KR20190012417A - 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트 - Google Patents
수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 캐리어 필름, 제 1 매트릭스 수지 도포층, 제 1 강화섬유층, 제 2 매트릭스 수지 도포층 및 제 2 강화섬유층을 하부에서 상부로 순차적으로 적층하여 형성한 뒤 가열 및 가압하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 가열 및 가압에 의하여 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층의 반응성 또는 흐름성이 조절되어 제 1 매트릭스 수지가 상기 제 1 강화섬유층을 통하여 함침되어 들어가고, 이와 동시에 제 2 매트릭스 수지 도포층의 반응성 또는 흐름성이 조절되어 제 2 매트릭스 수지가 제 2 강화섬유층 및 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿은 제 1 강화섬유층의 최상부에 각각 함침되어 들어가며, 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층 최상부 층의 내부에서 제 1 매트릭스 수지와 제 2 매트릭스 수지가 접촉하여 수지 결합되고, 상기 제 2 매트릭스 수지가 상기 제 2 강화섬유층의 수직 구조 중 상기 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿은 부분의 일부까지만 매트릭스 수지의 함침이 일어나고 그 외의 영역은 매트릭스 수지에 의한 함침이 일어나지 않도록 하여, 제 2 강화섬유층이 매트릭스 수지 함침 영역과 상기 매트릭스 수지 함침 영역 외의 상부에 매트릭스 수지 비함침 영역의 2중층 구조로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트를 제공한다.
본 발명에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 기술에 따르면, 기존과 같이 강화섬유를 고분자 매트릭스 수지를 이용하여 완전히 함침하는 것이 아니라, 강화섬유에 대해서 하부 영역의 일부에서만 부분적으로 함침이 일어나도록 함으로써, 하부 영역에서는 기계적 물성 등 성능 향상의 특성을 가지면서 반대측 표면은 섬유(또는 직물) 상태 그대로 제작되도록 함으로써, 섬유(또는 직물)의 질감을 줄 수 있어 휴대폰 배면 커버로 사용될 경우 기존의 매끈한 표면이 아닌 직물 느낌을 줄 수 있어 감성적 효과를 줄 수 있고, 이러한 시트를 건축재로 사용할 경우에는 섬유(또는 직물) 소재가 표면에 노출되어 있으므로 다른 소재와의 접착이 용이해지는 효과가 있으며, 그대로 벽체 표면으로 사용될 경우에는 별도로 장식을 하지 않아도 내장으로 사용이 가능한 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 기술에 따르면, 기존과 같이 강화섬유를 고분자 매트릭스 수지를 이용하여 완전히 함침하는 것이 아니라, 강화섬유에 대해서 하부 영역의 일부에서만 부분적으로 함침이 일어나도록 함으로써, 하부 영역에서는 기계적 물성 등 성능 향상의 특성을 가지면서 반대측 표면은 섬유(또는 직물) 상태 그대로 제작되도록 함으로써, 섬유(또는 직물)의 질감을 줄 수 있어 휴대폰 배면 커버로 사용될 경우 기존의 매끈한 표면이 아닌 직물 느낌을 줄 수 있어 감성적 효과를 줄 수 있고, 이러한 시트를 건축재로 사용할 경우에는 섬유(또는 직물) 소재가 표면에 노출되어 있으므로 다른 소재와의 접착이 용이해지는 효과가 있으며, 그대로 벽체 표면으로 사용될 경우에는 별도로 장식을 하지 않아도 내장으로 사용이 가능한 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 강화섬유에 대해서 전체가 아닌 부분적인 함침을 통해 2중 적층 구조를 갖는 비대칭 복합재료 시트를 제조하는 기술에 관한 것이다.
복합재료(composite material)란 두 가지 이상 구성물질의 혼합체로서 서로 화학적으로 구분되는 구성 물질들이 각각의 특성을 유지한 채 결합되어 있으면서 각 구성물질의 독특한 기계적, 물리적, 화학적 특성이 서로 상호 보완적으로 작용하여 개개의 구성 물질이 분리되어 있을 때 보다 우수한 특성을 얻도록 인위적으로 구성된 물질을 일컫는다.
기존에는 복합재료의 구성물질인 강화섬유와 기지재인 고분자 수지를 서로 혼합하여 결합시킴에 의해 강화섬유를 외부로부터 보호하고 복합재료의 형태를 유지하게 하는 기능을 갖도록 하며 고분자 수지로 인해 성능 향상 효과를 갖도록 제조되었다. 한편, 상기 복합재료에 사용되는 강화섬유는 외부 응력을 지탱하여 복합재료가 일반 기지재에 비하여 우수한 기계적 성질을 나타내게 하며 기지재 내에 섬유 형태로 분산되어 있다.
기존의 복합재료는 강화섬유가 기지재에 완전히 함침되어 사용되어 왔으며, 강화섬유의 일부가 표면에 노출되도록 하는 기술의 개발은 진행된 바가 없다.
관련기술로서, 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1383621호 "인장강도 및 굴곡강도가 향상된 재활용 폴리프로필렌 고분자 복합재료 조성물 및 그 제조방법"은 재활용 폴리프로필렌 수지와 탈크와 나노클레이 마스터배치로 이루어진 고분자 혼합수지 및 무수말레산 그라프트 폴리프로필렌을 포함하는 것을 기술적 특징으로 하며, 인장강도와 굴곡강도가 향상된 효과가 있으며, 폐 폴리프로필렌을 재활용함으로 인해 환경오염을 줄이며, 신재 폴리프로필렌에 비해 적은 에너지와 저 탄소발생으로 제조할 수 있으므로 제조원가를 절감하기 위한 기술에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2003-0021215호 "상용성이 우수한 고분자 혼합물"은 범용 고분자인 폴리염화비닐과 폴리올레핀의 고분자 혼합물에 층상 실리케이트를 첨가하여 나노복합체화 함으로써 이종(異種) 수지간의 상분리를 최소화하여 혼용성을 증가시키며 기계적 물성을 향상시킬 수 있고, 특히 폴리염화비닐과 폴리올레핀이 주성분으로 포함되어 있는 폐 합성 수지에 층상 실리케이트를 첨가하게 되면 보다 현저한 기계적 물성 향상 효과를 얻을 수 있어 폐수지 처리를 위한 환경 부담을 줄일 수 있는 상용성이 우수한 고분자 혼합물에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2000-0083861호 "충격강도 및 난연성이 향상된 스티렌계 열가소성 복합재료"는 고무변성 스티렌계 그라프트 공중합체(이하 ABS), 난연제, 유리섬유 및 커플링제로 이루어진 충격강도와 난연성이 향상된 스티렌계 열가소성 복합재료에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2015-7016886호 "혼합 매트릭스 중합체 조성물(Mixed matrix polymer compositions)"은 투과성이 지속되는 시간의 연장된 기간과 같은 개선된 투과성 특성을 나타내는 유체 분리 막(즉, 감소된 에이징 영향을 보여주는 막)으로서 사용하기에 적합한 새로운 중합체 조성물에 관한 것이다.
이와 같이 종래 기술들은 대부분 강화섬유에 수지를 함침함으로써 기계적 물성 등 성능을 향상시키는 기술에 관한 것이나, 함침 범위 조절을 통해 비대칭 구조를 갖는 섬유강화 복합재료에 관해서는 개발되거나 제안된 적이 없다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 감안하여 새로이 개발된 것으로, 강화섬유에 에폭시 수지나 폴리에스테르, 나일론 등의 고분자 수지 성분을 함침하여 복합재료를 형성함에 있어서, 기존과 같이 고분자 수지 성분을 완전히 함침하는 것이 아니라, 수지 결합에 의해 강화섬유에 대해서 부분적으로만 함침되도록 함으로써 기본적으로 기계적 물성이 우수한 특성을 가지면서도 매트릭스 수지가 함침되지 않은 강화섬유 표면은 섬유 또는 직물 상태 그대로 형성되도록 하여 섬유 소재의 질감 등 표면 특성을 그대로 유지시키고, 타 소재와의 접합 성능 강화 등의 기능을 부여할 수 있는 비대칭 구조를 갖는 복합재료 시트를 제조하기 위한 기술을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 달성하기 위해 본 발명은
캐리어 필름, 제 1 매트릭스 수지 도포층, 제 1 강화섬유층, 제 2 매트릭스 수지 도포층 및 제 2 강화섬유층을 하부에서 상부로 순차적으로 적층하여 형성한 뒤 가열 및 가압하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 가열 및 가압에 의하여 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층의 반응성 또는 흐름성이 조절되어 제 1 매트릭스 수지가 상기 제 1 강화섬유층을 통하여 함침되어 들어가고, 이와 동시에 제 2 매트릭스 수지 도포층의 반응성 또는 흐름성이 조절되어 제 2 매트릭스 수지가 제 2 강화섬유층 및 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿은 제 1 강화섬유층의 최상부에 각각 함침되어 들어가며, 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층 최상부 층의 내부에서 제 1 매트릭스 수지와 제 2 매트릭스 수지가 접촉하여 수지 결합되고, 상기 제 2 매트릭스 수지가 상기 제 2 강화섬유층의 수직 구조 중 상기 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿은 부분의 일부까지만 매트릭스 수지의 함침이 일어나고 그 외의 영역은 매트릭스 수지에 의한 함침이 일어나지 않도록 하여, 제 2 강화섬유층이 매트릭스 수지 함침 영역과 상기 매트릭스 수지 함침 영역 외의 상부에 매트릭스 수지 비함침 영역의 2중층 구조로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)과 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)은 분말 상태 또는 필름 형상의 매트릭스 수지를 도포하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 강화섬유층 및 제 2 강화섬유층은 섬유 상태 또는 직물 상태의 강화섬유를 적층하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 매트릭스 수지는 고분자 수지의 단량체를 고분자 중합 촉매와 함께 분말 상태로 상기 캐리어 필름에 도포한 뒤 가열 및 가압에 의해 중합이 일어나도록 함으로써 강화섬유층과 일체화되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 강화섬유층은 단수 또는 복수의 층으로 구성되며, 복수의 층으로 구성될 경우 상기 제 1 매트릭스 수지는 상기 복수의 제 1 강화섬유층 최하부에 도포하거나 상기 복수의 제 1 강화섬유층 사이에 각각 도포되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 강화섬유층을 복수층으로 적층할 경우에 있어서는, 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 상기 제 1 강화섬유층의 최상부를 기준으로 하부면 방향으로만 산포시킨 상태에서 가열 및 가압하여 제 1 매트릭스 수지가 강화섬유층을 통과하여 용융 또는 중합되어 함침되고, 이와 같이 강화섬유층을 통과한 제 1 매트릭스 수지가 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층(130)의 최상부 층(130-2)의 내부에서 만나게 되는 제 2 매트릭스 수지와 수지 결합되며, 반대편 표면에 해당하는 제 2 강화섬유층의 상부면까지는 함침되지 않도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
상기 본 발명에 따른 방법에 의해 제조되며, 상기 제 2 강화섬유층이 매트릭스 수지 함침 영역과 상기 매트릭스 수지 함침 영역 상부에 형성된 매트릭스 수지 비함침 영역의 2중층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트를 제공한다.
본 발명에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 기술에 따르면, 기존과 같이 강화섬유를 고분자 매트릭스용 수지를 이용하여 완전히 함침하는 것이 아니라, 수지 결합 방법을 이용해 강화섬유에 대해서 하부 영역에서만 부분적으로 함침이 일어나도록 함으로써, 하부 영역에서는 기계적 물성 등 성능 향상의 특성을 가지면서 반대측 표면은 섬유(또는 직물) 상태 그대로 제작되도록 함으로써, 섬유(또는 직물)의 질감을 줄 수 있어 휴대폰 배면 커버로 사용될 경우 기존의 매끈한 표면이 아닌 직물 느낌을 줄 수 있어 감성적 효과를 줄 수 있고, 이러한 시트를 건축재로 사용할 경우에는 섬유(또는 직물) 소재가 표면에 노출되어 있으므로 다른 소재와의 접착이 용이해지는 효과가 있으며, 그대로 벽체 표면으로 사용될 경우에는 별도의 장식을 하지 않아도 내장으로 사용이 가능한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비대칭 복합재료 시트(1000)를 제조하기 위한 적층 구조(100)는 캐리어 필름(Carrier film 또는 Carrier Sheet)(110), 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1), 제 1 강화섬유층(130), 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2) 및 제 2 강화섬유층(130b)을 하부에서 상부로 순차적으로 적층하여 형성한 뒤 가열 및 가압함으로써, 매트릭스 수지 함침부(1100) 및 매트릭스 수지 비함침부(1200)로 이루어진 2중층 구조의 비대칭 복합재료 시트(1000)를 제조할 수 있다. 여기서 매트릭스 수지 함침부(1100)는 제 1 강화섬유층(130) 외부와 그 사이의 제 1 매트릭스 수지층(1110), 제 1 매트릭스 수지가 함침된 제 1 강화섬유층(1120), 제 2 매트릭스 수지가 함침된 제 1 강화섬유층(1130), 제 1 강화섬유층(130)과 제 2 강화섬유층(130b) 사이의 제 2 매트릭스 수지층(1140), 제 2 매트릭스 수지가 함침된 제 2 강화섬유층(1150)으로 구성된다.
또한, 상기 매트릭스 수지 함침부(1100)는 제 1 매트릭스 수지가 용융 또는 중합하면서 제 1 강화섬유층(130)에 함침되어 형성된 부분(1100-1)과 제 2 매트릭스 수지가 용융 또는 중합하면서 제 2 강화섬유층(130b)과 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)에 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층(130-2)에 각각 함침되면서 형성된 부분(1100-2)으로 구성되어 있고, 상기 제 1 강화섬유층의 최상층(130-2)의 내부에서 상기 두 부분의 경계가 만나면서 제 1 매트릭스 수지와 제 2 매트릭스 수지의 결합이 일어난다.
이를 위한 공정 과정을 구체적으로 살펴보면, 캐리어 필름(110) 위에 분말 상태 또는 필름 형상의 제 1 매트릭스 수지를 도포하여 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 형성하고, 그 상부에 섬유 상태 또는 직물 형상에 해당하는 제 1 강화섬유층(130)을 적층한 후, 다시 상기 제 1 강화섬유층(130) 상부에 분말 상태 또는 필름 형상의 제 2 매트릭스 수지를 도포하여 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)을 형성하고, 다시 그 상부에 제 2 강화섬유층(130b)를 적층하여 적층 구조를 형성한 후, 구성물에 열과 압력을 가하여 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)이 용융 또는 중합되면서 제 1 강화섬유(130) 층에 함침되어 들어가도록 한다. 상기 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)은 열과 압력에 의하여 용융되면서 상부의 제 2 강화섬유층(130b)과 하부의 제 1 강화섬유층(130)의 최상부 층을 이루는 강화섬유층(130-2)에 함침된다. 상기 캐리어 필름은 동 발명에 의한 최종 생성물의 구성 요소로서 복합재료 시트의 일 면을 구성할 수 있고, 또는 복합재료 시트의 제작 공정에 보조재로서만 사용되어 최종 공정에서 제거될 수도 있다.
이 때, 열(온도)과 압력에 의하여 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)의 반응성 또는 용융물의 흐름성이 조절되어 상기 제 1 강화섬유층(130)을 통하여 함침되어 들어가도록 한다. 상기 제 1 강화섬유층을 통해 유입되어 들어온 제 1 매트릭스 수지는 상기 제 1 강화섬유층(130) 중의 최상층(130-2)의 내부에서 상기 제 2 매트릭스 수지와 수지 결합되고, 상기 제 2 매트릭스 수지가 상기 캐리어 필름(110)의 반대면에 위치한 제 2 강화섬유층(130b)의 수직 구조 중 상기 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)과 맞닿은 부분의 상부 일부까지만 매트릭스 수지의 함침이 일어나고 그 외의 영역은 매트릭스 수지에 의한 함침이 일어나지 않도록 한다.
이렇게 함으로써, 제 2 강화섬유층(130b)이 제 2 매트릭스 수지 함침 영역과 상기 제 2 매트릭스 수지 함침 영역 외의 상부에 매트릭스 수지 비함침 영역의 2중층 구조로 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)은 기존의 에폭시 수지나, 폴리에스테르, 나일론 등과 같은 고분자 수지 상태로 사용될 수도 있으며, 고분자 수지 상태가 아닌 단량체 또는 올리고머 상태의 수지를 고분자 중합 촉매와 함께 분말 상태로 캐리어 필름(110) 상에 도포한 뒤, 가열 및 가압에 의해 용융 및 중합이 완료되도록 함으로써 비대칭 복합재료 시트(1000)가 제조되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로 제 1 강화섬유(130)는 단층 외에 복수층(도 2의 130-1 및 130-2))으로 적층된 상태에서 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 최상부의 강화섬유층(130-2)을 기준으로 하부면 방향으로만 산포시킨 상태에서 열과 압력을 가해 제 1 매트릭스 수지가 강화섬유를 통과하여 용융 또는 중합되어 함침되도록 하고, 이와 같이 강화섬유층을 통과한 제 1 매트릭스 수지가 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층(130)의 최상부 층(130-2) 내부에서 만나게 되는 제 2 매트릭스 수지와 수지 결합되도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)은 각 강화섬유층(130)로 이루어진 층 간에 도포될 수도 있다. 즉, 도 2에서 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)은 캐리어 필름(110)과 강화섬유층(130-1) 사이에만 도포된 것으로 도시되어 있으나, 강화섬유층(130-1)과 강화섬유층(130-2) 사이에도 도포될 수 있다. 이 경우에도 각 층에 도포된 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)이 각 강화섬유층(130-1, 130-2)을 따라 함침되어 들어가서 공정 조건(가열 가압 조건)을 조절하여 제 1 매트릭스 수지의 점도를 상승시킴에 따라, 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)으로부터 상기 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층(130)의 최상부 층(130-2)으로 함침되어 들어오는 제 2 매트릭스 수지와 만나 수지 결합됨으로써 추가적인 함침이 일어나지 못하도록 하여 최외곽 제 2 강화섬유층(130b)을 일부만 함침시키고 표면은 미함침 상태로 남겨둘 수 있다.
결과적으로, 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)에 의한 제 2 강화섬유(130b)로의 함침 공정을 조절함으로써, 제 2 강화섬유층(130b) 내의 강화섬유가 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)의 매트릭스 수지에 완전히 함침이 되지 않고, 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)이 도포된 방향의 반대면 외부는 함침되지 않은 상태로 강화섬유가 노출된 비대칭 구조를 형성하고, 비대칭 복합재료 시트(1000)는 복합재료로 이루어짐으로써 기본적으로 기계적 물성이 우수한 특성을 갖는다.
이와 동시에 제 2 강화섬유층(130b) 중 외부 영역은 외측으로 노출되어 추가 기능을 하는 구성을 갖는다. 즉, 노출된 강화섬유 노출부, 다른 말로 매트릭스 수지 비함침부(1200)는 강화섬유층의 재질과 직조 방법에 따른 외관 장식용 또는 타 소재(예: 건축 소재 등)와의 접착 공정에서 접착 강도를 높이기 위한 목적으로 사용이 가능하다. 즉, 상기 노출된 강화섬유 노출부, 즉 매트릭스 수지 비함침부(1200)는 타 소재와의 접착 공정에서 접착제층이 함침될 수 있으므로 매우 강한 접착력을 발휘할 수 있게 된다.
한편, 이를 위해, 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)과 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)은 용융물의 점도, 반응성 등이 상이한 수지를 각각 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 저점도 폴리아미드 6 수지를 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)으로, 고점도 폴리아미드 6 수지 필름을 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로, 고온 경화형 에폭시 수지를 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)으로, 저온 경화형 에폭시 수지를 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)으로 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예로, 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)으로 에폭시 수지를, 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)으로 폴리아미드 6 수지 필름을 사용할 수 있다 .
이 경우 제 2 강화섬유층(130b)의 가열 및 가압에 따라 결과적으로 외부에 노출된 강화섬유 노출부(1200)는 본래 복합재료의 기계적 물성을 강화하는 기능 외에 다른 기능을 하는 복합재료에 해당한다. 즉, 제 2 강화섬유층(130b)의 일부는 제 2 매트릭스 수지가 함침되어 복합재료의 강화섬유로서 작용을 하고, 일부는 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)의 매트릭스 수지가 함침되지 않고 외부에 노출되어 추가 기능을 발휘하는 구조를 갖는다.
즉, 제 2 강화섬유층(130b) 전체에 걸쳐 함침되도록 하는 것이 아니라 일측면에만 함침되도록 하고, 반대측 표면은 섬유 상태 그대로 제작되도록 함으로써, 직물 섬유의 질감을 제공할 수 있다. 이에 따라, 휴대폰 배면 커버로 사용될 경우 기존의 매끈한 표면이 아닌 직물 느낌을 제공할 수 있는 효과가 있고, 건축재로 사용할 경우에는 섬유로 인해 다른 소재와의 접착이 용이해지는 효과가 있고, 그대로 벽체표면으로 사용될 경우에는 별도로 장식을 하지 않아도 내장으로 사용이 가능한 효과가 있다.
본 발명에서, 고분자 수지를 용융시킨 상태의 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)에 있어, 고분자 매트릭스 수지는 기계적 물성이 우수한 고분자라면 모두 사용이 가능하며, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리케톤 등 열가소성 고분자 또는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 열경화성 우레탄 수지 등 열경화성 고분자 등을 들 수 있다.
다만, 직물 형상의 제 1 강화섬유층(130)과 열가소성 고분자로 된 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 복합화하여 비대칭 복합재료 시트(1000)를 제조할 경우, 열가소성 고분자 수지의 높은 용융 점도로 인하여 직물 형상의 강화섬유층에 고분자 매트릭스 수지를 함침시키는 것이 용이하지 않을 수 있으므로, 다음과 같은 방법을 선택할 수 있다.
즉, 비대칭 복합재료 시트(1000)는 중합 촉매를 포함하며 분말 상태의 열가소성 고분자의 단량체(및 올리고머)를 직물 형상의 제 1 강화섬유 위에 산포시킨 다음 이를 가열 처리하여 분말이 용융되어 상기 매트 형상 제 1 강화섬유에 함침되도록 하면서 열가소성 고분자의 단량체(및 올리고머)를 열가소성 고분자로 중합시키는 방법으로 형성될 수 있다.
단량체(및 올리고머)는 분말에 분산된 공지의 중합 촉매에 의해 적절한 조건 하에서 고분자로 중합되며, 이 고분자는 열가소성을 갖는다. 분말의 매트릭스로서 단량체(및 올리고머)를 사용하는 이유는, 고분자를 사용하는 경우 높은 용융 점도로 인하여 섬유로 이루어진 직물 형상의 강화섬유층에 함침이 어려울 수 있기 때문이다. 단량체나 올리고머는 낮은 분자량으로 인해 용융 점도가 낮으므로 직물 형상의 강화섬유에 잘 함침될 수 있다. 이러한 열가소성 고분자의 단량체 또는 올리고머로는 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트, 카프로락탐 등을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트는 중합되어 폴리부틸렌테레프탈레이트가 되며, 카프로락탐은 중합되어 폴리아미드가 된다. 이들 고분자는 모두 내열성 및 기계적 강도가 우수한 엔지니어링 플라스틱으로 잘 알려져 있다.
본 발명에서 상기 분말 상태의 단량체(및 올리고머)는 산포 공정을 통해 직물 형상의 강화섬유층의 표면에 분산될 수 있으면 모두 사용할 수 있으므로 그래뉼(granule), 펠렛(pellet) 등 모든 형태를 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
상기 단량체(및 올리고머)를 이용한 일부 함침 공정에 관하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 준비한 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 이루는 분말은 캐리어 필름(110) 위에 산포시킨다. 즉, 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 이루는 분말을 캐리어 필름(110) 위에 균일하게 산포시킴에 따라 캐리어 필름(110)의 표면은 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 이루는 분말로 덮이게 된다. 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 이루는 분말의 산포 두께에 따라 직물 형상의 제 1 강화섬유층(130)의 두께 또는 층수를 조절할 수 있다. 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1) 위에 제 1 강화섬유층(130)을 적층한다.
이어서, 상기 제 1 강화섬유층(130) 위에 고분자 수지로 이루어진 제 2 매트릭스 수지를 도포하여 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)을 형성한다. 상기 제 2 매트릭스 수지는 단량체(및 올리고머) 상태 보다는 일반적인 고분자 수지 필름 상태의 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
이어서, 상기 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)이 형성된 위에 다시 최외각층을 구성하는 제 2 강화섬유층(130b)을 적층한다.
그런 다음, 전체 구성을 가열 및 가압 처리하여, 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층(120-1)을 이루는 분말이 용융되어 제 1 강화섬유층(130)에 함침되도록 하면서 열가소성 고분자의 단량체(및 올리고머)를 열가소성 고분자로 중합시킨다.
분말들이 산포된 상태로 가열처리하면, 분말의 매트릭스 성분인 단량체(및 올리고머)가 용융되는데, 단량체(및 올리고머)의 용융액은 점도가 낮으므로 제 1 강화섬유층(130)에 잘 함침되어 들어간다. 또한, 제 1 강화섬유층(130)에 함침된 단량체(및 올리고머) 용융액은 분산된 중합 촉매에 의해 고분자로 중합된다.
상기 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)은 가열 및 가압 처리에 의하여 용융되면서 상부의 제 2 강화섬유층(130b)과 하부의 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)에 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층(130)의 최상부 층을 이루는 강화섬유층(130-2)에 함침된다. 단, 제 2 매트릭스 수지는 제 1 강화섬유층 및 제 2 강화섬유층에 제 1 매트릭스 수지에 비하여 용이하게 함침이 되지 않도록 고분자 수지를 사용하거나 공정 조건을 조절하는 것이 유리하다.
이와 같이 용융되어 함침 및 유입되는 제 1 매트릭스 수지는 제 2 매트릭스 수지 도포층(120-2)과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층(130)의 최상부 층을 이루는 강화섬유층(130-2)에서 상기 제 2 매트릭스 수지와 만나 수지 결합되면서 점도 상승과 온도 하락으로 인해 추가적인 함침 진행은 중단되게 된다. 이렇게 됨으로써 상기 제 2 강화섬유층은 하부는 매트릭스 수지에 의해 함침된 영역이 존재하고 상부는 매트릭스 수지에 함침되지 않은 2중 구조를 형성하게 되는 것이다.
본 발명에서 상기 가열 및 가압 조건에 관해서는 매트릭스 수지 함침부와 비함침부가 2중층으로 구성될 수 있는 조건을 구체적인 공정 별로 정할 수 있는 조건을 의미하는 것으로서, 본 발명에서는 이에 관해서는 구체적으로 한정하지는 않는다.
이상, 본 발명인 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트에 관하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하였다.
본 발명에 따른 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 기술에 따르면, 기존과 같이 강화섬유를 고분자 매트릭스용 수지를 이용하여 완전히 함침하는 것이 아니라, 강화섬유에 대해서 하부 영역의 일부에서만 부분적으로 함침이 일어나도록 하여, 하부 영역에서는 기계적 물성 등 성능 향상의 특성을 가지면서 반대측 표면은 섬유(또는 직물) 상태 그대로 제작되도록 함으로써, 섬유(또는 직물)의 질감을 줄 수 있어 휴대폰 배면 커버로 사용될 경우 기존의 매끈한 표면이 아닌 직물 느낌을 줄 수 있어 감성적 효과를 줄 수 있고, 이러한 시트를 건축재로 사용할 경우에는 섬유(직물) 소재가 표면에 노출되어 있으므로 다른 소재와의 접착이 용이해지는 효과가 있으며, 그대로 벽체 표면으로 사용될 경우에는 별도로 장식을 하지 않아도 내장으로 사용이 가능한 효과를 갖는다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 적층 구조
110 : 캐리어 필름
120-1 : 제 1 매트릭스 수지 도포층
120-2 : 제 2 매트릭스 수지 도포층
130 : 제 1 강화섬유층 130b : 제 2 강화섬유층
1000 : 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트
1100 : 매트릭스 수지 함침부
1110 : 제 1 매트릭스 수지층
1120 : 제 1 매트릭스 수지가 함침된 상태의 제 1 강화섬유층
1130 : 제 2 매트릭스 수지가 함침된 상태의 제 1 강화섬유층
1140 : 제 2 매트릭스 수지층
1150 : 제 2 매트릭스 수지가 함침된 상태의 제 2 강화섬유층
1200 : 매트릭스 수지 비함침부
120-1 : 제 1 매트릭스 수지 도포층
120-2 : 제 2 매트릭스 수지 도포층
130 : 제 1 강화섬유층 130b : 제 2 강화섬유층
1000 : 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트
1100 : 매트릭스 수지 함침부
1110 : 제 1 매트릭스 수지층
1120 : 제 1 매트릭스 수지가 함침된 상태의 제 1 강화섬유층
1130 : 제 2 매트릭스 수지가 함침된 상태의 제 1 강화섬유층
1140 : 제 2 매트릭스 수지층
1150 : 제 2 매트릭스 수지가 함침된 상태의 제 2 강화섬유층
1200 : 매트릭스 수지 비함침부
Claims (7)
- 캐리어 필름, 제 1 매트릭스 수지 도포층, 제 1 강화섬유층, 제 2 매트릭스 수지 도포층 및 제 2 강화섬유층을 하부에서 상부로 순차적으로 적층하여 형성한 뒤 가열 및 가압하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 가열 및 가압에 의하여 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층의 반응성 또는 흐름성이 조절되어 제 1 매트릭스 수지가 상기 제 1 강화섬유층을 통하여 함침되어 들어가고, 이와 동시에 제 2 매트릭스 수지 도포층의 반응성 또는 흐름성이 조절되어 제 2 매트릭스 수지가 제 2 강화섬유층 및 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿은 제 1 강화섬유층의 최상부에 각각 함침되어 들어가며, 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층 최상부 층의 내부에서 제 1 매트릭스 수지와 제 2 매트릭스 수지가 접촉하여 수지 결합되고, 상기 제 2 매트릭스 수지가 상기 제 2 강화섬유층의 수직 구조 중 상기 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿은 부분의 일부까지만 매트릭스 수지의 함침이 일어나고 그 외의 영역은 매트릭스 수지에 의한 함침이 일어나지 않도록 하여, 제 2 강화섬유층이 매트릭스 수지 함침 영역과 상기 매트릭스 수지 함침 영역 외의 상부에 매트릭스 수지 비함침 영역의 2중층 구조로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 매트릭스 수지와 제 2 매트릭스 수지를 도포함에 있어서 매트릭스 수지는 분말 상태 또는 필름 형상의 매트릭스 수지를 도포하는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 강화섬유층 및 제 2 강화섬유층은 섬유 상태 또는 직물 상태의 강화섬유를 적층하는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 매트릭스 수지는 고분자 수지의 단량체를 고분자 중합 촉매와 함께 분말 상태로 상기 캐리어 필름에 도포한 뒤 가열 및 가압에 의해 중합이 일어나도록 함으로써 강화섬유층과 일체화되도록 하는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 강화섬유층은 단수 또는 복수의 층으로 구성되며, 복수의 층으로 구성될 경우 상기 제 1 매트릭스 수지는 상기 복수의 제 1 강화섬유층 최하부에 도포하거나 상기 복수의 제 1 강화섬유층 사이에 각각 도포되는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법.
- 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 강화섬유층을 복수층으로 적층할 경우에 있어서는, 상기 제 1 매트릭스 수지 도포층을 상기 제 1 강화섬유층의 최상부를 기준으로 하부면 방향으로만 산포시킨 상태에서 가열 및 가압하여 제 1 매트릭스 수지가 강화섬유층을 통과하여 용융 또는 중합되어 함침되고, 이와 같이 강화섬유층을 통과한 제 1 매트릭스 수지가 제 2 매트릭스 수지 도포층과 맞닿아 있는 제 1 강화섬유층의 최상부 층의 내부에서 만나게 되는 제 2 매트릭스 수지와 수지 결합되며, 반대편 표면에 해당하는 제 2 강화섬유층의 상부면까지는 함침되지 않도록 조절하는 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법.
- 청구항 1에 따른 방법에 의해 제조되며, 상기 제 2 강화섬유층이 매트릭스 수지 함침 영역과 상기 매트릭스 수지 함침 영역 상부에 형성된 매트릭스 수지 비함침 영역의 2중층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트.
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| KR1020170095332A KR101964342B1 (ko) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170095332A KR101964342B1 (ko) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트 |
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|---|---|---|---|
| KR1020170095332A KR101964342B1 (ko) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 수지 결합을 통한 비대칭 복합재료 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 비대칭 복합재료 시트 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102106972B1 (ko) * | 2019-11-26 | 2020-05-06 | 주식회사 엔로지스 | 슈퍼칠링 물품 운송시스템 |
Citations (2)
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| JP2004035604A (ja) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Toho Tenax Co Ltd | セミ含浸プリプレグ |
| JP2012246442A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Fukui Prefecture | プリプレグシート材及びその製造方法 |
-
2017
- 2017-07-27 KR KR1020170095332A patent/KR101964342B1/ko active IP Right Grant
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| JP2004035604A (ja) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Toho Tenax Co Ltd | セミ含浸プリプレグ |
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|---|
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| 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2000-0083861호 "충격강도 및 난연성이 향상된 스티렌계 열가소성 복합재료(Flame retardant glass reinforced styrenic thermoplastic composition)" |
| 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2003-0021215호 "상용성이 우수한 고분자 혼합물(High compatible polymer blends)" |
| 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2015-7016886호 "혼합 매트릭스 중합체 조성물(Mixed matrix polymer compositions)" |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102106972B1 (ko) * | 2019-11-26 | 2020-05-06 | 주식회사 엔로지스 | 슈퍼칠링 물품 운송시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101964342B1 (ko) | 2019-04-01 |
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