KR20220042656A - 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트 - Google Patents

핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유 또는 섬유직물의 섬유공급단계에서 핫멜트 수지의 함침단계를 거친 프리프레그를 연속식 벨트형 가열가압단계에서 수지 함량율이 높은 라미네이트를 제조하여 함침도, 내구성과 기계적 물성이 우수하며, 미려한 외관을 가지는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트에 관한 것으로서, 섬유 또는 직물 형태의 보강 섬유를 핫멜트 수지 용액에 함침시켜 1차 프리프레그를 제조한 후 상기 프리프레그를 연속식 벨트부재로 인도하여 가열단계를 거친 다음, 즉시 롤러부재로 인도하여 가압단계를 거쳐 제조된 라미네이트에 있어 상기 연속식 벨트부재로 인도되는 프리프레그의 상부 및 하부로 각각 상부필름 및 하부필름을 도포하면서 상기 상부필름과 하부필름 양측단을 열접착하여 상부필름과 하부필름 사이의 내부에 프리프레그가 수용되는 것을 특징으로 한다.

Description

핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트{Laminate improved durability using hot melt resin}
본 발명은 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 섬유 또는 섬유직물의 섬유공급단계에서 핫멜트 수지의 함침단계를 거친 프리프레그를 연속식 벨트형 가열가압단계에서 수지 함량율이 높은 라미네이트를 제조하여 함침도, 내구성과 기계적 물성이 우수하며, 미려한 외관을 가지는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트에 관한 것이다.
프리프레그는 "Preimpregnated Material"의 약어로서, 보강 섬유(Reinforcement)를 기지재(Matrix)에 미리 함침시킨 시트(sheet) 형태의 제품을 의미하고, 지관(paper roll)에 감겨 공급되어 복합재료 성형을 위한 중간 재료로 사용된다. 상기 프리프레그는 기지재(Matrix)에 적용되는 수지의 종류에 따라 열경화성(Thermosetting) 프리프레그와 열가소성(Thermoplastic) 프리프레그로 분류하거나, 투입되는 보강 섬유(Reinforcement)의 형태에 따라, 일방향으로 정렬된 형태의 일방향(Unidirectional) 프리프레그와 직물 형태로
제조된 직물형(woven) 프리프레그로 구분되기도 한다.
이에, 기존 기술의 보강섬유인 탄소섬유, 유리섬유, 보론섬유 등과 같은 보강섬유 토우를 일방향으로 배열한 시트내에 핫멜트 수지를 함침시킨 프리프레그를 가열가압의 처리공정을 거친 라미네이트를 각공하여 높은 비강도 및 비강성도를 요구하는 각종 스포츠-레져 용품, 산업기계 부품 및 항공기 부품 등에 널리 이용되고 있다.
그리고, 프리프레그를 성형한 라미네이트 제조에서 핫멜트 수지의 프리프레그를 이용한 가열가압 공정의 경우, 다른 공정에 비해, 많은 장점을 가지고 있으나, 핫멜트 수지의 용융 점도가 매우 높아, 보강 섬유에 수지를 균일하게 함침시키기 어려우며, 함침도가 높은 핫멜트 라미네이트를 생산하기 위해서는, 생산 온도를 과도하게 높이거나, 생산 속도를 낮게 설정해야 하는 문제가 있다.
또한, 핫멜트 수지의 용융 점도를 낮추고 함침성을 향상시키기 위해, 수지필름의 융점보다 훨씬 높은 온도로 가열하거나 생산 속도를 늦춰 고온 체류 시간을 증가시키면 수지의 열분해로 인해 프리프레그의 물성이 저하되어 가열가압공정에서 라미네이트의 내구성 저하가 될 우려가 있다. 이러한 가열가압단계에서의 수지의 점성 제어에 대한 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.
1. 대한민국 공개특허 제10-2020-0106182호(2020. 09. 11일자 공개)
따라서, 본 발명의 목적은, 섬유 또는 섬유직물의 핫멜트 수지를 이용한 함침단계를 거친 프리프레그를 가열 가압단계를 거쳐 라미네이트를 제조에 있어 핫멜트 수지의 함침도가 높으면서 가열 가압단계에서 핫멜트 수지의 손실없이 함침도가 높으면서 내구성이 강화된 라미네이트를 제공함에 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명의 일실시예는 섬유 또는 직물 형태의 보강 섬유를 핫멜트 수지 용액에 함침시켜 1차 프리프레그를 제조한 후 상기 프리프레그를 연속식 벨트부재로 인도하여 가열단계를 거친 다음, 즉시 롤러부재로 인도하여 가압단계를 거쳐 제조된 라미네이트에 있어서,
상기 연속식 벨트부재로 인도되는 프리프레그의 상부 및 하부로 각각 상부필름 및 하부필름을 도포하면서 상기 상부필름과 하부필름 양측단을 열접착하여 상부필름과 하부필름 사이의 내부에 프리프레그가 수용되는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제공한다.
한편, 상기 프리프레그의 상면 및 하면에 대응되는 상부필름 및 하부필름의 접착면에 핫멜트 수지와 동질의 수지가 코팅되는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제공한다.
한편, 상기 핫멜트 수지 대신에 제1열가소성 수지가 용매에 용해되어 있는 수지 용액을 함침시킨 후, 용매를 제거하여, 제1열가소성 수지가 함침된 1차 코팅 프리프레그를 제조한 후, 상기 1차 코팅 프리프레그에 제2열가소성 수지가 용매에 용해되어 있는 수지 용액을 함침시킨 후, 용매를 제거하여, 제1 및 2 열가소성 수지가 함침된 프리프레그를 사용하는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제공한다.
한편, 상기 프리프레그의 가열단계와 가압단계 사이에 프리프레그의 상부 및 하부로 각각 상부필름 및 하부필름이 공급되면서 상부필림과 하부필름의 대응되는 양측단이 접착되면서 내부에 프리프레그가 수용되며, 이때 상기 프리프레그의 상면 및 하면 각각에 면접되는 상부필름 및 하부필름의 접착면에 고무발포시트가 접착되되, 상기 프리프레그의 상면 및 하면에 대응되는 고무발포시트의 면에 비발포고무층이 코팅되는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제공한다.
본 발명에 의하면, 보강섬유인 섬유 또는 섬유직물의 핫멜트 수지를 이용한 함침단계를 거친 프리프레그를 가열 가압단계를 거쳐 라미네이트를 제조에 있어 핫멜트 수지의 함침도가 높으면서 가열 가압단계 전(前) 또는 중(中)에 프리프레그의 상하부를 커버하면서 양측단이 접착된 상태로 가열 가압단계를 거침으로서 제조된 라미네이트가 핫멜트 수지의 손실 없이 함침도가 높으면서 내구성이 강화된 이점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제조하는 공정도면.
상기한 목적을 달성하기 위해 하기와 같은 실시예를 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일실시예는 섬유 또는 직물 형태의 보강 섬유를 핫멜트 수지 용액에 함침시켜 1차 프리프레그를 제조한 후 상기 프리프레그를 연속식 벨트부재로 인도하여 가열단계를 거친 다음, 즉시 롤러부재로 인도하여 가압단계를 거쳐 제조된 라미네이트에 있어서,
상기 연속식 벨트부재로 인도되는 프리프레그의 상부 및 하부로 각각 상부필름 및 하부필름을 도포하면서 상기 상부필름과 하부필름 양측단을 열접착하여 상부필름과 하부필름 사이의 내부에 프리프레그가 수용되는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제공한다.
본 발명의 함침단계를 거친 프리프레그가 가열 및 가압단계를 거쳐 라미네이트를 제조하는 과정에서 수지의 손실을 최소화하면서 수지 함량율이 향상되면서 내구성이 강화된 라미네이트는 높은 수지 함량 및 함침도가 우수하고, 표면의 미려함을 가지는 것으로서, 롤에서 일방향의 섬유사 또는 제직된 직물 시트 형태의 보강 섬유가 풀려 나오면서, 핫멜트 수지가 가열 용해된 배지 내로 투입 통과되며, 그리고 통과된 보강 섬유는 스퀴징 롤을 통과하면서, 핫멜트 수지 용액이 함침된 보강 섬유의 표면이 평탄하게 되고, 핫멜트 수지 용액이 보강 섬유의 사이로 균일하게 분산된다.
다음으로, 스퀴징 롤을 통과하여 핫멜트 수지 용액이 함침된 보강 섬유는 열원이 구비되어 있는 연속식 밸트부재가 설치된 가열 챔버로 인도되는데, 여기에서는 끓는점이 낮은 용매가 제거됨으로써, 시트 형태의 보강 섬유에는 핫멜트 수지만이 잔류하게 되어 핫멜트 수지가 함침된 프리프레그가 제조된다.
그리고, 후술되는 공정인, 라미네이트 제조 공정 중에 함침성 확보가 가능하므로, 프리프레그 제조 단계에서는 함침성의 확보보다는 섬유와 섬유 사이에 핫멜트 수지를 잔류시켜 함침 거리를 최소화하는데 목적이 있으며, 또한 이와 같은 공정 조건은 적용 설비 환경을 적절히 이용하여 변경될 수 있으며, 제조된 직물형 프리프레그의 보관 및 공급 방법도 필요에 따라 달라질 수 있다.
상기 보강 섬유로는 프리프레그의 제조에 사용되는 통상의 보강 섬유를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 강도와 탄성이 높은 탄소 섬유(carbon fiber), 유리 섬유(glass fiber), 아라미드 섬유(aramid fiber), 현무 섬유, 보론 섬유(boron fiber) 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 보강 섬유는 상술한 제조 방법에 나타낸 바와 같이, 일방향으로 배열된 섬유이거나, 직물 형태의 섬유일 수 있고, 그 두께는, 보강 섬유로서 사용될 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다.
한편, 상기 보강 섬유를 공급하는 보강 섬유 공급장치는, 직물형 또는 일방향 보강 섬유를 공급하는 통상의 공급 장치로서, 사용 조건 및 환경에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 핫멜트 수지에 의한 프리프레그 제조 대신에 제1열가소성 수지가 용매에 용해되어 있는 수지 용액을 함침시킨 후, 용매를 제거하여, 제1열가소성 수지가 함침된 1차 코팅 프리프레그를 제조한 후, 상기 1차 코팅 프리프레그에 제2열가소성 수지가 용매에 용해되어 있는 수지 용액을 함침시킨 후, 용매를 제거하여, 제1 및 2열가소성 수지가 함침시킨 2차 코팅된 프리프레그를 제조할 수 있으며, 이는 수지의 점도를 낮추어 제1 및 2열가소성 수지를 보강 섬유 내에 보다 용이하게 침투시키기 위함이다.
그리고, 상기 가열챔버를 통과한 가열단계를 거친 프리프레그 또는 핫멜트 수지에 보강섬유를 함침시키는 함침단계 후 상술한 연속식 밸트부재로 인도되는 가열챔버 내에 가열 및 가압이 동시에 가능한 공정을 포함하며, 이때 가압단계는 종래의 유압(Hydraulic) 구동 방식의 핫 프레스(Hot Press) 방식이 아닌 2개의 호전롤러 사이를 통과하는 가압롤러부재로 인도되어 연속식으로 라미네이트를 제조하는 공정을 제공한다.
이때, 단일 또는 적층된 프리프레그의 상/하면에 각각 상/하부필름을 부착시킨 다음, 가열단계 및 가압 공정을 동시에 수행하거나 가열단계 후 상/하부필름을 부착시킨 후 가압단계를 수행할 수 있다.
여기서, 보다 균일한 압력 분포를 위해 가압롤러부재인 2개의 가압롤러의 외주에 내열 탄성 매트를 투입하여 이용할 수 있다.
상기 라미네이트를 제조하기 위한 제조하려는 제품의 목적에 따라 설정된 성형 압력으로 설정하고, 최고 성형 온도는 적용 핫멜트 수지의 녹는점보다 20 내지 30℃ 이상으로 두는 것이 바람직하며, 5 내지 30분 동안 유지하도록 하며, 이는 제조환경 또는 제품의 목적에 따라 달라질 수 있음은 자명할 것이다.
상기 라미네이트 성형 후, 냉각 공정은 서냉 또는 급속 냉각 방식 등 설비 환경에 따라 다를 수 있으나, 적용되는 핫멜트 수지의 종류에 따라, 가열시간으로 인한 열분해가 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 상온까지 냉각시키는 공정이 바람직하다.
그리고, 상기 상부필름과 하부필름이 공급되면서 상부필름과 하부필름 사이에 프리프레그가 위치 수용하게 되며, 이때 상부필름 및 하부필름 각각의 양단이 서로 면접되면서 가열원에 의해 상호 접착되며, 이때 프리프레그의 상부와 하부가 대응되는 위치의 상부필름과 하부필름으로 밀폐되면서 양측단이 접착되어 프리프레그가 밀봉된 형태를 가진다.
그리고, 상기 핫멜트 수지에 의해 보강 섬유가 함침되는 함침단계를 연속적으로 수행하면서 가열 및 가압단계로 연속적으로 프리프레그가 공급되면서 연속된 라미네이트를 제조하며, 상기 가열 및 가압단계에서 상/하부필름이 연속적으로 공급되면서 프리프레그를 밀봉된 형태로 감싸 가열단계 또는 가압단계로 제공하게 된다.
또한, 상기 프리프레그의 상면 및 하면에 대응되는 상부필름 및 하부필름의 접착면에 핫멜트 수지와 동질의 수지가 코팅되는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제공하며, 상술한 가열 가압단계를 거쳐 가공된 라미네이트의 표면에 상/하부필름이 보호되어 있으며, 사용시 상/하부필름을 제거하여 사용하며, 이때 상/하부필름의 접착면 즉, 프리프레그의 상면 및 하면에 대응되는 면(面)인 접착면과 제조된 라미네이트와 이형 분리가 용이하게 되면서 라미네이트 표면의 광택 또는 보호층을 가지도록 상/하부필름의 접착면에 핫멜트 수지와 동질의 수지가 코팅되며, 상기 라미네이트 제조시 가열 및 가압단계에서 프리프레그의 상면 및 하면에 상/하부필름의 접착면에 코팅된 수지가 접착하게 되어 동질화를 이루게 된다.
또한, 상기 프리프레그의 가열단계와 가압단계 사이에 프리프레그의 상부 및 하부로 각각 상부필름 및 하부필름이 공급되면서 상부필름과 하부필름의 대응되는 양측단이 접착되면서 내부에 프리프레그가 수용되며, 이때 상기 프리프레그의 상면 및 하면 각각에 면접되는 상부필름 및 하부필름의 접착면에 고무발포시트가 접착되되, 상기 프리프레그의 상면 및 하면에 대응되는 고무발포시트의 면에 비발포고무층이 코팅되는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트를 제공한다.
상기 상/하부필름의 접착면에 고무발포시트가 부착됨으로서, 상기 가압단계에서 가압롤러부재를 통과할 때 보강섬유에 함침된 수지가 가압롤러부재에 의해 손실방지 또는 분포도의 균일화를 가져오게 되며, 상기 가압롤러부재로 인도된 가열과정을 거친 프리프레그가 고무발포시트의 완충 및 가압력에 의해 함침된 수지의 균일한 분포를 유도하게 된다.
그리고, 상기 비발포고무층을 개재하여 상/하부필름의 고부발포시트의 표면에 접착되므로, 상기 고무발포시트의 탄성율에 의해 가압단계에서도 탄성 및 탄성 복원율을 가지게 되며, 또한 가압롤러부재의 원호 형상을 통과하면서 구부러짐으로써, 이 구부러진 부분에 의해 프리프레그의 판재형으로 복원율이 좋아지고 또한 누르는 힘이 적어진다.
또한, 상기 비발포고무층은 경도가 낮고 프리프레그로 가해지 힘이 적고 비발포고무층 자체에서 외부의 힘을 대부분 흡수하므로 프리프레그와의 접착 강도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 비발포고무층이 가해지는 힘을 균등하게 유지한 채 프리프레그를 가압하게 되어 수지의 균일한 분포를 유지하도록 한다.
이에, 상술한 제조공정을 거친 수지의 함침도가 향상된 라미네이트를 제조함으로서 각종 스포츠-레져 용품, 산업기계 부품 및 항공기 부품 등에 적용하여 내구성이 향상된 제품을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 섬유 또는 직물 형태의 보강 섬유를 핫멜트 수지 용액에 함침시켜 1차 프리프레그를 제조한 후 상기 프리프레그를 연속식 벨트부재로 인도하여 가열단계를 거친 다음, 즉시 롤러부재로 인도하여 가압단계를 거쳐 제조된 라미네이트에 있어서,
    상기 연속식 벨트부재로 인도되는 프리프레그의 상부 및 하부로 각각 상부필름 및 하부필름을 도포하면서 상기 상부필름과 하부필름 양측단을 열접착하여 상부필름과 하부필름 사이의 내부에 프리프레그가 수용되는 것을 특징으로 하는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프리프레그의 상면 및 하면에 대응되는 상부필름 및 하부필름의 접착면에 핫멜트 수지와 동질의 수지가 코팅되는 것을 특징으로 하는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 핫멜트 수지 대신에 제1열가소성 수지가 용매에 용해되어 있는 수지 용액을 함침시킨 후, 용매를 제거하여, 제1열가소성 수지가 함침된 1차 코팅 프리프레그를 제조한 후, 상기 1차 코팅 프리프레그에 제2열가소성 수지가 용매에 용해되어 있는 수지 용액을 함침시킨 후, 용매를 제거하여, 제1 및 2 열가소성 수지가 함침된 프리프레그를 사용하는 것을 특징으로 하는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프리프레그의 가열단계와 가압단계 사이에 프리프레그의 상부 및 하부로 각각 상부필름 및 하부필름이 공급되면서 상부필림과 하부필름의 대응되는 양측단이 접착되면서 내부에 프리프레그가 수용되며,
    이때 상기 프리프레그의 상면 및 하면 각각에 면접되는 상부필름 및 하부필름의 접착면에 고무발포시트가 접착되되,
    상기 프리프레그의 상면 및 하면에 대응되는 고무발포시트의 면에 비발포고무층이 코팅되는 것을 특징으로 하는 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트.
KR1020200125718A 2020-09-28 2020-09-28 핫멜트 수지를 이용한 내구성이 강화된 라미네이트 KR20220042656A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200106182A (ko) 2018-02-05 2020-09-11 후지모리 고교 가부시키가이샤 핫멜트 접착성 수지 적층체 및 적층체

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200106182A (ko) 2018-02-05 2020-09-11 후지모리 고교 가부시키가이샤 핫멜트 접착성 수지 적층체 및 적층체

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