KR20190064603A - 탄소 섬유-시트 성형 화합물을 위한 최적화된 사이징(sizing) - Google Patents

탄소 섬유-시트 성형 화합물을 위한 최적화된 사이징(sizing) Download PDF

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Abstract

비닐 에스터 수지형 시스템을 포함하는 탄소 섬유 시트 성형 조성물이 제공된다. 상기 탄소 섬유 분포는 무작위적이다. 상기 탄소 섬유 길이는 약 0.5 인치 내지 2 인치이다. 상기 탄소 섬유 로딩은 약 35 % 내지 65 %이고, 소기의 기계적 특성의 소정의 현저한 향상을 달성하기에 효과적인 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 비닐 사이징된 탄소 섬유를 포함한다.

Description

탄소 섬유-시트 성형 화합물을 위한 최적화된 사이징(sizing)
본 출원은 2016년 9월 27일 자에 출원된 U.S. 가출원 제 62/400,380 호의 이익을 주장한다. 상기 출원의 개시 내용은 참조에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 발명은 경량의 강한 리프트게이트(liftgate)와 같은 자동차(vehicle)의 구성 요소로써 유용한 시트 성형 조성물에 관한 것이다.
탄소 섬유-시트 성형 화합물(Carbon fiber-sheet molding compounds; CF-SMCs)는 일반적으로 알려져 있다. 현재 관행은 에폭시 사이징(sizing)을 수반하는 산업용 헤비 토우 탄소 섬유(industrial heavy tow carbon fiber)를 100% 이용하는 것이다. 게다가, 저비용의 산업용 헤비 토우 탄소 섬유로부터의 CF-SMC의 제조는 매우 어렵다. 모든 관심은, 절단된(chopped) 중장비 견인 탄소 섬유를 이용한 CF-SMC 특성의 최적화하는 것이 아니라; 상기 산업용 헤비 토우 탄소 섬유를 절단하기 위한 방법을 찾는 데에 집중되어왔다. 그러므로, 당 기술 분야에서는 최종 CF-SMC의 소기의 기계적 특성을 최적화하며, CF-SMC를 효과적으로 제조하는 것에 대한 필요가 남아있다.
게다가, 내연기관을 수반하는 자동차를 제조하는 경우, 자동차에서 발생되는 전기장(electric field)의 관리는 오랫동안 고려되어 왔다. 전기 시스템에서 전류가 발생될 때마다, 상기 전류 발생과 관련한 전기장이 또한 뒤따른다. 이러한 전기장(field)은 자동차 내의 다른 전기적 구성 요소 및 시스템을 간섭할 수 있다.
특정 전기적 구성 요소는 다른 구성 요소에 비하여 상기 전기장에 민감하다. 예를 들어, AM 또는 FM 대역에서 자동차의 라디오를 작동할 때, 점화 플러그 간섭이 빈번하게 발생한다. 저항 점화 플러그(resistance spark plugs)는 상기 간섭을 제거(knock down)할 뿐만 아니라, 배경 전기적 노이즈를 제거하도록 설계된 점화 플러그 와이어를 사용한다.
일반적으로 자동차 시스템 및 사회(society)가 전기 제어 및 모니터링 케이지 및 시스템에 더욱 더 의존하게 됨에 따라, 전자기 간섭(electromagnetic interference)의 추가 관리 및 제한에 대한 필요성은 또한 더욱 더 중요해지고, 심지어 상기 자동차 내 또는 근접한 전기 장치의 정확한 작동을 보장하는 데에 매우 결정적이게 되었다.
전기 하이브리드 및 순수한 전기 동력의 자동차의 도래와 함께, 이와 같은 자동차 내에서 이용되는 전류는 전통적인 자동차에서 사용된 것에 비하여 더 크다. 상기 자동차 내의 시스템에 전원을 공급하고 작동시키기 위하여 필요한 전기 에너지를 효과적이고 신뢰할 수 있게 다루기 위하여, 사용되는 모터, 전지, 와이어, 릴레이 솔레노이드 및 다른 구성 요소는 극도로 견고하여야 한다. 그러므로, 이러한 시스템에 의하여 생성된 전기장은 증가되어 왔다. 현대의 공학 및 물질은 전계 방출(electrical field emission)의 일부를 제어하는 데에 도움을 주어온 반면, 발생된 상기 전기장으로부터 게이지, 라디오, 조명, 및 탑승자(occupants)를 추가로 제어하고 또는 차단 또는 격리할 필요가 남아 있다.
특히, 대부분의 EV 전지, 전지 관리 시스템, 트랙션 모터 제어기 및 DC-DC 컨버터는 장치와 연결되거나, 또는 고주파수 (20-50 kHz)에서 고출력 (100 kW까지 또는 그 이상)으로 전환(switch)하는 장치이다. 이런 주파수 및 고조파(harmonics)에서, 이는 상기 장치로부터 방사될 수 있는 전자기장을 초래하고, 이들 방사(radiation)는 안전, 통신(communication) 및 엔터테인먼트 장비를 간섭할 수 있다. 이는 상기 자동차에 탑승하거나 하차한 때 모두 발생할 수 있다. 허용 가능한 방출(emission) 수준은 규제(예를 들어, FCC) 및 제품 성능 사양을 통하여 제어된다.
엔클로져 설계(enclosure design)에서의 표준 시공(Standard practice)은 금속을 사용하거나, 금속과 함께 플라스틱 또는 복합 엔클로져(composite enclosures)를 코팅하는 것이다. 이러한 자동자에 사용되는 반-구조형 전지 하우징은 통상적으로 구리인 차폐층을 수반한 유리 강화 SMC(glass reinforced SMC)를 사용하여 왔다. 이는 견고하지만, 비싸고 무거운 솔루션이다. 그러므로, 당 기술 분야에서는 차폐 특성의 희생없이, 무겁고 비싼 구리 차폐 설계를 보다 비용 효율적이고 가벼운 물질로 대체하기 위한 필요성이 남아 있다.
현저히 향상된 소정의 기계적 특성을 수반하는 탄소 섬유 시트 성형 조성물(carbon fiber sheet molding composition; CF-SMC)이 제공된다. 본 발명의 일반적인(broad) 양태에 따른 상기 CF-SMC는 소기의 특성을 달성하기 위한 탄소 섬유의 유효량을 포함한다. 상기 탄소 섬유 로딩은 약 35 중량% 내지 65 중량%, 통상적으로, 45 중량% 내지 55 중량%, 바람직하게, 50 중량%이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자기 차폐 조성물이 제공된다. 본 발명의 일반적인 양태에 따른 상기 전자기 차폐 조성물은, 적어도 부분적으로 전기적으로 구동되는 자동차 내 전기 시스템으로부터의 전자기 방사의 차폐를 위한 탄소 섬유의 유효량으로 충전된, 약 40 부피% 내지 60 부피%의 시트 성형 조성물을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기 자동차의 구성 요소를 위한 전자기 차폐(electromagnetic shield)를 만드는 것에 대한 공정이 제공된다. 본 발명의 상기 공정에서, 시트 형태의 전자기 차폐 조성물이 만들어진다. 상기 전기 차폐 조성물은, 적어도 부분적으로 전기적으로 구동되는 자동차 내 전기 시스템으로부터의 전자기 방사의 차폐를 위한 탄소 섬유의 유효량으로 충전된, 약 40 부피% 내지 60 부피%의 시트 성형 조성물을 포함한다. 그 후, 부품(part)에 대한 전자기 차폐는, 상기 전자기 차폐 조성물의 시트를 차폐되기 위한 후술하는 구성 요소의 종류(form)에 대한 효과적인 형상(shape)으로 성형(forming) 및 경화(curing)하는 것에 의하여, 생성된다.
유리를 대체한 보강재(reinforcement)로서 탄소 섬유의 사용은, 탄소 섬유의 낮은 밀도 및 높은 강도를 통하여, 부품의 무게를 줄인다. 또한, 본 발명은 EMI를 감소시키기 위하여 탄소 섬유의 가능성을 이용함으로써, 종래 설계에서의 구리 피복(copper cladding)을 제거한다. 이는 제조된 부품의 무게를 더 감소시킬 수 있고, 상기 탄소 섬유의 비용을 부분적으로 상쇄할 수 있다.
본 발명의 적용 가능한 다른 분야는 하기 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내지만, 상세한 설명 및 특정 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다.
바람직한 실시예(들)에 대한 하기의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이고, 본 발명, 이의 응용 또는 용도를 한정하는 것으로 절대 의도되지 않는다.
본 발명에 따르면, 현저히 향상된 소정의 기계적 특성을 수반하는 탄소 섬유 시트 성형 조성물(CF-SMC)이 제공된다. 본 발명의 일반적인 양태에 따른 상기 CF-SMC는 소기의 특성을 달성하기 위한 탄소 섬유의 유효량을 포함한다. 상기 탄소 섬유 로딩은 약 35 중량% 내지 65 중량%, 통상적으로, 45 중량% 내지 55 중량%, 바람직하게는, 50 중량%이다. 상기 탄소 섬유 분포는 무작위적(random) 또는 무정형(amorphous)이다. 상기 탄소 섬유 크기(길이)는 약 0.5 인치 내지 2 인치, 통상적으로, 1 내지 2 인치, 바람직하게는, 1 인치이다. 상기 SMC는 바람직하게는 비닐 에스터형 기반의(vinyl ester type based) 시트 성형 조성물이다.
본 발명은 산업용 헤비 토우 탄소 섬유의 혼합물을 이용하여, 소정의 현저하게 향상된 기계적 특성을 얻는다. 종래의 에폭시 사이징 탄소 섬유 만을 이용하는 대신, 에폭시 사이징 탄소 섬유 및 비닐 에스터 사이징 탄소 섬유 양쪽 모두의 조성물이 제공된다. 예로서, 본 발명의 혼합물은 약 40%/60% 내지 약 60%/40% (에폭시:비닐 에스터 및 비닐 에스터:에폭시 사이징 탄소 섬유), 바람직하게는, 50%/50%이다. 모든 경우에 있어서, 100 % 에폭시 또는 100 % 비닐 에스터 사이징을 수반한 탄소 필러를 이용한 비교예에 대비하여, 본 발명의 실시예의 소기의 기계적 특성에서 현저한 증가가 있다. 응용에 따른 최적화된 소정의 기계적 및 공정 특성에서, 선택된 수지와의 이용에 적합한 다른 사이징 제제(sizing formulations)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 것으로 고려된다.
본 발명을 위하여 선택된 상기 탄소 섬유는 선택된 상기 CF-SMC 및 수지 시스템을 수반하는 제형(formulation)에 적합하고, 적합한 소정의 소기 특성을 제공한다. 상기 탄소 섬유는 또한 선택된 상기 CF-SMC 및 수지 시스템을 수반하는 제형(formulation)에 적합한 소정의 사이징 및 라지 토우(large tow)를 가지며, 이는 적합한 소정의 소기 특성을 제공한다. 통상적으로, 상기 탄소 섬유는 구체적으로 에폭시에 대하여 사이징되고, 다른 탄소 섬유는 구체적으로 비닐 에스터에 대하여 사이징된다. 상기 CF-SMC 물질 내 탄소 섬유 물질의 양은 일반적으로 35 중량% 내지 65 중량%, 통상적으로, 45 중량% 내지 55 중량%, 바람직하게, 50 %이다.
본 발명에서의 이용을 위한 바람직한 물질은 Zoltek Companies, Inc. St. Louis, Missouri로부터 입수 가능한 Panex® 35 Continuous Tow (50K) 35 탄소 섬유 물질 (또는 Zoltek™ "PX35")이다. 이 물질은 폴리아크릴로니트릴 전구체로부터 제조된 50 K 필라멘트 섬유이다. 상기 물질은 600 KSI의 인장 강도(tensile strength), 35 Msi의 인장 탄성 계수(tensile modulus), 0.00061 ohm-in의 전기 저항, 0.283 mils의 섬유 직경, 95 %의 탄소 함량, 및 약 400 ft/lb의 생산량(yield)을 가진다. Panex® 35는 특정 응용(application)에 따라 다양한 사이징으로 이용 가능하다. 이 탄소 섬유를 사이징하는 데에 이용하기 위한 바람직한 물질(에폭시 탄소 섬유 사이징 및 비닐 에스터 탄소 섬유 사이징)은 the Netherlands의 Het Overloon 내 DSM Noxiol Division, Texas의 Alvin 내 Huntsman Corporation, Ohio의 Columbus 내 Momentive (aka Hexion) 등으로부터 입수 가능한 사이징 화합물이다.
본 발명에서의 이용을 위한 특별히 바람직한 탄소 섬유 물질은 Zoltek Companies, Inc. St. Louis, Missouri로부터 입수 가능한 에폭시 사이징 물질을 수반하는 Panex® 35 Continuous Tow (50K) Sizing 11 탄소 섬유이다. 본 발명에서의 이용을 위한 또 다른 특별히 바람직한 탄소 섬유 물질은 Zoltek Companies, Inc. St. Louis, Missouri로부터 입수 가능한 비닐 에스터 사이징 물질을 수반하는 Panex® 35 Continuous Tow (50K) Sizing 72 탄소 섬유이다.
사이징 물질을 수반하는 소정의 탄소 섬유를 수반하는 상기 CF-SMC의 제형(formulation)에 적합한 본 발명을 위하여, 수지 시스템이 선택되고, 이는 적합한 소정의 소기 특성을 제공한다.
바람직한 수지 시스템은 비닐 에스터 수지, 예를 들어 완전히 제제화된 비닐 에스터 수지 기반의 시스템(fully formulated vinyl ester resin based system)을 포함한다. 상기 수지 시스템에서의 이용을 위한 다른 바람직한 물질은 디페닐메탄-디이소시아네이트(diphenylmethane-diisocyanate)에 기반한 방향족 중합체성 이소시아네이트(aromatic polymeric isocyanate)이다. 가장 바람직한 수지 시스템은 적어도 완전히 제제화된 비닐 에스터 수지 및 중합체성 메틸렌 디페닐 이소시아네이트(polymeric methylene diphenyl isocyanate; PMDI)의 소정의 혼합물을 포함한다.
본 발명에서의 이용을 위한 특별히 바람직한 수지 시스템 물질은 Ashland, Inc., Dublin, Ohio로부터 입수 가능한 완전히 제제화된 비닐 에스터 수지 기반의 시스템인 Arotran™ 300이다. 통상적으로, 상기 물질은 유리-섬유 물질에 비하여 현저하게 높은 인장 및 굽힘 특성을 가진다. 통상적으로, 상기 물질은 약 200 MPa의 인장 강도(tensile strength), 약 480 Mpa의 굽힘 강도(flexural strength), 약 35 Gpa의 인장 탄성 계수(tensile modulus) 및 약 30 Gpa의 굽힘 탄성 계수(flexural modulus)를 가진다. 본 발명의 수지 시스템에서의 사용을 위한 다른 특별히 바람직한 물질은 Covestro LLC, Pittsburgh, Pennsylvania로부터 입수 가능한 중합체성 메틸렌 디페닐 이소시아네이트(PMDI) 물질인 Mondur™ MR이다. 통상적으로, 상기 PMDI는 적어도 31 wt.-%, 바람직하게 31.5 %의 NCO 중량, 25 ℃에서 150-250 MPa-s, 바람직하게 200 mPa-s의 점도, 2.8의 작용성(functionality), 0.01-0.03 wt.-%의 산도, 25 ℃에서 1.24의 비중, 199의 PMCC 인화점(flash point PMCC), 25 ℃에서 10.3 lb/gal의 밀도, 및 적어도 132, 바람직하게 133의 환산 중량 평균(equivalent weight average)을 가진다. 본 발명에 따른 가장 특별히 바람직한 수지 시스템은 Arotran® 300 및 Mondur MR® 물질의 소정의 혼합물이다.
특별히 바람직한 CF-SMC 화합물은 상기 수지 시스템 (Mondur MR과 혼합된 Arotran 300) 및 탄소 섬유 (약 1 인치의 섬유 길이를 가지는, Panex®35 Sizing 11 및 Panex® 35 Sizing 72)의 조합이다. 본 발명에 따른 상기 CF-SMC 물질 (예를 들어, 50 중량%) 내의 탄소 섬유 물질의 함량은 기계적 특성을 현저하게 향상시킨다. 상기 탄소 섬유는 구체적으로 비닐 에스터에 대하여 사이징된다 (예를 들어, Panex® Zoltek 72 sized carbon fiber). 상기 CF-SMC 물질 (예를 들어, 50 중량%) 내 탄소 섬유의 함량으로 인하여, 전체 중량%의 11 사이즈(size) (예를 들어, 전체 50 %) 만을 이용하는 것보다는 (에폭시에 대해 사이징된) 11 사이즈 및 (구체적으로, 비닐 에스터에 대하여 사이징된) 72 사이즈의 소정의 실시 가능한 혼합물, 바람직하게 50/50 % 혼합물로 이용된다. 본 발명의 예시적인 제형에서, 상기 비닐 에스터 사이징된 탄소 섬유는 25 % 11 사이즈 및 25 % 72 사이즈 (vs. 50 % 11 사이즈)이다.
유리 및 상기 SMC에 사용되는 수지 대비, 탄소 섬유의 상대적으로 높은 비용으로 인하여, 원래의(virgin) 탄소 섬유 (예를 들어, Zoltek Panex 35는 242 GPa의 인장 탄성 계수 및 4137 MPa의 인장 강도를 가진다)로부터 최대한의 기계적 잠재력을 전환(translate)시키는 것이 중요하다.
그러므로, 간단히 11 및 72 사이징의 50/50 혼합물을 적용함으로써, 상기 발명은 높은 기계적 특성 (예를 들어, 중량% 기준의 동일 로딩에서 탄소 섬유 잠재력의 보다 효율적인 전환(translation))을 달성하므로, 본 발명은 더 나은 경제적 효과를 또한 가진다.
본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 응용에 따른 기계적 특성을 최대화하기 위해 적합한 다른 사이징이 고려되는 것이 이해된다.
본 발명의 소기의 특성에 영향을 미치지 않는다면, 다른 필러, 첨가제 및 구성 요소는 소량으로 포함될 수 있다.
본 발명의 상기 시트 성형 조성물은 리프트게이트와 같은 복잡한 형상의 응용(application)의 성형(molding)을 제공한다.
상기 물질은 에폭시 수지 및 국부 강화를 위한 단방향의 섬유 구성과 호환될 수 있다. 또한, 장기간 안정성을 수반하는 E-코트(E-coat temperature) 온도가 가능하다.
본 발명의 일반적인 양태에 따른 상기 시트 성형 조성물 (예를 들어, 전자기 차폐 조성물)은, 상기 탄소 혼합물의 유효량이 충진된 약 40 부피% 내지 60 부피%의 시트 성형 조성물을 포함한다. 일반적으로, 상기 탄소 혼합물의 유효량은 약 60 % 내지 약 40 %의 차폐 탄소 섬유 혼합물이다. 통상적으로, 약 55 % 내지 약 45 %의 탄소 섬유 혼합물과 블랜딩된 약 45 % 내지 약 55 %의 SMC, 특히 바람직하게는 약 50 %의 SMC 및 50 %의 사이징 혼합물을 수반한 탄소 섬유의 비율로 사용된다. 본 발명의 일 실시예를 위하여 선택되는 탄소 섬유는 선택된 상기 SMC를 수반하는 제형(formulation)에 적합한 것이고, 이는 적합한 차폐 특성을 제공한다. 바람직한 SMC 화합물은 Magna International, Novi, Michigan로부터 입수 가능한 Magna EPIC Blend™ SMC 조성물이다. 상기 SMC는 비닐 에스터형 시트 성형 조성물이다. 본 발명의 물리적 특성 및 특히 전기장 차폐 특성에 영향을 미치지 않는다면, 다른 필러, 첨가제 및 구성 요소는 소량으로 포함될 수 있다.
제조된 조성물의 특성은 하기 표 1에 기재되어 있다:
본 발명의 SMC의 EMI 특성
비중 1.41
탄소 섬유 50 %(by weight)
섬유 길이 25 ㎜
섬유 배향 무작위적
인장 탄성 계수 30 GPa
인장 강도 200 MPa
굽힘 탄성 계수 26 GPa
굽힘 강도 460 MPa
흡습(Moisture Absorption) < 0.2 %
몰드 수축 0.0001 ㎜/㎜
상기 탄소 섬유는 선택된 SMC를 수반하는 제형(formulation)에 적합한 소정의 사이징 및 라지 토우를 가지고, 이는 적합한 소정의 소기 특성을 제공한다. 본 발명에서의 이용을 위한 바람직한 물질은 Zoltek Companies, Inc. St. Louis, Missouri로부터 입수 가능한 Panex® 35 continuous Tow (50K) 35 탄소 섬유 물질이다. 이 물질은 폴리아크릴로니트릴 전구체로부터 제조된 50 K 필라멘트 섬유이다. 상기 물질은 600 KSI의 인장 강도, 35 Msi의 인장 탄성 계수, 0.00061 ohm-in의 전기 저항, 0.283 mils의 섬유 직경, 95%의 탄소 함량, 및 400 ft/lb 생산량(yield)을 가진다.
일 실시예에서, 상기 섬유는 소정의 길이로 사용 가능하도록 절단되고, 적어도 SMC 수지 (예를 들어, 비닐 에스터) 제형(formulation)으로 함침된다. 바람직하게, Zoltek의 Panex® 35 탄소 섬유는 상기 소정의 SMC와 결합된다. 상기 화합물은 특히 압축 성형에 적합하고, 바람직하게 구조재(structural components)에 적합한 비닐 에스터이다.
본 발명은 낮은 비용의 탄소 섬유 SMC를 포함하는 다양한 장점을 제공하고, 전자기 간섭 차폐 특성, 고성능, 높은 기계적 특성, 고내열성을 제공하며, 자동자, 상업 트럭 등을 위한 부품 및 서브-시스템의 제조를 허용하고, 비용 효율적인 에너지/환경 요구를 위한 경량 생성물, 복잡한 기하학적 구조를 수반하는 구조적 및 반구조적 응용(applications) 및/또는 전기 자동차 배터리 트라이 엔클로져(battery try enclosures)를 포함하는 경량 구조 응용(applications) 및 리프트게이트 등의 복잡한 형상의 부품의 성형을 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리프트게이트와 같은 구조적 부품에 대한 향상된 기계적 특성의 이용을 위하여, 에폭시 사이징 및 비닐 에스터 사이징 양쪽 모두를 함유하는 탄소 섬유 혼합물의 유효량으로 충진된, 약 40 부피% 내지 60 부피%의 단일층(mono layer) 시트 성형 조성물(SMC)을 제공한다. 적어도 부분적으로 전기적으로 운행되는 자동자 내 전기 시스템으로부터의 전자기 방사의 차폐도 또한 고려되며, 여기서 상기 탄소 섬유는 약 1 인치 내지 3인치의 길이이고, 상기 조성물 전체에 무정형으로(amorphously) 분산된다.
본 발명의 일 실시예에의 공정 양태에 따르면, 전기 자동차의 구성 요소를 위한 전자기 차폐를 만드는 것을 위한 공정을 제공한다. 제1 단계는 전자기 차폐 조성물을 시트 형태로 제공하는 것이다. 본 발명에서 SMC 및 절단된 탄소 섬유의 블랜딩이 사용된다. 전술한 바와 같이, 약 40 부피% 내지 60 부피%의 시트 성형 조성물을 포함하는 전기 차폐 조성물(electrical shielding composition)은, 적어도 부분적으로 전기적으로 운행되는 자동자 내 전기 시스템으로부터의 전자기 방사의 차폐를 위한 탄소 섬유의 유효량으로 충진되고, 시트 형상으로 형성된다. 그 후, 상기 시트는 소정의 형상으로 형성하고 나서, 약 150 ℃의 공구 온도(tool temperature)로 경화시킨다. 전자기 차폐 조성물의 시트는 차폐되어야 하는 구성 요소의 형태에 따라 효과적인 형상으로 형성된다.
상기 차폐되어야 하는 구성 요소는 차폐된 하우징을 가질 수 있는 라디오, 게이지, 제어 유닛 등과 같은 자동차에 설치되는 전기적 구성 요소이거나, 상기 차폐는 시스템을 이용하는 모터, 공급 와이어, 전지, 전지 그룹, 와이어, 와이어링 하니스(wiring harness) 또는 다른 강전류(heavy current)를 커버하기 위한 형상으로 형성될 수 있다. 엔진 제어 유닛, 컴퓨터 장치, 변속기 제어 유닛, 충전 제어 유닛과 같은 전기 자동차 내의 제어 유닛을 위한 윤곽이 있는 차폐를 제공하는 것이 특히 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 공정 양태에 따르면, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 있어서, 상기 CF-SMC를 제조하기 위한 공정은 소정의 중량% (예를 들어, 50 중량%)의 수지로의 소정의 사이징을 수반하는 소정의 중량% (예를 들어, 50 중량%)의 탄소 섬유를 첨가하는 단계를 포함한다. 상기 탄소 섬유는 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 비닐 에스터 사이징된 탄소 섬유를 포함한다. 탄소 섬유 필라멘트는 소정의 길이 (예를 들어, 1 인치)로 실시 가능하게 처리된다. 상기 수지는 완전히 제형화된 비닐 에스터 레진 (예를 들어, 95 부) 및 PMDI (예를 들어, 5부)의 소정의 혼합물을 수반하며 실시 가능하게 제조된다. 상기 탄소 섬유 물질을 상기 수지에 첨가하는 것은, 단지 에폭시 사이징된 탄소 섬유 단독에 비하여, 기계적 특성을 현저하게 향상시킨다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 상기 CF-SMC를 제조하기 위한 공정은, 비닐 에스터 수지 (예를 들어, Arotran™ 300, Ashland, Inc., Dublin, Ohio로부터 입수 가능한 완전히 제형화된 비닐 에스터 수지 기반의 시스템)수지 시스템 및 PMDI (예를 들어, Mondur™ MR, Covestro LLC, Pittsburgh, Pennsylvania로부터 입수 가능한 중합체성 메틸렌 디페닐 이소시아네이트(PMDI))를 포함하는 수지 시스템을 제공하는 단계를 포함한다. 게다가, 비닐 에스터 사이징을 수반하는 소정의 탄소 섬유, 바람직하게는 비닐 에스터 사이징을 수반하는 72 사이징된 탄소 섬유 (예를 들어, Zoltek Companies, Inc. St. Louis, Missouri로부터 입수 가능한 비닐 에스터 사이징 물질을 수반하는 Panex® 35 Continuous Tow (50K) Sizing 72 carbon fiber) 및 에폭시 사이징을 수반하는 탄소 섬유, 바람직하게는 에폭시 사이징을 수반하는 11 사이징된 탄소 섬유 (예를 들어, Zoltek Companies, Inc. St. Louis, Missouri로부터 입수 가능한 에폭시 사이징 물질을 수반하는 Panex®35 Continuous Tow (50K) Sizing 11 carbon fiber)를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 CF-SMC는, 소정 양의 상기 비닐 에스터 수지 및 PMDI를 실시 가능한 혼합 (예를 들어, 바람직하게는 약 90 중량부의 비닐 에스터 수지 및 약 10 중량부의 PMDI가 혼합된다; 가장 바람직하게는 95 중량부의 비닐 에스터 수지 및 5 중량부의 PMDI가 실시 가능하게 혼합된다)하여 먼저 상기 수지 시스템을 생성하는 것에 의하여 제조된다. 탄소 섬유 필라멘트는 절단기 (예를 들어, Brenner®cutter)에 의하여, 소정의 길이 (예를 들어, 일반적으로 0.5 내지 2 인치, 통상적으로 1 내지 2 인치, 바람직하게, 1 인치)의 섬유 길이로 실시 가능하게 처리된다. 상기 탄소 섬유 물질은 상기 수지 시스템 혼합물에 소정의 수준 (예를 들어, 일반적으로 35 내지 65 중량%, 통상적으로 40 내지 60 중량%, 바람직하게는 45 내지 55 중량%, 가장 바람직하게는 50 중량%)으로 실시 가능하게 첨가된다. 가장 바람직하게는, 50 중량%의 수지 및 50 중량%의 1인치 탄소 섬유 물질이 이용된다.
상기 제조된 조성물은 약 350 내지 500 Mpa의 굽힘 강도 및 약 25 내지 40의 Gpa의 굽힘 탄성 계수를 가지고, 바람직하게는, 상기 굽힘 강도는 적어도 460 Mpa이고, 상기 굽힘 탄성 계수는 적어도 27 GPa이다. 상기 조성물은 약 32 내지 40 Gpa의 인장 탄성 계수 및 약 200 내지 325 Mpa의 인장 강도, 바람직하게는, 적어도 35 Gpa의 인장 탄성 계수 및 적어도 275 Gpa의 인장 강도를 또한 가진다.
실시예 1:
40 % 에폭시 사이징 내지 60 % 에폭시 사이징 및 60 % 비닐 에스터 사이징 내지 40 % 비닐 에스터 사이징 및 0.5 ㎜ 내지 10 ㎜ 두께 범위 및 1 ㎜ 내지 2 ㎜ 두께를 가지는, (시트 성형 조성물에 대한) 나머지 함량의 1 인치 내지 약 3인치 길이의 탄소 섬유를 수반하는, 40 %, 45 %, 50 %, 55 % 및 60 %의 시트 성형 조성물을 포함하는 차폐된 시트 성형 조성물이 제조된다. 100 MHz 내지 2,000 Mhz의 주파수대에서 데시벨 감소는65-85인 것으로 나타났다. 시트 및 부품은 상기 물질로 형성되고 약 150 ℃의 온도에서 경화되었다. 에폭시 사이징 또는 비닐 에스터 사이징 만을 수반하는 탄소 섬유에 비하여, 상기 부품은 뛰어난 기계적 특성을 나타내었다. 또한, 상기 부품은 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 내 부품의 전자기 차폐에 효과적인 것으로 고려된다.
비교예 1:
에폭시 사이징된 탄소 섬유 제형(formulation)에 대한 테스트를 수행하였다. 상기 수지는 5 중량부의 Arotran™ 300 완전히 제형화된 비닐 에스터 레진(Arotran™ 300 fully formulated vinyl ester resin)과 5 중량부의 Mondur™ MR PMDI를 혼합하여 제조되었다. 11 사이징을 수반한 Panex® 35, 에폭시 사이징을 수반한 50K 탄소 섬유(Panex® 35 with 11 Sizing, 50K carbon fiber with epoxy sizing)만이 이용되었다. 상기 탄소 섬유 필라멘트는 명목상(moninal) 1인치의 섬유 길이를 위하여 절단기에 의하여 처리되었고, 50 중량% 수준 (즉, 50 중량%의 수지, 50 중량%의 1인치 탄소 섬유)으로 상기 수지 시스템에 첨가되었다. 28 ℃에서 48 시간 동안 CF-SMC의 숙성 후, 기계적 특성 테스트를 위한 플라그를 준비하기 위하여 3분의 이형(demold) 시간을 수반하며, 상기 CF-SMC는 150 ℃에서 플라그 툴(plaque tool)에서 성형되었다.
제조된 조성물의 특성은 하기 표 2에 기재되어 있다:
50 % 11 사이징을 수반한 Panex® 35을 포함한 CF-SMC의 특성:
인장 탄성 계수 30 GPa
인장 강도 99 MPa
굽힘 탄성 계수 23 GPa
굽힘 강도 265 MPa
실시예 2:
본 발명의 실시예 2는 상기 50 %의 상기 적용된 탄소 섬유를 특히 비닐 에스터에 대하여 사이징된 탄소 섬유, 즉 Panex® 35 Zoltek 72 사이징된 탄소 섬유(Panex® 35 Zoltek 72 sized carbon fiber)로 치환하였다. 상기 CF-SMC 물질 내 탄소 섬유의 양은 50 중량%였다. 탄소 섬유의 상기 50 중량%는 25 %의 11 사이즈 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 25 % 72 사이즈 비닐 에스터 탄소 섬유를 가진다. 상기 수지는 5 중량부의 Arotran™ 300 완전히 제형화된 비닐 에스터 레진(Arotran™ 300 fully formulated vinyl ester resin)과 5 중량부의 Mondur™ MR PMDI를 혼합하여 제조되었다. 25 %의 11 사이징을 수반한 Panex® 35, 에폭시 사이징을 수반한 50 K 탄소 섬유(Panex® 35 with 11 Sizing, 50K carbon fiber with epoxy sizing)에 더하여, 상기 탄소 섬유는 또한 25 %의 72 사이징을 수반한 Panex® 35, 비닐 에스터 사이징을 수반한 50 K 탄소 섬유(Panex® 35 with 72 Sizing, 50K carbon fiber with vinyl ester sizing)를 가졌다. 상기 탄소 섬유 필라멘트는 명목상(moninal) 1인치의 섬유 길이를 위하여 절단기에 의하여 처리되었고, 50 중량% 수준(즉, 50 중량%의 수지, 50 중량%의 1인치 탄소 섬유, 여기서 상기 50 %는 상기 11 사이징 및 상기 72 사이징의 50/50 혼합물이다)으로 상기 수지 시스템에 첨가되었다. 28 ℃에서 48 시간 동안 CF-SMC의 숙성 후, 기계적 특성 테스트를 위한 플라그를 준비하기 위하여 3분의 이형(demold) 시간을 수반하며, 상기 CF-SMC는 150 ℃에서 플라그 툴(plaque tool)에서 성형되었다.
상기 기계적 특성은 현저하게 우수하였다. 실시예 2의 제조된 조성물의 특성은 표 3에 나타내었다.
11 사이징을 수반한 25 %의 Panex® 35 및 72 사이징을 수반한 25 %의 Panex® 35를 포함한 CF-SMC의 특성
인장 탄성 계수 35 GPa
인장 강도 275 MPa
굽힘 탄성 계수 27 GPa
굽힘 강도 460 MPa
실시예 3:
17 중량%, 20 중량%, 22 중량%, 25 중량%, 27 중량%, 30 중량%, 32 중량%의 에폭시 사이징 및 17 중량%, 20 중량%, 22 중량%, 25 중량%, 27 중량%, 30 중량%, 32 중량%의 비닐 에스터 사이징을 가지는, (SMC 함량에 대한) 나머지 함량의 탄소 섬유를 수반한, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 60 중량% 및 65 중량%의 SMC를 포함하는 CF-SMC가 제조된다. 상기 탄소 섬유는 약 0.5 내지 약 2 인치 길이, 약 0.5 인치 내지 약 1 인치 길이로 절단되고, 상기 수지 시스템은 약 90 중량부 내지 95 중량부의 비닐 에스터 및 약 10 중량부 내지 5 중량부의 중합체성 메틸렌 디페닐 이소시아네이트를 포함한다. 시트 및 부품은 상기 물질로 형성되고 약 150 ℃의 온도에서 경화되었다. 상기 조성물은 약 350 내지 500 Mpa의 굽힘 강도, 약 25 내지 30 Gpa의 굽힘 탄성 계수, 약 32 내지 40 Gpa의 인장 탄성 계수, 및 약 200 내지 325 Mpa의 인장 강도의 적합한 기계적 특성을 가지는 것으로 나타났다.
본 발명의 상기 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 그러므로 본 발명의 목적으로부터 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이와 같은 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되어서는 안된다.

Claims (20)

  1. 소정의 기계적 특성을 위하여, 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 비닐 에스터 사이징된 탄소 섬유 양쪽 모두의 효과적인 혼합물을 함유하는 유효량의 탄소 섬유로 충진된, 약 35 중량% 내지 65 중량%의 시트 성형 조성물(sheet molding composition; SMC)을 포함하는, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 기계적 특성은 약 350 내지 500 Mpa의 굽힘 강도 및 약 25 내지 30 Gpa의 굽힘 탄성 계수를 포함하는 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 굽힘 강도는 적어도 460 Mpa를 포함하고, 인장 강도는 적어도 275 Mpa인 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 기계적 특성은 약 32 내지 40 Gpa의 인장 탄성 계수 및 약 200 내지 325 Mpa의 인장 강도를 포함하는 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    탄소 섬유 필라멘트는 상기 조성물 내에서 약 0.5 인치 내지 약 2 인치의 길이이고, 상기 조성물 내에서 무작위로 분포된 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 상기 조성물 내에서 약 45 중량% 내지 55 중량%의 함량으로 발견되는 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 상기 조성물 내에서 50 중량%의 함량으로 발견되는 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    수지는 상기 조성물 내에서 약 45 중량% 내지 55 중량%의 함량으로 발견되는 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 수지는 약 95 중량부의 비닐 에스터 및 약 5 중량부의 중합체성 메틸렌 디페닐 이소시아네이트로부터 제조된 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    약 50 중량%의 수지가 약 50 중량%의 탄소 섬유로 충진된 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    수지는 상기 조성물 내에서 약 45 중량% 내지 55 중량%의 함량으로 발견되고, 약 1 인치 길이의 탄소 섬유인 탄소 섬유는 상기 조성물 내에서 약 45 중량% 내지 55 중량%의 함량으로 발견되는 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴 전구체로부터 제조된 50 K 필라멘트 섬유인 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 에폭시 사이징을 수반하는 탄소 섬유 및 비닐 에스터 사이징 물질을 수반하는 탄소 섬유인 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 약 25% 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 약 25 % 비닐 에스터 사이징된 탄소 섬유인 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 섬유는, 적어도 약 242 Gpa의 인장 탄성 계수 및 적어도 약 4137 Mpa의 인장 강도를 갖는, 폴리아크릴로니트릴 전구체로부터 제조된 50 K 필라멘트 섬유인 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  16. 소정의 기계적 특성의 제공을 위하여, 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 비닐 에스터 사이징된 탄소 섬유 양쪽 모두의 효과적인 혼합물을 함유하는 약 55 중량% 내지 45 중량%의 유효량의 탄소 섬유를 수반하는, 약 45 중량% 내지 55 중량%의 시트 성형 조성물(SMC)을 포함하는, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 탄소 섬유 혼합물은 약 25 % 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 약 25 % 비닐 에스터 사이징된 탄소 섬유인 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 약 0.5 내지 2 인치의 길이를 갖는 절단된(chopped) 탄소 섬유인 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  19. 소정의 기계적 특성의 제공을 위하여, 약 20 % 내지 30 % 의 에폭시 사이징된 탄소 섬유 및 약 20 % 내지 30 %의 비닐 에스터 사이징된 탄소 섬유의 혼합물을 포함하는 약 60 중량부 내지 40 중량부의 유효량의 탄소 섬유를 수반하는, 약 40 중량% 내지 60 중량%의 시트 성형 조성물(SMC)을 포함하는, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 소정의 기계적 특성은 적어도 약 460 Mpa의 굽힘 강도 및 적어도 약 275 Mpa의 인장 강도를 포함하는 것인, 탄소 섬유 시트 성형 조성물.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111978681A (zh) * 2020-07-22 2020-11-24 艾达索高新材料芜湖有限公司 一种碳纤维环氧smc片料及其制备方法
CA3203267A1 (en) 2020-12-23 2022-06-30 Siddhartha Asthana Graphene enhanced sheet molding compound

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040004640A (ko) * 2001-05-25 2004-01-13 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 탄소 섬유용 사이징제, 그의 수분산액, 사이징 처리된탄소 섬유, 이 탄소 섬유를 사용한 시트상물 및 탄소 섬유강화 복합 재료
US20130248241A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Magna International Inc. Electromagnetic interference shielding sheet molding composition
JP2015048549A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 東レ株式会社 炭素繊維束の製造方法
KR20150047638A (ko) * 2012-10-18 2015-05-04 도레이 카부시키가이샤 탄소 섬유 강화 수지 조성물, 탄소 섬유 강화 수지 조성물의 제조 방법, 성형 재료, 성형 재료의 제조 방법 및 탄소 섬유 강화 수지 성형품
WO2016057735A1 (en) * 2014-10-08 2016-04-14 Ocv Intellectual Capital, Llc Hybrid sheet molding compound material

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7169463B2 (en) * 2004-06-21 2007-01-30 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Sizing composition for sheet molding compound roving
CN103582662A (zh) * 2011-06-01 2014-02-12 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 树脂组合物
US8991520B2 (en) * 2012-03-20 2015-03-31 Halliburton Energy Services, Inc. Mathematical modeling of shale swelling in water based muds
CN104065446A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 上海贝尔股份有限公司 用于信令发送和接收mcs的方法
KR101683345B1 (ko) * 2014-11-08 2016-12-07 주식회사 효성 탄소섬유용 사이징제, 및 이를 이용하여 제조된 탄소섬유

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040004640A (ko) * 2001-05-25 2004-01-13 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 탄소 섬유용 사이징제, 그의 수분산액, 사이징 처리된탄소 섬유, 이 탄소 섬유를 사용한 시트상물 및 탄소 섬유강화 복합 재료
US20130248241A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Magna International Inc. Electromagnetic interference shielding sheet molding composition
KR20150047638A (ko) * 2012-10-18 2015-05-04 도레이 카부시키가이샤 탄소 섬유 강화 수지 조성물, 탄소 섬유 강화 수지 조성물의 제조 방법, 성형 재료, 성형 재료의 제조 방법 및 탄소 섬유 강화 수지 성형품
JP2015048549A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 東レ株式会社 炭素繊維束の製造方法
WO2016057735A1 (en) * 2014-10-08 2016-04-14 Ocv Intellectual Capital, Llc Hybrid sheet molding compound material

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