KR20170040350A - 복합재 강화를 위한 혼방 제직물 - Google Patents

Abstract

섬유 강화된 복합재의 제조에 사용될 수 있는 혼방 제직물 재료. 이 혼방 직물 재료는 단방향 섬유가 부직 섬유의 스트립과 직조 패턴으로 섞어 짠 제직물이다. 한 양태에 따르면, 혼방 직물 재료는 수지 전사 성형(RTM) 공정에 사용된 액상 수지에 대해 투과성 또는 다공성이고 이 직물 재료로 제조된 프리폼은 상기 RTM 공정 동안 액상 수지로 주입될 수 있다.

Description

복합재 강화를 위한 혼방 제직물{HYBRID WOVEN TEXTILE FOR COMPOSITE REINFORCEMENT}

3차원성 중합체 복합 부품은 여러 방법을 사용하여 제조할 수 있으며, 그 중 하나는 오토클레이브 성형(autoclave molding)이다. 오토클레이브 성형 방법에서 일반적으로 탄소 섬유로 구성된 직물은 수지 매트릭스에 의해 예비함침된다. 이 프리프레그는 일반적으로 주형 내에 놓이고, 그 다음 진공하에 가열되어 함침된 수지를 경화시키고 최종 복합 부품을 생성한다. 복합재로 성형되는 프리프레그는 사용 용이성과 높은 신뢰성의 장점이 있다. 하지만, 이 프리프레그는 또한 드레이프성(즉, 드레이프하는 능력)이 제한적인 단점도 있다.

다른 복합재 제조 방법은 액상 성형(liquid molding)이다. 수지 전사 성형(RTM) 및 진공-보조 수지 전사 성형(VARTM)은 일부 구체예이다. 액상 성형 공정에서는 무수 강화 섬유(매트릭스 수지 없이)의 층이 성형되어 "프리폼(preform)"이라 불리는 응집성 성형 구조로 압축된다. 이 프리폼에는 그 다음 미경화된 액상 수지가, 종종 밀폐된 주형 또는 밀봉된 진공 백(bag) 내에서 주입된다. 수지 주입 단계가 끝난 후, 수지는 경화되어 고체 복합 부품을 생산한다. 액상 성형 기술은 특히 통상의 프리프레그 기술을 사용하여 제조하기가 어려운 복합형 구조를 제조하는데 유용하다. 또한, 프리폼의 제조에 사용되는 건성 가요성 섬유성 재료는 더 긴 수명과 더 복잡한 기하구조에 적용가능성 때문에 표준 수지 함침 프리프레그 재료보다 상당한 장점을 갖고 있을 수 있다.

본 발명의 목적은 섬유 강화된 복합 재료의 제조에 사용할 수 있는 혼방 제직물을 제공하는 것이다.

혼방 제직물 재료는 단방향 섬유가 부직 섬유 스트립과 직조 패턴으로 엮여 구성된 제직물이다. 한 양태에 따르면, 혼방 제직물 재료는 다공성이고 RTM 공정에 사용되는 액상 수지에 대해 투과성이며, 이러한 제직물 재료로 제조된 프리폼은 RTM 공정 동안 액상 수지가 주입될 수 있다.

도 1은 단일 직조(Uni-Weave)라고도 불리는 단방향 제직 배열을 기반으로 하는 직물 구조의 평면도이다.
도 2는 크림핑(crimping)을 보여주는 도 1에 제시된 제직물의 횡단면도이다.
도 3은 단일 스티치(Uni-Stitch)라고도 불리는 스티치된 단방향 배열을 기반으로 하는 직물 구조를 개략적으로 예시한 것이다.
도 4는 도 3에 제시된 직물 구조의 스티치 고착(anchoring) 기전을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 한 양태에 따른 혼방 제직물을 개략적으로 예시한 것이다.
도 6은 도 5에 제시된 제직물의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 양태에 따라 제조한 평직 제직물의 이미지 사진이다.
도 8은 수지 주입된 프리폼의 제조에 사용된 3가지 다른 직물 구성의 면내(in-plane) 투과성 성능을 비교하여 나타낸 그래프이다.

단방향 섬유를 기반으로 하는 직물을 제조하는데 이용가능한 몇몇 기술로는 직조(weaving), 스티칭(stitching) 또는 접합(bonding)을 포함한다.

단일 직조(Uni-Weave)라고도 불리는 제직된 단방향 배열은 직조 시도이다. 여기서, 주축에 구조 섬유를 고착시키기 위해 보조 얀(yarn)이 2차 축에 직조될 수 있다. 이러한 보조 얀은 일반적으로 섬유의 크림프를 최소화하기 위한 미세 섬유들이다. 단일 직조 배열 및 크림핑 모델의 한 예는 각각 도 1과 2에 제시했다. 본 구성에 사용된 일반적인 보조 섬유 종류는 유리, 폴리에스테르 및 코-폴리아미드이다. 이러한 종류의 구성은 0°배향 강화 직물에 더 적합하지만, 90°및 극성 배향 직물의 제작에도 이용될 수 있다. 단일 직조 직물은 일반적으로 주배향으로 95%의 섬유 질량을 보유하고 2차 배향으로 5%의 섬유 질량을 보유하는 것으로 확인된다. 이러한 종류의 직물에서 발견된 특징은 불량한 직물 통합성 및 낮은 면내 기계적 성질 대신에 양호한 투과성 및 드레이프성(즉, 드레이프하는 능력)이다. 일반적으로, 0°인장 및 압축 성질은 씨실 보조 섬유에 의해 유도된 크림핑 효과로부터 겪는 것으로 관찰된다. 직물의 직조 패턴의 조정은 크림핑 효과의 빈도를 줄이는데 도움을 줄 수 있지만, 일반적으로 직물 안정성에 대한 추가 감소가 동반된다. 낮은 안정성의 처리는 때로 중합체계 보조 얀인 경우에는 열처리를 통해 달성하거나 또는 분말 결합제 또는 적층 후리스(fleece)와 같은 안정화 매체의 첨가를 통해 달성할 수 있지만, 이러한 해법들은 종종 최종 직물의 투과성을 저하시키고 나아가 환경 및 용매 내성과 관련된 추가 문제를 도입시킬 것이다.

단일 스티치(Uni-Stitch)라고 불리기도 하는 스티치된 단방향 배열은 부유성 씨실 보조 얀과 맞물려 스티칭 실과 보조 얀 사이의 주섬유를 구속하는 관통 두께 스티치(through thickness stitch)의 사용을 통해 주축에 구조 섬유를 고착시키는 날실 편직기의 사용을 기본으로 한다. 단일 스티치 배열 및 스티치 고착 기전의 한 예는 각각 도 3과 4에 예시되어 있다. 본 방법에 사용된 스티칭 실은 일반적으로 폴리에스테르 또는 코폴리아미드인 반면, 보조 실은 동일한 것이거나 또는 유리로 제조된 것이며, 이러한 배열에서 스티칭 실과 보조 얀의 질량은 일반적으로 총 질량의 2% 내지 6%인 것으로 확인된다. 이러한 종류의 단방향 직물은 0℃ 배향 강화 직물로 적합하지만, 90°배향 강화도 가능하다. 이러한 단일 스티치 배열은 일반적으로 제직 구조에 비해 비교적 저하된 수준의 면외 크림프로 인한 향상된 기계적 성능을 나타내지만, 프리프레그 테이프 산물에 비해서는 스티칭으로 인한 잔류 크림프 및 토우(tow)간 갭 때문에 여전히 낮다. 결과적으로, 이러한 직물의 투과성은 일반적으로 이의 제직된 등가물의 투과성보다 높은 것으로 확인되며, 취급 안정성 역시 스티칭 실의 국소적 고착 효능 때문에 향상된다.

또 다른 직물 배열은 단방향 섬유를 중합체 재료와 적소에서 접합 또는 적층시킴으로써 생산되는 것이다. 몇몇 결합 시도는 에폭시 결합제, 열가소성 베일(veil) 및 중합체 얀의 사용을 포함한다. 이러한 무수 단방향 구조를 생산하는 시도는 의심할 여지없이 달성될 수 있는 0에 가까운 토우간 갭 및 높은 섬유 정렬 수준으로 인해, 예비함침 테이프의 성능에 가장 가까운 기계적 성능을 제공한다. 하지만, 이러한 매우 높은 수준의 섬유 망구조는 이 직물 배열의 투과성을 현저히 감소시킴으로써, 전 두께의 투과성은 대체 스타일의 투과성보다 수십 배 낮다. 이것은 이러한 직물 배열의 사용이 프리폼 구조 내에서 투과성 맞춤조정을 달성할 수 있는 좁은 단방향 테이프에 더 적합해지게 한다. 이러한 직물에 의해 때로 관찰되는 또 다른 문제는 "섬유 세척(fiber wash)"으로 알려진 현상인 더 낮은 수준의 안정성이다. 이는 침투 과정 동안 토우 번들(bundle)이 흐름 전면에서 압력차로 인해 면내 이탈(in-plane deviation)을 나타내어 섬유의 국소적 버클링(buckling)을 유발하는 것으로 관찰되는 수지 주입 과정 후에 관찰되는 효과이다. 이와 같은 접합형 배열은 0°배향 강화재로써 적합하다.

일반적으로, 섬유 크림프 및 갭의 감소에 의해 기계적 성질이 증가하면, 투과성 및 구체적으로 전 두께 투과성은 현저하게 감소하는 것으로 확인된다. 이와 같이 기계적 성능, 투과성 및 직물 통합성 간에 상쇄가 있는 무수 단방향 섬유성 산물에서 관찰되는 문제들의 견지에서, 이러한 문제들을 해결하기 위해 독특한 혼방 제직물을 고안했다.

도 5는 연속 섬유 토우(10)를 부직 스트립(11)과 섞어 짠 형태의 단방향 섬유를 가진 혼방 제직물의 예이다. 도 6은 도 5에 도시한 제직물의 횡단면도이다. 도 6을 살펴보면, 단방향 섬유 토우(10)는 시트형 기층에서 서로 평행하게 배열하고 제1 방향, 예컨대 날실 방향으로 연장되어 있고, 부직 스트립(11)은 상기 제1 방향에 횡방향인 제2 방향, 예컨대 씨실 방향으로 연장되어 있다. 각 부직 스트립은 다수의 토우 위에 부유해 있고, 그 다음 다수의 토우 아래에 직조 패턴으로 존재한다. 각 섬유 토우(10)는 다수의 섬유 필라멘트 번들이다. 부직 스트립(11)은 랜덤 배열 및/또는 랜덤 배향된 섬유로 구성된 경량의 부직 베일로 제조된다. 부직 섬유성 베일은 면적 중량이 1 gsm(g/㎡) 내지 40 gsm, 더욱 바람직하게는 3 gsm 내지 10 gsm의 경량 물질인 것이 바람직하다. 각 부직 스트립은 가요성이고 길이 대비 폭이 좁다. 한 양태에 따르면, 부직 스트립의 폭은 5mm 내지 40mm, 바람직하게는 10mm 내지 30mm이며, 두께는 10㎛ 내지 60㎛(0.01 내지 0.05mm)이다. 직조 패턴은 평직(도 5에 도시), 수자직(satin weave) 또는 능직과 같은 임의의 통상적인 직조 구조일 수 있다.

전술한 바와 같이, 단방향 섬유는 연속 섬유 토우의 형태이다. 각 섬유 토우는 수백개의 작은 연속 섬유 필라멘트로 구성된다. 섬유 토우는 토우당 1000 내지 100,000개의 섬유 필라멘트를 보유할 수 있고, 몇몇 양태에 따르면 토우당 3000 내지 24000개의 필라멘트를 보유할 수 있다. 섬유 필라멘트는 횡단면 직경이 3 내지 15㎛ 범위 내, 바람직하게는 4 내지 7㎛ 범위 내일 수 있다. 적당한 섬유는 항공기 및 자동차 용도의 복합 부품과 같은 고성능 복합재의 구조 강화재로써 사용되는 것이다. 이러한 구조 섬유는 고강도 재료, 예컨대 탄소(예, 흑연), 유리(예, E-유리 또는 S-유리 섬유), 석영, 알루미나, 지르코니아, 탄화규소 및 기타 세라믹, 및 인성 중합체, 예컨대 아라미드(예, Kevlar), 고탄성 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르, 폴리-p-페닐렌-벤조비스옥사졸(PBO), 및 이의 혼성 조합으로 제조될 수 있다. 비행기의 주요 부품과 같은 고강도 복합 구조물을 제조하기 위해, 단방향 섬유의 인장 강도는 500 ksi 초과인 것이 바람직하다. 바람직한 양태에 따르면, 단방향 섬유는 탄소 섬유이다.

단방향 섬유는 다수의 목적, 예컨대 취급 용이, 압축 및 공정에 의한 손상으로부터 섬유의 보호, 융화성 보조 및 수지에 의한 섬유의 습윤화 및 복합재 성능의 전반적인 증진 등을 제공하는 사이징(sizing) 조성물 및/또는 피니시(finish)로 코팅될 수 있다.

전술한 부직 스트립은 더 큰 부직 베일을 분할하여 제조할 수 있고, 분할된 부직 재료는 그 다음 직조에 사용한다. 부직 베일은 섞여있는 랜덤 배열된 섬유들과 이 섬유들을 함께 유지시키기 위한 소량의 중합체 결합제로 구성된다. 부직 베일은 섬유들을 함께 유지시키기에 충분한 양의 결합제를 보유하지만, 이 결합제 양은 최종 베일이 액체 및 공기, 특히 액상 수지 투과성 및 다공성으로 남아 있도록 하기에 충분히 적은 것이 바람직하다.

적당한 중합체 결합제는 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 가교된 폴리에스테르, 스티렌 아크릴계, 페녹시 및 폴리우레탄, 이의 조합 및 공중합체를 포함한다. 바람직하게는, 결합제의 양은 베일의 총 중량을 기준으로 5 내지 25 중량%이다. 부직 베일은 가요성이고 자립성이며, 이는 지지성 담체를 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 부직 베일은 단층 물질로, 다른 층의 섬유에 부착되지 않는다. 부직 베일의 섬유들은 잘게 썬 것이거나 연속적인 섬유 필라멘트 또는 이의 조합일 수 있다. 부직 베일의 부직 섬유 재료는 탄소, 유리, 금속, 석영, 이의 중합체 및 공중합체, 이의 혼성물(예, 탄소/유리 혼성물), 및 이의 조합 중에서 선택될 수 있다. 섬유용 중합체 재료는 아라미드; 폴리에스테르; 폴리아미드, 예컨대 지방족 폴리아미드, 고리지방족 폴리아미드 및 방향족 폴리아미드; 폴리프탈아미드; 폴리아미드-이미드; 폴리아릴설폰, 예컨대 폴리에테르설폰 및 폴리에테르에테르설폰; 폴리설폰; 폴리페닐렌 설폰; 폴리아릴에테르케톤, 예컨대 폴리에테르에테르케톤 및 폴리에테르케톤케톤; 폴리페닐렌 설파이드; 탄성중합체성 폴리아미드; 폴리페닐렌 에테르; 폴리우레탄; 액정 중합체(LCP); 페녹시; 폴리아크릴로니트릴, 아크릴레이트 중합체, 및 이의 공중합체 중에서 선택될 수 있다. 베일의 섬유는 또한 금속 코팅될 수 있다. 바람직한 양태에 따르면, 부직 스트립은 탄소 섬유로 구성된다.

대다수의 부직 섬유는 횡단면 직경이 약 1㎛ 내지 40㎛ 범위이고, 대부분의 섬유는 더욱 바람직하게는 직경이 약 4㎛ 내지 20㎛ 범위이다.

한 양태에 따르면, 제직물(단방향 섬유 토우와 부직 스트립의 조합을 기반으로 함)은 면적 중량이 50 gsm 내지 400 gsm, 바람직하게는 100 gsm 내지 200 gsm이다.

본원에 기술된 혼방 직물 재료의 이점은 부직 베일의 얇은 두께로 인한 구조 섬유의 극히 낮은 크림프; 부직 스트립의 다공성 구조로 인한 향상된 투과성; 프리폼 또는 최종 복합 적층체의 층간 구역을 강화시키는 부직 스트립의 개선된 파쇄 행동; 연속 직물 형식으로 제조 시 축외(off-axis) 섬유의 보유로부터 프리폼의 제조 동안 개선된 적층 효율; 부직재가 안정화 결합제와 적층된 직물을 함유한다면 잠재적으로 개선된 취급 행동을 포함한다. 또한, 본원에 개시된 제직물은 다양한 배열로 생산되어 0°, 90°, +θ°또는 -θ°섬유 배향을 제공할 수 있다.

부직 베일을 제조하는 방법

앞에서 논한 부직 베일은 예컨대 통상적인 습식(wet-laid) 공정으로 생산할 수 있다. 습식 공정에서 습식 절단된 섬유는 결합제(들), 계면활성제(들), 점도향상제(들), 소포제(들), 및/또는 기타 화학 약품을 함유하는 수성 슬러리에 분산된다. 일단 절단된 섬유가 슬러리에 도입되면, 이 슬러리는 섬유들이 분산되도록 격렬하게 교반된다. 섬유 함유 슬러리는 이동 스크린 위에 침착되고 여기서 상당량의 물이 제거되어 웨브를 형성한다. 그 결과 수득되는 매트는 남아 있는 모든 물을 제거하고 결합제(들)를 경화시키기 위해 건조한다. 형성된 부직 매트/베일은 분산된 개별 섬유 필라멘트들이 랜덤 배향으로 배열된 어셈블리이다. 습식 공정은 일반적으로 섬유 및/또는 중량의 균일한 분포가 필요할 때 사용된다.

최종 부직 베일은 건조 기준으로 적어도 약 90wt% 섬유(사이징/결합제 화학약품 제외), 예컨대 사이징/결합제를 제외한 건조 기준으로 약 93wt% 내지 약 99wt% 섬유를 함유한다.

추가 결합제는 제조 후 직조 전의 부직 베일에 적용하여 베일의 안정성을 향상시키고 복합 부품의 제조 동안 프리폼의 압축에 도움을 줄 수 있다. 부직 베일의 안정화에 적당한 결합제는 에폭시 수지, 열가소성 중합체 또는 이의 조합을 포함한다. 부직 베일의 안정화에 특히 적당한 결합제는 전문이 본원에 참고 인용된 미국 특허 8,927,662에 개시된 폴리아릴에테르 열가소성 물질-에폭시 결합제이다. 이 결합제는 분말 형태로 무수 막대 코팅과 같은 통상의 코팅 기술을 이용하여 베일에 적용될 수 있으며, 여기서 무수 분말은 롤-오버-롤 또는 나이프-오버-롤 코팅기를 사용하여 이형지 위에 코팅되고, 그 뒤 이 분말은 베일로 전달된다. 안정화에 적당한 다른 결합제는 전문이 참고인용된 미국 공개번호 2014/0179187에 기술된 액체 결합제 조성물이다. 2015년 6월 25일에 출원된 미국 특허출원 14/750,327에 개시된 액체 결합제도 적당하다. 액체 결합제는 한 예로써 침지 코팅에 의해 베일에 적용될 수 있다.

추가 결합제가 사용된다면, 최종 베일 중의 결합제의 총량은 25중량%를 초과하지 않아야 한다.

혼방 제직물을 제조하는 방법

본원에 개시된 혼방 제직물은 표준 래피어(rapier) 직기에서 제조할 수 있다. 단방향(예, 탄소) 섬유는 오프라인에서 FAW 요건에 따라 정확한 폭으로 펼쳐진다. 부직재는 앞서 상세히 설명한 공정으로 폭이 넓은 형태로 제조하고 필요한 폭으로 분할한다. 펼쳐진 섬유와 부직 스트립은 각각의 카세트 위에 감고 직기 축 위에 장착한다. 목표한 직물을 달성하기 위해 날실 방향으로 다수의 섬유 카세트가 필요한 반면, 씨실 삽입은 직조 공정 동안 개별적으로 이루어지므로 부직 스트립의 단일 카세트가 필요하다. 날실 섬유가 직기를 통해 공급될 때, 인접 섬유들은 반대 방향(즉, 위 또는 아래)으로 당겨지고, 씨실 부직 스트립은 쉐드(shed)를 통해 당겨져 직조 패턴을 형성한다. 씨실 부직 스트립이 배치되자마자, 날실 섬유를 풀어주고 장력하에 당겨 직조를 공고히 한다.

이용성

본원에 개시된 혼방 제직물 재료는 다공성이고 RTM 공정에 사용된 액상 수지에 대해 투과성이기 때문에 상기 RTM 공정에 사용되는 프리폼을 제조하는데 특히 적합하다. 이 프리폼을 만들기 위해, 여러 층의 직물 재료를 바람직한 두께로 적층시킨다.

섬유 프리폼은 결합제 함량이 섬유를 바람직한 모양으로 바람직한 위치에 유지시키지만, 최종 프리폼이 후속 성형 공정에서 매트릭스 수지에 의해 함침될 수 있을 정도로 다공성으로 남아 있기에 충분하게 적은 것이 바람직할 것이다. 또한, 단방향성 섬유 프리폼은 RTM 수지에 대해 개선된 투과성을 보유하여 주입 시간을 줄이고 섬유의 습윤화를 향상시키는 것이 바람직할 것이다. 이러한 목적을 위해, 프리폼에 존재하는 결합제의 양은 프리폼의 총 중량을 기준으로 15 중량% 미만인 것이 바람직하다.

프리폼은 밀폐 주형 내에 넣는다. 이 주형을 소정의 온도로 가열하고 이 주형 내로 저점도 수지를 주입하여 프리폼에 수지를 주입시킨다. 그 다음, 수지를 경화시켜 복합 부품을 형성시킨다.

대안적으로, 혼방 제직물 재료는 통상적인 수지 함침 기술을 이용하여 프리프레그를 제조하는데 사용할 수 있다.

실시예

도 7은 본 발명의 하나의 양태에 따른 혼방 베일-제직물을 도시한 것이다. 단방향성 탄소 섬유 토우(IMS65, Toho Tenax 제품)는 부직 탄소 섬유의 스트립과 통상의 직조 공정을 이용하여 평직 구조로 제직했다. 탄소 토우는 폭이 8mm이고 부직 탄소 스트립은 폭이 16mm이다. 부직 탄소 스트립은 면적 중량이 8 gsm이고 분말 형태의 Cycom® 7720 결합제(Cytec Engineered Materials 제품) 5gsm으로 도포했다. 이 제직물의 면적 중량은 110 gsm이다.

전술한 혼방 베일-제직물은 10층으로 적층시켜 프리폼을 만들었다. 이 프리폼을 진공 백(bag) 하에 대류 오븐에서 130℃로 15분 동안 가열하고 층들을 통합시키기 위해 진공 하에 25℃로 냉각했다.

비교를 위해, 추가 2가지 프리폼은 통상의 단일직조 직물(Sigmatex Ltd에서 공급)과 무수 단방향성 테이프(Sigamtex Ltd.에서 공급)를 사용하여 동일한 방식으로 제작했다.

프리폼의 절반은 PRISM® EP2400(Cytec Engineered Materials)을 주입하고 경화시켰다. 최종 복합 적층체는 그 다음 다이아몬드 선단의 냉각된 톱으로 시험 쿠폰으로 절단하고, Zwick 시험기에 표준인 EN 시험 방법에 따라 시험했다. 이 시험의 결과는 표 1에 기록했다. 표 1에서, 적층체 코드 DT, UW 및 VW는 무수 테이프, 단일직조 직물 및 베일-제직물로 각각 제조된 경화된 복합 적층체를 의미한다.

프리폼의 나머지 부분은 면내 투과성 성능을 측정하는데 사용했다. 프리폼은 순수 면내 흐름 행동을 보장하기 위해 임의의 흐름 보조없이 백에 넣었다. 주입된 수지의 흐름 전면과 부피는 시간의 함수로써 모니터했다. 또한, 주입 온도에서 수지의 점도 및 달성된 섬유 부피를 알면, 프리폼의 투과성은 다르시(Darcy)의 법칙을 사용하여 계산할 수 있다:

여기서,

K = 투과성(10^{- x}㎡)

X = 주입 길이(m)

η = 수지 점도(m.Pas)

FVF = 섬유 부피 분율(%)

△ρ= 압력차(mbar)

t = 시간(hrs)

결과는 도 8에 예시했다. 도 8로부터 UD 테이프는 프리폼을 통한 수지 흐름을 제한하는 고도로 정렬된 섬유들로 인해 면내 투과성이 매우 불량하다는 것을 분명하게 알 수 있다. 이에 반해, 제직된 UD는 우수한 투과성 성능을 산출하는 많은 크림프를 보여주었다. 신규 베일-제직된 배열은 부직 스트립의 내포로 인해 직물내 흐름 특성을 향상시키면서 고도로 정렬된 탄소 섬유를 유지함으로 인해 최고의 투과성 성능을 나타냈다.

RTM 방법은 무수 섬유 프리폼의 한쪽 말단 측으로부터 다른 말단 측 쪽으로 면내 방향으로 수지를 주입한다. 단방향 섬유의 기본 직물 구조에 부직 탄소 섬유의 내포는 투과성 및 면내 성질(0°기계적 성능)을 향상시키는 것으로 발견되었다. 투과성의 유의적인 증가는 무수 테이프(DT)와 단일직조 직물(UW)로 제조된 프리폼에 비해 혼방 베일-제직물(VW)로 제조된 프리폼에서 발견되었다:

단일직조 직물(UV)에 비해 +56%,

무수 테이프(DT)에 비해 +782%.

적층체 코드	성질		시험 방법	성질
DT	0°장력	강도(MPa)	EN2561 B	3137
		탄성률(GPa)		133
	0°압축	강도(MPa)	EN2850 B	1199
		탄성률(GPa)		116
	투과성	KXT(mDA)		25
UW	0°장력	강도(MPa)	EN2561 B	2413
		탄성률(GPa)		130
	0°압축	강도(MPa)	EN2850 B	812
		탄성률(GPa)		96
	투과성	KXY(mDA)		195
VW	0°장력	강도(MPa)	EN2561 B	3018
		탄성률(GPa)		127
	0°압축	강도(MPa)	EN2850 B	1290
		탄성률(GPa)		106
	투과성	KXY(mDA)		286

Claims (17)

1. 복합재 강화를 위한 제직물로써,
   시트형 층으로 서로 병렬로 배열된 단방향 섬유 토우(tow); 및
   이 단방향 토우와 직조 패턴으로 섞어 짜인 부직 섬유 스트립을 함유하고,
   상기 각 단방향 섬유 토우는 다수의 연속 섬유 필라멘트들로 구성되고,
   상기 부직 섬유의 각 스트립은 자립성이며 랜덤하게 배열되고(또는) 랜덤하게 배향된 섬유들로 구성된 제직물.
2. 제1항에 있어서, 면적 중량이 50 gsm 내지 380 gsm인 제직물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부직 섬유의 각 스트립이 면적 중량이 2 gsm 내지 34 gsm인 제직물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 부직 섬유의 각 스트립이 폭이 약 5mm 내지 40mm인 제직물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 부직 섬유의 각 스트립이 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎛(또는 0.01 내지 0.05mm) 범위 내인 제직물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립에 존재하는 부직 섬유의 대부분이 횡단면 직경이 약 3 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위, 바람직하게는 약 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위인 제직물.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각 단방향 섬유 토우가 1000 내지 100,000개의 섬유 필라멘트로 구성되는 제직물.
8. 제7항에 있어서, 각 섬유 토우 중의 섬유 필라멘트들이 횡단면 직경이 3 ㎛ 내지 15 ㎛, 바람직하게는 4 ㎛ 내지 7 ㎛ 범위인 제직물.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 단방향 섬유 토우가 탄소, 흑연, 유리, 석영, 알루미나, 지르코니아, 탄화규소, 아라미드, 고 탄성 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르, 폴리-p-페닐렌-벤조비스옥사졸(PBO) 및 이의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 고강도 재료로 제조되는 제직물.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 부직 섬유의 스트립이 탄소, 유리, 금속, 석영, 중합체 및 공중합체, 및 이의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 재료로 제조된 섬유를 함유하는 제직물.
11. 제10항에 있어서, 상기 중합체가 아라미드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리프탈아미드, 폴리아미드-이미드, 폴리아릴설폰, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설폰, 폴리아릴에테르케톤, 폴리페닐렌 설파이드, 탄성중합체성 폴리아미드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리우레탄, 액정 중합체(LCP), 페녹시, 폴리아크릴로니트릴, 및 아크릴레이트 중합체 중에서 선택되는 제직물.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 단방향 섬유 토우가 탄소 섬유로 구성되고, 부직 섬유의 스트립이 랜덤 배열 및/또는 랜덤 배향된 탄소 섬유를 함유하는, 제직물.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 부직 섬유의 스트립이 섬유들을 함께 유지하되, 스트립들이 액체 및 기체 투과성이 되도록 하기에 충분한 양의 결합제를 보유하는 제직물.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 직조 패턴이 평직, 수자직 및 능직 중에서 선택되는 제직물.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제직물이 액상 수지 투과성인 제직물.
16. 강화 섬유 층 중 적어도 하나가 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 제직물인, 적층 배열로 적층된 강화 섬유 층을 함유하여, 액상 성형 공정에서 액상 수지를 수용하도록 개조된 프리폼.
17. 매트릭스 수지로 함침되거나 매트릭스 수지가 주입된, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 제직물을 함유하는 복합재.

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