KR20170116470A - 섬유 복합 재료 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 섬유 강화 플라스틱을 포함하는 섬유 복합체층, 상기 섬유 복합체층의 적어도 일면 상에 위치하는 절연층, 및 상기 절연층 상에 위치하는 전도층을 포함하는 섬유 복합 재료 구조체를 제공한다.

Description

섬유 복합 재료 구조체{FIBER COMPLEX MATERIAL STRUCTURE}
본 발명은 섬유 복합 재료 구조체에 관한 것으로, 구체적으로 전도성을 가지는 섬유 복합 재료 구조체에 관한 것이다.
섬유 복합 재료는 우수한 기계적 강도, 경량성, 치수 안정성 등의 우수한 특성으로 인해 자동차, 항공기, 건축 재료 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
하지만, 섬유 복합 재료가 적용되는 제품에 따라 금속과 함께 적용될 경우 금속과 섬유 복합 재료 간의 전위차에 의해 부식이 발생할 수 있고, 이는 섬유 복합 재료가 적용된 제품의 성능 저하 및 손상을 야기시킬 수 있다. 또한, 금속을 포함하는 제품에서는 부품 사이의 전위차 발생 방지를 위해 전도성 연결이 필요한데, 섬유 복합 재료를 사용할 경우 전도성 연결이 어려워 부품 사이의 전위차 발생으로 인해 균일하지 못한 성능을 야기시킬 수 있다.
특히 자동차 부품의 경우, 자동차의 도장 공정에서 균일한 도장 및 차체의 균일한 전위차를 유지하기 위해서 전도성 연결이 필요하다.
섬유 복합 재료의 적용으로 인한 갈바닉 부식을 방지하는 방법으로 탄소 섬유 강화 플라스틱과 금속 사이에 절연층을 형성하는 방법(특허문헌 1 참조), 탄소 섬유 강화 플라스틱 내부에 금속을 삽입하고 전기를 인가하는 방법(특허문헌 2 참조), 탄소 섬유 강화 플라스틱과 연결된 금속보다 이온화 경향이 큰 희생 금속을 사용하는 방법(특허문헌 3 참조) 및 탄소 섬유 강화 플라스틱 내부에 실리콘 화합물을 혼합하여 성형하는 방법(특허문헌 4 참조) 등이 공지되어 있다.
하지만, 상기와 같은 방법들 전도성 연결이 어렵거나, 경제성이 떨어지거나 혹은 섬유 복합 재료의 물성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
JP1999-123765A JP2009-255429A JP2013-245356A JP2014-162848A
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 섬유 복합 재료의 물성 저하 없이 갈바닉 부식을 방지하면서도, 전도성을 가지는 섬유 복합 재료 구조체를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 섬유 강화 플라스틱을 포함하는 섬유 복합체층, 상기 섬유 복합체층의 적어도 일면 상에 위치하는 절연층, 및 상기 절연층 상에 위치하는 전도층을 포함하는 섬유 복합 재료 구조체를 제공한다.
상기 절연층은 무기 고분자, 유기 고분자, 금속 산화물, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소, 산화아연, 질화아연 및 탄화아연 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 절연층은 유기 고분자 내에 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소, 산화아연, 질화아연 및 탄화아연 중 적어도 어느 하나로 형성된 입자를 포함할 수 있다.
상기 절연층의 두께는 1~100㎛일 수 있다.
상기 절연층의 두께는 상기 입자의 직경보다 두꺼울 수 있다.
상기 전도층은 철(Fe), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 탄소(C) 중 적어도 어느 하나의 전도 물질을 포함할 수 있다.
상기 전도 물질은 입자 또는 필러 형태로 포함할 수 있다.
상기 전도층의 두께는 1~100㎛일 수 있다.
상기 섬유 강화 플라스틱은 수지 및 강화 섬유를 포함할 수 있다.
상기 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 강화 섬유는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 아라미드 섬유, 케나프 섬유, 주트 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체에 따르면, 섬유 복합 재료 구조체에 적용된 섬유 복합 재료의 물성 저하 없이 갈바닉 부식을 방지하면서도, 전도성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체의 단면도이다.
도 2는 금속 부품과 결합된 본 발명의 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체의 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
이하, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체(100)에 관해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체의 단면도이고, 도 2는 금속 부품과 결합된 본 발명의 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체(100)는 섬유 복합체층(10), 섬유 복합체층(10)의 적어도 일면 상에 위치하는 절연층(20) 및 절연층(20) 위에 위치하는 전도층(30)을 포함한다.
전도층(30)의 표면에는 전도층(30)과 접촉하면서 서로 이격되어 있는 제1 부품(40) 및 제2 부품(50)이 위치할 수 있다.
제1 부품(40) 및 제2 부품(50)은 본 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체(100)와 결합되어 있을 수 있다.
제1 부품(40) 및 제2 부품(50)은 금속 재료를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 부품(40, 50)은 섬유 복합 재료 구조체(100) 전도층(30)의 표면에 접착제 등에 의해 접착되거나, 볼트 체결, 리벳 체결 등 다양한 형태로 결합될 수 있다.
편의상 도면에서 서로 이격된 2개의 부품(40, 50)이 섬유 복합 재료 구조체(100)에 결합된 형태만을 개시하고 있으나, 섬유 복합 재료 구조체(100)에 결합되는 부품은 단수 혹은 복수개가 위치할 수 있다.
섬유 복합체층(10)은 수지(resin) 및 강화 섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱(fiber reinforced plastics; FRP)일 수 있다.
여기서, 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
열경화성 수지로는 예를 들어, 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 시아네이트에스테르 수지 및 비스말레이미드 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
열가소성 수지로는 예를 들어, 폴리올레핀, ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌에테르, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리케톤, 폴리에테르에테르케톤 및 폴리에테르케톤케톤 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 섬유 복합체층(10)에 포함되는 강화 섬유로는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 아라미드 섬유, 케나프 섬유, 주트 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 탄소 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
강화 섬유로서 탄소 섬유를 포함하는 경우, 폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 셀룰로오스계 탄소 섬유 및 기상 성장계 탄소 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 편의상 평면 형태의 섬유 복합체층(10)을 도시하고 있으나, 섬유 복합체층(10)의 형상은 이에 한정되지 않고 필요에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
섬유 복합 재료 구조체(100)의 섬유 복합체층(10)의 적어도 일면 상에 위치하는 절연층(20)은 전기적 절연 물질을 포함한다.
절연층(20)은 섬유 복합 재료 구조체(100)의 형상에 따라 섬유 복합체층(10) 전면을 감싸면서 형성될 수도 있다.
절연층(20)은 섬유 복합체층(10)과 금속을 포함하는 부품(40, 50) 사이에 위치하여 섬유 복합체층(10)과 부품(40, 50) 간의 접촉을 방지하여, 섬유 복합체층(10)과 부품(40, 50) 간의 전위차로 인해 발생할 수 있는 갈바닉 부식을 방지하는 역할을 한다.
절연층(20)은 무기 고분자, 유기 고분자, 금속 산화물, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소, 산화아연, 질화아연 및 탄화아연 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 무기 고분자는 석영, 유리, 운모, 석면, 다이아몬드, 폴리포스파젠, 폴리보라진, 폴리실록세인, 폴리실레인, 폴리실라제인 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 유기 고분자는 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 시아네이트에스테르 수지 및 비스말레이미드 수지, 폴리올레핀, ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌에테르, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리케톤, 폴리에테르에테르케톤 및 폴리에테르케톤케톤 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 금속 산화물은 제올라이트, 지르코늄, 산화하프늄, 산화티타늄, 산화이트륨, 산화탈탄, 산화세슘, 산화망간, 산화칼륨, 산화칼슘, 산화나트륨, 산화마그네슘, 산화주석, 산화납 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이와 다르게, 절연층(20)은 유기 고분자 내에 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소, 산화아연, 질화아연 및 탄화아연 중 적어도 어느 하나로 형성된 입자를 포함할 수도 있다.
절연층(20)은 1~100㎛의 두께로 형성될 수 있다.
이는 절연층(20)의 두께가 1㎛ 미만일 경우 균일한 도막의 형성이 어려울 수 있기 때문이고, 절연층(20)의 두께가 100㎛ 초과일 경우 구성 성분의 층분리가 일어날 수 있기 때문이다.
또한, 절연층(20)이 질화알루미늄, 탄화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소, 산화아연, 질화아연 및 탄화아연 중 적어도 어느 하나로 형성된 입자를 포함하는 경우에는 입자의 직경보다는 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 절연층(20) 위에 위치하는 전도층(30)은 섬유 복합 재료 구조체(100)의 표면에 위치하여, 섬유 복합 재료 구조체(100)가 전도성을 가질 수 있도록 한다.
전도층(30)은 철(Fe), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 탄소(C) 중 적어도 어느 하나의 전도 물질을 포함할 수 있다.
여기서, 전도층(30)에 포함되는 전도 물질은 입자 또는 필러 형태로 포함될 수 있다. 전도층(30) 내부에 전도 물질이 입자 또는 필러 형태로 포함된 경우, 전도층(30)은 유기 고분자를 더 포함할 수 있다.
여기서, 유기 고분자는 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 시아네이트에스테르 수지 및 비스말레이미드 수지, 폴리올레핀, ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌에테르, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리케톤, 폴리에테르에테르케톤 및 폴리에테르케톤케톤 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전도층(30)은 1~100㎛의 두께로 형성될 수 있다.
이는 전도층(30)의 두께가 1㎛ 미만일 경우 균일한 도막의 형성이 어려울 수 있기 때문이고, 전도층(30)의 두께가 100㎛ 초과일 경우 구성 성분의 층분리가 일어날 수 있기 때문이다.
이렇게 본 발명의 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체(100)는 전도층(30)을 통해 전도성을 가지므로, 전도층(30) 표면에 접촉되어 있는 제1 부품(40) 및 제2 부품(50) 간에 전기적인 연결이 가능하며, 제1 부품(40) 및 제2 부품(50) 사이에서 균일한 전위를 가질 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 복합 재료 구조체에 따르면, 섬유 복합 재료 구조체에 적용된 섬유 복합 재료의 물성 저하 없이 갈바닉 부식을 방지하면서도, 전도성을 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 섬유 복합체층 20: 절연층
30: 전도층 100: 섬유 복합 재료 구조체
40, 50: 제1, 2 부품

Claims (11)

  1. 섬유 강화 플라스틱을 포함하는 섬유 복합체층,
    상기 섬유 복합체층의 적어도 일면 상에 위치하는 절연층, 및
    상기 절연층 상에 위치하는 전도층을 포함하는 섬유 복합 재료 구조체.
  2. 제1항에서,
    상기 절연층은 무기 고분자, 유기 고분자, 금속 산화물, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소, 산화아연, 질화아연 및 탄화아연 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유 복합 재료 구조체.
  3. 제1항에서,
    상기 절연층은 유기 고분자 내에 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소, 산화아연, 질화아연 및 탄화아연 중 적어도 어느 하나로 형성된 입자를 포함하는 섬유 복합 재료 구조체.
  4. 제2항 또는 제3항에서,
    상기 절연층의 두께는 1~100㎛인 섬유 복합 재료 구조체.
  5. 제3항에서,
    상기 절연층의 두께는 상기 입자의 직경보다 두꺼운 섬유 복합 재료 구조체.
  6. 제1항에서,
    상기 전도층은 철(Fe), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 탄소(C) 중 적어도 어느 하나의 전도 물질을 포함하는 섬유 복합 재료 구조체.
  7. 제6항에서,
    상기 전도 물질은 입자 또는 필러 형태로 포함하는 섬유 복합 재료 구조체.
  8. 제6항에서,
    상기 전도층의 두께는 1~100㎛인 섬유 복합 재료 구조체.
  9. 제1항에서,
    상기 섬유 강화 플라스틱은 수지 및 강화 섬유를 포함하는 섬유 복합 재료 구조체.
  10. 제9항에서,
    상기 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
    상기 강화 섬유는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 아라미드 섬유, 케나프 섬유, 주트 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유 복합 재료 구조체.
  11. 제10항에서,
    상기 강화 섬유는 탄소 섬유인 섬유 복합 재료 구조체.
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