KR20210085208A - Method and apparatus for impregnating resin - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method and an apparatus for impregnating a resin, in which a powdered thermoplastic resin is dispersed and permeated into a reinforcing fiber substrate followed by heating and melting for primary impregnation of the thermoplastic resin; and laminating a thermoplastic resin film on one or both sides of the reinforcing fiber substrate impregnated with the primary resin followed by heating and melting for secondary impregnation of the thermoplastic resin. According to the present invention, it is possible to manufacture prepreg having excellent impregnation properties and excellent surface quality.

Description

수지 함침 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPREGNATING RESIN} Resin impregnation method and apparatus {METHOD AND APPARATUS FOR IMPREGNATING RESIN}

본 발명은 수지 함침 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 함침성이 우수하면서도 뛰어난 표면 품위를 갖는 프리프레그를 제조할 수 있는 수지 함침 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a resin impregnation method and apparatus, and more particularly, to a resin impregnation method and apparatus capable of producing a prepreg having excellent impregnation property and excellent surface quality.

섬유 강화 복합 재료는 강화 섬유 기재에 수지를 함침시킨 복합재료로 기존의 합성수지 제품과는 물성에서 차원이 다른 재료이다. A fiber-reinforced composite material is a composite material impregnated with a resin in a reinforcing fiber base material, and is a material different from existing synthetic resin products in terms of physical properties.

일례로 탄소섬유를 보강재로 하는 탄소섬유 강화 플라스틱은 경량이고 강도 및 탄성률 등이 뛰어나기 때문에 스포츠 레저 용품의 구성 부품이나 차량 항공 우주용 기재, 에너지 토목 건축용 산업 자재 등의 재료로서 폭넓은 분야에 걸쳐서 그 용도 개발이 진행되고 있다. For example, carbon fiber-reinforced plastic using carbon fiber as a reinforcing material is lightweight and has excellent strength and modulus, so it can be used as a component of sports and leisure products, as a material for vehicle aerospace, as a material for energy civil engineering and construction, etc. Its use is being developed.

프리프레그를 성형해서 얻어지는 성형품에는, 표면외관품위나 역학특성 등이 요구되기 때문에, 강화섬유 다발에 충분히 수지를 함침시켜서 보이드를 최대한 저감시킬 필요가 있다. 그 때문에, 프리프레그에 있어서는 강화 섬유 다발에 열가소성 수지가 거의 완전히 함침된, 소위 완전 함침 타입의 프리프레그가 요구되고 있다.Since a molded article obtained by molding a prepreg requires surface appearance quality, mechanical properties, etc., it is necessary to sufficiently impregnate the reinforcing fiber bundle with a resin to reduce voids as much as possible. Therefore, in the prepreg, a prepreg of a so-called complete impregnation type in which the reinforcing fiber bundle is almost completely impregnated with a thermoplastic resin has been demanded.

열가소성 프리프레그를 제조하는 종래기술로는 모노머(In-situ Polymerization) 방법, 코밍글(Co-mingle) 방법, 익스트루더 방법 등이 알려져 있다. As a prior art for manufacturing a thermoplastic prepreg, a monomer (in-situ polymerization) method, a co-mingle method, an extruder method, and the like are known.

모노머 방법은 점성이 낮은 열가소성 수지 모노머를 섬유 기재 사이에 균일하게 함침시킨 후 중합시키는 방법이다. 이러한 방법은 5 ~ 30분의 짧은 중합시간으로 인해 폴리머 분자량이 크지 않아 열가소성 수지의 장점을 충실하게 살리지 못하고 낮은 물성치를 나타낸다. The monomer method is a method in which a low-viscosity thermoplastic resin monomer is uniformly impregnated between fiber substrates and then polymerized. In this method, due to the short polymerization time of 5 to 30 minutes, the polymer molecular weight is not large, so that the advantages of the thermoplastic resin cannot be faithfully used, and the physical properties are low.

코밍글(Co-mingle) 방법은 강화 섬유와 열가소성 섬유를 서로 균일하게 섞어 혼합사(Co-mingled Yarn)을 제조한 뒤, 이를 제직하고 열과 압력을 가하여 프리프레그를 제조하는 방법이다. 하지만 섬유기재와 열가소성 섬유의 코밍글 단계에서 모듈러스가 높은 강화 섬유의 원사 중 일부가 부서지는 등 원사의 손상이 크며 이는 프리프레그 제품의 성능 저하로 직결된다. 용도가 제한적인 것에 많은 문제점이 있다. The co-mingle method is a method of manufacturing a prepreg by uniformly mixing reinforcing fibers and thermoplastic fibers to prepare a co-mingled yarn, weaving it, and applying heat and pressure. However, some of the yarns of the reinforcing fibers with high modulus are broken during the combingle stage of the fiber base and thermoplastic fibers, and the damage to the yarns is large, which directly leads to deterioration of the performance of prepreg products. There are many problems with the limited use.

익스트루더 방법은 열가소성 수지를 용융/토출하여 직접 강화 섬유 기재 상에 도포한 후 핫-롤러를 사용하여 함침시키는 방법이다. 하지만 열가소성 수지는 점도가 높아 원활한 함침을 위해서는 최소 200℃ 이상의 고온을 필요로 한다. 특히 고내열 열가소성 수지는 350~400℃ 이상의 고온을 필요로 하며, 고온에서의 산화반응으로 인한 타르 발생이 심하고 끈적임 현상도 있어 고품질의 프리프레그 제조에 어려움이 많다. 특히 높은 점도로 인해 프리프레그의 강화 섬유 기재 내부로 균일한 함침이 어려워 공극율이 높아 충분한 성능을 발휘하기 어렵다는 것이 문제이다. The extruder method is a method in which a thermoplastic resin is melted/discharged, directly applied on a reinforcing fiber substrate, and then impregnated using a hot-roller. However, since the thermoplastic resin has a high viscosity, it requires a high temperature of at least 200° C. for smooth impregnation. In particular, high heat-resistant thermoplastic resins require a high temperature of 350 to 400° C. or higher, and there is a lot of difficulty in manufacturing high-quality prepregs because of severe tar generation and stickiness due to oxidation at high temperatures. In particular, due to the high viscosity, it is difficult to uniformly impregnate the prepreg into the reinforcing fiber base material, so that it is difficult to exhibit sufficient performance due to the high porosity.

다른 수지 함침 방법으로는 강화 섬유 기재에 열가소성 필름을 적층하고 가열가압하여 수지를 함칩시키는 필름법이 있는데, 필름법을 이용한 프리프레그 제조 공정의 경우, 열가소성 수지의 용융 점도가 매우 높아, 강화 섬유 기재에 수지를 균일하게 함침시키기 어려우며, 함침도가 높은 고품위 프리프레그를 생산하기 위해서는, 생산 온도를 과도하게 높이거나, 생산 속도를 낮게 설정해야 하는 문제가 있다. 또한, 열가소성 수지의 용융 점도를 낮추고 함침성을 향상시키기 위해, 수지 필름의 융점보다 훨씬 높은 온도로 가열하거나 생산 속도를 늦춰 고온 체류 시간을 증가시키면, 수지가 열분해되어, 프리프레그의 물성이 저하될 우려가 있다. 이러한 함침의 어려움 때문에, 물성의 저하에도 불구하고, 용융점도가 낮은 저분자량의 수지 필름을 사용하는 경우도 있으나, 이 경우, 분자량이 큰 수지를 사용하는 경우보다, 용융 점도가 낮아 생산에는 유리하지만, 기계적 물성이 현저히 저하되는 문제점이 있다. As another resin impregnation method, there is a film method in which a thermoplastic film is laminated on a reinforcing fiber substrate and impregnated with a resin by heating and pressing. In the case of a prepreg manufacturing process using the film method, the melt viscosity of the thermoplastic resin is very high, and the reinforcing fiber substrate It is difficult to uniformly impregnate the resin, and in order to produce a high-quality prepreg with a high degree of impregnation, there is a problem in that the production temperature must be excessively increased or the production speed must be set low. In addition, in order to lower the melt viscosity of the thermoplastic resin and improve the impregnation property, heating to a temperature much higher than the melting point of the resin film or increasing the high-temperature residence time by slowing the production rate, the resin may be thermally decomposed and the physical properties of the prepreg may be reduced. There are concerns. Due to the difficulty of impregnation, a low molecular weight resin film having a low melt viscosity is sometimes used despite the deterioration of physical properties, but in this case, the melt viscosity is lower than that of using a high molecular weight resin, which is advantageous for production , there is a problem in that mechanical properties are significantly reduced.

국내 특허 제2014-0005409호에서는 섬유기재의 적어도 일면에 용융흐름지수가 높아 함침성이 우수한 수지 필름과 용융흐름지수가 낮아 기계적 물성이 우수한 수지 필름을 차례로 공급한 후, 이를 가열 및 가압하여 프리프레그를 제조하는 방법을 제안하고 있으나, 상기 방법에서는 용융흐름지수가 서로 상이한 2종의 열가소성 수지 필름을 차례로 공급, 사용하기 때문에 제조공정이 복잡해지며, 특히 1차 함침 구간에서는 함침성을 높이기 위해 저점도 필름을 사용해야 하기 때문에 최종 복합재료의 물성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 열가소성 수지 필름의 결정화도가 높아서 섬유기재에 열가소성 수지가 균일하게 함침되기 어렵고, 가압공정 중 섬유 기재 내 섬유배열이 의도하지 않은 형태로 변형되어 물성이 저하되는 문제가 있었다. In Korean Patent No. 2014-0005409, a resin film having a high melt flow index and excellent impregnation property and a resin film having excellent mechanical properties due to a low melt flow index are sequentially supplied to at least one surface of a fiber base, and then heated and pressurized to form a prepreg. However, in this method, the manufacturing process is complicated because two types of thermoplastic resin films having different melt flow indexes are sequentially supplied and used, and in particular, in the first impregnation section, low viscosity to increase impregnation property. Since the film must be used, there is a problem in that the physical properties of the final composite material are deteriorated. In addition, since the crystallinity of the thermoplastic resin film is high, it is difficult to uniformly impregnate the thermoplastic resin in the fiber base, and during the pressing process, the fiber arrangement in the fiber base is deformed into an unintended shape, and there is a problem in that the physical properties are lowered.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 기계적 특성이 우수한 고내열성 수지를 이용하는 경우에도, 강화 섬유가 균일하게 분산되어 함침성이 우수하면서도 뛰어난 표면 품위를 갖는 프리프레그 제품을 제조할 수 있도록 하는 수지 함침 방법 및 장치를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and one object of the present invention is to provide excellent surface quality while having excellent impregnation properties by uniformly dispersing reinforcing fibers even when using a high heat resistance resin having excellent mechanical properties. It is to provide a resin impregnation method and apparatus capable of manufacturing a prepreg product having

본 발명의 다른 목적은 열가소성 수지를 강화 섬유 기재에 균일하게 함침시킬 수 있고, 더욱이 프리프레그의 강화 섬유 함유률도 높일 수 있어서, 섬유 강화 복합 재료에 양호한 물성 및 외관을 줄 수 있도록 하는 수지 함침 방법 및 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to uniformly impregnate the reinforcing fiber substrate with a thermoplastic resin, and furthermore, increase the reinforcing fiber content of the prepreg, so that the fiber-reinforced composite material can have good physical properties and appearance. and to provide an apparatus.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, One aspect of the present invention for achieving the above object is,

강화 섬유 기재 내에 분말상의 열가소성 수지를 침투시킨 후 가열 용융하여 열가소성 수지를 강화 섬유 기재 내에 1차 함침시키고, 이어서 1차 수지 함침된 강화 섬유 기재의 편면 또는 양면에 열가소성 수지 필름을 적층하고 가열 용융하여 열가소성 수지를 강화 섬유 기재 내에 2차 함침시키는 것을 특징으로 하는 수지 함침 방법에 관한 것이다. After impregnating the powdery thermoplastic resin into the reinforcing fiber base material and then heating and melting it, the thermoplastic resin is first impregnated into the reinforcing fiber base material, and then a thermoplastic resin film is laminated on one or both sides of the reinforcing fiber base material impregnated with the primary resin and heated and melted. It relates to a resin impregnation method, characterized in that the secondary impregnation of a thermoplastic resin into the reinforcing fiber substrate.

본 발명에서 상기 1차 함침 단계에서 사용되는 분말상의 열가소성 수지는 평균 입경이 1 ~ 20 ㎛의 입자를 사용할 수 있다. In the present invention, as the powdery thermoplastic resin used in the first impregnation step, particles having an average particle diameter of 1 to 20 μm may be used.

상기 1차 함침 단계에서 가열용융은 히팅 구간을 거치면서 분말상의 열가소성 수지를 용융시킨 후 고온의 롤러로 가압하는 과정을 수차례 반복하면서 열가소성 수지를 강화 섬유 내부로 함침시킨다. In the first impregnation step, heat-melting melts the powdered thermoplastic resin while passing through the heating section, and then repeats the process of pressing with a high-temperature roller several times to impregnate the thermoplastic resin into the reinforcing fiber.

상기 고온의 롤러에 의한 가열용융은 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 용융운도를 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러에 의해서 단계적으로 가열가압하는 단계일 수 있다. Heat melting by the high-temperature roller is at least one set at various temperatures within the range of (T g ) ℃ to (T m +60) ℃ when the glass transition temperature of the thermoplastic resin is T g and the melting cloud is T m . It may be a step of heating and pressing step by step by means of a roller.

상기 열가소성 수지는 융점이 300℃ 이상의 고내열성 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 이러한 고내열성 수지로는 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. As the thermoplastic resin, a high heat-resistant thermoplastic resin having a melting point of 300° C. or higher may be used. Such high heat resistance resins include polyamide, polycarbonate, polybutylene terephthalate (PBT), polyetherimide (PEI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ketone ketone (PEKK), and polyether ether ketone (PEEK). ) and at least one selected from the group consisting of poly (methyl methacrylate) (PMMA) may be used.

상기 2차 함침 단계에서 가열용융 과정은 히팅구간과 고온고압의 히팅롤러로 수지 필름을 용융시켜 필름상의 열가소성 수지를 강화 섬유 기재에 추가 함침시키는 단계일 수 있다. The heat-melting process in the secondary impregnation step may be a step of further impregnating the thermoplastic resin on the film into the reinforcing fiber substrate by melting the resin film with a heating section and a high-temperature and high-pressure heating roller.

본 발명에서 상기 강화 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 또는 탄화규소 섬유를 사용할 수 있다. In the present invention, the reinforcing fiber may be glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, or silicon carbide fiber.

본 발명에서 상기 분말상의 열가소성 수지와 상기 필름상의 열가소성 수지는 동일한 열가소성 수지를 사용하는 것이 좋으나 필요에 따라서는 서로 상이한 종류의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. In the present invention, it is preferable to use the same thermoplastic resin as the powdered thermoplastic resin and the film-form thermoplastic resin, but different types of thermoplastic resins may be used if necessary.

동일한 수지를 사용할 경우 분말상은 입자가 작을수록 함침에 용이하다. 보강 섬유의 필라멘트 사이로 침투한 상태로 융용함침을 하기 때문에 수지의 함침 이동 거리가 짧으므로 점도의 선택 폭이 매우 넓다 따라서 분자량이 커서 물성이 높은 수지 제품도 적용이 가능하다. 필름상은 선택의 특별한 제한이 없으며 입자상과 동일하거나 또는 낮거나 높은 분자량의 제품을 사용 가능하다. When the same resin is used, the smaller the particles, the easier it is to impregnate the powder. Because the melt impregnation is carried out while penetrating between the filaments of the reinforcing fibers, the range of viscosity selection is very wide because the impregnation movement distance of the resin is short. Therefore, it is possible to apply resin products with high physical properties due to the large molecular weight. There is no particular limitation in the selection of the film form, and a product having the same or lower or higher molecular weight as the particulate form may be used.

서로 상이한 열가소성 수지를 사용하는 경우에, 상기 분말상의 열가소성 수지의 융점은 상기 필름형 열가소성 수지의 융점과 비슷하고 상용성 및 접착성이 높아야 한다. In the case of using different thermoplastic resins, the melting point of the powdered thermoplastic resin should be similar to that of the film-type thermoplastic resin, and the compatibility and adhesiveness should be high.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, Another aspect of the present invention for achieving the above object is,

강화 섬유 기재에 열가소성 수지를 함침시키는 장치로서, 상기 수지 함침 장치가 An apparatus for impregnating a reinforcing fiber base material with a thermoplastic resin, the resin impregnating apparatus comprising:

강화 섬유 기재 내에 분말상의 열가소성 수지를 분산침투시키는 분말 침투 수단;a powder penetrating means for dispersing and penetrating the powdered thermoplastic resin into the reinforcing fiber substrate;

강화 섬유 기재에 분산침투된 분말상의 열가소성 수지를 가열 용융하여 강화 섬유 기재에 1차 함침시키는 제1 가열가압 수단; a first heating and pressing means for first impregnating the reinforcing fiber base material by heating and melting the powdered thermoplastic resin dispersedly infiltrated into the reinforcing fiber base material;

1차 수지 함침된 강화 섬유 기재의 편면 또는 양면에 열가소성 수지 필름을 적층하는 필름 적층 수단; 및 Film laminating means for laminating a thermoplastic resin film on one or both sides of the primary resin-impregnated reinforcing fiber substrate; and

적층된 열가소성 수지 필름을 가열가압하여 강화 섬유 기재에 열가소성 수지를 2차 함침시키는 제2 가열가압 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조 장치에 관한 것이다. It relates to a prepreg manufacturing apparatus comprising a second heating and pressing means for secondary impregnation of the thermoplastic resin in the reinforcing fiber substrate by heating and pressing the laminated thermoplastic resin film.

본 발명에 의하면 PEEK, PEKK, PPS 등의 높음 융점을 갖는 열가소성 수지와 강화 섬유로 구성된 프리프레그를 제조하는 경우에, 우수한 함침성 확보가 가능한 파우더 함침법과 표면 품위가 뛰어난 필름 함침법을 복합화하여, 함침성이 우수하면서도 뛰어난 표면 품위를 갖는 제품을 수득할 수 있다. According to the present invention, in the case of manufacturing a prepreg composed of a reinforcing fiber and a thermoplastic resin having a high melting point such as PEEK, PEKK, or PPS, the powder impregnation method capable of ensuring excellent impregnation property and the film impregnation method having excellent surface quality are combined, A product having excellent impregnation property and excellent surface quality can be obtained.

본 발명의 수지 함침 방법 및 장치에 의하면, 강화 섬유 다발에 열가소성 수지를 균일하게 함침할 수 있고, 보이드가 적은 고품질의 섬유 강화 복합 재료를 수득할 수 있다. According to the resin impregnation method and apparatus of the present invention, the reinforcing fiber bundle can be uniformly impregnated with the thermoplastic resin, and a high-quality fiber-reinforced composite material with few voids can be obtained.

도 1은 본 발명의 일 실시시예에 따른 수지 함침 장치를 포함하는 프리프레그 제조 설비의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a prepreg manufacturing facility including a resin impregnation apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우, "포함한다 (comprise)" 또는 "포함하는The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. As used herein, the singular forms may include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, as used herein, "comprise" or "comprising

(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다."comprising" specifies the presence of a recited shape, number, action, member, element, and/or group, and indicates the presence or addition of one or more other shapes, number, action, member, element, and/or group. It's not about exclusion.

본 발명에서 이용되는 “강화 섬유 다발”이라는 용어는 그 종류나 모양 등 특별히 제한되는 것은 아니지만, 형상으로 여러 가닥의 단사가 나란히 당겨진 1 본의 섬유 다발 또는 이러한 섬유 다발이 복수 개 서로 나란히 정렬되어 구성되는 시트상의 섬유 다발을 의미한다. The term "reinforced fiber bundle" used in the present invention is not particularly limited, such as its type or shape, but a single fiber bundle in which several single yarns are pulled side by side in a shape or a plurality of such fiber bundles are arranged side by side It means a bundle of fibers in the form of a sheet.

본 발명의 하나의 양상은 강화 섬유 기재 내에 분말상의 열가소성 수지를 침투시킨 후 가열 용융하여 열가소성 수지를 강화 섬유 기재 내에 1차 함침시키고, 이어서 1차 수지 함침된 강화 섬유 기재의 편면 또는 양면에 열가소성 수지 필름을 적층하고 가열 용융하여 열가소성 수지를 강화 섬유 기재 내에 2차 함침시키는 것을 특징으로 하는 수지 함침 방법에 관한 것이다. One aspect of the present invention is to impregnate a powdered thermoplastic resin into a reinforcing fiber substrate and then heat-melt it to first impregnate the thermoplastic resin into the reinforcing fiber substrate, and then apply a thermoplastic resin to one or both sides of the reinforcing fiber substrate impregnated with the primary resin. It relates to a resin impregnation method characterized in that a thermoplastic resin is secondary impregnated into a reinforcing fiber substrate by laminating a film and heating and melting the film.

본 발명에서 상기 열가소성 수지는 융점이 300 ℃ 이상의 고내열성 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 이러한 고내열성 열가소성 수지로는 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. In the present invention, as the thermoplastic resin, a high heat-resistant thermoplastic resin having a melting point of 300° C. or higher may be used. Such high heat-resistant thermoplastic resins include polyamide, polycarbonate, polybutylene terephthalate (PBT), polyetherimide (PEI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ketone ketone (PEKK), polyether ether ketone ( PEEK) and poly (methyl methacrylate) (PMMA) may be used at least one selected from the group consisting of, but is not necessarily limited thereto.

PEI 수지는 탄소섬유나 유리 섬유와의 밀착성이 뛰어나고 또 한계 산소 지수가 수지 블록 상태로 47로 매우 높기 때문에, 강도와 난연성이 뛰어나다. PEEK 수지는 내약품성과 고온에서의 강도가 뛰어나다. PEI resin has excellent adhesion to carbon fiber or glass fiber, and has a very high limit oxygen index of 47 in the state of a resin block, so it is excellent in strength and flame retardancy. PEEK resin has excellent chemical resistance and strength at high temperatures.

열가소성 수지로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로헥산디메틸테레프탈레이트, 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀 수지, 폴리옥시메틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리염화비닐, ABS 수지, AES 수지, AAS 수지, 폴리스티렌수 수지, HIPS 수지 등의 스티렌계 수지, 변성 폴리페닐렌에테르(PPE) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리에테르케톤 수지, 페놀 수지, 페녹시 수지나 이들의 공중합체, 변성체 등을 단독으로 또는 2종 이상을 병용해서 사용할 수도 있다. As the thermoplastic resin, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexanedimethyl terephthalate, and liquid crystal polyester, polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, and polybutylene, polyoxymethylene resins, and polyamide resins , polycarbonate resins, polyarylate resins, polymethyl methacrylate resins, polyvinyl chloride, ABS resins, AES resins, AAS resins, polystyrene water resins, styrene resins such as HIPS resins, modified polyphenylene ether (PPE) Resins, polyimide resins, polyetherimide resins, polysulfone resins, polyethersulfone resins, polyetherketone resins, phenol resins, phenoxy resins, their copolymers, modified products, etc. alone or in combination of two or more can also be used.

본 발명에서 상기 1차 함침 단계에서 사용되는 분말상의 열가소성 수지는 평균 입경이 1 ~ 20 ㎛의 입자를 사용하는 것이 좋다. 열가소성 수지 입자의 평균 입경이 보강섬유의 필라멘트 직경보다 너무 크면, 강화 섬유 내부로 쉽게 침투하지 못하는 문제가 있다. 본 발명에서 분말상 열가소성 수지 입자의 평균 입경은 레이저 회절 산란법 등에 따라 측정할 수 있다. In the present invention, it is preferable to use particles having an average particle diameter of 1 to 20 μm for the powdered thermoplastic resin used in the first impregnation step. If the average particle diameter of the thermoplastic resin particles is too large than the filament diameter of the reinforcing fiber, there is a problem in that it cannot easily penetrate into the reinforcing fiber. In the present invention, the average particle diameter of the powdery thermoplastic resin particles can be measured by laser diffraction scattering method or the like.

분말상의 열가소성 수지 입자를 강화 섬유 기재에 분산 및 침투시키는 방법은 특별히 제한되지 않는데, 예를 들어, 열가소성 수지 입자를 에어블로우함으로써 강화 섬유 기재에 침투시킬 수 있다. 열가소성 수지 입자를 에어블로우하는 방법은, 예를 들면, 공기분출구로부터 압력공기를 배출시켜 열가소성 수지 입자를 강화 섬유 기재에 침투 및 분산시키는 것이다. 이때 사용하는 공기의 압력은, 특별히 제한은 없지만, 0.3∼2.0 ㎫ 정도로 할 수 있다. A method of dispersing and permeating the powdery thermoplastic resin particles into the reinforcing fiber substrate is not particularly limited, and for example, the thermoplastic resin particles may be permeated into the reinforcing fiber substrate by air blowing. The method of air-blowing the thermoplastic resin particles is, for example, by discharging pressure air from an air outlet to permeate and disperse the thermoplastic resin particles into the reinforcing fiber substrate. Although there is no restriction|limiting in particular as for the pressure of the air used at this time, It can be made into about 0.3-2.0 MPa.

강화 섬유 기재에 분말상의 열가소성 수지를 분산침투시키기 전에, 강화 섬유 다발을 미리 개섬해 두는 것이 바람직하다. 미리 개섬해 둠으로써 강화 섬유 다발의 두께를 얇게 하고 수많은 필라멘트를 결속하고 있는 사이징제를 완화시키고 필라멘트를 분산시킴으로써 열가소성 수지의 함침성을 보다 높일 수 있다. Before dispersing the powdery thermoplastic resin into the reinforcing fiber base material, it is preferable to open the reinforcing fiber bundle in advance. By opening in advance, the thickness of the reinforcing fiber bundle is made thin, the sizing agent binding many filaments is relieved, and the impregnability of the thermoplastic resin can be further improved by dispersing the filaments.

강화 섬유 다발의 개섬 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들면 요철롤을 교대로 통과시키는 방법, 북모양의 롤을 사용하는 방법, 축방향 진동에 장력변동을 가하는 방법, 수직으로 왕복운동하는 2개의 마찰체에 의한 강화 섬유다발의 장력을 변동시키는 방법, 강화 섬유 다발에 공기를 블로잉하는 방법, 강화 섬유 다발을 공기흡인하는 방법, 스프링 개섬요소를 사용하는 방법, 익스팬더롤을 사용하는 방법 등 공지의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 이들 2개 이상의 방법을 조합해서 사용할 수도 있다. The opening method of the reinforcing fiber bundle is not particularly limited, and for example, a method of passing concave-convex rolls alternately, a method of using a drum-shaped roll, a method of applying tension fluctuations to axial vibration, and a method of vertically reciprocating 2 A method of varying the tension of a reinforcing fiber bundle by a dog friction body, a method of blowing air into a reinforcing fiber bundle, a method of sucking air into a reinforcing fiber bundle, a method of using a spring opening element, a method of using an expander roll, etc. method can be used. Moreover, it is also possible to use these two or more methods in combination.

개섬 후에는 필요에 따라서 이형지 또는 이형지 필름을 수평으로 배열된 강화 섬유의 아랫면에 배치할 수 있다. After opening, a release paper or a release paper film may be arranged on the lower surface of the horizontally arranged reinforcing fibers, if necessary.

본 발명의 방법에서 분말상의 열가소성 수지를 강화 섬유 기재에 분산침투시킨 후에 고온의 히팅 구간을 거치면서 분말상의 열가소성 수지를 용융시킨 후 고온의 롤러로 가압하는 과정을 수차례 반복하면서 열가소성 수지를 강화 섬유 내부로 1차 함침시킨다. In the method of the present invention, after the powdered thermoplastic resin is dispersed and penetrated into the reinforcing fiber substrate, the powdered thermoplastic resin is melted through a high-temperature heating section, and then the process of pressing with a high-temperature roller is repeated several times to form the thermoplastic resin into the reinforcing fiber. First impregnated inside.

히팅 구간에서는 가열판, IR 램프, 할로겐 램프 등 임의의 히팅 수단에 의해 열가소성 수지가 침투된 강화 섬유 기재를 가열한다. 이때 히팅 구간에서의 가열온도는 열가소성 수지의 종류에 따라 100 내지 450℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 고온의 롤러에 의한 추가 가열가압 단계는 100 내지 450℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 히팅 구간에서의 가열 온도는 롤러에 의한 가열 과정의 온도 보다 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 히팅 구간에서의 가열 온도와 고온의 롤러에 의한 가열가압 단계는 온도 범위가 중복되나, 실제 설정하는 온도는 히팅 구간의 가열온도가 롤러에 의한 추가 가열 단계 보다 높은 온도가 되도록 한다. In the heating section, the reinforcing fiber substrate impregnated with the thermoplastic resin is heated by any heating means such as a heating plate, an IR lamp, or a halogen lamp. At this time, the heating temperature in the heating section is preferably performed at a temperature of 100 to 450 ℃ depending on the type of the thermoplastic resin. The additional heating and pressing step by means of a high-temperature roller is preferably performed at a temperature of 100 to 450 °C. The heating temperature in the heating section is preferably set to a temperature higher than the temperature of the heating process by the roller. That is, the heating temperature in the heating section and the heating and pressing step by the high-temperature roller overlap the temperature range, but the actual setting temperature causes the heating temperature of the heating section to be a higher temperature than the additional heating step by the roller.

상기 고온고압의 히팅 롤러는 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 용융온도를 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러에 의해서 단계적으로 가열가압할 수 있다. 예를 들어, 유리전이온도가 143℃, 융점이 340℃인 수지를 이용한다고 가정할 때, 최초에는 290℃ 온도와 100 ~ 200 ㎏f/㎠의 압력으로 압착하고, 점차적으로 온도와 압력을 상승시켜 440℃의 온도와 300 ~ 400 ㎏f/㎠의 압력으로 압착하여 분말상의 열가소성 수지를 강화 섬유 기재에 함침시킬 수 있다. The high-temperature and high-pressure heating roller is set at various temperatures within the range of (T g ) ℃ to (T m +60) ℃ when the glass transition temperature of the thermoplastic resin is T g and the melting temperature is T m. It can be heated and pressurized step by step. For example, assuming that a resin having a glass transition temperature of 143°C and a melting point of 340°C is used, initially pressing at a temperature of 290°C and a pressure of 100 to 200 kgf/cm2, and gradually increasing the temperature and pressure The powdered thermoplastic resin can be impregnated into the reinforcing fiber substrate by compression at a temperature of 440° C. and a pressure of 300 to 400 kgf/cm 2 .

분말상 열가소성 수지의 1치 함침 이후에는 필름상의 열가소성 수지를 2차 함침시킨다. 즉, 필름상의 열가소성 수지를 1차 함침된 강화 섬유 기재의 편면 또는 양면에 덧대어 적층한 후에, 고온의 히팅 구간과 고온고압의 히팅 롤러로 필름을 녹여서 추가로 함침시키면서 프리프레그의 표면 품위를 향상시킨다. After the first impregnation of the powdery thermoplastic resin, a secondary impregnation of the film-like thermoplastic resin is carried out. That is, after laminating a film-like thermoplastic resin on one or both sides of the primary impregnated reinforcing fiber base material, the film is melted with a high-temperature heating section and a high-temperature and high-pressure heating roller to further impregnate the surface quality of the prepreg. make it

본 발명에서 사용되는 열가소성 수지 필름의 두께는 1차 함침 단계에서 투입된 파우더 상의 양과 합쳐 최종 제품의 수지 함량을 결정하므로 선함침된 파우더 상 수지의 양에 영향을 받지만 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 정도의 두께가 적당하다. 상기 열가소성 수지 필름의 두께가 10 ㎛를 초과하게 되면 1차 파우더상의 함침 공정에서 수지의 양이 충분하지 않아 내부에 균일하고 충분한 함침이 이루어지기 어렵고, 상기 두께가 5 ㎛ 미만인 경우에는 작은 외력에도 열가소성 수지 필름이 찢어지기 쉬워 공정성이 저하될 수 있다. The thickness of the thermoplastic resin film used in the present invention is affected by the amount of pre-impregnated powdery resin because it determines the resin content of the final product by combining it with the amount of powder phase injected in the first impregnation step, but a thickness of about 5 μm to 10 μm It is suitable. When the thickness of the thermoplastic resin film exceeds 10 µm, the amount of resin is not sufficient in the first powder-phase impregnation process, making it difficult to uniformly and sufficiently impregnate the inside, and when the thickness is less than 5 µm, the thermoplastic resin film even under a small external force The resin film is easily torn, and fairness may be deteriorated.

2차 함침 시에도 필름상의 열가소성 수지를 고온의 히팅구간과 고온고압의 히팅롤러로 용융시켜 열가소성 수지를 강화 섬유 기재에 추가 함침시킨다. 이때 고온고압의 히팅 롤러는 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 용융온도를 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러에 의해서 단계적으로 가열가압할 수 있다. Even during secondary impregnation, the thermoplastic resin on the film is melted with a high-temperature heating section and a high-temperature and high-pressure heating roller to further impregnate the thermoplastic resin into the reinforcing fiber substrate. At this time, the high-temperature and high-pressure heating roller is set to various temperatures within the range of (T g )℃ to (Tm+60)℃ when the glass transition temperature of the thermoplastic resin is T g and the melting temperature is T m. It can be heated and pressurized step by step.

본 발명에 이용되는 강화 섬유는 특별히 한정되는 것은 아니며, 유리 섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유 등이 이용될 수 있다. 이 섬유를 2종 이상 혼합하여 이용하여도 상관없다. 그 중에서 경량 또한 고강성의 섬유 강화 복합재료가 수득되는 탄소섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 230 내지 800 GPa의 인장 탄성률을 갖는 탄소섬유가 바람직하게 이용된다. The reinforcing fibers used in the present invention are not particularly limited, and glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, and the like may be used. You may mix and use 2 or more types of this fiber. Among them, it is preferable to use carbon fibers from which a fiber-reinforced composite material of light weight and high rigidity is obtained. Among them, carbon fibers having a tensile modulus of elasticity of 230 to 800 GPa are preferably used.

본 발명에서 상기 분말상의 열가소성 수지와 상기 필름상의 열가소성 수지는 동일한 종류의 열가소성 수지를 사용할 수 있는데, 예를 들어 분자량은 다르지만 동종의 수지를 사용할 수 있다. 보강 섬유의 필라멘트 사이로 침투한 상태로 융용함침을 하기 때문에 수지의 함침 이동 거리가 짧으므로 점도의 선택 폭이 매우 넓다 따라서 분자량이 커서 물성이 높으나 높은 점도로 인해 필름상으로는 함침이 어려웠던 수지 제품도 적용이 가능하다. 필름상은 선택의 특별한 제한이 없으며 입자상과 동일하거나 또는 낮거나 높은 분자량의 제품을 사용 가능하다. In the present invention, the thermoplastic resin in the powder form and the thermoplastic resin in the film may use the same kind of thermoplastic resin, for example, the same kind of resin may be used although the molecular weight is different. Since the melt impregnation is carried out while penetrating between the filaments of the reinforcing fiber, the movement distance of the resin is short, so the choice of viscosity is very wide. Therefore, it is applicable to resin products that have high molecular weight and high physical properties, but are difficult to impregnate in film form due to high viscosity. It is possible. There is no particular limitation in the selection of the film form, and a product having the same or lower or higher molecular weight as the particulate form may be used.

대안으로 수지간 친화력(compatibility) 또는 혼용성이 있는 서로 상이한 종류의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 서로 상이한 종류의 열가소성 수지를 사용하는 경우에는, 상기 분말상의 열가소성 수지의 융점이 상기 필름형 열가소성 수지의 융점과 비슷하거나 또는 높은 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 필름상의 열가소성 수지로는 용융 점도가 높아 강화 섬유 기재에 함침되기 어렵지만, 기계적 물성이 우수한 물성 강화용 파우더 상 수지를 사용할 경우에 프리프레그를 제조하면, 함침도 및 기계적 물성이 모두 우수한 프리프레그를 제조할 수 있다.Alternatively, different types of thermoplastic resins having compatibility or compatibility between the resins may be used. When different types of thermoplastic resins are used, a thermoplastic resin having a melting point similar to or higher than that of the film-type thermoplastic resin may be used. For example, a film-like thermoplastic resin is difficult to impregnate into a reinforcing fiber base material due to its high melt viscosity, but when a prepreg is prepared when a powder-like resin for reinforcing physical properties with excellent mechanical properties is used, both the degree of impregnation and the mechanical properties are excellent. Prepregs can be prepared.

또한, 상기 필름형 열가소성 수지에, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서, 엘라스토머, 고무성분, 난연제, 무기충전재, 카본블랙 등의 도전성 향상성분, 결정핵제, 자외선흡수제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색제, 안료, 염료, 열안정제, 이형제, 내전방지제, 가소제, 활제, 발포제, 제포제, 커플링재 등을 첨가해도 좋다. In addition, in the film-type thermoplastic resin, within the range not impairing the effects of the present invention, elastomers, rubber components, flame retardants, inorganic fillers, conductivity improving components such as carbon black, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, vibration dampers, antibacterial agents, Insect repellents, deodorants, colorants, pigments, dyes, heat stabilizers, mold release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, foaming agents, foaming agents, coupling materials, and the like may be added.

본 발명에 의해서 제조되는 프리프레그는 프리프레그 중의 강화 섬유의 중량 함유율이 바람직하게는 50 내지 80 중량%이고, 더욱 바람직하게는 60 내지 70 중량%이다. 섬유 함유율이 60 중량% 미만에서는 수지의 비율이 너무 많기 때문에 비강도와 비탄성률이 우수한 섬유 강화 복합 재료의 이점이 얻어지지 않을 수 있다. 한편, 섬유 함유율이 70 중량%를 초과하는 경우, 수지의 함침 불량을 일으키기 때문에 수득되는 섬유 강화 복합 재료에 보이드가 많이 생길 우려가 있다.The prepreg produced by the present invention preferably has a weight content of reinforcing fibers in the prepreg of 50 to 80% by weight, more preferably 60 to 70% by weight. If the fiber content is less than 60% by weight, the advantage of the fiber-reinforced composite material having excellent specific strength and specific modulus may not be obtained because the proportion of the resin is too large. On the other hand, when the fiber content exceeds 70% by weight, there is a fear that many voids are generated in the obtained fiber-reinforced composite material because impregnation of the resin is defective.

본 발명에 의해서 제조되는 프리프레그는 수지의 함침성이 향상되어 기계적 특성이 우수하므로 골프 샤프트, 낚싯대, 테니스, 배드민턴 및 스쿼시 등의 라켓 용도, 하키 등의 스틱 용도 및 스키 폴 용도 등의 스포츠 용품, 자동차, 선박 및 철도 차량 등의 이동체의 구조재, 드라이브 샤프트, 판 스프링, 풍차 블레이드, 각종 터빈, 압력 용기, 플라이 휠, 제지용 롤러, 지붕재, 케이블, 보강근 및 보수 보강 재료 등의 토목 건축 재료 용도 등의 일반 산업 용도 및 항공 우주용으로 적합하게 사용될 수 있다. Since the prepreg produced by the present invention has excellent mechanical properties due to improved resin impregnation property, it is used for golf shafts, fishing rods, racquets such as tennis, badminton and squash, sporting goods such as sticks such as hockey and ski pole use, Structural materials for moving objects such as automobiles, ships and railroad vehicles, drive shafts, leaf springs, windmill blades, various turbines, pressure vessels, flywheels, paper rollers, roofing materials, cables, reinforcing bars, and civil construction materials such as reinforcing materials, etc. It can be suitably used for general industrial use and aerospace use.

본 발명의 다른 양상은 수지 함침 장치에 관한 것이다. 본 발명의 수지 함침 장치는 강화 섬유 기재에 열가소성 수지를 함침시키는 장치(400)로서, 상기 수지 함침 장치가 강화 섬유 기재 내에 분말상의 열가소성 수지를 분산침투시키는 분말 침투 수단(410); 강화 섬유 기재에 분산침투된 분말상의 열가소성 수지를 가열 용융하여 강화 섬유 기재에 1차 함침시키는 제1 가열가압 수단(420); 1차 수지 함침된 강화 섬유 기재의 편면 또는 양면에 열가소성 수지 필름을 적층하는 필름 적층 수단(430); 및 적층된 열가소성 수지 필름을 가열가압 강화 섬유 기재에 2차 함침시키는 제2 가열가압 수단(440)을 포함한다. Another aspect of the present invention relates to a resin impregnation apparatus. The resin impregnation apparatus of the present invention is an apparatus 400 for impregnating a reinforcing fiber base material with a thermoplastic resin, and the resin impregnating apparatus includes a powder penetrating means 410 for dispersing and penetrating a powdery thermoplastic resin into the reinforcing fiber base material; a first heating and pressing means 420 for first impregnating the reinforcing fiber base by heating and melting the powdered thermoplastic resin dispersedly permeated into the reinforcing fiber base; Film laminating means 430 for laminating a thermoplastic resin film on one or both sides of the primary resin-impregnated reinforcing fiber substrate; and a second heating and pressing means 440 for secondarily impregnating the laminated thermoplastic resin film into the heating and pressing reinforcing fiber substrate.

상기 분말상의 열가소성 수지를 침투시키는 수단(410)은 분말상의 열가소성 수지 입자를 에어블로우를 사용해서 강화 섬유 기재에 블로잉하는 수단일 수 있으나, 반드시 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다. The means for penetrating the powdered thermoplastic resin 410 may be a means for blowing the powdery thermoplastic resin particles onto the reinforcing fiber substrate using air blow, but is not necessarily limited to this configuration.

상기 제1 가열가압 수단(320)은 히팅 구간과 고온의 롤러로 구성되고, 상기 히팅 구간은 IR 램프, IR 가열판 또는 할로겐 램프이고, 상기 롤러는 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 용융온도를 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러로 구성될 수 있다. 롤러는 히팅롤러나 더블벨트 프레스 등을 이용할 수 있다. The first heating and pressing means 320 is composed of a heating section and a high-temperature roller, the heating section is an IR lamp, an IR heating plate or a halogen lamp, the roller is the glass transition temperature of the thermoplastic resin T g , the melting temperature When T m , it may consist of one or more rollers set at various temperatures within the range of (T g )°C to (Tm+60)°C. As the roller, a heating roller or a double belt press may be used.

상기 제2 가열가압 수단(440)은 히팅 구간과 고온고압의 롤러로 구성되고, 상기 제2 가열가압 수단(440)은 열가소성 수지 필름을 융점 이상의 온도로 가열하여, 수지 필름의 수지를 강화 섬유 기재에 용융 함침시킨다. 상기 히팅 구간은 IR 램프, IR 가열판 또는 할로겐 램프이고, 상기 롤러는 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 용융온도를 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러로 구성될 수 있다. The second heating and pressing means 440 is composed of a heating section and a high-temperature and high-pressure roller, and the second heating and pressing means 440 heats the thermoplastic resin film to a temperature above the melting point, thereby reinforcing the resin of the resin film as a fiber base material. melt impregnated in The heating section is an IR lamp, an IR heating plate, or a halogen lamp, and the roller is a glass transition temperature of the thermoplastic resin T g , when the melting temperature is T m , (T g ) ℃ to (T m +60) ℃ of It may consist of one or more rollers set to various temperatures within a range.

본 발명의 수지 함침 장치를 포함하는 프리프레그 제조장치 및 이러한 장치에 의한 프리프레그 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 도 1에 강화 섬유 기재에 수지를 함침시켜 강화 섬유 프리프레그를 제조하는 장치가 도시되어 있다. A prepreg manufacturing apparatus including the resin impregnation apparatus of the present invention and a prepreg manufacturing method by such an apparatus will be described as follows. 1 shows an apparatus for manufacturing a reinforcing fiber prepreg by impregnating a reinforcing fiber substrate with a resin.

도 1을 참조하면, 본 발명의 수지 함침 장치를 포함하는 프리프레그 제조장치는 개섬부재(200), 이형지 또는 직물 등의 공급부재(300), 수지 함침 장치(400) 및 권취장치(500)로 구성될 수 있다. 1, the prepreg manufacturing apparatus including the resin impregnation apparatus of the present invention is an opening member 200, a supply member 300 such as a release paper or fabric, a resin impregnation device 400 and a winding device 500. can be configured.

본 발명의 프리프레그 제조장치에서는, 크릴대(100)에 장착된 강화 섬유보빈으로부터 강화 섬유가 일정한 장력으로 풀려 이어서 개섬부재(200)로 공급된다. In the prepreg manufacturing apparatus of the present invention, reinforcing fibers are released with a constant tension from the reinforcing fiber bobbin mounted on the creel stand 100 and then supplied to the carding member 200 .

크릴대(100)에는 강화 섬유 다발이 감긴 보빈이 설치되고, 크릴대(100)의 강화 섬유 다발은 보빈이 크릴대(100) 내 장착 롤러(미도시)와 함께 자유 회전하면서 풀리며, 또, 장착 롤러의 토크를 제어하여, 강화 섬유 다발의 풀림 정도(장력)를 제어할 수 있다. 이를 위해서, 각 크릴대(100)에 장력 제어 장치(미도시) 등을 설치하여, 크릴대(100)의 토크 제어를 통해서 강화 섬유 다발이 풀리는 장력을 제어할 수 있다. A bobbin in which a reinforcing fiber bundle is wound is installed in the creel unit 100, and the reinforcing fiber bundle of the creel unit 100 is unwound while the bobbin rotates freely together with a mounting roller (not shown) in the creel unit 100, and is mounted By controlling the torque of the roller, the degree of unwinding (tension) of the reinforcing fiber bundle can be controlled. To this end, by installing a tension control device (not shown) or the like in each creel unit 100 , it is possible to control the tension at which the reinforcing fiber bundle is released through the torque control of the creel unit 100 .

한편, 크릴대(100)에서 공급하는 강화 섬유 다발(토우, tow)은 탄소 섬유사, 유리 섬유사, 아라미드 섬유사, 실리카 섬유사, 세라믹 섬유사, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유사 등과 같은 무기섬유의 원사, 내열성이 우수한 유리섬유의 원사를 적용한다. 상기 탄소섬유로서는, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 석유/석탄 피치계, 레이온계, 리그닌계 등의 탄소섬유를 사용할 수 있다. On the other hand, the reinforcing fiber bundle (tow) supplied from the krill 100 is a yarn of inorganic fibers such as carbon fiber yarn, glass fiber yarn, aramid fiber yarn, silica fiber yarn, ceramic fiber yarn, ultra-high molecular weight polyethylene fiber yarn, etc. , Glass fiber yarn with excellent heat resistance is applied. As the carbon fiber, carbon fibers such as polyacrylonitrile (PAN)-based, petroleum/coal pitch-based, rayon-based, and lignin-based can be used.

필요에 따라 개섬부재(200)를 통과한 강화 섬유의 상면 또는 하면에 이형지 또는 이형 필름이 부착될 수 있도록 이형지를 공급하거나, 일방향 프리프레그가 아닌 직물형 프리프레그를 제조 가능하도록 직물을 공급하거나, 또는 일방향 원사와 직물을 혼재하여 공급할 수 있도록 상하부 공급롤러를 포함하는 부재 공급부(300)가 설치되어 있다. If necessary, a release paper or a release film is supplied so that a release paper or a release film can be attached to the upper or lower surface of the reinforcing fibers that have passed through the opening member 200, or a fabric is supplied so that a fabric-type prepreg can be manufactured rather than a unidirectional prepreg, Alternatively, the member supply unit 300 including upper and lower supply rollers is installed so as to supply a mixture of yarn and fabric in one direction.

분말상의 열가소성 수지 입자를 강화 섬유 기재에 분산 및 침투시키는 분말 침투 수단(410)은 특별히 제한되지 않는데, 예를 들어, 공기분출구로부터 압력공기를 배출시켜 열가소성 수지 입자를 강화 섬유 기재에 침투 및 분산시키는 에어블로어일 수 있고, 대안으로 열가소성 수지 분말을 강화 섬유 기재 상단에 균일하게 도포하는 수단일 수 있고, 또는 수분산된 용액을 통과하여 표면 및 내부로 침부 및 분산시킬 수 있고, 기타 압력이나 진공을 이용하는 수단일 수도 있다. The powder penetrating means 410 for dispersing and infiltrating the powdery thermoplastic resin particles into the reinforcing fiber substrate is not particularly limited, for example, by discharging pressure air from the air outlet to permeate and disperse the thermoplastic resin particles into the reinforcing fiber substrate. It may be an air blower, alternatively it may be a means of uniformly applying the thermoplastic resin powder to the top of the reinforcing fiber substrate, or it may be impregnated and dispersed on the surface and inside through an aqueous dispersion solution, and other pressure or vacuum is applied. It may be a means to use.

제1 가열가압수단(420)은 분말상의 열가소성 수지가 분산침투된 후 수지 입자를 녹이고 가압하여 강화 섬유 기재에 함침시킨다. 제1 가열가압수단(420)은 상기 분말상의 열가소성 수지 함침된 섬유의 반송 방향의 상류부터 하류에 걸쳐 순서대로 배열되는, 고온의 히터와 고온고압의 히팅 롤러를 구비한다. 고온의 히터 열가소성 수지의 융점 보다 높은 온도를 유지하며 고온고압의 히팅롤러는 상황에 따라 융점보다 낮게 설정하거나 융점보다 높게 설정한다. The first heating and pressing means 420 is impregnated into the reinforcing fiber substrate by dissolving and pressing the resin particles after the powdered thermoplastic resin is dispersedly penetrated. The first heating and pressing means 420 includes a high-temperature heater and a high-temperature and high-pressure heating roller, which are sequentially arranged from the upstream to the downstream in the conveying direction of the powdery thermoplastic resin-impregnated fibers. The high temperature heater maintains a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin, and the high temperature and high pressure heating roller is set lower than the melting point or higher than the melting point depending on the situation.

분말상 열가소성 수지기 1차 함침된 강화 섬유 기재에 필름상의 열가소성 수지를 적층하는 수단(430)은 롤에서 열가소성 수지를 필름 형태로 가공한 수지 필름이 풀려나오며, 1차 수지 함침된 강화 섬유 기재의 양면(상부면 및 하부면) 혹은 편면에 열가소성 수지를 적층한다.The means 430 for laminating a film-like thermoplastic resin on the reinforcing fiber base material impregnated with the powdery thermoplastic resin first releases the resin film processed by processing the thermoplastic resin into a film form from a roll, and both sides of the reinforcing fiber base material impregnated with the primary resin (Upper surface and lower surface) Alternatively, a thermoplastic resin is laminated on one side.

제2 가열가압 수단(440)은 강화 섬유 기재에 수지필름을 가열, 가압하기 위한 상부 가압 롤러와 하부 가압 롤러가 복수 개가 서로 대향되게 설치되어 있다. 상기 제2 가열가압 장치(440)는 수지 필름을 융점 이상의 온도로 가열/가압하여, 필름상의 열가소성 수지를 강화 섬유 기재에 용융 함침시킨다. In the second heating and pressing means 440 , a plurality of upper and lower pressure rollers for heating and pressing the resin film on the reinforcing fiber substrate are installed to face each other. The second heating and pressing device 440 heats/pressurizes the resin film to a temperature equal to or higher than the melting point, and melts and impregnates the thermoplastic resin in the film form into the reinforcing fiber substrate.

제2 가열가압 수단 후단에는 냉각판이 설치될 수 있다. 냉각판은 강화 섬유 다발에 함침된 수지를 냉각시키면서 일정한 압력을 가하여 강화 섬유를 필름 형태로 만든다. A cooling plate may be installed at the rear end of the second heating and pressing means. The cooling plate applies a constant pressure while cooling the resin impregnated in the reinforcing fiber bundle to form the reinforcing fiber into a film.

권취장치(700)는 건조된 섬유를 인취한다. 인취기가 하부와 상부에 위치되어 서로 맞대어 위치되는 한 쌍의 인취롤러가 동력에 의해서 각각 회전하는 구조이다. 그래서 상기 인취기는 앞의 가열가압수단(440)에서 제조된 프리프레그를 당겨서 인출한다. The winding device 700 takes up the dried fibers. It has a structure in which a pair of take-up rollers, which are positioned at the lower and upper parts of the take-up machine and face each other, are rotated by power, respectively. Therefore, the take-off machine pulls out the prepreg manufactured by the heating and pressing means 440 in the front.

본 발명에 의해서 프리프레그를 제조하는 경우에는, 크릴대(100)에서 강화 섬유 다발을 공급하고, 수지 함침 장치(400)에서 강화 섬유 기재에 분말상의 열가소성 수지가 1차 함침된 후, 이어서 필름상의 열가소성 수지가 함침되고, 이와 같이 해서 수지가 함침된 강화 섬유 다발은 제2 가열가압수단(440) 내부에 유입되어 가열건조된다. 제2 가열가압 수단(440)에 의해서 수지가 강화 섬유 다발에 2차 함침된다. 2차 함침 단계에서 가열을 거치면서 강화 섬유의 온도가 높아지므로 이의 온도를 낮추기 위하여 상온에서 자연 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 냉각 단계는 공기의 주입에 의해 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 같은 공정을 통하여 프리프레그 시트가 제조되고 그리고 제조된 프리프레그 시트는 인취기의 인취롤러 사이를 통과하며, 필요할 경우 보호필름 또는 이형지와 함께 권취장치(500)에 권취된다. In the case of manufacturing a prepreg according to the present invention, a reinforcing fiber bundle is supplied from the creel stand 100, and the reinforcing fiber base material is first impregnated with a powdery thermoplastic resin in the resin impregnation device 400, and then, in the form of a film The thermoplastic resin is impregnated, and thus, the resin-impregnated reinforcing fiber bundle is introduced into the second heating and pressing means 440 and dried by heating. The resin is secondarily impregnated into the reinforcing fiber bundle by the second heating and pressing means 440 . Since the temperature of the reinforcing fibers increases while passing through the heating in the secondary impregnation step, a step of naturally cooling at room temperature to lower the temperature thereof may be additionally included. Such a cooling step may be accomplished by injection of air, but is not limited thereto. A prepreg sheet is manufactured through this process, and the manufactured prepreg sheet passes between the take-up rollers of the take-up machine, and is wound around the take-up device 500 together with a protective film or release paper if necessary.

또한, 본 발명의 수지 함침 장치를 이용하여 제조되는 프리프레그는 역학특성이 우수한 성형품을 제공할 수 있다. 본 발명의 성형품은 전기 또는 전자기기, 가정 또는 사무제품, 오락기 또는 오락제품, 광학기기, 정밀기계 관련부품, 자동차 관련, 항공기관련, 스포츠관련, 인공위성관련 등의 각종 용도에 유용하다. 그 중에서도, 전기 또는 전자기기 케이스나, 자동차 또는 항공기용의 부재나 외판에 바람직하게 사용할 수 있다 In addition, the prepreg manufactured using the resin impregnation apparatus of the present invention can provide a molded article having excellent mechanical properties. The molded article of the present invention is useful for various uses such as electric or electronic equipment, home or office equipment, entertainment equipment or entertainment products, optical equipment, precision machine-related parts, automobile-related, aircraft-related, sports-related, satellite-related, and the like. Among them, it can be preferably used for electric or electronic device cases, automobiles or aircraft members and outer plates.

이하에서 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are for illustration of the present invention, and are not intended to limit the scope of protection limited by the appended claims.

실시예 1Example 1

프리프레그의 제조를 위한 섬유상 기재로는 탄소섬유(Hyosung Tansome H2550 12K)를 18보빈을 사용하였다. 크릴대에서 풀린 섬유섬유는, 도 1에 도시된 바와 같이, 개섬부를 지나면서 필라멘트의 구속을 풀고 100mm 폭의 전체적으로 균일한 웹 상태를 제조한 후, 이어서, 회전형 입자공급기를 이용하여 PEEK 수지 분말(Victrex Vicote 704)을 탄소섬유 기재 상단 및 내부에 8.5g/m 밀도로 균일하게 도포하였다. 다음, 강화 섬유를 IR 램프로 400℃로 가열하고, 290℃, 330℃, 350℃로 단계적으로 가열된 히팅 롤러에 의해 200 ㎏/㎠의 압력으로 가압하여 PEEK 수지를 1차적으로 용용 함침시켰다. Carbon fiber (Hyosung Tansome H2550 12K) was used as a fibrous substrate for the preparation of the prepreg, and 18 bobbins were used. As shown in FIG. 1, the fiber fibers unwound from the creel are released from the filaments while passing through the opening part to prepare a uniform web state with a width of 100 mm, and then, PEEK resin powder using a rotary particle feeder. (Victrex Vicote 704) was uniformly applied to the top and the inside of the carbon fiber substrate at a density of 8.5 g/m. Next, the reinforcing fibers were heated to 400° C. with an IR lamp, and pressed at a pressure of 200 kg/cm 2 by a heating roller heated stepwise to 290° C., 330° C., and 350° C. to first melt-impregnate the PEEK resin.

1차 수지 함침된 탄소섬유 직물의 양면에 두께 16 ㎛의 PEEK 필름(Victrex 2000-016)을 적층하고 290, 330℃로 단계적으로 가열된 히팅 롤러에 의해 50 ㎏/㎠의 압력으로 가압하여 2차 용융 함침시켰다. 이후 6kgf/cm2의 압력을 갖는 복수 채널의 공냉구간을 통과시켜 냉각시킨 뒤 열가소성 프리프레그를 제조하였다.A PEEK film (Victrex 2000-016) having a thickness of 16 µm was laminated on both sides of the primary resin-impregnated carbon fiber fabric, and the second was pressurized at a pressure of 50 kg/cm by a heating roller heated stepwise to 290 and 330 °C. melt impregnated. After cooling by passing through an air cooling section of a plurality of channels having a pressure of 6 kgf/cm 2 , a thermoplastic prepreg was prepared.

제조된 프리프레그의 함침성과 표면 품위를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The impregnation property and surface quality of the prepared prepreg were evaluated, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 2Example 2

필름상의 열가소성 수지 함침 시에 1차 수지 함침된 탄소섬유 기재의 편면에만 PEEK 필름을 덧대어 2차 함침시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 프리프레그를 제작하였다. 수득된 프리프레그에 대하여 함침성과 표면 품위를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. A prepreg was prepared in the same manner as in Example 1, except that a PEEK film was applied to only one side of the carbon fiber substrate impregnated with the primary resin during impregnation with the thermoplastic resin on the film, and the second impregnation was carried out in the same manner as in Example 1. The obtained prepreg was evaluated for impregnation property and surface quality, and the results are shown in Table 1 below.

비교예 1Comparative Example 1

필름상의 열가소성 수지를 적용하여 함침시키는 공정을 제외하고 파우더 상의 1단계 함침 과정으로만 프리프레그를 제조하였다. 다만, 파우더의 도포 양은 9.8g/m을 적용하였다. 제조된 프리프레그의 함침성과 표면 품위를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Except for the process of impregnating by applying the thermoplastic resin on the film, the prepreg was prepared only by the one-step impregnation process on the powder. However, the amount of powder applied was 9.8 g/m. The impregnation property and surface quality of the prepared prepreg were evaluated, and the results are shown in Table 1 below.

비교예 2Comparative Example 2

탄소섬유 직물의 양면에 두께 28 ㎛의 PEEK 필름을 적층하고 PEEK 필름이 320℃가 되도록 가열한 후 290℃, 330℃, 350℃로 단계적으로 가열된 히팅 롤러에 의해 200 ㎏/㎠의 압력으로 가압하여 용융 함침시켰다. 이후 공냉에 의해 탄소섬유 직물을 냉각시켜 열가소성 프리프레그를 제조하였다.A PEEK film with a thickness of 28 μm is laminated on both sides of the carbon fiber fabric, and the PEEK film is heated to 320° C., and then pressed at a pressure of 200 kg/cm 2 by a heating roller heated stepwise to 290° C., 330° C., and 350° C. and melt-impregnated. Thereafter, the carbon fiber fabric was cooled by air cooling to prepare a thermoplastic prepreg.

제조된 프리프레그의 함침성과 표면 품위를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The impregnation property and surface quality of the prepared prepreg were evaluated, and the results are shown in Table 1 below.

비교예 3Comparative Example 3

익스트루더 방법을 이용하여 열가소성 프리프레그를 제조하였다. 수지를 400℃까지 용융시켜 함침 다이 안으로 토출시키고, 개섬된 원사를 함침다이를 통과시켜 함침시킨 다음 고온고압의 롤러로 추가 함침 시켰다. Thermoplastic prepregs were prepared using the extruder method. The resin was melted to 400°C and discharged into the impregnation die, and the opened yarn was impregnated through the impregnation die and then further impregnated with a high-temperature and high-pressure roller.

시험예 test example

실시예 및 비교예에서 제조된 프리프레그에 대해서 아래의 방법으로 함침성 및 표면 품위를 평가하였다. For the prepregs prepared in Examples and Comparative Examples, impregnation properties and surface quality were evaluated by the following method.

(1) 강화 섬유 함량 (1) reinforcing fiber content

제조된 프리프레그를 길이 100 mm x 폭 100 mm로 절단한 뒤 무게(w1)를 측정한다. 이 샘플을 4등분하여 미리 무게(w2)를 측정한 도가니에 넣고도가니와 샘플의 합무게(w3)를 측정한 뒤 퍼니스 (Muffle Furnace) 안에 안치하였다. 이후 질소 분위기 하에서 580도℃까지 2시간에 걸려 승온한 뒤, 24시간 유지, 이후 3시간 냉각 뒤에 꺼내어 도가니와 소결 후 샘플의 무게(w4)를 측정하였다. 강화 섬유의 함량(wt%)은 (w4-w2)/(w1)x 100으로 계산하였다. After cutting the prepared prepreg to 100 mm in length x 100 mm in width, the weight (w1) is measured. The sample was divided into 4 equal parts and placed in a crucible whose weight (w2) was measured in advance, and the combined weight (w3) of the crucible and the sample was measured, and then placed in a furnace (Muffle Furnace). Thereafter, the temperature was raised to 580° C. in a nitrogen atmosphere in 2 hours, maintained for 24 hours, and then taken out after cooling for 3 hours, and the weight (w4) of the sample after sintering with the crucible was measured. The content (wt%) of the reinforcing fibers was calculated as (w4-w2)/(w1)×100.

(2)함침성 (2) impregnability

본 발명에서의 함침성이란, 열가소성 수지를 가열해서 용융상태로서 성형할 경우의, 열가소성 수지의 강화섬유의 내부에의 침투의 용이성을 나타내는 것이다. 본 발명에 있어서는, 제조된 프리프레그를 길이 100 ㎜×폭 10 ㎜로 절단하여 시험 샘플로 한다. 각 샘플의 함침성을 하기 기준에 따라서 4단계로 평가하였다. The impregnation property in the present invention refers to the ease of penetration of the thermoplastic resin into the reinforcing fiber when the thermoplastic resin is heated and molded in a molten state. In the present invention, the prepared prepreg is cut into a length of 100 mm x width of 10 mm to obtain a test sample. The impregnability of each sample was evaluated in four steps according to the following criteria.

-우수: 보이드를 거의 확인할 수 없다-Excellent: Almost no voids can be seen

-양호: 프리프레그의 단면적에 대한 보이드 면적이 10% 이하이다.-Good: The void area with respect to the cross-sectional area of the prepreg is 10% or less.

-보통: 프리프레그의 단면적에 대한 보이드 면적이 10%를 초과한다.-Normal: The void area with respect to the cross-sectional area of the prepreg exceeds 10%.

-불량: 프리프레그의 단면적에 대한 보이드 면적이 50%를 초과한다.- Defect: The void area with respect to the cross-sectional area of the prepreg exceeds 50%.

(3) 표면 품위 (3 ) Surface quality

표면 품위는 10명의 전문가의 관능 평가에 의해서 모우발생 및 표면거칠기로 평가하였다. Surface quality was evaluated by hair growth and surface roughness by sensory evaluation of 10 experts.

(4) 표면 요철(4) surface irregularities

샘플의 폭 방향 표면 거칠기(요철)을 조도계(Mitsutoyo SJ-210)를 이용하여 측정하였다. 컷오프(cut-off) 길이는 0.8㎛, 샘플링 길이는 25mm, 측정 구간 수는 5개, 측정 속도는 0.5mm/s로 설정하였으며, 필터는 Gaussian Filter를 적용하였다. 10회 측정 후 Ra와 Rz 값으로 표면거칠기를 상대 비교하였다. The width direction surface roughness (irregularity) of the sample was measured using a roughness meter (Mitsutoyo SJ-210). The cut-off length was 0.8㎛, the sampling length was 25mm, the number of measurement sections was 5, and the measurement speed was 0.5mm/s, and a Gaussian filter was applied as the filter. After 10 measurements, the surface roughness was compared with the Ra and Rz values.

강화 섬유
함침량(wt%)
reinforcing fiber
Impregnation amount (wt%)
평균두께(㎛)Average thickness (㎛) 함침성impregnability 표면
품위
surface
elegance
Ra
(㎛)
Ra
(μm)
Rz
(㎛)
Rz
(μm)
평균±편차mean ± deviation 비교예 `1Comparative Example `1 60±4%60±4% 155155 우수Great 미흡Inadequate 3.773.77 24.5124.51 비교예 2Comparative Example 2 54±2%54±2% 173173 불량bad 미흡Inadequate 1.531.53 11.3211.32 비교예 3Comparative Example 3 64±4%64±4% 154154 양호Good 불량bad 5.705.70 31.3531.35 실시예 1Example 1 53±2%53±2% 175175 우수Great 우수Great 1.021.02 4.704.70 실시예 2Example 2 58±3%58±3% 160160 우수Great 우수Great 2.282.28 15.0515.05

상기 표 1의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 실시예 1~2에서 제조된 프리프레그는 강화 섬유 기재 내에 열가소성 수지가 균일하게 함침된 것을 알 수 있고, 표면 품위가 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 또한 본 발명에 의해서 제조된 프리프레그는 프리프레그 전체 중량 대비 강화 섬유 함유율이 (53) % 이상이었다. As can be seen through the results of Table 1, it can be seen that the prepregs prepared in Examples 1 and 2 are uniformly impregnated with the thermoplastic resin in the reinforcing fiber substrate, and it can be confirmed that the surface quality is excellent. In addition, the prepreg prepared according to the present invention had a reinforcing fiber content of (53)% or more based on the total weight of the prepreg.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. In the above, the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, but it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims. .

100: 크릴대 200: 개섬부
300: 부재 공급부 400: 수지 함침 장치
410: 분말 침투 수단 420: 제1 가열가압 수단
430: 필름 적층 수단 440: 제2 가열가압 수단
500: 권취장치
100: krill 200: opening part
300: member supply unit 400: resin impregnation device
410: powder penetration means 420: first heating and pressing means
430: film lamination means 440: second heating and pressing means
500: winding device

Claims (14)

강화 섬유 기재 내에 분말상의 열가소성 수지를 침투시킨 후 가열 용융하여 열가소성 수지를 강화 섬유 기재 내에 1차 함침시키고, 이어서 1차 수지 함침된 강화 섬유 기재의 편면 또는 양면에 열가소성 수지 필름을 적층하고 가열 용융하여 열가소성 수지를 강화 섬유 기재 내에 2차 함침시키는 것을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
After impregnating the powdery thermoplastic resin into the reinforcing fiber base material and then heating and melting it, the thermoplastic resin is first impregnated into the reinforcing fiber base material, and then a thermoplastic resin film is laminated on one or both sides of the reinforcing fiber base material impregnated with the primary resin and heated and melted. A resin impregnation method, characterized in that the thermoplastic resin is secondary impregnated into the reinforcing fiber substrate.
제1항에 있어서, 상기 1차 함침 단계에서 사용되는 분말상의 열가소성 수지는 평균 입경이 1 ~ 20 ㎛의 입자인 것을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
According to claim 1, wherein the powdered thermoplastic resin used in the first impregnation step has an average particle diameter of 1 ~ 20㎛ Resin impregnation method, characterized in that the particles.
제1항에 있어서, 상기 1차 함침 단계에서 가열용융은 히팅 구간을 거치면서 분말상의 열가소성 수지를 용융시킨 후 고온의 롤러로 가압하는 과정을 수차례 반복하면서 열가소성 수지를 강화 섬유 내부로 함침시키는 단계임을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
According to claim 1, wherein the heat melting in the first impregnation step is the step of impregnating the thermoplastic resin into the reinforcing fiber while repeating the process of melting the powdered thermoplastic resin through a heating section and then pressing with a high-temperature roller several times. Resin impregnation method, characterized in that.
제3항에 있어서, 상기 고온의 롤러에 의한 가열용융은 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 융점을 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러에 의해서 단계적으로 가열가압하는 단계임을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
According to claim 3, wherein the heat melting by the high-temperature roller, when the glass transition temperature of the thermoplastic resin is T g and the melting point is T m , (T g ) ℃ to (T m +60) ℃ within the range of various Resin impregnation method, characterized in that the step of heating and pressing step by step by one or more rollers set at a temperature.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 융점 300℃ 이상의 고내열성 열가소성 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
The method of claim 1 , wherein the thermoplastic resin uses a high heat-resistant thermoplastic resin having a melting point of 300° C. or higher.
제5항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 함.
According to claim 5, wherein the thermoplastic resin is polyamide, polycarbonate, polybutylene terephthalate (PBT), polyetherimide (PEI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ketone ketone (PEKK), polyether It is characterized in that at least one selected from the group consisting of ether ketone (PEEK) and poly (methyl methacrylate) (PMMA) is used.
제1항에 있어서, 상기 2차 함침 단계에서 가열용융 과정은 히팅구간과 고온고압의 히팅롤러로 수지 필름을 가열용융시켜 열가소성 수지를 강화 섬유 기재에 추가 함침시키는 단계임을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
The method according to claim 1, wherein the heat-melting process in the secondary impregnation step is a step of further impregnating the reinforcing fiber substrate with a thermoplastic resin by heat-melting the resin film with a heating section and a high-temperature and high-pressure heating roller.
제1항에 있어서, 상기 강화 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 또는 탄화규소 섬유인 것을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
The resin impregnation method according to claim 1, wherein the reinforcing fibers are glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers, or silicon carbide fibers.
제1항에 있어서, 상기 분말상의 열가소성 수지와 상기 열가소성 수지 필름은 동일한 종류의 열가소성 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 수지 함침 방법.
The resin impregnation method according to claim 1, wherein the powdered thermoplastic resin and the thermoplastic resin film use the same kind of thermoplastic resin.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지 필름은 서로 상이한 종류의 열가소성 수지를 사용하고, 상기 분말상의 열가소성 수지의 융점이 상기 필름형 열가소성 수지의 융점과 비슷하거나 높은 열가소성 수지인 것을 수지 함침 방법.
The resin impregnation method according to claim 1, wherein the thermoplastic resin film uses different types of thermoplastic resins, and the melting point of the powdered thermoplastic resin is similar to or higher than that of the film-type thermoplastic resin.
강화 섬유 기재에 열가소성 수지를 함침시키는 장치로서, 상기 수지 함침 장치가
강화 섬유 기재 내에 분말상의 열가소성 수지를 분산침투시키는 분말 침투 수단;
강화 섬유 기재에 분산침투된 분말상의 열가소성 수지를 가열 용융하여 강화 섬유 기재에 1차 함침시키는 제1 가열가압 수단;
1차 수지 함침된 강화 섬유 기재의 편면 또는 양면에 열가소성 수지 필름을 적층하는 필름 적층 수단; 및
적층된 열가소성 수지 필름을 가열가압하여 강화 섬유 내에 열가소성 수지를 2차 함침시키는 제2 가열가압 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조 장치.
A device for impregnating a reinforcing fiber substrate with a thermoplastic resin, wherein the resin impregnating device comprises:
a powder penetrating means for dispersing and penetrating the powdered thermoplastic resin into the reinforcing fiber substrate;
a first heating and pressing means for first impregnating the reinforcing fiber base by heating and melting the powdered thermoplastic resin dispersedly permeated into the reinforcing fiber base;
Film laminating means for laminating a thermoplastic resin film on one or both sides of the primary resin-impregnated reinforcing fiber substrate; and
and a second heating and pressing means for secondarily impregnating the thermoplastic resin in the reinforcing fibers by heating and pressing the laminated thermoplastic resin film.
제11항에 있어서, 상기 분말상의 열가소성 수지를 침투시키는 수단은 건조한 파우더를 회전 니들롤과 진동 브러쉬로 정량 공급하면서 보강 섬유를 미세하게 진동을 주어 내부로 침투시키거나, 또는 밀폐된 용기 안에 정량의 파우더를 공급하면서 내부에 공기를 주입하여 순환시켜 공간을 떠도는 입자가 보강섬유 표면 및 내부로 침투하도록 하거나, 또는 수지의 수분산액 또는 슬러리 속을 보강섬유가 진동하면서 통과시키는 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조장치
[Claim 12] The method of claim 11, wherein the means for penetrating the powdered thermoplastic resin gives a minute vibration of the reinforcing fibers while supplying a fixed amount of dry powder with a rotary needle roll and a vibrating brush, or permeates the reinforcing fibers into the inside of a sealed container. Prepreg manufacturing, characterized in that the particles in the space are circulated by injecting air while supplying the powder to penetrate the surface and inside of the reinforcing fiber, or the reinforcing fiber is passed through the aqueous dispersion or slurry of the resin while vibrating Device
제11항에 있어서, 제1 가열가압 수단은 히팅 구간과 고온의 롤러로 구성되고, 상기 히팅 구간은 IR 램프, IR 가열판 또는 할로겐 램프이고, 상기 롤러는 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 융점을 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조장치. The method of claim 11, wherein the first heating and pressing means is composed of a heating section and a high-temperature roller, the heating section is an IR lamp, an IR heating plate or a halogen lamp, the roller is the glass transition temperature of the thermoplastic resin T g , melting point Prepreg manufacturing apparatus, characterized in that consisting of one or more rollers set at various temperatures within the range of (T g ) °C to (T m +60) °C when T m is. 제11항에 있어서, 상기 제2 가열가압 수단은 히팅 구간과 고온의 롤러로 구성되고, 상기 히팅 구간은 IR 램프, IR 가열판 또는 할로겐 램프이고, 상기 롤러는 열가소성 수지의 유리전이온도를 Tg, 융점을 Tm으로 할 때, (Tg)℃ 내지 (Tm+60)℃의 범위 내의 다양한 온도로 설정된 하나 이상의 롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리프레그 제조장치.
12. The method of claim 11, wherein the second heating and pressing means is composed of a heating section and a high-temperature roller, the heating section is an IR lamp, an IR heating plate or a halogen lamp, the roller is the glass transition temperature of the thermoplastic resin T g , Prepreg manufacturing apparatus, characterized in that it is composed of one or more rollers set at various temperatures within the range of (T g )°C to (T m +60)°C when the melting point is T m .
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