KR20180024906A - Fiber-reinforced composite material and manufacturing method of interior and exterior ofvehicles using the same - Google Patents
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Abstract
Description
섬유 강화 복합재 및 이를 이용한 자동차용 내·외장재에 관한 것이다.
Fiber reinforced composite materials and automotive interior and exterior materials using the same.
다양한 용도로 활용되는 복합재는 두 가지 이상의 재료를 결합하여 이루어진 것으로, 일반적으로 고분자 수지에 강화재로서 유리 섬유 또는 탄소 섬유 등을 혼합하여 제조될 수 있다. 또한, 복합재로 섬유상 충진재 및 실리콘 고무를 필수 성분으로 함유하는 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 성형물 등이 있다. 이와 같은 복합재는 높은 강도 및 강성을 요구하는 산업 분야에 활용될 수 있으며, 우수한 유연성과 함께 우수한 강도 및 강성을 가지고, 동시에 경량성을 확보하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
A composite material used for various purposes is formed by combining two or more materials. Generally, the composite material can be produced by mixing glass fiber, carbon fiber, or the like as a reinforcement material in a polymer resin. Also, there is a thermoplastic resin composition containing a fibrous filler and a silicone rubber as essential components as a composite material, and a molded article produced using the same. Such a composite material can be utilized in industrial fields requiring high strength and rigidity, and has a need for studies to secure excellent flexibility, excellent strength and rigidity, and light weight at the same time.
본 발명의 일 구현예는 경량성을 유지하면서, 동시에 굴곡 성능이 향상된 섬유 강화 복합재를 제공한다.
One embodiment of the present invention provides a fiber-reinforced composite material having improved bending performance while maintaining light weight.
본 발명의 일 구현예에서, 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고, 상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고, 상기 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함하고, 상기 제2 무기섬유의 상기 각각의 표면층 전체 중 중량% 함량이 상기 제1 무기섬유의 상기 중간층 전체 중 중량% 함량 보다 큰 섬유 강화 복합재를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a thermoplastic resin composition comprising an intermediate layer and a surface layer laminated on both surfaces of the intermediate layer, wherein the intermediate layer comprises a first thermoplastic resin and a first inorganic fiber, Wherein the weight% of the entire surface layers of the second inorganic fibers is greater than the weight% of the entire intermediate layers of the first inorganic fibers.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 섬유 강화 복합재로부터 형성된 성형물을 포함하는 자동차용 내·외장재를 제공한다.
In another embodiment of the present invention, there is provided an automotive interior and exterior material including a molded product formed from the fiber-reinforced composite material.
상기 섬유 강화 복합재는 경량성을 유지하면서, 동시에 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 성능을 확보할 수 있다. 이에 따라 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내·외장재의 용도로 활용할 수 있다.
The fiber-reinforced composite material can maintain a lightweight property, while at the same time ensuring excellent bending performance such as excellent bending strength and flexural modulus. As a result, it can be utilized as an interior / exterior material for automobiles requiring light weight, in addition to excellent flexural strength and flexural modulus.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재(100)의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically illustrates a cross-sectional view of a fiber-reinforced
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings in which: These embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art to which the invention pertains. Only. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 일 구현예에서, 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고, 상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고, 상기 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함하고, 상기 제2 무기섬유의 상기 각각의 표면층 전체 중 중량% 함량이 상기 제1 무기섬유의 상기 중간층 전체 중 중량% 함량 보다 큰 섬유 강화 복합재를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a thermoplastic resin composition comprising an intermediate layer and a surface layer laminated on both surfaces of the intermediate layer, wherein the intermediate layer comprises a first thermoplastic resin and a first inorganic fiber, Wherein the weight% of the entire surface layers of the second inorganic fibers is greater than the weight% of the entire intermediate layers of the first inorganic fibers.
통상적으로, 복합재는 열가소성 수지에 무기섬유 등의 섬유 강화재를 혼합하여 제조될 수 있다. 섬유 강화재의 함량이 높을수록 복합재의 강도 및 강성은 높아지지만, 이와 동시에 취성(brittleness)이 높아지고, 복합재의 비중이 전체적으로 높아지며, 복합재의 품질이 악화되는 등의 문제가 있다.Typically, the composite material can be produced by mixing a fiber reinforcing material such as inorganic fiber with a thermoplastic resin. The higher the content of the fiber reinforcement, the higher the strength and stiffness of the composite, but at the same time, the brittleness increases, the specific gravity of the composite increases, and the quality of the composite deteriorates.
상기 섬유 강화 복합재는 전체적으로 낮은 함량의 무기섬유를 포함하여 경량성을 유지하면서도, 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 나타낼 수 있다.
The fiber-reinforced composite material may include a low-content inorganic fiber as a whole to exhibit remarkably excellent bending strength and flexural modulus while maintaining light weight.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재(100)의 단면도를 개략적으로 나타낸 것으로서, 이를 참조할 때, 상기 섬유 강화 복합재(100)는 상기 중간층(10) 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층(20)을 포함하는 샌드위치 구조를 가진다. 상기 섬유 강화 복합재(100)는 상기 중간층(10) 또는 상기 표면층(20)을 단층으로 포함할 수도 있고, 다층으로 포함할 수도 있다. 1 is a schematic cross-sectional view of a fiber-reinforced
상기 섬유 강화 복합재의 두께는 약 5.5 내지 약 7.5㎜일 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재는 상기 범위의 두께를 가지면서, 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 나타낼 수 있다.
The thickness of the fiber-reinforced composite material may range from about 5.5 to about 7.5 mm. The fiber-reinforced composite material may exhibit remarkably excellent bending strength and flexural modulus while having the thickness in the above range.
상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고, 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함한다. 상기 섬유 강화 복합재의 각각의 표면층에 포함된 제2 무기섬유 각각의 중량% 함량이 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 중량% 함량보다 크다. 즉, 상기 섬유 강화 복합재는 외각에 위치한 표면층의 제2 무기섬유의 함량을 높게 하여, 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.The intermediate layer includes a first thermoplastic resin and a first inorganic fiber, and a surface layer laminated on both surfaces of the intermediate layer includes a second thermoplastic resin and a second inorganic fiber. The weight% of each of the second inorganic fibers contained in each surface layer of the fiber-reinforced composite material is greater than the weight% of the first inorganic fibers included in the intermediate layer. That is, the fiber-reinforced composite material can exhibit remarkably excellent bending strength and bending performance such as flexural modulus by increasing the content of the second inorganic fibers in the surface layer located on the outer periphery.
또한, 상기 섬유 강화 복합재는 상기 표면층 사이에 위치한 중간층의 제1 무기섬유의 함량을 상기 제2 무기섬유의 함량보다 낮게 하여, 상기 섬유 강화 복합재 전체 중 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량을 낮출 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 경량성을 유지하면서, 동시에 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.The content of the first inorganic fibers in the intermediate layer positioned between the surface layers is made lower than the content of the second inorganic fibers so that the content of the first inorganic fibers and the second inorganic fibers in the entire fiber- The content can be lowered. Accordingly, the fiber-reinforced composite material can exhibit excellent bending strength such as excellent bending strength and flexural modulus while maintaining light weight.
일 구현예에서, 상기 각각의 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 함량은 약 60 초과 내지 약 90 wt% 일 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재는 외각에 위치한 표면층 각각에 상기 범위의 제2 무기섬유를 포함함으로써, 상기 제2 무기섬유가 상기 제2 열가소성 수지에 적절히 함침되어, 상기 표면층에 보이드(void)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.
In one embodiment, the content of the second inorganic fibers contained in each of the surface layers may be greater than about 60 to about 90 wt%. The fiber-reinforced composite material includes the second inorganic fibers in the above-described ranges in each of the surface layers disposed on the outer periphery, so that the second inorganic fibers are appropriately impregnated in the second thermoplastic resin to prevent voids from being generated in the surface layer can do. As a result, it is possible to exhibit a bending performance such as an excellent bending strength and a bending elastic modulus.
또한, 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 함량은 약 30 wt% 내지 약 60 wt% 일 수 있다. 상기 제1 무기섬유가 상기 범위의 함량으로 중간층에 포함됨으로써, 이를 포함하는 상기 섬유 강화 복합재는 경량성를 유지하면서, 동시에 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.
Also, the content of the first inorganic fibers in the intermediate layer may be about 30 wt% to about 60 wt%. Since the first inorganic fibers are contained in the intermediate layer in the above-mentioned range, the fiber-reinforced composite material including the first inorganic fibers can exhibit excellent bending strength such as excellent bending strength and flexural modulus while maintaining light weight.
일 구현예에서, 상기 섬유 강화 복합재 전체 중 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량은 약 50 ~ 약 70 wt%일 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재 전체에 포함된 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량은 상기 각각의 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 함량보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 경량화를 유지하면서, 동시에 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 성능을 확보할 수 있다. 이에 따라 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내·외장재의 용도로 활용할 수 있다.
In one embodiment, the content of the first inorganic fiber and the second inorganic fiber in the entire fiber-reinforced composite material may be about 50 to about 70 wt%. The content of the first inorganic fibers and the second inorganic fibers included in the entire fiber-reinforced composite material may be smaller than the content of the second inorganic fibers included in the respective surface layers. Accordingly, the fiber-reinforced composite material can secure a bending performance with remarkably excellent bending strength and flexural modulus while maintaining the weight reduction. As a result, it can be utilized as an interior / exterior material for automobiles requiring light weight, in addition to excellent flexural strength and flexural modulus.
상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡 강도가 약 350 MPa 내지 약 500 MPa 일 수 있다. 굴곡 강도는 굽힘 시험에서 파괴시의 최대 인장 응력을 나타낸 것이다. 상기 섬유 강화 복합재는 상기 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고, 상기 섬유 강화 복합재의 외각에 위치한 상기 각각의 표면층 전체 중에 포함된 제2 무기섬유의 중량% 함량을 상기 중간층 전체에 포함된 제1 무기섬유의 중량% 함량 보다 크게 하여, 상기 범위의 우수한 굴곡 강도를 가질 수 있다.
The fiber-reinforced composite material may have a flexural strength of about 350 MPa to about 500 MPa according to ASTM D790. The flexural strength is the maximum tensile stress at break in the bending test. Wherein the fiber-reinforced composite material includes a surface layer laminated on both surfaces of the intermediate layer and the intermediate layer, and the weight% of the second inorganic fibers contained in the entire surface layer located on the outer periphery of the fiber- Of the first inorganic fibers is larger than the weight% of the first inorganic fibers.
또한, 상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡 탄성률이 약 15GPa 내지 약 30GPa일 수 있다. 굴곡 탄성율은 외부로부터 힘이 가해졌을 때, 구부러지지 않으려고 저항하는 힘의 정도를 나타낸 것이다. 상기 섬유 강화 복합재는 굴곡 강도뿐만 아니라, 굴곡 탄성율도 매우 우수한 것을 알 수 있다.The fiber-reinforced composite material may have a flexural modulus of about 15 GPa to about 30 GPa according to ASTM D790. The flexural modulus represents the degree of force that resists flexing when externally applied. It can be seen that the fiber-reinforced composite material has not only bending strength but also bending elastic modulus.
따라서, 상기 섬유 강화 복합재는 갈라짐이나 부서짐의 현상 없이 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 확보할 수 있으며, 동시에 경량성을 유지할 수 있다.
Therefore, the fiber-reinforced composite material can secure excellent flexural strength and flexural modulus without cracking or breaking, and at the same time maintain light weight.
상기 중간층에 포함된 상기 제1 무기섬유 또는 상기 표면층 각각에 포함된 상기 제2 무기섬유 각각은 동일하거나 상이한 종류 일 수 있다. 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드(aramid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. The first inorganic fibers contained in the intermediate layer or the second inorganic fibers contained in each of the surface layers may be the same or different kinds. For example, one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, aramid, and combinations thereof.
상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유 각각의 횡단면의 평균 직경은 15㎛ 내지 20㎛ 일 수 있다. 상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유가 상기 범위의 직경을 가짐으로써, 상기 섬유 강화 복합재 내에 높은 함량으로 함유되어 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 강성을 구현할 수 있고, 경량 특성을 확보하기 유리하며, 제조 과정의 가공성 측면에서 유리할 수 있다.The average diameter of the cross section of each of the first inorganic fibers or the second inorganic fibers may be 15 탆 to 20 탆. The first inorganic fiber or the second inorganic fiber has a diameter within the above range, so that it can be contained in the fiber-reinforced composite material in a high content to realize excellent bending strength and bending rigidity, It may be advantageous in view of processability of the process.
또한, 상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유 각각은 연속섬유의 형태로 포함될 수 있다. 이때, 상기 연속섬유는 상기 섬유 강화 복합재의 최종적인 크기에 의존하여 그 내부에서 끊어지지 않고 연속적인 형태로 존재하는 것을 의미한다. 예를 들어, UD 시트 (unidirection sheet) 내의 연속섬유와 같이, 상기 연속 섬유는 연속 공정으로 제조될 수 있고, 이러한 연속 공정에 상기 연속 섬유를 연속적으로 공급함으로써, 연속 섬유를 포함한 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다. 따라서, 상기 섬유 강화 복합재는 시트와 같은 특정 형상의 제품으로 제조될 수 있는데, 이러한 시트와 같은 제품 내에서 상기 연속 섬유는 그 제품의 형상에 따라 특정 범위의 길이를 가지게 된다. 그러나, 이러한 특정 범위의 길이는 연속적으로 연속섬유가 공급되는 제조 공정상 임의 조절이 가능하다는 점에서 상기 연속 섬유는 ‘연속성’을 가지는 것으로 보아야 할 것이고, UD 시트 또는 직물 내의 연속 섬유와 같이 대부분의 경우, 제품 내부에서 끊어지지 않고 연속성을 갖는다.Further, each of the first inorganic fibers or the second inorganic fibers may be contained in the form of continuous fibers. In this case, the continuous fiber means that the continuous fiber exists in a continuous form without being broken in the fiber-reinforced composite depending on the final size of the fiber-reinforced composite material. For example, the continuous fibers, such as continuous fibers in a UD sheet (unidirection sheet), can be manufactured in a continuous process, and by continuously supplying the continuous fibers to the continuous process, a continuous fiber- can do. Thus, the fiber-reinforced composite material may be made of a product of a specific shape, such as a sheet, wherein the continuous fiber has a certain range of length depending on the shape of the product. However, the length of such a specific range should be regarded as having 'continuity' in that it can be arbitrarily adjusted in the manufacturing process in which continuous fibers are continuously fed, and most of the continuous fibers such as UD sheets or continuous fibers in the fabric , It has continuity without breaking inside the product.
상기 섬유 강화 복합재는 장섬유 또는 단섬유가 아닌 연속 섬유를 포함하기 때문에 섬유의 분산성의 문제가 없고, 고함량의 섬유를 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 표면 품질이 우수하고, 고르게 물성을 구현하면서, 고강도 특성을 갖는 등의 향상된 기계적 특성을 갖는다. 통상적으로, 단섬유는 약 1mm 이하의 섬유를 의미하고, 장섬유는 약 50mm 이하의 섬유를 의미할 수 있다. 이러한 단섬유 또는 장섬유를 사용하는 경우, 조성물 내에 분산성의 문제가 있어, 섬유를 고함량으로 포함할 수 없다. 또한, 복합재의 표면 품질이 저하되고, 기계적 강도 등의 물성이 떨어지는 문제가 있다.Since the fiber-reinforced composite material includes continuous fibers that are not long fibers or short fibers, there is no problem of dispersibility of the fibers and can include a high content of fibers. Accordingly, the fiber-reinforced composite material has excellent mechanical properties such as excellent surface quality, uniform physical properties, and high strength properties. Typically, staple fibers mean about 1 mm or less, and long fibers can mean about 50 mm or less. When such staple fibers or long fibers are used, there is a problem of dispersibility in the composition, and the fibers can not be contained in a high content. Further, there is a problem that the surface quality of the composite material is deteriorated and physical properties such as mechanical strength are deteriorated.
이와 같이, 상기 섬유 강화 복합재는 무기섬유를 연속섬유의 형태로 포함함으로써, 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 부여할 수 있다.
As described above, the fiber-reinforced composite material can impart excellent bending strength and flexural modulus of elasticity by including inorganic fibers in the form of continuous fibers.
상기 섬유 강화 복합재는 열가소성 수지를 약 40중량% 내지 약 70중량% 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 제조 과정에서 상기 섬유가 고르게 함침될 수 있고, 상기 섬유 강화 복합재가 일정 수준 이상의 지지 성능을 확보할 수 있다.The fiber-reinforced composite material may include from about 40% to about 70% by weight of the thermoplastic resin. When the thermoplastic resin is included in the above range, the fiber can be uniformly impregnated in the manufacturing process, and the fiber-reinforced composite material can secure a certain level of support performance.
상기 중간층은 상기 제1 열가소성 수지를 약 40 중량% 내지 약 70 중량% 포함할 수 있고, 상기 표면층 각각은 상기 제2 열가소성 수지를 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 제조 과정에서 상기 섬유가 고르게 함침될 수 있고, 상기 섬유 강화 복합재가 일정 수준 이상의 지지 성능을 확보할 수 있다.
The intermediate layer may comprise from about 40 wt% to about 70 wt% of the first thermoplastic resin, and each of the surface layers may comprise from about 10 wt% to about 40 wt% of the second thermoplastic resin. When the thermoplastic resin is included in the above range, the fiber can be uniformly impregnated in the manufacturing process, and the fiber-reinforced composite material can secure a certain level of support performance.
상기 중간층에 포함된 제1 열가소성 수지 또는 상기 표면층 각각에 포함된 상기 제2 열가소성 수지 각각은 동일하거나 상이한 종류 일 수 있다. 예를 들어, 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. The first thermoplastic resin contained in the intermediate layer or the second thermoplastic resin contained in each of the surface layers may be the same or different kinds. Examples of the resin include aromatic vinyl resins, rubber modified aromatic vinyl resins, polyphenylene ether resins, polycarbonate resins, polyester resins, methacrylate resins, polyarylene sulfide resins, polyamide resins , A polyvinyl chloride resin, a polyolefin resin, and combinations thereof.
예를 들어, 상기 열가소성 수지는 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있고, 구체적으로 폴리프로필렌계 수지를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 경우, 가격 경쟁력 측면에서 유리할 수 있고 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 특성을 향상시키는 데 유리할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 혹은 폴리프로필렌과 다른 종류의 모노머가 공중합된 수지를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리프로필렌 단독 중합 수지, 프로필렌-에틸렌 공중합 수지, 프로필렌-부텐 공중합 수지, 에틸렌-프로필렌-부텐 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
For example, the thermoplastic resin may include a polyolefin-based resin, and may specifically include a polypropylene-based resin. When the thermoplastic resin contains a polypropylene-based resin, it may be advantageous in terms of cost competitiveness and may be advantageous to improve the flexural strength and flexural modulus characteristics of the fiber-reinforced composite material. More specifically, the polypropylene resin may include polypropylene alone or a resin obtained by copolymerizing polypropylene with another kind of monomer, and examples thereof include a polypropylene homopolymer resin, a propylene-ethylene copolymer resin, a propylene-butene copolymer A resin, an ethylene-propylene-butene copolymer resin, and a combination thereof.
상기 표면층은 상기 제2 무기섬유가 제2 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트이고, 상기 중간층은 상기 제1 무기섬유가 제1 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트일 수 있다.Wherein the surface layer is a unidirectional continuous fiber-reinforced plastic infiltrated sheet formed by impregnating the second inorganic fiber with a second thermoplastic resin, and the intermediate layer is a single direction continuous fiber reinforced plastic impregnated sheet formed by impregnating the first inorganic fiber with the first thermoplastic resin Impregnated sheet.
상기 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트는 기지재인 열가소성 수지 내에 무기섬유가 일 방향으로 배향되어 포함되고 형성된 시트일 수 있다. The unidirectional continuous fiber reinforced plastic impregnated sheet may be a sheet formed by including inorganic fibers oriented in one direction in a thermoplastic resin as a known material.
상기 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트는 무기섬유를 나란히 배열한 뒤 액상 수지에 함침시키는 방법에 의해 제조되거나 용융 함침법 또는 나란히 배열된 무기섬유와 열가소성 수지 시트를 적층한 뒤 열압착과 같은 방법에 의해 열을 가하여 열가소성 수지가 무기섬유에 함침되게 하여 제조될 수 있으며, 공지된 방법에 의해 제한 없이 제조될 수 있고, 상업적으로 입수도 가능하다. The unidirectional continuous fiber reinforced plastic impregnated sheet is produced by a method of arranging inorganic fibers side by side and then impregnating the liquid resin, or by melt impregnation or by laminating inorganic fibers and a thermoplastic resin sheet arranged side by side, And then the thermoplastic resin is impregnated with the inorganic fibers. The thermoplastic resin can be produced without limitation by a known method, and is commercially available.
일 구현예에서, 보통 연속섬유는 섬유 필라멘트 다발로 상업적으로 입수되는데, 이러한 섬유 필라멘트 다발을 원하는 두께가 되도록 펼치고 (이를 '광폭화'로 표현하기도 함), 다시 이러한 펼쳐진 섬유 필라멘트 다발들을 폭 방향으로 연속적으로 배열하면, 섬유 필라멘트들을 폭 방향으로 연속적으로 나란히 배열되어 시트 형상이 되도록 할 수 있다. 시트 형상으로 나란히 배열된 연속 섬유의 위, 아래 또는 위아래로, 수지 시트를 적층시킨 후, 열을 가하여 수지 시트로부터 용융된 수지가 무기섬유로 스며들어 함침되게 하여 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 제조할 수 있다.
In one embodiment, usually continuous fibers are commercially available as bundles of fibrous filaments. These bundles of fibrous filaments are stretched to a desired thickness (sometimes referred to as " broadening "), , The fiber filaments can be arranged in a continuous manner in the width direction so as to have a sheet shape. After the resin sheets are laminated on the upper, lower or upper side of the continuous fibers arranged side by side in a sheet form, heat is applied to melt the resin from the resin sheet into the inorganic fibers so as to be impregnated with the inorganic fibers, Can be manufactured.
상기 섬유 강화 복합재는 UD 시트와 같이 연속섬유가 단일 배향성을 가지도록 연속 섬유를 포함할 수 있다.The fiber-reinforced composite material may include continuous fibers such that the continuous fibers have unidirectional properties, such as a UD sheet.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재(100)의 평면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 섬유 강화 복합재(100)는 연속섬유(30)를 포함하며, 이때, 상기 연속섬유는 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가질 수 있다. 상기 연속섬유가 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가짐으로써 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율의 확보에 유리하며, 상기 섬유 강화 복합재 내의 열가소성 수지와 적절하게 혼합되어, 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 성능을 향상시키기에 더욱 유리할 수 있다.1 schematically illustrates a top view of a fiber-reinforced
일 구현예에서, 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유 및 상기 표면층에 포함된 제2 무기섬유는 단일의 동일한 배향성을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하는 상기 섬유 강화 복합재는 보다 향상된 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 특성을 나타낼 수 있다.
In one embodiment, the first inorganic fibers contained in the intermediate layer and the second inorganic fibers contained in the surface layer may have the same uniform orientation. Accordingly, the fiber-reinforced composite material including the surface layer laminated on both surfaces of the intermediate layer and the intermediate layer can exhibit excellent bending properties such as improved bending strength and flexural modulus.
구체적으로, 상기 연속섬유가 단일 배향성을 갖는다는 것은 상기 열가소성 수지 내의 연속섬유 중 특정 섬유 가닥 하나를 정했을 때, 상기 특정 연속섬유가 다른 임의의 연속섬유와 이루는 각도가 약 10°이하, 구체적으로 약 5 °이하인 경우를 포함하는 것으로, 상호간 완전하게 평행한 상태뿐만 아니라, 육안으로 관찰했을 때 식별하기 어려운 정도의 오차 범위로 평행하지 않은 경우도 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
Specifically, the fact that the continuous fibers have a single orientation means that when one specific fiber strand among the continuous fibers in the thermoplastic resin is determined, the angle formed between the specific continuous fiber and any other continuous fibers is about 10 ° or less, specifically about 5 DEG or less, and it should be understood that the present invention includes not only parallel states but also parallel cases where the error range is difficult to be visually observed.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 섬유 강화 복합재로부터 형성된 성형물을 포함하는 자동차용 내?외장재를 제공한다. 상기 섬유 강화 복합재는 전술한 바와 같이, 경량성을 유지하면서 동시에 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 성능을 확보할 수 있다. 이에 따라 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내·외장재의 용도로 활용할 수 있다. In another embodiment of the present invention, there is provided an automotive interior and exterior material comprising a molded product formed from the fiber-reinforced composite material. As described above, the fiber-reinforced composite material can secure excellent bending performance such as excellent bending strength and flexural modulus while maintaining light weight. As a result, it can be utilized as an interior / exterior material for automobiles requiring light weight, in addition to excellent flexural strength and flexural modulus.
상기 섬유 강화 복합재는 Extruder를 통한 Compounding 방법, Pultrusion 방법 또는 Extruder와 함침 금형을 통한 방법에 의해 성형물로 제조될 수 있다. 상기 성형물은 예를 들어, 백빔(back beam), 시트백(seat back), 보닛(bonnet), 루프(roof) 등의 외장재 및 스티어링 컬럼 커버, 콘솔, 도어 패널, 기둥, 지지대, 손잡이, 버튼, 핸들, 및 안전 스크린 등의 내장재와 같이 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내?외장재의 용도로 활용할 수 있다.
The fiber-reinforced composite material may be formed into a molded article by a compounding method using an extruder, a pultrusion method, or a method using an extruder and an impregnated mold. The molded article may be, for example, a back beam, a seat back, a bonnet, a roof and the like and a steering column cover, a console, a door panel, a column, a support, , A safety screen, and the like, as well as excellent bending strength and flexural modulus, and can be utilized for interior and exterior materials for automobiles requiring light weight.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto.
<< 실시예Example 및 And 비교예Comparative Example >>
실시예Example 1 One
폴리프로필렌 단독 중합 수지로 구성된 열가소성 수지 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 열가소성 수지에 대하여, 유리 섬유를 로빙(roving) 형태로부터 연속 섬유의 형태로 복합재 내에 포함되도록 투입하였다. 이때, 유리 섬유는 복합재 내에서 단일 배향성을 나타내도록 투입되었다. 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 유리 섬유에 함침시키고, 카렌다(Calendar) 공정으로 압착하여 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 제조하였다.A thermoplastic resin composition composed of a polypropylene homopolymer resin was prepared. Next, the thermoplastic resin was charged with glass fibers so as to be contained in the composite material in the form of continuous fibers from a roving shape. At this time, the glass fibers were injected so as to exhibit a single orientation in the composite. The thermoplastic resin composition was impregnated into the glass fiber and pressed by a calendar process to produce a unidirectional continuous fiber reinforced plastic infiltrated sheet.
이때, 제2 무기섬유로 유리섬유 65 중량 % 및 폴리프로필렌 35 중량%를 포함하는 1㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 표면층으로 제조하고, 제1 무기섬유로 유리섬유 55 중량 % 및 폴리프로필렌 45 중량%를 포함하는 4.4㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 중간층으로 제조하였다. 상기 제1 무기섬유 및 제2 무기섬유가 동일한 단일 방향의 배향성을 갖도록, 중간층의 양면에 각각의 표면층을 적층시켜 6.4 ㎜ 의 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
At this time, a 1-mm-thick unidirectional continuous fiber reinforced plastic impregnated sheet containing 65% by weight of glass fibers and 35% by weight of polypropylene as the second inorganic fibers was prepared as a surface layer, and 55% A 4.4 mm thick unidirectional continuous fiber reinforced plastic impregnated sheet containing 45% by weight of polypropylene was prepared as an intermediate layer. The respective surface layers were laminated on both sides of the intermediate layer so that the first inorganic fibers and the second inorganic fibers had the same unidirectional orientation, to prepare a fiber reinforced composite material having a thickness of 6.4 mm.
실시예Example 2 2
제2 무기섬유로 유리섬유 70 중량 % 및 폴리프로필렌 30 중량%를 포함하는 1㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 표면층으로 제조하고, 제1 무기섬유로 유리섬유 50 중량 % 및 폴리프로필렌 50 중량%를 포함하는 4.4㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 중간층으로 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 6.4 ㎜ 의 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
Directionally continuous fiber-reinforced plastic impregnated sheet of 1 mm in thickness containing 70% by weight of glass fibers and 30% by weight of polypropylene as the second inorganic fibers was prepared as a surface layer, and 50% by weight of glass fibers and 50% A fiber reinforced composite material of 6.4 mm was prepared in the same manner as in Example 1, except that a 4.4 mm thick unidirectional continuous fiber reinforced plastic impregnated sheet containing 50% by weight was prepared as an intermediate layer.
실시예3Example 3
제2 무기섬유로 유리섬유 75 중량 % 및 폴리프로필렌 25 중량%를 포함하는 1㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 표면층으로 제조하고, 제1 무기섬유로 유리섬유 45 중량 % 및 폴리프로필렌 55 중량%를 포함하는 4.4㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 중간층으로 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 6.4 ㎜ 의 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
Direction continuous fiber-reinforced plastic impregnated sheet having a thickness of 1 mm and containing 75% by weight of glass fibers and 25% by weight of polypropylene as the second inorganic fibers was prepared as the surface layer, and 45% by weight of glass fibers and 45% A fiber reinforced composite material of 6.4 mm was prepared in the same manner as in Example 1, except that a 4.4 mm-thick unidirectional continuous fiber reinforced plastic impregnated sheet containing 55% by weight was prepared as an intermediate layer.
비교예1Comparative Example 1
폴리프로필렌 단독 중합 수지로 구성된 열가소성 수지 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 열가소성 수지에 대하여, 유리 섬유를 로빙(roving) 형태로부터 연속 섬유의 형태로 복합재 내에 포함되도록 투입하였다. 이때, 유리 섬유는 복합재 내에서 단일 배향성을 나타내도록 투입되었다. 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 유리 섬유에 함침시키고, 카렌다(Calendar) 공정으로 압착하여 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 제조하였다.A thermoplastic resin composition composed of a polypropylene homopolymer resin was prepared. Next, the thermoplastic resin was charged with glass fibers so as to be contained in the composite material in the form of continuous fibers from a roving shape. At this time, the glass fibers were injected so as to exhibit a single orientation in the composite. The thermoplastic resin composition was impregnated into the glass fiber and pressed by a calendar process to produce a unidirectional continuous fiber reinforced plastic infiltrated sheet.
이 때, 상기 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트는 유리섬유 60 중량% 및 폴리프로필렌 40 중량% 를 포함하고 6.4 ㎜ 두께를 갖도록 하여, 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
At this time, the unidirectional continuous fiber reinforced plastic infiltrated sheet was formed to have a thickness of 6.4 mm including 60% by weight of glass fiber and 40% by weight of polypropylene to prepare a fiber reinforced composite material.
(유리섬유) Inorganic fiber content (% by weight)
(Glass fiber)
(표면층)The second inorganic fiber
(Surface layer)
(중간층)The first inorganic fiber
(Middle layer)
(표면층)The second inorganic fiber
(Surface layer)
<평가> <Evaluation>
상기 실시예 및 비교예의 섬유 강화 복합재에 대하여, 후술하는 실험예에 따라 섬유 강화 복합재의 물성을 평가하였다.
The properties of the fiber-reinforced composite materials of the Examples and Comparative Examples were evaluated according to Experimental Examples described later.
실험예Experimental Example 1: 굴곡 강도의 측정 1: Measurement of flexural strength
상기 섬유 강화 복합재에 대하여 ASTM D790에 의해 굴곡 강도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
The flexural strength of the fiber-reinforced composite material was measured according to ASTM D790, and the results are shown in Table 1 below.
실험예Experimental Example 2: 굴곡 2: Flexure 탄성율의Modulus of elasticity 측정 Measure
상기 섬유 강화 복합재에 대하여 ASTM D790에 의해 굴곡 탄성율을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
The flexural modulus of the fiber-reinforced composite material was measured according to ASTM D790. The results are shown in Table 1 below.
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 상기 실시예 및 비교예의 섬유 강화 복합재는 유리 섬유를 거의 동일한 함량으로 포함하고 있음에도 불구하고, 실시예의 섬유 강화 복합재가 굴곡 강도뿐만 아니라, 굴곡 탄성율에 있어서도 현저히 우수한 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.
As shown in Table 2, although the fiber-reinforced composites of Examples and Comparative Examples contain substantially the same amount of glass fibers, the fiber-reinforced composites of Examples have a remarkably excellent effect not only in flexural strength but also in flexural modulus .
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.
100: 섬유 강화 복합재
10: 중간층
20: 표면층
30: 연속 섬유100: fiber reinforced composite
10: Middle layer
20: Surface layer
30: continuous fiber
Claims (13)
상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고,
상기 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함하고,
상기 제2 무기섬유의 상기 각각의 표면층 전체 중 중량% 함량이 상기 제1 무기섬유의 상기 중간층 전체 중 중량% 함량 보다 큰
섬유 강화 복합재.
An intermediate layer and a surface layer laminated on both surfaces of the intermediate layer,
Wherein the intermediate layer comprises a first thermoplastic resin and a first inorganic fiber,
Wherein the surface layer comprises a second thermoplastic resin and a second inorganic fiber,
Wherein the weight% of the entire surface layers of the second inorganic fibers is larger than the weight% of the whole of the intermediate layers of the first inorganic fibers
Fiber reinforced composites.
상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유 각각은 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein each of the first inorganic fibers or the second inorganic fibers includes one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, aramid, and combinations thereof
Fiber reinforced composites.
상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유 각각은 연속섬유인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein each of the first inorganic fibers or the second inorganic fibers is a continuous fiber
Fiber reinforced composites.
상기 표면층은 상기 제2 무기섬유가 제2 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트이고,
상기 중간층은 상기 제1 무기섬유가 제1 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the surface layer is a unidirectional continuous fiber reinforced plastic infiltrated sheet formed by impregnating the second inorganic fiber with a second thermoplastic resin,
Wherein the intermediate layer is a unidirectional continuous fiber reinforced plastic infiltrated sheet formed by impregnating the first inorganic fiber with the first thermoplastic resin
Fiber reinforced composites.
상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유 각각의 횡단면의 평균 직경이 15㎛ 내지 20㎛ 인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the first inorganic fiber or the second inorganic fiber has an average cross-sectional area of 15 mu m to 20 mu m
Fiber reinforced composites.
상기 각각의 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 함량은 60 내지 90 wt% 인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
The content of the second inorganic fibers contained in each of the surface layers is 60 to 90 wt%
Fiber reinforced composites.
상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 함량은 30 내지 60wt% 인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
The content of the first inorganic fibers in the intermediate layer is 30 to 60 wt%
Fiber reinforced composites.
상기 섬유 강화 복합재 전체 중 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량은 50 ~ 70 wt%인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the first inorganic fibers and the second inorganic fibers in the entire fiber-reinforced composite material is 50 to 70 wt%
Fiber reinforced composites.
상기 제1 열가소성 수지 또는 제2 열가소성 수지 각각은 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Each of the first thermoplastic resin and the second thermoplastic resin may be an aromatic vinyl resin, a rubber modified aromatic vinyl resin, a polyphenylene ether resin, a polycarbonate resin, a polyester resin, a methacrylate resin, a polyarylene Based resin, a polyamide-based resin, a polyvinyl chloride-based resin, a polyolefin-based resin, and a combination thereof.
Fiber reinforced composites.
상기 섬유 강화 복합재의 두께는 5.5 내지 7.5㎜인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
The thickness of the fiber-reinforced composite material is preferably 5.5 to 7.5 mm
Fiber reinforced composites.
상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡탄성률이 15GPa 내지 30GPa인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
The fiber-reinforced composite material has a flexural modulus of 15 GPa to 30 GPa according to ASTM D790
Fiber reinforced composites.
상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡 강도가 350MPa 내지 500MPa 인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
The fiber-reinforced composite material has a flexural strength of 350 MPa to 500 MPa according to ASTM D790
Fiber reinforced composites.
An automotive interior and exterior material comprising a molded product formed from the fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 12.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |