KR20210064678A - 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품 - Google Patents

장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품에 관한 것이다.

Description

장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품{LONG FIBER REINFORCED THERMOPLASTICS AND MOLDED ARTICLE FABRICATED BY THE SAME}
본 발명은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품 에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 탄소 섬유 및 유리 섬유를 동시에 포함하는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품에 관한 것이다.
섬유 강화 복합재들은 수지 매트릭스와 수지 매트릭스 재료의 강도 및 탄성을 기계적으로 향상시키도록 기능하는 섬유들로 구성된 복합 재료들이다. 이와 같은 섬유 강화 복합재는 금속 재료에 버금가는 기계적 강도를 가질 수 있고, 금속 재료에 비하여 가벼운 특성을 나타낸다.
섬유 강화 복합재의 한 종류인 장섬유 강화 열가소성 플라스틱(LFT; long fiber reinforced thermoplastics)은 섬유 강화재와 열가소성 수지를 이용하여 제조된다. LFT와 종래의 단섬유 강화 복합재와의 차이점은 섬유의 길이에 있다. LFT에서의 섬유 길이는 펠렛과 같은 단위 복합재의 길이와 동일하다. 즉, LFT 내의 섬유는 절단되지 않고 길이방향으로 연속되어 구비된다. LFT 제조 시, 섬유 로빙들의 연속 가닥들은 다이를 통하여 인출되고, 열가소성 수지로 코팅 및 함침된다. 강화 플라스틱의 이러한 연속 로드는 그 후에 절단되어 펠렛화된다.
LFT의 섬유 강화재로서 유리 섬유 및 탄소 섬유가 사용될 수 있다. 유리 섬유 기반의 LFT의 경우, 변화하는 환경 조건에 따라 수축 또는 연신되지 않기 때문에 치수 안정성이 우수하고, 나아가 높은 인장 강도, 내열성, 내식성 및 내충격성을 가진다. 다만, 유리 섬유는 인장 강도 및 강성 등의 기계적 물성을 추가로 향상시키기에 한계가 있으며, 추가적인 경량화에 대한 한계 또한 가지고 있다. 탄소 섬유 기반의 LFT의 경우, 강도 및 강성이 우수하고 전기적 특성 또한 우수한 특성을 가지고 있으나, 탄소 섬유의 처리 공정이 매우 까다로우며, 매우 높은 가격(유리 섬유 기반의 LFT 대비 약 12배 이상의 가격)을 가지는 문제가 존재한다.
대한민국 등록 공보 제 10-1790577호는 이종 재질의 섬유 강화재를 각각 포함하는 섬유 강화 플라스틱 펠렛, 즉 유리 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱과 탄소 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱을 혼합하여 수지 성형품을 제조하는 것을 개시하고 있다. 다만, 대한민국 등록 공보 제 10-1790577호에서 제안된 바와 같이 이종 재질의 펠렛을 이용하여 수지 성형품을 제조하는 경우, 이종 재질의 펠렛 간의 비중 차이로 인한 혼련성 저하에 따른 성형품의 품질 균일성 문제 또는 불균일한 혼합에 따른 전반적인 물성 저하 또한 문제될 수 있다. 그러므로, 보다 손쉽게 유리 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱 및 탄소 섬유 기반의 섬유 강화 플라스틱의 장점을 조합할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 이를 이용하여 제조된 성형품을 제공하고자 한다. 구체적으로, 본 발명은 이종 재질의 펠렛을 이용하여 성형품을 제조하는 경우의 불균일 문제를 손쉽게 해결할 수 있는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제공하여, 우수한 물성의 성형품을 제공하고자 한다
본 발명의 일 실시상태는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용하여 제조된 성형품을 제공한다.
본 발명에 따른 장섬유 강화 플라스틱은, 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱과 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 각각을 혼합하여 성형품을 제조하는 경우의 불균일 문제를 쉽게 해결할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 장섬유 강화 플라스틱을 이용하여 성형품을 제조하는 경우, 균질한 혼합을 위한 혼련 과정을 생략하여도 탄소 섬유 및 유리 섬유 간의 혼련성을 극대화시킬 수 있다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 장섬유 강화 플라스틱을 이용하여 제조된 성형품은 균질한 물성을 비롯하여, 높은 외관 특성 및 충격 강도를 확보할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 장섬유 강화 플라스틱의 단면 형상을 도식화한 것이다.
도 3은 비교예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다.
도 4는 비교예 2에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다.
도 5는 실시예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 단위 "wt%"는 전체 성분에 대한 각 성분의 중량의 비율을 의미할 수 있다. 나아가, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 wt%는 질소 분위기에서 수지를 열처리한 후 잔여 섬유의 중량을 측정하는 ash 측정법을 이용할 수 있다.
본 발명자들은, 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛과 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 함께 사용하여 성형품을 제조하는 연구를 한 결과, 이종 소재 펠렛 간의 비중 차이로 인한 혼련성이 떨어져 성형품의 품질이 균일하지 않고, 이에 따라 물성 저하도 발생함을 인식하게 되었다. 이와 관련하여, 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛과 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 균일하게 혼합하기 위한 연구를 지속한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 구체적으로, 본 발명자들은 단일 장섬유 강화 플라스틱 내에 탄소 섬유와 유리 섬유를 함께 함유하되 이들을 특정 위치로 배열하게 되는 경우, 제조되는 성형품 내의 탄소 섬유와 유리 섬유의 혼련성이 극대화되고, 기존의 이종 소재 펠렛의 균질한 혼합을 위한 별도의 공정을 수행하지 않아도 되는 것을 발견하였다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제공한다.
본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 탄소 섬유(CF; carbon fiber) 및 유리 섬유(GF; glass fiber)를 동시에 포함하고, 이들은 열가소성 수지에 함침된 형태로 단일 가닥(strand)으로 구성된다. 나아가, 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내의 탄소 섬유 및 유리 섬유는 각각 연속 섬유로서, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 길이 방향으로 배열되고, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱이 펠렛 형태로 제조되는 경우, 상기 탄소 섬유 및 상기 유리 섬유는 펠렛의 길이와 동일한 길이로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 장섬유 강화 플라스틱의 단면 형상을 도식화한 것이다. 구체적으로, 도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면에 있어서, 열가소성 수지 매트릭스(10) 내에 구비되는 2 이상의 탄소 섬유 영역(20) 및 2 이상의 유리 섬유 영역(30)이 구비되고, 탄소 섬유 영역(20)의 배열 방향과 유리 섬유 영역(30)의 배열 방향이 서로 교차되는 것을 나타낸다.
본 명세서에서의 탄소 섬유 영역은 복수개의 탄소 섬유가 다발을 이루며 밀집하게 배치된 영역을 의미할 수 있다. 마찬가지로, 본 명세서에서의 유리 섬유 영역은 복수개의 유리 섬유가 다발을 이루며 밀집하게 배치된 영역을 의미할 수 있다. 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참고하면, 각각의 탄소 섬유 영역(20)은 탄소 섬유가 밀집하여 구비된 영역이고, 각각의 유리 섬유 영역(30)은 유리 섬유가 밀집하여 구비된 영역을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 각각의 탄소 섬유 영역 내, 탄소 섬유는 6 K 이상 24 K 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 구체적으로, 각각의 탄소 섬유 영역 내, 탄소 섬유는 12 K 이상 24 K 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 여기서, 섬유 밀도 단위 K는 "필라멘트 수(×103개)/섬유 다발"을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 각각의 유리 섬유 영역 내, 유리 섬유는 300 TEX 이상 2,400 TEX 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 구체적으로, 각각의 유리 섬유 영역 내, 유리 섬유는 1,200 TEX 이상 2,400 TEX 이하의 섬유 밀도를 가질 수 있다. 여기서, 섬유 밀도 단위 TEX는 "g수/섬유 1 km"를 의미할 수 있다.
상기 탄소 섬유 영역 내의 탄소 섬유의 섬유 밀도 및 상기 유리 섬유 영역 내의 유리 섬유의 섬유 밀도가 상기 범위 내인 경우, 제조되는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내에 지나치게 많은 가닥의 섬유가 포함되어 열가소성 수지가 충분하게 함침되지 않는 것을 방지할 수 있으며, 또한 함침되는 열가소성 수지의 경화 시간이 지나치게 길지 않도록 조절할 수 있다. 나아가, 제조되는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내에 적절한 수의 섬유 가닥이 포함되도록 하여 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 두께가 비대해지는 것을 방지하여, 펠렛화하여 사용할 경우 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 총 함량은 20 wt% 이상 60 wt% 이하일 수 있다. 상기 섬유의 총 함량이 60 wt%를 초과하는 경우, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내의 열가소성 수지 매트릭스의 부피가 충분히 확보되지 못하여, 제조가 불가능하거나 제조 후 깨짐 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 섬유의 총 함량이 20 wt% 미만인 경우, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내의 강화재의 함량이 충분히 확보되지 못하여 충분한 물성 확보가 곤란한 문제가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 중량비는 1:1 내지 1:3일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 펠렛화된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 9 mm 이상 13 mm 이하의 길이로 절단되어 펠렛화될 수 있다.
상기 열가소성 수지 매트릭스는 상기 탄소 섬유 및 상기 유리 섬유가 함침되는 열가소성 수지의 경화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 열가소성 수지 매트릭스는 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐 클로라이드 수지 및 스티렌 수지로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 열가소성 수지로부터 유래된 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 함침용 수지를 제한 없이 적용할 수 있다.
상기 유리 섬유는 당업계에서 일반적으로 사용되는 유리 섬유를 제한 없이 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 섬유는 A형 유리 섬유, C형 유리 섬유, G형 유리 섬유, E형 유리 섬유, S형 유리 섬유, E-CR형 유리 섬유, R형 유리 섬유, 울 유리 섬유 및 생체용해성 유리 섬유로부터 선택되는 적어도 1종의 유리 섬유를 포함할 수 있다.
상기 탄소 섬유는 당업계에서 일반적으로 사용되는 탄소 섬유를 제한 없이 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 섬유는 사용된 전구체에 따라, PAN계 탄소섬유, 피치(pitch)계 탄소섬유, 레이온(rayon)계 탄소섬유 또는 리그닌(rignin)계 섬유일 수 있으며, 터보스택틱 구조(turbostratic structure) 및/또는 흑연 구조(graphitic structure)를 가질 수 있다.
상기 유리 섬유 및/또는 상기 탄소 섬유는 섬유 형성 공정 중에 또는 섬유 형성 공정 후에 사이징 조성물로 코팅된 것일 수 있다. 상기 사이징 조성물은 당업계에서 일반적으로 사용되는 사이징 조성물을 제한 없이 사용할 수 있으며, 사이징 방법 또한 당업계에 알려진 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 본 발명의 일 실시상태에 따른 장섬유 강화 플라스틱은 내부에 구비되는 탄소 섬유 다발(즉, 탄소 섬유 영역) 및 유리 섬유 다발(즉, 유리 섬유 영역)이 서로 교대하여 구비됨으로써, 이를 이용하여 사출 또는 압출 성형품을 제조할 경우 별도의 혼합 과정 없이도 탄소 섬유 및 유리 섬유의 높은 혼련성을 유지하여 성형품의 물성을 크게 개선시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태는, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용하여 제조된 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형품은 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용하여 제조된 사출 성형품 또는 압출 성형품일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형품은 펠렛화된 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 이용한 사출 성형 또는 압출 성형을 통하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형품의 굴곡 강도는 적어도 170 MPa이고, 충격 강도는 적어도 180 J/m일 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[ 실시예 1]
1200 TEX의 섬유 밀도를 가지는 2개의 유리 섬유 다발과 12 K의 섬유 밀도를 가지는 2개의 탄소 섬유 다발을 준비한 후 이들을 각각 개별 다이를 통과시켜 풀어주며, 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역이 서로 교대하여 배열되도록 단일 배치(batch) 내에서 합사시키며 인출하였다. 나아가, 인출되는 섬유들을 열가소성 수지가 주입되는 함침부를 통과시킨 후, 경화시켜 이종의 섬유를 함유하는 단일 가닥의 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 제조하였다. 나아가, 제조된 장섬유 강화 열가소성 플라스틱을 절단하여 펠렛화하였다. 나아가, 제조된 펠렛을 사출 성형기에 공급하여, 사출 성형품을 제조하였다.
[ 비교예 1]
2400 TEX의 섬유 밀도를 가지는 1개의 유리 섬유 다발과 24 K의 섬유 밀도를 가지는 1개의 탄소 섬유 다발을 준비한 후, 이들을 각각 풀어주며 유리섬유 다발과 탄소 섬유 다발이 나란하게 배열되도록 인출한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다.
[ 비교예 2]
1200 TEX의 섬유 밀도를 가지는 2개의 유리 섬유 다발과 12 K의 섬유 밀도를 가지는 2개의 탄소 섬유 다발을 준비한 후, 이들을 각각 풀어주며 2개의 탄소 섬유 다발과 2개의 유리 섬유 다발이 서로 나란하게 배열되도록 인출한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다.
[ 비교예 3]
2400 TEX의 섬유 밀도를 가지는 1개의 유리 섬유 다발 만을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다.
[ 비교예 4]
12 K의 섬유 밀도를 가지는 1개의 탄소 섬유 다발 만을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 및 사출 성형품을 제조하였다.
[ 비교예 5]
비교예 3에 따른 유리 섬유 기반의 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 펠렛 및 비교예 4에 따른 탄소 섬유 기반의 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 펠렛을 5:3의 중량비로 건식 혼합하여, 실시예 1의 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
실시예 1, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 5에 따라 제조된 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 펠렛은 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 5
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
이종 섬유가
교대로 배열됨		 이종 섬유가
병렬로 배열됨		 이종 섬유가
병렬로 배열됨		 이종 펠렛이
건식 혼합됨
나아가, 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 5에 따라 제조된 장섬유 강화 열가소성 플라스틱(LFT) 펠렛의 단면에서의 유리 섬유 영역과 탄소 섬유 영역의 모식도, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 밀도 및 이를 이용하여 제조된 사출 성형품의 물성을 하기 표 2에 나타내었다.
Figure pat00005
<물성 측정 방법>
- 굴곡 강도: ASTM D790에 준하는 방법으로, 상온 분위기에서 INSTRON4466(INSTRON社)를 이용하여 제조된 사출 성형품의 굴곡 강도를 측정하였다.
- 충격 강도: ASTM D256에 준하는 방법으로, 상온 분위기에서 Impact Tester IT(TOYOSEIKI社)를 이용하여, 노치 시편으로 제조된 사출 성형품의 충격 강도를 측정하였다.
<평가>
표 2의 결과에 따르면, 이종 섬유가 교대로 배열된 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 실시예 1에 따른 사출 성형품은, 이종 섬유가 병렬 배열된 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 비교예 1 및 비교예 2에 비하여, 굴곡 강도 및 충격 강도가 모두 우수한 것으로 나타났다.
또한, 유리 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 비교예 3에 따른 사출 성형품은 굴곡 강도가 크게 낮은 것을 확인할 수 있었고, 탄소 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용한 비교예 4에 따른 사출 성형품은 굴곡 강도는 매우 우수하지만 충격 강도는 실시예 1에 비하여 낮은 것을 확인할 수 있었다.
나아가, 유리 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛과 탄소 섬유만을 포함한 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 건식 혼합한 비교예 5에 따른 사출 성형품은 실시예 1에 비하여 낮은 굴곡 강도 및 충격 강도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
도 3은 비교예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다. 도 3에 따르면, 비교예 1에 따른 사출 성형품은 표면에서의 섬유 뭉침이 쉽게 관찰되었고, 표면 단차가 매우 크게 나타났다.
도 4는 비교예 2에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다. 도 4에 따르면, 비교예 1과 마찬가지로 탄소 섬유 다발과 유리 섬유 다발을 나란하게 배열시키되, 탄소 섬유 다발과 유리 섬유 다발을 각각 2개씩 적용한 비교예 2는 비교예 1에 비하여 섬유의 뭉침 현상이 약간 개선된 것을 확인할 수 있었고, 표면 단차도 소폭 감소한 것을 확인할 수 있었다.
도 5는 실시예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하여 제조된 사출 성형물의 표면에 대한 OM(optical microscope) 이미지이다. 도 5에 따르면, 실시예 1에 따라 제조된 사출 성형품은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 섬유 뭉침 현상이 확연하게 감소된 것을 확인할 수 있었으며, 표면 단차 또한 거의 발견할 수 없었다.
표 2의 결과 및 도 3 내지 도 5에 따르면, 실시예 1에 따른 장섬유 강화 플라스틱 펠렛을 이용하는 경우, 비교예 5에서의 별도의 혼합 과정 없이도 매우 우수한 섬유 혼련도를 가지는 사출 성형품이 제조되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 결과에서 알 수 있듯이, 단일 가닥의 장섬유 강화 플라스틱 내의 탄소 섬유 및 유리 섬유의 배열에 따라 제조되는 사출 성형품의 물성이 크게 달라질 수 있음을 알 수 있다. 즉, 실시예 1과 같이 유리 섬유 다발 및 탄소 섬유 다발이 서로 교대로 배열되는 경우, 매우 우수한 물성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
10: 열가소성 수지 매트릭스
20: 탄소 섬유 영역
30: 유리 섬유 영역

Claims (5)

  1. 장섬유 강화 열가소성 플라스틱에 있어서,
    상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱의 단면은, 열가소성 수지 매트릭스 내에 적어도 2개의 탄소 섬유 영역 및 적어도 2개의 유리 섬유 영역을 포함하고, 상기 적어도 2개의 탄소 섬유 영역과 상기 적어도 2개의 유리 섬유 영역은 서로 교대하여 배열된 것인, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각각의 탄소 섬유 영역 내, 탄소 섬유는 6 K 이상 24 K 이하의 섬유 밀도를 가지고,
    각각의 유리 섬유 영역 내, 유리 섬유는 300 TEX 이상 2,400 TEX 이하의 섬유 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 총 함량은 20 wt% 이상 60 wt% 이하인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 내, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 중량비는 1:1 내지 1:3인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 펠렛화된 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱.
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