KR20180123386A - Fiber reinforced composite material and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.Fiber reinforced composite material and a method of manufacturing 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 있다. 이에, 우수한 유연성과 함께 우수한 강도 및 강성을 가지고, 동시에 경제성을 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 industries requiring high strength and rigidity. Therefore, there is a need for studies to ensure excellent flexibility and excellent strength and rigidity, as well as economical efficiency.
본 발명의 일 구현예는 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율 및 인장강도 등을 경제적으로 확보할 수 있는 섬유 강화 복합재를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a fiber-reinforced composite material capable of economically securing excellent impact strength, flexural strength, flexural elongation, and tensile strength.
본 발명의 다른 구현예는 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method of making the fiber-reinforced composite.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드를 포함하는 혼합 수지와 상용화제를 포함하는 열가소성 수지 조성물; 및 섬유를 포함하는 섬유 강화 복합재를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a thermoplastic resin composition comprising a mixed resin comprising a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide and a compatibilizing agent; And a fiber-reinforced composite material comprising fibers.
본 발명의 다른 구현예에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드를 포함하는 혼합 수지와 상용화제를 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 및 섬유에 상기 열가소성 수지 조성물을 함침시키는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a thermoplastic resin composition, which comprises mixing a mixed resin comprising a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide and a compatibilizing agent to prepare a thermoplastic resin composition; And impregnating the fiber with the thermoplastic resin composition. The present invention also provides a method for producing a fiber-reinforced composite material.
상기 섬유 강화 복합재는 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율, 인장신율 및 인장강도 등을 경제적으로 확보할 수 있는 것으로, 다양한 용도로 널리 활용할 수 있다.The fiber-reinforced composite material can economically secure excellent impact strength, flexural strength, flexural elongation, tensile elongation and tensile strength, and can be widely used for various purposes.
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. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described hereinafter. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드(polyamide)를 포함하는 혼합 수지와 상용화제를 포함하는 열가소성 수지 조성물; 및 섬유를 포함하는 섬유 강화 복합재를 제공한다. 상기 섬유 강화 복합재는 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체와 폴리아미드를 포함하는 혼합수지를 포함하여, 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율, 인장신율 및 인장강도 등을 경제적으로 확보할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a thermoplastic resin composition comprising a mixed resin comprising a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide and a compatibilizing agent; And a fiber-reinforced composite material comprising fibers. The fiber-reinforced composite material includes a mixed resin including a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide to economically ensure excellent impact strength, flexural strength, flexural elongation, tensile elongation and tensile strength.
폴리아미드는 기계적 물성이 우수하나, 폴리아미드 수지가격이 높으며, 결정화도가 높아 잘 부서지고 성형성이 떨어진다. 이에 따라, 폴리아미드를 섬유 강화 복합재의 수지로 이용하는데 어려움이 있을 수 있다.The polyamide has excellent mechanical properties, but has a high price of polyamide resin and a high degree of crystallinity, so that it breaks well and has poor moldability. Accordingly, it may be difficult to use polyamide as the resin of the fiber-reinforced composite material.
그리고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체는 다른 수지와 비교하여 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체는 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 등의 수지와 비교하여 경제적이므로 가격 경쟁력이 있고, 흡습율을 낮추어 우수한 내후성을 부여할 수 있으나, 상대적으로 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있다. As compared with other resins, polyethylene terephthalate copolymers are economical compared with resins such as polyamide and polyetheretherketone (PEEK), so that the polyethylene terephthalate copolymer is cost competitive and has a low moisture absorption rate There is a problem that mechanical properties are relatively poor, although excellent weather resistance can be imparted.
상기 섬유 강화 복합재는 열가소성 수지 조성물에 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드를 포함하는 혼합 수지를 포함한다. 구체적으로, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체는 100% 비결정성인 비정질 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체로서 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG)일 수 있다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체는 폴리아미드와의 상용성 확보가 용이하고, 폴리아미드를 포함하는 혼합 수지의 결정화도를 낮춰 연성을 부여할 수 있다. 따라서, 상기 혼합물을 포함하는 상기 섬유 강화 복합재는 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율 및 인장강도 등을 경제적으로 확보할 수 있다.The fiber-reinforced composite material includes a thermoplastic resin composition and a mixed resin comprising a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide. Specifically, the polyethylene terephthalate copolymer may be polyethylene terephthalate glycol (PETG) as a 100% amorphous amorphous polyethylene terephthalate copolymer. The polyethylene terephthalate copolymer is easy to ensure compatibility with polyamide, and the crystallinity of the mixed resin including polyamide can be lowered to impart ductility. Therefore, the fiber-reinforced composite material containing the mixture can economically secure excellent impact strength, flexural strength, flexural elongation and tensile strength.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 혼합 수지를 약 35중량% 내지 약 70중량% 포함할 수 있고, 예를 들어 약 35중량% 내지 약 45중량% 포함할 수 있다. 상기 혼합 수지가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 제조 과정에서 섬유가 고르게 함침될 수 있고, 상기 섬유 강화 복합재가 일정 수준 이상의 지지 성능을 확보할 수 있다. The fiber-reinforced composite material may include about 35 wt% to about 70 wt% of the mixed resin, for example, about 35 wt% to about 45 wt%. When the mixed 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 혼합 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 대 폴리아미드를 약 50: 50 내지 약 30: 70의 중량비로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체의 중량비가 상기 범위를 초과하는 경우에는 비중이 상승하며, 기계적 물성이 저하될 수 있다. 그리고, 상기 폴리아미드의 중량비가 상기 범위를 초과하는 경우에는 원가가 상승하고, 취성이 발현되어 성형성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.The mixed resin may include a polyethylene terephthalate copolymer to polyamide in a weight ratio of about 50:50 to about 30:70. Specifically, when the weight ratio of the polyethylene terephthalate copolymer exceeds the above range, the specific gravity increases and the mechanical properties may deteriorate. If the weight ratio of the polyamide exceeds the above range, the cost may increase, and brittleness may be developed, which may result in poor moldability.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드를 포함하는 상기 혼합 수지와 함께 상용화제를 포함하여 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율, 인장신율 및 인장강도 등을 경제적으로 확보할 수 있다.The fiber-reinforced composite material includes the compatibilizing agent together with the above-mentioned polyethylene terephthalate copolymer and the above-mentioned mixed resin including the polyamide to economically secure excellent impact strength, flexural strength, flexural elongation, tensile elongation and tensile strength have.
섬유 강화 복합재에 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드의 이종의 수지를 함께 포함하는 경우, 이종의 수지 간의 낮은 상용성으로 인하여 원하는 만큼의 물성을 얻을 수 없다. 특히, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드의 이종의 수지의 경우, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드 간의 에스테르-아미드 교환반응으로 인해 수지 각각의 특성이 상쇄되어 오히려 물성이 더 떨어질 수 있다.When a fiber-reinforced composite material contains a polyethylene terephthalate copolymer and a different kind of resin of polyamide, the desired physical properties can not be obtained due to the low miscibility between the different resins. In particular, in the case of a resin different from a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide, the properties of each resin may be canceled due to the ester-amide exchange reaction between the polyethylene terephthalate copolymer and the polyamide, and the properties may be deteriorated.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드를 포함하는 상기 혼합 수지와 함께 상용화제를 포함하여 에스테르-아미드 교환반응을 억제하고, 수지 간의 상용성을 높일 수 있다.The fiber-reinforced composite material may contain a compatibilizing agent together with the polyethylene terephthalate copolymer and the mixed resin including the polyamide to inhibit the ester-amide exchange reaction and improve the compatibility between the resins.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 혼합 수지와 함께 2 이상의 반응성 관능기를 갖는 상용화제를 포함할 수 있다. 상기 상용화제는 2 이상의 반응성 관능기를 가지고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드 사이의 계면에 쉽게 위치할 수 있다. 따라서, 상기 상용화제는 적은 함량으로도 두 수지 사이의 상용성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 상용화제는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드 사이의 계면에 위치하여 화학적인 반응을 효율적으로 유도할 수 있다. 이에 따라, 두 수지 사이의 에스테르-아미드 교환반응을 억제하고, 두 수지 사이의 계면 접착력을 향상시키고, 상용성을 높일 수 있다. The fiber-reinforced composite material may include a compatibilizing agent having two or more reactive functional groups together with the mixed resin. The compatibilizer has two or more reactive functional groups and can be easily located at the interface between the polyethylene terephthalate copolymer and the polyamide. Therefore, the compatibilizer can improve the compatibility between the two resins even with a small amount of the compatibilizer. The compatibilizer is located at the interface between the polyethylene terephthalate copolymer and the polyamide to efficiently induce a chemical reaction. As a result, the ester-amide exchange reaction between the two resins can be suppressed, the interfacial adhesion between the two resins can be improved, and the compatibility can be enhanced.
구체적으로, 상기 반응성 관능기는 무수물(anhydride)기, 에폭사이드(epoxide)기, 옥사졸린(oxazoline)기, 이소시아네이트(isocyanate)기, 카바메이트(carbamate)기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있다. 상기 반응성 관능기를 2 이상 갖는 상용화제는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드 사이의 계면에서 화학반응을 통해 분자사슬을 연장시킬 수 있다. 그리고, 이를 포함하는 열가소성 수지 조성물 내의 네트워크 구조를 조절하여 원하는 물성를 유도할 수 있다. Specifically, the reactive functional group is selected from the group consisting of an anhydride group, an epoxide group, an oxazoline group, an isocyanate group, a carbamate group, and combinations thereof. . The compatibilizing agent having two or more reactive functional groups may extend the molecular chain through a chemical reaction at the interface between the polyethylene terephthalate copolymer and the polyamide. The desired physical properties can be derived by controlling the network structure in the thermoplastic resin composition containing the same.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 반응성 관능기를 포함하여, 두 수지 사이의 계면 접착력을 향상시키고 상용성을 높여, 현저히 향상된 기계적 물성을 가질 수 있다. The fiber-reinforced composite material may include the reactive functional groups to improve the interfacial adhesion between the two resins and increase the compatibility thereof, and may have remarkably improved mechanical properties.
상기 상용화제의 중량평균분자량은 약 218 내지 약 6,800일 수 있다. 상기 상용화제는 상기 범위의 중량평균분자량 및 상기 범위의 관능기 수를 가지는 것으로서, 이에 따라, 반응온도 및 반응시간을 조절할 수 있다. 또한, 상기 상용화제는 상기 범위의 중량평균분자량을 가짐으로써, 두 수지 사이의 입체 구조 등에 영향을 줄 수 있다. The weight average molecular weight of the compatibilizing agent may range from about 218 to about 6,800. The compatibilizing agent has a weight average molecular weight in the above range and a number of functional groups within the above range, so that the reaction temperature and the reaction time can be controlled. In addition, the compatibilizing agent may have a weight average molecular weight within the above range, thereby affecting the steric structure between the two resins.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 상용화제를 상기 혼합 수지 100 중량부 대비 약 0.5 중량부 내지 약 2 중량부 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 상용화제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드가 상분리가 일어날 수 있으며, 이로 인한 물성 저하 등의 문제가 있을 수 있다. 그리고, 상기 상용화제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 고점도로 인해 공정성이 떨어지고 취성이 크게 발현되어 잘 깨지는 문제가 있을 수 있다.The fiber-reinforced composite material may include about 0.5 to about 2 parts by weight of the compatibilizing agent relative to 100 parts by weight of the mixed resin. Concretely, when the content of the compatibilizing agent is less than the above range, phase separation may occur between the polyethylene terephthalate copolymer and the polyamide, resulting in deterioration of physical properties. If the content of the compatibilizing agent exceeds the above range, there is a problem that the processability is poor due to the high viscosity and the brittleness is largely manifested and broken.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드를 포함하는 혼합 수지와 상기 상용화제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 포함하고, 상기 열가소성 수지 조성물의 유리전이온도는 약 80℃ 내지 약 105℃일 수 있다.Wherein the fiber-reinforced composite material comprises a thermoplastic resin composition comprising the polyethylene terephthalate copolymer and a mixed resin comprising the polyamide and the compatibilizer, wherein the glass transition temperature of the thermoplastic resin composition is from about 80 캜 to about 105 캜 Lt; / RTI >
상기 열가소성 수지 조성물은 상기 상용화제에 의해 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 상기 폴리아미드의 상용성이 현저히 향상되어 상기 범위의 단일의 유리전이온도를 가질 수 있다. 단일의 유리전이온도를 갖는 상기 열가소성 수지 조성물로부터 형성된 상기 섬유 강화 복합재는 현저히 향상된 기계적 물성을 가질 수 있다. In the thermoplastic resin composition, compatibility of the polyethylene terephthalate copolymer and the polyamide is remarkably improved by the compatibilizing agent, and the glass transition temperature can be within the above range. The fiber-reinforced composite material formed from the thermoplastic resin composition having a single glass transition temperature can have significantly improved mechanical properties.
상기 열가소성 수지 조성물은 상기 범위의 유리전이온도를 가짐으로써, 제조 과정에서 수지의 용융 및 섬유의 함침이 용이할 수 있다. 그리고, 이를 포함하는 상기 섬유 강화 복합재가 일정 수준 이상의 지지 성능을 쉽게 확보할 수 있고, 폴리아미드의 우수한 기계적 물성을 더욱 향상시키면서, 폴리아미드의 취성을 보완할 수 있다. Since the thermoplastic resin composition has a glass transition temperature within the above range, it is easy to melt the resin and impregnate the fibers during the manufacturing process. Further, the fiber-reinforced composite material containing the same can easily secure a support performance of a certain level or higher, and the brittleness of the polyamide can be supplemented while further improving the excellent mechanical properties of the polyamide.
상기 섬유 강화 복합재는 섬유를 포함하여, 상기 섬유 강화 복합재의 강도 및 강성을 높일 수 있다. 그리고, 폴리아미드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 각각을 단독으로 사용하였을 때와 달리, 상기 섬유는 상기 섬유 강화 복합재에 포함된 폴리아미드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체와 함께 사용되어 기계적 강도 및 강성을 더욱 높이고, 구조 안정성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. The fiber-reinforced composite material may include fibers to increase the strength and rigidity of the fiber-reinforced composite material. Unlike the case where each of the polyamide and the polyethylene terephthalate copolymer is used alone, the fibers are used together with the polyamide and the polyethylene terephthalate copolymer contained in the fiber-reinforced composite material to further increase the mechanical strength and rigidity, And can have structural stability. Specifically, the fibers may include one selected from the group consisting of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, and combinations thereof.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 섬유 강화 복합재 100 중량부에 대하여, 상기 섬유를 약 40 중량부 내지 약 70 중량부 포함할 수 있다. 상기 섬유가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우에는 섬유 강화 복합재가 요구되는 강도 및 강성을 확보하기 어렵다. 그리고, 상기 섬유의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 모재인 열가소성 수지 조성물의 함침이 불완전하여, 외부 환경에 의해 섬유의 터짐 현상이 나타나 표면 품질이 저하되고, 충격강도 등의 기계적 물성이 현저히 감소하는 문제가 있을 수 있다.The fiber-reinforced composite material may include about 40 to about 70 parts by weight of the fiber relative to 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material. When the fiber is contained in the above range, it is difficult to secure the required strength and rigidity of the fiber-reinforced composite material. When the content of the fiber exceeds the above range, the impregnation of the thermoplastic resin composition as a base material is incomplete, and the surface of the fiber deteriorates due to the external environment and the mechanical properties such as the impact strength are remarkably reduced There may be a problem.
상기 섬유는 단면의 평균 직경이 약 15㎛ 내지 약 20㎛일 수 있고, 예를 들어 약 16㎛ 내지 약 19㎛일 수 있다. 상기 섬유의 단면이 약 15㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 경우에는 섬유 강화 복합재의 강도가 현저히 저하될 우려가 있고, 약 20㎛를 초과하는 평균 직경을 갖는 경우에는 상기 혼합 수지와의 계면 접착력이 저하될 수 있다.The fibers may have an average diameter in the cross-section of from about 15 占 퐉 to about 20 占 퐉, for example from about 16 占 퐉 to about 19 占 퐉. When the cross section of the fibers has an average diameter of less than about 15 占 퐉, the strength of the fiber-reinforced composite material may be significantly lowered. When the average diameter exceeds about 20 占 퐉, .
상기 섬유는 연속섬유의 형태로 포함될 수 있다. The fibers may be included in the form of continuous fibers.
이때, 상기 연속섬유는 상기 복합재 시트의 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 복합재 시트를 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. Here, the continuous fiber means that the continuous fiber is present in a continuous form within the composite sheet, depending on the final size of the composite sheet. For example, like continuous fibers in a UD sheet (unidirection sheet), the continuous fibers can be produced in a continuous process, and by continuously supplying the continuous fibers to the continuous process, a composite sheet containing continuous fibers can be produced . 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.
일 구현예에서, 상기 복합재 시트는 UD 시트와 같이 연속섬유가 단일 배향성을 가지도록 연속 섬유를 포함할 수 있다.In one embodiment, the composite sheet may comprise continuous fibers such that the continuous fibers have a unidirectional orientation, such as a UD sheet.
상기 연속섬유가 상기 복합재 시트 내에서 단일 배향성을 가짐으로써 우수한 강도 및 강성의 확보에 유리할 수 있다.The continuous fibers have a unidirectional orientation in the composite sheet, which can be advantageous in securing excellent strength and rigidity.
구체적으로, 상기 연속섬유가 단일 배향성을 갖는다는 것은 상기 혼합 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 unidirectional orientation means that when one specific fiber strand among the continuous fibers in the mixed resin is determined, the angle formed by the specific continuous fiber with 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.
상기 복합재 시트는 장섬유 또는 단섬유가 아닌 연속 섬유를 포함할 수 있으며, 이에 따라 섬유의 분산성의 문제가 없고, 고함량의 섬유를 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 복합재 시트로부터 제조된 섬유 강화 복합재는 표면 품질이 우수하고, 고르게 물성을 구현하면서, 고강도 특성을 갖는 등의 향상된 기계적 특성을 가질 수 있다. 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.The composite sheet may comprise continuous fibers that are not long fibers or short fibers, and thus have no problem of fiber dispersibility and may contain a high content of fibers. Accordingly, the fiber-reinforced composite material produced from the composite sheet can have improved mechanical properties such as superior 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 복합재 시트는 섬유를 연속섬유의 형태로 포함함으로써, 우수한 강도 및 강성을 부여할 수 있다. Thus, the composite sheet can impart excellent strength and rigidity by including the fibers in the form of continuous fibers.
상기 섬유 강화 복합재는 산화방지제, 열안정제, 가공조제, 분산제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 상기 섬유 강화 복합재 중 약 1 중량% 내지 약 10 중량% 포함될 수 있고, 예를 들어, 열안정제를 약 0.1중량% 내지 약 3중량% 구체적으로, 약 0.3중량% 내지 약 0.5중량% 포함할 수 있다.The fiber-reinforced composite material may further include one additive selected from the group consisting of antioxidants, heat stabilizers, processing aids, dispersants, pigments, and combinations thereof. For example, the additive may comprise from about 1% to about 10% by weight of the fiber-reinforced composite, and may contain, for example, from about 0.1% to about 3% by weight of the heat stabilizer, specifically from about 0.3% 0.5% by weight.
상기 섬유 강화 복합재의 아이조드 충격강도는 약 3,000J/m 내지 약 3,800J/m일 수 있다. 상기 '아이조드 충격강도'는 임의의 물체가 순간적인 집중 외력에 견디는 저항력을 나타낸 것으로서, ASTM D256에 따른 아이조드 충격 측정방법으로 측정할 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재가 상기 범위의 아이조드 충격강도를 유지함으로써, 고강도 및 고강성이 필요한 용도에 다양하게 사용될 수 있으며, 우수한 내충격성을 확보할 수 있다.The Izod impact strength of the fiber-reinforced composite material may be from about 3,000 J / m to about 3,800 J / m. The 'Izod impact strength' indicates resistance of an arbitrary object to momentary intensive external force, and can be measured by an Izod impact measurement method according to ASTM D256. By maintaining the Izod impact strength in the above range, the fiber-reinforced composite material can be used variously in applications requiring high strength and high rigidity, and excellent impact resistance can be secured.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡강도는 약 700MPa 내지 약 900MPa일 수 있다. 상기 굴곡강도는 ASTM D790에 따라 측정한 것이다.Specifically, the flexural strength of the fiber-reinforced composite material may be about 700 MPa to about 900 MPa. The flexural strength was measured according to ASTM D790.
상기 '굴곡강도'는 섬유 강화 복합재를 굽히는 경우 최대 응력을 측정한 것으로, 섬유 강화 복합재가 휨 방향으로 적용되는 힘에 대해 파괴되기 전까지 저항하는 정도를 의미한다. 예를 들어, 긴 직사각형 모양의 시편의 가운데 부분을 하중을 가해 눌러 응력 및 왜곡을 측정할 수 있으며, ASTM D790 시험법에 따른 굴곡 특성 측정 방법으로 측정할 수 있다. The 'flexural strength' refers to a measure of maximum stress when bending a fiber-reinforced composite material, and refers to the degree of resistance of the fiber-reinforced composite material until it is destroyed against a force applied in the bending direction. For example, stress and strain can be measured by applying a load to the middle portion of a long rectangular specimen, which can be measured by the flexural characteristic measurement method according to the ASTM D790 test method.
상기 섬유 강화 복합재가 상기 범위의 굴곡강도를 유지함으로써 고강도 및 고강성이 필요한 용도에 다양하게 사용될 수 있으며, 금속보다 높은 비강도 및 비강성을 확보함으로써 우수한 경량화 효과를 함께 구현할 수 있다.The fiber-reinforced composite material can be used variously in applications requiring high strength and high rigidity by keeping the flexural strength within the above range, and it is also possible to realize an excellent lighter weight effect by securing higher specific strength and non-rigidity than metal.
상기 섬유 강화 복합재의 굴곡신율은 약 1.5% 내지 약 3%일 수 있다. 상기 굴곡신율은 ASTM D790에 따라 측정한 것이다. 상기 섬유 강화 복합재는 상기 범위의 굴곡신율을 가지고, 우수한 굴곡강도, 인장강도 및 아이조드 충격강도 등의 기계적 물성을 동시에 부여할 수 있다. 또한, 상기 범위의 굴곡신율을 갖는 섬유 강화 복합재는 외부에서 오는 힘에 저항할 수 있어 고강도 및 고강성이 필요한 제품 등에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 강화 복합재는 자동차 내외장제 등에 사용될 수 있다The flexural elongation of the fiber-reinforced composite material may range from about 1.5% to about 3%. The flexural elongation was measured according to ASTM D790. The fiber-reinforced composite material has a flexural elongation in the above range and can impart mechanical properties such as excellent bending strength, tensile strength and Izod impact strength at the same time. Further, the fiber-reinforced composite material having a flexural elongation in the above range can resist a force from the outside and can be used for a product requiring high strength and high rigidity. For example, the fiber-reinforced composite material can be used for automotive interior and exterior materials
본 발명의 다른 구현예는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체(polyethyleneterephthalate) 및 폴리아미드(polyamide)를 포함하는 혼합 수지와 상용화제를 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 및 섬유에 상기 열가소성 수지 조성물을 함침시키는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a method for producing a thermoplastic resin composition, which comprises mixing a mixed resin comprising a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide with a compatibilizing agent to prepare a thermoplastic resin composition; And impregnating the fiber with the thermoplastic resin composition. The present invention also provides a method for producing a fiber-reinforced composite material.
상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 통하여, 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율 및 인장강도 등을 경제적으로 확보할 수 있는 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.The fiber-reinforced composite material according to the present invention can produce a fiber-reinforced composite material which can economically secure excellent impact strength, flexural strength, flexural elongation, tensile strength and the like.
섬유 강화 복합재의 제조방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체(polyethyleneterephthalate) 및 폴리아미드(polyamide)를 포함하는 혼합 수지와 상용화제를 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계는 구체적으로, 240℃ 내지 280℃에서 수행될 수 있다.The method of producing a fiber-reinforced composite material includes a step of mixing a mixed resin including a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide with a compatibilizing agent to prepare a thermoplastic resin composition. The step of preparing the thermoplastic resin composition may be specifically performed at 240 캜 to 280 캜.
구체적으로, 상기 열가소성 수지 조성물을 약 240℃ 미만에서 제조하는 경우에는 상기 열가소성 수지 조성물이 적절한 점도를 확보하지 못하여, 후속되는 공정에서 함침성이 저하되고, 가공성을 저하시킬 수 있다. 그리고, 상기 열가소성 수지 조성물을 약 280℃ 초과에서 제조하는 경우에는 수지의 열분해로 복합재의 물성이 손상되거나, 수지의 탄화로 인하여 이물질이 발생할 우려가 있을 수 있다.Specifically, when the thermoplastic resin composition is produced at less than about 240 캜, the thermoplastic resin composition can not secure an appropriate viscosity, so impregnation property may be lowered in subsequent steps, and the processability may be lowered. When the thermoplastic resin composition is produced at a temperature higher than about 280 ° C, the physical properties of the composite material may be impaired by thermal decomposition of the resin, or foreign substances may be formed due to carbonization of the resin.
상기 섬유 강화 복합재 제조방법을 통하여 제조된 섬유 강화 복합재는 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체(polyethyleneterephthalate) 및 폴리아미드(polyamide)를 포함하는 혼합 수지와 상용화제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 포함함으로써 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율 및 인장강도 등을 경제적으로 확보할 수 있다.The fiber-reinforced composite material produced through the method for producing a fiber-reinforced composite material includes a thermoplastic resin composition including a mixed resin including a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide and a compatibilizer, Strength, flexural elongation and tensile strength can be economically secured.
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.
<실시예 및 비교예>≪ Examples and Comparative Examples &
실시예 1Example 1
하기 표 1에 기재한 바와 같이, 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 (PETG) 및 폴리아미드(polyamide)를 50:50의 중량비로 혼합한 혼합 수지 약 39.08중량%; 상기 혼합 수지 100 중량부 대비 비스페놀A디글리시딜에테르(Bisphenol A diglycidyl ether)를 약 1.02 중량부; 1차 산화방지제 ADK STAB AO-60 및 2차 산화방지제 ADK STAB 211; 및 PA520(제조사:LG화학) 가공조제를 혼합하고 280℃에서 열가소성 수지 조성물을 제조하였다.About 39.08% by weight of a mixed resin obtained by mixing polyethylene terephthalate glycol (PETG) and polyamide in a weight ratio of 50:50, as shown in Table 1 below; About 1.02 parts by weight of bisphenol A diglycidyl ether relative to 100 parts by weight of the mixed resin; Primary antioxidant ADK STAB AO-60 and secondary antioxidant ADK STAB 211; And PA520 (manufacturer: LG Chemical) were mixed and the thermoplastic resin composition was prepared at 280 占 폚.
상기 열가소성 수지 조성물을 유리 섬유에 함침시켜 섬유 강화 복합재를 제조하였다. 이때, 상기 유리 섬유는 섬유 강화 복합재 100 중량부 대비 60중량부의 함량으로 사용하였다.The thermoplastic resin composition was impregnated with glass fiber to prepare a fiber-reinforced composite material. At this time, the glass fiber was used in an amount of 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material.
실시예 2Example 2
폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 (PETG) 및 폴리아미드(polyamide)를 30: 70의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재를 제조하였다.A fiber-reinforced composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyethylene terephthalate glycol (PETG) and polyamide were mixed at a weight ratio of 30:70.
비교예 1Comparative Example 1
상용화제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재를 제조하였다.A fiber-reinforced composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that no compatibilizing agent was used.
비교예 2Comparative Example 2
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재를 제조하였다.A fiber-reinforced composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polyethylene terephthalate copolymer was not included.
<평가><Evaluation>
실험예 1: 유리전이온도(℃)Experimental Example 1: Glass transition temperature (占 폚)
상기 실시예 및 비교예의 혼합 수지에 대하여 시차주사열량계 (DSC, Differential Scanning Calorimetry)를 이용하여, 유리전이온도를 측정하기 위한 일반적인 절차에 따라 각 혼합 수지의 유리전이온도 (Tg)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. The glass transition temperature (Tg) of each mixed resin was measured according to a general procedure for measuring the glass transition temperature using differential scanning calorimetry (DSC) for the mixed resins of the examples and comparative examples, The results are shown in Table 2 below.
실험예 2: 아이조드 충격강도(J/m)Experimental Example 2: Izod impact strength (J / m)
상기 실시예 및 비교예의 시편에 대하여 ASTM D256에 따라, 아이조드 충격 시험기(구체적으로 기재 부탁드립니다.)를 이용하여 상온 23℃에서 아이조드 충격 강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 아이조드 충격시험기의 해머 헤드는 22.6J로 진행하였으며 시편의 원활한 파괴를 유도하기 위해 가운데 1±0.05mm의 노치를 낸 후 실험을 진행하였다.The Izod impact strength was measured at 23 ° C at room temperature using an Izod impact tester (specifically described) according to ASTM D256 for the specimens of the examples and comparative examples, and the results are shown in Table 2 below. The hammer head of the Izod impact tester proceeded at 22.6J and the test was performed after notch of 1 ± 0.05mm in the center to induce smooth fracture of the specimen.
실험예 3: 굴곡강도(MPa) 및 굴곡신율(%)Experimental Example 3: Flexural Strength (MPa) and Flexural Elongation (%)
상기 실시예 및 상기 비교예의 시편을 ASTM D790에 따라, 상온 23℃에서 굴곡강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. Instron 社의 Universal Testing Machine을 사용하여 굴곡강도 및 굴곡신율을 측정하였으며, 시편의 스팬거리는 두께의 16배, 변형 속도는 2 mm/min으로 설정하였다.According to ASTM D790, the flexural strengths of the specimens of the above Examples and Comparative Examples were measured at a room temperature of 23 DEG C, and the results are shown in Table 2 below. The flexural strength and flexural elongation were measured using an Instron universal testing machine. The span distance of the specimen was set to 16 times the thickness and the deformation rate to 2 mm / min.
실험예 4: 인장강도(MPa)및 인장신율(%)Experimental Example 4: Tensile Strength (MPa) and Tensile Elongation (%)
실시예 및 비교예의 시편을 ASTM D3039에 따라 제조하였으며 복합재의 가운데 부분에서 파단이 일어나게 하기 위하여 양 말단에 보호 탭을 붙였다. 굴곡강도와 마찬가지로 Instron 社의 Universal Testing Machine을 사용하여 5mm/min의 인장속도로 인장강도 및 인장 신율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2 에 나타내었다 Specimens of Examples and Comparative Examples were prepared in accordance with ASTM D3039 and a protective tab was affixed at both ends to cause fracture in the middle portion of the composite. The tensile strength and tensile elongation were measured at a tensile speed of 5 mm / min using an Instron Universal Testing Machine as in the case of the flexural strength, and the results are shown in Table 2 below
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 상용화제 없이 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 및 폴리아미드를 포함하는 혼합 수지만을 포함하는 비교예 1의 경우, 폴리아미드만을 포함하는 비교예 2와 비교하여 기계적 물성이 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 1은 폴리아미드와 비교하여 약 5배 정도 경제적인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체를 혼합하면서, 폴리아미드와 유사하거나 보다 우수한 기계적 물성을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 1의 섬유 강화 복합재는 경제적으로 우수한 충격강도, 굴곡강도, 굴곡신율, 인장신율 및 인장강도를 가질 수 있다.As shown in Table 2, in Comparative Example 1 containing only a mixed water containing a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide without a compatibilizer, the mechanical properties were significantly lower than those of Comparative Example 2 containing only polyamide . On the other hand, it can be seen that Example 1 exhibited similar or better mechanical properties to polyamide while mixing polyethylene terephthalate copolymer which is about 5 times more economical than polyamide. That is, the fiber-reinforced composite material of Example 1 can have economically excellent impact strength, flexural strength, flexural elongation, tensile elongation and tensile strength.
Claims (16)
섬유 강화 복합재.
A thermoplastic resin composition comprising a mixed resin including a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide and a compatibilizing agent; And fibers
Fiber reinforced composites.
상기 혼합 수지를 35중량% 내지 70중량% 포함하는
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
And 35 to 70% by weight of the mixed resin
Fiber reinforced composites.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 대 상기 폴리아미드의 중량비가 50: 50 내지 30: 70인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the polyethylene terephthalate copolymer to the polyamide is 50:50 to 30:70
Fiber reinforced composites.
상기 열가소성 수지 조성물의 유리전이온도가 80℃ 내지 105℃인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the thermoplastic resin composition has a glass transition temperature of 80 deg. C to 105 deg.
Fiber reinforced composites.
상기 섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the fibers comprise one selected from the group consisting of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, and combinations thereof
Fiber reinforced composites.
상기 섬유를 상기 섬유 강화 복합재 100 중량부 대비 40 중량부 내지 70 중량부 포함하는
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the fiber is contained in an amount of 40 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the fiber-reinforced composite material
Fiber reinforced composites.
상기 섬유는 단면의 평균 직경이 15㎛ 내지 20㎛인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
The fibers may have an average cross-sectional diameter of 15 to 20 mu m
Fiber reinforced composites.
상기 상용화제는 2 이상의 반응성 관능기를 갖는 화합물인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
The compatibilizing agent is a compound having two or more reactive functional groups
Fiber reinforced composites.
상기 반응성 관능기는 무수물(anhydride)기, 에폭사이드(epoxide)기, 옥사졸린(oxazoline)기, 이소시아네이트(isocyanate)기, 카바메이트(carbamate)기 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인
섬유 강화 복합재.
9. The method of claim 8,
Wherein the reactive functional group is selected from the group consisting of an anhydride group, an epoxide group, an oxazoline group, an isocyanate group, a carbamate group, and combinations thereof
Fiber reinforced composites.
상기 상용화제를 상기 혼합 수지 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 2 중량부 포함하는섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the compatibilizer is contained in an amount of 0.5 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed resin.
산화방지제, 열안정제, 가공조제, 분산제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함하는
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Further comprising one additive selected from the group consisting of antioxidants, heat stabilizers, processing aids, dispersants, pigments, and combinations thereof
Fiber reinforced composites.
아이조드(Izod) 충격강도가 3,000 J/m 내지 3,800J/m 인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
Izod impact strength of 3,000 J / m to 3,800 J / m
Fiber reinforced composites.
굴곡강도가 700MPa 내지 900MPa 인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
A flexural strength of 700 MPa to 900 MPa
Fiber reinforced composites.
굴곡신율이 1.5% 내지 3%인
섬유 강화 복합재.
The method according to claim 1,
A flexion elongation of 1.5% to 3%
Fiber reinforced composites.
섬유에 상기 열가소성 수지 조성물을 함침시키는 단계;를 포함하는
섬유 강화 복합재의 제조방법.
Preparing a thermoplastic resin composition by mixing a mixed resin including a polyethylene terephthalate copolymer and a polyamide and a compatibilizing agent; And
And impregnating the fiber with the thermoplastic resin composition
A method for manufacturing a fiber reinforced composite material.
상기 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계는 240℃ 내지 280℃에서 수행되는
섬유 강화 복합재 제조방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the step of preparing the thermoplastic resin composition is carried out at 240 to 280 캜
A method for manufacturing a fiber reinforced composite material.
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