KR20170084276A - 완성품 제조 방법 - Google Patents

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KR20170084276A
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다그마르 뷔르켈
안드레아스 닉스도르프
올리버 크레머
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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물로부터 완성품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 완성품을 제조하는 방법은,
a) 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물을 주위 압력에서 제1 온도 Ta로 가열하는 단계로서, 상기 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물은 2 이상의 상호 중첩된 폴리머 층을 포함하며, 개별 폴리머 층은 각각 섬유 보강되고 서로 응집적으로 결합하지 않거나 서로 부분적으로만 응집적으로 결합하며, 폴리머 층 중 1 이상이 반결정질 폴리머를 포함하는 경우, 제1 온도 Ta는 DIN EN ISO 11357-3:2013-04에 따른 결정질 폴리머의 융점 Tm보다 높고, 2 이상의 폴리머 층이 반결정질 폴리머를 포함하지 않는 경우, 제1 온도 Ta는 2 이상의 폴리머 층 중 1 이상에 포함된 폴리머의 DIN EN ISO 11357-2:2013-09에 따른 유리 전이 온도 Tg보다 높은 것인 단계,
b) 가열된 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물을 제2 온도 Tb에서 3 bar 이상의 압력 pb로 가압하여, 완성품을 얻는 단계
를 포함한다.

Description

완성품 제조 방법{PROCESS FOR THE PRODUCTION OF FINISHED PARTS}
본 발명은 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품(semifinished product) 구조물로부터 완성품(finished part)을, 상기 1 이상의 반제품 구조물을 가열 및 가압하여 제조하는 방법에 관한 것이다.
섬유 보강된 폴리머로부터의 완성품은, 예시로서 금속보다 강도가 높고 중량이 낮은 재료를 사용하고자 하는 분야에서 사용된다. 특히, 섬유 보강된 폴리머로부터의 완성품은, 차량의 무게를 감소시키고 이로써 또한 연료 소모를 감소시키도록 자동차 제작에서 사용된다.
섬유를 둘러싸는 폴리머 상이 매트릭스로도 지칭되는 섬유 보강된 폴리머로부터의 완성품은 주로 중간 생산물, 예를 들어 유기 패널로 공지된 것으로부터 제조되며, 이는 직물 또는 레이드 스크림으로 보강된 완전 침지되고 완전 압밀된(consolidated) 연속 필라멘트 섬유 보강된 열가소성 폴리머이다. 유기패널은 완전 폴리머 침지된 라미네이트의 개별 층을 공극(pore)을 거의 완전히 배제시키는 방식으로 서로 결합시킴으로써 얻어지며, 이 생성물을 기술하도록 사용되는 또 다른 표현은 완전 압밀이다. 유기패널은 프리프레그로 공지된 것으로부터 제조될 수 있어 왔다. 프리프레그는 보강 섬유를 완전 습윤시키지 않는 미세 분산된 열가소성 매트릭스를 포함한다. 후속 단계에서, 프리프레그는 완전 침지되고 압밀된다.
M. Ostgathe는, 문헌[“Zur Serienfertigung gewebeverstaerkter Halbzeuge fuer die Umformung” [Mass production of textile-reinforced semifinished products for the forming process], Fortschritt-Berichte VDI 2(440), 1977, pp. 48-51]에서, 사용된 반제품 구조물 상의 몰딩의 특성의 의존성을 연구하였다. 사용한 반제품 구조물은 유기패널, 하이브리드섬유(hybrid textiles), 및 캘린더링된 반제품 구조물이었다. 하이브리드섬유는 보강 섬유 및 매트릭스 섬유를 포함하나, 섬유와 매트릭스 사이에 어떠한 종류의 결합도 존재하지 않는다. 캘린더링된 반제품 구조물은 하이브리드섬유의 캘린더링, 이에 따른 매트릭스의 용융 및 보강 섬유의 후속 습윤에 의해 제조된다. 하이브리드섬유 및 캘린더링된 재료 둘 모두는 열가소성 프리프레그의 정의 내에 포함된다. 유기패널로부터 제조된 부품은 캘린더링된 반제품 구조물 또는 하이브리드섬유로부터 제조된 부품보다 현저하게 우수한 기계적 특성을 나타낸다. 대량 제조를 위한 적합성 및 만족스러운 기계적 특성은 완전 침지되고 완전 다층 압밀인 반제품 구조물로만 얻어진다.
Ostgathe의 문헌의 15 페이지에서는 단방향으로 보강된 테이프가 자체적으로 침지되고 개별 층으로서 압밀되며, 후속 단계에서, 층으로서 가공되어 반제 시트를 제공하는 단방향으로 보강된 테이프의 제조가 기술되어 있다. 이러한 테이프의 텍스타일 가공은 복잡하며, 가공 시간은 완전 침지된 반제품이 성형 공정(forming process)으로 처리될 때보다 더 오래 걸리는 것으로 기술되는데, 이는 출발 재료가 비압밀되기 때문이다. 단방향 테이프에 의해 보강된 반제품용 성형 공정은 테이프 레이업(tape layups)인 것에 대한 또다른 용어인 테이프 구조물로부터의 완전 압밀 반제 시트를 필요로 하고, 이는 테이프 제조 후 다층 반제 시트의 압밀의 추가 단계를 필요로 한다.
A. Woeginger는, 문헌[“Prozesstechnologien zur Herstellung kontinuierlich faserverstaerkter thermoplastischer Halbzeuge” [Process technologies for the production of continuously fiber-reinforced semifinished thermoplastic products], Institut fuer Verbundwerkstoffe-GmbH-Kaiserslautern publications, vol. 41, 2004, pp. 4 to 6]에서, 반제품 제조 방법의 3가지 핵심적인 부분들, 즉 침지, 압밀, 및 고체상으로의 전환을 언급한다. 여기서 압밀 단계는 복합 재료의 개별 보강 층들 사이의 우수한 결합의 생성에 기여한다. 침지 단계 및 압밀 단계 후 재료는 이상적으로는 무공극 복합재이다. 재료 스로풋이 요구되는 경우 또한 이용될 수 있는 다른 공정들은, 필름 적층 공정, 프리프레그 공정, 및 직접 공정으로, 여기서 직접 공정은 반제품 구조물의 제조를 위한 가압 공정에서 매트릭스 부품과 섬유 부품을 조합한다.
선행 기술에서 공지된 공정은, 복잡한 공정이 다층 반제품 구조물의 완전 압밀을 위해 수행되며, 각각, 반제품 구조물의 완전 다층 압밀 없이는 결과로 생성되는 완성품의 기계적 특성이 불충분하다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물로부터 완성품을 제조하는 방법을 얻는 것이며 이는 보다 효과적으로 그리고 동일하거나 향상된 기계적 특성을 갖는 완성품을 제조할 수 있다.
상기 목적은, 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물로부터 완성품을 제조하는 방법으로서,
a) 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물을 주위 압력에서 제1 온도 Ta로 가열하는 단계로서, 상기 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물은 2 이상의 상호 중첩된 폴리머 층을 포함하며, 개별 폴리머 층은 각각 섬유 보강되고 서로 응집적(coherent)으로 결합하지 않거나 서로 부분적으로만 응집적으로 결합하며, 폴리머 층 중 1 이상이 반결정질 폴리머를 포함하는 경우, 제1 온도 Ta는 DIN EN ISO 11357-3:2013-04에 따른 결정질 폴리머의 융점 Tm보다 높고, 2 이상의 폴리머 층이 반결정질 폴리머를 포함하지 않는 경우, 제1 온도 Ta는 2 이상의 폴리머 층 중 1 이상에 포함된 폴리머의 DIN EN ISO 11357-2:2013-09에 따른 유리 전이 온도 Tg보다 높은 것인 단계,
b) 가열된 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물을 제2 온도 Tb에서 3 bar 이상의 압력 pb로 가압하여, 완성품을 얻는 단계
를 포함하는 완성품 제조 방법에 의해 달성된다.
재료 및 공정의 조합으로 인해, 부품 몰드(component mold)에서, 완전 압밀되지 않은 다층 반제품 구조물로부터 출발하여 복수의 층을 갖는 완전 압밀 완성품을 제조하는 것이 가능하다. 예를 들어 테이프의 형태인, 바람직하게는 단층 완전 압밀 반제품인 섬유 보강된 폴리머 층의 사용은, 완성품 제조의 비용을 감소시키며 동시에 선행 기술에 기재된 단점을 갖지 않으며 특히 인장 강도 및 굽힘 강도에 관하여 우수한 기계적 특성을 특징으로 하는 완성품을 제조하는 것이 가능하다. 완성품의 제조는 단층 완전 압밀 폴리머 층을 사용할 수 있으며, 이는 또한 테이프 또는 반제품으로 기술된다. 폴리머 층은 다층 압밀이 아니었거나 완전 다층 압밀이 아니었던 반제품 구조물의 형태로 배열되며, 예로는 테이프 레이업이 있다. 표현 완전 압밀은 섬유가 완전 습윤되었음을 의미한다. 본 발명에서, 개별 폴리머 층의 완전 다층 압밀은 개별 층이 추가 가공되어 완성품을 얻기까지, 즉 단계 a) 및 b)가 수행되기까지 수행되지 않는다. 따라서 완성품을 위한 전체 제조 방법은, 실제 완성품이 제조되기 전에, 중간 단계, 즉 반제품 구조물이 완전 표면 다층 가압 또는 완전 압밀로 처리되는 단계를 생략할 수 있다. 본 발명의 방법은 완성품을 제조하는 방법의 생산성을 증가시킬 수 있으며, 이는 상기 방법이 완전 다층 압밀 반제품 구조물, 예를 들어 완전 압밀 유기패널의 개별 제조를 위해 필요한 시간을 절약할 수 있기 때문이다.
완성품은 각각 단층 섬유 보강을 갖는 2 이상의 상호 중첩된 폴리머 층을 포함하는 층 구조물로부터 제조된다. 2 이상의 폴리머 층은 일반적으로 당업자에게 공지된 임의 단층 반제품일 수 있다. 폴리머 층이 테이프인 것이 바람직하다.
본 발명의 목적에 있어서, “응집”은 폴리머 조성물이 연속적으로 다양한 층, 특히 섬유 보강 구조물의 다양한 층을 둘러싸며, 이것이 매우 낮은 공극 함량을 갖는다는 것을 의미한다. 높은 공극 함량은 완성품의 기계적 특성을 저해할 수 있다. 이와 반대로, 서로 응집적으로 결합하지 않은 층은, 층들 사이에, 층 전체를 덮는 폴리머 매스에 의해 제공되는 임의 연속 결합 없이 그저 상호 중첩되어 있다. 층간 부분 응집 결합의 경우, 다양한 층이 서로 향하는 그 표면의 개별 영역에서 서로 접착되며; 이는 층 시스템의 형태에서 상호 중첩된 층의 예비 가열로부터 유래할 수 있다. 이러한 본 발명의 방법의 업스트림 가열은 초대기압에서 수행될 수 있다. 이 처리로 인해, 층의 폴리머는 부분적으로 용융될 수 있고, 인접 층의 폴리머는 서로 부분적으로 융합될 수 있고, 따라서 층들이 부분적인 응집 결합을 겪을 수 있지만, 융합된 폴리머가 층의 분리를 완전히 제거하는 것은 아니다.
단계 a) 및 b)의 업스트림에서는 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물의 제조를 위한 단계들이 존재할 수 있다. 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물의 제조는 불완전한 정도로만 수행되는 압밀 공정을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 1 이상의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물의 2 이상의 폴리머 층은 단계 a) 전에 이미 서로 부분 응집 결합될 수 있다.
2 이상의 폴리머 층 각각이 완전 압밀 층인 것이 바람직하다. 한 바람직한 실시양태에서, 단계 a) 전에, 2 이상의 폴리머 층을 각각, 240℃ 내지 280℃ 범위의 온도 Tv에서 5 bar 초과의 압력 Pv로 가압함으로써 완전 압밀한다.
본 발명의 방법의 목적을 위해, 이후 단계 a) 및 b)의 조합은 다양한 폴리머 층들 사이의 완전 응집 결합을 달성한다.
한 바람직한 실시양태에서, 단계 a) 전에, 제2 폴리머 층을 향하는 제1 폴리머 층의 표면의 80% 미만, 바람직하게는 70% 미만, 특히 바람직하게는 50% 미만이 제2 폴리머 층에 인터로크 결합(interlock bonding)된다.
가열이 단계 a)에서 수행되는 데 필요한 온도는 2 이상의 폴리머 층의 폴리머 조성에 따른다. 제1 온도 Ta 및 제2 온도 Tb는 제조되는 완성품의 코어, 또는, 각각, 상호 중첩된 폴리머 층의 중심에 관한 국부 온도이다. 폴리머 층 중 1 이상의 폴리머가 반결정질 폴리머를 포함하는 경우, 제1 온도 Ta는 포함된 결정질 폴리머의 융점 Tm보다 높다. DIN EN ISO 11357-3:2013-04에서는 융점을 측정하는 적합한 방법이 기술되어 있다. 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물이 반결정질 폴리머를 포함하지 않는 경우, 즉 비정질 폴리머만이 수반된 경우, 제1 온도 Ta는 1 이상의 폴리머 층에 포함된 1 이상의 폴리머의 유리 전이 온도 Tg보다 높으며; DIN EN ISO 11357-2:2013-09에서는 이 온도의 측정이 기술되어 있다.
단계 a)에서의 가열은 주위 압력에서 수행되며, 이는 또한 대기압으로 지칭되며 일반적으로 약 1 bar이다. 단계 b)의 가압은 3 bar(절대) 이상의 압력 pb에서 수행된다. 제1 온도 Ta가 달성된 때에만 압력을 증가시키는 것이 바람직하다.
1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물을 먼저 가열하고, 가압 공정을 위해 압력을 증가시키기 전에 제1 온도 Ta를 일정 시간 동안 유지하여, 섬유의 압밀이 주위 압력에서 초기 진행되는 것이 바람직하다. 한 바람직한 실시양태에서, 단계 a)에서 제1 온도 Ta는 주위 압력에서 5초 이상, 바람직하게는 30초 이상, 특히 바람직하게는 120초 이상의 기간 동안 유지된다. 융점 Tm 초과 온도로의 가열은, 어떠한 완전 다층 압밀 반제품 구조물의 사전 제조의 필요 없이, 시트의 제조와 함께 및 가압과 함께 몰드에서 완전히 다층 완성품을 압밀시켜 다층 완전 압밀 반제품 구조물 또는 다층 완전 압밀 시트를 얻을 수 있다.
한 바람직한 실시양태에서, 압력 pb는 3 bar 내지 50 bar, 바람직하게는 5 bar 내지 30 bar, 특히 바람직하게는 10 bar 내지 25 bar이다.
한 바람직한 실시양태에서, 제1 온도 Ta 및 제2 온도 Tb는 50℃ 내지 400℃, 바람직하게는 100℃ 내지 350℃, 특히 바람직하게는 200℃ 내지 320℃이다.
당업자에게 공지된 임의 방법이 단계 a)에서의 가열을 위해 사용될 수 있다. 한 바람직한 실시양태에서, 가열을 접촉 없이 수행한다. 가열을 적외선 복사를 이용하여 또는 컨벡션 오븐에서 수행하는 것이 특히 바람직하다.
한 바람직한 실시양태에서, 제2 온도 Tb는 제1 온도 Ta와 동일하거나 그보다 높다. 단계 a)에서 1 이상의 반제품 구조물을, 반제품 구조물의 층 사이에 완전 응집 결합의 제조를 위한 가압 공정 중에 요구되는 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 가압 절차는 반제품 구조물의 온도를 추가로 증가시킬 수 있다.
단계 b)에서의 가압은 실제 완성품 제조 단계를 나타내며, 압밀 및/또는 캘리브레이션을 포함한다. 한 바람직한 실시양태에서, 단계 b)에서 완성품의 두께를 가압을 통해 1 mm 내지 4 mm의 범위로 설정하거나, 단계 b) 후, 완성품의 두께를 가압을 통해 1 mm 내지 4 mm의 범위로 설정하는 단계가 이어진다.
가압 공정은 프레스, 몰드-캐리어 시스템, 사출 금형, 또는 사출 성형기에서 수행될 수 있다.
한 바람직한 실시양태에서, 완성품은 가압 공정 후에 냉각된다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 단계 b)에서 완성품은 추가로 인몰드 코팅(in-mold coating)된다. 연속 필라멘트 섬유 보강 플라스틱 시트의 인몰드 코팅은 예시로서 문헌[Marko Wacker et al., “Schweissen und Umspritzen von Organoblechen” [Welding and in-mold coating of organopanels], KU Kunststoffe, Carl Hanser Verlag, Munich, 1992 (2002), 6.]에 기술되어 있다. 인몰드 코팅은 완성품의 기능적 부재를 부착시킬 수 있다. 인몰드 코팅 공정은 폴리머 층 중 1 이상에 이미 포함된 폴리머를 이용할 수 있으며; 대안적으로 이 공정은 반제품 구조물 중 아직 포함되지 않은 다른 폴리머를 이용하는 것이 가능하다. 폴리머의 사출에 이용되는 파라미터는 사출 성형 공정에 대한 기존의 파라미터이다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 단계 b) 후, 완성품을 열성형을 통해 성형 공정으로 처리하거나 완성품을 인몰드 코팅하거나 부재를 완성품 상에 사출 성형하는 단계 c)가 이어진다. 예시로서, 립(rib)은 완성품의 보강을 위해 상기 완성품 상에 사출될 수 있다. 사출 성형 공정으로부터 유래할 수 있는 다른 보충적 부재는 기능적 부재, 예를 들어 고정 부재용 리시버, 클립, 힘 도입 부재, 또는 스크루 스레드를 수용하기 위한 구조물이다.
증가된 강도를 얻기 위해 사출된 폴리머는 기능적 부재 사이의 완성품 상의 응집성 외피를 형성하는 것이 바람직하다. 특히 복수의 기능적 부재가 서로 인접하게 성형되는 경우, 기능적 부재 사이의 응집성 외피는 기능적 부재의 추가적인 안정화를 제공한다. 여기서 응집성 외피는 기능적 부재 사이의 좁은 유동 채널을 제공하고 폴리머 재료를 유동 채널 내로 사출함으로써 형성된다.
인몰드 코팅 또는 재료 상으로의 사출 성형은 다양한 폴리머 층 간의 결합을 추가로 개선한다. 완성품의 유동 코팅 및 이로써 층 구조물의 폴리머로의 유동 코팅이 또한 가능하며, 이로써 주위 압력보다 높은 압력을 생성하고 완성품에서 폴리머 층을 감소시키거나 광학 특성을 향상시키는 등에 관한 정의된 표면 구조 및/또는 보다 높은 수준의 표면 품질을 달성한다. 다른 결과는 유동 코팅을 위해 사용되는 폴리머간의 우수한 접착이며, 이는 이후 코팅 및 완성품을 형성한다.
인몰드 코팅 공정, 또는 재료 상으로의 사출 성형에 적합한 폴리머는 사출 성형 가능한 폴리머이다. 사출 성형 가능한 폴리머는 장섬유 또는 단섬유에 의해 섬유 보강될 수 있다. 한편으로 완성품의 폴리머 층에서 및 다른 한편으로 인몰드 코팅 공정, 또는 재료 상으로의 사출 성형에 대해 상이한 폴리머를 사용하는 것은 특정 특성, 예를 들어 표면 품질 또는 강도에 관한 특성을 달성하고자 하는 경우 특히 유리하다.
본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 폴리머는 특히 열가소성 폴리머이다. 한 바람직한 실시양태에서, 2 이상의 폴리머 층은 각각, 각 경우 폴리머를 기준으로, 50 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상, 특히 바람직하게는 90 중량% 이상의 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리비닐 폴리머, 예컨대 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐락탐, 또는 폴리비닐아민, 스티렌 폴리머, 예를 들어 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, (메트)아크릴산의 폴리머, 예를 들어 폴리아크릴산, 폴리(메트)아크릴산 에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리카보네이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리페닐렌 에테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리이미드, 폴리퀴녹살린, 폴리퀴놀린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리에스테르, 또는 폴리우레탄, 예컨대 폴리이소시아네이트, 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 또는 폴리에스테르 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 폴리아미드 및 폴리에스테르, 예컨대 폴리부틸렌테레프탈레이트가 특히 바람직하다.
바람직한 폴리아미드는 PA6, PA12, PA4.6, PA66, PA6.10, PA6.12, PA10.10, PA12.12, PA13.13, PA6.T, PA9.T, PA MXD.6, PA6/6.6, PA6/6.T, PA6.I/6.T, PA6/6.6/6.10이며, 또한 나일론-6, 나일론-6,6, 나일론-4,6, 나일론-6,T 코폴리아미드, 및 나일론-6/6,6로 공지되어 있다.
완성품의 특성을 조정하기 위하여, 2 이상의 폴리머 층은 첨가제를 포함할 수 있다. 이의 예로는 안정화제, 윤활제, 조핵제, 염료, 경화제, 가소제, 다른 폴리머와의 블렌드, 및 당업자에게 공지된 임의 원하는 다른 첨가제가 있다.
한 바람직한 실시양태에서, 2 이상의 폴리머 층은 매트릭스 재료와 동일한 폴리머를 포함한다. 대안적으로, 완성품은 또한 매트릭스 재료와 상이한 폴리머를 포함하는 복수의 섬유 보강된 폴리머 층으로부터 제조될 수 있다.
한 바람직한 실시양태에서, 폴리머 층은 섬유 구조물에 의해 보강되며, 여기서 섬유 구조물은 바람직하게는 직물, 편물, 브레이드 패브릭, 레이드 스크림, 부직물, 또는 평행 섬유 또는 불규칙 섬유, 얀, 스레드, 또는 코드로 이루어진 단방향 또는 양방향 섬유 구조물을 포함한다. 다양한 폴리머 층의 섬유 구조물은 서로에 대해 평행한 배향을 가질 수 있거나, 특정한 배향을 갖지 않을 수 있거나, 또는 서로에 대해 각을 이룰 수 있다. 특히 바람직하게는, 섬유 구조물은 직물의 형태 또는 평행 배향된 섬유, 얀, 스레드, 또는 코드의 층의 형태이다.
서로 각을 이루는 평행 배향된 섬유, 얀, 스레드, 또는 코드의 층을 사용하는 경우, 각 개별 층 사이의 각도가 90° (양방향 구조)인 것이 특히 바람직하다. 3개의 층 또는 복수개의 3개의 층을 이용하는 경우, 개별 층을 서로에 대해 60°의 각도로 배열하는 것이 또한 가능하며, 4개의 층 또는 복수개의 4개의 층을 이용하는 경우, 개별 층을 서로에 대해 45°의 각도로 배열하는 것이 또한 가능하다. 더 나아가 동일한 배향을 갖는 섬유의 하나 이상의 층을 제공하는 것이 또한 가능하다. 여기서 마찬가지로, 서로에 대해 각을 이루는 층이 있고, 동일한 배향의 섬유를 갖는 층의 수는 섬유의 배향 각각에 대해 상이할 수 있는 것이 가능하며, 이의 예로서 4개의 층이 제1 방향이고 하나의 층이 이에 대해 예시로서 90°의 방향을 이룬다(바람직한 방향으로 양방향 구조). 더 나아가, 제2 층의 섬유가 제1 층의 섬유에 대해 90°의 각도로 배열되고, 제3층의 섬유가 더 나아가 제2 층의 섬유에 대해 45°의 각도로 배열되는 공지된 준등방성 구조가 또한 존재한다. 모든 섬유의 방향이 동일한 것이 바람직하다.
한 바람직한 실시양태에서, 섬유 구조물의 섬유는 카본 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 폴리머 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 또는 광물 섬유, 예를 들어 현무암 섬유이다. 유리 섬유 및 카본 섬유가 특히 바람직하다.
반제품 구조물의 전체 부피를 기준으로 섬유의 비율은 바람직하게는 70 부피% 이하이다.
이러한 방식으로 제조될 수 있는 완성품의 예는 차량 차체 부품, 차량용 구조 부품, 예를 들어 바닥재 또는 천장재, 차량용 구성요소 부품, 예를 들어 조립 지지체, 좌석 구조물, 도어 클래딩, 또는 인테리어 클레딩이다. 제조된 완성품은 격벽, 배터리 홀더, 측면 충격 부재, 범퍼 시스템, 구조 삽입물, 또는 구동 차량의 기둥 보강 시스템, 또는 측벽, 구조적 휠 감싸개(structural wheel surrounds), 또는 차량 차체에서의 종방향 부재를 위해 사용될 수 있다. 완성품은 또한 풍력 터빈 또는 철도 차량용 부품으로서 적합하다.
[ 실시예 ]
비교예
2개의 완전 다층 압밀 반제품 구조물을 적외선 복사 필드에서 260℃로 가열하고 부품 몰드에서 가압을 통해 가공하여 각 경우 완성품을 얻었다. 2개의 반제품 구조물은 각각 6개의 폴리머 층을 포함하였으며, 각 경우 이는 섬유 보강되었다. PA6를 폴리머로서 사용하였다. 제1 반제품 구조물에서는 4개의 폴리머 층이 이의 섬유 보강에 대해 평행하게 배향되었으며, 2개의 외측 폴리머 층은 서로 평행하고 이의 인접 층에 대해 각각 90°의 각을 이루었다. 제2 반제품 구조물에서는 또한 전부 4개의 폴리머 층이 평행하게 배향되었다. 바깥에서 보아 6개의 층 중 2번째 위치의 2개의 층은, 서로 평행하며 인접 층에 대해 90°의 각을 이루었다. PA6-GF35를 인몰드 코팅에 사용하였다. 완성품의 두께는 1.5 mm였다.
완성품을 우수한 광학 표면 특성 및 우수한 기계적 특성을 갖도록 제조하였다.
본 발명예
상호 중첩되었지만 서로 결합하지 않은 폴리머 층을 갖는 3개의 다층 반제품 구조물을 적외선 복사 필드에서 260℃로 가열하고 부품 몰드에서 가압을 통해 가공하여 각 경우 완성품을 얻었다. PA6를 폴리머로서 사용하였다. 260℃의 온도를 가압 공정 전에 2.5분 내지 3분 동안 유지하였다. 반제품 구조물은 각각 6개의 폴리머 층을 포함하였으며, 각 경우 이는 섬유 보강되었다. 모든 반제품 구조물에서는 4개의 폴리머 층이 이의 섬유 보강에 대해 평행하게 배향되었으며, 2개의 외측 폴리머 층은 서로 평행하고 인접 층에 대해 각각 90°의 각을 이루었다. PA6-GF35를 인몰드 코팅에 사용하였다. 완성품의 두께는 1.5 mm였다.
비교예와는 달리, 완성품 제조의 다층 반제품 구조물 업스트림의 완전 압밀은 없었으나, 완성품은 비교예의 완성품의 광학적 및 기계적 특성만큼 우수한 특성을 갖도록 제조되었다.

Claims (16)

1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물로부터 완성품을 제조하는 방법으로서,
a) 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물을 주위 압력에서 제1 온도 Ta로 가열하는 단계로서, 상기 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물은 2 이상의 상호 중첩된 폴리머 층을 포함하며, 개별 폴리머 층은 각각 섬유 보강되고 서로 응집적으로 결합하지 않거나 서로 부분적으로만 응집적으로 결합하며, 폴리머 층 중 1 이상이 반결정질 폴리머를 포함하는 경우, 제1 온도 Ta는 DIN EN ISO 11357-3:2013-04에 따른 결정질 폴리머의 융점 Tm보다 높고, 2 이상의 폴리머 층이 반결정질 폴리머를 포함하지 않는 경우, 제1 온도 Ta는 2 이상의 폴리머 층 중 1 이상에 포함된 폴리머의 DIN EN ISO 11357-2:2013-09에 따른 유리 전이 온도 Tg보다 높은 것인 단계,
b) 가열된 1 이상의 다층의 섬유 보강된 플랫 반제품 구조물을 제2 온도 Tb에서 3 bar 이상의 압력 pb로 가압하여, 완성품을 얻는 단계
를 포함하는 완성품 제조 방법.
제1항에 있어서, 단계 a) 전에, 제2 폴리머 층을 향하는 제1 폴리머 층의 표면의 80% 미만이 제2 폴리머 층에 인터로크 결합(interlock bonding)되는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 2 이상의 폴리머 층 각각은 완전 압밀 층인 완성품 제조 방법.
제3항에 있어서, 단계 a) 전에, 2 이상의 폴리머 층을 각각, 240℃ 내지 280℃ 범위의 온도 Tv에서 5 bar 초과의 압력 Pv로 가압함으로써 완전 압밀하는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 a)에서 제1 온도 Ta를 주위 압력에서 5초 이상 동안 유지하는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제2 온도 Tb는 제1 온도 Ta와 동일하거나 그보다 높은 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 b)가 단계 a)에 바로 이어지는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 b)의 완성품을 추가로 인몰드 코팅(in-mold coating)하는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 b) 후, 완성품을 인몰드 코팅하거나 부재를 완성품 상에 사출 성형하는 단계 c)가 이어지는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 가열을 접촉 없이 수행하는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 가열을 적외선 복사를 이용하여 또는 컨벡션 오븐에서 수행하는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 b)에서 완성품의 두께를 가압을 통해 1 mm 내지 4 mm의 범위로 설정하거나, 단계 b) 후 완성품의 두께를 가압을 통해 1 mm 내지 4 mm의 범위로 설정하는 다른 단계가 이어지는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 2 이상의 폴리머 층은 각각, 폴리머를 기준으로 50 중량% 이상의, 폴리올레핀, 폴리비닐 폴리머, 스티렌 폴리머, 아크릴로니트릴-스티렌 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, (메트)아크릴산의 폴리머, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리이미드, 폴리퀴녹살린, 폴리퀴놀린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 2 이상의 폴리머 층은 매트릭스 재료로서 동일한 폴리머를 포함하는 것인 완성품 제조 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 2 이상의 폴리머 층은 각각 섬유 구조물에 의해 보강되며, 상기 섬유 구조물은 바람직하게는 직물, 편물, 레이드 스크림, 부직물, 또는 불규칙 섬유(unordered fiber), 또는 연속 필라멘트 섬유로 이루어진 단방향 또는 양방향 섬유 구조물을 포함하는 것인 완성품 제조 방법.
제15항에 있어서, 섬유 구조물의 섬유는 카본 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 폴리머 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 또는 광물 섬유인 완성품 제조 방법.
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