KR20210022960A - Carbon fiber reinforced composite reinforced with aramid nanofibers and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

A thermosetting resin disclosed in the present specification, which comprises a thermosetting resin in which carbon fiber reinforced composite material aramid nanofibers are dispersed, and carbon fibers, and in which the aramid nanofibers are dispersed, is impregnated into the carbon fibers, thereby having excellent damping properties and impact properties. An object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced composite material having excellent damping properties and impact properties, and a manufacturing method thereof.

Description

아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법 {CARBON FIBER REINFORCED COMPOSITE REINFORCED WITH ARAMID NANOFIBERS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers and its manufacturing method {CARBON FIBER REINFORCED COMPOSITE REINFORCED WITH ARAMID NANOFIBERS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 명세서에는 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법이 개시된다.Disclosed herein are a carbon fiber-reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers and a method for manufacturing the same.

많은 연구자들이 각 응용 분야에 적합한 CFRP의 특성을 개선하기 위해 노력해 왔다. 군용 장비, 자동차, 항공기, 스포츠 용품, 풍력 터빈 블레이드, 압력용기, 우주선 부품 등을 포함하는 많은 공학 구조물이 CFRP로부터 만들어졌다. 그러나 CFRP 부품은 정상 작동 중에도 진동으로 인한 손상을 입기 쉽다. 이는 탄소섬유 (carbon fiber, CF)의 빈약한 점탄성 특성 및 CF와 매트릭스의 계면에서의 열악한 감쇠로 인한 댐핑 계수 (damping factor)가 낮기 때문이다. 또한 고강성 소재는 낮은 댐핑 (damping) 특성을 나타내는 것이 일반적이다. 또 다른 문제는 마이크로 스케일 크랙이나 CFRP에 보이드 (void)가 존재할 때 이러한 결함이 진동에 의해 급격히 악화된다는 것이다. 댐핑 특성은 내충격성과도 관련이 있다.Many researchers have tried to improve the properties of CFRP suitable for each application field. Many engineering structures have been built from CFRP, including military equipment, automobiles, aircraft, sporting goods, wind turbine blades, pressure vessels, and spacecraft parts. However, CFRP parts are susceptible to vibration damage even during normal operation. This is because the damping factor is low due to poor viscoelastic properties of carbon fiber (CF) and poor damping at the interface between CF and matrix. In addition, it is common for high-rigidity materials to exhibit low damping properties. Another problem is that when micro-scale cracks or voids are present in CFRP, these defects are rapidly exacerbated by vibration. Damping properties are also related to impact resistance.

이러한 문제를 극복하기 위해, CFRP의 댐핑 특성을 향상시키기 위한 몇 가지 제안이 연구되었다. 한 가지 주목할만한 방법은 나노 물질을 CFRP 매트릭스에 삽입하는 것이다. 나노 스케일 필러는 나노 스케일 필러와 폴리머 매트릭스 사이에 슬라이딩이 있을 때 마찰을 일으킬 수 있다. 또한, 나노 물질은 CF, 매트릭스 및 나노 필러 사이의 특정 하중 (load) 전달에 있어서, 역할을 수행할 수 있다. 이는 에너지 소산 (energy dissipation)에 의한 재료의 댐핑 특성 (damping property)을 향상시킬 수 있다. To overcome this problem, several proposals have been studied to improve the damping properties of CFRP. One notable method is to insert nanomaterials into the CFRP matrix. Nanoscale fillers can cause friction when there is sliding between the nanoscale fillers and the polymer matrix. In addition, the nanomaterial may play a role in transferring a specific load between CF, the matrix, and the nanopillar. This can improve the damping property of the material due to energy dissipation.

특히, 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)는 표면-대-체적 비율 (surface-to-volume ratio)이 크고 내재된 특성이 우수한 반면, 고분자 수지나 용매내에서의 분산성이 매우 낮다. 그러한 CNT의 낮은 분산성을 향상시키기 위해 표면에 기능기를 도입할 경우 이로 인한 표면 결함에 의해 복합소재의 물성이 감소할 수 있을 뿐 아니라, CNT 표면처리 공정 추가에 따른 제조원가 상승의 원인이 되고 있다.In particular, carbon nanotubes (CNTs) have a large surface-to-volume ratio and excellent intrinsic properties, but have very low dispersibility in polymer resins or solvents. In order to improve the low dispersibility of such CNTs, when functional groups are introduced on the surface, the physical properties of the composite material may be reduced due to the resulting surface defects, as well as the increase in manufacturing cost due to the addition of the CNT surface treatment process.

따라서, CNT 외에 CFRP의 댐핑 특성 및 충격 특성을 향상시킬 수 있는 물질의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, in addition to CNT, there is a need to develop a material capable of improving the damping and impact properties of CFRP.

Yang, M.; Cao, K. Q.; Sui, L.; Qi, Y.; Zhu, J.; Waas, A.; Arruda, E. M.; Kieffer, J.; Thouless, M. D.; Kotov, N. A., Dispersions of Aramid Nanofibers: A New Nanoscale Building Block. ACS Nano 2011, 5 (9), 6945-6954.Yang, M.; Cao, K. Q.; Sui, L.; Qi, Y.; Zhu, J.; Waas, A.; Arruda, E. M.; Kieffer, J.; Thouless, M. D.; Kotov, N. A., Dispersions of Aramid Nanofibers: A New Nanoscale Building Block. ACS Nano 2011, 5 (9), 6945-6954.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 댐핑 특성 및 충격 특성이 우수한 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.In one aspect, an object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced composite material having excellent damping properties and impact properties, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 예시적인 구현예에서는 아라미드 나노섬유 (aramid nanofiber, ANF)가 분산된 열경화성 수지; 및 탄소섬유;를 포함하고, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 상기 탄소섬유에 함침된 것인, 탄소섬유 강화 복합소재를 제공한다. In an exemplary embodiment of the present invention, aramid nanofibers (aramid nanofibers, ANF) are dispersed thermosetting resin; And carbon fibers; wherein the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed is impregnated with the carbon fibers, providing a carbon fiber-reinforced composite material.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예에서는 전술한 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법으로서, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계; 아라미드 나노섬유를 열경화성 수지에 분산시키는 단계; 및 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법을 제공한다.In another exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing the above-described carbon fiber-reinforced composite material, comprising: preparing aramid nanofibers using aramid fibers; Dispersing the aramid nanofibers in a thermosetting resin; And impregnating the carbon fiber with a thermosetting resin in which aramid nanofibers are dispersed.

일 측면에 있어서, 본 명세서에 개시된 탄소섬유 강화 복합소재는 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시킴으로써, 댐핑 특성 및 충격 특성이 향상된 탄소섬유 강화 복합소재를 제공한다. In one aspect, the carbon fiber-reinforced composite material disclosed in the present specification provides a carbon fiber-reinforced composite material with improved damping properties and impact properties by impregnating the carbon fiber with a thermosetting resin in which aramid nanofibers are dispersed.

또다른 일 측면에 있어서, 본 명세서에 개시된 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법은 간단한 방법으로 기존 마이크로 스케일의 아라미드 섬유의 특성을 유지하는 아라미드 나노섬유를 제조하고, 이를 탄소섬유 강화 복합소재에 사용되는 매트릭스에 강화제로 사용하여, 댐핑 특성 및 충격 특성이 우수한 탄소섬유 강화 복합소재를 제조할 수 있다. In another aspect, the method of manufacturing a carbon fiber-reinforced composite material disclosed in the present specification is a simple method to prepare aramid nanofibers that maintain the characteristics of the existing micro-scale aramid fibers, which are used in carbon fiber-reinforced composite materials. By using it as a reinforcing agent in a matrix, a carbon fiber reinforced composite material having excellent damping properties and impact properties can be manufactured.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 나노섬유가 분산된 에폭시 수지 (1a) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 분산된 에폭시 수지 (1b)의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 성형 공정의 도식 및 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 강화 복합소재의 경화 주기를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 4d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 미터 크기의 단일 아라미드 섬유 (4a), 아라미드 나노섬유 다발 (4b), 나노 미터 크기의 단일 아라미드 나노섬유 (4c), 및 다중벽 탄소나노튜브 다발 (4d) 의 SEM 이미지이다.
도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유에 대한 XRD 스펙트라 (5a), 아라미드 섬유와 아라미드 나노섬유의 라만 스펙트라 (5b), 1200 ~ 1800 cm- 1 의 파수를 갖는 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 IR 흡광도 스펙트럼 (5c) 및 2800 ~ 3800 cm-1의 파수를 갖는 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유 (5d)의 IR 흡광도 스펙트럼의 특징적인 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 6d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 및 함침된 에폭시 수지만으로 제조된 탄소섬유 강화 복합소재의 저배율 파단면 (6a), 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유의 절개 단면을 보여주는 고배율 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6b), 아라미드 나노섬유 (직사각형 내) 및 탄소섬유 (우측면)를 나타내는 0.25 wt % 아라미드 나노섬유를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6c), 및 분산된 다중벽 탄소나노튜브와 탄소섬유 (하부)를 나타내는 0.25 wt %의 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6d)의 SEM 이미지이다.
도 7a 내지 7c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재(Neat CFRP), 강화된 탄소섬유 강화 복합소재(ANF 0.25 wt%) 및 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재(MWCNT 0.25 wt%)의 tan δ(7a), 저장 탄성률 (7b) 및 손실 계수 (7c) 를 보여주는 동적 기계적 분석 (DMA, dynamic mechanical analysis) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재(Neat CFRP)와 강화된 탄소섬유 강화 복합소재(ANF 0.25 wt%) 및 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재(MWCNT 0.25 wt%)의 충격 강도를 나타낸 그래프이다.
1A and 1B are photographs of an epoxy resin (1a) in which aramid nanofibers are dispersed and an epoxy resin (1b) in which multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) are dispersed according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic and photograph of a vacuum forming process according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a curing cycle of a carbon fiber reinforced composite material according to an embodiment of the present invention.
Figures 4a to 4d are, respectively, a micrometer-sized single aramid fiber (4a), aramid nanofiber bundles (4b), nanometer-sized single aramid nanofibers (4c), and multi-walled carbon nanofibers according to an embodiment of the present invention. It is an SEM image of the tube bundle 4d.
Figures 5a to 5d are XRD spectra (5a), an aramid fiber and Raman spectra (5b), 1200 ~ 1800 cm of aramid nanofibers on aramid fibers and aramid nanofibers according to each embodiment of the present invention - the first wave number of It is a graph showing the characteristic curves of the IR absorbance spectrum (5c) of the aramid fiber and the aramid nanofiber having, and the IR absorbance spectrum of the aramid fiber and aramid nanofiber (5d) having a wave number of 2800 to 3800 cm -1.
6A to 6D are a low-magnification fracture surface (6a) of a carbon fiber-reinforced composite material made of only carbon fiber and impregnated epoxy resin without a reinforcing agent according to an embodiment of the present invention, respectively, of carbon fiber without a reinforcing agent. The fracture surface of the high-magnification carbon fiber-reinforced composite material showing the cut section (6b), the fracture surface of the carbon fiber-reinforced composite material with 0.25 wt% aramid nanofibers indicating the aramid nanofibers (in the rectangle) and the carbon fiber (the right side) (6c) ), and the fracture surface (6d) of a carbon fiber-reinforced composite material having 0.25 wt% of multi-walled carbon nanotubes representing the dispersed multi-walled carbon nanotubes and carbon fibers (lower).
7A to 7C are each having a carbon fiber reinforced composite material (Neat CFRP), a reinforced carbon fiber reinforced composite material (ANF 0.25 wt%) and a multi-walled carbon nanotube that does not contain a reinforcing agent according to an embodiment of the present invention. A graph showing the results of dynamic mechanical analysis (DMA) showing tan δ (7a), storage modulus (7b), and loss factor (7c) of a carbon fiber reinforced composite material (MWCNT 0.25 wt%).
8 is a carbon fiber reinforced composite material (Neat CFRP) that does not contain a reinforcing agent according to an embodiment of the present invention, a reinforced carbon fiber reinforced composite material (ANF 0.25 wt%), and a carbon fiber reinforced with multi-walled carbon nanotubes. It is a graph showing the impact strength of the composite material (MWCNT 0.25 wt%).

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are illustrated for purposes of explanation only, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, as various changes may be added and various forms may be added, and all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 “아라미드 섬유”란 아라미드 중합체로부터 제조된 모든 형태의 섬유를 의미하며, 그 예로, 아라미드 필라멘트 또는 아라미드 방적사가 있다.In the present specification, “aramid fiber” refers to all types of fibers manufactured from an aramid polymer, and examples thereof include aramid filaments or aramid spun yarns.

탄소섬유Carbon fiber 강화 복합소재( Reinforced composite material ( CFRPCFRP ))

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지; 및 탄소섬유;를 포함하고, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 상기 탄소섬유에 함침된 것인, 탄소섬유 강화 복합소재를 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, a thermosetting resin in which aramid nanofibers are dispersed; And carbon fibers; wherein the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed is impregnated with the carbon fibers, providing a carbon fiber-reinforced composite material.

아라미드 나노섬유 (aramid nano fibers, ANFs)란 아라미드 섬유를 나노화한것으로, 풍부한 기능성 아미드 그룹과 높은 표면-대-체적 비율(surface-to-volume ratio)을 가지고 있으며, 댐핑 특성 등 아라미드 섬유의 전형적인 특성을 유지하는 것으로 알려져 있다. Aramid nanofibers (ANFs) are nanoized aramid fibers, and have rich functional amide groups and a high surface-to-volume ratio, and have typical characteristics of aramid fibers such as damping properties. It is known to maintain.

일반적으로, 탄소나노튜브의 경우 그 자체적으로 기능기가 없기 때문에 강제적으로 기능기(카르복실기, 하이드록시기 등)를 도입하게 되는데, 이는 탄소나노튜브에 결함을 줄 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 구현예에서 사용되는 아라미드 나노섬유는 자체적으로 기능기를 가지는 장점이 있다.In general, in the case of carbon nanotubes, a functional group (carboxyl group, hydroxy group, etc.) is forcibly introduced because it does not have a functional group by itself, which may cause defects in the carbon nanotube. However, the aramid nanofibers used in one embodiment of the present invention have the advantage of having a functional group by itself.

또한, 탄소섬유 강화 복합소재의 매트릭스 수지가 차지하는 공간이 매우 좁아 (약 10 ㎛의 직경을 갖는 탄소섬유가 배향되어 있고 그 섬유와 섬유 사이를 매트릭스 수지가 차지하고 있음), 마이크로 스케일의 필러의 함침은 어려우나, 본 발명의 일 구현예에서 사용되는 나노스케일의 필러는 함침이 가능하다.In addition, the space occupied by the matrix resin of the carbon fiber reinforced composite material is very narrow (carbon fibers with a diameter of about 10 µm are oriented and the matrix resin occupies between the fibers and the fibers), so the impregnation of the micro-scale filler Although difficult, the nanoscale filler used in one embodiment of the present invention can be impregnated.

따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소섬유 강화 복합소재는, 도 1a와 같이, 나노 소재이면서도 동시에 아라미드 섬유의 전형적인 특성을 유지하는 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유 강화 복합소재의 매트릭스 수지로 사용하여, 종래 탄소섬유 복합소재와 비교하여 댐핑 특성 및 충격 특성이 우수하다. Accordingly, the carbon fiber-reinforced composite material according to an embodiment of the present invention includes a thermosetting resin in which aramid nanofibers are dispersed, which is a nanomaterial and at the same time maintains typical characteristics of aramid fibers, as shown in FIG. 1A. Used as a resin, it has excellent damping properties and impact properties compared to conventional carbon fiber composite materials.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 열경화성 수지는 비스말레이미드 수지, 비닐에스터 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 폴리이미드 수지, 페놀 수지 또는 에폭시 수지일 수 있고, 바람직하게는 에폭시 수지일 수 있다. In exemplary embodiments, the thermosetting resin may be a bismaleimide resin, a vinyl ester resin, an unsaturated polyester resin, a polyimide resin, a phenol resin, or an epoxy resin, and preferably an epoxy resin.

예시적인 구현예들에 있어서, 열경화성 수지 내 아라미드 나노섬유의 함량은 0.05 내지 1 중량%일 수 있고, 예컨대, 열경화성 수지 및 경화제 총 중량 기준으로 0.10 중량% 이상, 0.15 중량% 이상, 또는 0.20 중량% 이상일 수 있고, 0.90 중량% 이하, 0.80 중량% 이하, 0.70 중량% 이하, 0.60 중량% 이하, 0.50 중량% 이하, 0.45 중량% 이하, 0.40 중량% 이하, 0.35 중량% 이하, 또는 0.30 중량% 이하일 수 있다. In exemplary embodiments, the content of the aramid nanofibers in the thermosetting resin may be 0.05 to 1% by weight, for example, 0.10% by weight or more, 0.15% by weight or more, or 0.20% by weight based on the total weight of the thermosetting resin and the curing agent. May be 0.90% by weight or less, 0.80% by weight or less, 0.70% by weight or less, 0.60% by weight or less, 0.50% by weight or less, 0.45% by weight or less, 0.40% by weight or less, 0.35% by weight or less, or 0.30% by weight or less have.

상기 함량이 0.05 중량% 미만인 경우 댐핑 특성 등이 저하될 수 있고, 1 중량% 초과인 경우 에폭시 내 함량이 과도하게 높아 아라미드 나노섬유가 분산된 에폭시의 점도가 매우 증가하여 탄소섬유 내에 함침이 불가능할 수 있다.If the content is less than 0.05% by weight, damping properties, etc. may be deteriorated, and if the content is more than 1% by weight, the epoxy content is excessively high, so the viscosity of the epoxy in which the aramid nanofibers are dispersed is very increased, and impregnation in the carbon fiber may not be possible. have.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 아라미드 나노섬유의 직경은 50 내지 300 nm일 수 있다. In exemplary embodiments, the diameter of the aramid nanofibers may be 50 to 300 nm.

예시적인 구현예들에 있어서, 아라미드 나노섬유의 종횡비 범위는 1:5 내지 1:50일 수 있다. In exemplary embodiments, the aspect ratio range of the aramid nanofibers may be 1:5 to 1:50.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 아라미드 나노섬유는 파라계 아라미드 (para-aramid) 나노섬유일 수 있고, 예컨대 듀폰사에서 개발된 케블라 (Kevlar)일 수 있다. In exemplary embodiments, the aramid nanofiber may be a para-aramid nanofiber, for example, Kevlar developed by DuPont.

파라계 아라미드는 벤젠고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것으로, 분자쇄가 뻣뻣하고 선상 구조를 가지므로, 강도가 매우 높고 탄성률이 높아 충격을 흡수하는 성능이 우수하다. 이에 파라계 아라미드는 방탄복, 방탄 헬멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시줄, 골프클럽 등의 스포츠 기구 재료로, 또한 산업용으로는 섬유강화 복합소재 (Fiber Reinforced Plastic, FRP), 석면 대체용 섬유 등에 사용될 수 있고 바람직하게는 탄소섬유 강화 복합소재 (carbon fiber-reinforced polymer composites, CFRP)에 사용될 수 있다. Para-aramid is a benzene ring bonded to an amide group at the para position. Since the molecular chain is stiff and has a linear structure, the strength is very high and the elastic modulus is high, so it is excellent in absorbing impact. Therefore, para-aramid is used in body armor, bullet-proof helmet, safety gloves or boots, and firefighting suits, as a material for sports equipment such as tennis rackets, boats, hockey sticks, fishing lines, golf clubs, and fiber-reinforced composite materials for industrial use. (Fiber Reinforced Plastic, FRP), asbestos replacement fiber, and the like, and preferably carbon fiber-reinforced polymer composites (CFRP).

열경화성 수지의 경우, 일반적으로 탄소섬유 강화 복합소재의 매트릭스 수지로 사용되는 것이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 에폭시 수지일 수 있고, 에폭시 수지는 Bisphenol-A형 YD-128, 경화제는 Jeffamine D-230일 수 있다. In the case of a thermosetting resin, it is not limited as long as it is generally used as a matrix resin of a carbon fiber reinforced composite material, and may preferably be an epoxy resin, and the epoxy resin is Bisphenol-A type YD-128, and the curing agent is Jeffamine D-230. I can.

탄소섬유로서는 아크릴계, 피치계, 레이온계 등의 탄소섬유를 들 수 있고, 그 중에서도 인장강도가 높고 탄소섬유 강화 복합소재용 강화섬유로 가장 많이 이용되어 오고 있는 아크릴계의 탄소섬유, 특히 폴리아크릴로니트릴 (PAN)계 탄소섬유가 바람직하게 사용된다. Examples of the carbon fiber include carbon fibers such as acrylic, pitch, rayon, etc., and among them, acrylic carbon fibers that have high tensile strength and have been most widely used as reinforcing fibers for carbon fiber reinforced composite materials, especially polyacrylonitrile. (PAN)-based carbon fibers are preferably used.

이들 섬유를 2종 이상 혼합해서 사용해도 관계없다. 탄소섬유의 형태로서는 특별하게 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 일방향으로 정렬된 장섬유 혹은 연속섬유, 토우, 직물, 매트, 니트, 꼰끈, 10 ㎜ 미만의 길이로 자른 단섬유 등이 사용된다. 여기에서 말하는 장섬유 혹은 연속섬유란 실질적으로 10 ㎜ 이상 연속한 단섬유 혹은 섬유다발을 말한다. 또한, 단섬유란 10 ㎜ 미만의 길이로 절단된 섬유다발을 말한다. You may mix and use 2 or more types of these fibers. The form of the carbon fiber is not particularly limited, and for example, long fibers or continuous fibers aligned in one direction, tow, woven fabrics, mats, knits, braids, short fibers cut to a length of less than 10 mm, and the like are used. Long fibers or continuous fibers referred to herein refer to short fibers or bundles of fibers that are substantially continuous for 10 mm or more. In addition, a single fiber refers to a bundle of fibers cut to a length of less than 10 mm.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 탄소섬유는 탄소섬유 직물(woven carbon fiber)일 수 있다. 탄소섬유 직물을 사용하는 경우, 네트 구조이기 때문에 내충격 특성은 크게 향상되지만 불균질하고 또한 이방성을 갖는 직물을 사용하기 때문에 온도 변화, 흡습 경시 변화가 국소적으로 다르고, 표면 부근에 마이크로 크랙이 발생한다는 문제가 있다.In exemplary embodiments, the carbon fiber may be a woven carbon fiber. In the case of using a carbon fiber fabric, the impact resistance property is greatly improved because it is a net structure, but because a fabric having heterogeneous and anisotropic properties is used, changes in temperature and moisture absorption are locally different, and micro-cracks occur near the surface. there is a problem.

탄소섬유 외에 아라미드 섬유, 바잘트 섬유, 유리섬유 등의 산업용 섬유를 사용할 수 있으나, 본 발명의 일 구현예에서 탄소섬유를 사용한 이유는 가장 강도가 높고 경량화 효과가 우수하고, 산업용으로 사용하고자 하는 시도가 활발하기 때문이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소섬유 강화 복합소재의 경우, 탄소섬유 직물을 사용하지만, 강화제로 아라미드 나노섬유를 사용함으로써 외부의 힘이 가해졌을 때, 열경화성 수지 내에서 매트릭스와 강화제가 마찰을 일으켜 외부 에너지를 효율적으로 소산시키므로, 내충격성 및 댐핑 특성이 우수하다. In addition to carbon fiber, industrial fibers such as aramid fiber, basalt fiber, and glass fiber can be used, but the reason for using carbon fiber in one embodiment of the present invention is that it has the highest strength, excellent weight reduction effect, and attempts to use it for industrial purposes. This is because is active. In the case of the carbon fiber reinforced composite material according to an embodiment of the present invention, a carbon fiber fabric is used, but when an external force is applied by using aramid nanofibers as a reinforcing agent, the matrix and the reinforcing agent cause friction in the thermosetting resin. Since it dissipates external energy efficiently, it has excellent impact resistance and damping properties.

탄소섬유Carbon fiber 강화 복합소재의 제조방법 Manufacturing method of reinforced composite material

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법으로서, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계; 아라미드 나노섬유를 열경화성 수지에 분산시키는 단계; 및 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, a method of manufacturing the above-described carbon fiber-reinforced composite material, comprising: preparing aramid nanofibers using aramid fibers; Dispersing the aramid nanofibers in a thermosetting resin; And impregnating the carbon fiber with a thermosetting resin in which aramid nanofibers are dispersed.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 아라미드 섬유로부터 탈양자화 및 용해 공정을 통하여, 간단한 방법으로 아라미드 섬유의 풍부한 극성 기능기와 같이 실질적인 화학 구조를 유지하는 아라미드 나노섬유를 수득하고, 이를 열경화성 수지에 분산시킨 후, 탄소섬유에 함침시킴으로써 (핸드 레이 업 공정, 진공 성형 공정), 간단한 방법으로 탄소섬유 강화 복합소재를 제조할 수 있다 (도 2). According to one embodiment of the present invention, through a deprotonation and dissolution process from aramid fibers, aramid nanofibers that maintain a substantial chemical structure such as abundant polar functional groups of aramid fibers are obtained by a simple method, and are dispersed in a thermosetting resin. After that, by impregnating the carbon fiber (hand lay-up process, vacuum forming process), a carbon fiber-reinforced composite material can be manufactured by a simple method (FIG. 2).

예시적인 구현예에서, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계는, 아라미드 섬유를 수산화 칼륨 (KOH) 및 디메틸 설폭사이드 (DMSO)를 포함하는 용액에 첨가하여 수행될 수 있다. In an exemplary embodiment, the step of preparing aramid nanofibers using aramid fibers may be performed by adding the aramid fibers to a solution containing potassium hydroxide (KOH) and dimethyl sulfoxide (DMSO).

구체적으로, 아라미드 섬유의 용해는 용해도가 낮기 때문에 일반적인 용제를 사용하여 용해하기가 어렵다. 그러나, DMSO에서의 KOH는 마이크로 스케일에서 나노 스케일 섬유로의 용해에 핵심적인 역할을 할 수 있다. H 원자는 아라미드 섬유 / KOH / DMSO 용액에서 KOH에 의해 >NH기로부터 추출되었다고 가정된다. 이러한 탈양성자화 (deprotonation) 공정은 수소 결합의 강도가 감소하기 때문에 분자간 수소 결합 효과를 감소시킨다. Specifically, since the solubility of the aramid fiber is low, it is difficult to dissolve it using a general solvent. However, KOH in DMSO can play a key role in dissolution from micro-scale to nano-scale fibers. It is assumed that the H atom was extracted from the >NH group by KOH in the aramid fiber/KOH/DMSO solution. This deprotonation process reduces the effect of intermolecular hydrogen bonding because the strength of hydrogen bonds decreases.

또한, 용해 공정은 정전기적 반발을 증가시킨다. 백본의 π-π 스태킹의 평형화, 정전기적 반발력 및 소수성 인력은 나노 섬유 치수 (nano-fiber dimensions)를 제어한다. In addition, the dissolution process increases electrostatic repulsion. The equilibration of the π-π stacking of the backbone, electrostatic repulsion and hydrophobic attraction control the nano-fiber dimensions.

결과적으로, 풍부한 아미드 작용기를 가지고, 직경이 나노미터 단위인 아라미드 나노섬유는, 복합소재의 매트릭스 또는 필러로서 사용될 때 복합소재의 강도 (strength), 탄성율 (modulus), 열 안정성 (thermal stability), 열 전도성 (thermal conductivity) 및 내충격성 (impact resistance)을 향상시킬 것으로 기대된다.As a result, aramid nanofibers with abundant amide functional groups and nanometers in diameter, when used as a matrix or filler of a composite material, have the strength, modulus, thermal stability, and thermal stability of the composite material. It is expected to improve thermal conductivity and impact resistance.

예시적인 구현예에서, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계는, 간접성형법인, 탄소섬유 필라멘트나 직물에 미리 수지를 함침하여 중간재 (prepreg)를 제조하는 공정, 이렇게 제조된 중간재(prepreg)를 이용한 다양한 성형공정 (프레스 성형, 오토클레이브 성형, 진공 성형 공정 등)에 의하여 수행될 수 있고, 직접성형법인 핸드 레이 업 성형, 수지이송성형 (resin transfer molding, RTM), 진공 수지이송성형 (vacuum assisted resin transfer molding), 인발 성형 (pultrusion), 필라멘트 와인딩 성형 공정 등에 의해 수행될 수 있다. In an exemplary embodiment, the step of impregnating the carbon fiber with the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed is an indirect molding method, a process of preparing an intermediate material (prepreg) by impregnating the carbon fiber filament or fabric with resin in advance, and thus prepared. It can be performed by various molding processes (press molding, autoclave molding, vacuum molding process, etc.) using prepreg, and direct molding methods such as hand lay-up molding, resin transfer molding (RTM), vacuum It can be performed by vacuum assisted resin transfer molding, pultrusion, filament winding molding processes, and the like.

다만, 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 그렇지 않은 열경화성 수지보다 점도가 높아, 바람직하게는 핸드 레이 업 방식 (hand-ray up method) 에 의하여 수행될 수 있다. However, the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed has a higher viscosity than the thermosetting resin that is not, and may preferably be performed by a hand-ray up method.

예시적인 구현예에서, 상기 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법은, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계 이후, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계;를 더 포함하고, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계는 진공 성형 공정 (vacuum bagging process)에 의하여 수행될 수 있다. In an exemplary embodiment, the method of manufacturing the carbon fiber-reinforced composite material includes: after impregnating the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed into the carbon fibers, curing the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed; Further, the step of curing the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed may be performed by a vacuum bagging process.

상기 진공 성형 공정을 이용하는 경우, 진공을 잡아주면서 경화사이클이라 불리는 온도를 단계적으로 수행할 수 있으므로, 아라미드 나노섬유가 강화된 에폭시를 효율적으로 탄소섬유 직물에 함침시킬 수 있다. In the case of using the vacuum forming process, a temperature called a curing cycle can be performed stepwise while holding a vacuum, so that an epoxy reinforced with aramid nanofibers can be efficiently impregnated into a carbon fiber fabric.

이하의 실시를 통하여 본 발명은 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail through the following implementation. However, the examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example

실시예에서 사용된 3000 필라멘트 카운트 토우 (3000 filament count tows)의 폴리아크릴로니트릴계 (Polyacrylonitrile-based, PAN-based) 탄소섬유 직물 (woven CF, T300)을 Toray Inc.에서 구입하였다. 아라미드 섬유 (aramid fiber, Kevlar 49)는 DuPont, Inc.에서 구입하였다. 디메틸설폭사이드 (DMSO) 및 수산화칼슘 (KOH)은 Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd.에서 구입하였다. 다중벽 탄소나노튜브 (MWCNT)는 Kumho Petrochemical Inc.에서 구입하였다. 에폭시 수지는 Bisphenol-A 형인 YD-128로 Kukdo Chemical Inc.에서 구입하였다. 에폭시 수지의 경화제로 사용된 Jeffamine D-230는 Huntsman International, LLC.에서 구입하였다. A polyacrylonitrile-based (PAN-based) carbon fiber fabric (woven CF, T300) of 3000 filament count tows used in the examples was purchased from Toray Inc. Aramid fiber (Kevlar 49) was purchased from DuPont, Inc. Dimethyl sulfoxide (DMSO) and calcium hydroxide (KOH) were purchased from Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) were purchased from Kumho Petrochemical Inc. The epoxy resin was purchased from Kukdo Chemical Inc. as YD-128, a Bisphenol-A type. Jeffamine D-230, used as a curing agent for epoxy resins, was purchased from Huntsman International, LLC.

5 ㎜ 길이로 절단된 1 g의 아라미드 섬유 및 1.5 g의 KOH를 500 ㎖의 DMSO에 첨가하였다. 진한 적색 용액이 얻어질 때까지 실온에서 1 주간 교반하였다. 그런 다음 500 ml 탈이온수 (DI water)를 아라미드 나노섬유 용액에 붓고 80 ℃에서 2 시간 동안 가열하여 용액으로부터 아라미드 나노섬유를 추출하였다. 침전된 아라미드 나노섬유를 탈이온수로 수회 세척하고, 진공 여과를 이용하여 pH 7이 달성될 때까지 KOH 및 DMSO를 제거하였다. 얻어진 아라미드 나노섬유를 아세톤과 혼합하였고, 이 과정에서 아세톤에서의 아라미드 나노섬유 용액을 얻을 수 있었다. 1 g of aramid fibers cut into 5 mm lengths and 1.5 g of KOH were added to 500 ml of DMSO. It was stirred at room temperature for 1 week until a dark red solution was obtained. Then, 500 ml deionized water (DI water) was poured into the aramid nanofiber solution and heated at 80° C. for 2 hours to extract aramid nanofibers from the solution. The precipitated aramid nanofibers were washed several times with deionized water, and KOH and DMSO were removed using vacuum filtration until pH 7 was achieved. The obtained aramid nanofibers were mixed with acetone, and in this process, an aramid nanofiber solution in acetone could be obtained.

이어서, 에폭시 수지를 아라미드 나노섬유 / 아세톤 용액에 첨가하여 에폭시 수지에 아라미드 나노섬유를 분산시켰다. 에폭시 수지 / 아라미드 나노섬유 / 아세톤 혼합물을 120 ℃에서 밤새 교반하여 아세톤을 완전히 제거하였다. 마지막으로 탄소섬유 강화 복합소재 매트릭스에 사용할 아라미드 나노섬유 / 에폭시 수지를 얻었다. Subsequently, the epoxy resin was added to the aramid nanofiber/acetone solution to disperse the aramid nanofibers in the epoxy resin. The epoxy resin / aramid nanofiber / acetone mixture was stirred at 120 °C overnight to completely remove acetone. Finally, an aramid nanofiber/epoxy resin to be used for the carbon fiber reinforced composite matrix was obtained.

아라미드 나노섬유의 효과를 다중벽 탄소나노튜브 (MWCNT)의 효과와 비교하기 위하여, 다중벽 탄소나노튜브도 동일한 공정을 사용하여 에폭시 수지에 분산하였다. 에폭시 수지에 분산된 아라미드 나노섬유와 다중벽 탄소나노튜브를 도 1a 및 1b에 나타내었다. In order to compare the effect of aramid nanofibers with that of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), multi-walled carbon nanotubes were also dispersed in an epoxy resin using the same process. Aramid nanofibers and multi-walled carbon nanotubes dispersed in an epoxy resin are shown in FIGS. 1A and 1B.

그 후, 페이스트 혼합기를 사용하여 이들 에폭시 수지에 경화제를 첨가하고 혼합하였다 (에폭시 수지 : 경화제 = 7 : 3, 중량 분율 (weight fraction)). 필러의 중량 분율은 아라미드 나노섬유의 경우 에폭시 수지 및 경화제 총 중량을 기준으로 0.25 중량%이고 다중벽 탄소나노튜브의 경우 에폭시 수지 및 경화제 총 중량을 기준으로 0.25 중량% 였다.Thereafter, a curing agent was added to these epoxy resins using a paste mixer and mixed (epoxy resin: curing agent = 7: 3, weight fraction). The weight fraction of the filler was 0.25% by weight based on the total weight of the epoxy resin and curing agent in the case of aramid nanofibers, and 0.25% by weight based on the total weight of the epoxy resin and curing agent in the case of multi-walled carbon nanotubes.

그런 다음 탄소섬유 강화 복합소재의 시편은 핸드 레이 업 방법 (hand-ray up method)과 진공 성형 공정 (vacuum bagging process)으로 제작되었다. 핸드 레이 업 방법은 아라미드 나노섬유가 분산된 에폭시의 점도가 높기 때문에 선택하였다. 또한, 진공성형 공정은 B(β)-스테이지 구간에서 에폭시 점도를 낮춰 탄소섬유 직물 (woven CF)에 잘 함침되도록 설계했으며, 완전 경화 구간에서 완벽하게 경화되었다. 구체적인 공정은 도 2에 나타내었으며, 경화 사이클은 도 3에 나타내었다. Then, the specimens of the carbon fiber reinforced composite material were manufactured by a hand-ray up method and a vacuum bagging process. The hand lay-up method was chosen because the viscosity of the epoxy in which the aramid nanofibers are dispersed is high. In addition, the vacuum forming process was designed to be well impregnated into carbon fiber fabric (woven CF) by lowering the epoxy viscosity in the B(β)-stage section, and it was completely cured in the complete curing section. The specific process is shown in Fig. 2, and the curing cycle is shown in Fig. 3.

도 3의 그래프를 참조하면, B-stage 에서 80 ℃에서 30분 90 ℃에서 30분으로 설정하였는데, 이는 B-stage에서 아라미드 나노섬유가 강화된 에폭시의 점도가 낮아지면서 탄소섬유 직물에 잘 함침될 수 있고, 더 나아가 압력에 의해 불필요한 아라미드 나노섬유가 함유된 에폭시가 제거될 수 있기 때문이다. Curing state는 B-stage가 끝난 후, 완벽하게 경화를 시키는 단계이다.Referring to the graph of FIG. 3, the B-stage was set at 80° C. for 30 minutes and 90° C. for 30 minutes, which lowers the viscosity of the epoxy reinforced with aramid nanofibers in the B-stage and is well impregnated into the carbon fiber fabric. This is because epoxy containing unnecessary aramid nanofibers can be removed by pressure. Curing state is a step to completely cure after the B-stage is over.

시편은 동적 기계적 분석 (DMA)의 경우, 12.8×60×3.2 mm3 로 제작하였고, ASTM D256 기초한 izod 충격 시험의 경우, 12.7×63.5×3.2 mm3로 제작하였다. Specimens were manufactured as 12.8×60×3.2 mm 3 for dynamic mechanical analysis (DMA), and 12.7×63.5×3.2 mm 3 for the izod impact test based on ASTM D256.

시험예Test example

<< 아라미드Aramid 나노섬유> Nano Fiber>

전계방출Field emission 주사 전자현미경 (FE- Scanning Electron Microscope (FE- SEMSEM ))

전압 5 kV의 전계 방출 주사 전자 현미경 (field-emission scanning electron microscope, FE-SEM, Nova NanoSEM 450, FEI Inc., OR, USA)을 사용하여 파단면 (fractured surfaces)을 관찰하였다. 액체 질소 처리 후에, 파쇄된 표면의 샘플을 절단하였다. Fractured surfaces were observed using a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM, Nova NanoSEM 450, FEI Inc., OR, USA) with a voltage of 5 kV. After liquid nitrogen treatment, a sample of the crushed surface was cut.

도 4a에 도시된 바와 같이 단일 아라미드 섬유의 직경은 약 10 ㎛이다. 아라미드 섬유에서 분리된 아라미드 나노섬유 다발은 도 4b에 나타내었다. 아라미드 나노섬유의 직경은 50 nm에서 300 nm 범위였다. 길이는 수 마이크로 미터가 될 것으로 예상된다. 212 nm의 직경을 보여주는 단일 아라미드 나노섬유는 도 4c에 나타내었다. 다중벽 탄소나노튜브는 도 4d에 나타내었고, 이를 통해 아라미드 나노섬유와 다중벽 탄소나노튜브의 직경을 비교하면, 본 실험에서 제조된 아라미드 나노섬유의 직경은 다중벽 탄소나노튜브의 직경보다 크다는 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 4A, the diameter of a single aramid fiber is about 10 μm. The aramid nanofiber bundle separated from the aramid fiber is shown in Figure 4b. The diameter of the aramid nanofibers ranged from 50 nm to 300 nm. It is expected to be several micrometers in length. A single aramid nanofiber showing a diameter of 212 nm is shown in Figure 4c. The multi-walled carbon nanotubes are shown in FIG. 4D, and comparing the diameters of the aramid nanofibers and the multi-walled carbon nanotubes through this, it was found that the diameter of the aramid nanofibers prepared in this experiment was larger than the diameter of the multi-walled carbon nanotubes. I can confirm.

아라미드Aramid 섬유 및 Fiber and 아라미드Aramid 나노섬유의 화학적 구조 Chemical structure of nanofiber

도 5a와 같이, 0.1541 nm 파장, 45 kV 관 전압 (tube voltage), 200 mA 전류, 10 °/ min 스캔 속도 및 스캔 범위 (2θ) 15°-30° 에서 Cu Ka 방사선을 이용하여, XRD (SmartLab, Rigaku Inc.)로 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 결정 구조를 조사하였다. As shown in Figure 5a, using Cu Ka radiation at 0.1541 nm wavelength, 45 kV tube voltage, 200 mA current, 10 °/min scan rate and scan range (2θ) 15°-30°, XRD (SmartLab , Rigaku Inc.), the crystal structures of aramid fibers and aramid nanofibers were investigated.

아라미드 섬유의 특징적인 피크는 21.2° (110)와 23.4° (200)의 2θ 값으로 나타났다. 아라미드 나노섬유의 경우, 아라미드 섬유의 마이크로 스케일이 아라미드 나노섬유의 나노 스케일로 나뉘기 때문에 (110)의 넓은 피크가 나타났다. 또한, 아라미드 섬유의 용해 과정에서, 가수 분해 과정에 의한 결정성의 손실로 인하여 (200)의 피크는 거의 사라졌다. 이는 수소결합이 깨지면서, 마이크로 스케일인 아라미드 섬유에서 나노 스케일인 아라미드 나노섬유로 분해되면서 나타나는 특징적인 결과로 추정된다.Characteristic peaks of the aramid fiber were shown as 2θ values of 21.2° (110) and 23.4° (200). In the case of aramid nanofibers, a broad peak of (110) appeared because the microscale of the aramid fibers is divided by the nanoscale of the aramid nanofibers. In addition, in the dissolution process of the aramid fiber, the peak of (200) almost disappeared due to the loss of crystallinity due to the hydrolysis process. This is presumed to be a characteristic result of the breakdown of hydrogen bonds and decomposition from micro-scale aramid fibers to nano-scale aramid nanofibers.

도 5b와 같이, 라만 스펙트럼은 532 nm 레이저 및 1 μm2의 스폿 영역을 갖는 라만 분광기 (Renishaw Inc.)에 의해 측정되었다. 5B, the Raman spectrum was measured by a Raman spectroscopy (Renishaw Inc.) having a 532 nm laser and a spot area of 1 μm 2.

도 5b를 참조하면, 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 라만 스펙트럼은, 각각 1181.1, 1275.62, 1516.88, 1680.94 cm-1 (C-C 링 스트레칭), 1323.61 cm-1 (C-H 평면 (in-plane) 벤딩), 1649.69 cm-1 (Amide Ⅰ [80% C=O 스트레칭 & 10% C-N 스트레칭 10% N-H 벤딩]), 및 1569.13 cm-1 (Amide Ⅱ [60% N-H 벤딩 & 40% C-N 스트레칭]) 에서 7개의 유사한 밴드를 나타냈다. 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 분자 구조는 IR 스펙트럼을 사용하여 증명되었다. 상당히 유사한 주요 피크들이 결과에 나타났다. 5B, Raman spectra of aramid fibers and aramid nanofibers are respectively 1181.1, 1275.62, 1516.88, 1680.94 cm -1 (CC ring stretching), 1323.61 cm -1 (CH in-plane bending), 1649.69 7 similar bands in cm -1 (Amide I [80% C=O stretching & 10% CN stretching 10% NH bending]), and 1569.13 cm -1 (Amide II [60% NH bending & 40% CN stretching]) Indicated. The molecular structures of aramid fibers and aramid nanofibers were demonstrated using IR spectra. Significantly similar major peaks appeared in the results.

도 5c 및 5d와 같이, 적외선 현미경 (Nicolet iN10, Thermo Scientific Inc.)을 사용하여 FT-IR 스펙트럼을 기록하였으며, 상당히 유사한 주요 피크들이 결과에 나타났다.5C and 5D, an infrared microscope (Nicolet iN10, Thermo Scientific Inc.) was used to record the FT-IR spectrum, and significantly similar major peaks appeared in the results.

도 5c 및 5d에 도시된 IR 스펙트럼에서, 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유는 각각 C-N 스트레칭, C=C 방향족 링의 스트레칭 진동, N-H 변형, C-N 스트레칭, 및 C=O 스트레칭 진동에 대응하는 1319.13, 1515.84, 1542.84, 1650.84, 및 3328.67 cm-1에서 전형적인 피크를 나타냈다. 이를 통해 아라미드 섬유와 아라미드 나노섬유의 분자 구조가 거의 동일하고, 다시 말해, 탈양자화 및 용해 과정을 거쳐 마이크로 스케일에서 나노 스케일로 분리되더라도 아라미드 섬유의 실질적인 화학 구조가 아라미드 나노섬유에서 유지된다는 것을 확인하였다. In the IR spectrum shown in FIGS. 5C and 5D, aramid fibers and aramid nanofibers are 1319.13, 1515.84, corresponding to CN stretching, C=C aromatic ring stretching vibrations, NH deformation, CN stretching, and C=O stretching vibrations, respectively. Typical peaks were shown at 1542.84, 1650.84, and 3328.67 cm -1. Through this, it was confirmed that the molecular structures of the aramid fibers and the aramid nanofibers are almost the same, that is, the actual chemical structure of the aramid fibers is maintained in the aramid nanofibers even if they are separated from the microscale to the nanoscale through deprotonation and dissolution processes. .

<< 탄소섬유Carbon fiber 강화 복합소재 ( Reinforced composite material ( CFRPCFRP )>)>

전계방출Field emission 주사 전자현미경 (FE- Scanning Electron Microscope (FE- SEMSEM ))

탄소섬유 강화 복합소재에서 나노 필러 (아라미드 나노섬유 또는 다중벽 탄소나노튜브)가 적절히 함침 및 분산되었는지 확인하기 위해, 전압 5 kV의 전계 방출 주사 전자 현미경 (field-emission scanning electron microscope, FE-SEM, Nova NanoSEM 450, FEI Inc., OR, USA)을 사용하여, 나노 필러 (아라미드 나노섬유 또는 다중벽 탄소나노튜브로 보강된 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면을 조사하였다. 액체 질소에 의해 처리된 시편의 파단면의 확대도를 도 6a-6d에 나타내었다. 이를 통하여, 에폭시가 직조된 탄소섬유 (woven CF)에 잘 함침되었음을 확인할 수 있다. In order to check whether the nano-fillers (aramid nanofibers or multi-walled carbon nanotubes) are properly impregnated and dispersed in the carbon fiber reinforced composite material, a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) with a voltage of 5 kV is used. Nova NanoSEM 450, FEI Inc., OR, USA) was used to investigate the fracture surface of a carbon fiber-reinforced composite material reinforced with a nano-pillar (aramid nanofiber or multi-walled carbon nanotube). Specimen treated with liquid nitrogen The enlarged view of the fracture surface of is shown in Figs. 6A-6D, through which it can be confirmed that the epoxy is well impregnated into the woven carbon fiber (woven CF).

도 6a-6d를 참조하면, 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 직물 (woven CF) 및 함침된 에폭시 수지만으로 제조된 탄소섬유 강화 복합소재의 저배율 파단면 (6a), 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유의 절개 단면을 보여주는 고배율 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6b), 아라미드 나노섬유 (직사각형 내) 및 탄소섬유 (우측면)를 나타내는 0.25 wt % 아라미드 나노섬유를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6c), 및 분산된 다중벽 탄소나노튜브와 탄소섬유 (하부)를 나타내는 0.25 wt%의 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6d)을 확인할 수 있다. 6A-6D, a low-magnification fracture surface (6a) of a carbon fiber reinforced composite material made only of a carbon fiber fabric (woven CF) without a reinforcing agent and an impregnated epoxy resin, and a cut-out of the carbon fiber without a reinforcing agent. The fracture surface of the high-magnification carbon fiber reinforced composite material showing the cross section (6b), the fracture surface of the carbon fiber reinforced composite material with 0.25 wt% aramid nanofibers representing the aramid nanofibers (in the rectangle) and the carbon fiber (right side) (6c) , And a fracture surface (6d) of a carbon fiber-reinforced composite material having 0.25 wt% of multi-walled carbon nanotubes representing the dispersed multi-walled carbon nanotubes and carbon fibers (bottom).

이를 관찰한 결과, 탄소섬유 사이에 에폭시 수지가 기공없이 함침되었음을 알 수 있고, 아라미드 나노섬유가 에폭시 수지 내에 잘 분산된 것을 확인할 수 있다. As a result of observing this, it can be seen that the epoxy resin is impregnated without pores between the carbon fibers, and it can be confirmed that the aramid nanofibers are well dispersed in the epoxy resin.

동적 기계적 분석 (DMA)Dynamic Mechanical Analysis (DMA)

동적 기계적 분석 (Dynamic Mechanical Analysis, DMA) (DMA Q800, TA instrument Inc.) 테스트는 듀얼 캔틸레버 모드 (dual cantilever mode)에서 30 ~ 120 ℃ (10 ℃ / 분)의 온도 범위에서 실행되었다. 변형 진폭 (strain amplitude)은 1 Hz의 주파수에서 0.2 % 였다. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) (DMA Q800, TA instrument Inc.) tests were performed in a temperature range of 30 to 120°C (10°C/min) in dual cantilever mode. The strain amplitude was 0.2% at a frequency of 1 Hz.

감쇠 특성은 다양한 동적 구성 요소에서 불필요한 진동 및 소음을 제거하는 역할을 수행하고, Tan δ는 재료의 감쇠력의 중요한 파라미터이다. 이는 변형주기 당 저장 탄성률 (에너지 저장)에 대한 손실 계수 (에너지 손실)의 비율로 정의된다. 저장 탄성률 및 손실 탄성률은 각각 저장된 에너지 및 탄성 에너지를 의미한다.Damping characteristics play a role in removing unnecessary vibration and noise from various dynamic components, and Tan δ is an important parameter of the damping force of the material. It is defined as the ratio of the loss factor (energy loss) to the storage modulus (energy storage) per deformation cycle. The storage modulus and loss modulus mean stored energy and elastic energy, respectively.

도 7a는 시편의 주파수가 1 Hz 일 때의 tan δ를 보여준다. 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재는 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 (neat CFRP)보다 훨씬 높은 tan δ값을 보여준다. 7A shows tan δ when the frequency of the specimen is 1 Hz. The carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers shows a much higher tan δ value than the carbon fiber reinforced composite material (neat CFRP) that does not contain a reinforcement agent.

도 7a를 참조하면, 단일 탄소섬유 강화 복합소재 시편, 아라미드 나노섬유를 0.25 중량% 포함하는 아라미드 나노섬유 강화 시편, 및 다중벽 탄소나노튜브를 0.25 중량% 포함하는 다중벽 탄소나노튜브 강화 시편의 경우, 각각 0.56, 0.72, 및 0.68의 tan δ값에 각각 도달하였다. Referring to Figure 7a, in the case of a single carbon fiber reinforced composite material specimen, an aramid nanofiber reinforced specimen containing 0.25% by weight of aramid nanofibers, and a multiwall carbon nanotube reinforced specimen containing 0.25% by weight of multiwall carbon nanotubes , Respectively, reached tan δ values of 0.56, 0.72, and 0.68, respectively.

다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 경우, tan δ의 결과는 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재와 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 결과 사이에 위치한다. 또한, 저장 탄성률과 손실 계수의 결과는 도 7b와 7c에 나타내었다. In the case of the carbon fiber reinforced composite material reinforced with multi-walled carbon nanotubes, the result of tan δ lies between the results of the carbon fiber reinforced composite material without reinforcement and the carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers. In addition, the results of the storage modulus and loss coefficient are shown in Figs. 7b and 7c.

도 7b와 7c를 참조하면, 저장 탄성률 결과는 유리 전이 온도 전에 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 > 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 > 다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 순서로 감소하였다. 손실 탄성률의 경우, 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 > 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 > 다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 순서로 감소하였다. tan δ는 저장 모듈러스에 대한 손실 계수의 비로 표현되므로, tan δ 결과의 값은 상당히 합리적이다. 아라미드 나노섬유의 풍부한 표면 기능성 아미드 그룹은 경계 슬라이딩 (필러-필러) 및 계면 슬라이딩 (필러-매트릭스)에 영향을 줄 수 있다. 이러한 tan δ 결과를 토대로, 복합소재의 댐핑 특성을 향상시킴으로써, 외부 힘이 가해질 때 에너지 소산 (energy dissipation)으로 이어질 것으로 예상된다. Referring to Figures 7b and 7c, the storage modulus results are carbon fiber reinforced composite material without reinforcing agent before glass transition temperature> carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers> carbon fiber reinforced with multi-walled carbon nanotubes It decreased in the order of composite materials. The loss modulus decreased in the order of carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers> carbon fiber reinforced composite material without reinforcement> carbon fiber reinforced composite material reinforced with multi-walled carbon nanotubes. Since tan δ is expressed as the ratio of the loss factor to the storage modulus, the resulting tan δ is quite reasonable. The abundant surface functional amide groups of aramid nanofibers can affect boundary sliding (pillar-pillar) and interfacial sliding (pillar-matrix). Based on this tan δ result, it is expected to lead to energy dissipation when an external force is applied by improving the damping properties of the composite material.

고분자 매트릭스 내에 함침된 나노 물질은 매트릭스와 나노 필러 사이의 계면 슬라이딩 (interfacial sliding)을 통해 에너지를 소산시키는 기회를 제공하고, 아라미드 나노섬유가 풍부한 표면 기능성 아미드 그룹을 가지고 있기 때문에, 아라미드 나노섬유 / 에폭시 계면에서 강한 마찰이 발생할 것이라는 것을 유추할 수 있다. 결론적으로, DMA 결과를 통하여, 아라미드 나노섬유로 보강된 탄소섬유 강화 복합소재의 댐핑 특성이 극적으로 증가된 것으로 나타났다. Nanomaterials impregnated in the polymer matrix provide an opportunity to dissipate energy through interfacial sliding between the matrix and the nanopillar, and since aramid nanofibers have abundant surface functional amide groups, aramid nanofibers / epoxy It can be inferred that strong friction will occur at the interface. In conclusion, through the DMA results, it was found that the damping properties of the carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers were dramatically increased.

충격 시험Impact test

나노 물질로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 내충격성을 이해하기 위해, 충격 시험 (IT504, Tinius Olsen Inc.)은 ASTM D256에 따라 izod 방법으로 측정되었다. 노치 깊이 (notch depth)는 2.54 mm이고 899 충격 시험편 노처 (Tinius Olsen, Inc.)를 사용하여 만들었다. 인가된 에너지는 22.55 J이었고 충돌 길이는 335.0 mm였다.In order to understand the impact resistance of the carbon fiber reinforced composite material reinforced with nanomaterials, the impact test (IT504, Tinius Olsen Inc.) was measured by the izod method according to ASTM D256. The notch depth was 2.54 mm and made using an 899 impact specimen notcher (Tinius Olsen, Inc.). The applied energy was 22.55 J and the impact length was 335.0 mm.

도 8을 참조하면, 탄소섬유 강화 복합소재의 노치된 시편의 충격 강도가 개선되어, 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재, 0.25 wt% 아라미드 나노섬유 강화 및 0.25 중량 % 다중벽 탄소나노튜브 강화 시편에 대해 각각 386.1, 436.1 및 389.2 J / m에 도달하였다. Referring to Figure 8, the impact strength of the notched specimen of the carbon fiber reinforced composite material is improved, the carbon fiber reinforced composite material without a reinforcing agent, 0.25 wt% aramid nanofiber reinforcement and 0.25 wt% multi-walled carbon nanotube reinforcement 386.1, 436.1 and 389.2 J/m were reached for the specimens, respectively.

그 중 아라미드 나노섬유 필러는 충격 강도가 가장 높은 것으로 나타났다. 다중벽 탄소나노튜브 0.25 wt% 샘플은 아라미드 나노섬유 0.25 wt%보다 낮은 결과를 나타내었다. 이것은 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재가 충격을 받을 때, 아라미드 나노섬유가 나노섬유-매트릭스 스트레스 전달의 기회를 제공한다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 풍부한 기능성 그룹을 가진 아라미드 나노섬유는 균열의 전파를 방해하는 역할을 할 수 있다. 또한, 충격 파괴 에너지 (impact fracture energy)의 흡수를 위한 표면적이 증가할 것이다. Among them, the aramid nanofiber filler was found to have the highest impact strength. The 0.25 wt% multi-walled carbon nanotube sample showed lower results than 0.25 wt% aramid nanofibers. This can be explained by the fact that when a carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers is impacted, aramid nanofibers provide an opportunity for nanofiber-matrix stress transmission. Aramid nanofibers with abundant functional groups can play a role in interfering with the propagation of cracks. In addition, the surface area for absorption of impact fracture energy will increase.

동시에, 다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 경우는 실망스러운 결과를 보여줬다. 에폭시 수지가 기능기를 갖지 않아 다중벽 탄소나노튜브의 분산도가 상대적으로 낮기 때문인 것으로 생각된다. 외력이 시료에 가해질 때, 분산도가 낮은 탄소섬유 강화 복합소재의 나노 필러는 응력 (stress) 집중에 영향을 미쳐 izod 충격 에너지를 감소시킬 수 있다.At the same time, the case of the carbon fiber reinforced composite material reinforced with multi-walled carbon nanotubes showed disappointing results. It is believed that this is because the dispersion degree of the multi-walled carbon nanotubes is relatively low because the epoxy resin does not have a functional group. When an external force is applied to the sample, the nano-pillar of the carbon fiber reinforced composite material with low dispersion can affect the stress concentration, thereby reducing the izod impact energy.

종합적으로, 아라미드 나노섬유는 아라미드 섬유 / KOH / DMSO 용액의 제어된 탈양자화 및 용해 공정에 의해 성공적으로 수득할 수 있고, 아라미드 나노섬유는 탈이온수를 이용하여 아라미드 나노섬유 / KOH / DMSO 용액에서 쉽게 추출된다. 또한, 아라미드 나노섬유는 아라미드 섬유의 풍부한 극성 기능기와 같이, 실질적인 화학 구조를 유지할 수 있다. Overall, aramid nanofibers can be successfully obtained by the controlled deprotonation and dissolution process of aramid fibers / KOH / DMSO solution, and aramid nanofibers can be easily obtained from aramid nanofibers / KOH / DMSO solution using deionized water. Is extracted. In addition, aramid nanofibers can maintain a substantial chemical structure, such as the abundant polar functional groups of aramid fibers.

이러한 아라미드 나노섬유의 장점을 바탕으로, 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 경우, 풍부한 아라미드 나노섬유의 기능기로 인해, DMA 측정 결과에서 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 감쇠 특성이 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 및 다중벽 탄소나노튜브로 보강된 탄소섬유 강화 복합소재보다 더 향상되었음을 보여준다. Based on these advantages of aramid nanofibers, in the case of a carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers, attenuation of the carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers in DMA measurement results due to the rich functional groups of aramid nanofiber It shows that the properties are more improved than the carbon fiber reinforced composite material without reinforcing agent and the carbon fiber reinforced composite material reinforced with multi-walled carbon nanotubes.

충격 시험의 결과는 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 노치된 시편의 충격 강도가, 나노섬유-매트릭스 응력 전달의 기회를 제공하고 표면적을 증가시킴으로써 충격 에너지를 흡수한다는 사실 때문에, 나머지 탄소섬유 강화 복합소재들의 노치된 시편의 충격 강도보다 높다는 것을 보여준다. The results of the impact test are due to the fact that the impact strength of the notched specimen of the carbon fiber reinforced composite material reinforced with aramid nanofibers absorbs the impact energy by increasing the surface area and providing the opportunity for nanofiber-matrix stress transfer. It is shown that the impact strength of the fiber-reinforced composites is higher than that of the notched specimens.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it is obvious that these specific techniques are only preferred embodiments for those of ordinary skill in the art, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (11)

아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지; 및
탄소섬유;를 포함하고,
상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 상기 탄소섬유에 함침된 것인, 탄소섬유 강화 복합소재.
Thermosetting resin in which aramid nanofibers are dispersed; And
Including; carbon fiber;
The thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed is impregnated with the carbon fiber, a carbon fiber-reinforced composite material.
제1항에 있어서,
상기 열경화성 수지는 에폭시 수지인, 탄소섬유 강화 복합소재.
The method of claim 1,
The thermosetting resin is an epoxy resin, a carbon fiber reinforced composite material.
제1항에 있어서,
열경화성 수지 내 아라미드 나노섬유의 함량은 0.05 내지 1 중량%인, 탄소섬유 강화 복합소재.
The method of claim 1,
The content of the aramid nanofibers in the thermosetting resin is 0.05 to 1% by weight, carbon fiber reinforced composite material.
제1항에 있어서,
상기 아라미드 나노섬유의 직경은 50 내지 300 nm인, 탄소섬유 강화 복합소재.
The method of claim 1,
The diameter of the aramid nanofibers is 50 to 300 nm, carbon fiber reinforced composite material.
제1항에 있어서,
상기 아라미드 나노섬유의 종횡비는 1:5 내지 1:50인, 탄소섬유 강화 복합소재.
The method of claim 1,
The aspect ratio of the aramid nanofibers is 1:5 to 1:50, carbon fiber reinforced composite material.
제1항에 있어서,
상기 아라미드 나노섬유는 파라계 아라미드 (para-aramid) 나노섬유인, 탄소섬유 강화 복합소재.
The method of claim 1,
The aramid nanofibers are para-aramid nanofibers, carbon fiber reinforced composite material.
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유는 탄소섬유 직물 (woven carbon fiber)인, 탄소섬유 강화 복합소재.
The method of claim 1,
The carbon fiber is a carbon fiber fabric (woven carbon fiber), a carbon fiber reinforced composite material.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법으로서,
아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계;
아라미드 나노섬유를 열경화성 수지에 분산시키는 단계; 및
아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
A method for producing a carbon fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 7,
Preparing aramid nanofibers using aramid fibers;
Dispersing the aramid nanofibers in a thermosetting resin; And
A method for producing a carbon fiber-reinforced composite material comprising a step of impregnating the carbon fiber with a thermosetting resin in which aramid nanofibers are dispersed.
제8항에 있어서,
아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계는, 아라미드 섬유를 수산화 칼륨 (KOH) 및 디메틸 설폭사이드 (DMSO)를 포함하는 용액에 첨가하여 수행되는 것인, 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
The method of claim 8,
The step of preparing aramid nanofibers using aramid fibers is performed by adding aramid fibers to a solution containing potassium hydroxide (KOH) and dimethyl sulfoxide (DMSO).
제8항에 있어서,
상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계는, 핸드 레이 업 방식 (hand-ray up method)에 의하여 수행되는 것인, 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
The method of claim 8,
The step of impregnating the carbon fiber with the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed is performed by a hand-ray up method.
제8항에 있어서,
상기 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법은,
상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계 이후, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계;를 더 포함하고,
상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계는 진공 성형 공정 (vacuum bagging process)에 의하여 수행되는 것인, 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
The method of claim 8,
The manufacturing method of the carbon fiber reinforced composite material,
After the step of impregnating the carbon fiber with the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed, curing the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed; further comprising,
The step of curing the thermosetting resin in which the aramid nanofibers are dispersed is performed by a vacuum bagging process.
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