KR20200028747A - 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법 - Google Patents

표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 탄소섬유 직물의 표면에 폴리에테르(polyeter, PE) 또는 폴리아미드(polyamide) 등의 저융점 섬유조직(low melting web)을 부착하여 위사 및 경사의 위치를 고정함으로써, 프리폼(preform) 성형 및 본 성형 시 발생할 수 있는 섬유 표면 결합 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법{CARBON FIBER FABRIC HAVING IMPROVED SURFACE PROPERTY AND IMPACT RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 탄소섬유 직물의 표면에 저융점 섬유 웹(low melting web)을 부착하여 위사 및 경사의 위치를 고정함으로써, 프리폼(preform) 성형 및 본 성형 시 발생할 수 있는 섬유 표면 결합 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
탄소섬유란 탄소원소의 질량 함유율이 90% 이상으로 이루어진 섬유장의 탄소소재로서 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 또는 레이온으로부터 제조된 섬유형태의 유기 전구체 물질(탄화시키기 전의 물질)을 불활성화 분위기에서 열분해하여 얻어지는 섬유를 의미하며, 이는 철보다 가볍고 강도는 10배 이상 강하며, 내충격,내열성, 화학적 안정성, 전기 열전도성, 마찰 마모특성, 생체친화성, 유연성 등의 우수한 특징을 가지고 있어 자동차, 항공 우주, 방산 및 반도체 등의 고부가가치 복합재료의 핵심소재로 사용되고 있다.
이러한 탄소섬유 직물은 고급의 감도 개선을 위해 적용되는 평직(plain weave) 또는 능직(Twill)의 경우, 타 직물 구조 대비 240 g/m2 이하의 저밀도 형태로 적용되며 이로 인해 섬유 취급 및 성형 단계에서, 도 1에 나타낸 바와 같은 다양한 형태의 탄소섬유 직물의 표면 결함 발생되는 가능성이 매우 높으며, 에폭시 수지의 5% 미만의 낮은 신율로 인해 복합재 파괴 인성의 개선의 필요성이 요구된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 파우더 형태의 에폭시 바인더(epoxy binder)를 적용하였으나, 이 경우 섬유의 적층 단계에서만 직물 결속이 가능하고, 섬유 재단 등 취급에 의한 직물 손상 발생하고 에폭시 바인더 도포 불균일로 인해 직물의 주름이 발생되는 문제가 있다.
한국공개특허공보 제2015-0108293호
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 탄소섬유 직물의 일 측면에 폴리에틸렌 또는 폴리아마이드 등의 저융점 섬유 웹을 부착하여 위사 및 경사의 위치에 고정함으로써, 섬유 재단 등 취급에 의한 탄소섬유 직물의 손상 방지 및 성형 시 수지 이동에 의한 탄소섬유 직물 조직을 유지시킬 수 있는 품질 개선 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물은 탄소섬유 직물의 일 측면에 저융점 섬유 웹이 부착되어 이루어질 수 있다.
상기 탄소섬유 직물에 부착된 저융점 섬유 웹으로는 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 폴리아미드 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물은 층간 강도가 40.5 MPa 내지 44.7 MPa인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법은, (a) 탄소섬유 직물을 제조하는 단계, (b) 저융점 섬유 가공하여 시트형태의 저융점 섬유 웹(web)을 제조하는 단계, (c) 상기 탄소섬유 직물 및 저융점 섬유 웹을 서로 겹치게 적층하고 일정온도의 열을 가하여 탄소섬유 직물과 저융점 섬유 웹을 부착시키는 단계, 및 (d) 상기 부착된 탄소섬유 직물과 저융점 섬유 웹을 냉각시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 (a) 탄소섬유 직물을 제조하는 단계는, 5 내지 8㎛의 크기의 섬유 토우(fiber tow)를 제직공정을 통해 탄소섬유 직물을 제조할 수 있다.
상기 (c) 탄소섬유 직물과 저융점 섬유 웹을 부착시키는 단계는, 접착식 히팅롤 방법 또는 비접착식 IR 히팅 방법을 이용하여 상기 탄소섬유 직물의 일 측 표면에 저융점 직물을 부착할 수 있다.
상기 접착식 히팅롤 방법은, 탄소섬유 직물과 저융점 직물을 함께 압착시키면서 일정온도 가열되는 히팅롤을 이용하여 탄소섬유 직물과 저융점 직물을 부착하는 방법이다. 여기서 히팅롤의 온도를 80℃ 내지 120℃로 가열하며, 히팅롤 간 압력은 2 내지 4 kgf/cm3 로 설정하여 수행할 수 있다. 이때 히팅롤 간 압력은 상기 제시된 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 탄소섬유 직물에 손상을 주지 않는 범위 내에서 본 기술분야의 당업자가 변경 설정할 수 있다.
또한, 상기 접착식 히팅롤 방법의 작업속도는 탄소섬유 240 g/m2 및 저융점 직물 6 g/m2을 기준으로, 7 내지 10 m/분의 속도로 진행하는 것이 바람직하다.
또 다른 부착방법으로 상기 비접착식 IR(적외선) 히팅 방법은 탄소섬유 직물 및 저융점 직물이 겹쳐진 상태에서 적외선을 방출하는 가열부를 통해 직물을 80℃ 내지 120℃ 온도로 간접 가열하여 탄소섬유 직물 및 저융점 직물을 부착하는 방법으로 수행할 수 있다.
그리고 비접착식 IR(적외선) 히팅 방법의 작업 속도는 탄소섬유 직물 240 g/m2 및 저융점 직물 6 g/m2을 기준으로, 3 내지 5 m/분의 속도로 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물은, 탄소섬유 직물의 일 측면에 폴리에테르(polyeter, PE) 또는 폴리아미드(polyamide) 등의 저융점 섬유 웹을 부착하여 제조한다. 이렇게 제조된 탄소섬유 직물은 위사(filling yarn)와 경사(warp)의 위치가 고정되어, 프리폼(preform) 성형 및 본 성형 시 발생할 수 있는 탄소섬유 직물의 표면 결함 발생을 억제하여 외관의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄소섬유 직물에 대해 낙중 시험(drop weight)을 이용한 충격특성을 평가한 결과 기존 파우더 형태의 에폭시 바인더(epoxy binder)가 적용된 탄소섬유 직물 대비 본 발명의 저융점 섬유 웹을 부착한 탄소섬유 직물은 결함부가 저감되고 충격 특성 개선되고, 동역학 측정장치(dynamic mechanical analyzer, DMA)로 복합재 임피던스 측정에 의한 감쇠 손실계수(damping loss factor)를 분석한 결과 감쇠물성(damping property)가 개선됨을 확인한 바, 복합재의 내충격성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 탄소섬유 직물에 나타나는 표면 결함을 나타낸 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 제조 방법으로 접착식 히팅 롤러를 이용한 저융점 직물의 부착 공정을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법으로 비접착식 IR 히팅을 이용한 저융점 직물의 부착 공정을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 표면 품질 및 내충격성이 개선된 탄소섬유 직물의 단면 구조이다.
도 5 및 도 6은 비교예 1 및 실시예 1에서 결함부 비파괴검사 결과 사진이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법은 (a) 탄소섬유 직물을 제조하는 단계, (b) 저융점 섬유 웹(web)을 제조하는 단계, (c) 탄소섬유 직물과 저융점 섬유 웹을 부착시키는 단계, 및 (d) 상기 부착된 탄소섬유 직물과 저융점 섬유 웹을 냉각시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, (a) 탄소섬유 직물을 제조하는 단계는, 단면 직경이 5 내지 8 ㎛ 크기의 탄소섬유 토우(tow)를 제직공정(weaving process)를 통해 평직물(plain-woven fabric) 시트(sheet) 형태의 탄소섬유 직물을 제조한다.
여기서 토우(tow)란 많은 필라멘트로 구성된 섬유다발로 꼬지 않은 연속 필라멘트 다발을 의미한다.
그리고 (b) 저융점 섬유 웹(web)을 제조하는 단계는 전기방사 또는 습식 방사 방법으로 저융점 섬유 웹을 제조하는 단계로, 방사노즐에서 저융점 섬유 소재 용액을 저융점 섬유 웹의 취급성을 위한 베이스 기재로서 기능하는 이형 필름이나 이형지와 같은 부재 상에 바람직하게 전기 방사 방법으로 전기 방사하여 형성할 수 있다.
상기 저융점 섬유 소재로는 융점(melting temperature)이 110℃ 내지 120℃ 정도의 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리아미드(polyamide) 중에서 선택되는 어느 하나의 소재를 포함하는 방사 용액을 제조하여 전기 방사할 수 있다.
상기 전기 방사 방법으로는 일반적인 전기방사(electrospinning)를 사용할 수 있으며, 이 뿐만 아니라 에어 전기 방사(air-electrospinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.
이와 같은 방법으로 제조된 저융점 섬유 웹의 경우 일반적으로 랜덤한 섬유 배열을 가지는 매트(mat) 섬유 기재이거나 또는 방향에 따른 감쇠물성(damping property) 최적화를 위한 섬유 직물의 형태에 따라 이방성 특성이 구현 가능한 직물(fabrics) 형태이다.
(c) 탄소섬유 직물과 저융점 섬유 웹을 부착시키는 단계는 상기 (a) 단계에서 제조된 탄소섬유 직물 및 상기 (b) 단계를 통해 제조된 저융점 섬유 웹을 적층하고 일정온도로 열을 가하여 상기 탄소섬유 직물과 상기 저융점 섬유 웹을 부착시키며, 그 다음 (d) 단계로 부착된 탄소섬유 직물과 저융점 섬유웹이 부착된 직물은 냉각시켜 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물을 제조할 수 있다. 이와 같은 탄소삼유 직물과 저융점 섬유 웹을 부착시키고 냉각시키는 과정은 도 2 및 도 3에 제시된 방법과 같은 방법을 통해 제조할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 품질 및 내충격성이 개선된 탄소섬유 직물의 제조 방법에 대한 개략적인 공정을 나타낸 도면으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에서 상기 탄소섬유 직물에 상기 저융점 직물을 부착하는 방법은 접착식 히팅롤 방법 또는 비접착식 IR 히팅 방법을 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 제조 방법으로 접착식 히팅롤 방법을 이용한 저융점 직물의 부착 공정을 간략하게 나타낸 것이다.
구체적으로 두 개의 히팅롤이 직물의 상부와 하부에 형성되어 있어 탄소섬유 직물 및 저융점 직물이 서로 히팅롤에 일정 가압되어 접착 공정을 수행할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 접착식 히팅롤러 장치는 히팅롤(111, 112), 냉각부(120), 권취롤(130), 이형 필름 또는 이형지 수거용 롤(140)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 접척식 히팅롤러 장치에서 두 개의 히팅롤(111, 112)은 서로 부착하고자 하는 일반 탄소섬유 직물(10)과 저융점 섬유 웹(20)의 상부와 하부에 형성되어 있어, 이를 히팅롤(111, 112)에 인가된 열로 저융점 섬유 웹(20)을 용해시킴으로써, 서로 적층되는 탄소섬유 직물(10)과 저융점 섬유 웹(20)을 열 접착시킨다. 열 접착된 탄소섬유 직물(30)은 가이드 롤을 따라 이동하여 냉각부(120)를 통과하여 이동될 때 일정온도 이하로 열 접착된 저융점 섬유 웹이 냉각되어 탄소섬유 직물에 고체상태로 부착되도록 한다. 그리고 이렇게 열 접착된 탄소섬유 직물(30)은 권취롤(130)에서 권취되도록 한다.
상기 접착식 히팅롤 방법은, 히팅롤의 온도를 80℃ 내지 120℃로 가열하며, 히팅롤 간 압력은 2 내지 4 kgf/cm3 로 설정하여 수행할 수 있다. 이때 히팅롤 간 압력은 상기 제시된 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 탄소섬유 직물에 손상을 주지 않는 범위 내에서 본 기술분야의 당업자가 변경 설정할 수 있다.
또한, 상기 접착식 히팅롤 방법의 작업속도는 탄소섬유 240 g/m2 및 저융점 직물 6 g/m2을 기준으로, 7 내지 10 m/분의 속도로 진행하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 또 다른 제조 방법으로 비접착식 IR 히팅을 이용한 저융점 직물의 부착 공정을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 비접착식 IR 히팅 방법은 가열부(210)를 통해 탄소섬유 직물(10) 및 저융점 섬유 웹(20)이 겹쳐진 상태에서 80℃ 내지 120℃로 가열하여을 수행하여 탄소섬유 직물(10)과 저융점 섬유 웹(20)이 서로 접착된 탄소섬유 직물(30)을 제조할 수 있다.
그리고 비접착식 IR 히팅 방법의 작업 속도는 탄소섬유 직물 240 g/m2 및 저융점 직물 6 g/m2 를 기준으로, 3 내지 5 m/분의 속도로 진행하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 표면 품질 및 내충격성이 개선된 탄소섬유 직물들을 두 장 이상으로 적층하고 압밀 경화 성형하여 제조된 복합소재의 단면 구조를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 저융점 섬유 웹으로 형성된 저융점 섬유 웹 층이 형성된다.
상기와 같은 제조 방법으로 제조된 탄소섬유 직물에 대해 층간 강도, 충격 특성 및 감쇠 감소계수와 같은 기계적 특성을 평가한 결과 아래 표 1과 같은 결과를 나타내었다.
하기 표 1에서 비교예 1은 기존 파우더 형태의 에폭시 바인더(epoxy binder)가 적용된 탄소섬유 직물이며, 본 발명의 저융점 섬유 웹을 부착한 탄소섬유 직물(실시예 1)와의 기계적 특성을 비교하기 위한 것이다.
구분 비교예 1 실시예 1
에폭시 바인더 파우더 저융점 섬유 웹
층간 강도 44.9±2.1 MPa 42.3±1.8 MPa
충격 특성
(Drop weight 평가)		 결합부 비파괴검사 충격 파손 큼 충격 파손 작음
Peak Force 7298.49 N 8579.43 N
Total energy 24.64 J 29.42 J
감쇠 감소계수
(damping loss pactor)		 1차 97Hz, 2차 609Hz, 3차 1731Hz 1차 103Hz, 2차 648Hz, 3차 1813Hz
표 1에 나타낸 비와 같이 비교예 1에서의 탄소섬유 직물 대비 본 발명의 실시예 1의 탄소섬유는 층간 강도가 40.5 MPa 내지 44.7 MPa으로 나타나는 바 비교예 1과 유사한 층간 강도를 유지함을 확인할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 탄소섬유 직물에 대해 낙중 시험(drop weight)을 이용한 충격특성을 평가한 결과 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 비교예 1(도 5) 대비 실시예 1(도 6)에서는 결함부가 저감되고, 충격 특성 개선되고, 동역학 측정장치(dynamic mechanical analyzer, DMA)로 복합재 임피던스 측정에 의한 감쇠 손실계수(damping loss factor)를 분석한 결과 감쇠물성(damping property)가 개선됨을 확인한 바, 복합재의 내충격성이 개선됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 구성은 상기의 실시예를 통해 그 우수성이 입증되었지만 상기의 구성에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경 및 변형이 가능하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10 : 일반 탄소섬유 직물
20 : 저융점 섬유 웹
30 : 탄소섬유 직물
111, 112 : 히팅롤
113 : 이형 필름 또는 이형지
120 : 냉각부
130 : 권취롤
140 : 이형 필름 또는 이형지 수거용 롤
201 : 히팅롤
202 : 이형 필름 또는 이형지
210: 가열부
220 : 냉각부
230: 권취롤
240: 이형 필름 또는 이형지 수거용 롤

Claims (9)

  1. 탄소섬유 직물의 일 측면에 저융점 섬유 웹이 부착된 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저융점 섬유 웹은 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리아미드(polyamide) 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물은 층간 강도가 40.5 MPa 내지 44.7 MPa인 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물.
  4. (a) 탄소섬유 직물을 제조하는 단계; 및
    (b) 저융점 섬유 가공하여 시트형태의 저융점 섬유 웹(web)을 제조하는 단계;
    (c) 상기 탄소섬유 직물 및 저융점 섬유 웹을 적층하고 일정온도의 열을 가하여 상기 탄소섬유 직물과 상기 저융점 섬유 웹을 부착시키는 단계;
    (d) 상기 부착된 탄소섬유 직물과 저융점 섬유 웹을 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    접착식 히팅롤 방법 또는 비접착식 IR 히팅 방법을 이용하여 상기 탄소섬유 직물과 상기 저융점 섬유 웹을 접착시키는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접착식 히팅롤 방법은,
    히팅롤의 온도를 80℃ 내지 120℃로 가열하고, 히팅롤 간 압력은 2 내지 4 kgf/cm3으로 설정하여 수행하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 접착식 히팅롤 방법은,
    탄소섬유 직물 240 g/m2 및 저융점 섬유 웹 6 g/m2를 기준으로, 7 내지 10 m/분의 작업속도로 진행하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 비접착식 IR 히팅 방법은,
    적외선을 방사하는 가열부를 통해 80℃ 내지 120℃ 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 비접착식 IR 히팅 방법은,
    탄소섬유 직물 240 g/m2 및 저융점 섬유 웹 6 g/m2을 기준으로, 3 내지 5 m/분의 작업속도로 진행하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 내충격성이 향상된 탄소섬유 직물의 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102448159B1 (ko) * 2021-10-13 2022-09-28 주식회사 현대화이바 열가소성 웹필름을 이용한 탄소섬유직물 프리폼

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4491968B2 (ja) * 1999-03-23 2010-06-30 東レ株式会社 複合炭素繊維基材、プリフォームおよび炭素繊維強化プラスチックの製造方法
KR20150108293A (ko) 2014-03-17 2015-09-25 주식회사 아모그린텍 접착강도를 향상시킨 투습방수 원단 및 그의 제조 방법
KR20160114264A (ko) * 2015-03-24 2016-10-05 오기창 웹 필름을 접합한 합성수지계 탄성체를 적용한 스펀지와 가죽의 간접 가열식 접합 방법
KR20170135399A (ko) * 2016-05-31 2017-12-08 주식회사코카브 3차원 구조의 탄소섬유 직물 제조
JP2018130939A (ja) * 2017-02-17 2018-08-23 シンワ株式会社 炭素繊維強化プラスチックの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4491968B2 (ja) * 1999-03-23 2010-06-30 東レ株式会社 複合炭素繊維基材、プリフォームおよび炭素繊維強化プラスチックの製造方法
KR20150108293A (ko) 2014-03-17 2015-09-25 주식회사 아모그린텍 접착강도를 향상시킨 투습방수 원단 및 그의 제조 방법
KR20160114264A (ko) * 2015-03-24 2016-10-05 오기창 웹 필름을 접합한 합성수지계 탄성체를 적용한 스펀지와 가죽의 간접 가열식 접합 방법
KR20170135399A (ko) * 2016-05-31 2017-12-08 주식회사코카브 3차원 구조의 탄소섬유 직물 제조
JP2018130939A (ja) * 2017-02-17 2018-08-23 シンワ株式会社 炭素繊維強化プラスチックの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102448159B1 (ko) * 2021-10-13 2022-09-28 주식회사 현대화이바 열가소성 웹필름을 이용한 탄소섬유직물 프리폼

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