KR20230139085A - Thermoplastic polymer composite for carbon fiber reinforcement and manufacturing method thereof, carbon fiber reinforced thermos-plastics and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
열가소성 강화 탄소섬유 복합체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 강화 탄소섬유 복합체는 대면적의 제조가 용이하고, 열가소성 수지의 장시간 압출 생산에도 압출기에 걸리는 부하를 억제할 수 있어 생산성이 크게 개선된다. 이와 더불어, 제조된 열가소성 강화 탄소섬유 복합체 또한 인장강도뿐만 아니라 굽힘 강도와 굽힘 탄성도가 크게 개선되어 경량형 친환경 자동차에 사용되어 우수한 강도 뿐만 아니라 연비 개선에도 큰 효과를 거둘 수 있다.A thermoplastic reinforced carbon fiber composite is provided. The thermoplastic reinforced carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention is easy to manufacture in large areas, and can suppress the load on the extruder even during long-time extrusion production of thermoplastic resin, greatly improving productivity. In addition, the manufactured thermoplastic reinforced carbon fiber composite has greatly improved not only tensile strength, but also bending strength and bending elasticity, so it can be used in lightweight eco-friendly cars and achieve great effects in improving fuel efficiency as well as excellent strength.
Description
본 발명은 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법, 열가소성 탄소섬유 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압출 특성이 우수하여 장시간 연속 압출 가능하고 대면적 필름으로 제조가 용이한 열가소성 수지 조성물과 그 제조방법, 열적 및 기계적 특성이 우수하여 굴곡강도, 굴곡 탄성도 및 인장 강도 등이 향상된 열가소성 탄소섬유 복합체와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoplastic resin composition and a method of manufacturing the same, a thermoplastic carbon fiber composite and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a thermoplastic resin composition that has excellent extrusion properties, can be continuously extruded for a long time and is easy to manufacture into a large-area film, and the same. It relates to a thermoplastic carbon fiber composite with excellent manufacturing methods, thermal and mechanical properties and improved flexural strength, flexural elasticity and tensile strength, and a manufacturing method thereof.
기후 변화를 방지하려는 움직임이 전세계 정치권과 경제권에 주류로 자리잡아 가면서, 구체적인 실천 방안들이 논의되고 있다. 그 중 하나가 친환경 자동차에 관한 것이다.As movements to prevent climate change become mainstream in political and economic circles around the world, specific action plans are being discussed. One of them is about eco-friendly cars.
친환경 자동차란 탄소의 배출량이 저감된 자동차를 의미하는 것으로 전기 자동차 또는 수소 연료전지 자동차와 같이 연료 자체가 탄소를 배출하지 않는 형태의 엔진을 탑재하여 친환경 목적을 달성하는 자동차도 있지만, 하이브리드 자동차와 같이 화석 연료를 연료로 사용하되, 그 연비를 현저히 개선하여 탄소 배출량 저감을 달성하고자 하는 자동차도 있다.An eco-friendly car refers to a car with reduced carbon emissions. Some cars, such as electric cars or hydrogen fuel cell cars, achieve eco-friendly goals by being equipped with engines in which the fuel itself does not emit carbon, but such as hybrid cars, Some cars use fossil fuels as fuel, but seek to reduce carbon emissions by significantly improving fuel efficiency.
자동차의 연비를 개선하는 방안으로는 차체의 소재를 무거운 금속 대신 가볍고 튼튼한 탄소섬유 소재를 사용하는 방안 또한 제시되고 있다. 이는 모든 종류의 자동차에 적용할 수 있는 사항이기에 중요한 기술 과제로 대두되고 있다.A plan to improve the fuel efficiency of automobiles is to use lightweight and strong carbon fiber materials instead of heavy metals for the car body. This is emerging as an important technological challenge because it can be applied to all types of vehicles.
이러한 탄소섬유 재료의 예로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 즉 탄소섬유강화 플라스틱이라 하여 탄소섬유를 강화재로 하는 플라스틱 소재로 고강도, 고탄성의 경량 구조재로 주목을 받고 있다.An example of such a carbon fiber material is CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), which is a plastic material using carbon fiber as a reinforcement material and is attracting attention as a lightweight structural material with high strength and high elasticity.
그러나, CFRP는 플라스틱으로 열경화성 플라스틱 수지를 사용하고 있어 내충격성, 성형성 및 재활용 등이 어려워, 열경화성 수지를 열가소성 수지로 대체한 CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Polymer), 즉 열가소성 수지 탄소섬유복합재료를 사용하여 내충격성이 개선되고 재활용에 훨씬 유리한 소재가 도입되고 있다.However, CFRP is a plastic that uses thermosetting plastic resin, making it difficult to achieve impact resistance, formability, and recycling. Therefore, CFRTP (Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Polymer), which replaces thermosetting resin with thermoplastic resin, is used, that is, thermoplastic resin carbon fiber composite material. As a result, impact resistance is improved and materials that are much more advantageous for recycling are being introduced.
그러나, 여전히 내충격성 및 압출조건 등은 개선의 여지가 있어서 특히 자동차 소재에 사용하려는 경우, 기계적 강도, 즉 인장 강도, 굴곡 강도가 향상되고 굴곡 탄성도가 우수하며, 제조 공정 상에서 압출 특성이 우수해질 수 있도록 소재를 개선하는 것이 당면한 기술적 과제이다.However, there is still room for improvement in impact resistance and extrusion conditions, especially when used for automobile materials. Mechanical strength, i.e., tensile strength and flexural strength, is improved, flexural elasticity is excellent, and extrusion characteristics are excellent during the manufacturing process. Improving materials to enable this is an immediate technological challenge.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 압출 시 막힘 문제가 발생하는 것을 억제하고 장시간 압출하더라도 압출 장치의 부하를 저감할 수 있는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물과 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was developed in consideration of the above points, and provides a thermoplastic resin composition for reinforcing carbon fiber that can suppress clogging problems during extrusion and reduce the load on the extrusion device even when extruded for a long time, and a method for producing the same. There is a purpose.
또한, 본 발명은 인장 강도, 굽힘 강도 및 굽힘 탄성도가 개선되어 공정상 이점 뿐만 아니라 기계적 강도 또한 우수한 열가소성 강화 탄소섬유 복합체 및 그 제조방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a thermoplastic reinforced carbon fiber composite with improved tensile strength, bending strength, and bending elasticity, which not only provides process advantages but also has excellent mechanical strength, and a method for manufacturing the same.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 고분자 사슬 주쇄에 C5~C14의 방향족 고리를 갖는 폴리아미드계 열가소성 수지를 포함하고, 상기 폴리아미드계 열가소성 수지 내에, 표면이 소수화 개질된 탄소나노튜브 입자가 분산된 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a polyamide-based thermoplastic resin having an aromatic ring of C 5 to C 14 in the polymer chain main chain, and within the polyamide-based thermoplastic resin, carbon nanotube particles whose surface is hydrophobized and modified. Provides a thermoplastic resin composition for reinforcing dispersed carbon fiber.
또한, 상기 폴리아미드계 열가소성 수지가 하기 화학식 1로 표시되는 단량체의 중합으로 형성된 것일 수 있다.Additionally, the polyamide-based thermoplastic resin may be formed by polymerization of a monomer represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 C1~C3의 알킬렌기(alkylene group)이고, R3는 C3~C10의 직쇄형 또는 분쇄형의 알킬렌기이며, Ar1은 C5~C14의 2가 방향족 고리이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are alkylene groups of C 1 to C 3 , R 3 is a straight-chain or branched alkylene group of C 3 to C 10 , and Ar 1 is an alkylene group of C 5 to C 3 . C 14 is a divalent aromatic ring.
또한, 상기 폴리아미드계 열가소성 수지는 나일론-MXD6 폴리머일 수 있다.Additionally, the polyamide-based thermoplastic resin may be a nylon-MXD6 polymer.
또한, 상기 탄소나노튜브 입자는 표면에 계면활성제 또는 고분자가 비공유 결합하여 소수성 개질되어 있을 수 있다.Additionally, the carbon nanotube particles may be hydrophobically modified by non-covalently binding a surfactant or polymer to the surface.
또한, 상기 탄소나노튜브 입자는 상기 열가소성 수지 조성물 내에 0.1wt% 내지 1.0wt%의 함량으로 분산되어 있을 수 있다.Additionally, the carbon nanotube particles may be dispersed in an amount of 0.1 wt% to 1.0 wt% in the thermoplastic resin composition.
또한, 상기 열가소성 수지 조성물은 윤활제 및 산화방지제를 더 포함하는 것일 수 있다.Additionally, the thermoplastic resin composition may further include a lubricant and an antioxidant.
또한, 상기 윤활제는 상기 열가소성 수지 조성물 내에 0.01 wt% 내지 0.07 wt%의 함량으로 포함되고, 상기 산화방지제는 상기 열가소성 수지 조성물 내에 0.03 wt% 내지 0.8 wt%의 함량으로 포함될 수 있다.Additionally, the lubricant may be included in the thermoplastic resin composition in an amount of 0.01 wt% to 0.07 wt%, and the antioxidant may be included in an amount of 0.03 wt% to 0.8 wt% in the thermoplastic resin composition.
또한, 본 발명은 1) 탄소나노튜브 입자에 산(acid)을 처리한 후, 계면활성제 또는 고분자 화합물을 처리하여 표면을 소수성으로 개질하는 단계; 및In addition, the present invention includes the steps of 1) treating carbon nanotube particles with acid and then treating them with a surfactant or a polymer compound to modify the surface to make it hydrophobic; and
2) 고분자 사슬 주쇄에 C5~C14의 방향족 고리를 갖는 폴리아미드계 열가소성 수지에 상기 소수성으로 표면 개질된 탄소나노튜브 입자를 투입 및 분산하여 탄소섬유 강화용 고분자 복합체 조성물을 제조하는 단계;2) preparing a polymer composite composition for carbon fiber reinforcement by adding and dispersing the hydrophobically surface-modified carbon nanotube particles into a polyamide-based thermoplastic resin having an aromatic ring of C 5 to C 14 in the polymer chain;
를 포함하는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 제조방법을 제공한다.It provides a method for manufacturing a thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement comprising a.
또한, 상기 1) 단계에서 탄소나노튜브 입자에 처리하는 산은 pKa 2.0 이하의 강산일 수 있다.Additionally, the acid used to treat the carbon nanotube particles in step 1) may be a strong acid with a pKa of 2.0 or less.
또한, 상기 1) 단계의 고분자 화합물은 실란계 고분자일 수 있다.Additionally, the polymer compound in step 1) may be a silane-based polymer.
또한, 본 발명은 상술한 열가소성 수지 조성물의 경화물 및 탄소섬유 시트가 필름 형태로 반복 교호적층된 열가소성 탄소섬유 복합체를 제공한다.In addition, the present invention provides a thermoplastic carbon fiber composite in which the cured product of the above-described thermoplastic resin composition and carbon fiber sheets are repeatedly and alternately laminated in a film form.
또한, 상기 탄소섬유 시트는 탄소섬유의 직물 시트일 수 있다.Additionally, the carbon fiber sheet may be a carbon fiber fabric sheet.
또한, 본 발명은 1) 제1항에 따른 열가소성 수지 조성물을 필름 형태로 압출하는 단계;In addition, the present invention includes the steps of 1) extruding the thermoplastic resin composition according to claim 1 into a film form;
2) 상기 열가소성 수지 조성물이 필름 형태로 압출된 열가소성 수지 필름과 탄소섬유 시트를 교호 적층하는 단계; 및2) alternately laminating thermoplastic resin films and carbon fiber sheets in which the thermoplastic resin composition is extruded into a film form; and
3) 상기 열가소성 수지 필름을 경화하는 단계;를 포함하는 열가소성 탄소섬유 복합체 제조방법을 제공한다.3) curing the thermoplastic resin film; providing a method for manufacturing a thermoplastic carbon fiber composite including.
본 발명에 의하면, 종래 일반적으로 탄소섬유 강화를 위하여 사용되던 고분자 화합물인 나일론 6에 비하여 우수한 열적/기계적 특성을 가지되, 그 압출 조건이 예민하던 점을 크게 개선하여 6시간 이상 연속 압출 생산이 가능하며, 대면적으로 제조 가능해진다.According to the present invention, it has superior thermal/mechanical properties compared to nylon 6, a polymer compound conventionally used to reinforce carbon fiber, and greatly improves the sensitivity of the extrusion conditions, enabling continuous extrusion production for more than 6 hours. and can be manufactured on a large scale.
또한, 본 발명은 굽힘 강도와 인장 강도 등 기계적 특성이 현저히 개선되고, 보다 크기가 큰 부재를 일체형으로 제작 가능한 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that mechanical properties such as bending strength and tensile strength are significantly improved, and larger members can be manufactured in one piece.
도 1은 CNT 함량을 각각 달리한 고분자 복합필름을 사용하여 제조한 열가소성 탄소섬유 복합체의 인장 강도를 측정하여 비교 도시한 그래프이다.
도 2는 CNT를 0.5 wt%의 함량으로 포함하도록 제조된 열가소성 탄소섬유 복합체를 사용하여 제조한 성형품의 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 4회 반복 측정하여 비교한 실험 결과표,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고분자 복합필름을 사용하여 제조한 열가소성 탄소섬유 복합체를 CNT 함량을 달리 하여 성형하여 제조한 인서트 프리폼(MPA) 및 종래 기술에 따른 열가소성 탄소섬유 복합체를 성형하여 제조한 인서트 프리폼(PA6)의 외관을 비교한 사진,
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 제조된 열가소성 탄소섬유 복합체를 성형하여 제조한 물체를 유압내구시험기를 통하여 굽힘 강도를 테스트하는 모습을 촬영한 사진, 그리고
도 5는 도 1의 인서트 프리폼 5점을 각각 시편으로 하여 도 2의 시험을 실시한 후 시험결과지를 캡처한 사진,
도 6a는 탄소나노튜브 입자에 고분자 상용성을 부여하기 위하여 산(acid)으로 처리하는 세부 공정을 촬영한 사진, 그리고
도 6b는 도 6a에서 산 처리한 탄소나노튜브 입자에 실란을 처리하여 고분자 상용성을 향상시키는 세부 공정을 촬영한 사진이다.Figure 1 is a graph comparing the measured tensile strength of thermoplastic carbon fiber composites manufactured using polymer composite films with different CNT contents.
Figure 2 is a table of experimental results comparing four repeated measurements of the flexural strength and flexural modulus of molded products manufactured using thermoplastic carbon fiber composites manufactured to contain CNTs at a content of 0.5 wt%;
Figure 3 shows an insert preform (MPA) manufactured by molding a thermoplastic carbon fiber composite manufactured using a polymer composite film according to a preferred embodiment of the present invention with different CNT contents, and a thermoplastic carbon fiber composite according to the prior art. A photo comparing the appearance of the insert preform (PA6) manufactured by
Figure 4 is a photograph of testing the bending strength of an object manufactured by molding a thermoplastic carbon fiber composite manufactured according to a preferred embodiment of the present invention through a hydraulic endurance tester, and
Figure 5 is a photograph capturing the test results after performing the test of Figure 2 using each of the five insert preforms of Figure 1 as specimens;
Figure 6a is a photograph of the detailed process of treating carbon nanotube particles with acid to provide polymer compatibility, and
Figure 6b is a photograph of a detailed process for improving polymer compatibility by treating the acid-treated carbon nanotube particles in Figure 6a with silane.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명은 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts that are not relevant to the description have been omitted in order to clearly explain the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물은 고분자 사슬 주쇄에 C5~C14의 방향족 고리를 갖는 폴리아미드계 열가소성 수지를 포함하고, 상기 폴리아미드계 열가소성 수지 내에, 표면이 소수화 개질된 탄소나노튜브 입자가 분산되어 있다.The thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement according to an embodiment of the present invention includes a polyamide-based thermoplastic resin having an aromatic ring of C 5 to C 14 in the polymer chain main chain, and within the polyamide-based thermoplastic resin, the surface is hydrophobized. Modified carbon nanotube particles are dispersed.
상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물은 그 내에 탄소나노튜브 입자가 분산되어 있어 열적 및 기계적인 특성이 탄순히 폴리아미드계 열가소성 수지만으로 이루어져 있는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지에 비하여 개선될 수 있다. The thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement has carbon nanotube particles dispersed therein, so its thermal and mechanical properties can be improved compared to the thermoplastic resin for carbon fiber reinforcement consisting solely of polyamide-based thermoplastic resin.
또한, 본 발명에 따르면 폴리아미드계 열가소성 수지가 고분자의 사슬 주쇄에 C5~C14의 방향족 고리를 포함하고 있기 때문에 나일론 6 등에 비하여 넓은 온도 범위에 걸쳐 기계적 강도 및 강성이 크고, 열 안정성이 낮으면서도 적당한 결정화 속도를 갖고 내흡습성이 우수하며, 성형 가공성이 우수한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, since the polyamide-based thermoplastic resin contains an aromatic ring of C 5 to C 14 in the polymer chain, it has high mechanical strength and rigidity over a wide temperature range and low thermal stability compared to nylon 6, etc. However, it has the advantage of having a moderate crystallization rate, excellent moisture absorption resistance, and excellent molding processability.
이러한 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물은 탄소섬유와 혼합된 후 경화되어 열가소성 강화 탄소섬유 복합체를 형성하게 되며, 이렇게 형성된 열가소성 강화 탄소섬유 복합체는 대면적 제조가 용이하며, 인장 강도 및 굽힘 강도가 크게 개선되어 경량화 부재로 사용하기에 적합한 특성을 보인다.This thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement is mixed with carbon fiber and then cured to form a thermoplastic reinforced carbon fiber composite. The thermoplastic reinforced carbon fiber composite thus formed is easy to manufacture in large areas and has greatly improved tensile and bending strengths. It shows characteristics suitable for use as a lightweight member.
또한, 상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물에서는 탄소나노튜브 입자가 균일하게 분산되어 있는 것이 내열성 및 내구성 등의 향상에 중요한 요인이 되는데, 탄소나노튜브 입자가 균일하게 분산되도록 하기 위하여서는 탄소나노튜브 입자와 열가소성 수지 조성물 간에 상용성(compatibility)을 향상시켜야 한다. 본 발명에서는 탄소나노튜브 입자에 표면을 소수성화 처리하여 소수성 고분자인 폴리아미드계 열가소성 수지 내에서 탄소나노튜브의 분산성을 향상시켰다. 제조된 열가소성 강화 탄소섬유 복합체의 기계적 강도를 강화할 수 있었다.In addition, in the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement, uniform dispersion of carbon nanotube particles is an important factor in improving heat resistance and durability. In order to ensure uniform dispersion of carbon nanotube particles, carbon nanotube particles Compatibility must be improved between and thermoplastic resin compositions. In the present invention, the surface of carbon nanotube particles was hydrophobicized to improve the dispersibility of carbon nanotubes in polyamide-based thermoplastic resin, which is a hydrophobic polymer. The mechanical strength of the manufactured thermoplastic reinforced carbon fiber composite could be strengthened.
상기 폴리아미드계 열가소성 수지는 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 단량체의 중합으로 형성된 것일 수 있다.The polyamide-based thermoplastic resin may preferably be formed by polymerization of a monomer represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 C1~C3의 알킬렌기(alkylene group)이고, R3는 C3~C10의 직쇄형 또는 분쇄형의 알킬렌기이며, Ar1은 C5~C14의 2가 방향족 고리이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are alkylene groups of C 1 to C 3 , R 3 is a straight-chain or branched alkylene group of C 3 to C 10 , and Ar 1 is an alkylene group of C 5 to C 3 . C 14 is a divalent aromatic ring.
이에 의하여 형성된 폴리아미드계 고분자 화합물의 화학 구조는 하기 화학식 1-1에 나타낸 바와 같다.The chemical structure of the polyamide-based polymer compound formed as a result is shown in the following Chemical Formula 1-1.
[화학식 1-1][Formula 1-1]
상기 화학식 1-1에서, R1, R2, R3 및 Ar1은 각각 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하게 정의된다. 또한, n의 값은 200 내지 700의 정수이다.In Formula 1-1, R 1 , R 2 , R 3 and Ar 1 are each defined in the same manner as defined in Formula 1 above. Additionally, the value of n is an integer of 200 to 700.
또한, 바람직하게는 폴리아미드계 열가소성 수지는 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 단량체의 중합으로 형성된 것일 수 있다.In addition, the polyamide-based thermoplastic resin may be preferably formed by polymerizing a monomer represented by the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서, R1, R2 및 R3는 각각 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하게 정의된다.In Formula 2, R 1 , R 2 and R 3 are each defined the same as in Formula 1.
마찬가지로, 상기 화학식 2에 의하여 중합 형성된 폴리아미드계 열가소성 수지는 하기 화학식 2-1의 화학 구조를 가진다.Likewise, the polyamide-based thermoplastic resin polymerized by Formula 2 has the chemical structure of Formula 2-1 below.
[화학식 2-1][Formula 2-1]
상기 화학식 2-1에서, R1, R2 및 R3는 각각 상기 화학식 2에서 정의한 바와 동일하게 정의된다. 상기 n은 270 내지 650의 정수이다.In Formula 2-1, R 1 , R 2 and R 3 are each defined the same as in Formula 2. The n is an integer from 270 to 650.
더욱 바람직하게는, 상기 폴리아미드계 열가소성 수지는 나일론-MXD6(Nylon-MXD6)일 수 있다. 나일론-MXD6은 Suberic acid와 m-xylenediamine의 공중합 반응으로 형성된 폴리아미드(나일론) 화합물로서, 아래 화학식 3과 같은 화학 구조를 가지는 단량체를 가진다.More preferably, the polyamide-based thermoplastic resin may be Nylon-MXD6. Nylon-MXD6 is a polyamide (nylon) compound formed through a copolymerization reaction of suberic acid and m-xylenediamine, and has a monomer with the chemical structure shown in Formula 3 below.
[화학식 3][Formula 3]
중합된 나일론-MXD6의 화학 구조는 하기 화학식 3-1로 나타낸 바와 같다.The chemical structure of polymerized nylon-MXD6 is shown in Chemical Formula 3-1 below.
[화학식 3-1][Formula 3-1]
상기 화학식 3-1에서, n은 410 내지 620의 정수이다.In Formula 3-1, n is an integer of 410 to 620.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 내에 분산된 탄소나노튜브 입자는 그 표면에 계면활성제 또는 고분자가 비공유 결합해 있을 수 있다. 이와 같은 계면활성제 또는 고분자의 비공유 결합으로 결합된 화합물 분자의 소수성 영역이 외부를 향하고 있어 열가소성 수지인 폴리아미드계 수지에 대하여 상용성이 좋아지는 것이다. 바람직하게는, 상기 탄소나노튜브 입자 표면에 비공유 결합한 고분자 화합물은 실란계 화합물일 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the carbon nanotube particles dispersed in the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement may have a surfactant or a polymer non-covalently bonded to the surface thereof. The hydrophobic region of the compound molecule bound by non-covalent bonds of such a surfactant or polymer faces outward, improving compatibility with polyamide-based resins, which are thermoplastic resins. Preferably, the polymer compound non-covalently bonded to the surface of the carbon nanotube particles may be a silane-based compound.
상기 탄소나노튜브 입자는 상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 내에 0.05 wt% 내지 0.8 wt%의 함량으로 분산되어 있을 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 탄소나노튜브 입자는 상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 내에 0.2 wt% 내지 0.7 wt%의 함량으로 분산되어 있을 수 있다.The carbon nanotube particles may be dispersed in an amount of 0.05 wt% to 0.8 wt% in the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement. More preferably, the carbon nanotube particles may be dispersed in an amount of 0.2 wt% to 0.7 wt% in the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement.
굽힘 강도 등 열가소성 강화 탄소섬유 복합체를 제조하였을 때 그 기계적 특성은 탄소나노튜브 입자의 분산 함량이 약 0.5wt% 부근일 때 가장 우수했으며, 함량이 더 증가하는 경우, 내구성이 오히려 감소할 수 있다. 따라서, 탄소나노튜브 입자의 함량은 0.05 wt% 내지 0.8 wt%로 조절함이 바람직하다.When manufacturing thermoplastic reinforced carbon fiber composites, such as bending strength, the mechanical properties were best when the dispersion content of carbon nanotube particles was around 0.5 wt%, and if the content increases further, durability may actually decrease. Therefore, it is desirable to adjust the content of carbon nanotube particles to 0.05 wt% to 0.8 wt%.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폴리아미드계 열가소성 수지를 사용하여 제조한 열가소성 강화 탄소섬유 복합체의 탄소나노튜브 함량에 따른 효과 차이를 확인할 수 있다. MPA 6은 나일론-MXD6만을 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물로 삼아 열가소성 강화 탄소섬유 복합체를 제조한 시편이며, MPA6 + CNT 0.1%, +CNT 0.5% 및 +CNT 1.0%는 각각 상기 열가소성 수지 조성물 내 포함된 탄소나노튜브 입자의 중량 기준 함량을 달리 하여 제조한 역사소성 강화 탄소섬유 복합체를 시편으로 삼을 것이다. 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 탄소나노튜브의 분산 함량이 0.1wt%인 시편과 0.5wt%인 시편이 가장 우수한 인장 강도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 탄소나노튜브의 함량이 1.0wt%가 된 경우 오히려 인장 강도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 1, it can be seen the difference in effect depending on the carbon nanotube content of the thermoplastic reinforced carbon fiber composite manufactured using a polyamide-based thermoplastic resin according to a preferred embodiment of the present invention. MPA 6 is a specimen in which a thermoplastic reinforced carbon fiber composite was manufactured using only nylon-MXD6 as the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement, and MPA6 + CNT 0.1%, +CNT 0.5%, and +CNT 1.0% are each included in the thermoplastic resin composition. A reverse-fired reinforced carbon fiber composite manufactured by varying the weight-based content of carbon nanotube particles will be used as a specimen. As can be seen in Figure 1, it can be seen that the specimens with a dispersion content of 0.1 wt% and 0.5 wt% of carbon nanotubes have the best tensile strength. It was confirmed that when the carbon nanotube content was 1.0 wt%, the tensile strength actually decreased.
다시 종래 기술과 같이 나일론 6을 탄소섬유 강화 열가소성 수지로 사용한 것과 본 발명과 같이 나일론-MXD6를 탄소섬유 강화 열가소성 수지로 사용한 시편을 각각 도 3 및 하기 표 1에 나타난 것과 같이 동일한 형태의 구조체로 제작하여 3점 굽힘강도를 시험하였다(도 4). 시험 기구는 MTS 사의 244.12 액추에이터 유압내구시험기를 사용하였으며, 약 0.1mm/sec의 속도로 굽힘 시험을 실시하였고, 각 시편 별로 최대 하중과 파손 값을 확인하여 도 5에 나타내었다.Again, a specimen using nylon 6 as a carbon fiber reinforced thermoplastic resin as in the prior art and a specimen using nylon-MXD6 as a carbon fiber reinforced thermoplastic resin as in the present invention were manufactured into structures of the same shape as shown in Figure 3 and Table 1 below, respectively. The three-point bending strength was tested (Figure 4). The test device used was MTS's 244.12 actuator hydraulic durability tester, and a bending test was conducted at a speed of about 0.1 mm/sec. The maximum load and damage value for each specimen were confirmed and shown in Figure 5.
도 5를 확인하면 상기 표 1에서, 실시예 1은 SKIN이 CORE와 다른 폴리아미드 수지를 사용한 것으로 기재되어 있는데, 이는 탄소섬유/나일론-MXD6 를 소재로 한 구조체 표면에 나일론 6를 오버몰딩한 구조체를 의미한다.Looking at Figure 5, in Table 1 above, Example 1 is described as using a polyamide resin different from SKIN from CORE, which is a structure in which nylon 6 is overmolded on the surface of a structure made of carbon fiber/nylon-MXD6. means.
도 5에서 SPL#n은 각각 실시예 n을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 코어에 종래 기술과 같이 나일론 6를 사용한 실시예 5(SPL#5)의 구조체는 3점 굽힘 시험에서 굽힘 강도가 524.15kgf로 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 나일론-MXD6를 탄소섬유 강화용 폴라아미드 수지로 사용한 실시예 1 내지 4(SPL#1 내지 SPL#4)의 구조체에 비하여 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.In Figure 5, SPL#n each represents Example n. Referring to Figure 5, the structure of Example 5 (SPL#5) using nylon 6 as the core as in the prior art had a bending strength of 524.15 kgf in a three-point bending test, and nylon-MXD6 according to a preferred embodiment of the present invention. It was confirmed that it was significantly inferior to the structures of Examples 1 to 4 (SPL#1 to SPL#4) using polyamide resin for carbon fiber reinforcement.
나일론-MDX6가 나일론-6에 비해 기계적인 강도는 높지만, 취성이 강하여 단독으로 사용하였을 경우에는 쉽게 깨지는 현상이 있으므로. 그래서 나일론-MDX6과 나일론-6을 혼합하여 사용한 실시예 1의 경우 굽힘 강도는 높게 나오는 것으로 판단된다.Although Nylon-MDX6 has higher mechanical strength than Nylon-6, it is highly brittle and easily breaks when used alone. Therefore, in the case of Example 1 in which a mixture of nylon-MDX6 and nylon-6 was used, the bending strength is judged to be high.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물은 윤활제 및 산화방지제를 더 포함할 수 있다. 윤활제는 본 발명에서 사용된 폴리아미드계 수지의 특징상 나일론 6에 비하여 열적/기계적 특성이 우수하지만, 용융 점도가 낮고 압출되는 온도 조건이 매우 협소하여 높은 온도로 장기간 압출 시 생산성이 하락하게 되고, 압출기의 배럴(barrel) 내부에서 긁히는 소리가 발생하고 부하가 걸리는 등 작업성이 저하되는 문제를 개선하기 위하여 필름 압출이 원활하게 될 수 있도록 하는 역할을 한다.The thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement according to a preferred embodiment of the present invention may further include a lubricant and an antioxidant. The lubricant has superior thermal/mechanical properties compared to nylon 6 due to the characteristics of the polyamide resin used in the present invention, but its melt viscosity is low and the extrusion temperature conditions are very narrow, so productivity decreases when extruded at high temperatures for a long period of time. It plays a role in ensuring smooth film extrusion in order to improve problems that reduce workability, such as scratching noises and load inside the extruder barrel.
바람직하게는 상기 윤활제는 스테아린산칼슘(C17H35COO)2Ca, 스테아린산마그네슘, 및 스테아린산아연 중에서 선택된 하나일 수 있다. 그러나, 반드시 열거된 종류의 윤활제에만 한정되는 것은 아니고, 당업계에서 일반적으로 사용되는 윤활제를 모두 사용 가능하다.Preferably, the lubricant may be one selected from calcium stearate (C 17 H 35 COO) 2 Ca, magnesium stearate, and zinc stearate. However, it is not necessarily limited to the types of lubricants listed, and all lubricants commonly used in the industry can be used.
또한, 상기 윤활제는 바람직하게는 상기 열가소성 수지 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 wt% 내지 0.3 wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 만일 상기 윤활제의 함량이 0.01 wt% 미만인 경우, 압출 작업 시 압출기에 과다한 부하가 걸리게 되어 장시간의 연속 작업이 어렵게 되므로, 생산성이 하락하게 되는 단점이 있다. 또한, 0.3 wt%를 초과하게 되는 경우, 윤활제는 단지 작업성 향상을 위하여 첨가되는 첨가제에 불과한 바, 완성된 열가소성 강화 탄소섬유 복합체 구조물의 기계적 물성이 저하되게 되므로 위와 같이 첨가량은 조절하여 사용함이 바람직하다.Additionally, the lubricant may preferably be included in an amount of 0.01 wt% to 0.3 wt% based on the total weight of the thermoplastic resin composition. If the content of the lubricant is less than 0.01 wt%, excessive load is placed on the extruder during extrusion work, making continuous operation for a long time difficult, which has the disadvantage of lowering productivity. In addition, if it exceeds 0.3 wt%, the lubricant is merely an additive added to improve workability, and the mechanical properties of the completed thermoplastic reinforced carbon fiber composite structure deteriorate. Therefore, it is desirable to adjust the addition amount as above. do.
산화방지제는 고온에서 열가소성 수지 조성물 압출 시 소재가 산화되는 것을 방지하는 역할을 한다. 고온에서 조성물 압출 작업 시에는 조성물이 산화 또는 탄화되어 압출기의 배럴 내에서 막혀 연속 작업이 불가능해지게 되는 문제가 있으므로, 이를 방지하기 위한 역할을 한다.Antioxidants play a role in preventing oxidation of materials when extruding thermoplastic resin compositions at high temperatures. When extruding a composition at high temperatures, there is a problem that the composition is oxidized or carbonized and clogged in the barrel of the extruder, making continuous operation impossible. This serves to prevent this.
산화방지제는 바람직하게는 페놀계, 아민계, 유황계 및 인계 산화방지제 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 예컨대 페놀계 산화방지제(phenolic antioxidant)가 산화방지제로 채택될 수 있다. 그러나, 반드시 이들 열거된 물질로만 한정되는 것은 아니고, 당 업계에서 일반적으로 사용되는 산화 방지제는 제한 없이 선택 가능하다.Antioxidants may preferably be one or more selected from phenol-based, amine-based, sulfur-based, and phosphorus-based antioxidants. For example, phenolic antioxidants can be employed as antioxidants. However, it is not necessarily limited to these listed substances, and antioxidants commonly used in the art can be selected without limitation.
또한, 바람직하게는 산화방지제는 상기 열가소성 수지 조성물 전체 중량 대비 0.01 wt% 내지 0.07 wt%의 함량으로 첨가할 수 있다. 또한, 더욱 바람직하게는 상기 산화방지제의 함량은 0.02 wt% 내지 0.06 wt%일 수 있다. 만일, 상기 산화방지제의 함량이 0.01 wt% 미만인 경우, 산화 방지의 효과가 뚜렷하지 않으므로 고온 압출 시에 위에서 설명한 것과 같은 압출 장애의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 산화방지제의 함량이 0.07 wt%를 초과하는 경우, 과다한 산화방지제의 함량으로 인하여 최종 제조된 열가소성 강화 탄소섬유 복합체 구조물의 기계적 물성이 약화되는 한 원인이 될 수 있다.Additionally, preferably, antioxidants can be added in an amount of 0.01 wt% to 0.07 wt% based on the total weight of the thermoplastic resin composition. Additionally, more preferably, the content of the antioxidant may be 0.02 wt% to 0.06 wt%. If the content of the antioxidant is less than 0.01 wt%, the effect of preventing oxidation is not evident, so the problem of extrusion failure as described above may occur during high temperature extrusion. Additionally, if the antioxidant content exceeds 0.07 wt%, the excessive antioxidant content may cause the mechanical properties of the final manufactured thermoplastic reinforced carbon fiber composite structure to be weakened.
아래 표 2 및 표 3은 탄소나노튜브 입자, 윤활제 및 산화방지제의 함량에 따른 작업성과 생산성의 차이를 비교한 표이다.Tables 2 and 3 below are tables comparing the differences in workability and productivity depending on the content of carbon nanotube particles, lubricants, and antioxidants.
나일론-MXD6CNT-free
Nylon-MXD6
나일론-MXD6CNT-free
Nylon-MXD6
표 2 및 표 3을 참고하면, 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 내에 탄소나노튜브 입자를 첨가하지 않았을 경우 압출 공정에서 긁히는 소리가 발생하고 압출기에 큰 부하가 걸려 장시간 압출 작업을 수행하기 어려웠으며, 6시간 동안 압출을 수행하였을 때 냉각 롤의 온도 또한 현저히 상승하였으므로 장시간 압출은 어렵다는 것을 알 수 있었다.Referring to Tables 2 and 3, if carbon nanotube particles were not added to the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement, a scraping sound occurred during the extrusion process and a large load was placed on the extruder, making it difficult to perform extrusion work for a long time, 6 When extrusion was performed for a long time, the temperature of the cooling roll also increased significantly, making it difficult to extrude for a long time.
반대로 탄소나노튜브 입자를 첨가하자 압출기 배럴 내의 긁히는 소리는 들리지 않았으며, 40 파이 싱글 압출기로서 15kW 출력을 갖는 모터를 사용하는 압출기에서 압출기 모터의 부하 또한 큰 폭으로 감소하였다. 6시간 동안 압출을 수행하였을 때 냉각 롤의 온도 또한 현저히 낮아졌으므로 보다 장시간의 압출 공정이 가능해졌다는 것을 알 수 있었다. 생산성의 개선을 확인할 수 있었다.Conversely, when carbon nanotube particles were added, the scraping sound in the extruder barrel was not heard, and the load on the extruder motor was also significantly reduced in an extruder using a motor with an output of 15 kW as a 40 pi single extruder. When extrusion was performed for 6 hours, the temperature of the cooling roll was also significantly lowered, making a longer extrusion process possible. An improvement in productivity was confirmed.
윤활제와 산화방지제의 경우, 산화방지제의 함량은 0.1 wt% 미만으로 조절됨이 바람직함을 알 수 있었다. 탄소나노튜브 입자의 함량이 0.8 wt%를 초과하거나 산화방지제의 함량이 0.07 wt%를 초과하는 경우, 제대로 된 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 필름을 형성할 수 없었다.In the case of lubricants and antioxidants, it was found that the content of antioxidants was preferably adjusted to less than 0.1 wt%. When the content of carbon nanotube particles exceeded 0.8 wt% or the content of antioxidant exceeded 0.07 wt%, a proper thermoplastic resin film for carbon fiber reinforcement could not be formed.
이하에서는, 상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물을 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물의 제조방법은Below, a method for manufacturing the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement will be described. The method for producing the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement is
1) 탄소나노튜브 입자에 산(acid)을 처리한 후, 계면활성제 또는 고분자 화합물을 처리하여 표면을 소수성으로 개질하는 단계; 및1) treating carbon nanotube particles with acid and then treating them with a surfactant or polymer compound to modify the surface to make it hydrophobic; and
2) 고분자 사슬 주쇄에 C5~C14의 방향족 고리를 갖는 폴리아미드계 열가소성 수지에 상기 소수성으로 표면 개질된 탄소나노튜브 입자를 투입 및 분산하여 탄소섬유 강화용 고분자 복합체 조성물을 제조하는 단계;2) preparing a polymer composite composition for carbon fiber reinforcement by adding and dispersing the hydrophobically surface-modified carbon nanotube particles into a polyamide-based thermoplastic resin having an aromatic ring of C 5 to C 14 in the polymer chain;
를 포함한다.Includes.
상기 1) 단계에서는 탄소나노튜브 입자의 표면을 개질하여 상기 2) 단계의 폴리아미드계 열가소성 수지와의 상용성을 향상시키는 작업을 수행한다.In step 1), the surface of the carbon nanotube particles is modified to improve compatibility with the polyamide-based thermoplastic resin of step 2).
상기 1) 단계에서 탄소나노튜브 입자에 처리하는 산(acid)a은 pKa 2.0 이하의 강산일 수 있다. 그리고, 더욱 바람직하게는 상기 강산은 황산, 질산, 염산 및 이중에 두개의 산이 혼합된 혼합산 중에서 선택된 하나일 수 있다. 이와 같이 강산을 사용하여 처리함으로써 비정질(amorphous)의 탄소 및 금속성 불순물을 제거하여 정제된 탄소나노섬유 입자를 얻을 수 있고, 여기에 위의 소수성 처리를 위한 물질을 반응시킬 수 있다.The acid a used to treat the carbon nanotube particles in step 1) may be a strong acid with a pKa of 2.0 or less. And, more preferably, the strong acid may be one selected from sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and a mixed acid containing two acids. By treating using a strong acid in this way, amorphous carbon and metallic impurities can be removed to obtain purified carbon nanofiber particles, and the above hydrophobic treatment materials can be reacted with them.
또한, 상기 탄소나노튜브 입자 표면에 강산을 처리하면서 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2)를 함께 처리할 수 있다. Additionally, the surface of the carbon nanotube particles can be treated with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) while treating the surface with a strong acid.
상기 1) 단계에서 강산과 반응한 탄소나노튜브에 처리되는 고분자는 바람직하게는 실란계 고분자일 수 있다. 실란계 고분자는 구하기 쉽고 소수성이며 열가소성 수지와 상용성이 좋아 당업계에서 일반적으로 널리 사용된다.The polymer treated with the carbon nanotubes reacted with strong acid in step 1) may preferably be a silane-based polymer. Silane-based polymers are easy to obtain, are hydrophobic, and have good compatibility with thermoplastic resins, so they are generally widely used in the industry.
바람직하게는 실란계 고분자는 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-4로 표시되는 실란계 고분자 중에서 선택할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 고분자와의 상용성을 가질 수 있도록 동일한 관능기를 가지는 실란계 고분자로서 당업계에서 일반적으로 이용하는 것이고, 본 발명의 목적에 부합하는 것이면 어느 것이나 사용 가능하다.Preferably, the silane-based polymer may be selected from silane-based polymers represented by the following formulas 4-1 to 4-4. However, it is not necessarily limited to this, and is generally used in the industry as a silane-based polymer having the same functional group so as to be compatible with the polymer, and any one can be used as long as it meets the purpose of the present invention.
[화학식 4-1] - N-[3-(trimethoxylsilyl)propyl]ethylenediamine[Formula 4-1] - N-[3-(trimethoxylsilyl)propyl]ethylenediamine
[화학식 4-2] N-3-(trimethoxysilyl)propylaniline[Formula 4-2] N-3-(trimethoxysilyl)propylaniline
[화학식 4-3] (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane[Formula 4-3] (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane
[화학식 4-4] hexadecyltrimethoxysilane[Formula 4-4] hexadecyltrimethoxysilane
또한, 상기 3) 단계에서는 상기 열가소성 수지 조성물을 필름(film) 형태로 성형할 수 있다. 필름 형태로 압출 및 성형된 열가소성 수지 조성물과 탄소섬유 시트를 적층하여 후술하는 열가소성 강화 탄소섬유 복합체를 제조할 수 있다.Additionally, in step 3), the thermoplastic resin composition may be molded into a film form. A thermoplastic reinforced carbon fiber composite described later can be manufactured by laminating a thermoplastic resin composition extruded and molded into a film form and a carbon fiber sheet.
이하, 상기 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물을 사용하여 강화된 열가소성 강화 탄소섬유 복합체 및 그 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a thermoplastic reinforced carbon fiber composite reinforced using the thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement and a method of manufacturing the same will be described.
본 발명은 열가소성 수지 조성물의 경화물 및 탄소섬유 시트가 필름 형태로 반복 교호적층된 열가소성 강화 탄소섬유 복합체를 제공한다.The present invention provides a thermoplastic reinforced carbon fiber composite in which a cured product of a thermoplastic resin composition and carbon fiber sheets are repeatedly laminated alternately in a film form.
본 발명에 따른 열가소성 강화 탄소섬유 복합체는 나일론 6에 비하여 물성이 개선되고 탄소나노튜브에 의하여 열적 기계적 특성이 향상된 열가소성 수지 필름으로 탄소섬유 시트의 기계적 물성을 강화하여 대면적으로 우수한 물성을 갖는 탄소섬유 복합체를 제공할 수 있다.The thermoplastic reinforced carbon fiber composite according to the present invention is a thermoplastic resin film with improved physical properties compared to nylon 6 and improved thermal and mechanical properties by carbon nanotubes. It strengthens the mechanical properties of the carbon fiber sheet, making it a carbon fiber with excellent physical properties in a large area. A complex may be provided.
상기의 열가소성 강화 탄소섬유 복합체는 1) 상술한 열가소성 수지 조성물을 필름 형태로 압출하는 단계;The thermoplastic reinforced carbon fiber composite includes 1) extruding the above-described thermoplastic resin composition into a film form;
2) 상기 열가소성 수지 조성물이 필름 형태로 압출된 열가소성 수지 필름과 탄소섬유 시트를 교호 적층하는 단계; 및2) alternately laminating thermoplastic resin films and carbon fiber sheets in which the thermoplastic resin composition is extruded into a film form; and
3) 상기 열가소성 수지 필름을 경화하는 단계;를 포함하는 열가소성 탄소섬유 복합체 제조방법으로 제조된다.3) curing the thermoplastic resin film; it is manufactured by a thermoplastic carbon fiber composite manufacturing method comprising the following.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 든다고 할 것이다.Although an embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same spirit. , other embodiments can be easily proposed by change, deletion, addition, etc., but this will also be said to fall within the scope of the present invention.
작성자: 방진욱 변리사Author: Jinwook Bang, Patent Attorney
Claims (13)
상기 폴리아미드계 열가소성 수지가 하기 화학식 1로 표시되는 단량체의 중합으로 형성된 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 C1~C3의 알킬렌기(alkylene group)이고, R3는 C3~C10의 직쇄형 또는 분쇄형의 알킬렌기이며, Ar1은 C5~C14의 2가 방향족 고리이다.According to paragraph 1,
A thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement in which the polyamide-based thermoplastic resin is formed by polymerizing monomers represented by the following formula (1):
[Formula 1]
In Formula 1, R 1 and R 2 are alkylene groups of C 1 to C 3 , R 3 is a straight-chain or branched alkylene group of C 3 to C 10 , and Ar 1 is an alkylene group of C 5 to C 3 . C 14 is a divalent aromatic ring.
상기 폴리아미드계 열가소성 수지는 나일론-MXD6인 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물.According to paragraph 1,
The thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement wherein the polyamide-based thermoplastic resin is nylon-MXD6.
상기 탄소나노튜브 입자는 표면에 계면활성제 또는 고분자가 비공유 결합하여 소수성 개질되어 있는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물.According to paragraph 1,
A thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement in which the carbon nanotube particles are hydrophobically modified by non-covalent bonding of a surfactant or polymer to the surface.
상기 탄소나노튜브 입자는 상기 열가소성 수지 조성물 내에 0.05wt% 내지 0.8 wt%의 함량으로 분산되어 있는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물.According to paragraph 4,
The carbon nanotube particles are dispersed in an amount of 0.05 wt% to 0.8 wt% in the thermoplastic resin composition.
상기 열가소성 수지 조성물은 윤활제 및 산화방지제를 더 포함하는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물.According to paragraph 1,
The thermoplastic resin composition is a thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement further comprising a lubricant and an antioxidant.
상기 윤활제는 상기 열가소성 수지 조성물 내에 0.01 wt% 내지 0.3 wt%의 함량으로 포함되고, 상기 산화방지제는 상기 열가소성 수지 조성물 내에 0.01 wt% 내지 0.07 wt%의 함량으로 포함되는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물.According to clause 6,
The lubricant is contained in an amount of 0.01 wt% to 0.3 wt% in the thermoplastic resin composition, and the antioxidant is contained in an amount of 0.01 wt% to 0.07 wt% in the thermoplastic resin composition. A thermoplastic resin composition for reinforcing carbon fiber.
2) 고분자 사슬 주쇄에 C5~C14의 방향족 고리를 갖는 폴리아미드계 열가소성 수지에 상기 소수성으로 표면 개질된 탄소나노튜브 입자를 투입 및 분산하여 탄소섬유 강화용 고분자 복합체 조성물을 제조하는 단계;
를 포함하는 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 제조방법.1) treating carbon nanotube particles with acid and then treating them with a surfactant or polymer compound to modify the surface to make it hydrophobic; and
2) preparing a polymer composite composition for carbon fiber reinforcement by adding and dispersing the hydrophobically surface-modified carbon nanotube particles into a polyamide-based thermoplastic resin having an aromatic ring of C 5 to C 14 in the polymer chain;
A method of producing a thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement comprising a.
상기 1) 단계에서 탄소나노튜브 입자에 처리하는 산은 pKa 2.0 이하의 강산인 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 제조방법.According to clause 8,
The method for producing a thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement wherein the acid treated with the carbon nanotube particles in step 1) is a strong acid with a pKa of 2.0 or less.
상기 1) 단계의 고분자 화합물은 실란계 고분자인 탄소섬유 강화용 열가소성 수지 조성물 제조방법.According to clause 8,
A method of producing a thermoplastic resin composition for carbon fiber reinforcement, wherein the polymer compound in step 1) is a silane-based polymer.
상기 탄소섬유 시트는 탄소섬유의 직물 시트인 열가소성 탄소섬유 복합체.According to clause 11,
The carbon fiber sheet is a thermoplastic carbon fiber composite that is a fabric sheet of carbon fiber.
2) 상기 열가소성 수지 조성물이 필름 형태로 압출된 열가소성 수지 필름과 탄소섬유 시트를 교호 적층하는 단계; 및
3) 상기 열가소성 수지 필름을 경화하는 단계;를 포함하는 열가소성 탄소섬유 복합체 제조방법.1) Extruding the thermoplastic resin composition according to claim 1 into a film form;
2) alternately laminating thermoplastic resin films and carbon fiber sheets in which the thermoplastic resin composition is extruded into a film form; and
3) curing the thermoplastic resin film; a thermoplastic carbon fiber composite manufacturing method comprising a.
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