KR20200087404A - 꼬인 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재(frp) 패널 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 섬유강화복합재 패널은 외주면에 나선요홈(13)이 형성된 단위심재(10)를 조성하고, 직조된 사이사이에 통공(21)이 형성되도록 단위심재(10)로 심재층(20)을 직조한 후 열경화성수지(30)에 함침시켜 성형한 구성이다.
본 발명의 섬유강화복합재 패널을 제조하기 위해서는 다수의 탄소섬유필라멘트(11)로 이루어진 필라멘트 타래(12)를 꼬아서 외주면에 나선요홈(13)이 형성되도록 로프 형태의 단위심재(10)를 조성하고, 단위심재(10)를 날줄과 씨줄로 삼아 사이사이에 통공(21)이 형성되도록 심재층(20)을 직조한 후 열경화성수지(30)에 함침시켜 성형한다.

Description

꼬인 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재(FRP) 패널 및 그 제조방법 {FRP Panel with Twisted Cabon Fiber Core and Manufacturing Method of the Same}

본 발명은 꼬인 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재(FRP) 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유를 꼬아서 만든 단위심재를 직조하여 심재층을 형성한 섬유강화복합재(FRP) 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

탄소섬유는 유리섬유보다 제조원가가 높은 반면 특수한 도전성이 있으며 열 안정성, 내약품성, 내화학성이 우수하고 탄성과 인성이 높은 강화섬유재로 평가되고 있다.

탄소섬유는 고분자 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열, 탄화하여 만들어지는데, 비중이 낮고 산, 알카리에 침해당하는 일이 없으며, 불활성(不活性) 분위기 속에서 내열성이 높다. 탄소섬유는 대부분이 구조재료용 복합재료 강화재의 용도로 사용되는데 특히, 고성능 탄소섬유는 에폭시 수지 모재(母材) 및 강화복합재(CFRP)로 가장 많이 사용된다.

지금까지는 섬유강화복합재 패널의 제조방법은 띠 모양의 탄소섬유 단위심재를 돗자리 형태로 직조하여 심재층을 형성하고 이를 원하는 강도에 따라 다층으로 적첩한 후 열경화성수지에 함침시켜 성형한다.

한편, 열경화성수지에 탄소섬유 심재층을 함침시키면 평탄한 심재층과 열경화성수지와의 접촉면적이 상대적으로 협소하므로 심재층과 긴밀히 합착되지 않는다. 또한 심재층의 조직이 얇고 촘촘하여 내부에 생성된 미세한 기포가 패널 내부에 갇히게 되고 기포가 갇힌 심재층마다 취약한 결이 생겨 패널에 균열이나 휩, 공동이 생기기도 한다. 그러므로 원하는 패널의 강도를 얻기 위해서는 심재층을 여러 겹 적층하게 되고 그로 인하여 공정이 반복되어 길어지는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점에 착안하여 안출된 것으로서 본 발명이 해결하려는 과제는 다음의 네 가지로 요약될 수 있다.

첫째; 심재층의 사아사이에 열경화성수지가 쉽게 침투되는 동시에 기포가 쉽게 배출되는 구조를 제공하고,

둘째; 심재층의 강도를 원하는 수준으로 유지하면서 적층수를 최소화하여 생산성을 높이며,

셋째; 심재층에 갇힌 기포로 인하여 패널이 횡으로 또는 불규칙하게 균열되지 않게 하고,

넷째; 섬유강화복합재 패널의 제반 강도를 높이는 것이다.

이상의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명의 섬유강화복합재 패널은 나선요홈(13)이 외주면에 형성된 단위심재(10)를 조성하고, 단위심재(10)로 심재층(20)을 직조하되 사이사이에 통공(21)이 형성되게 하여 열경화성수지(30)에 함침시켜 성형한 구성이다.

본 발명의 탄소섬유필라멘트 타래(12)는 탄소섬유필라멘트(11)의 숫자를 1,000가닥 내지 24,000가닥으로 조정하여 강도를 조정할 수 있다.

심재층(20)은 단위심재(10)를 평직으로 직조하고, 직조 사이 통공(21)의 한 변의 길이는 단위심재(10)의 굵기 및 강도설정에 따라 조정된다.

본 발명의 패널의 제조방법은 다수의 탄소섬유필라멘트(11)로 이루어진 필라멘트 타래(12)를 꼬아서 외주면에 나선요홈(13)이 형성되도록 로프 형태의 단위심재(10)를 조성하는 단위심재 조성단계와, 단위심재(10)를 날줄과 씨줄로 삼아 사이사이에 통공(21)이 형성되도록 심재층(20)을 직조하는 심재층 직조단계, 열경화성수지(30)에 함침시켜 성형하는 열경화성수지 함침단계 및 원하는 크기로 완성하는 성형 및 절단단계로 이루어진다.

본 발명의 섬유강화패널을 제조하는데 있어서 심재층(20)과 열경화성수지(30)의 합착력을 높이기 위하여 심재층(20)을 1차로 열경화수지에 순간 침적시켜 심재층((20)의 외주면에 수지코팅층(22)이 형성되게 한 후 2차로 열경화성수지(30)에 함침시켜 성형하기도 한다.

본 발명은 단위심재의 외주면에 나선요홈이 형성되어 있어서 열경화성수지와의 접촉면적이 확대되고 통공으로 열경화수지가 원활히 유통되므로 내부에 기포가 좀처럼 생기지 아니하며 간혹 생긴 기포는 쉽게 배출되어 심재층과 열경화성수지의 합착력이 증가한다.

뿐만 아니라 심재층 이면에 갇힌 기포들이 만드는 결이나 공동이 생기지 아니하여 패널이 횡으로 균열되는 현상이나 불규칙한 휨이 발생하지 않으며, 단위심재가 굵고 심재층의 강도가 높아서 종래와 같이 얇은 심재층을 여러 층으로 적첩해야하는 난제가 자연히 해소되므로 생산성이 높아지고 제품의 균일성과 안정성이 보장된다.

도1는 본 발명에 의하여 직조된 심재층의 평면도
도2는 종래의 심재층을 직조하는 예시도
도3 a는 본 발명의 단위심재의 일부 해체도
도3 b는 수지코팅층이 형성된 단위 심재의 단면도
도4는 완성된 본 발명의 패널의 횡단면도
도5는 본 발명의 제조방법을 설명하는 공정도이다.

본 발명의 구성과 제조방법을 첨부한 도면에 의거 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 패널의 첫 번째 특징은 단위심재(10)의 구성이고, 두 번째 특징은 단위심재(10)를 직조한 구성이다.

단위심재(10)는 다수의 탄소섬유필라멘트(11)을 꼬아서 탄소섬유필라멘트 타래(12)를 만들고 다시 탄소섬유필라멘트 타래(12) 세 가닥을 꼬아서 만들어진다. 단위심재(10)는 요구되는 강도에 따라 필라멘트의 단위로 1k, 3k, 6k, 12k, 24k (단, k는 kilo 즉 1,000가닥)의 탄소섬유필라멘트(11)로 이루어진다.

이렇게 형성된 단위심재(10)는 도2에서 보여주는 종래의 단위심재가 띠 형상(belt type)인 것과 달리 도1에서 보여주는 로프 형상(rope type)이므로 굵고 강도가 높으며 외주연에 나선요홈(13)이 형성된 것이 특징이다.

로프 형태의 단위심재(10)들은 가로세로로 직조되어 도1과 같은 격자 구조의 심재층(20)을 형성한다. 심재층(20)은 열경화성수지(30)가 쉽게 침투되거나 통과될 수 있는 다수의 통공(21)이 형성되도록 단위심재(10) 사이의 간격을 조정하여 직조한다. 통공(21)의 크기는 열경화성수지(30)가 원활히 유통될 수 있는 정도가 바람직한데, 제조하기 전에 단위심재(10)의 굵기와 요구되는 강도에 따라 조정된다.

본 발명의 단위심재(10)나 심재층(20)의 외주면에는 나선요홈(13)이 형성되어 있어서 종래의 평면 단위심재에 비하여 표면적이 크게 확대된 구조이다. 따라서 열경화성수지(30)에 함침시켰을 때 합착력이 월등하며, 격자 형태의 사이사이에 형성된 통공(21)으로 열경화성수지(30)가 자유로이 통과될 수 있어서 기포가 쉽게 배출되고 심재층(20)이 열경화성수지(30)와 견고히 결속된다.

본 발명의 섬유강화복합재 패널을 제조하는데 있어서 다른 실시예로는, 심재층(20)을 1차로 열경화성수지(30)에 순간 침적시켜 도3에서와 같이 단위심재((10)의 외주면에 수지코팅층(22)을 형성한 다음 2차로 열경화성수지(30)에 충분히 함침시켜 성형할 수 있다. 이렇게 하면 물성이 같은 수지코팅층(22)과 열경화성수지(30)의 합착력이 증대하고 기포의 생성이 저하된다.

10: 단위심재 11: 탄소섬유필라멘트
12: 탄소섬유필라멘트 타래 13: 나선요홈
20: 심재층 21: 통공
22: 수지코팅층 30: 열경화성수지

Claims (5)

1. 외주면에 나선요홈(13)이 형성된 단위심재(10)를 조성하고, 사이사이에 통공(21)이 형성되도록 단위심재(10)로 심재층(20)을 직조하여 열경화성수지(30)에 함침시켜서 성형한 구성을 특징으로 하는 꼬인 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재 패털.
   
2. 제1항에 있어서, 심재층(20)은 단위심재(10)를 평직으로 직조하고, 단위의 굵기와 원하는 강도에 따라 통공(21)의 크기를 조정하는 꼬인 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재 패널.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단위심재(10)는 탄소섬유필라멘트(11)를 꼬아서 조성된 탄소섬유필라멘트 타래(12)로 이루어지며, 탄소섬유필라멘트(11)의 숫자는 1k 내지 24k의 범위로 형성하여 강도를 조정하는 꼬인 탄소섬유를 심재로하는 섬유강화복합재 패널.
   
4. 다수의 탄소섬유필라멘트(11)로 이루어진 탄소섬유필라멘트 타래(12)를 꼬아서 외주면에 나선요홈(13)이 형성되도록 로프 형태의 단위심재(10)를 조성하는 단위심재 조성단계와, 단위심재(10)를 날줄과 씨줄로 삼아 사이사이에 통공(21)이 형성되도록 격자형으로 심재층(20)을 직조하는 심재층 직조단계, 열경화성수지(30)에 함침시켜 성형하는 열경화성수지 함침단계 그리고 원하는 크기로 완성하는 성형 및 절단단계로 이루어지는 것을 특징으로하는 꼬인 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재 패널의 제조방법.
   
5. 제4항에 있어서, 심재층 직조단계와 열경화성수지 함침단계 사이에 심재층(20)을 1차로 열경화수지에 순간 침적시켜 심재층((20)의 외주면에 수지코팅층(22)을 형성시키는 수지코팅층 형성단계가 있는 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재 패널의 제조방법.

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