실을 방지해 주어야 하는 문제점이 있었다.

만약, 열가소성 수지를 고온으로 열처리한 후 보온을 효과적으로 하여 열손실을 방지해 주지 못하는 경우에는 용융된 열가소성 수지의 흐름이 급격하게 저하되어 섬유기재 내에 열가소성 수지를 균일하게 함침할 수 없는 문제가 발생 되었다.

그로 인해, 프리프레그용 수지로 열가소성 수지를 사용하는 경우에는 보온설비 등이 복잡해 지는 문제가 있었다.

본 발명의 과제는 열용량이 높아 용융된 상태에서 열손실을 최소화할 수 있는 프리프레그용 열가소성 수지물을 제조하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 프리프레그 제조시 복잡한 보온설비 없이도 섬유기재 내에 열가소성 수지물을 균일하게 함침시켜줄 수 있는 프리프레그용 열가소성 수지물을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 위해서, 본 발명에서는 열가소성 수지에 탄소물질을 첨가, 바람직하기로는 0.01~5중량% 첨가하여 열가소성 수지와 탄소물질을 포함하는 프리프레그용 열가소성 수지물을 제조한다.

상기 탄소물질로는 카본블랙, 그래핀, 그래핀산화물, 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물을 사용한다.

본 발명의 열가소성 수지물은 열용량이 높아 열손실이 최소화되기 때문에 용융된 열가소성 수지물의 흐름이 급격하게 저하되는 것을 방지할 수 있어서 프리프레그를 제조할 때 섬유기재 내에 용융된 열가소성 수지물을 균일하게 함침할 수 있고, 보온설비를 간소화활 수 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 프리프레그용 열가소성 수지물은 (ⅰ) 열가소성 수지와 (ⅱ) 상기 열가소성 수지 내에 함유되어 있는 탄소물질로 구성된다.

상기 열가소성 수지물은 열가소성 수지 필름형태일 수도 있어 열가소성 수지 칩(chip) 형태일 수도 있다.

상기 열가소성 수지물은 열가소성 수지를 중합하는 반응관 내에 상기 탄소물질을 첨가, 분산시킨 후 칩(chip) 형태 또는 필름 형태로 토출하는 방법 등으로 제조할 수 있다.

열가소성 수지물 내 탄소섬유의 함량은 0.01~5중량%인 것이 바람직하다.

상기 탄소섬유의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 열가소성 수지물의 열용량을 향상시키는 효과가 부족하게 되고, 상기 탄소섬유의 함량이 5중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 열용량 개선 없이 수지의 흐름성만 저하되어 섬유기재 내에 수지를 균일하게 함침시키기 어렵게 될 수 있다.

상기 탄소물질은 카본블랙, 그래핀, 그래핀산화물, 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물 등이다.

상기 열가소성 수지는 폴리아미드 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 열가소성 폴리우레탄 수지, 폴리락티드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 테프론 수지 또는 폴리에테르에테르케톤 수지 또는 이들의 혼합물 등이다.

다음으로는 본 발명의 프리프레그용 열가소성 수지물을 사용하여 열가소성 프리프레그를 제조하는 구현예들을 살펴보면 제1구현예로서, 섬유기재(Metrix) 들이 적층된 적층체들 사이에 본 발명의 프리프레그용 열가소성 수지 필름을 위치시킨 다음, 상기 프리프레그용 열가소성 수지 필름의 융점 보다 높은 온도로 가열하면서 가압하여 열가소성 프리프레그를 제조한다.

제2구현예로서, 섬유기재(Metrix)들이 적층된 적층체를 진공쳄버 내에 위치시킨 후 상기 진공쳄버 내로 본 발명의 프리프레그용 열가소성 수지 칩(chip)의 용융물을 공급하면서 진공쳄버의 온도를 높혀 상기 용융물을 섬유기재 내로 침투시켜 열가소성 프리프레그를 제조한다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나 하기 실시예는 본 발명의 구현일례일 뿐 본 발명의 보호범위가 하기 실시예만으로 한정, 해석되어서는 안된다.

실시예 1

탄소섬유 직물(섬유기재)의 상부면에 카본블랙이 0.05중량% 함유하는 폴리에스테르 수지 필름(프리프레그용 열가소성 수지물)을 적층시켜 제조한 복합재 5매를 차례로 적층시킨 다음 상기 폴리에스테르 수지 필름의 온도가 300℃가 되도록 가열한 후 20kg/㎠의 압력으로 가압하여 열가소성 수지 프리프레그를 제조하였다.

이때, 상기 복합재는 탄소섬유 직물 : 폴리에스테르 필름의 중량비율이 60중량% : 40중량%가 되도록 하였다.

제조된 열가소성 수지 프리프레그의 단위면적당 중량 변동율은 3% 이였고, 이로 부터 탄소섬유 직물(섬유기재) 내에 폴리에스테르 수지가 균일하게 함침되어 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 2

유리섬유 직물(섬유기재)의 상부면에 그래핀이 2.0중량% 함유하는 폴리프로필렌 수지 필름(프리프레그용 열가소성 수지물)을 적층시켜 제조한 복합재 5매를 차례로 적층시킨 다음 상기 폴리프로필렌 수지 필름의 온도가 220℃가 되도록 가열한 후 20kg/㎠의 압력으로 가압하여 열가소성 수지 프리프레그를 제조하였다.

이때, 상기 복합재는 유리섬유 직물 : 폴리프로필렌 필름의 중량비율이 60중량% : 40중량%가 되도록 하였다.

제조된 열가소성 수지 프리프레그의 단위면적당 중량 변동율은 2.9% 이였고, 이로 부터 유리섬유 직물(섬유기재) 내에 폴리프로필렌 수지가 균일하게 함침되어 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 3

아라미드 직물(섬유기재)의 상부면에 탄소나노튜브가 3.5중량% 함유하는 나일론 6 수지 필름(프리프레그용 열가소성 수지물)을 적층시켜 제조한 복합재 5매를 차례로 적층시킨 다음 상기 나일론 6 수지 필름의 온도가 250℃가 되도록 가열한 후 20kg/㎠의 압력으로 가압하여 열가소성 수지 프리프레그를 제조하였다.

이때, 상기 복합재는 아라미드 직물 : 나일론 6 필름의 중량비율이 60중량% : 40중량%가 되도록 하였다.

제조된 열가소성 수지 프리프레그의 단위면적당 중량 변동율은 2.5% 이였고, 이로 부터 아라미드 직물(섬유기재) 내에 나일론 6 수지가 균일하게 함침되어 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 4

탄소섬유 직물(섬유기재)의 상부면에 탄소나노튜브 4.8중량% 함유하는 폴리에스테르 수지 필름(프리프레그용 열가소성 수지물)을 적층시켜 제조한 복합재 5매를 차례로 적층시킨 다음 상기 폴리에스테르 수지 필름의 온도가 300℃가 되도록 가열한 후 20kg/㎠의 압력으로 가압하여 열가소성 수지 프리프레그를 제조하였다.

이때, 상기 복합재는 탄소섬유 직물 : 폴리에스테르 필름의 중량비율이 60중량% : 40중량%가 되도록 하였다.

제조된 열가소성 수지 프리프레그의 단위면적당 중량 변동율은 2.5% 이였고, 이로 부터 탄소섬유 직물(섬유기재) 내에 폴리에스테르 수지가 균일하게 함침되어 있는 것을 알 수 있었다.

비교실시예 1

탄소섬유 직물(섬유기재)의 상부면에 폴리에스테르 수지 필름(탄소물질 미함유)을 적층시켜 제조한 복합재 5매를 차례로 적층시킨 다음 상기 폴리에스테르 수지 필름의 온도가 300℃가 되도록 가열한 후 20kg/㎠의 압력으로 가압하여 열가소성 수지 프리프레그를 제조하였다.

이때, 상기 복합재는 탄소섬유 직물 : 폴리에스테르 필름의 중량비율이 60중량% : 40중량%가 되도록 하였다.

제조된 열가소성 수지 프리프레그의 단위면적당 중량 변동율은 15% 이였고, 이로 부터 탄소섬유 직물(섬유기재) 내에 폴리에스테르 수지가 불균일하게 함침되어 있는 것을 알 수 있었다.

비교실시예 2

유리섬유 직물(섬유기재)의 상부면에 함유하는 폴리프로필렌 수지 필름(탄소물질 미함유)을 적층시켜 제조한 복합재 5매를 차례로 적층시킨 다음 상기 폴리에스테르 수지 필름의 온도가 220℃가 되도록 가열한 후 20kg/㎠의 압력으로 가압하여 열가소성 수지 프리프레그를 제조하였다.

이때, 상기 복합재는 유리섬유 직물 : 폴리프로필렌 필름의 중량비율이 85중량% : 15중량%가 되도록 하였다.

제조된 열가소성 수지 프리프레그의 단위면적당 중량 변동율은 14% 이였고, 이로 부터 유리섬유 직물(섬유기재) 내에 폴리프로필렌 수지가 불균일하게 함침되어 있는 것을 알 수 있었다.

열가소성 수지 프리프레그의 단위면적당 중량 변동율은 열가소성 수지 프리프레그로 부터 동일한 단위면적을 갖는 시료 10개를 채취한 다음, 상기 시료 10개의 평균중량(W0)을 구하고, 시료들 중 중량이 상기 평균중량과 가장 큰 차이를 보이는 시료의 중량(W1)을 아래 식(Ⅰ) 또는 (Ⅱ)에 대입하여 계산한다.

Claims (6)

1. (ⅰ) 열가소성 수지와 (ⅱ) 상기 열가소성 수지 내에 함유되어 있는 탄소물질들로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리프레그용 열가소성 수지물.
2. 제1항에 있어서, 열가소성 수지물 내 탄소물질의 함량이 0.01~5중량%인 것을 특징으로 하는 프리프레그용 열가소성 수지물.
3. 제1항에 있어서, 열가소성 수지물이 필름 형태 및 칩(chip) 형태 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 프리프레그용 열가소성 수지물.
4. 제1항에 있어서, 탄소물질은 카본블랙, 그래핀, 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종이거나 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 프리프레그용 열가소성 수지물.
5. 제1항에 있어서, 열가소성 수지 내에 서로 다른 종류의 탄소물질들의 혼합물이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 프리프레그용 열가소성 수지물.
6. 제1항에 있어서, 열가소성 수지는 폴리아미드 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 열가소성 폴리우레탄 수지, 폴리락티드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 테프론 수지 및 폴리에테르 에테르 케톤 수지 중에서 선택된 1종이거나 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 프리프레그용 열가소성 수지물.