KR20210039276A - 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물과, 상기 수지 결합제 조성물을 사용하는 방법 및 상기 수지 결합제 조성물을 이용하여 제조된 토우 프리프레그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토우 프레그용 수지 결합제 조성물과, 그 사용방법 및 상기 수지 접착제를 사용하여 제조된 토우 프리프레그를 제공한다.
본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은 열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여 왁스 0.1 ~ 5 중량부를 추가적으로 투입하여 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 제조하며; 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cps 이고, 가열시 40 ℃ ~ 55 ℃에서 800 ~ 3,000 cps 를 이루고 있으며; 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 상태가 상온에서는 끈적끈적한 느낌의 점조액상으로 존재하지만, 유동성을 갖는 액상으로 전환되어지는 것;을 특징으로 한다.

Description

토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물과, 상기 수지 결합제 조성물을 사용하는 방법 및 상기 수지 결합제 조성물을 이용하여 제조된 토우 프리프레그 {The resin binder composition for producing tow preg, Method of using the same and Tow prepreg produced by using the same}

본 발명은 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물과, 상기 수지 결합제 조성물을 사용하는 방법 및 상기 수지 결합제 조성물을 이용하여 제조된 토우 프리프레그에 관한 것으로서, 상온에서 점성(Taky)이 있으면서도 인접한 수지조성물이 서로 달라붙지 않는 상태를 유지할 수 있는 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물과, 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 토우 프레그를 제조하기 위하여 사용하는 방법 및 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 사용하여 제조된 중간단계의 토우 프리프레그에 관한 것이다.

오늘날 고압의 압력 조건하에서 그 내부의 액체 성분이나 기체성분을 보관하는 압력용기와, 공기의 저항을 받으면서 고속으로 날아가는 항공기의 날개 블레이드 등과 같은 기구 내지 부속품들은 전통적으로 금속재질을 사용해오고 있었으나, 점차적으로 탄소섬유와 같은 재질로 대체되어지고 있다.

탄소섬유 재질은 가볍고 강인한 특성이 있으므로, 다수의 탄소섬유 필라멘트를 하나의 다발형태로 만들고, 그 다발형태의 탄소섬유를 이용하여 이들을 적층시키거나 다발형태의 탄소섬유를 와인딩시켜서 제품화할 경우, 종래의 금속 재질에 의한 압력용기 또는 항공기 날개를 블레이드 등을 탄소섬유 재질로 대체할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에서는 상기 다발형태의 탄소섬유 묶음을 단순히 탄소섬유라고 표기하고 있다. 이 경우, 다수의 탄소섬유들을 서로 간에 결합시켜주는 결합제(binding agent)가 필요한데, 결합제로서 에폭시 수지를 주로 사용하고 있다. 에폭시 수지는 열경화성 수지의 대표적인 예로서 그 자체로서 강인한 특성을 가지고 있기도 하다.

일반적으로 많이 사용되고 있는 압력용기는 전통적으로 금속을 이용하여 제조되었으나, 그 구조체의 중량이 무겁고 쉽게 부식되는 특성이 있으며 제조단가가 비교적 높다는 단점이 있어서, 오늘날에는 원통형 또는 구형의 성형품을 만들고 여기에 미세한 필라멘트를 감아서 제조하는 필라멘트 와인딩법이 개발되어 사용되고 있다.

필라멘트 와인딩법은 저점도 수지를 포함한 함침조에 강화용 섬유(필라멘트)를 침적시키고, 침적된 필라멘트로부터 과도한 수지를 제거한 후에, 그 강화용 섬유를 곧바로 원통형이나 구형의 성형품 형태에 감거나 적층시켜서, 최종적인 목적물인 압력용기 또는 압력 도관을 완성하게 된다.

첨부된 도 1은 종래의 습식 필라멘트 와인딩법을 개략적으로 나타낸 개념도로서, 도 1a는 강화섬유를 권취된 상태에서 풀고, 함침조를 통과시켜 액상 배합액을 도포하고, 이어서 곧바로 성형체에 권취하는 모습을 개념화한 것이고, 도 1b는 상기 배합액의 주성분인 에폭시 수지의 상태를 개념화하여 나타낸 것이다.

습식 필라멘트 와인딩법은, 오늘날 널리 알려져 있고, 가장 보편적으로 사용되고 있는 방법이다.

종래의 습식 필라멘트 와인딩법은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 강화섬유를 풀어내어, 함침조에 담그고 꺼내서, 강화섬유의 주위에 액상의 에폭시 수지를 피복시킨다. 에폭시 수지로 피복된 강화 섬유는 롤러 사이를 통과시키면서 과량의 에폭시 수지를 제거하고 적정량으로 조절되어지고, 이어서 프레그용 보빈 또는 플라스틱 성형체에 감겨지게 된다. 상기 프레그용 보빈 또는 상기 플라스틱 성형체에 감겨진 강화 섬유는 고온의 열을 가하여, 상기 에폭시 수지를 경화시킴으로써, 강하고 견고한 용기의 프레그 제품이 완성되어지는 것이다.

그런데, 종래의 습식 필라멘트 와인딩법에 의하면, 상기 함침조에서 나와서 상기 롤러의 사이를 지나는 과정에서, 상기 강화용 섬유 중의 일부 필라멘트가 상기 롤러에 달라붙기도 하고, 상기 강화용 섬유 중의 일부 필라멘트가 상기 프레그용 보빈 또는 플라스틱 성형체에 감겨지기 전에 부분적으로 필라멘트가 끊어져서 보푸라기가 발생하기도 한다. 상기 강화용 섬유에서 보푸라기가 발생될 경우에는, 작업 자체가 어려움을 겪을 뿐만 아니라, 최종제품의 품질이 낮아져서, 제품 자체를 폐기처분해야 하는 상황을 맞이하기도 한다. 이것은 최종제품이 고압의 압력용기라는 점을 고려하면 그 이유를 간단히 알 수 있게 된다.

또한, 종래의 습식 필라멘트 와인딩법에 의하면, 상기 프레그용 보빈 또는 플라스틱 성형체에 상기 강화용 섬유가 감겨진 상태에서, 여전히 액상의 에폭시 수지로 존재하기 때문에, 그 표면이 끈적끈적하고, 안정된 상태를 유지하기 어렵다. 이를 보관하고자 할 경우, 그 표면에 각종 물질이 오염될 염려가 있기 때문이다.

따라서, 도 1과 같은 종래의 습식 필라멘트 와인딩법을 이용할 경우에는, 상기 함침조에서 강화섬유를 침적시키고 꺼내어 플라스틱 성형체에 권취시킨 후에, 곧바로 성형작업에 들어가지 않으면 안되는 단점이 존재할 수밖에 없었고, 또한 일관공정으로 진행하지 않을 수 없었다.

이와 같은 습식 필라멘트 와인딩법의 한계를 극복하기 위하여 등장한 기술이 습식 반경화 프리프레그 제조방법에 관한 것이다. 상기 습식 반경화 프리프레그 제조방법은, 그 명칭에서 알 수 있는 바와 같이, 함침조에서 직접 최종제품용 성형체에 권취시키지 않고, 그 중간에 별도의 프리프레그를 제조하는 방식이다. 이 방식에 관한 대표적인 사례가 대한민국 특허등록 제 10-1898394호에 관한 기술이고, 이 방식을 간략히 나타낸 것이 첨부된 도 2로 제시한 개념도이다.

종래의 습식 반경화 프리프레그 제조방법은, 상기 대한민국 특허등록 제 10-1898394호 및 도 2a에 소개된 바와 같이, 상기 함침조를 나온 강화섬유 및 에폭시 수지를 반경화된 상태(B-Stage)로 만들고, 다시 도 2b에 도시된 바와 같이, 반경화된 상태(B-Stage)의 강화섬유 및 에폭시 수지를 프레그용 보빈에 감아서 완전히 경화된 상태(C-Stage)의 성형체를 만드는 방법이다. 도 2c는 전체적인 과정을 통합하여 나타낸 개념도이다.

종래의 습식 반경화 프리프레그 제조방법에 의할 경우, 액상을 이루고 있던 에폭시 수지(A-Stage)가 일부 경화되어지면서, 끈적끈적한 액상에서 반 고형화된 상태(B-Stage)를 이루게 되고, 또한 보빈에 감긴 강화섬유들이 서로 달라붙지 않고, 나중에 보빈에서 권취된 강화섬유를 풀어헤칠 경우에도 비교적 잘 풀어지게 된다. 이는 액상의 에폭시 수지(A-Stage)가 반경화됨(B-Stage)으로써, 끈적끈적한 성질이 없어지고, 비교적 물렁물렁하면서도 일부 딱딱한 성질을 가지게 되었기 때문에 가능한 것이다.

이 방식은 상기 강화섬유 및 그 주위에 피복된 에폭시 수지를 함침조에서 꺼낸 다음, 상기 보빈에 권취시키기 전에, 상기 강화섬유 및 에폭시 수지에 고온의 열을 가해주게 된다. 이 경우, 고온의 열에 의해 에폭시 수지에 내포되어 있던 경화제 또는 경화개시제가 일부 경화반응을 일으켜서, 상기 강화섬유의 주위를 약간 딱딱한 형태로 전환시키고, 그 상태에서 프리프레그용 보빈에 상기 강화섬유를 권취시키는 것이다. 이를 위하여, 상기 에폭시 수지가 피복된 강화섬유를 가열 챔버를 통과하도록 하고, 그 가열챔버의 내부 환경은 일반적으로 80℃ 내지 100℃ 정도의 온도를 유지하고, 그 내부에서 대략 2분 내지 10분 정도의 시간을 경유한 후 외부로 진행하도록 하고 있다.

그러나, 이 방법은 상기 강화섬유에 피복된 에폭시 수지를 일부 경화반응시킬 경우, 그 상태에서는 일부 경화된 상태를 이루고 있지만, 시간이 경과됨에 따라, 경화반응이 계속적으로 일어남으로 인하여, 프리프레그 제품을 오랫동안 보관할 수 없는 단점을 가지고 있다. 일단 경화개시제가 경화반응을 일으키게 되면, 그 이후에는 자동적으로 경화반응을 일으키게 되는데, 이러한 화학반응을 중단시키고, 다시 필요한 때에 경화반응을 재개할 수 있는 수단이 없기 때문이다. 이는 상기 경화반응이 일종의 화학 반응이고, 그러한 화학반응을 일시적으로 중단시키거나 수간적으로 다시 재개시킬 수 있는 별도의 화학반응 메카니즘을 가지고 있지 못하기 때문이기도 하다.

결과적으로, 상기 습식 반경화 프리프레그 제조방법은 그 이전에 존재하였던 습식 필라멘트 와인딩법의 단점을 일부 극복하기는 하였지만, 그 내부에서 일어난 경화반응을 차단시킬 수 없고, 시간이 경과될 수록 프리프레그 제품은 점점 더 경화반응을 일으키게 되므로, 최종 제품의 성능에 악 영향을 미치게 되는 단점을 극복할 수 없는 것이다.

종래의 기술로서는 다음과 같은 사례가 대표적인 것으로 여겨진다.

대한민국 특허등록 제10-1898394호 "에폭시 수지 조성물을 포함하는 토우프레그" ; 대한민국 공개특허 제10-2014-53916호 "프리프레그 및 섬유강화 복합재료"; 대한민국 공개특허 제10-2018-31392호 "탄소섬유토우 프리프레그 브레이딩 듀브 프레임의 제조방법"; 일본 공개특허 특개 2019-59911 호 "에폭시 수지 조성물, 에폭시 수지가 함침된 토우프리프레그 및 탄소섬유강화 플라스틱"; . 일본 공개특허 특개평 05-262903호 "저온 경화형 프리프레그용 에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 프리프레그".

본 발명은 액상의 에폭시 수지의 경화반응을 일으키지 않으면서도 프리프레그 제품을 제조할 수 있는 프리프레그 제조용 액상의 에폭시 수지 배합액 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 프리프레그 제조용 액상의 에폭시 수지 배합액 조성물을 이용하여 토우 프레그용 프리프레그를 제조하는 방법을 제공하는데 제 2의 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 토우 프레그용 프리프레그를 제조하는 방법을 이용하여 얻어지는 토우 프레그용 프리프레그를 제공하는데 제 3의 목적이 있다.

본 발명은 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 제공한다.

본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은, 열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여, 왁스 0.1 내지 5 중량부를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은 열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여, 왁스 0.1 내지 5 중량부를 포함하여 토우 프레그 제조용 배합액을 만들고, 상기 토우 프레그 제조용 배합액은, 그의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cps 이고, 가열시 40 ℃ ~ 55 ℃에서 800 ~ 3,000 cps 를 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토우 프레그 제조용 배합액은, 상온에서는 점조액상으로 끈적끈적한 느낌의 핫멜트형 접착제 조성물을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 토우 프레그용 프리프레그를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의한 토우 프레그용 프리프레그를 제조하는 방법은, 상기 토우 프레그 제조용 배합액을 40 ℃ 이상의 온도로 가열시켜서 그의 점도를 800 ~ 3,000 cps 의 범위로 조정하여 저점도 결합제 용액으로 전환시켜 놓고, 상기 저점도 결합제 용액을 강화 섬유 필라멘트에 피복시키며, 저점도 결합제 용액으로 피복된 상기 강화 섬유 필라멘트를 상온으로 냉각시켜서 점조액상의 끈적끈적하면서도 서로 달라붙지 않는 상태로 전환시키고, 상기 강화 섬유 필라멘트를 복층으로 펼쳐서 보관하거나 보빈에 복층으로 와인딩시키는 단계로 진행될 수 있다. 이러한 방식으로 진행되어지면, 토우 프레그용 프리프레그 제품이 얻어지게 된다.

본 발명에 의해 완성된 토우 프레그용 프리프레그 제품은, 종래의 방식과 같은 중간 가열단계 또는 중간의 가열 챔버를 지나지 않게 되므로, 침적조에 존재하고 있던 에폭시 수지와 동일하게 액상수지 상태(A-Stage)를 그대로 유지하게 된다.

상기 토우 프레그용 프리프레그 제품은 와인딩된 보빈에서 강화 섬유 필라멘트를 해사하여 풀어주고, 미리 준비된 성형체에 와인딩시켜서, 가볍고 강인한 압력용기와 같은 최종 제품을 만드는데 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 토우 프레그용 프리프레그 제품은 아직 경화된 사실이 없으므로, 시간이 경과되어도, 경화가 진행되지 않으며, 액상수지 상태(A-Stage)를 그대로 유지하게 된다.

상기 프리프레그가 펼쳐진 상태로 보관되었을 경우, 필요한 시점에 이를 다시 꺼내어 사용함으로써, 항공기의 날개, 풍력발전기의 날개, 고압의 이송관 등에 사용될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은 토우 프레그 제조용 배합액을 강화 섬유 필라멘트에 피복시키고, 상기 토우 프레그 제조용 배합액이 피복된 강화 섬유 필라멘트를 스풀(보빈)에 감아서 프리프레그를 제조하는 1단계 작업을 수행하고, 상기 1단계 작업을 수행한 이후, 적절한 시점에 상기 프리프레그에서 강화 섬유 필라멘트를 풀어서 성형체에 다시 와인딩하여 최종 성형체를 완성하고, 상기 최종 성형체를 경화시켜서 제품을 완성하는 2단계 작업으로 수행될 수 있다.

상기 1단계 작업을 통하여 얻어진 토우 프리프레그 제품은 상온에서 6 개월 이상 보관할 수 있고, 5 ℃ 또는 그 이하의 온도에서는 1 년 이상 보관할 수 있다.

본 발명은 함침조에서 나와서 롤러의 사이를 지나는 과정에서, 강화용 섬유 중의 일부 필라멘트가 상기 롤러에 달라붙지 않으며, 상기 일부 필라멘트가 끊어지거나 보푸라기가 발생하지 않게 되므로, 최종 제품의 품질을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 토우 프리프레그 제품이 경화되지 않은 상태에서 그 주변에 존재하는 강화 섬유 필라멘트와 달라붙지 않으므로, 다시 최종 제품을 제조하기 위해 해사할 경우에도, 양호하게 해사되어지는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 토우 프리프레그 제품이 경화되지 않은 상태에서 보관되므로, 시간이 경과될 때에도 경화반응이 진행되지 않으며, 이로 인하여 통상의 실온에서는 6개월 이상, 5 ℃ 이하의 저온에서는 1년 이상을 보관할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 1단계 작업을 통하여 토우 프리프레그를 만들고, 필요에 따라 적절한 시점을 선택하여 2단계 작업을 수행할 수 있는 장점도 있다. 본 발명은 상기 2단계를 수행할 경우, 종래의 습식 와인딩법에 비하여 4배 정도 빨리 진행될 수 있고, 이로 인하여 생산성이 훨씬 향상되는 장점도 있다.

도 1은 종래의 습식 필라멘트 와인딩법의 개략적인 개념도이고,
도 2는 종래의 습식 반경화 프리프레그 제조방법에 관한 개략적인 개념도로서,
도 2a는 함침조를 나온 에폭시 수지의 반경화된 상태(B-Stage)를 나타내고,
도 2b는 반경화된 상태(B-Stage)의 수지에서 경화된 상태(C-Stage)로 성형체를 만들고 있는 모습을 나타내고 있으며,
도 2c는 전체적인 과정을 통합하여 나타낸 개념도이며,
도 3은 본 발명의 토우 프리프레그에 관한 개념도로서,
도 3a는 함침조를 나온 에폭시 수지의 액상 상태(A-Stage)를 나타내고,
도 3b는 본 발명의 "점조-슬립성" 액상 상태(A-Stage)의 프리프레그를 이용하여 성형체(C-Stage)를 만들고 있는 모습을 나타내고 있으며,
도 3c는 도 3b의 모습을 개념화한 것이고,
도 3d는 전체적인 과정을 통합하여 나타낸 개념도이며,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 함침조와 롤러 및 강화 섬유 필라멘트의 상태를 나타낸 사진자료이고,
도 5는 본 발명의 비교실시예 1 - 1에 관한 함침조와 롤러 및 강화 섬유 필라멘트의 상태를 나타낸 사진자료이며,
도 6은 본 발명의 비교실시예 1 - 2에 관한 함침조와 롤러 및 강화 섬유 필라멘트의 상태를 나타낸 사진자료이다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적이고 상세하게 설명한다. 본 발명에서 제공되는 구체적인 수치 또는 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 양태로서, 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다. 또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 제공한다.

본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은, 열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여, 왁스 0.1 내지 5 중량부를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 열경화성 에폭시 수지 화합물은 토우 프레그 성형체를 제조하기 위하여 강화 섬유에 사용되는 바인더 성분으로 사용되어진다.

본 발명은 상기 열경화성 에폭시 수지 화합물을 이 기술분야에서 통상적으로 사용되고 있는 에폭시 수지 및 그 첨가물을 이용할 수 있다. 상기 열경화성 에폭시 수지 화합물은 열경화성 에폭시 수지 70 ~ 90 중량부와 잠재성 경화제 10 ~ 30 중량부로 이루어진 에폭시 화합물을 구성하는 것이 바람직하다.

상기 열경화성 에폭시 수지는 비스페놀A형 에폭시 수지와, 노볼락 변성 비스페놀A형 에폭시 수지와, 우레탄 변성 비스페놀A형 에폭시 수지와, 난연성 에폭시 수지로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 구성될 수 있다. 상기 열경화성 에폭시 수지는 열을 받을 경우, 에폭시 결합이 개환되어 경화되어지는 수지로서, 이들을 혼합하여 사용할 경우 이들 사이의 구성비율은 구체적인 작업조건에 따라 달라질 수 있다. 상기 열경화성 에폭시 수지는 액상으로 존재할 수 있다.

상기 열경화성 에폭시 수지는 70 중량부 이하로 형성될 경우, 에폭시 성분이 약하여 접착력이 약한 반면에, 90 중량부 이상으로 포함될 경우 경화제 및 첨가제의 성분이 약하여 바람직스럽지 못하다.

상기 경화제는 에폭시수지를 고온에서 경화시켜주고, 상온에서는 경화반응을 일으키지 않지만, 고온에서 경화반응을 일으키는 잠재성 경화제를 사용하는 것이 바람직하다. 잠재성 경화제는 상온 또는 저온에서는 경화반응을 일으키지 않지만, 고온에서 경화반응을 일으키는 경화제를 의미한다. 이는 본 발명에 의한 수지 결합제 조성물이 상온에서는 경화반응을 일으키지 않도록 하고, 특정한 온도의 고온 이상에서 경화반응을 유도하기 위하여 사용된 것이다. 잠재성 경화제는 100 ℃ 이상의 고온에서 경화반응을 일으키는 것이 바람직하다. 잠재성 경화제는 페놀계 경화제가 더욱 바람직하다. 녹는 점이 170℃인 아민계 촉진 잠재성 경화제를 사용할 수 있다. 상기 페놀계 경화제는 아민기 당량이 200 ~ 300인 크레졸 노볼락 에폭시계 페놀 경화제 또는 노볼락 에폭시계 페놀 경화제를 예시할 수 있다.

상기 경화제는 10 중량부 이하로 포함될 경우 경화반응이 느려지게 되는 반면에, 30 중량부 이상으로 포함될 경우 경화반응이 너무 신속하게 진행되므로, 바람직스럽지 못하다.

상기 경화제는 분말상태의 제품을 사용하는 것이 바람직하다. 분말상의 경화제를 이용할 경우, 상기 에폭시 수지와 혼합되어 점성이 상승하게 되고 상온에서 점조액상을 이루도록 하기 위함이다. 경화제로서 액상 경화제를 사용할 경우, 최종 제품의 경우에도 액상 조성물이 될 수 있으므로, 바람직스럽지 못하다.

상기 경화제는 경화촉진제를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 경화촉진제는 고온에 도달하게 될 경우 경화반응을 유도하고, 경화반응을 촉진시켜주게 된다.

상기 경화촉진제의 경우에도 분말상의 제품을 사용하는 것이 바람직하다. 분말상의 경화촉진제를 사용할 경우에 최종 수지 결합제의 조성물이 상온에서 점성이 매우 높은 핫멜트형으로 제조될 수 있기 때문이다.

상기 경화 촉진제는 트리페닐포스핀, 벤질트리페닐포스포늄 클로라이드, 부틸트리페닐포스포늄 클로라이드, 테트라페닐 포스포늄 클로라이드, 1-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 1,5-디메틸이미다졸, 2-부틸-5-클로로-1H-이미다졸-4-카발데하이드, 비닐이미다졸, 클림바졸, 1,1-카보닐디이미다졸, 3차-부틸 디메틸실릴클로라이드, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-에틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸 및 2-부틸이미다졸, 1,1-(4-Methyl-m-phenylene) bis(3,3')로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 경화 촉진제는 상온 안정성이 우수하며, 100℃ 이상에서 반응이 활성화 되어서, 경화반응을 활발히 진행될 수 있도록 해준다.

본 발명은 상기 에폭시 화합물 100 중량부에 대해 왁스 0.1 ~ 5 중량부를 추가적으로 투입하여 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 제조한다.

상기 왁스는 상온에서 최종적인 수지 결합제 조성물이 양호한 "점조-슬립성"을 발휘할 수 있도록 하기 위하여 투여되어진다. 본 발명의 명세서에 있어서 "점조-슬립성"이라 함은, 상온의 온도조건하에서, 제1 재료의 표면에 부착된 수지 결합제 조성물이 그것과 다른 제2 재료의 표면에 부착된 수지 결합제 조성물과 서로 접촉하였을 경우, 상기 제1 재료의 표면에 부착된 수지 결합제 조성물과 상기 제2 재료의 표면에 부착된 수지 결합제 조성물이 서로 촉촉한 상태를 유지하지만 서로 달라붙지 않고, 상호간에 독립적으로 각각 부착된 상태를 유지할 수 있는 성질을 의미한다. 따라서, 어떤 수지 결합제 조성물의 "점조-슬립성"이 양호할 경우, 그 수지 결합제 조성물은 끈적거리지 않을 뿐만 아니라, 일단 어느 재료의 표면에 부착되어 있을 경우, 다른 재료의 표면에 부착된 결합제 조성물로부터 영향을 받지 않고, 원래의 결합제로서의 성질을 그대로 발휘하게 되는 것이다.

상기 왁스는 CERAFOUR 990 시리어즈와 같은 합성수지 왁스 제품을 예시할 수 있다. 합성수지 왁스 계열은 상온에서는 고상이지만 고온 100℃ 이상에서는 액상으로 변하여 경화제 수지와 강화 섬유 필라멘트 사이에 침투하여 다른 물성에 큰 영향을 주지 않는다. 상기 첨가제를 0.1 중량부 이하로 포함할 경우, 상온에서 "점조-슬립성"이 약한 반면에, 5 중량부 이상으로 포함할 경우 상온에서 투여된 양에 비례하여 "점조-슬립성"이 상승하지 않으므로 바람직스럽지 못하다.

본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은, 열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여, 왁스 0.1 내지 5 중량부를 포함하고 있는 경우, 그의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cps 이고, 가열시 40 ℃ ~ 55 ℃에서 800 ~ 3,000 cps 를 이루게 된다.

본 발명은 가열시에 그 점도가 낮아지게 되고, 이로 인하여 액상을 이루게 되는데, 그 온도 범위는 40 ℃ ~ 55 ℃로 조절하고, 그 온도 범위에서 그 점도는 800 ~ 3,000 cps 를 이루도록 하는 것이 특징이다. 이러한 특징은 강화섬유를 침적시켰을 경우, 그 주변에 충분한 피복층을 형성하게 되고, 일련의 연속공정으로 진행하였을 때에도 역시 변함없이 충분한 피복층을 형성할 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은 상온에 이르게 될 경우, 그 점도가 높아지는 것이지만, 그 범위는 10,000 ~ 20,000 cps 정도를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 특징은 일단 강화섬유의 주변에 피복되어 있는 수지 결합제가 액상에서 말랑말랑한 정도의 고상을 이루도록 해주고, 그 상태에서 다른 강화섬유의 주변에 피복되어 있는 수지 결합제와 달라붙지 않게 해주기 때문이다.

결과적으로, 본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은 상온에 놓여있을 경우에는 점조액상으로 끈적끈적한 느낌의 핫멜트형 접착제 조성물로 변화되어지는 것을 의미한다.

본 발명에 의한 토우 프레그용 수지 결합제 조성물은, 그 조성물의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cp 이고, 상온에서는 끈적끈적한 점조액상으로 존재한다. 이것은 상온에서 에폭시 결합제가 액상을 이루고 있는 종래의 결합제와는 전혀 다른 것임을 의미한다. 이 상태에서, 본 발명의 열경화성 수지 조성물은 끈적끈적하면서도 손에 잘 달라붙지 않으며 조청과 같은 느낌을 갖는다.

본 발명에 의한 토우 프레그용 열경화성 수지 조성물은, 그 조성물의 점도가 40 ℃ ~ 55 ℃에서 800 ~ 3,000 cps 의 범위를 이루고 있다. 이러한 점도는 통상적인 에폭시 수지 결합제의 점도와 동일한 정도이므로, 위의 온도 범위에서 액상의 형태를 이루게 됨을 의미한다.

따라서, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은, 상온에서 끈적끈적하면서 딱딱한 느낌을 주지 않고 부드러운 느낌을 주며, 외부에서 힘을 가하게 되면 물렁물렁하게 변형되어지므로, 비정형적인 형상의 핫멜트형 수지 결합제 조성물이라고 할 수 있으며, 가열하여 온도를 높여주게 되면 점도가 낮아져서 액상으로 전환되어지는 특성을 가지고 있다.

본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은 색상을 가미할 수 있는 안료를 전체 조성물에 대하여 5 ~ 30 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 안료는 최종 제품에 소정의 색상을 가미하고자 할 경우, 선택적으로 사용될 수 있고, 이 기술분야에서 사용될 수 있는 한, 색상의 범위에 특별히 제한될 필요가 없다.

또한, 본 발명은 상기 토우 프레그용 프리프레그를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의한 토우 프레그용 프리프레그를 제조하는 방법은, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 제조한다. 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은, 열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여, 왁스 0.1 내지 5 중량부를 투입하고 균일하게 혼련시켜 제조할 수 있다. 상기 열경화성 에폭시 수지 화합물은 위에서 설명한 바와 같은 에폭시 수지 및 그 첨가제들을 투입하고, 상기 왁스 성분을 투입한 다음, 이들을 혼련시켜서 제조할 수 있다.

상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은 그의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cps 이고, 가열시 40 ℃ ~ 55 ℃에서 800 ~ 3,000 cps 를 이루게 되고, 상온에서는 점조슬립성을 가지게 된다.

본 발명에 의한 토우 프레그용 프리프레그를 제조하는 방법은, 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 함침조에 투입하고, 함침조를 가열하여 그 내부 온도를 40 ℃ ~ 55 ℃ 범위로 조절한다. 이때, 상기 함침조의 내부에 존재하는 수지결합제 조성물은 그의 점도를 800 ~ 3,000 cps 의 범위로 유지하게 된다.

스풀에서 와인딩되어 있던 강화섬유 필라멘트를 풀어주면서, 상기 함침조에 담가주고, 이어서 롤러를 통하여 잡아당기면서 그 주변의 과량의 수지결합제 조성물을 제거한다. 상기 롤러를 거쳐서 나온 강화섬유 필라멘트는 상온의 온도에 노출되어지므로, 강화섬유 필라멘트의 주변에 피복되어 있던 수지결합제 조성물은 점조액상의 끈적끈적하면서도 서로 달라붙지 않는 상태로 전환되어진다.

상기 강화섬유 필라멘트를 복층으로 펼쳐서 보관하거나 보빈에 복층으로 권취시켜서 중간단계의 제품으로 만든다. 이러한 방식으로 진행되어지면, 토우 프레그용 프리프레그 제품이 얻어지게 된다.

본 발명에 의해 완성된 토우 프레그용 프리프레그 제품은, 종래의 방식과 같은 중간 가열단계 또는 중간의 가열 챔버를 지나지 않게 되므로, 침적조에 존재하고 있던 에폭시 수지와 동일하게 액상수지 상태(A-Stage)를 그대로 유지하게 된다.

상기 토우 프레그용 프리프레그 제품은 와인딩된 보빈에서 강화 섬유 필라멘트를 해사하여 풀어주고, 미리 준비된 성형체에 와인딩시켜서, 가볍고 강인한 압력용기와 같은 최종 제품을 만드는데 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 토우 프레그용 프리프레그 제품은 아직 경화된 사실이 없으므로, 시간이 경과되어도, 경화가 진행되지 않으며, 액상수지 상태(A-Stage)를 그대로 유지하게 된다.

상기 프리프레그가 펼쳐진 상태로 보관되었을 경우, 필요한 시점에 이를 다시 꺼내어 사용함으로써, 항공기의 날개, 풍력발전기의 날개, 고압의 이송관 등에 사용될 수도 있다.

결과적으로, 본 발명의 방법으로 제조된 토우 프레그용 프리프레그 제품은 액상의 에폭시 수지 성분이 경화반응을 아직 이루지 아니하였으므로, 장기간 보관할 경우에도, 경화반응이 일어날 가능성이 없고, 이로 인하여 6개월 이상 장기간 보관될 수 있는 장점이 있다.

한편, 선행기술의 경우, 성형체의 제조시 겨우 170여 시간을 보관할 수 있는 것으로 기재되어 있으나, 이는 겨우 그 보관기간이 7일 정도에 머무는 것임을 알 수 있는 바, 본 발명에 의한 프리프레그 제품의 보관 성능이 얼마나 크게 차이가 있는 것인지의 여부를 객관적으로 확인할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 사용방법을 제공한다.

본 발명은, 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 40℃ 이상의 온도로 가열시켜서 그의 점도를 800 ~ 3000 cps 의 범위로 조정하여 저점도 결합제 용액으로 전환시켜 놓는 제 1 단계를 포함하고 있다.

상기 제 1 단계는, 위에서 설명한 점조액상의 수지 결합제 조성물을 상온에서 그대로 사용할 수 없으며, 이를 액상 용액으로 전환시켜 사용한다. 이를 위하여, 침적조와 같은 용기 내에 점조액상의 수지 결합제 조성물을 집어넣고, 외부에서 열을 가하여 40 ℃ 이상의 온도로 가열시킨다. 40 ℃ 이상의 온도로 가열시킬 경우, 상기 점조액상의 수지 결합제 조성물이 서서히 녹아들어서, 그 점도가 800 cps 내지 3,000cps를 이루게 된다. 상기 수지 결합제 조성물의 점도가 위의 범위에 속할 경우, 통상의 액상 에폭시 수지의 점도와 대등하게 되므로, 위의 점도가 얻어질 때까지 가열하는 것이 바람직하다. 이는 종래의 습식 방식과는 달리, 일단 가열된 상태에서, 본 발명에 의한 수지 결합제 조성물을 사용함을 의미한다.

본 발명은, 상기 저점도 결합제 용액을 강화 섬유 필라멘트에 피복시키는 제 2 단계를 포함하고 있다.

상기 강화 섬유 필라멘트는 단섬유와 단섬유가 복수로 형성된 필라멘트 다발을 포함하고 있다. 또한, 상기 강화 섬유 필라멘트는 금속 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 의미한다.

상기 제 2 단계는 강화 섬유 필라멘트의 외부 표면에 상기 수지 결합제 조성물을 입혀주는 과정인데, 이러한 피복 방식은 통상의 방법으로 시행될 수 있다.

상기 제 2 단계는 침적조와 같은 용기 내에 본 발명의 수지 결합제 조성물을 채워넣고, 그곳에 강화 섬유 필라멘트를 침적시키고 꺼내서, 상기 강화섬유 필라멘트의 주위에 저점도 용액의 수지 결합제 조성물을 피복시키거나, 닥터 블레이드법 또는 인젝션 방식으로 상기 저점도 용액의 수지 결합제 조성물을 피복시킬 수 있다.

본 발명은, 저점도 결합제 용액으로 피복된 상기 강화 섬유 필라멘트를 상온으로 냉각시키는 제 3 단계를 포함하고 있다.

상기 제 3 단계는, 저점도의 결합제 조성물이 고온 상태에서 저온 상태로 전환되어지는 과정에서, 고점도의 결합제 조성물로 전환되어지도록 하기 위하여 필요한 공정이다. 상기 냉각 공정은 상온의 환경에 노출됨으로써 자연적으로 이루어지거나 냉각된 저온 공기를 공급해 줌으로써 강제적으로 이루어질 수 있다. 생산공정의 효율적인 측면을 고려하여, 저온 냉각 공기를 이용하는 것이 바람직하다. 냉각 공정을 지나게 되면, 상기 강화 섬유 필라멘트의 주위 표면에 부착되어 있던 저점도 수지 결합제 조성물은 고점도의 결합제 조성물로 바뀌어지게 되고, 높은 "점조-슬립성"을 가지게 되어, 인접한 강화 섬유 필라멘트의 표면에 피복된 수지 결합제 조성물과 서로 달라붙지 않게 된다. 이러한 특성은 나중에 해사과정에서 보풀이 일어나지 않게 되는 점과 직접적인 상관관계를 형성하게 된다.

본 발명은, 상기 수지 결합제 조성물이 상기 강화 섬유 필라멘트의 표면에 피복되어 있는 제품을 평면상으로 펼쳐서 형성하거나 보빈에 와인딩시켜서 형성하는 프리프레그의 제조단계인 제 4 단계를 포함하고 있다.

상기 제 4 단계는, 본 발명에 의한 수지 결합제 조성물을 피복한 중간 제품을 곧바로 성형체에 와인딩하여 최종 제품(예: 고압용기 등)을 만들지 않고, 토우 프리프레그를 만들어 보관하는 단계이다. 상기 제 4 단계에서 수행되는 중간 제품의 펼침 공정이나 보빈에 와인딩 공정은 통상의 방식으로 진행될 수 있다. 상기 제 4 단계는 종래의 습식 와인딩법에서는 존재하지 않는 것이고, 본 발명에서 새롭게 등장하고 있는 것이다.

상기 제 4 단계를 보빈이나 스풀에 감겨서 보관하지 않고, 펼쳐진 상태에서 보관할 경우, 그 평면상의 프리프레그를 필요한 시점에 다시 꺼내어 사용할 수 있고, 제품에 따라 항공기의 날개, 풍력발전기의 날개, 고압의 이송관 등에 사용될 수 있다.

상기 제 4 단계가 가능한 이유는, 보빈에 와인딩되어 있거나 평면에 펼쳐져서 서로 적층되어 있는 상태에서, 상기 강화 섬유 필라멘트에 피복된 수지 결합제 조성물이 상온에서 고점도를 이루고 있고 "점조-슬립성"이 좋으므로, 인접한 수지 결합제 조성물과 서로 달라붙지 않기 때문이다.

상기 제 4 단계를 진행하게 되면, 토우 프리프레그가 완성되어진다.

본 발명은 상기 수지 결합제 조성물을 이용하여 강화 섬유 필라멘트에 피복한 토우 프리프레그를 제공한다.

본 발명에 의한 토우 프리프레그는, 강화 섬유 필라멘트의 주위 표면에 수지 결합제 조성물을 피복한 제품에 있어서, 상기 수지 결합제 조성물이 열경화성 에폭시 수지 70 ~ 90 중량부와, 잠재성 경화제 10 ~ 30 중량부로 이루어진 에폭시 화합물을 구성하고, 상기 에폭시 화합물 100 중량부에 대해 왁스 0.1 ~ 5 중량부를 추가적으로 투입하여 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 제조하며, 상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cps 이고, 가열시 40 ℃ ~ 55 ℃에서 800 ~ 3,000 cps 를 이루고 있으며, 상온에서는 점조액상으로 끈적끈적한 느낌의 핫멜트형 접착제 조성물을 이루고 있는 것을 사용하여 제조되어진다.

상기 열경화성 에폭시 수지와 상기 잠재성 경화제 및 상기 왁스에 관련된 사항들과 그 구성비율 등에 대해서는 이미 위에서 설명한 바와 같다. 또한, 상온 및 고온에서의 점도에 관한 사항에 대해서도 이미 설명한 바 있으므로, 이를 인용하기로 하며, 중복하여 설명하지 않기로 한다.

본 발명에 의한 토우 프리프레그는, 수지 함량이 27 % ± 2% 의 범위를 가지고 있으며, 해사 과정에서 보풀 현상이 일어나지 않는 장점을 가지고 있다.

또한, 본 발명에 의한 토우 프리프레그는, 상온(25 ℃ 기준)의 저장고에서 6개월을 경과하였을 경우에도, 전혀 딱딱하거나 경화된 상태를 발견할 수 없으며, 해사 과정에서도 보풀 현상이 전혀 발견되지 않는다.

또한, 본 발명에 의한 토우 프리프레그는, 저온(5 ℃ 기준)의 냉장보관고에 보관하였을 경우, 1년을 경과한 시점에서도 딱딱하거나 경화된 상태를 발견할 수 없고, 초기의 촉촉한 미감을 그대로 유지하고 있으며, 해사 과정에서도 보풀 현상이 전혀 발견되지 않는다.

이와같은 과정을 통하여 제조된 토우 프리프레그는, 적절한 시점을 정하여, 와인딩된 보빈(또는 수풀)에서 강화 섬유 필라멘트를 해사하여 풀어주고, 미리 준비된 성형체에 다시 와인딩시켜서, 가볍고 강인한 최종 제품을 만드는데 사용될 수 있다.

첨부된 도 3은 본 발명에 의한 토우 프레그 제조방법 및 그 이전의 토우 프리프레그의 제조방법에 관한 내용을 개념화한 개념도이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명한다.

<< 실시예 1 : 수지 결합제 조성물의 제조 >>

BPA형 epoxy 수지 (국도화학 YD-128) 600kg과 PN epoxy 수지 (국도화학 YDPN-638) 100kg과 Urethane 변성 epoxy 수지 (국도화학 UME-330) 100kg 을 칭량하고, 여기에 경화제 (세진이앤씨 SH-7000B) 195kg과 경화촉진제 (Isochem UR-500) 5kg을 투입하고, 왁스 (BYK CERAFOUR 990) 1.5kg 을 칭량하고 투입한 후, 혼련하였다. 최종적으로 얻어진 수지 결합제 조성물은 조청보다 약간 단단한 듯한 상태이었고, 전체 중량이 1000.2 kg 이었다.

<< 비교 실시예 1 - 1 : 종래의 수지 결합제 조성물의 제조 >>

상기 실시예 1에 있어서, 상기 에폭시 수지와 경화제 및 경화촉진제를 동일한 제품 및 동일한 분량으로 칭량하여 투입하였고 균일하게 혼련하였다.

다만, 상기 실시예 1에 있어서 왁스 성분을 전혀 투입하지 않았다.

<< 비교 실시예 1 - 2 : 종래의 수지 결합제 조성물의 제조(2) >>

상기 실시예 1에 있어서, 상기 에폭시 수지와 경화제 및 경화촉진제를 동일한 제품 및 동일한 분량으로 칭량하여 투입하였고 균일하게 혼련하였다.

다만, 상기 실시예 1에 있어서 왁스 성분을 대신하여, 첨가제로서 유리섬유 1.5 kg을 투입하였다. 상기 유리섬유는 그 길이를 2 ~ 5 센티미터로 절단하여 단섬유화하여 사용하였다.

<< 실시예 2 : 토우 프리프레그의 제조 >>

상기 실시예 1에서 얻은 수지 결합제 조성물 3 kg을 침적조에 집어넣고, 상기 침적조의 온도를 45 ℃의 온도로 상승시켰다. 온도가 올라감에 따라, 상기 침적조의 내부에 있던 수지 결합제 조성물이 점점 녹아서 액상으로 변하여졌다.

탄소섬유 (효성, H2550; 인장강도 5400 MPa)를 24K 필라멘트로 하여, 상기 침적조에 통과시키고, 침적조에서 롤러를 통과시키고, 10 ℃ 이하의 냉각 공기를 접촉시켜서, 상기 탄소 섬유의 외주면에 부착되어 있던 상기 수지 결합제 조성물을 즉시 냉각시키면서 진행하였다. 냉각된 상기 탄소섬유 필라멘트를 내경 75 φ이고 권취된 외경 250 φ 정도로 보빈에 감아서 토우 프리프레그를 제조하였다.

상기 롤러를 통과한 탄소섬유는 보풀이 전혀 없었고, 탄소섬유 필라멘트가 끊어지는 현상도 발견되지 않았다. (도 4 참조).

<< 비교 실시예 2 - 1 : 종래의 토우 프리프레그의 제조 >>

상기 실시예 1 - 1에서 얻은 수지 결합제 조성물 3 kg을 침적조에 집어넣고, 상기 침적조를 상온에서 그대로 진행하였다. 침적조 내부의 수지 결합제는 액상으로 존재하였다.

탄소섬유 (효성, H2550; 인장강도 5400 MPa)를 24K 필라멘트로 하여, 상기 침적조에 통과시키고, 침적조에서 롤러를 통과시키고, 그대로 진행하였다.

상기 롤러를 통과하기 이전의 탄소섬유에 약간의 탄소섬유 필라멘트가 끊어지는 현상을 발견할 수 있었고, 상기 롤러를 통과한 다음에는 더 많은 탄소섬유 필라멘트들이 끊어지고, 보풀이 발생되는 현상을 발견할 수 있었다. (도 5 참조).

상기 탄소섬유 필라멘트는 상기 실시예 1과 동일한 내경과 동일한 외경을 가진 것을 사용하였다. 상기 탄소섬유 필라멘트를 권취하여 프리프레그 제품을 제조하였다. 상기 프리프레그 제품은 상기 액상 수지결합제가 끈적끈적한 상태를 나타내고 있었다.

<< 비교 실시예 2 - 2 : 종래의 토우 프리프레그의 제조(2) >>

상기 실시예 1 - 2에서 얻은 수지 결합제 조성물 3 kg을 침적조에 집어넣고, 상기 침적조를 상온에서 그대로 진행하였다. 침적조 내부의 수지 결합제는 액상으로 존재하였다.

탄소섬유 (효성, H2550; 인장강도 5400 MPa)를 24K 필라멘트로 하여, 상기 침적조에 통과시키고, 침적조에서 롤러를 통과시키고, 그대로 진행하였다. 상기 탄소섬유 필라멘트는 상기 실시예 1과 동일한 내경과 동일한 외경을 가진 것을 사용하였다.

상기 롤러를 통과하기 이전의 탄소섬유에는 육안으로 관찰할 경우에도 상당한 양의 탄소섬유 필라멘트들이 끊어지는 현상을 발견할 수 있었고, 상기 롤러는 액상 수지결합제에 포함되어 있던 유리섬유들에 의해 밀착성능을 제대로 발휘하지 못한 것으로 여겨졌고, 상기 롤러를 통과한 이후에는 상기 유리섬유들에 대해 액상의 수지결합제들이 계속적으로 달라붙어서 다음 권취작업을 제대로 수행할 수 없음을 확인하였다. (도 6 참조).

이와 같은 현상은 첨가제로 투입된 상기 유리섬유에 의한 것이며, 이는 상기 유리섬유를 첨가제로 사용한다는 선행기술(일본 공개특허공보 특개평 05-262903호)의 진정성을 의심하게 만드는 요소임을 밝혀둔다.

본 비교실시예 2-2에 의하여 얻은 탄소섬유 필라멘트를 이용하여, 프리프레그 제품을 완성할 수 없었다.

<< 실시예 3 : 토우 프리프레그의 제조 >>

상기 실시예 2에 있어서, 탄소섬유를 도레이 제품(T 700; 인장강도 4900 MPa)으로 교체하여 진행한 것을 제외하고, 나머지 과정 및 조건을 동일하게 진행하였다.

역시, 냉각된 상기 탄소섬유 필라멘트를 내경 75 φ이고 권취된 외경 250 φ 정도로 보빈에 감아서 토우 프리프레그를 제조하였다.

<< 실시예 4 : 압력 용기의 제조 >>

상기 실시예 2에 의하여 얻어진 토우 프리프레그를 해사하면서, 압력 용기의 성형체를 와인딩하였다. 와인딩되어진 성형체의 두께를 15T로 조정하였고, 125 ℃의 온도로 가열하여 경화반응을 유도하였다. 경화시간은 2 시간이었다.

완성된 압력용기를 파열시험 방식으로 점검하였으며, 통상적인 방식으로 제조된 제품과 비교하여 손색이 없음을 확인하였다.

<< 실시예 5 : 토우 프리프레그의 보관 기간(1) >>

상기 실시예 2에 의하여 제조된 토우 프리프레그를 대상으로 하여, 공장에서 통상적으로 운용하고 있는 보관창고에 보관하였다.

상기 실시예 2에 의하여 제조된 토우 프리프레그를 제조된 직후, 제조일로부터 1주일 경과 시점, 1개월 경과시점, 3개월 경과시점, 6 개월 경과시점, 9개월 경과시점, 그리고 12개월 경과시점을 각각 나누어 살펴보았다.

관찰 방식은 육안으로 살펴보고, 손으로 제품을 만져가면서 그 감촉을 활용하였다. 그 관찰 결과는 아래와 같았다.

즉시	1 주일	1개월	3개월	6개월	9개월	12개월
이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	딱딱해짐	딱딱해짐

상기 보관창고에서 6개월이 지날 때까지, 토우 프리프레그 제품은 손으로 만졌을 때, 약간 촉촉하면서도 부드러운 느낌을 가졌다.

그러나, 상기 보관창고에서 9개월이 지난 시점 및 그 이후에는, 토우 프리프레그를 손으로 만졌을 때, 어딘가 약간 딱딱한 느낌을 주어서 경화반응이 진행되고 있음을 직감할 수 있었고, 시간이 경과할수록 이러한 경향은 더욱 심해지는 것으로 확인되었다.

<< 실시예 6 : 토우 프리프레그의 보관 기간(2) >>

상기 실시예 2에 의하여 제조된 토우 프리프레그를 대상으로 하여, 저온냉장고의 설정온도를 5 ℃로 고정한 상태에서, 상기 저온 냉장고에 보관하였다.

상기 실시예 4와 동일한 방식으로 기간을 설정하고,각각 나누어 살펴보았으며, 그 관찰 결과는 아래와 같았다.

즉시	1 주일	1개월	3개월	6개월	9개월	12개월
이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음

상기 저온냉장고에서 12개월이 지날 때까지, 토우 프리프레그 제품은 손으로 만졌을 때, 약간 촉촉하면서도 부드러운 느낌을 주었다.

<< 실시예 7 : 토우 프리프레그의 보관 기간(3) >>

상기 실시예 3에 의하여 제조된 토우 프리프레그를 대상으로 하여, 실시예 5의 보관창고에 보관하였다.

상기 실시예 5와 동일한 방식으로 기간을 설정하고,각각 나누어 살펴보았으며, 그 관찰 결과는 아래와 같았다.

즉시	1 주일	1개월	3개월	6개월	9개월	12개월
이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	딱딱해짐	딱딱해짐

상기 보관창고에서 6개월이 지날 때까지, 토우 프리프레그 제품은 손으로 만졌을 때, 약간 촉촉하면서도 부드러운 느낌을 가졌다.

그러나, 상기 보관창고에서 9개월이 지난 시점 및 그 이후에는, 토우 프리프레그를 손으로 만졌을 때, 어딘가 약간 딱딱한 느낌을 주었고, 시간이 경과할수록 이러한 경향은 더욱 심해지는 것으로 확인되었다.

<< 실시예 8 : 토우 프리프레그의 보관 기간(4) >>

상기 실시예 3에 의하여 제조된 토우 프리프레그를 대상으로 하여, 실시예 6의 저온 냉장고에 보관하였다.

상기 실시예 4와 동일한 방식으로 기간을 설정하고,각각 나누어 살펴보았으며, 그 관찰 결과는 아래와 같았다.

즉시	1 주일	1개월	3개월	6개월	9개월	12개월
이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음

상기 저온냉장고에서 12개월이 지날 때까지, 토우 프리프레그 제품은 손으로 만졌을 때, 약간 촉촉하면서도 부드러운 느낌을 주었다.

<< 실시예 9 : 압력용기의 제조(2) >>

상기 실시예 5에 의하여 6개월 경과된 토우 프리프레그를 해사하면서, 압력 용기의 성형체를 와인딩하였다. 와인딩되어진 성형체의 두께를 15T로 조정하였고, 120 ℃의 온도로 가열하여 경화반응을 유도하였다. 경화시간은 2.5 시간이었다.

완성된 압력용기를 파열시험 방식으로 점검하였으며, 통상적인 방식으로 제조된 제품과 비교하여 손색이 없음을 확인하였다.

<< 실시예 10 : 압력용기의 제조(3) >>

상기 실시예 8에 의하여 12개월 경과된 토우 프리프레그를 해사하면서, 압력 용기의 성형체를 와인딩하였다.

와인딩되어진 성형체의 두께를 역시 15T로 조정하였고, 123 ℃의 온도로 가열하여 경화반응을 유도하였다. 경화시간은 2.5 시간이었다.

완성된 압력용기를 파열시험 방식으로 점검하였으며, 통상적인 방식으로 제조된 제품과 비교하여 손색이 없음을 확인하였다.

위의 실시예 4 내지 실시예 10을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 수지 결합제 조성물을 사용할 경우에는, 강화 섬유 필라멘트의 제조회사의 제품에 상관없이, 토우 프리프레그가 상온에서 6개월 이상 보관될 수 있고, 5 ℃ 이하의 저온에서는 12개월 이상 보관될 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 의한 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물 및 그 제조방법을 구체적으로 제시하였으나, 이는 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 구체화된 것일 뿐, 본 발명의 모든 특징이 위에서 언급한 항목에만 적용되는 것이라고 한정하여 해석되어서는 아니될 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 토우 프리프레그를 보빈에 감아서 와인딩법으로 수행되는 것만을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 토우 프리프레그가 평면상으로 펼쳐진 상태에서 제조될 수 있고, 이를 이용하여 복합 소재 부품을 제조할 수 있다는 점도 명확하다고 할 것이다.

또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

Claims (10)

1. 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물에 있어서,
   열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여, 왁스 0.1 내지 5 중량부를 포함하고 있는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열경화성 에폭시 수지 화합물에 사용된 왁스는,
   상온에서 양호한 "점조-슬립성"을 발휘할 수 있도록 하기 위하여 투여되는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은
   그의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cps 이고, 가열시 40 ℃ ~ 55 ℃에서는 800 ~ 3,000 cps 를 이루고 있는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은
   상온에서는 끈적끈적한 느낌의 점조액상으로 존재하지만, 가열시에는 유동성을 갖는 액상으로 전환되어지는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물.
   
5. 열경화성 에폭시 수지 화합물 100 중량부에 대하여, 왁스 0.1 내지 5 중량부를 투입하고 균일하게 혼련시켜 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 제조하는 단계와;
   상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 함침조에 투입하고, 함침조를 가열하여 그 내부 온도를 40 ℃ ~ 55 ℃ 범위로 조절하는 단계와;
   스풀에서 와인딩되어 있던 강화섬유 필라멘트를 풀어주면서, 상기 함침조에 담가주고, 이어서 롤러를 통하여 잡아당기면서 그 주변의 과량의 수지결합제 조성물을 제거하는 단계와;
   상기 롤러를 통과한 강화섬유 필라멘트를 상온의 온도에 노출시켜서 냉각시키고, 이어서, 상기 강화섬유 필라멘트를 복층으로 펼쳐서 보관하거나 보빈에 복층으로 권취시켜서 중간단계의 제품으로 만드는 단계; 를
   포함하고 있는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 프리프레그의 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 함침조의 내부에 존재하는 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물은 그의 점도가 800 ~ 3,000 cps 를 이루고 있는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 프리프레그의 제조방법.
   
7. 열경화성 에폭시 수지 결합제 조성물을 40 ℃ 이상의 온도로 가열시켜서 그의 점도를 800 ~ 3,000 cps 의 범위로 조정하여 저점도 결합제 용액으로 전환시켜 놓고,
   상기 저점도 결합제 용액을 강화 섬유 필라멘트에 피복시키며,
   상기 저점도 결합제 용액으로 피복된 상기 강화 섬유 필라멘트를 상온으로 냉각시켜서 점조액상의 끈적끈적하면서도 서로 달라붙지 않는 상태로 전환시키고,
   상기 강화 섬유 필라멘트를 복층으로 펼쳐서 보관하거나 보빈에 복층으로 와인딩시켜서 프리프레그를 제조하는데 사용되어지는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 사용방법.
   
8. 수지 결합제 조성물을 강화 섬유 필라멘트에 피복시키고, 상기 수지 결합제 조성물이 피복된 강화 섬유 필라멘트를 보빈에 감아서 토우 프리프레그를 제조하는 1단계 작업을 수행하고,
   상기 1단계 작업을 수행한 이후, 상기 토우 프리프레그에서 강화 섬유 필라멘트를 풀어서 성형체에 다시 와인딩하여 최종 제품을 완성하는 2단계 작업으로 수행되는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 사용방법.
   
9. 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물을 40℃ 이상의 온도로 가열시켜서 그의 점도를 800 ~ 3000 cps 의 범위로 조정하여 저점도 결합제 용액으로 전환시켜 놓는 제 1 단계와;
   상기 저점도 결합제 용액을 강화 섬유 필라멘트에 피복시키는 제 2 단계와;
   상기 저점도 결합제 용액으로 피복된 상기 강화 섬유 필라멘트를 상온으로 냉각시켜서 "점조-슬립성" 상태로 전환시키는 제 3 단계와;
   상기 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물이 상기 강화 섬유 필라멘트의 표면에 피복되어 있는 제품을 평면상으로 펼쳐서 형성하거나 보빈에 와인딩시켜서 형성하는 제 4 단계; 를
   포함하고 있는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 사용방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 "점조-슬립성" 상태는 에폭시 수지 결합제의 점도가 상온에서 10,000 ~ 20,000 cps 를 이루고, 끈적끈적하면서도 서로 달라붙지 않는 상태로 존재하는 것을 특징으로 한, 토우 프레그 제조용 수지 결합제 조성물의 사용방법.
    
    

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