KR20230016264A - 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 또는 열가소성 수지 섬유(200)를 이용하여 제조된 원단을 적층하여 가열 및 가압하여 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 사용자가 손으로 만졌을 때 촉감과 질감을 느낄 수 있고, 디자인의 자유도를 높힘으로써, 상품의 차별화를 통한 상품성을 높일 수 있는 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 보강용 섬유(reinforcement fiber)와 열가소성 수지 섬유(thermoplastic resin fiber) 또는 열가소성 수지를 이용하여 제조된 원단을 적층하여 가열 및 가압함으로써, 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 항공ㆍ우주 분야로부터 스포츠용품 및 생활용품 분야에 이르기까지 새로운 특성을 지닌 복합재료가 요구되어 이에 대해 활발한 연구가 진행되고 있다. 그 중 고분자 수지를 매트릭스로 하는 섬유강화 복합재료는 중량 대비 높은 강도와 역학특성, 내식성, 내피로성, 난연성 등이 우수하여 널리 이용되고 있다.
섬유강화 복합재료는 매트릭스 수지의 조성, 보강용 섬유의 조합 등에 의해 다양한 물성의 발현이 가능하며, 이러한 섬유강화 복합재료의 한 종류가 프리프레그이다. 프리프레그는 일반적으로 시트 형상을 하고 있고, 직물 형태의 보강용 섬유에 액체 상태의 수지를 함침시킨 후 건조 내지는 반경화 하여 얻어진다.
이러한 섬유강화 복합재료와 관련되는 종래기술로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0005061호에는 이관능성 비스페놀형 에폭시 수지; 다이시안다이아미드; 지방족 3급 아민 어덕트형 잠재성 경화제; 변성 우레아 용액; 및 흄드 실리카를 포함하며, 80 내지 90℃의 온도에서 2,000 내지 10,000 cps의 점도를 가지며, 요변지수가 1.5 내지 2.0인 섬유강화 복합재료용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 프리프레그 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0061662호에는 자동차 부품 또는 해양선박 등에 사용되는 충격 흡수 및 진동 저감용 소재용 복합재료로서, 일방향 테이프 프리프레그 또는 제직물프리프레그를 종횡비 1~10으로 하여 균일한 분산을 통해 제조된 시트인 CPMC(Chopped Prepreg Molding Compound) 준이방성(Quasi-isotropic) 프리프레그 복합재료의 제조방법이 개시되어 있다.
그런데 상기와 같은 종래기술에 의해 제조된 섬유강화 복합재료는 상기 보강용 섬유와 열가소성 수지 섬유가 균일하게 혼섬되지 아니하여 분산도가 불량하고, 특히 열가소성 수지는 열경화성 수지 대비 용융점도가 높아 함침성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 따라서 열가소성 수지 섬유를 포함하는 혼섬사를 이용하여 FRP를 제조하는 경우에는, 상기 혼섬사에서 열가소성 수지 섬유의 분산도가 불량하여 상기 FRP에 공극 즉, 보이드(void)가 많이 생성되고, 용융된 수지 섬유가 보강용 섬유 내부로의 함침 시간이 오래 소요되게 된다. 이에 따라 성형 후 FRP의 기계적 물성이 불량하게 되고, 종래기술에 의해 제조되는 섬유강화 복합재료는 연속 공정을 이루지 못함으로 인하여 생산성과 경쟁력이 낮게 된다. 특히, 중간 단계인 프리프레그 형태를 통해 섬유강화 복합재료가 제조됨으로써, 상기 섬유강화 복합재료의 표면까지 열가소성 수지가 함침됨으로써, 표면의 질감이 단조롭고 사용자가 손으로 만졌을 때 촉감과 질감이 단조로워 전자제품 케이스, 생활용품, 의료용품 등 다양한 분야의 재료로 사용이 어렵고, 제품의 차별화가 불가능하다는 문제점을 갖는다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 혼섬사 제조시 보강용 섬유와 열가소성 수지 섬유를 혼섬하여 상기 열가소성 수지 섬유의 분산도를 개선함으로써, 성형된 섬유강화 복합재료(120)에 공극 즉, 보이드(void)의 발생을 억제하고, 보강용 섬유 내부로의 용융된 열가소성 수지 섬유의 함침 속도를 증가시켜, 공정시간을 단축하고, 성형후 제조되는 섬유강화 복합재료(120)의 일측 표면으로부터 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)를 제조하기 위한 제조방법은, 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 커버링 공정 또는 합사 공정 또는 편조 공정 중 어느 하나의 혼섬 공정을 통해 혼섬사를 제조하는 제 1-1 단계; 상기 혼섬사를 이용하여 제직 공정 또는 제편 공정을 통해 제 1 원단(160)을 제조하는 제 2 단계; 제 2 원단(170)을 준비하는 제 3 단계; 및 상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)을 적층한 후 가열 및 가압하여 성형하는 제 4 단계;를 포함하거나 또는 열가소성 수지를 용융하여 보강용 섬유(100)에 코팅하여 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사를 제조하는 제 1-2 단계; 상기 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사를 이용하여 제직 공정 또는 제편 공정을 통해 제 1 원단(160)을 제조하는 제 2 단계; 제 2 원단(170)을 준비하는 제 3 단계; 및 상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)을 적층한 후 가열 및 가압하여 성형하는 제 4 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 4 단계는 더블벨트프레스(300)를 이용하여 수행될 수 있고, 상기 제 4 단계에서 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)의 중량비는 10 ~ 90 중량% : 10 ~ 90 중량% 이고, 상기 제 4 단계에서 적층된 제 1 원단(160) 만을 가열 및 가압하며, 상기 보강용 섬유(100)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유, 고강력 폴리에스테르 섬유, 폴리벤즈옥사졸(PBO) 섬유, 폴리벤즈이미다졸(PBI) 섬유, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 섬유, 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이고, 상기 열가소성 수지 섬유(200)는 폴리프로필렌 섬유, 열가소성 폴리우레탄 섬유, 나일론 6 섬유, 폴리페닐렌설파이드 섬유, 폴리에테르에테르케톤 섬유 및 저융점 폴리에스테르 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌, 열가소성 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤 및 저융점 폴리에스테르로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 혼섬사의 굵기는 50 ~ 15,000 데니어이며, 상기 제 1-1 단계에서 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 중량비는 10 ~ 90 중량% : 10 ~ 90 중량% 이고, 상기 제 4 단계에서 성형시 온도는 55 ~ 430 ℃이고, 선상압력은 1 ~ 52 N, 면상압력은 0.1 ~ 1.27 N 이며, 상기 제 4 단계에서 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)의 거리는 0.1 ~ 150 mm이되, 상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170) 두께의 합 보다 0.1 ~ 0.3 mm가 작도록 설정될 수 있고, 상기 섬유강화 복합재료(120)의 최종 두께 또는 경도(Hardness)에 따라 상기 제 1 원단(160)의 적층 개수를 가감하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120) 및 그 제조방법에 의하면, 보강용 섬유와 열가소성 수지 섬유의 혼섬하여 혼섬사를 제조하는 혼섬 공정에서 상기 열가소성 수지 섬유의 분산도를 개선함으로써, 제조되는 섬유강화 복합재료(120)의 강성, 강도, 내열성, 내충격성 등과 같은 기계적 특성을 개선할 수 있다.
이에 따라 섬유강화 복합재료(120)의 제조시 보강용 섬유 내부로의 용융된 열가소성 수지의 함침 속도가 크게 증가하며, 이를 통해 섬유강화 복합재료(120)의 성형 시간이 크게 단축되어 생산성이 크게 증가하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재는 제조되는 섬유강화 복합재료(120)의 표면 질감을 발현함으로써, 상기 섬유강화 복합재료(120)로 제조되는 상품의 디자인 자유도를 제고할 수 있고, 결과적으로 상품성과 고급화를 도모할 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)는 사용자가 손으로 만졌을 때 원단의 촉감과 질감을 느낄 수 있으므로, 상품의 차별화를 통한 상품성을 높일 수 있으며, 상품에 대한 소비자의 호기심과 구매욕구를 높일 수 있는 효과가 기대된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 혼섬사 제조공정의 모식도이며,
도 2는 권취롤러에서 혼섬사의 권취하는 단계를 설명하기 위한 모식도이며,
도 3은 커버링 공정을 통해 제조된 싱글 커버링 혼섬사(a) 및 더블 커버링 혼섬사(b)의 모식도이며,
도 4는 합사 공정을 통해 제조된 혼섬사(a) 및 편조 공정을 통해 제조된 혼섬사(b)의 모식도이며,
도 5는 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조공정도이며,
도 6은 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 단면모식도이고,
도 7은 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)를 제조하기 위한 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)의 모식도이고,
도 8은 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)에 구비되는 더블벨트프레스(300)의 확대 모식도이고,
도 9는 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제품 사진이다.
도 2는 권취롤러에서 혼섬사의 권취하는 단계를 설명하기 위한 모식도이며,
도 3은 커버링 공정을 통해 제조된 싱글 커버링 혼섬사(a) 및 더블 커버링 혼섬사(b)의 모식도이며,
도 4는 합사 공정을 통해 제조된 혼섬사(a) 및 편조 공정을 통해 제조된 혼섬사(b)의 모식도이며,
도 5는 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조공정도이며,
도 6은 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 단면모식도이고,
도 7은 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)를 제조하기 위한 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)의 모식도이고,
도 8은 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)에 구비되는 더블벨트프레스(300)의 확대 모식도이고,
도 9는 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제품 사진이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120) 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 혼섬사 제조공정의 모식도이며, 도 2는 권취롤러에서 혼섬사의 권취하는 단계를 설명하기 위한 모식도이며, 도 3은 커버링 공정을 통해 제조된 싱글 커버링 혼섬사(a) 및 더블 커버링 혼섬사(b)의 모식도이며, 도 4는 합사 공정을 통해 제조된 혼섬사(a) 및 편조 공정을 통해 제조된 혼섬사(b)의 모식도이며, 도 5는 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조공정도이며, 도 6은 은 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 단면모식도이고, 도 7은 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)를 제조하기 위한 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)의 모식도이고, 도 8은 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)에 구비되는 더블벨트프레스(300)의 확대 모식도이고, 도 9는 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제품 사진이다.
본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 커버링 공정 또는 합사 공정 또는 편조 공정 중 어느 하나의 혼섬 공정을 통해 혼섬사를 제조하는 제 1-1 단계; 상기 혼섬사를 이용하여 제직 공정 또는 제편 공정을 통해 제 1 원단(160)을 제조하는 제 2 단계; 제 2 원단(170)을 준비하는 제 3 단계; 및 상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)을 적층한 후 가열 및 가압하여 성형하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 단계를 거쳐 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)를 제조함으로써, 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 분산도가 개선되며, 이에 따라 굴곡탄성율, 충격강도, 인장강도 등의 기계적 물성이 종래의 섬유강화 복합재료(120)보다 크게 향상되므로, 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 적용분야를 다양하게 늘릴 수 있다.
섬유강화 복합재료(120)의 성형시 사용되는 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 포함하는 혼섬사는 최종적으로 제조되는 성형물의 기계적 물성을 개선하기 위하여 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)가 충분히 높은 분산도를 갖는 것이 요구된다. 본 발명에 있어서 분산도는 혼섬사 중에서 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)가 얼마나 균일하게 분산되어 있는지를 나타내는 지표이며, 상기 분산도가 클수록 열가소성 수지 섬유(200)와 보강용 섬유(100)가 보다 균일하게 분산되어 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 상기 보강용 섬유(100)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유, 고강력 폴리에스테르 섬유, 폴리벤즈옥사졸(PBO) 섬유, 폴리벤즈이미다졸(PBI) 섬유, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 섬유, 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 열가소성 수지 섬유(200)는 폴리프로필렌 섬유, 열가소성 폴리우레탄 섬유, 나일론 6 섬유, 폴리페닐렌설파이드 섬유, 폴리에테르에테르케톤 섬유 및 저융점 폴리에스테르 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 열가소성 수지 섬유(200)의 융점은 50 ~ 400 ℃ 인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법은, 도 5에 도시된 바와 같이 먼저 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 커버링 공정 또는 합사 공정 또는 편조 공정 중 어느 하나의 혼섬 공정을 통해 혼섬사를 제조하는 제 1-1 단계;를 수행하게 된다.
상기 제 1-1 단계는 커버링 공정 또는 편조 공정 또는 합사 공정 중 어느 하나를 통해 수행될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 혼섬하기 위한 혼섬 공정은 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 공급하여 혼섬 장치(50)에서 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 혼섬 공정이 수행된다. 상기 혼섬 공정이 완료된 후에는 권취롤러(70)에 권취하여 혼섬사의 제조를 완료하게 된다. 상기 권취롤러(70)에 혼섬사의 권취시 트레버스 가이드(80)에 의해 상기 혼섬사의 권취 위치 및 권취각을 조절하면서 권취할 수 있다.
즉, 도 2를 살펴보면, 상기 도 2는 권취롤러(70)에 혼섬사를 권취하는 단계를 설명하기 위한 모식도이다. 상기 도 2를 참조하면, 권취롤러(70)가 회전하는 동안 트레버스 가이드(80)가 좌우로 이동하여 상기 혼섬사가 권취되는 위치 및 권취각(θ)을 제어하게 된다. 상기 권취각(θ)은 트레버스 가이드(80)와 권취되는 혼섬사가 이루는 직선이 권취롤러(70)의 회전축에 수직인 방향에 대하여 기울어진 각을 의미한다. 본 발명의 혼섬사는 권취시 표면 특성이 변화하지 않고, 사층이 붕괴되지 않고, 사절 현상이 발생하지 아니하여 권취작업성 및 생산성을 제고하기 위하여 혼섬 공정 즉, 커버링 공정 또는 편조 공정 또는 합사 공정 후 권취롤러(70)에 권취시 트레버스 가이드(80)를 통해 권취각(θ)을 30 ~ 80 º로 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 혼섬 공정은 커버링 공정, 편조 공정 및 합사 공정 중 어느 하나일 수 있다. 이하에서는 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 혼섬하기 위한 커버링 공정 또는 편조 공정 또는 합사 공정 등의 혼섬 공정에 대해 자세하게 살펴본다.
커버링 공정
일반적으로 커버링(covering) 사는 내부에 위치하는 심사의 외측으로 권취사를 나선상으로 권회시켜 형성한 사를 의미한다. 상기 커버링사는 심사를 권취사가 한 방향으로 감아 준 싱글 커버링 사와, 심사를 권취사가 좌우에서 두 방향으로 감아준 더블 커버링 사로 제조할 수 있다.
상기 싱글 커버링 사를 제조하기 위한 커버링기는 심사를 스핀들을 통해 공급하고, 스네일 와이어로 권취사를 공급하여, 상기 스핀들이 드라이빙 벨트에 의해 회전되어 권취사가 심사를 감싸면서 커버링 사를 제조하게 된다. 또한 더블 커버링 사를 제조하기 위한 커버링기는 심사를 1차로 커버링하기 위한 상부 스핀들과 1차로 커버링된 심사를 2차 커버링 하기 위한 하부 스핀들을 구비한다.
본 발명에서의 혼섬사는 커버링 공정을 통해 보강용 섬유(100)를 심사로 공급하면서 열가소성 수지 섬유(200)를 권취사로 공급하여, 상기 열가소성 수지 섬유(200)가 보강용 섬유(100)를 감싸면서 커버링 사를 제조하게 된다. 이 때 상기 커버링 공정은 싱글 커버링 공정 또는 더블 커버링 공정 중 어느 하나 일 수 있다. 즉, 본 발명의 혼섬사는 도 3의 (a)와 같이 심사인 보강용 섬유(100)를 권취사가 한 방향으로 감아 준 싱글 커버링 사 또는 도 3의 (b)와 같이 심사인 보강용 섬유(100)를 좌우에서 두 방향으로 감아준 더블 커버링 사 모두 적용이 가능하다. 그리고 본 발명의 혼섬사는 FRP의 용도에 따라 싱글 커버링 사 또는 더블 커버링 사를 적절하게 선택하여 제조할 수 있다.
특히 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 싱글 커버링 공정을 통해 제조되는 혼섬사는 인치당 꼬임수(twist per inch, 이하 TPI)가 50 ~ 800 인 것이 바람직하며, 사속은 10 ~ 30 m/min 이며, 스핀들 회전속도는 8,000 ~ 10,000 RPM 인 것이 바람직하다. 또한 더블 커버링 공정을 통해 제조되는 혼섬사의 TPI는 70 ~ 600 인 것이 바람직하며, 사속은 10 ~ 30 m/min 이며, 상부 및 하부의 스핀들 회전속도는 3,000 ~ 5,000 RPM인 것이 바람직하다.
상기와 같은 커버링 공정 조건에서 심사에 권취되는 권취사가 균일하고 원활하게 커버링되어 생산성을 증대시킬 수 있다. 또한 커버링 공정시 권취사의 늘어지는 현상과 겹치는 현상 등의 결함이 없이 고품질의 커버링 사를 제조할 수 있다. 또한 상기와 같은 커버링 공정의 조건으로 제조된 혼섬사의 경우에 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 분산도가 가장 우수하다.
편조
공정
본 발명의 혼섬사는 편조기를 이용한 편조 공정을 통해 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 혼섬하여 제조할 수 있다. 상기 편조기는 편조사 루프들 간의 튜브형 편조가 이루어지는 가이드(Guide) 구조를 제공하되, 혼섬사의 직경을 결정하는 맨드릴(Mandrel)과, 상기 편조사 루프와 가이드선의 어셈블리 라인(Assembly line)을 소정의 사이클(Cycle)로 선회시켜주는 캐리어(Carrier)를 구비한 브레이딩 베드(Braiding bed)와, 혼섬사를 이루는 편조사 루프 간의 필라멘트들이 일정한 각을 유지할 수 있도록 설정된 속도로 편조물을 감아주는 테이크 업 모터(Take-up motor)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 편조기의 기술적 구성은 공지된 것이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 혼섬사를 제조하기 위한 편조 공정은 도 4의 (a)와 같이 모노 필라멘트를 서로 교차하여 제조되는 편조사의 길이 방향으로 섬유가 경사져 배향하고, 끝부분에서 되접어 꺽어 절단됨이 없이 연속된 상태로 제조되는 편조사을 제조하는 공정을 의미한다.
본 발명에서 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 이용하여 편조 공정을 통해 혼섬사의 제조시 사속은 0.1 ~ 0.5 m/min 이며, 인치당 교착점수는 30 ~ 50 개인 것이 바람직하다.
상기와 같은 편조 공정 조건에서 제조된 혼섬사의 가요성이 가장 우수하고, 인장강도가 증가하며, 꼬임의 형성이 방지되는 효과를 갖는다. 또한 상기와 같은 편조 공정 조건에서 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 분산도가 가장 우수하며, 혼섬사의 단면에 따른 물성 차이가 거의 발생하지 아니하여 섬유강화 복합재료(120) 성형품의 기계적 물성이 증가되는 효과를 갖는다.
합사 공정
본 발명의 혼섬사는 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 공기 교락을 통해 합사하고, 권취하여 제조하는 것이 가능하다. 상기 공기 교락 단계는 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 공기 교락을 통해 합사하는 단계로, 일반적인 공기 교락장치를 통해 상기 보강용 섬유(100)와 수지 섬유를 합사하여 도 4의 (b)와 같은 혼섬사로 제조할 수 있다. 이때 히트롤러와 히트플레이트를 구비하여 상기 보강용 섬유(100) 및/또는 열가소성 수지 섬유(200)에 연신 또는 열처리를 할 수도 있고, 꼬임(twist)을 부여할 수도 있다.
종래 필라멘트의 합사시에는 필라멘트가 감겨져 있는 보빈이 꽂혀져 있는 다수개의 크릴(Creel)들로 이루어진 크릴부와, 상기 크릴부의 보빈들로 부터 필라멘트들을 해사하여 합사하는 다수개의 드라이버 로울러 및 권취롤러로 구성되는 합사 장치가 주로 사용된다.
본 발명의 혼섬사의 제조하기 위한 합사 공정시 사속은 10 ~ 20 m/min이며, 교락 개수는 0 ~ 5 개/m이며, 공기압은 2 ~ 10 kg/cm2 인 것이 바람직하다.
상기와 같은 제 1-1 단계를 통해 제조되는 혼섬사는 균제도가 양호하여 우수한 제직성 및 편직성을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 분산도가 가장 우수하며, 이에 따라 섬유강화 복합재료(120) 성형품의 기계적 물성이 증가되는 효과를 갖는다.
본 발명에서 상기와 같이 커버링 공정 또는 편조 공정 또는 합사 공정을 통해 제조된 혼섬사는 권취롤러(70)에 권취함으로써 그 제조공정이 완료된다. 혼섬사의 권취시 권취각(θ)은 상기 혼섬사의 표면장력과 밀접한 관계를 나타낸다. 즉, 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)가 혼섬된 혼섬사의 표면장력이 낮으면 권취각(θ)을 크게 설정해야 하고, 표면장력이 큰 경우에는 권취각(θ)을 작게 설정하여야 한다.
본 발명의 혼섬 공정 즉, 커버링 공정 또는 편조 공정 또는 합사 공정을 통해 제조된 혼섬사는 권취롤러(70)에 권취시 권취각(θ)은 30 ~ 80 º인 것이 가장 바람직하다. 상기와 같은 권취각(θ)을 유지하면서 혼섬사를 권취할 때, 혼섬사의 표면 특성이 변화하지 않고, 사층이 붕괴되지 않으며, 또한 권취중 사절 현상이 발생하지 않는다. 따라서 본 발명의 혼섬사의 권취 작업성 및 생산성을 극대화할 수 있게 된다.
상기 제 1-1 단계에서 혼섬 공정 즉, 커버링 공정 또는 편조 공정 또는 합사 공정을 통해 제조되는 혼섬사의 굵기는 50 ~ 15,000 데니어인 것이 바람직하다. 또한 상기와 같은 혼섬사의 굵기 범위에서 성형품의 물성변화가 적고, 외력이 가해질 때 휨 등의 형상 변화가 적어진다. 또한 성형 가공이 용이하며, 얻어지는 혼섬사의 탄성뮬 및 강도 등이 우수하다.
또한 본 발명에 따르면 상기 제 1-1 단계에서 혼섬사를 제조하기 위한 혼섬 공정시 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 중량비는 1 : 9 ~ 9 : 1 인 것이 바람직하다. 상기와 같은 중량비에서 혼섬사의 집속성이 우수하고, 높은 분산도를 유지하면서, 공극율이 적은 혼섬사의 제조가 가능하여, 향후 제조되는 섬유강화 복합재료(120)의 물성과 질감이 보다 우수한 제품의 제조가 가능하게 된다.
위에서 살핀 바와 같이, 제조된 본 발명의 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)가 혼섬되어 제조되는 혼섬사는 이후에 제직 또는 편직 공정을 거쳐 제 1 원단(160)으로 제조되는 제 2 단계를 거치게 된다. 상기 제 1 원단(160)은 앞에서 설명한 제 1-1 단계에서 제조되는 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)가 혼섬된 혼섬사를 이용하여 제조되는 원단을 가리킨다.
상기 제직 공정은 세로 방향으로 나열된 경사를 상하로 개구(開口)시킨 후, 위사를 그 사이에 끼우는 작업을 반복하여 원단을 제조하는 공정을 의미하며, 편직 공정은 길게 이어진 한 올의 실을 얽어 매고, 이러한 공정을 반복하여 원단을 제조하는 공정을 가리킨다.
본 발명의 혼섬사는 이후에 직물 또는 편물 즉, 위편물, 경편물, 또는 환편물로 제조되어 섬유강화 복합재료(120)로 성형될 수 있다. 직물의 형태로는 특별히 제한은 없고, 평직, 8매 주자직, 4매 주자직, 능직 등 어느 형태도 가능하다. 또한 편물의 형태도 특별히 제한은 없으며, 위편물, 경편물, 또는 환편물 중 어느 형태도 가능하다.
본 발명에 따르면, 상기 혼섬사를 이용하여 제직 공정 또는 제편 공정을 통해 제 1 원단(160)을 제조하는 제 2 단계를 거친 후에는 제 2 원단(170)을 준비하는 제 3 단계를 수행하게 된다.
상기 제 3 단계는 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)에서 표면의 질감이 발현되는 원단을 준비하는 단계를 가리킨다.
상기 제 2 원단(170)은 통상적인 원단의 제조방법인 제직 또는 편직 등을 이용하여 제조되는 직물 또는 편물일 수 있다. 상기와 같이 통상적인 제직 또는 편직을 통해 제조되는 원단 또한 원단 자체의 표면 질감을 갖고 있으므로, 본 발명에 따라 섬유강화 복합재료(120)가 제조된 후에 표면 질감을 발현이 가능하다.
또한 본 발명에 따르면, 섬유강화 복합재료(120)의 제조시 특이한 표면 질감을 발현하기 위해 팬시사 등을 이용하여 제직하는 것도 가능하다.
상기 팬시사는 심사의 길이방향으로 다양한 종류의 패턴을 형성하여 질감이 다른 옷감 및 직물 등을 제조하는데 사용되는 실을 가리키는 것으로, 실의 형상에 따라 슬러브사(slub yarn), T/T사, 링사(ring yarn), 링사와 유사한 루프사(loop yarn) 및 부클사(boucle yarn) 등과 같은 이름으로 불린다.
또한 현재 판매되고 있는 팬시사는 원사 자체로부터 루프, 넵(nep), 슬러브(slub), 컬(curl), 플레이크 등 서로 다른 특수한 표면 질감의 부여가 가능하고, 또는 제직 또는 편직 방법에 따라 다양한 표면 직감의 부여가 가능하다.
예를 들면 슬러브와 넵사의 경우, 공급비와 사의 굵기, 사속 등을 증감시키면, 외관상 사가 집중적으로 몰려 있는 부분과 몰려 있지 않는 부분이 발생하므로, 염색후 그 실이 특히 굵고 가늘게 드러남으로써 제조되는 원단에 다양한 질감의 부여가 가능하게 된다.
또한 본 발명에 따르면, 데님(denim) 조직과 같은 원단도 표면 질감을 갖는 제 2 원단(170)으로 사용이 가능하며, 특히 부직포 또한 제 2 원단(170)으로 적용하는 것이 가능하다..
상기 제 3 단계를 통해 제 2 원단(170)이 준비되면, 이후에는 상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)을 적층한 후 가열 및 가압하여 성형하는 제 4 단계를 수행하게 된다.
상기와 같이 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)을 적층한 후 상기 제 1 원단(160)에 포함되는 열가소성 수지 섬유(200)의 융점 이상의 온도로 가열 및 가압함으로써, 상기 제 1 원단(160)에 포함된 열가소성 수지 섬유(200)가 용융되어 상기 제 2 원단(170)의 내부로 함침되어 냉각됨으로서 도 6과 같은 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 제 1 원단(160)은 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 분산도가 우수하여 섬유강화 복합재료(120)의 제조시 표면 질감을 갖는 원단의 내부로의 용융된 열가소성 수지 섬유(200)의 함침 속도가 크게 증가하며, 이를 통해 섬유강화 복합재료(120)의 성형 시간이 크게 단축되어 생산성이 크게 증가하는 효과를 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 제 4 단계는 도 7과 같은 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)를 이용하여 수행될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)에는 중앙에 더블벨트프레스(300)를 구비하고, 상기 더블벨트프레스(300)의 일측의 상부에서 제 2 원단(170)을 공급하는 제 2 원단 공급롤(175)과, 상기 더블벨트프레스(300)의 일측의 하부에서 제 1 원단(160)을 공급하는 제 1 원단 공급롤(165)을 구비하는 것이 바람직하다. 또한 상기 더블벨트프레스(300)의 후방 일측에는 냉각장치(400)가 구비하고, 상기 냉각장치(400)의 후방에는 권취장치(450)가 구비될 수 있다.
상기와 같이 구비되는 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)에서 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)이 적층된 적층체(150)를 가열 및 가압함으로써 섬유강화 복합재료(120)를 성형하게 된다.
상기 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)에 구비되는 더블벨트프레스(300)는 열가소성 프리프레그의 제조에 주로 사용되는 가열 및 가압 장치를 가리키고, 상기 더블벨트프레스(300)는 금속재질의 엔드리스벨트를 상하부에 위치시켜, 온도와 압력을 연속적으로 가할 수 있는 장치이다. 상기 더블벨트프레스(300)는 섬유강화 복합재료(120)의 제조시 연속 공정에 주로 이용된다.
도 8은 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료(120)의 성형장치(500)에 구비되는 더블벨트프레스(300)의 확대 모식도이다.
도 8을 살펴보면, 본 발명에 따른 더블벨트프레스(300)는 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)와, 상기 상부 엔드리스벨트(310) 및 하부 엔드리스벨트(315)로 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)이 적층된 적층체(150)를 공급하는 상부 인입롤(320)과 하부 인입롤(325) 및 가열 및 가압되어 성형된 적층체(150)를 배출하는 상부 배출롤(330)과 하부 배출롤(335)을 구비한다.
본 발명에 따르면, 상기 더블벨트프레스(300)는 하부 가열가압평판(345)과, 간격조절장치(370) 및 유압프레스장치(350)을 구비하며, 상기 하부 가열가압평판(345)은 도 8과 같이 구간이 나누어져 각 구간에 따라 가열/냉각을 상이한 조건에서 수행할 수 있다.
즉, 도 8에는 하부 가열가압평판(345)을 2개의 구역으로 나누어 지는 것으로 도시하였으나, 이는 성형되는 적층체(150)에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
즉, 상기 하부 가열가압평판(345)으로 별도의 복수 개의 구간으로 형성함으로써, 각 구간마다 상이한 온도조건을 부여할 수 있고, 이에 따라 상기 섬유강화 복합재료(120)를 연속식으로 제조할 수 있다.
또한 상기 간격조절장치(370)는 더블벨트프레스(300)를 통과하여 성형되는 적층체(150)의 최종 두께를 결정하기 위한 구성으로써, 상기 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)의 간격을 조절하며, 유압프레스장치(350)는 하부 가열가압평판(345)에 유압을 가함으로써 적층체(150)를 가압하는 장치를 가리킨다.
즉, 더블벨트프레스(300)를 연속으로 지나는 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)이 적층된 적층체(150)의 상부와 하부에 각각 위치된 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)에 의해 연속으로 지나는 적층체(150)를 가열 및 가압함으로써 제 4 단계를 수행하게 된다.
이러한 제 4 단계는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 더블벨트프레스(300)의 상하에 각각 위치하는 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)에 의해 상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)이 적층되어 지나가는 적층체(150)를 가열 및 가압함으로써 수행될 수 있다.
상기 더블벨트프레스(300)에 의해 수행되는 상기 제 4 단계는 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315) 사이로 연속으로 지나는 적층체(150)를 연속적으로 가열 및 가압되게 된다. 이때 상기 제 1 원단(160)에 포함된 열가소성 수지 섬유(200)가 용융되면서 상기 제 2 원단(170)의 내부로 함침작용이 일어나게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 제 4 단계에서 적층체(150)의 가열 및 가압시 상기 제 1 원단(160) 만을 가열 및 가압하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 더블벨트프레스(300)의 내부에서 상기 적층체(150)의 성형시 제 1 원단(160) 만을 가열 및 가압함으로써, 섬유강화 복합재료(120)의 제조후 표면의 질감을 발현하게 되는 제 2 원단(170)은 가열 및 가압되지 않음으로써 원단의 손상을 방지하고 본래의 표면 질감을 완전하게 발현할 수 있게 된다.
상기와 같이 더블벨트프레스(300)의 내부에서 제 1 원단(160)만을 가열 및 가압하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이 하부 엔드리스벨트(315)의 내부에 하부 가열가압평판(345)만을 구비하는 것이 바람직하다.
이후 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각장치(400)에서 상기 섬유강화 복합재료(120)는 냉각되게 된다. 상기와 같이 냉각된 후에는 권취장치(450)에 권취됨으로써, 본 발명에 따른 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)가 연속적으로 제조될 수 있다.
그리고 더블벨트프레스(300)는 상하부에 한 쌍으로 배치되는 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)에 의해 적층체(150)를 열압착이 이루어지도록 하는 것으로, 상기 더블벨트프레스(300)에 의해 상기 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)의 사이에 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)이 적층된 적층체(150)를 열압착하며, 상기 적층체(150)의 진행 방향으로 장력을 부여하지 않고 열기소성 수지의 함침을 유도할 수 있는 것이다.
아울러 냉각장치(400)는 도 7에 도시된 바와 같이, 물을 이용해 성형된 섬유강화 복합재료(120)를 냉각시킬 수 있고, 다른 공지된 냉각장치(400) 등을 활용하여 상기 섬유강화 복합재료(120)의 냉각이 가능하다.
본 발명에 따르면 상기 제 4 단계에서 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)의 중량비는 제 1 원단(160) 10 ~ 90 중량% : 제 2 원단(170) 10 ~ 90 중량% 인 것이 바람직하다. 즉, 상기와 같은 조성비를 갖는 경우에 제조되는 섬유강화 복합재료(120)의 물성이 가장 우수하고, 제조시간이 10분 이내인 고속성형이 가능하게 되는 효과를 갖는다.
상기와 같이 제 4 단계에서 더블벨트프레스(300)에 의해 수행되는 섬유강화 복합재료(120)의 성형시 온도는 55 ~ 430 ℃ 인 것이 바람직하다.
즉, 상기 제 4 단계의 수행시 적층체(150)에 가해지는 온도는 제 1 원단(160)에 포함되는 열가소성 수지 섬유(200)의 (Tm + 5 ℃) 내지 (Tm + 30 ℃)인 것이 바람직하다.
상기 제 4 단계에서 성형시 온도가 (Tm + 5 ℃) 미만으로 가해지는 경우에는 가공열량 부족으로 인하여 용융시 열가소성 수지의 유동성 부족하여 제품의 불량이 발생할 수 있다. 또한 상기 제 4 단계에서 성형시 온도가 (Tm + 30 ℃)를 초과하는 경우에는 열가소성 수지의 열분해가 일어나고, 특히 열분해 가스에 의해 섬유강화 복합재료(120)의 표면에 금이 가는 크랙(crack) 현상이 발생할 수 있다.
따라서 앞에서 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 열가소성 수지 섬유의 융점은 50 ~ 400 ℃ 인 것이 바람직하므로, 이를 포함하는 적층체(150)의 성형시 온도는 55 ~ 430 ℃ 인 것이 바람직하다.
또한 제 4 단계에서 성형시 상기 적층체(150)에 가해지는 선상압력은 1 ~ 52 N이고, 면상압력은 0.1 ~ 1.27 N 인 상태로 1 내지 10분간 가하여 수행되는 것이 바람직하다.
압력이 상기와 같은 범위에서 적절하게 적용되지 않는 경우에는 제조되는 섬유강화 복합재료(120)의 치수변화가 증대되거나 또는 금형으로부터의 이형성이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 4 단계에서 상기 더블벨트프레스(300)의 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)의 간격은 0.1 ~ 150 mm이되, 상기 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)의 간격은 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170) 두께의 합 보다 0.1 ~ 0.3 mm가 작도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)의 간격을 형성하는 경우에 적층체(150)에 대한 압력을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 함침율 향상되고 특히 섬유강화 복합재료(120)에 형성될 수 있는 공극이 감소함으로써, 제조되는 섬유강화 복합재료(120)의 인장 강성이 증가하게 된다.
특히, 상부 엔드리스벨트(310)와 하부 엔드리스벨트(315)의 간격이 상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170) 두께의 합 보다 0.1 ~ 0.3 mm가 작도록 설정되는 경우에 용융되는 열가소성 수지의 제 2 원단(170) 내부로의 확산이 균일하게 이루어지게 되고, 제품의 두께가 균일하여 외관이 우수하고, 표면의 질감의 발현이 우수하게 성형될 수 있다.
상기와 같이 제 4 단계를 수행함으로써, 본 발명에 따른 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조가 완료될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 혼섬하여 혼섬사를 제조하는 제 1-1 단계의 수행없이, 열가소성 수지를 용융하여 보강용 섬유(100)에 코팅하여 상기 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사를 사용하는 것도 가능하다(제 1-2 단계)
상기와 같이 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사는 상기 제 1-1 단계에서 수행되는 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 혼섬하여 혼섬사를 제조하는 단계를 거치지 않음으로써, 보다 혼섬사의 제조에 소요되는 시간을 단축하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 상기 보강용 섬유(100)의 표면에 열가소성 수지가 코팅되어 있어 용융시간이 단축되어 더블벨트프레스(300)에서 수행되는 제 4 단계의 소요시간을 대폭 줄일 수 있게 된다.
상기와 같이 제 1-2 단계를 통해 열가소성 수지를 용융하여 보강용 섬유(100)에 코팅하여 상기 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사를 제조한 후에 수행되는 공정은 앞에서 설명한 바와 동일하게 수행될 수 있다.
즉, 상기 제 1-2 단계 이후에 상기 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사를 이용하여 제직 공정 또는 제편 공정을 통해 원단을 완성시키는 혼섬사 원단을 제조하는 제 2 단계와, 표면 질감을 갖는 원단을 제조하는 제 3 단계 및 상기 혼섬사 원단과 표면 질감을 갖는 원단을 적층한 후 가열 및 가압하여 성형하는 제 4 단계;를 포함하여 본 발명에 따른 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조가 가능하다.
이때 상기 보강용 섬유(100)에 코팅되는 열가소성 수지는 상기 열가소성 수지 섬유(200)와 동일한 폴리프로필렌, 열가소성 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤 및 저융점 폴리에스테르로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 열가소성 수지를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제조하는 섬유강화 복합재료(120)의 최종 두께 또는 경도(Hardness)에 따라 상기 혼섬사 원단의 적층 수를 조절하는 것도 가능하다. 즉, 상기 섬유강화 복합재료(120)의 두께와 경도를 조절하기 위해서는 상기 제 1 원단(160)의 적층수를 가감함으로써 상기 섬유강화 복합재료(120)의 두께와 경도의 조절이 가능하게 된다.
상기와 같은 제조단계를 거쳐 도 9와 같이 일측으로 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조가 완료될 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)는 표면의 질감이 발현됨으로써, 사용자가 손으로 만졌을 때 촉감과 질감을 느낄 수 있으므로, 상품의 차별화를 통한 상품성을 높일 수 있다. 또한, 상품에 대한 소비자의 호기심과 구매욕구를 높일 수 있고, 이에 따라 상품 디자인의 자유도를 높임으로써 결과적으로 상품성과 고급화를 도모할 수 있는 이점이 있다.
이상으로 본 발명의 실시예를 바탕으로 상세하게 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
120 : 섬유강화 복합재료
150 : 적층체
160 : 제 1 원단
170 : 제 2 원단
300 : 더블벨트프레스
400 : 냉각장치
450 : 권취장치
500 : 성형장치
345 : 하부 가열가압평판
350 : 유압프레스장치
370 : 간격조절장치
310 : 상부 엔드리스벨트
315 : 하부 엔드리스벨트
150 : 적층체
160 : 제 1 원단
170 : 제 2 원단
300 : 더블벨트프레스
400 : 냉각장치
450 : 권취장치
500 : 성형장치
345 : 하부 가열가압평판
350 : 유압프레스장치
370 : 간격조절장치
310 : 상부 엔드리스벨트
315 : 하부 엔드리스벨트
Claims (9)
- 섬유강화 복합재료 제조용 혼섬사의 제조방법으로서,
보강용 섬유를 준비하는 단계;와,
열가소성 수지 섬유를 준비하는 단계;와,
상기 보강용 섬유와, 열가소성 수지 섬유를 이용하여 커버링 공정 또는 편조 공정 또는 합사 공정 중 어느 하나의 공정을 통해 혼섬사를 제조하는 혼섬 공정 단계; 및
상기 혼섬사를 권취하는 권취 단계;
를 순차적으로 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합재료 제조용 혼섬사의 제조방법
- 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법에 있어서,
보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)를 커버링 공정 또는 합사 공정 또는 편조 공정 중 어느 하나의 혼섬 공정을 통해 혼섬사를 제조하는 제 1-1 단계;
상기 혼섬사를 이용하여 제직 공정 또는 제편 공정을 통해 제 1 원단(160)을 제조하는 제 2 단계;
제 2 원단(170)을 준비하는 제 3 단계; 및
상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)을 적층한 후 가열 및 가압하여 성형하는 제 4 단계;를 포함하는 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법
- 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법에 있어서,
열가소성 수지를 용융하여 보강용 섬유(100)에 코팅하여 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사를 제조하는 제 1-2 단계;
상기 열가소성 수지가 코팅된 보강용 섬유(100)로 구성되는 혼섬사를 이용하여 제직 공정 또는 제편 공정을 통해 제 1 원단(160)을 제조하는 제 2 단계;
제 2 원단(170)을 준비하는 제 3 단계; 및
상기 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)을 적층한 후 가열 및 가압하여 성형하는 제 4 단계;를 포함하는 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법
- 청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 제 4 단계는 더블벨트프레스(300)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법
- 청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 제 4 단계에서 제 1 원단(160)과 제 2 원단(170)의 중량비는 10 ~ 90 중량% : 10 ~ 90 중량% 인 것을 특징으로 하는 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법
- 청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 보강용 섬유(100)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유, 고강력 폴리에스테르 섬유, 폴리벤즈옥사졸(PBO) 섬유, 폴리벤즈이미다졸(PBI) 섬유, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 섬유, 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법
- 청구항 2에 있어서
상기 열가소성 수지 섬유(200)는 폴리프로필렌 섬유, 열가소성 폴리우레탄 섬유, 나일론 6 섬유, 폴리페닐렌설파이드 섬유, 폴리에테르에테르케톤 섬유 및 저융점 폴리에스테르 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법
- 청구항 2에 있어서
상기 제 1-1 단계에서 상기 보강용 섬유(100)와 열가소성 수지 섬유(200)의 중량비는 10 ~ 90 중량% : 10 ~ 90 중량% 인 것을 특징으로 하는 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법
- 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)로서,
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)의 제조방법에 의해 제조되는, 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료(120)
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| KR1020210097475A KR20230016264A (ko) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 원단의 표면 질감이 발현되는 섬유강화 복합재료 및 그 제조방법 |
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