KR20200082391A - Interfacial Bonding Enhanced Basalt Long-Fiber Reinforced Thermoplastic Composite Material and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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KR20200082391A KR1020180172958A KR20180172958A KR20200082391A KR 20200082391 A KR20200082391 A KR 20200082391A KR 1020180172958 A KR1020180172958 A KR 1020180172958A KR 20180172958 A KR20180172958 A KR 20180172958A KR 20200082391 A KR20200082391 A KR 20200082391A
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임형미
이태원
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Abstract

The present invention relates to a basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to the composite material which not only exhibits excellent interfacial properties between basalt long fibers and a polymer matrix, but also exhibits excellent mechanical properties. The basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties includes the basalt long fibers and a thermoplastic polymer base material.

Description

계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재 및 이의 제조방법 {Interfacial Bonding Enhanced Basalt Long-Fiber Reinforced Thermoplastic Composite Material and Manufacturing Method Thereof}{Interfacial Bonding Enhanced Basalt Long-Fiber Reinforced Thermoplastic Composite Material and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현무암 장섬유와 고분자 매트릭스 사이의 우수한 계면 특성을 나타낼 뿐만 아니라 우수한 기계적 특성을 나타내는 복합소재에 관한 것이다.The present invention relates to a basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a composite material showing excellent mechanical properties as well as excellent interfacial properties between basalt long fibers and a polymer matrix.

현무암 섬유는 수천만년 이상 풍화가 이루어지고 안정화과정을 거친 현무암만으로 제조된 환경친화적 섬유로서, 내열성, 내알카리성, 기계적인 물성 등이 뛰어나다. 이러한 현무암 섬유는 연속섬유와 단섬유(스테이플섬유)로 대별되고, 대개 연속섬유는 제한이 없는 긴 길이와 수평 배열이 특징이며, 단섬유는 길이가 길지 않고 굴곡이 있으며 불규칙적인 배열상태가 특징이다.Basalt fiber is an environmentally friendly fiber made of basalt that has been weathered for over tens of millions of years and has been stabilized, and has excellent heat resistance, alkali resistance, and mechanical properties. These basalt fibers are classified into continuous fibers and short fibers (staple fibers), and usually continuous fibers are characterized by unrestricted long lengths and horizontal arrangements, and short fibers are characterized by long lengths, curvatures, and irregular arrangements. .

이와 같은 현무암 섬유는 기존 보강재로서 주로 사용되고 있는 유리섬유보다 고강도이며 고탄성률을 나타낼 뿐만 아니라 우수한 내열성 및 내화학 특성을 갖고 있어 섬유강화 복합재료 제조에 있어서 우수한 보강재로 그 사용 용도가 눈에 띄게 증가하고 있다. 또한, 현무암 섬유의 내알칼리 특성으로 인하여 염분이 있는 해양 환경에 노출되었을 때의 내부식성 강화재로 주목받고 있다. These basalt fibers are high strength and have high elastic modulus, and have excellent heat resistance and chemical resistance as compared to glass fibers mainly used as existing reinforcing materials, and their use is remarkably increased as an excellent reinforcing material in manufacturing fiber-reinforced composite materials. have. In addition, due to the alkali-resistant properties of the basalt fiber, it is attracting attention as a corrosion-resistant reinforcement material when exposed to a salty marine environment.

한편, 일반적으로 길이가 긴 형태의 섬유를 복합소재의 강화제로 사용하는 경우, 기존의 단섬유 강화 복합소재보다 더욱 뛰어난 강도, 강성 및 충격 특성을 나타낸다. 이에 따라 장섬유 강화 열가소성 복합소재(LFT)에 대한 연구가 최근 활발히 연구되고 있다. On the other hand, in general, when a long type of fiber is used as a reinforcing agent for a composite material, it exhibits more excellent strength, stiffness, and impact characteristics than a conventional short fiber reinforced composite material. Accordingly, research on long fiber-reinforced thermoplastic composite materials (LFT) has been actively conducted in recent years.

장섬유 강화 복합소재는 통상적으로 열가소성 고분자와 200 내지 3000의 높은 종횡비를 갖는 강화제로 구성된 장섬유 보강 고분자 복합재의 한 종류이다. 특히, 자동차 및 기타 산업 분야에서 LFT 소재의 활용이 증가함에 따라 고하중, 고에너지, 고신율, 고충격 하에서 LFT 소재의 물리적 특성을 연구하는 것이 필수적이다. 따라서 LFT 소재에 대한 기계적 거동 뿐만 아니라 점탄성 및 열역학적 거동의 체계적인 특성 분석이 요구되고 있다. 일반적으로 섬유강화 복합소재는 공정 조건, 섬유 길이, 배향 상태, 계면 특성 등에 따라서 복합재료의 특성이 결정된다. The long fiber-reinforced composite material is a type of long fiber-reinforced polymer composite composed of a thermoplastic polymer and a reinforcing agent having a high aspect ratio of 200 to 3000. In particular, as the use of LFT materials in automobiles and other industries increases, it is essential to study the physical properties of LFT materials under high load, high energy, high elongation, and high impact. Therefore, a systematic analysis of viscoelastic and thermodynamic behavior as well as mechanical behavior for LFT materials is required. In general, the fiber-reinforced composite material is determined by the properties of the composite material according to the process conditions, fiber length, orientation, interface properties, and the like.

그러나, 상기 LFT 소재는 혼입된 장섬유의 길이로 인하여 강한 기계적 강도를 발현하게 되지만, 섬유의 길이가 길어질수록 LFT 복합소재의 가공에는 좋지 않은 영향을 미친다. 통상적으로 섬유와 고분자 매트릭스 사이의 계면접착 강도는 상기 섬유의 표면 구조 및 상기 고분자 매트릭스의 습윤성에 크게 관련이 있다. 상기 섬유의 길이가 길어지면 장섬유의 얽힘 현상과 섬유 사이의 강한 상호작용으로 인해 고분자 매트릭스와의 계면접착 강도가 저하되어 LFT 복합소재를 가공하고 제조하는 것이 어려워진다. However, the LFT material exhibits strong mechanical strength due to the length of the mixed long fibers, but as the length of the fibers increases, it adversely affects the processing of the LFT composite material. Typically, the interfacial adhesion strength between the fiber and the polymer matrix is strongly related to the surface structure of the fiber and the wettability of the polymer matrix. When the length of the fiber increases, the interfacial adhesive strength with the polymer matrix decreases due to the entanglement of long fibers and strong interaction between the fibers, making it difficult to process and manufacture the LFT composite material.

따라서, 장섬유를 이용하여 보다 우수한 강도, 강성 및 충격 특성을 나타내는 LFT 복합소재를 제조하기 위해서는, 장섬유의 얽힘 현상을 해결하고 가공성을 향상시켜 고분자 매트릭스와의 계면접착 강도를 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.Therefore, in order to manufacture the LFT composite material showing superior strength, stiffness, and impact characteristics using long fibers, a method of solving the entanglement of long fibers and improving processability to improve the interfacial adhesion strength with the polymer matrix R&D is needed.

한국등록특허 제10-0465272호Korean Registered Patent No. 10-0465272

본 발명에 따른 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재 및 이의 제조방법은 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, The basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material according to the present invention and a method for manufacturing the same are intended to solve the above problems,

본 발명의 목적은 장섬유의 굴곡 및 뭉침, 얽힘 현상을 방지하고 이로 인해 고분자 매트릭스와의 계면접착 강도를 향상시켜 우수한 기계적 특성을 나타내는 현무암 장섬유 복합소재를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a basalt long fiber composite material that exhibits excellent mechanical properties by preventing the bending, agglomeration, and entanglement of long fibers and thereby improving the interfacial adhesion strength with the polymer matrix.

본 발명에서는 이를 위하여 고분자 매트릭스와 함께 왁스 또는 고무 계열의 상용화제를 더 첨가함으로써 장섬유의 뭉침 및 얽힘 현상을 방지하여 향상된 계면접착 강도로 인해 복합소재 내 섬유의 분산성을 향상시키고, 상기 섬유와 고분자 매트릭스의 습윤성을 개선하여 복합소재를 가공 및 제조하고자 한다. In the present invention, by adding a wax or rubber-based compatibilizer together with the polymer matrix, the agglomeration and entanglement of long fibers are prevented to improve the dispersibility of the fibers in the composite material due to the improved interfacial adhesion strength, and the fibers and It is intended to process and manufacture composite materials by improving the wettability of the polymer matrix.

한편으로, 본 발명은On the one hand, the present invention

현무암 장섬유; 및Basalt long fibers; And

상기 현무암 장섬유를 코팅하는 열가소성 고분자 모재;를 포함하고,It includes; a thermoplastic polymer base material for coating the basalt long fibers;

상기 열가소성 고분자 모재는 고무 또는 왁스 계열의 상용화제를 더 포함하는, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재를 제공한다. The thermoplastic polymer base material further comprises a rubber or wax-based compatibilizer, providing a basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties.

다른 한편으로, 본 발명은 On the other hand, the present invention

(i) 압출기 호퍼(Hopper)에 열가소성 고분자 모재 및 상용화제를 투입하고, 열을 가해주어 용융된 고분자 모재를 제조하는 단계;(i) adding a thermoplastic polymer base material and a compatibilizer to an extruder hopper, and applying heat to prepare a molten polymer base material;

(ii) 상기 용융된 열가소성 고분자 모재가 압출기로부터 토출되어 함침조에 투입시키는 단계;(ii) discharging the molten thermoplastic polymer base material from an extruder and introducing it into an impregnation tank;

(iii) 상기 함침조 내에 현무암 연속섬유를 삽입하여 상기 용융된 고분자 모재에 함침시키는 단계;(iii) inserting basalt continuous fibers into the impregnation tank to impregnate the molten polymer base material;

(iv) 상기 현무암 연속섬유를 함침조 외부에서 권취하여 고분자 모재가 함침된 현무암 연속섬유 프리프레그를 제조하는 단계; (iv) winding the basalt continuous fiber from the outside of the impregnation tank to produce a prepreg of basalt continuous fiber impregnated with a polymer base material;

(v) 상기 현무암 연속섬유 프리프레그를 절단하여 현무암 장섬유 펠렛을 제조하는 단계; 및(v) cutting the basalt continuous fiber prepreg to produce basalt long fiber pellets; And

(vi) 상기 절단된 현무암 장섬유 펠렛을 사출 성형하여 현무암 장섬유 복합소재를 제조하는 단계; 를 포함하는,(vi) preparing a basalt long fiber composite material by injection molding the cut basalt long fiber pellets; Containing,

계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법을 제공한다.Provided is a method of manufacturing basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties.

본 발명에 따른 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재는, 장섬유의 뭉침 및 얽힘 현상을 방지하여 계면접착 강도를 향상시키고, 고분자 매트릭스와 섬유간의 습윤성을 개선하여 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다. The basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material according to the present invention prevents agglomeration and entanglement of long fibers, improves interfacial adhesion strength, and improves wettability between the polymer matrix and fibers, thereby exhibiting excellent mechanical properties.

도 1은 본 발명에 따른 용융 함침 공정에 대한 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 (a) 나일론6 수지가 함침된 현무암 연속섬유 프리프레그 및 (b) 2.5 mm, (c) 5 mm 및 (d) 10 mm로 절단된 현무암 장섬유 펠렛을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 사출 성형 공정에 의해 제조된 복합소재 시편을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 현무암 장섬유의 길이 및 상용화제의 종류에 따른 복합재료 표면을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 현무암 장섬유의 길이 및 상용화제에 따른 현무암 장섬유 강화 복합소재의 아이조드 충격 강도 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 현무암 장섬유의 길이 및 상용화제에 따른 현무암 장섬유 강화 복합소재의 인강 강도(a) 및 굽힘 강도(b) 그래프이다.
1 shows a configuration diagram for a melt impregnation process according to the present invention.
2 is a basaltic long fiber pellet cut into (a) nylon 6 resin impregnated basalt continuous fiber prepreg and (b) 2.5 mm, (c) 5 mm and (d) 10 mm according to an embodiment of the present invention. It is a picture shown.
3 is a photograph showing a composite material specimen produced by the injection molding process according to the present invention.
Figure 4 is an optical micrograph showing the composite material surface according to the length of the basalt long fiber and the type of compatibilizer according to an embodiment of the present invention.
5 is an Izod impact strength graph of a basalt long fiber reinforced composite material according to a length and compatibilizer of a basalt long fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph of the strength and strength (a) and bending strength (b) of the basalt long fiber reinforced composite material according to the length and compatibilizer of the basalt long fiber according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 실시형태에 따른 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재는, Basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties according to an embodiment of the present invention,

현무암 장섬유; 및Basalt long fibers; And

상기 현무암 장섬유를 코팅하는 열가소성 고분자 모재;를 포함하고,It includes; a thermoplastic polymer base material for coating the basalt long fibers;

상기 열가소성 고분자 모재는 고무 또는 왁스 계열의 상용화제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The thermoplastic polymer base material further comprises a rubber or wax-based compatibilizer.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열가소성 고분자는 폴리아미드 66, 나일론6, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리케톤, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 아크릴 및 아크릴로니트릴 부타민으로 구성된 군으로부터 선택된 1종을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이중 나일론6 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고분자는 흐름성이 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polymer may be one selected from the group consisting of polyamide 66, nylon 6, polyethylene, polypropylene, polyketone, polyurethane, polystyrene, acrylic and acrylonitrile butamine, , But is not limited to this. It is preferable to use nylon 6 resin. It is preferable that the polymer has a high flow property.

상기 흐름성이 큰 열가소성 고분자를 사용함으로써, 가공이 쉽고 기계적 강도 및 열적 특성이 높은 고분자 및 섬유 강화 고분자 복합소재를 제작할 수 있다. 또한, 고분자와 섬유 간 계면 특성이 우수한 고분자 복합소재를 제작할 수 있다.By using the thermoplastic polymer having high flowability, it is easy to process, and a polymer and fiber-reinforced polymer composite material having high mechanical strength and thermal properties can be produced. In addition, a polymer composite material having excellent interfacial properties between polymer and fiber can be produced.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 현무암 섬유는 연속 섬유로서, 압출기 외부 일측에서 일정한 장력으로 권취하여 상기 열가소성 고분자가 일정한 두께로 함침되도록 한다. 본 발명에서는 수지 함침 공정을 통해 섬유 상에 존재하는 수지의 함침율이 높고 섬유와 섬유 간 수지 침투성이 우수하여 수지의 함침율이 일정한 연속섬유 프리프레그를 제조할 수 있다. 또한, 섬유와 섬유 간 거리를 일정하게 조절 가능함으로써 균일한 형태의 연속섬유 프리프레그를 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the basalt fiber is a continuous fiber, and is wound with a constant tension on one side of the extruder to impregnate the thermoplastic polymer with a constant thickness. In the present invention, through the resin impregnation process, the impregnation rate of the resin present on the fiber is high, and the resin permeability between the fiber and the fiber is excellent, so that the continuous fiber prepreg having a constant impregnation rate of the resin can be manufactured. In addition, by continuously controlling the distance between the fibers, it is possible to manufacture a continuous prepreg of uniform fibers.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 압출기는 이축 스크류 압출기(Twin-Screw extruder)로써 공급 시스템, 압출 시스템, 가열 시스템, 전송 시스템 및 제어 시스템으로 구성되어 있으며, 점도가 낮은 수지의 이송을 위하여 스크류의 속도는 저속으로 조절될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the extruder is a twin-screw extruder (Twin-Screw extruder) is composed of a supply system, an extrusion system, a heating system, a transmission system and a control system, the screw for the transfer of low viscosity resin The speed can be adjusted to low speed.

본 발명에 따른 현무암 장섬유는 섬유의 길이가 2.5 mm 이상인 것을 의미하며, 예를 들어 현무암 연속섬유로부터 2.5 mm, 5 mm, 10 mm, 15 mm 또는 그 이상의 길이로 절단될 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. Basalt long fiber according to the present invention means that the length of the fiber is 2.5 mm or more, for example, can be cut to 2.5 mm, 5 mm, 10 mm, 15 mm or more in length from basalt continuous fibers, limited to this It is not.

상기 장섬유의 길이가 2.5 mm 정도로 짧은 경우에는 상용화제 등의 추가 구성요소 없이 섬유의 뭉침 현상이 적고 섬유가 복합소재 내 전체적으로 고르게 잘 분산될 수 있다. 그러나, 상기 장섬유의 길이가 5 mm 또는 10 mm와 같이 긴 경우에는 상용화제 등의 구성요소를 추가하여 섬유 뭉침현상, 분상 상태 등을 개선할 수 있다. When the length of the long fiber is as short as 2.5 mm, the agglomeration of the fibers is small without additional components such as compatibilizers, and the fibers can be evenly dispersed throughout the composite material. However, when the length of the long fiber is long, such as 5 mm or 10 mm, a component such as a compatibilizer may be added to improve the fiber agglomeration phenomenon, powdery state, and the like.

상기 현무암 장섬유의 길이가 길어짐에 따라 인장강도는 낮아지고, 굽힘강도 및 충격강도는 증가한다.As the length of the basalt long fibers increases, the tensile strength decreases, and the bending strength and impact strength increase.

먼저, 섬유의 길이가 길어질수록 사출 성형 단계에서 용융 상태의 복합소재의 점도가 높아져 섬유의 유동성이 낮아지고 이로 인해 분산도가 낮아지게 된다. 섬유의 고르지 않은 분산은 인장 방향으로의 섬유 배향이 충분히 이루어지지 않아 인장 시 섬유가 지지역할을 제대로 하지 못하게 된다. 그러나, 굽힘 시험의 부하 방향이 아래쪽으로 향하기 때문에 섬유의 뭉침 현상으로 인하여 고분자 내에서 섬유의 배향이 일축방향으로 배열되지 않아도 굽힘강도에는 크게 영향을 주지 않기 때문에, 섬유의 길이가 길어질수록 더욱 우수한 굽힘강도를 나타낸다. 또한, 섬유의 길이가 길어질수록 부하를 더 잘 견디므로 더 우수한 충격강도를 나타내는 것으로 볼 수 있다. First, as the length of the fiber increases, the viscosity of the composite material in a molten state increases in the injection molding step, so that the fluidity of the fiber decreases, and thus the dispersion degree decreases. The uneven dispersion of fibers does not sufficiently orient the fibers in the tensile direction, so that the fibers do not properly support the area during tension. However, because the bending direction of the bending test is directed downward, the fiber does not significantly affect the bending strength even if the orientation of the fibers in the polymer is not arranged in a uniaxial direction due to agglomeration of fibers, so the longer the fiber, the better the bending. Strength. In addition, it can be seen that the longer the length of the fiber, the better it withstands the load, thus showing better impact strength.

상기 상용화제로는 고무 또는 왁스 계열의 상용화제를 사용할 수 있고, 이와 같은 상용화제는 상기 열가소성 고분자 모재와 함께 사용될 수 있다.As the compatibilizer, a compatibilizer based on rubber or wax may be used, and such a compatibilizer may be used together with the thermoplastic polymer base material.

상기 고무 계열의 상용화제로는 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체, 메틸 메타크릴레이트 부타디엔 스티렌 블록공중합체, 스티렌 부타디엔 스티렌 블록공중합체, 스티렌 에틸렌 부티렌 스티렌 블록공중합체, 무수 말레인산 스티렌 에틸렌 부티렌 스티렌 블록공중합체, 아크릴산 그라프트 폴리에틸렌, 무수 말레인산 그라프트 폴리에틸렌, 무수 말레인산 그라프트 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 스티렌과 부타디엔 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The rubber-based compatibilizers include ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene monomer, methyl methacrylate butadiene styrene block copolymer, styrene butadiene styrene block copolymer, styrene ethylene butylene styrene block copolymer, maleic anhydride styrene ethylene butylene styrene block Copolymers, acrylic acid graft polyethylene, maleic anhydride graft polyethylene, maleic anhydride graft ethylene butyl acrylate, styrene and butadiene copolymers, and the like can be used, but are not limited thereto.

상기 왁스 계열의 상용화제는 지방산 계열 상용화제를 사용하는 것이 바람직하고, 몬탄 왁스(Montan wax fatty acid ethylene ester), 저밀도 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌 왁스, 폴리에스테르 수지계 왁스, 스티렌-아크릴 수지계 왁스 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.It is preferable to use a fatty acid-based compatibilizer for the wax-based compatibilizer, and Montan wax fatty acid ethylene ester, low-density polyethylene wax, high-density polyethylene wax, polyester resin-based wax, and styrene-acrylic resin-based wax may be used. However, it is not limited thereto.

본 발명에 따른 복합소재의 인장강도는 129 내지 158 MPa이고, 굽힘강도는 139 내지 170 MPa이며, 충격강도가 20.0 내지 61.5 kg cm/cm인 것을 특징으로 한다. The tensile strength of the composite material according to the present invention is 129 to 158 MPa, the bending strength is 139 to 170 MPa, and the impact strength is 20.0 to 61.5 kg cm/cm.

본 발명의 일 실시형태에 따른 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법은, Method for manufacturing a basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material according to an embodiment of the present invention,

(i) 압출기 호퍼(Hopper)에 열가소성 고분자 모재 및 상용화제를 투입하고, 열을 가해주어 용융된 고분자 모재를 제조하는 단계;(i) adding a thermoplastic polymer base material and a compatibilizer to an extruder hopper, and applying heat to prepare a molten polymer base material;

(ii) 상기 용융된 열가소성 고분자 모재가 압출기(Twin-screw extruder)로부터 토출되어 함침조(Impregnation bath)에 투입시키는 단계;(ii) the molten thermoplastic polymer base material is discharged from an extruder (Twin-screw extruder) and introduced into an impregnation bath;

(iii) 상기 함침조 내에 현무암 연속섬유를 삽입하여 상기 용융된 고분자 모재에 함침시키는 단계;(iii) inserting basalt continuous fibers into the impregnation tank to impregnate the molten polymer base material;

(iv) 상기 현무암 연속섬유를 함침조 외부에서 권취하여 고분자 모재가 함침된 현무암 연속섬유 프리프레그를 제조하는 단계; (iv) winding the basalt continuous fiber from the outside of the impregnation tank to produce a prepreg of basalt continuous fiber impregnated with a polymer base material;

(v) 상기 현무암 연속섬유 프리프레그를 절단하여 현무암 장섬유 펠렛을 제조하는 단계; 및(v) cutting the basalt continuous fiber prepreg to produce basalt long fiber pellets; And

(vi) 상기 절단된 현무암 장섬유 펠렛을 사출 성형하여 현무암 장섬유 복합소재를 제조하는 단계;를 포함한다.(vi) preparing a basalt long fiber composite material by injection molding the cut basalt long fiber pellets.

본 발명에 따른 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재는 용융 함침 공정을 이용하여 제조된다.The basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material according to the present invention is manufactured using a melt impregnation process.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 (i) 단계에서 상기 호퍼에 열가소성 고분자 모재와 함께 고무 또는 왁스 계열의 상용화제를 더 투입하여 혼합할 수 있다. 이때, 190 내지 250 ℃의 열을 가해주어 상기 상용화제가 혼합된 용융 상태의 고분자를 제조한다.In one embodiment of the present invention, in the step (i), it may be mixed by further adding a rubber or wax-based compatibilizer together with the thermoplastic polymer base material to the hopper. At this time, 190 to 250 ℃ heat is applied to prepare a polymer in a molten state in which the compatibilizer is mixed.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 (i) 단계를 통해 제조된 용융 상태의 고분자가 압출기로부터 토출되어 함침조에 저장되고, 상기 함침조에 현무암 연속섬유가 삽입되어 함침된다. 이때 함침조 외부 일측에서 상기 현무암 연속섬유를 일정 장력으로 권취하여 상기 용융된 고분자가 일정 두께로 연속섬유에 함침 코팅되도록 하고, 상기 연속섬유는 함침조의 토출구의 출구 다이(Die)를 통해 외부로 나오면서 상온에서 자연 냉각되어 균일한 밀도를 갖는 프리프레그를 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polymer in the molten state prepared through step (i) is discharged from an extruder and stored in an impregnation tank, and the basalt continuous fibers are inserted into the impregnation tank to be impregnated. At this time, the basalt continuous fibers are wound with a certain tension from one side outside the impregnation tank so that the molten polymer is impregnated and coated on the continuous fibers with a certain thickness, and the continuous fibers come out through the outlet die of the discharge port of the impregnation tank. It can be naturally cooled at room temperature to produce a prepreg having a uniform density.

상기 프리프레그는 현무암 섬유의 길이가 2.5 mm 이상, 바람직하게는 2.5 mm 내지 10 mm가 되도록 절단되어 펠렛(Pellet) 형태로 제조되며, 이와 같은 펠렛은 사출 성형되어 복합소재로 제조된다. 이때, 사출 성형시 용융 온도는 220 내지 250 ℃, 금형 온도는 50 내지 70 ℃, 사출 압력은 5 내지 10 초 동안 500 내지 550 bar, 충진압력은 3 내지 5 초 동안 130 내지 150 bar 조건 하에서 수행된다.The prepreg is cut to a length of 2.5 mm or more, preferably 2.5 mm to 10 mm, of basalt fiber, and is manufactured in a pellet form, and such pellets are injection molded and made of a composite material. At this time, during injection molding, the melting temperature is 220 to 250°C, the mold temperature is 50 to 70°C, the injection pressure is 500 to 550 bar for 5 to 10 seconds, and the filling pressure is performed under 130 to 150 bar conditions for 3 to 5 seconds. .

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples. It is apparent to those skilled in the art that these examples are only for describing the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1 내지 9: 현무암 장섬유 강화 복합소재의 제조Examples 1 to 9: Preparation of basalt long fiber-reinforced composite material

고분자 모재로 사용되는 나일론6은 고유동성을 갖는 수지 (KOPLA, KNP1000)를 사용하였고, 상기 나일론6 수지의 보강을 위한 현무암 섬유로는 2400 Tex 굵기를 갖는 연속 섬유를 사용하였다. 또한, 왁스 계열 상용화제로 지방산 계열의 몬탄 왁스(Montan wax fatty acid ethylene ester)를 사용하고, 고무 계열의 상용화제로 스티렌과 부타디엔의 공중합체 (KUMHO, KTR602)를 사용하였다.The nylon 6 used as the polymer base material used was a resin having high fluidity (KOPLA, KNP1000), and a continuous fiber having a 2400 Tex thickness was used as basalt fiber for reinforcing the nylon 6 resin. In addition, a fatty acid-based Montan wax (Montan wax fatty acid ethylene ester) was used as a wax-based compatibilizer, and a copolymer of styrene and butadiene (KUMHO, KTR602) was used as a rubber-based compatibilizer.

실시예 1 내지 9의 현무암 연속섬유 프리프레그는 아래 표 1의 조성에 따라 제조되었다. 그런 다음, 현무암 섬유의 길이가 2.5 mm, 5 mm, 10 mm 가 되도록 절단하여 현무암 장섬유 펠렛을 제조하였다.Basalt continuous fiber prepregs of Examples 1 to 9 were prepared according to the composition of Table 1 below. Then, the length of the basalt fiber was cut to be 2.5 mm, 5 mm, and 10 mm to prepare a basalt long fiber pellet.

구분division 현무암섬유
(wt%)
Basalt fiber
(wt%)
나일론6
(wt%)
Nylon 6
(wt%)
왁스계열
상용화제(wt%)
Wax
Compatibilizer (wt%)
고무계열
상용화제(wt%)
Rubber series
Compatibilizer (wt%)
현무암섬유
길이(mm)
Basalt fiber
Length (mm)
실시예 1Example 1 4040 6060 00 00 2.52.5 실시예 2Example 2 55 실시예 3Example 3 1010 실시예 4Example 4 5757 33 00 2.52.5 실시예 5Example 5 55 실시예 6Example 6 1010 실시예 7Example 7 5757 00 33 2.52.5 실시예 8Example 8 55 실시예 9Example 9 1010

실시예 1-1 내지 9-1: 현무암 연속섬유 프리프레그의 제조Examples 1-1 to 9-1: Preparation of basalt continuous fiber prepreg

도 1은 현무암 섬유에 상기 나일론6 수지를 함침하여 복합소재 프리프레그를 제조하는 용융 함침 공정에 대한 구성도를 나타낸 것이다. 1 is a block diagram of a melt impregnation process for preparing a composite material prepreg by impregnating the nylon 6 resin with basalt fiber.

도 1을 참조로, 호퍼(Hopper) 부분에 나일론6 수지 펠렛을 삽입하고 압출기(Twin-screw extruder)를 이용하여 용융된 수지를 토출구 방향으로 이송하였다. 수지 용융 시 상기 호퍼에 왁스 계열 또는 지방산 계열의 상용화제를 첨가하거나 첨가하지 않고 현무암 연속섬유 프리프레그를 제조하였다.Referring to FIG. 1, nylon 6 resin pellets were inserted into a hopper part, and the molten resin was transferred to a discharge direction using a twin-screw extruder. Upon melting the resin, a basalt continuous fiber prepreg was prepared with or without adding a wax-based or fatty-acid compatibilizer to the hopper.

수지의 효과적인 용융 및 혼합을 위하여, 압출기의 온도는 190 내지 250 ℃의 온도로 설정하였고, Screw 속도는 500 RPM으로 고정하였다. 용융된 수지는 토출을 통하여 함침조(Impregnation bath)에 저장되었고, 이때 현무암 연속섬유가 상기 함침조에 삽입되어 현무암 연속섬유에 수지가 함침되도록 하였다. For effective melting and mixing of the resin, the temperature of the extruder was set at a temperature of 190 to 250°C, and the screw speed was fixed at 500 RPM. The molten resin was stored in an impregnation bath through discharge, wherein the basalt continuous fibers were inserted into the impregnation tank to impregnate the basalt continuous fibers with resin.

상기 함침조의 토출구에는 두께 0.5t 의 출구 다이(Die)를 제작하여 과량의 수지를 제거하고 두께가 균일한 현무암 연속섬유 프리프레그를 제조하였다. 이때, 토출구의 끝 부분에는 상기 현무암 연속섬유를 일정 장력으로 권취할 수 있도록 회전형 롤러(Traction device)를 장치하여 균일한 속도로 현무암 연속섬유 프리프레그가 제조될 수 있도록 하였다. 프리프레그 권취 시 별도의 냉각 시스템은 사용하지 않았으며, 자연 냉각에 의하여 섬유 및 고분자의 균일한 밀도를 갖는 현무암 연속섬유 프리프레그를 제작하였다.An outlet die having a thickness of 0.5t was produced at the discharge port of the impregnating tank to remove excess resin, and a basalt continuous fiber prepreg having a uniform thickness was prepared. At this time, a rotary roller (Traction device) was installed at the end of the discharge port so as to wind the basalt continuous fiber with a certain tension so that the basalt continuous fiber prepreg could be manufactured at a uniform speed. A separate cooling system was not used when winding the prepreg, and a basalt continuous fiber prepreg having a uniform density of fibers and polymers was produced by natural cooling.

실시예 1-2 내지 9-2: 현무암 장섬유 펠렛의 제조Examples 1-2 to 9-2: Preparation of basalt long fiber pellets

두께가 균일한 상기 실시예 1-1 내지 9-1의 현무암 연속섬유 프리프레그를 제조한 후 이를 각각 자동 커터를 이용하여 다양한 길이로 절단시켰다. 구체적으로, 현무암 섬유의 길이가 2.5 mm, 5 mm, 10 mm 가 되도록 절단하여 현무암 장섬유 펠렛을 제조하였다(도 2 참조).The basalt continuous fiber prepregs of Examples 1-1 to 9-1 with uniform thickness were prepared and then cut into various lengths using an automatic cutter, respectively. Specifically, the length of the basalt fiber was cut to be 2.5 mm, 5 mm, and 10 mm to prepare a basalt long fiber pellet (see FIG. 2).

실시예 1-3 내지 9-3: 현무암 장섬유 강화 복합소재 인장 시편의 제조Examples 1-3 to 9-3: Preparation of basaltic long fiber reinforced composite tensile specimen

상기 절단된 현무암 장섬유 펠렛을 사출성형 공정을 이용하여 현무암 장섬유 강화 복합소재로 이루어진 인장 시편을 제조하였다. 이때, 사출 성형 시 나일론6 수지의 녹는점을 고려하여 용융 온도는 250 ℃, 금형 온도는 60 ℃, 사출 압력은 5초 동안 550 bar, 충진압력은 3초 동안 150 bar 로 조절하여 인장 시편을 제조하였다(도 3 참조). The cut basalt long fiber pellets were prepared by using an injection molding process to prepare tensile specimens made of basalt long fiber reinforced composite materials. At this time, in consideration of the melting point of nylon 6 resin during injection molding, the melting temperature is 250°C, the mold temperature is 60°C, the injection pressure is adjusted to 550 bar for 5 seconds, and the filling pressure is adjusted to 150 bar for 3 seconds to prepare a tensile specimen. (See FIG. 3).

실험예 1: 구조 특성 측정Experimental Example 1: Structural property measurement

현무암 장섬유 강화 복합소재의 분산 상태 및 표면을 광학 현미경을 이용하여 확인하였다. 도 4는 섬유 길이 및 상용화제에 따른 현무암 장섬유 강화 복합소재의 표면을 보여주고 있다. The dispersion state and surface of the basalt long fiber reinforced composite material were confirmed using an optical microscope. Figure 4 shows the surface of the basalt long fiber reinforced composite material according to the fiber length and compatibilizer.

먼저, 실시예 1과 같이 현무암 장섬유의 길이가 2.5 mm 로 가장 짧은 경우, 왁스 계열이나 고무 계열의 상용화제의 첨가와는 관계 없이 섬유의 뭉침 현상이 적은 것을 알 수 있었으며, 섬유가 전체적으로 고르게 잘 분산된 것을 확인할 수 있었다. First, as shown in Example 1, when the length of basalt long fibers is the shortest with 2.5 mm, it was found that there is little agglomeration of the fibers regardless of the addition of a wax-based or rubber-based compatibilizer, and the fibers are evenly and well overall. It was confirmed that the dispersion.

반면, 실시예 2 및 3과 같이 현무암 장섬유의 길이가 5 mm, 10 mm 로 길어질수록 섬유의 뭉침이 심해져, 국부적으로 일방향 배열된 섬유가 많아짐에 따라 섬유 간 인력 효과가 커짐으로써 전반적으로 섬유의 분산 상태가 나쁜 것을 확인할 수 있었다. On the other hand, as the lengths of basalt long fibers are increased to 5 mm and 10 mm, as in Examples 2 and 3, the aggregation of fibers increases, and as the number of locally arranged fibers increases, the effect of attraction between fibers increases, thereby increasing the overall fiber It was confirmed that the dispersion state was bad.

현무암 장섬유의 길이가 짧을수록 고른 분산 상태가 나타나는 원인으로는 사출 공정을 통하여 복합소재 제작 시, 섬유의 길이가 짧을수록 상대적으로 점도가 낮아 용융된 복합소재가 원활히 흐를 수 있기 때문인 것으로 볼 수 있다. 이와는 반대로 현무암 장섬유의 길이가 길어질수록 사출 공정 시 용융된 복합소재가 상대적으로 높은 점도를 갖게 되고, 긴 섬유의 뭉침 효과로 인하여 나쁜 분산 상태를 보이는 것으로 파악된다. The reason for the even dispersion of the basalt long fibers is that the composite material is produced through the injection process, and the shorter the fiber length, the lower the viscosity and the lower the viscosity, so that the melted composite material can flow smoothly. . On the contrary, it is understood that the longer the length of basalt long fibers, the higher the viscosity of the molten composite material during the injection process, and the poor dispersion due to the long fiber agglomeration effect.

아울러, 실시예 5, 6, 8 및 9와 같이 현무암 장섬유의 길이가 5 mm, 10 mm로 길어질수록, 왁스 계열이나 고무 계열의 상용화제가 첨가됨에 따라 실시예 4 및 7 대비 섬유의 뭉침 현상이 적어지고 섬유가 전체적으로 고르게 잘 분산되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 왁스 계열이나 고무 계열의 상용화제가 길이가 긴 현무암 장섬유의 분산을 용이하게 하기 때문이다.In addition, as the lengths of basalt long fibers, such as Examples 5, 6, 8, and 9, increased to 5 mm and 10 mm, as a wax-based or rubber-based compatibilizing agent was added, the fiber agglomeration compared to Examples 4 and 7 was observed. It was confirmed that it was less and the fibers were evenly distributed as a whole. This is because the wax-based or rubber-based compatibilizers facilitate the dispersion of long length basalt long fibers.

실험예 2: 인장강도 및 굽힘강도 측정Experimental Example 2: Tensile strength and bending strength measurement

상기 인장 시편의 기계적 특성은 만능재료시험기 (UTM) (3365, Instron)를 이용하여 측정하였다. 인장 시험은 ASTM D638 규격에 따라 시행하였다. 굽힘 시험은 만능재료시험기 (UTM) (5882, Instron)를 이용하여 ASTM D790 규격에 따라 측정하였다.The mechanical properties of the tensile specimens were measured using a universal material tester (UTM) (3365, Instron). Tensile test was performed according to ASTM D638 standard. The bending test was measured according to the ASTM D790 standard using a universal material testing machine (UTM) (5882, Instron).

도 5은 현무암 장섬유 길이 및 상용화제에 따른 현무암 장섬유 강화 복합소재의 인장강도 및 굽힘강도를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing tensile strength and bending strength of basalt long fiber reinforced composite material according to basalt long fiber length and compatibilizer.

도 5을 참조로, 섬유 길이에 따른 인장강도(a)를 보면 전체적으로 섬유의 길이가 길어질수록 상용화제의 첨가 여부와 상관 없이 인장강도가 낮아지는 것을 볼 수 있었다. Referring to FIG. 5, when looking at the tensile strength (a) according to the fiber length, as the overall length of the fiber increases, it can be seen that the tensile strength decreases regardless of whether a compatibilizer is added.

실시예 1의 복합소재의 경우에는 인장강도가 158.3 MPa로 측정되었으며 실시예 4 및 7의 복합소재는 각각 136.1 MPa, 129.3 MPa의 낮은 인장강도 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 현무암 장섬유 길이가 길어짐에 따라 사출 공정 단계에서 용융 상태의 복합소재의 점도가 높아져 나일론6에서의 현무암 섬유가 낮은 유동성을 갖게 되며 이에 따라 섬유가 나일론6 내에 효과적으로 분산되지 않은 것에 기인한 것이다. In the case of the composite material of Example 1, the tensile strength was measured to be 158.3 MPa, and it was confirmed that the composite materials of Examples 4 and 7 had low tensile strength values of 136.1 MPa and 129.3 MPa, respectively. This is due to the fact that as the length of the basalt long fibers increases, the viscosity of the composite material in a molten state increases in the injection process step, so that the basalt fibers in nylon 6 have low fluidity, and accordingly, the fibers are not effectively dispersed in nylon 6.

인장강도와는 다르게 현무암 장섬유의 길이가 증가함에 따라서 복합소재의 굽힘강도(b)는 전체적으로 증가하는 것을 볼 수 있었다. 실시예 1의 복합소재의 경우에는 굽힘강도가 139.2 MPa로 측정되며, 실시예 4 및 7의 복합소재는 각각 152.8 MPa, 169.7 MPa 의 높은 굽힘강도 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Unlike the tensile strength, as the length of basalt long fibers increased, it was found that the bending strength (b) of the composite material increased as a whole. In the case of the composite material of Example 1, the bending strength was measured to be 139.2 MPa, and it was confirmed that the composite materials of Examples 4 and 7 had high bending strength values of 152.8 MPa and 169.7 MPa, respectively.

상용화제 첨가에 따른 인장강도와 굽힘강도를 분석하여 보면, 전체적으로 상용화제를 첨가한 복합소재의 기계적 특성이 약간 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는, 상용화제 첨가 시 복합소재의 가공성은 좋아지지만 인장강도와 굽힘강도에는 긍정적인 영향을 미치지 않는 것으로 볼 수 있다.When analyzing the tensile strength and bending strength according to the addition of the compatibilizer, it was confirmed that the overall mechanical properties of the composite material to which the compatibilizer was added were slightly deteriorated. As a result of this, it can be seen that the addition of a compatibilizer improves the workability of the composite material, but does not have a positive effect on tensile strength and bending strength.

실험예 3: 충격강도 측정Experimental Example 3: Impact strength measurement

도 6은 섬유 길이 및 상용화제에 따른 현무암 장섬유 강화 복합소재의 아이조드(Izod) 충격강도를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the Izod impact strength of basalt long fiber reinforced composites according to fiber length and compatibilizer.

먼저 현무암 장섬유 길이에 따른 복합소재의 충격강도를 분석하여 보면, 굽힘강도와 마찬가지로 섬유 길이가 증가할수록 충격강도가 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 실시예 1의 복합소재의 경우 충격강도가 20.0 kg cm/cm로 실시예 4 및 7의 복합재료의 비교하여 보면 각각 50.0 kg cm/cm, 61.5 kg cm/cm 정도로 높은 충격강도 값을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 인장강도와 달리 시편의 노치가 있는 방향에서 해머로 타격하여 부하를 가하므로 섬유의 뭉침 현상으로 나일론6 내 섬유의 배향이 일축방향으로 배열되지 않아도 충격강도에 크게 영향을 주지 않기 때문인 것으로 해석된다. First, by analyzing the impact strength of the composite material according to the length of the basalt long fiber, it was confirmed that the impact strength increased as the fiber length increased, similar to the bending strength. In the case of the composite material of Example 1, the impact strength was 20.0 kg cm/cm, and when comparing the composite materials of Examples 4 and 7, it was confirmed that the impact strength values were as high as 50.0 kg cm/cm and 61.5 kg cm/cm, respectively. Could. This is because, unlike the tensile strength, the load is applied by striking with a hammer in the direction of the notch of the specimen, so it is interpreted that it does not significantly affect the impact strength even if the orientation of the fibers in nylon 6 is not uniaxially arranged due to the bundle of fibers. .

상용화제를 첨가한 현무암 장섬유 복합소재의 경우, 고무 계열의 상용화제를 첨가하였을 경우 외부 충격에 더 강하여 상대적으로 높은 충격강도를 갖는 것을 알 수 있다. 왁스 계열의 상용화제의 경우, 현무암 장섬유의 분산성에는 긍정적인 영향을 미치지만 충격 강도에는 별다른 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다.In the case of basalt long fiber composite material with a compatibilizer added, it can be seen that when a rubber-based compatibilizer is added, it is more resistant to external impact and has a relatively high impact strength. In the case of the wax-based compatibilizer, it was found that it had a positive effect on the dispersibility of the basalt long fibers, but not a significant effect on the impact strength.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Since the specific parts of the present invention have been described in detail above, it is obvious that for those skilled in the art to which the present invention pertains, this specific technology is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. Do. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (11)

현무암 장섬유; 및
상기 현무암 장섬유를 코팅하는 열가소성 고분자 모재;를 포함하고,
상기 열가소성 고분자 모재는 고무 또는 왁스 계열의 상용화제를 더 포함하는, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재.
Basalt long fibers; And
It includes; a thermoplastic polymer base material for coating the basalt long fibers;
The thermoplastic polymer base material further comprises a rubber or wax-based compatibilizer, basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 나일론6 수지인, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재.According to claim 1, The thermoplastic polymer is nylon 6 resin, basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties. 제1항에 있어서, 상기 고무 계열의 상용화제는 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체, 메틸 메타크릴레이트 부타디엔 스티렌 블록공중합체, 스티렌 부타디엔 스티렌 블록공중합체, 스티렌 에틸렌 부티렌 스티렌 블록공중합체, 무수 말레인산 스티렌 에틸렌 부티렌 스티렌 블록공중합체, 아크릴산 그라프트 폴리에틸렌, 무수 말레인산 그라프트 폴리에틸렌, 무수 말레인산 그라프트 에틸렌 부틸 아크릴레이트 및 스티렌과 부타디엔 공중합체로 구성된 군으로부터 선택된 1종을 사용하는, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재.The rubber-based compatibilizer is ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene monomer, methyl methacrylate butadiene styrene block copolymer, styrene butadiene styrene block copolymer, styrene ethylene butylene styrene block copolymer, maleic anhydride Styrene ethylene butyrene styrene block copolymer, acrylic graft polyethylene, maleic anhydride graft polyethylene, maleic anhydride graft ethylene butyl acrylate, and one selected from the group consisting of styrene and butadiene copolymers. Long fiber reinforced thermoplastic composite material. 제1항에 있어서, 상기 왁스 계열의 상용화제는 몬탄 왁스(Montan wax fatty acid ethylene ester), 저밀도 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌 왁스, 폴리에스테르 수지계 왁스 및 스티렌-아크릴 수지계 왁스로 구성된 군으로부터 선택된 1종을 사용하는, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재.The method of claim 1, wherein the wax-based compatibilizer is selected from the group consisting of montan wax (Montan wax fatty acid ethylene ester), low density polyethylene wax, high density polyethylene wax, polyester resin wax and styrene-acrylic resin wax. Basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties. 제1항에 있어서, 인장강도는 129 내지 158 MPa이고, 굽힘강도는 139 내지 170 MPa이며, 충격강도가 20.0 내지 61.5 kg cm/cm인, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재.According to claim 1, Tensile strength is 129 to 158 MPa, bending strength is 139 to 170 MPa, the impact strength is 20.0 to 61.5 kg cm / cm, basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties. (i) 압출기 호퍼(Hopper)에 열가소성 고분자 모재 및 상용화제를 투입하고, 열을 가해주어 용융된 고분자 모재를 제조하는 단계;
(ii) 상기 용융된 열가소성 고분자 모재가 압출기로부터 토출되어 함침조에 투입시키는 단계;
(iii) 상기 함침조 내에 현무암 연속섬유를 삽입하여 상기 용융된 고분자 모재에 함침시키는 단계;
(iv) 상기 현무암 연속섬유를 함침조 외부에서 권취하여 고분자 모재가 함침된 현무암 연속섬유 프리프레그를 제조하는 단계;
(v) 상기 현무암 연속섬유 프리프레그를 절단하여 현무암 장섬유 펠렛을 제조하는 단계; 및
(vi) 상기 절단된 현무암 장섬유 펠렛을 사출 성형하여 현무암 장섬유 복합소재를 제조하는 단계;를 포함하는,
계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법.
(i) adding a thermoplastic polymer base material and a compatibilizer to an extruder hopper, and applying heat to prepare a molten polymer base material;
(ii) discharging the molten thermoplastic polymer base material from an extruder and introducing it into an impregnation tank;
(iii) inserting basalt continuous fibers into the impregnation tank to impregnate the molten polymer base material;
(iv) winding the basalt continuous fiber from the outside of the impregnation tank to produce a basaltic continuous fiber prepreg impregnated with a polymer base material;
(v) cutting the basalt continuous fiber prepreg to produce basalt long fiber pellets; And
(vi) preparing a basalt long fiber composite material by injection molding the cut basalt long fiber pellets;
Method of manufacturing basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties.
제6항에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 나일론6 수지인, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법.The method of claim 6, wherein the thermoplastic polymer is a nylon 6 resin, and the basal fiber long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties. 제6항에 있어서, 상기 (i) 단계에서 상용화제는 고무 또는 왁스 계열의 상용화제인, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the compatibilizer in step (i) is a rubber or wax-based compatibilizer, and the basalt long fiber reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties. 제6항에 있어서, 상기 (i) 단계에서 190 내지 250 ℃의 열을 가해주어 용융시키는, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법.The method for manufacturing a basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties according to claim 6, wherein the step (i) is melted by applying heat of 190 to 250°C. 제6항에 있어서, 상기 (iv) 단계에서 상기 프리프레그를 권취하면서 자연 냉각시키는, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법. The method for manufacturing a basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material according to claim 6, wherein the prepreg is naturally cooled while winding the prepreg in step (iv). 제6항에 있어서, 상기 (vi) 단계에서 사출 성형시 용융 온도는 220 내지 250 ℃, 금형 온도는 50 내지 70 ℃, 사출 압력은 5 내지 10 초 동안 500 내지 550 bar, 충진압력은 3 내지 5 초 동안 130 내지 150 bar 조건 하에서 수행되는, 계면특성이 향상된 현무암 장섬유 강화 열가소성 복합소재의 제조방법. According to claim 6, In the step (vi), in the injection molding, the melting temperature is 220 to 250°C, the mold temperature is 50 to 70°C, the injection pressure is 500 to 550 bar for 5 to 10 seconds, and the filling pressure is 3 to 5 Method of manufacturing basalt long fiber-reinforced thermoplastic composite material with improved interfacial properties, performed under conditions of 130 to 150 bar for seconds.
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