KR20180096348A

KR20180096348A - 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법

Info

Publication number: KR20180096348A
Application number: KR1020170022950A
Authority: KR
Inventors: 이동우; 김국진
Original assignee: 이동우
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2018-08-29
Also published as: KR101969775B1

Abstract

본 발명은 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 수지 필름 제조방법은, 제1 점도를 갖는 수지를 합성하는 단계; 상기 합성된 수지의 제1 점도보다 높은 제2 점도의 첨가제를 형성하는 단계; 상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하여 반고형 수지를 형성하는 단계; 및 상기 반고형 수지에 가열 공정을 진행하여 점도를 낮추어 필름 형태를 만든 후, 냉각하여 반고형 수지 필름을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 점도는 상온에서 200~600(cps) 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법은, 저점도 특성을 갖는 열경화성 수지에 첨가제를 혼합하여 상온에서 열경화성 수지를 고점도의 반고형 상태로 형성함으로써, 보강 섬유에 대한 수지의 균일한 함침을 가능하도록 한 효과가 있다.

Description

수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법{Method of manufacturing for Thermoplastic film and Method of manufacturing for prepreg the same}

본 발명은 수지 필름 제조 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반고형 상태의 수지를 제조하여 함침성과 기계적 물성이 우수한 복합 재료를 제조할 수 있는 수지 필름 제조 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법에 관한 것이다.

복합 재료를 만드는 기존의 방법은, 몰드(mould)를 이용하는데, 이러한 몰드 내에 재료들이 놓여져서, 밀봉되고 몰드에 따른 형상이 만들어진다.

이러한 복합 재료를 만드는 방법은 수지 트랜스퍼 몰딩(RTM: resin transfer moulding) 및 수지 필름 인퓨전(RFI: resin film infusion)등이 알려져 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 수지 필름 인퓨전(RIF)을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 수지 필름 인퓨전(RIF)은 편평하거나 원하는 형태의 형상을 지닌 견고한 하부 몰드(rigid lower mold)(10), 예컨대 알루미늄 베이스 플레이트(base plate)와, 가요성 상부 멤브레인 또는 진공 백(flexible upper membrane, or vacuum bag)(20)이 사용된다. 상기 몰드(10)의 표면은 적절한 이형재(release material)(12)로 도포되고, 보강 섬유(14)가 상기 몰드(10) 상에 배치된다.

상기 보강 섬유(14)는 마른 직물 형태로 수지가 함유되지 않은 직물로 구성된다. 상기 보강 섬유(14) 상에는 한 층의 필 플라이(a layer of peel ply)(16)가 배치되고, 필 플라이(16) 상면에는 유도 매체(18)가 배치된다. 상기 필 플라이(16)는 촘촘히 짜인 직물, 주로 나일론이며, 어떤 타입의 이형재로 침윤될 수 있다.

상기 이형재(12), 보강 섬유(14), 필 플라이(16) 및 유도 매체(18)는 상기 진공 백(20)에 의해 덮여 있고, 상기 진공 백(20)은 테이프(22)에 의해 몰드(10)와 밀봉된다. 또한, 상기 진공 백(20) 안으로 수지 주입구(resin inlet)(24) 및 공기 배출구(air outlet)(26)가 밀봉된다.

또한, 진공펌프가 상기 공기 배출구(26)에 연결되어, 상기 진공 백(20) 안에 약 -1 바(bar) 정도의 진공이 형성될 때까지 가동되고, 진공 펌프는 꺼지고 공기 배출구(26)는 밀봉된다. 그 다음에, 압력 차이로 인해 수지가 수지 주입구(24)를 통해 상기 진공 백(20) 내측으로 주입되고, 경화 공정을 진행하여 복합 재료를 형성한다.

하지만, 이와 같은 주입 공정으로 보강 섬유에 수지를 함침 시키는 방식은 기본적으로 주입되는 수지의 점도가 낮을 것을 요구하는데, 실온 상태에서 점도가 낮은 수지는 매우 제한적이다. 또한, 고점도의 열가소성 수지의 점도를 낮추기 위해서는 작업 환경을 고온 상태로 유지시켜야 하기 때문에 추가적인 장비가 요구된다.

본 발명의 목적은, 저점도 특성을 갖는 열경화성 수지에 첨가제를 혼합하여 상온에서 열경화성 수지를 고점도의 반고형 상태로 형성함으로써, 보강 섬유에 대한 수지의 균일한 함침을 가능하도록 한 수지 필름 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 저점도 특성을 갖는 수지를 상온에서 고점도의 반고형 수조로 형성하고, 이를 수지 필름 또는 보강 섬유에 직접 투입하여 함침 함으로써, 공정이 단순화 하고 기계적 강도를 높일 수 있는 프리프레그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 수지 필름 제조방법은, 제1 점도를 갖는 수지를 합성하는 단계; 상기 합성된 수지의 제1 점도보다 높은 제2 점도의 첨가제를 형성하는 단계; 상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하여 반고형 수지를 형성하는 단계; 및 상기 반고형 수지에 가열 공정을 진행하여 점도를 낮추어 필름 형태를 만든 후, 냉각하여 반고형 수지 필름을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 점도는 상온에서 200~600(cps) 인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 점도를 갖는 수지는 점도가 낮은 열경화성 수지이고, 상기 열경화성 수지는 페놀, 크레졸, 에틸페놀, 크실레놀, 부틸페놀, 옥틸페놀, 노닐페놀, 페닐페놀, 시클로헥실페놀, 트리메틸페놀, 비스페놀A, 카테콜, 레조시놀, 하이드로퀴논, 나프톨, 피로갈롤 군에서 선택된 페놀류를 포함하며, 상기 합성된 수지는 페놀 70~120[g], 파라포름알데하이드 20~50[g] 및 암모니아 2~10[g]을 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 첨가제는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 나일로(Nylon), 폴리아마이드(PA), 폴리스티렌(PS), 폴리에스테르(PES), 폴리카보네이트(PC), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리아세탈(polyacetal, POM), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레트탈레이트(PBT), ABS(acrylonitrile butadiene styrene resin) 수지, 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketon, PEEK), 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylene sulfide, PPS), 폴리락틱에시드(polylactic acid, PLA) 및 폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자 에서 선택된 열가소성 수지를 포함하고, 상기 첨가제는 형성 단계는, 상기 폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자를 아센톤으로 활성화 시키는 단계와, 상기 활성화된 폴라폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자를 에탄올에 혼합하여 수지 용액을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 첨가제는 천연고무와 톨루엔을 포함하고, 상기 첨가제는 CTBN 에폭시 수지와 톨루엔을 포함하며, 상기 반고형 수지의 점도는 2000~4000(cps)이고, 상기 제2 점도는 5000(cps) 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 프리프레그 제조방법은, 제1 점도를 갖는 수지를 합성하는 단계와, 상기 합성된 수지의 제1 점도보다 높은 제2 점도의 첨가제를 형성하는 단계와, 상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하여 반고형 수지를 형성하는 단계와, 상기 반고형 수지에 가열 공정을 진행하여 필름화 작업을 진행하는 단계로 제조된 수지 필름을 제공하는 단계; 상기 수지 필름과 보강 섬유를 합지하는 단계; 및 상기 합지된 수지 필름과 보강 섬유에 가열 공정을 진행하여 수지 필름의 점도를 낮추어 함침 공정을 진행하는 단계를 포함하고, 상기 제1 점도는 상온에서 상온에서 200~600(cps)이고, 상기 반고형 수지의 점도는 2000~4000(cps)이며, 상기 합지된 수지 필름은 가열 공정에 의해 고점도의 반고형 상태에서 저점도 상태가 되어 함침이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 프리프레그 제조방법은, 제1 점도를 갖는 수지를 합성하는 단계와, 상기 합성된 수지의 제1 점도보다 높은 제2 점도의 첨가제를 형성하는 단계와, 상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하는 단계로 제조된 반고형 수지를 제공하는 단계; 상기 반고형 수지를 직접 보강 섬유에 투입하고, 가열 공정을 진행하여 상기 보강 섬유 상에서 필름 형태로 형성하는 단계; 및 상기 필름 형태로 형성된 반고형 수지와 상기 보강 섬유에 가열 공정을 진행하여 수지를 상기 보강 섬유에 함침하는 단계를 포함하고, 상기 제1 점도는 상온에서 상온에서 200~300(cps)이고, 상기 반고형 수지의 점도는 2000~4000(cps)이며, 상기 보강 섬유에 직접 투입된 반고형 수지는 가열 공정에 의해 저점도 상태로 되어 필름 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법은, 저점도 특성을 갖는 열경화성 수지에 첨가제를 혼합하여 상온에서 열경화성 수지를 고점도의 반고형 상태로 형성함으로써, 보강 섬유에 대한 수지의 균일한 함침을 가능하도록 한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법은, 저점도 특성을 갖는 수지를 상온에서 고점도의 반고형 수조로 형성하고, 이를 수지 필름 또는 보강 섬유에 직접 투입하여 함침 함으로써, 공정이 단순화 하고 기계적 강도를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법은, 상온에서 저점도 특성을 갖는 열경화성 수지를 반고형 수지로 형성한 후, 보강 섬유에 직접 또는 반고형 수지 필름 상태로 함침하기 때문에 함침을 위해 수지 함량 조절, 경화재 투입 등 작업자가 직접 수지를 다루는 문제를 해소한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법은, 반고형 수지 또는 수지 필름을 보강 섬유에 함침하여 프리프레그를 제고하고, 수지가 함침된 프리프레그를 그대로 종래 인퓨전 공정에 적용할 수 있기 때문에 복합 재료 제조를 위해 추가적인 장비가 필요 없는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 복합 재료를 제조하는 수지 필름 인퓨전(RIF)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수지 필름 제조 방법을 도시한 플로차트이다.
도 3은 본 발명의 수지 필름 제조에 사용되는 첨가제의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 반고형 상태의 수지를 이용하여 수지 필름을 제조하는 공정을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 일 실시예에 따라 프리프레그를 제조하는 공정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 프리프레그를 이용하여 복합 재료를 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 프리프레그 제조 방법을 도시한 플로차트이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 수지 필름 제조 방법을 도시한 플로차트이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 수지 필름 제조 방법은, 수지를 합성하는 단계(S201), 합성된 수지와 첨가제를 혼합하는 단계(S202), 용제를 회수하여 반고형 수지를 형성하는 단계(S203) 및 반고형 수지를 이용하여 수지 필름을 형성하는 단계(S204)를 포함한다.

상기 수지를 합성하는 단계(S201)는 제1 점도 특성을 갖는 열경화성 수지 중 페놀수지를 합성하는 것을 포함한다. 하지만, 본 발명에서는 열경화성 수지로 페놀 수지로 특별히 정되는 것은 아니고, 페놀류와 알데히드류를 산성 촉매 존재 하에서 반응시켜서 얻어지는 공지의 노볼락형 페놀 수지를 포함할 수 있다.

예를 들어, 페놀류는, 페놀, 크레졸, 에틸페놀, 크실레놀, 부틸페놀, 옥틸페놀, 노닐페놀, 페닐페놀, 시클로헥실페놀, 트리메틸페놀, 비스페놀A, 카테콜, 레조시놀, 하이드로퀴논, 나프톨, 피로갈롤 등을 포하할 수 있다.

알데히드류는, 포름알데히드, 아세트알데히드, 파라포름알데히드, 프로필알데히드, 부틸알데히드, 발레르알데히드, 헥실알데히드, 벤즈알데히드, 히드록시벤즈알데히드, 디히드록시벤즈알데히드, 히드록시메틸벤즈알데히드, 글리옥잘, 크로톤알데히드, 글루타르알데히드 등을 포함할 수 있다.

본 발명에서는 저점도 특성을 갖는 열경화성 수지를 합성하고, 이를 고점도의 반고형 수지로 형성하여 함침 작업을 용이하도록 하였다. 따라서, 합성되는 수지의 제1 점도는 상온에서 200~300(cps) 값을 가질 수 있다.

예를 들어, 본 발명에서는 페놀 70~120[g], 파라포름알데하이드 20~50[g], 암모니아 2~10[g]를 90도에서 혼합하여 페놀수지를 합성할 수 있다.

상기와 같이, 수지가 합성되면 합성된 수지와 제2 점도 특성을 갖는 열가소성 수지를 포함하는 첨가제를 혼합한다. 첨가제는 수지와 에탄올을 혼합하여 형성할 수 있다.

상기 첨가제에 사용되는 수지는 열가소성 수지일 수 있고, 결정성 고분자일 수 있다.

또한, 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 나일로(Nylon), 폴리아마이드(PA), 폴리스티렌(PS), 폴리에스테르(PES), 폴리카보네이트(PC), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리아세탈(polyacetal, POM), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레트탈레이트(PBT), ABS(acrylonitrile butadiene styrene resin) 수지, 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketon, PEEK), 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylene sulfide, PPS), 폴리락틱에시드(polylactic acid, PLA) 및 폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자 레진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자 레진을 활성화 시키기 위해 아세톤으로 세척한 후 80도에서 4시간 동안 건조시켜 고형 수지를 형성한다. 이후, 고형 수지를 에탄올 혼합하여 첨가제로 사용되는 수지 용액을 형성할 수 있다.

이때, 고형 수지와 에탄올의 비율은 25g: 75으로 고형 수지가 약 20%의 비율로 혼합되고, 용매의 끓는점까지 가열 공정을 진행할 수 있다.

본 발명에서는 저점도의 합성 수지와 고점도 특성의 물질이 포함된 첨가제를 혼합하여 점도가 2000~4000(cps) 정도의 반고형 수지를 형성하기 때문에 상기 열가소성 수지의 제2 점도는 5000(cps) 이상일 수 있다. 따라서, 저점도의 합성 수지와 첨가제가 혼합되어 제1 점도와 제2 점도 사이의 반고형 수지가 형성된다.

또한, 첨가제는 천연고무와 톨루엔으로 구성되고, 고형분 천연고무의 비율은 용액에 대해 10%로 형성할 수 있다. 또한, 첨가제는 CTBN 에폭시 수지와 톨루엔(용매)를 혼합하는 방식으로 형성할 수 있다. 상기 첨가제에 포함되는 천연고무 CTBN 에폭시 수지 등은 고점도 특성을 갖는다.

그런 다음, 합성된 수지와 첨가제를 혼합하고, 50~80도로 가열 및 교반 공정을 진행하여 반고형 수지를 형성한다. 이와 관련해서는 도 3에서 보다 구체적으로 설명한다.

상기와 같이 반고형 수지가 형성되면, 반고형 수지를 이형지에 투입한 후, 가열 공정 및 롤러에 의한 가압 공정을 진행하면 반고형 수지의 점도가 낮아지면서 수지 필름이 형성된다. 이와 관련해서는 도 4에서 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 수지 필름 제조방법은, 저점도 특성을 갖는 열경화성 수지에 첨가제를 혼합하여 상온에서 열경화성 수지를 고점도의 반고형 상태로 형성함으로써, 보강 섬유에 대한 수지의 균일한 함침을 가능하도록 한 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 따라 수지 필름을 형성하기 위해 반고형 수지 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에서는 합성된 수지와 첨가제를 교반하여 반고형 수지를 제조한다.

상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하기 위해 용기(30)가 제공되고, 상기 용기(30) 내측에는 합성된 수지와 첨가제가 50~80도로 가열 및 교반되면서 혼합용액(35)이 형성된다. 이때, 상기 용기(30) 상부에는 냉각콘덴서(31)가 배치되어 있어, 혼합용액(35)으로부터 증발된 용매 성분을 냉각시켜 재사용할 수 있도록 한다.

상기 합성된 수지는 전술한 바와 같이, 열경화성 수지 즉, 페놀수지일 경우 저점도 특성을 갖지만, 첨가제와 혼합되면서 고점도의 반고형 상태가 된다. 이와 같이, 합성된 페놀수지(열경화성 수지)의 점도가 높아지면서 상온에서 반고형 수지가 형성된다.

즉, 본 발명에서는 상온에서 점도 200-600인 페놀수지(열경화성 수지)를 반고형 수지의 고점도(2000~4000(CPS)) 상태로 형성한다.

도 4는 본 발명에 따라 반고형 상태의 수지를 이용하여 수지 필름을 제조하는 공정을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에서는 반고형 수지가 형성되면 이를 이용하여 수지 필름(450)을 형성한다.

도면에 도시된 바와 같이, 제1 이형지(48-1)가 제공되면 디스펜서(400)를 이용하여 반고형 수지(47)를 상기 제1 이형지(48-1) 상에 디스펜싱 한다. 상기 제1 이형지(48-1) 상에 디스펜싱된 반고형 수지(47)는 가열부(43)에 의해 가열되면서 점도가 낮아지는데, 컨트롤 롤러(CR)를 통과하면서 수지 함량이 조절된다.

상기 컨트롤 롤러(CR)를 통과한 반고형 수지(47)는 저점도를 갖는 필름 형태(필름화)로 펼쳐지는데, 이때 제2 이형지(48-2)를 필름 형태의 수지 상에 공급하여 롤러에 수지 필름이 들러붙는 것을 방지하도록 한다. 그런 다음, 냉각 챔버(420)에 필름 형태로 펼쳐진 수지를 투입하여 냉각 공정을 진행함으로써, 반고형 수지(47)와 같은 고점도 특성을 갖는 수지 필름(450)이 완성된다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 일 실시예에 따라 프리프레그를 제조하는 공정을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 프리프레그 제조방법은, 도 4에서 제조한 수지 필름(450)을 보강 섬유(501)에 함침 시켜 복합 재료의 중간 재료인 프리프레그(550)를 형성한다.

도면에 도시된 바와 같이, 수지 필름(450), 보강 섬유(501) 및 제1, 제2 이형지들(58-1, 58-2)이 각각 롤에 감겨져 제공된다. 먼저, 상기 보강 섬유(501)와 제1 이형지(58-1)가 롤러에 투입되면, 상기 보강 섬유(501)는 제1 이형지(58-1) 상에 합지된 상태로 이동한다.

상기 제1 이형지(58-1) 상에 배치된 보강 섬유(501) 위로 상기 수지 필름(450)이 롤러에 의해 합지되고, 이후, 제2 이형지(58-2)가 상기 수지 필름(450) 상에 합지 된다.

특히, 상기 보강 섬유(501) 상에 상기 수지 필름(450)이 합지 될 때, 상기 제1 이형지(58-1) 하부에 배치된 가열부(53)에서는 수지 필름(450)에 열을 가하는데, 가열 공정에 따라 상기 수지 필름(450)의 점도는 낮아져 상기 보강 섬유(501)에 함침이 잘될 수 있는 저점도 수지 필름(450)이 형성된다.

이와 같이, 상기 제1 이형지(58-1), 보강 섬유(501), 수지 필름(450) 및 제2 이형지(58-2)가 적층되면 히팅 챔버(520)에 투입하여, 가열 롤러를 이용하여 상기 수지 필름(450)을 상기 보강 섬유(501)에 함침 시켜 프리프레그(550)를 형성한다.

전술한 바와 같이, 상기 수지 필름(450)은 점도가 낮은 열경화성 수지를 상온에서 반고형 수지로 형성하였기 때문에 상기 히팅 챔버(520)에서 상기 수지 필름(450)에 열을 가하는 가열 공정이 진행되면 수지 필름(450)은 고점도 상태에서 저점도 상태가 되어 수지가 보강 섬유(501)에 균일하게 함침성 될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 프리프레그 제조방법에 관한 것으로, 제1 이형지(68-1) 상에 보강 섬유(501)를 합지하는 방식은 도 5와 동일하나, 도 6에서는 디스펜서(400)를 이용하여 반고형 수지를 상기 보강 섬유(501) 상에 직접 디스펜싱한다(투입한다).

이때, 상기 제1 이형지(68-1) 하부에 배치된 가열부(53)에서는 상기 보강 섬유(501)와 디스펜싱되는 반고형 수지에 가열 공정을 진행하여 상기 반고형 수지의 점도를 낮춘다. 반고형 수지의 온도가 올라감에 따라 점도가 낮아져 반고형 수지는 상기 보강 섬유(501) 표면에 필름 형태로 펼쳐진다. 이때, 컨트롤 롤러(CR)는 점도가 낮아진 반고형 수지를 넓게 펼치면서 보강 섬유(501)에 대한 함침할 수지의 함량 정도를 조절한다.

그런 다음, 제2 이형지(68-2)를 필름화된 수지 상에 합지한 후, 도 5에서 설명한 바와 같이, 히팅 챔버(520)에 상기 제1 이형지(68-1), 보강 섬유(501), 필름화된 수지 및 제2 이형지(68-2)의 적층물을 투입한다. 상기 히팅 챔버(520)에서는 가열 롤러를 이용하여 수지를 상기 보강 섬유(501)에 함침시켜 프리프레그(550)를 형성한다.

도 6은 반고형 상태의 수지를 직접 보강 섬유에 투입할 수 있어, 공정이 간단하고, 함친성을 높일 수 있는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법은, 저점도 특성을 갖는 수지를 상온에서 고점도의 반고형 수조로 형성하고, 이를 수지 필름 또는 보강 섬유에 직접 투입하여 함침 함으로써, 공정이 단순화 하고 기계적 강도를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 프리프레그를 이용하여 복합 재료를 형성하는 방법을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 도 5 및 도 6과 같이, 수지가 함침된 프리프레그(550)가 완성되면, 이를 이용하여 복합 재료를 형성할 수 있다.

도 7에서와 같이, 본 발명에서는 복합 재료를 제조할 때, 종래 수지 필름 인퓨전(RIF)과 다르게 많은 추가 장비와 공정을 필요로 하는 수지 주입 공정을 생략할 수 있다.

먼저, 하부 몰드(1000) 상에 이형재(1200), 프리프레그(550), 필 플라이(1600) 및 다공성 필름(Perforated film: 1800)을 적층하고, 상기 이형재(1200), 프리프레그(550), 필 플라이(1600) 및 다공성 필름(Perforated film: 1800)를 덮을 수 있도록 진공 백(2000)을 배치한다.

그런 다음, 상기 진공 백(2000) 일측에 형성된 홀을 통하여 내부 공기를 배출하면 진공 팩 형태로 상기 진공 백(2000), 이형재(1200), 프리프레그(550), 필 플라이(1600) 및 다공성 필름(Perforated film: 1800)가 합착된다.

상기 진공 백(2000) 내부의 공기를 배출할 때는 상기 다공성 필름(1800)과 진공 백(2000) 사이에 공기 흐름이 발생하여 홀을 통하여 공기가 배출된다. 도면에 도시하였지만, 설명하지 않은 2200은 테이프이다.

이와 같이, 본 발명의 복합 재료 형성 방법은 수지의 점도를 낮게 형성하여 진공 백 내부로 주입하는 종래 기술과 달리 수지가 함침된 프리프레그를 직접 성형하여 복합 재료를 제조할 수 있어, 함침성이 높은 프리프레그를 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 종래 수지 필름 인퓨전 장비에 동일하게 적용할 수 있고, 주입 공정을 제거할 수 있어, 복합 재료 성형을 위한 추가적인 장비 구입이 필요 없다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 프리프레그 제조 방법을 도시한 플로차트이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 프리프레그 제조방법은, 도 4에서 제조한 수지 필름(450)을 보강 섬유(501)와 합지하는 단계(S801)와, 합지된 수지 필름(450)과 보강 섬유(501)를 가열 롤러를 이용하여 가열 및 함침하는 단계(S802)를 포함한다.

또한, 도 9를 참조하면, 본 발명의 프리프레그 제조방법은, 보강 섬유를 제공하는 단계(S901)와, 점도가 낮은 수지를 상온에서 반고형 수지로 형성한 후, 이를 상기 보강 섬유 상에 투입하는 단계(S902)와, 상기 보강 섬유 상에 디스펜싱된 반고형 수지를 도 6에서 설명한 방식에 따라 열을 가하여 저점도 필름 형태로 형성한 다음, 가열 롤러를 이용하여 수지를 상기 보강 섬유에 함침하는 단계(S903)를 포함한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 수지 필름 제조방법 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법은, 저점도 특성을 갖는 열경화성 수지에 첨가제를 혼합하여 상온에서 열경화성 수지를 고점도의 반고형 상태로 형성함으로써, 보강 섬유에 대한 수지의 균일한 함침을 가능하도록 한 효과가 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 1000: 몰드
12, 1200: 이형재
16, 1600: 필 플라이
20, 2000: 진공 백
47: 반고형 수지
450: 수지 필름
501: 보강 섬유
550: 프리프레그

Claims

제1 점도를 갖는 수지를 합성하는 단계;
상기 합성된 수지의 제1 점도보다 높은 제2 점도의 첨가제를 형성하는 단계;
상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하여 반고형 수지를 형성하는 단계; 및
상기 반고형 수지에 가열 공정을 진행하여 점도를 낮추어 필름 형태를 만든 후, 냉각하여 반고형 수지 필름을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 점도는 상온에서 200~600(cps) 이고,
상기 제1 점도를 갖는 수지는 점도가 낮은 열경화성 수지이고,
상기 열경화성 수지는 페놀, 크레졸, 에틸페놀, 크실레놀, 부틸페놀, 옥틸페놀, 노닐페놀, 페닐페놀, 시클로헥실페놀, 트리메틸페놀, 비스페놀A, 카테콜, 레조시놀, 하이드로퀴논, 나프톨, 피로갈롤 군에서 선택된 페놀류를 포함하고,
상기 합성된 수지는 페놀 70~120[g], 파라포름알데하이드 20~50[g] 및 암모니아 2~10[g]을 혼합하여 형성되고,
상기 첨가제는 천연고무와 톨루엔을 포함하거나, CTBN 에폭시 수지와 톨루엔을 포함하는 수지 필름 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 첨가제는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 나일로(Nylon), 폴리아마이드(PA), 폴리스티렌(PS), 폴리에스테르(PES), 폴리카보네이트(PC), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리아세탈(polyacetal, POM), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레트탈레이트(PBT), ABS(acrylonitrile butadiene styrene resin) 수지, 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketon, PEEK), 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylene sulfide, PPS), 폴리락틱에시드(polylactic acid, PLA) 및 폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자 에서 선택된 열가소성 수지를 포함하는 수지 필름 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 반고형 수지의 점도는 2000~4000(cps)이고, 상기 제2 점도는 5000(cps) 이상이고,
상기 첨가제는 형성 단계는,
상기 폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자를 아센톤으로 활성화 시키는 단계와,
상기 활성화된 폴라폴리아마이드-나일론(Nylon) 다중고분자를 에탄올에 혼합하여 수지 용액을 형성하는 단계를 포함하는 수지 필름 제조방법.
제1 점도를 갖는 수지를 합성하는 단계와, 상기 합성된 수지의 제1 점도보다 높은 제2 점도의 첨가제를 형성하는 단계와, 상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하여 반고형 수지를 형성하는 단계와, 상기 반고형 수지에 가열 공정을 진행하여 필름화 작업을 진행하는 단계로 제조된 수지 필름을 제공하는 단계;
상기 수지 필름과 보강 섬유를 합지하는 단계; 및
상기 합지된 수지 필름과 보강 섬유에 가열 공정을 진행하여 수지 필름의 점도를 낮추어 함침 공정을 진행하는 단계를 포함하고,
상기 제1 점도는 상온에서 상온에서 200~600(cps)이고, 상기 반고형 수지의 점도는 2000~4000(cps)이며,
상기 합지된 수지 필름은 가열 공정에 의해 고점도의 반고형 상태에서 저점도 상태가 되어 함침이 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조방법.
제1 점도를 갖는 수지를 합성하는 단계와, 상기 합성된 수지의 제1 점도보다 높은 제2 점도의 첨가제를 형성하는 단계와, 상기 합성된 수지와 첨가제를 혼합하는 단계로 제조된 반고형 수지를 제공하는 단계;
상기 반고형 수지를 직접 보강 섬유에 투입하고, 가열 공정을 진행하여 상기 보강 섬유 상에서 필름 형태로 형성하는 단계; 및
상기 필름 형태로 형성된 반고형 수지와 상기 보강 섬유에 가열 공정을 진행하여 수지를 상기 보강 섬유에 함침하는 단계를 포함하고,
상기 제1 점도는 상온에서 상온에서 200~300(cps)이고, 상기 반고형 수지의 점도는 2000~4000(cps)이며,
상기 보강 섬유에 직접 투입된 반고형 수지는 가열 공정에 의해 저점도 상태로 되어 필름 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조방법.