KR890003570B1 - 한 방향 코우머섬유 시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

한 방향 코우머섬유 시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트의 제조방법

제1도는 본 발명을 실시하기 위하여 적합한 장치의 배열설명도.

제2도는 한 방향 코우섬유시이트의 제조장치의 배열도의 일예를 나타내는 도면.

제3도는 섬유속군에 걸리는 장력을 나타내는 모식도.

제4도는 섬유속의 확포원리를 설명하는 모식도.

제5도는 섬유속확개장치의 개략도.

제6도는 섬유속확개용로울러에 구동장치를 취부한 실험장치.

제7도는 한 방향 코우머 프리프레그섬유의 사행(蛇行) 상태의 예시도.

제8도는 한 방향 코우머 프리프레그섬유의 이형지로부터의 박리상태를 예시하는 도면.

제9도는 본 공정의 장치의 일예를 나타내는 도면.

제10도는 곡면을 갖는 기체면상에서의 접합체의 설명도.

제11도는 이형지상에 도포괼 수지의 용융에 플레이트 히이터를, 또 원호상 곡면으로서 로울러를 사용한 예를 나타내는 도면.

제12도는 섬유속중에서의 수지의 함침원리를 설명하는 모식도.

제13도는 섬유속에서의 수지함침용 원호상 곡면을 갖는 플레이트의 예시도.

본 발명은 한 방향 코우머(combed)섬유 시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트(prepreg sheet)의 신규의 제조방법에 관한 것이다.

탄소섬유, 글래스섬유 또는 모든 방향족 폴리아미드 섬유등을 얇게 펴서 코우밍(combing)한 섬유속에 에폭시수지, 페놀수지 또는 불포화 폴리에스테르수지등의 열경화성수지를 함침시킨, 소위 한 방향 코우머섬유 강화프리프레그는 골프채, 낚시대나 스키판등의 스포츠 레저용품, 또는 항공우주기재, 차량용기재, 판스프링. 기타 공업용 재료로서 널리 이용되고 있다. 이 한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그의 취대이점은, 섬유가 직포와 같이 크게 만곡하지 않고, 평행하게 코우밍되어 있기 때문에, 섬유가 갖는 강도 및 탄성율을 효율좋게 이용할 수 있다는데 있으며, 사용의 용이성도 포함하며, 한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그의 중간기재로서의 가치조 점점 높아지고 있다. 이들 한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그의 제조방법에 대하여는 지금까지 몇가지 방법에 소개되어 있으나, 수지의 함침방법으로서 용액법, 무영매법(無溶媒法)과 구분하든가, 그들 제조공정에서도 개념 정도 밖에 소개되어 있지 않은 것이 현상이다(오오다니, 오구다, 마쓰다 : 탄소섬유 1983. 7. 1, 근대편집사, 탄소섬유 간담회 ; 탄소섬유의 응용기술 1984. 6. 4, 씨. 엠. 씨).

예컨데, 무용매법의 한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그의제조방법의 개요는 양면에 실리콘수지등으로 이형처리한 이형지(離型紙)의 단면에 에폭시수지등의 열경화성수지를 도포한 수지필름과, 평행하게 코우밍된 다수본의 섬유로 이루어진 시이트상물을 합체시켜, 가열니프-로울러(nip roller)등의 함침장치로 수지를 섬유속에 함침시켜 연속된 한 방향 코우머 프리프레그로 만드는 방법이며, 이와같이 하여 제조된 섬유강화 프리프레그는 이형지와 수지를 함침시킨 섬유층과의 2층 구조를 가지며, 로울상으로 권취된다.

일반적으로 한방향 코우머섬유 프리프레그의 성능상의 포인트는, 섬유시이트상물의 섬유간에 소위 개섬(開纖)이 없으며, 평평한 표면을 가지며, 두께가 균일하고 섬유시이트상물에 수지가 균일하게 함침되어 있다는데 있다. 이들을 달성하기 위하여 종래 섬유속의 확개법(일본국 특개소 52-15362호, 56-43435호, 동제 57-56220호, 동제 58-1725호) 및 수지의 함침법(일본국 특공소제 52-5320호, 일본국특개소 제 56-56220호, 일본국 특개소 제 58-185216호, 일본국 특개소 제 58-23830호, 일본국 특개소 제58-31716호)이 제안되어 있다.

더우기, 한 방향 코우머섬유강화 프리프레그의 형태유지, 취급성 향상을 위하여 보통 이형지가 보조부착되어 있지만, 그 이형지의 성능이 한방향 코우머 프리프레그의 성능을 지배하기 때문에, 그 성능에 대해도 제안이 있다(일본 특개소 제54-10532호, 일본국 실용신안공개소 제56-11914호, 일본국 특개소 제 59-47277호, 일본국 특개소 제 59-47278호, 일본국 특개소 제 59-48153호, 일본국 특개소 제 59-48155호, 일본국 특개소 제59-135121호).

그러나,한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그의 품질에 대한 요구는 점점 폭넓게 고도화되어 오고 있다. 예컨대 더욱 얇은 두게(0.05mm이하). 더욱 두꺼운 두께(0.3mm)의 요구, 동시에 수지함유율의 저하(30중량%이하), 또한 경제면에서 보다 폭넓은 한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그의 요구등이 있으며, 그들에 대응하여 한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그의 제조기술도 고도화 내지 복잡화되고 있다.

따라서, 종래 제안되고 있는 기술에서는 고도화 하는 한 방향 코우머섬유 강화 프리프레그 품질에 대응할 수 없으며, 아직 만족스러운 방법이 발견되지 않고 있는 것이 현상이다.

본 발명은 섬유의 확개(擴開)를 균일하게 행하고 두께가 균일하며, 만곡이나 개섬이 없으며, 수지도 균일하게 함유하는 고품질 한 방향 코우머섬유시이트상물에 의해 강호된 프리프레그시이트를 제조하는 방법이다.

본 발명의 한 방향 코우머섬유시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트의 제조방법은, 복수본의 섬유로이루어진 복수본의 섬유속을 한방향으로 코우킹하여, 송출니프로울러로부터 소정 속도로 연속적으로 공급하고, 이들 섬유속을 섬유시이트상물에 확개하고, 이 섬유시이트상물에 매트릭수지를 함침시키고, 수득된 제조기술도 고도화 내지 복잡화되고 있다.

따라서, 종래 제안되고 기술에서는 고도화하는 한 방향 코우머섬유강화 프리프레그 품질에 대응할 수 없으며, 아직 만족스러운 방법이 발견되지 않고 있는 것이 현상이다.

본 발명은 섬유의 확개(擴開)를 균일하게 행하고 두께가 균일하며, 만곡이나 개섬이 없으며, 수지도 균일하게 함유하는 고품질 한 방향 코우머섬유시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트를 제조하는 방법이다.

본 발명의 한 방향 코우머섬유시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트의 제조방법은, 복수본의 섬유로 이루어진 복수본의 섬유속을 한 방향으로 코우밍하여, 송출니프로울러로부터 소정 속도로 연속적으로 공급하고, 이들 섬유속을 섬유시이트상물에 확개하고, 이 섬유시이트상물에 매트릭스수지를 함침시키고, 수득된 한 방향 코우머섬유강화 프리프레그시이트를 인장니프-로울러를 통하여 소종 속도로 연속적으로 인취하는 방법에 있어서, (a) 상기 복수본의 섬유속의 상재적 위치를 규제하면서 한 방향으로 코우밍하고, 상기 송출니프로울러와 상기 인장니프로울간에 설치된 장력제어기구를 통하여 전 섬유속의 장력을 일정하게 유지시키고, 상기 인장니프-로울러의 인취속도를 상기 송출니프로울러의 공급소도의 1.005배 내지 1.02배의 범위내로 조절하고, 또한 상기 송출니프로울러의 파지압력을 조졸하여, 상기 섬유속이 송출니프로울러에서 슬립할 수 있게 함으로써 상기 섬유속의 각각에 걸리는 장력을 균일하게하는 공정, (b) 상기 코우밍된 섬유속을 3mm 내지 30mm의 곡률반경을 갖는 적어도 2개의 원호형태의 곡면상을 장력하에 접촉통과시켜서, 상기 섬유속을 확개하고, 그것에 의해 한 방향 코우머섬유군으로 이루어진 시이트상 물을 형성하는 공정, (c) 상기 섬유시이트상물과, 이형지상에 도포된매트릭스수지층을 원호상곡면에 접촉시키면서 겹치고, 이때 상기 매트릭스수지 도포된 이형지를 상기 섬유시이트상물에 대하여 오우며피드하면서 양자를 접합하는 공정, 및 (d) 상기 공정 (c)에서 형성된 접합물을 장역하여, 또한 이 접합물내의 상기 매트릭스수지의 온도를 그의 용융온도 근방에 조절하면서, 적어도 한개의 원호형태의 곡면상을 접촉통과시키고, 그것에 의해 상기 접합물중의 상기 매트릭스 수지를 상기 섬유시이트상물에 침투함침시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로하는 것이다.

또한 본 발명의 방법은 전술한 공정(a), (b), (c) 및 (d)외에도 하기의 공정 : (e) 상기 공정(d)에서 수득된 접합물의 섬유시이트물층상에, 시이트상 이형재를 더욱 접합하여 3중접합물을 형성하는 공정, 및 (f) 상기 3중 접합물이 상기 인장로울러를 통과한 후에, 상기 3중접합물로부터 상기 시이트당 이형재를 박리하는 공정을 추가로 포함하여도 좋다. 그외에, 본 발명의 방법은 상기 공정(a), (b), (c) 및(d)외에도 하기의 공정 : (g)상기 접합물의 섬유시이트상물충상에, 이형지상에 도포된 매트릭스수지층을 접합하여 3중접합물을 형성하는 공정, (h) 상기 3중접합물이 상기 인장로울러를 통과한 후에, 상기 3중접합물로부터 상기 이형지의 한장을 박리하는 공정을 추가로 포함하고 있다. 이하, 첨부도면을 참조하변서 구체적으로 각 공정별로 내용을 설명한다.

본 발명의 복수본의 섬유속을 한 방향으로 코우밍하고, 이것에 수지를 함침시켜, 한 방향 코우머섬유 강화프리프레그시이트를 제조하는 방법에 있어서, 이하 설명의 각 공정에 있어서의 각 작용효과는 전 섬유속에 부여되는 임의로 설정한 장력으로 제어된 상태하에 실시되는 것이 것이 아주 중요한 전제조건이다. 그래서 두께의 균일화 즉 공정(b)의 섬유속의 균일한 확개와 공정(d)의 코우머섬유시이트상물의 수지의 균일한 함침은, 한 방향 코우머섬유강화 프리프레그시이트의 성능에 있어서 중요한 원인이 된다. 더우기, 장력조절제어장치는 섬유속의 송출니프로울러와 한 방향 코우머섬유강화 프리프레그가 호율좋게 제조될 수 있게 된다. 공정(a)에 대하여 하기에 설명한다. 크릴스탠드에서 인출된 다수본의 섬유속을 배열하고, 니프로울러로 파지하면서 인취하고, 한 방향 코우머섬유시트를 제조할 경우에, 니프로울러로 섬유속내의 각 섬유에 걸리는 장력을 조절하면서 섬유시이트를 제조한다.

이하 도면에 의해 상세하게 설명한다.

제2도는 본 발명의 방법을 실시하는데 사용되는 한 방향 코우머 섬유시이트의 제조장치의 일예를 나타내는 배치도이며, 섬유집속(1)은 일정간격으로 코우밍하기 위하여 코우머(2), (4)를 통과한 다음 송출로울러(3)에 도입되며, 더우기 적당한 길이 L을 주행한 후, 확개장치(5)에 의해 시이트상으로 확개하여 섬유속군 전체에 장력 T가 걸리도록 조절된 댄서로울러등의 장력조절장치(6)를 통과하고, 인장 로울러(7)에 의해 수지함침 장치등에 공급되는 것이다. 여기서 수지함침장치는 확개장치 (5)와 인장로울러(7)간에 있어도 지장이 없고, 또장력 조절장치(6)은 인장로울러(7)과 송출로울러(3) 간에 있으며 본 발명 발명이 효과에 영향을 주지 않는다.

본 발명 방법은 상술한 장치중 특히 송출로울러(3)에서 섬유속을 각각으로 슬립시킴으로써 각 섬유속의 장력을 균일화하는데 특징이 있다. 제3도는 그의 기구를 이해하기 위한 설명도이다. n본의 섬유집속에 걸리는 장력을 T, 각섬유속에 각각 걸리는 장력을 t₁, t₂, t₃,… t_n으로 하면, 장력 T는 장치에 조입(祖

)된 장력제어장치에 의해서도 항상 일정하게 유지할 수 있기 때문에 t₁, t₂, t₃,… t_n의 평균치는 T/n으로 항상 일정하지만, 니프로울러(3)에서 섬유속의 슬립이 없는 경우에는 t₁, t₂, t₃,… t_n은 반드시 일정하지 않다. 예를들면 이 장치의 운전개시 즉 인장로울러(7) 및 송출로우러(3)의 파지를 개시할때에 t₁, t₂, t₃,… t_n을 균일하게 하여 파지하는 것은 불가능에 가깝고, 불균일한 상태로 운전하면 그대로 불균일한 상태가 계속된다. 또한, 주행중에 있어서도 송출로울러(3)으로부터 송출되는 섬유속의 길이는 각각 미소하게 변화하고, 예를들면 송출로울러(3)에 도입되는 봉상(棒狀)인가, 평면상인가에 따라, 혹은 섬유속은 다소의 크림프를 가지고 있는것이 보통이므로, 그의 정도에 따라 송출로울러(3)으로 부터 송출되는 섬유속의 길이는 각각 미소한 차가 발생하고, 송출된 섬유간의 장력은 균일하게는 되지 않는다. 그러나 본 발명의 방법에서 상기 송출니프로울러(3)로 섬유속을 적합하게 슬립시키는데 걸리는 불균화된다.

더욱 상세하게 설명을 가하면, 제2도에 나타내는 인장로울러(7)에서는 섬유집속의 슬립이 일어나지 않도록 파지압력을 충분히 취하고, 송출로울러(3)은 파지 압력을 작게 취하여 적당히 슬립을 가능하게 한다. 즉 인장로울러(7)의 원주속도에 대하여 송출로울러(3)의 원주속도를 늦추기 때문이다. 물론 이때 장력제어장치(6)는 정상적으로 작동하며 전장력 T를 유지하고 있다. 더우기 이 슬립을 섬유속 1본 1본에 대하여 설명하면, 슬립의 크기는 섬유속에 걸리는 장력 t에 비례하므로 장력이 한 섬유속은 스립이 작으며, 즉 송출로울러(3)으로 부터의 송출량이 작으며, 점점 느슨함도 작게되어, 결국에는 다른 섬유속과 같은 장력으로 된다.

또한 장력이 과도하게 걸린 섬유속은 다른 섬유속에 비하여 슬립 정도는 크게 되고 장력은 저하되어, 결국에는 다른 섬유속과 같은 장력으로 된다 즉, 섬유속의 T/n보다도 큰 장력이 걸린 섬유속은 슬립정도가 크게되어 T/n에 한없이 근접하게 되며 역으로 T/n보다 작은 장력의 섬유속은 슬립정도가 작게되어, 결국에는 T/n에 너무 근사한 섬유속군이 서로 장력의 균일화 방향으로 슬립하기 때문이다. 이 작용은 다수의 코우머 섬유속의 장력 균일화에 놀라운 효과를 발휘한다. 예를들면, 수백본의 섬유속을 장력이 불균일한 상태로, 실제로는 균일화하려 해도 불가능하지만, 인장로울러(7) 및 송출로울러(3)을 파지하여 주행을 개시하면, 처음에는 불균일한 섬유속이 많고, 반수정도가 느슨한 상태에 있지만, 송출로울러(3)에 있어서 적합한 슬립을 부여하면 조금씩 균일화하고, 결국 전체섬유속이 일평면으로 될때까지 장력의 균일화가 진행한다. 또한, 이 슬립은 전장력 T와 송출로울러(3)의 압력을 조절함으로써 임의로 조절할 수 있다. 그러나 일반저그로 전장력 T는, 본 장치중의 확개공정에서 필요로하는 장력으로 부터 결정되는 것이 많으며, 실질적으로 슬립의 조절은 송출로울러(3)의 파지압력으로 조절하게 된다.

본 발명자들의 상세한 검토의 결과, 이 슬립의 정도, 즉 송출로울러(3)에 대한 인장로울러(7)의 원주속도비는 바람직하게는 1.005배 내지 1.02배, 더욱 바람직하게는 1.005배 내지 1.01배이면 충분하다.

이상과 같이 본 발명의 방법은 니프로울러의 조합과, 니프로울러와 섬유속의 슬립을 이용하여 다수본의 섬유속을 균일한 장력으로 코우밍한다고 하는 곤란한 문제점을 비교적 간단한 장치로 겅제적이고 효율적으로 해결하였다. 또한, 이 방법에 의해 제조된 코우머 섬유속 시이트로 제조된 한 코우머 섬유속 시이트로 제조된 한 방향 코우머 프리프레그는 섬유의 사행이나 왜곡이 없는 고품질의 것이다.

또한 한 방향 코우머 프리프레그의 제조공정에 있어서, 다수본의 섬유속을 동일간격으로 평행하게 코우밍하는 조작은 대단히 중요한 공정이며, 그의 일반적인 장치로서는 코우머 가이드가 사용되고 있다.

본 발명의 방법에 있어서는 제2도에 도시되어 있는 코우머(4)와 같이, 한 방향으로 코우밍된 섬유속의 간격 및 위치를 임의로 규제하기 위하여 회전 또는 좌우 이동기능을 구비한 코우머가이드가 설치된 섬유속 코우머 가이드 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 다음에 공정(b)에 대하여 설명한다.

본 공정은 한 방향 코우머 프리프레그의 가장 중요한 품질인 섬유의 두께(치수)의 균일성을 결정하는 극히 중요한 공정이며, 그것은 각 섬유속을 균일하게 확개하는 것이다.

제4(a)도, 제4(b)도는 본 발명의 방법에 의한 섬유속의 확포원리를 설명하기위한 모식도이다. 제4(a)도중, (1)은 장력 T에 주행하는 섬유속을, (8)은 원호상곡면기재를, 또 제4(b)도중 R은 원호상 곡면기체의 곡률반경을 또 ΔR은 섬유속의 두께를 나타낸다. 여기서 이 원호상 곡면기체를 주행하는 섬유속내의 각 단섬유의 공급량이 모두 같게하면, 곡면주행시에 있어서, 각 단섬유의 공급량이 모두 갖게하면, 곡면주행시에 있어서, 한번의 외측을 주행하는 단섬유는 한번 내측을 주행하는 단섬유에 대하여

에 상당하는 비틀림을 받아 ΔT=

·Ef의 과잉장력에 의해

의 힘으로 내측에 압착된다. 여기서 Ef는 섬유의 탄성율을 나타낸다. 이와같은 원리에 의해 섬유속내의 외측의 섬유는 내측에 압착되는 힘을 받는다. 이때 각 단섬유간의 마찰저항이 있을 정도로 낮으면 외측에 있는 단섬유는 이 경우 주행상태에 있기 때문에 점차적으로 넓게 펴지며 그 결과 연속적인 섬유속의 확포가 달성된다.

상기 설명으로 부터 알수 있는 바와같이, 원호상곡면의 곡률반경에 대하여 작으면 작을 수록 효과를 발휘하지만, 섬유속은

이라고 하는 힘이 곡면에 압착되기 때문에 곡률반경을 너무 작게하면 섬유속의 손상뿐만 아니라 기체자체를 손상할 위험성이 있다.

또한 제5(a)도, 제5(b)도는 본 발명에 의한 섬유속 확개용장치의 개략도와 섬유속의 주행상태의 예를 나타낸다. 제5(a)도, 제5(b)도에서 5a, 5b, 5c, 5d, 5e는 원호상 곡면의 기체를 형성하는 섬유속 확개용 로울러를 나타내고, 제5(a)도의 θ₁θ₂θ₃θ₄θ₅는 섬유속의 각 로울러의 입출각을 나타내고, 제5(b)도 중 T는 섬유속에 부여된 장력을 나타낸다.

또한, 제5(a)도의 섬유속의 확개용 로울러의 입출각 θ₁내기 θ₅에 대하여 여러가지로 검토한 결과, 이들 입출각은 30 내지 160℃범위내에 있는 것이 적합한 것으로 밝혀졌다. 즉 30°미만에 있는 장력에 의한 부하(負荷)가 크게 되며 확개 기체가 로울러의 겨우 굴곡 원인이 되는 것외에도, 섬유속의 손상에 의한 모우의 발생이 많이 실용적이지 않다. 또한 160°를 초과하면 섬유속의 확개효과가 작고, 목적한 얇은 프리프레그를 제조하는데는 부적합하였다. 그외에, 원호상 곡면이 로울러 원주면의 일부분인 경우 그 수는 2개 이상이 적합하다. 더우기, 한 방향 코우머 프리프레그의 사용용도의 다양화에 따라 두께 분포의 균일성의 향상이 요구됨과 동시에, 더욱 얇은(치수가 작음)한 방향 코우머 프리프레그의 요구도 상당히 높아지고 있다. 이것에 감안하여 본 발명자들은 상기 섬유속의 확개방법의 개량을 거듭하여 더욱 얇고 균질한 한방향 코우머 프리프레그를 제조하는데 성공하였던 것이다. 다시말하면 본 발명 방법에서는 섬유속을 단수 또는 복수의 로울러 표면에 장력하에 주행시켜 섬유속을 확포하는 방법에 있어서, 로울러 적어도 하나를, 주행하는 섬유속의 주행속도에 대하여 느리게 회전시켜 원주속도를 느리게 하여 섬유속을 확개한다.

이하 확개 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.

제6도는, 확개용 로울러 가변속도 모우터와 기어박스로 이루어진 구동장치가 취부된 섬유속 확개실험 장치를 나타낸다. 제6도중 (1)은 섬유속군, 섬유속(9)는 벤드브레이크(9a)를 갖는 섬유속 보빈의 권출장치, (3)은 코우머가이드, (5a), (5b), (5c)는 확개용 로울러, (7)은 섬유속권취장치, (10)은 가변속도 모터와 기어박스로 이루어진 구동장치이다.

이 장치를 사용하여 섬유속의 혹개 실혐을 행하였다. 제1표는 이 장치로 행한 섬유속의 확개실험의 결과를 나타낸다. 사용된 섬유속은 각각 3000fil의 탄소섬유로 이루어지며, 그 중량은 200mg/m이며, 주행조건은 어느것도 1m/min, 장력은 500g이었다.

[제 1표]

제1표의 실험결과에 따르면, 확개효과가 가장 큰 것은 케이스 6의 확개용로울러를 고정시킨 경우이지만, 이 경우는 로울러에 모우집합괴(毛羽集合愧)를 생기게 한다. 또, 케이스2의 확개용 로울러가 자유회전할 경우, 모우의발생이나 모우집합괴가 없으며, 본 실험결과에 따르지 않더라도 섬유속의 손상이 가장 일어나기 어렵다고 예상되지만, 확개효과는 작다. 한편, 케이스3 내지 4의 경우와 같이, 섬유속 주행도에 대하여 느린원주속도로 확개용 로울러를 회전시킬 경우는, 모우의 발생이나 모우집합괴가 생기지 않거나 모우가 발생하는 조건하에서도 모우집합괴가 생기지 않으므로 케이스 6의 확개효과가 영향을 주지 않고 상당한 확개효과가 얻어진다.

케이스1의 섬유속 주행속도에 의해 확개용 로울러의 원주속도를 빠르게 할 경우는 확개효과가 가장 작으며, 또 높은 실험에서는 발견되지 않았던 것도 경우에 따라서는 섬유속을 손상하여 버린다는 것도 예상된다. 제1표에 나타낸 실험결과에 따르면 개섬이나 모우에 의한 외관결점이 적은 프리프레그를 얻기 위하여 가장 바람직한 조건을 케이스 4이다. 그러나 다소의 모우를 허용하여도 매듭이 없는 얇은 프리프레그를 얻으려고 할 경우는 케이스 5 또는 케이스 6도 선택할 수 있다. 또, 그정도 확개할 필요가 없는 경우는 오히려 케이스2를 선택할 수 있다. 즉 본 발명에 따르면 프리프레그의 요구성능 특히 섬유의 두께에 따라 자유회전, 저속회전(대 섬유속 주행속도), 고정조건을 사용하고, 확개용 로울러를 사용하는 것이며 각종의 섬유두께를 갖는 프리프레그를 제조할 수 있다.

본 발명의 섬유속 확개용 원호상 곡면이 재질에 대하여도 여러가지로 검토하고, 그 표면은 최종족으로 이지가공(梨地加工)에 의해 이지표면을 갖는 기재가 적합하다.

그 표면을 슬립성이 좋고, 섬유속의 확개를 촉진하는 것이 좋으며, 그리하여 모우의 발생을 억제하는 것이 좋다. 따라서 테프론 도포재 등의 바람직하지만, 장기사용에 견디어 내기 힘든것도 있으며, 각종의 관점에 이지표면 특히 크롬도금을 한 이지표면이 가장 바람직하다. 그외에, 원호상 곡면의 곡률반경은 확개효과, 강도, 섬유의 손상등에 대하여 총괄적으로 검토한 결과 3 내지 30mm가 좋으며, 바람직하게는 5 내지 15mm가 가장적합하다.

이하 공정 c) 및 d)에 대하여 설명한다.

보통, 한방향 코우머 프리프레그는 그 형태 유지나 취급성향상의 면에서, 최종족으로는 박리가 가능한 양면 실리콘 수지처리 이형지에 접합되어 있다.

이 이형지의 성능 즉 한 방향 코우머 프리프레그와의 접착성과 박리성 흡탈습에 의한 치수안정성, 지의 강신도, 그외에도 한방향 코우머 프리프레그의 형태 유지에 적합한 두께와 허리의 강도, 내열특성 등 각종의 요구성능이 있으며, 이들을 모두 만족하시키지 않으면 않되지만, 비록 이들이 전부 만족할 수 있는 범위내에 있더라도 한방향 코우머 프리프레그의 제조공정에서, 그의 성질을 적당히 사용하지 않으면 프리프레그의 품질을 손상하게 된다. 즉, 보통 사용되는 이형지는 코우머 섬유시이트상 물에 합체할 때까지의 도입공정에 있어서 사행 또는 주름 발생의 방지를 위해, 횡방향으로 장력이 걸리면, 신장된 상태에서 합체된다. 이와같이 하여 제조된 프리프레그는 성형 작업시의 권체로 부터 인출되며 절단되었을 경우에 신장된 이형지가 원래의 치수로 탄성회복하고, 수축이 일어나는 것이다. 그러면, 이형지와 2층구조를 형성하고 있는 코우머 섬유시이트상 물은 횡방향으로 압축되며, 횡방향으로 사행을 발생하고(제7도가), 현저한 경우에는 섬유시이트상 물층이 생겨서 이형지로 부터 박리한다(제7도나 내지 제8도).

또한 제7도 및 제8도중(11)은 프리프레그층, (12)는 이형지를 나타낸다.

추가로 사용되는 이형지는 기재의 성질상, 건조 혹은 흡습에 의해 신축하지만, 특히 건조된 경우의 수축은 전술한 탄성회복에 의한 수축과 똑같은 현상이 일어난다. 이와같은 사행 또는 이형지로부터 박리된 프리프레그를 사용하여 성형된 적층판 또는 원통상 성형물은 섬유의 사행 및 박리부분의 섬유가 흐트러져 외관이 현저하게 손상될 뿐만 아니라, 소기의 강도 및 탄성율이 얻어지지 않는다.

본 발명자들은 상술한 이형지의 탄성회복 또는 건조에 의한 수축에 기인하는 섬유의 사행 또는 흐트러짐이 없는 프리프레그를 얻기 위하여 한 방향 코우머 섬유 시이트상 물과 매트릭스 수지층을 갖는 이형지와를 합체할때 바람직한 조건을 발견하였다. 즉 곡면을 갖는 기체면상에서 한방향 코우머 섬유 시이트상 물과 매트릭스 수지를 도포한 이형지를 연속적으로 접합시킬때 섬유속의 세로 방향의 길이에 대하여, 이형지를 0.05% 내지 1.5%오우버피드 하면서 공급하므로서 상술한 문제점을 해소할 수 있다.

공정(c)에 사용되는 원호상 곡면을 갖는 기체는 로울러상의 것도 좋고 원통형체의 일부도 좋으며 또한 타원통형체의 일부라도 좋다. 또 로울러상의 것은 회전하고 있어도 상관 없다.

이하 본 공정(c)에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 먼저 제9도는 본 공정의 실시에 사용되는 장치의 일예를 나타내는 것이며 코우밍된 섬유시이트상(1)은 장력이 걸린 상태로 곡면을 갖는 접합장치(20)에 도입된다. 매트릭스 수치를 도포한 이형지(13)은, 접합장치(20)의 곡면상에 섬유시이트상 물에 접촉하여 일체로 되어 함침장치(14)에 도입되고, 수지가 함침되어 프리프레그로 되어 인장 로울러(7)에 권위된다. 여기서 이형지(13)은 동일공정내에서 매트릭스 수지를 도포한 것이어도 좋고 또는 미리 다른 공정에서 매트릭스 수지를 도포한 것도 좋다.

제10도는, 본 공정의 요점인 곡면을 갖는 기체면상의 합체 부분의 설명도이다. 즉 두께 t인 코우머 섬유시이트상 물(1)은 접합장치(20)의 곡률 반경 r인 곡면상에 적당한 접촉면적을 가지고 도입된다. 동시에 매트릭스 수지를 도포한 이형지(13)은 기체면 P₁에서 섬유속과 접촉하고, P₂에서 양자는 일체화된체로 곡면으로부터 떨어져서 함침장치로 도입된다. 이때 곡면외측에 있는 이형지는 내측에 위치하는 섬유시이트상물에 대하여 t/r의 오우버피드가 걸려 공급되게 된다. 한편 기체의 곡률반경을 자유로 선정하므로서 임의로 오우버피드율을 설정할 수 있다.

P1내지 P2의 접촉길이는 오우버피드룰에는 직접 관계하지 않는 요인이지만 여러가지로 검토한 결과 기체 곡률반경의 1/2이상인 것이 바람직하다.

또 이 합체부는 이형지가 도입할때 주름과 사행이 일어나지 않으므로 장력을 걸 필요가 있으나 이 장력에 의하여 오우버피드가 소거되어 기대한 효과를 얻을 수 없지나 않나 하고 걱정하였으나 다행히도 이형지에 도포된 매트릭스 수지는 대개의 경우 상온에서 적당한 점착성을 갖는 섬유시이트상 물과 적은 압력에서 접착하므로 오우버피드가 소거되는 일은 없다. 그러나 매트릭스 수지가 상온에서 거의 점착성을 갖지않는 경우는 곡면을 갖는 기체면을 적당히 가열하던가 수지를 예비 가열하므로서 점착성을 증대시킬 수 있다. 또 매트릭스 수지의 점도가 너무 낮거나, 가열이 지나쳐 점도가 어느정도 저아한 경우에는 수지가 윤활제로서 작용하고 오우버피드한 만큼 신장하여 버리는 일이 있다. 이 경우에는 매트릭스 수지의 냉각을 필요로 한다. 여러가지로 검토한 결과 곡면상에서의 수지의 점도는 10⁶포아즈 내지 10⁸포아즈가 바람직하다.

상상술한 방법에 따라 제조된 코우머 프리프레그의 이형지는 섬유 시이트상물에 대하여 과잉으로 공급되고 있으므로 섬유 시이트상물과 합체할때까지 걸린 장력에 의한 구림으로부터 해방되어 탄성회복에 따른 수축이 일어나지 않는다. 또 수득된 이형지 부착 프리프레그를 절단하여 낮은 온도의 대기중에 방치할 경우, 이형지는 건조에 의해 수축되지만, 대개 과잉으로 공급되고 있기 때문에 프리프레그 전체에는 거의 영향을 미치지 아니한다. 그 결과 상기 이형지의 탄성회복 및 건조에 의한 이형지의 수축에 기인하는 코우머 섬유군의 흐트러짐이 없고 전체로서 사행이 없는 프리프레그를 제조할 수 있다. 다음에 본 발명자들은 상술한 방법에 의한 이형지의 적정 오우버피드율의 설정에 대하여 상세히 검토하였다.

오우버피드율은 이론적으로는 이형지 부착 프리프레그가 제조된 후, 저장, 운반 또는 성형 작업시에 받는 환경변화, 특히 습도변화에 따른 이형지의 세로 방향 신축률과 이형지가 코우머 섬유시이트상 물과 합체하기 까지의 공정에서의 장력에 의한 신장률의 조화에 의하여 결정되는 것이다. 일반적으로 이형지 부착 프리프레그가 취급된는 환경습도는 RH 25% 내지 85%정도이며, 이 사이의 이형지 세로방향 신축률은 이형지의 성능에 따라 다르나 많은 경우 0.2 내지 0.5%정도이다. 또 이형지가 코우머 섬유 시이트상물을 합체하기 까지 받는 세로방향의 신장은 이형지의 성능과 매트릭스 수지를 도포할때의 온도 및 장력 그리고 합체부까지 도입되는 공정에서의 장력에 따라 다르나, 0.1% 내지 1%정도이다. 따라서 이형지의 오우버피드율은 1.5%이하로 충분하다.

본 발명자들은 각종성능의 이형지 및 공정상의 이형지에 걸리는 장력과 적정한 오우버피드율에 대하여 각종 검토한 결과 오우버피드율은 0.05% 내지 1.5%로 충분하며, 대개의 경우 0.1% 내지 0.8%에서 그 효과를 충분히 발휘함을 확인하였다.

또 본 발명자들은 곡면을 갖는 기체에 대하여 상세한 검토를 하였다. 곡면을 갖는 기체는 로울러상의 것, 원호의 일부를 갖는 것, 터원형의 것도 본 발명의 방법의 효과를 얻을 수 있으나, 곡면이 직접, 코우머 섬유속에 접촉하기 때문에 고정된 곡면에서는 섬유와 곡면의 마찰에 의하여 섬유가 절단되어 모우가 발생하거나 왜곡이 생기어 바람직하지 않으며 로울러상의 것으로서 섬유속과 함께 회전하는 것이 바람직하다. 또 이 로울러는 이 형지에 도포된 점착성을 갖는 수지에 접촉하기 때문에 테프론 수지 또는 실리콘 수지등으로 이형처리한것이 좋다. 다음에 공정(d)에 대하여 설명한다. 본 공정은 이형지에 도포한 매트릭스 수지를 확개한 섬유시이트상물에 함침시키는 공정이다.

일반적으로 이형지에 도포한 수지를 섬유 시이트상 물에 함침시키는 방법은 섬유시이트상 물과 합체후, 가열한 단수 또는 복수의 가열 니프로울러로 가압하여 수를 이동시겨 함침하는 방법이 실시되고 있다. 그러나 니프로울러 등의 가압만으로 수지의 함침을 꾀하는 경우 본 발명자들이 검토한 바로는, 함침을 쉽게 충분히 실시하려면 우선 니프로울러의 온도를 올려, 수지의 용융점도를 내려야만 되고 또 파지압력의 상승도 필요하게 되나 이런 경우 보통 니프로울러의 상면 로울러의 수지에 의한 오염을 막기 위해 합체물의 상면에 새로 이형지 등의 피복물을 연속적으로 도입하여야 한다. 이같은 니프로울러에 의한 가압 합침을 시행하면 용융수지는 섬유시이트상 물의 폭 방향으로 유출하여, 로울러를 더럽힐 뿐 아니라 프리프레그의 평활성이나 수지 분포의 균일성을 현저히 악화시켜 결점이 많은 프리프레그를 수득하게 되고 만다. 또 용융수지는 섬유시이트상 물의 폭 방향으로 유출하여, 로울러를 더럽힐 뿐 아니라 프리프레그의 평활성이나 수지 분포의 균일성을 현저히 악화시켜 결점이 많은 프리프레그를 수득하게 되고 만다. 또 용융수지 중에서 확개된섬유 시이트상 물이 용융수지의 표면 장력등의 작용으로 다시 집속하여 사이가 많이 열린 시이트상물이 되는 경우도 있다. 그리하여 본 발명자들은 상술한 여러결점을 갖지 않는 한방향 코우머 프리프레그를 효율적으로 제조하는 방법에 관하여 꾸준히 연구를 하여 한 방향 코우머 확개된 섬유 시이트상 물과 매트릭스 수지를 도로한 이형지와를 전술한 공정(c)에 있어서 원호상 곡면상에서 그 이형지를 섬유시이트상 물에 대하여 오우버피드하면서 연속적으로 접합시킨 후 회전 또는 고정원호상의 곡면 위를 매트릭스 수지의 용융온도 근처에서 장력하에 통과시키므로서 매트릭스 수지를 섬유시이트상 물에 효율적으로 함침시킬 수 있고 함침시 경우에 따라 발생하는 섬유 시이트상 물의 흐트러짐을 동시에 방지하는데 성공하여 이로서 품질좋은 프리프레그를 수득할 수 있었다.

이 함침공정(d)의 전 또는 후에 있어 추가로 다음 공정을 통과시키므로서 함침속도가 증대하여 생산성을 향상 시킬 수 있다. 즉 본 함침공정 전에, 40 내지 160℃의 예비 가열 히이터상을 통과시켜 매트릭스 수지를 예비가열하거나, 또는 본 함침공정 후에 이형지나 폴리올레핀 필름 수지 등의 로울러 보호용 시이트상 이형지재를 프리프레그의 섬유시이트상 물 측게 맞대어 폭 방향으로 수지가 유출되지 않을 정도의 온도에서 단수 또는 복수의 가열 니프로울러를 통과시키던가 또는 본 함침공정 다음에 다른면으로 부터 다시 매트릭스 수지를 도포한 이형지를 연속적으로 오입하여 접합 니프로울러로 가압하여 다른면으로 부터 수지를 함침시킨다.

이 공정의 추가는 특히 두껍다고 할 수 있는 두께 0.20(60용량%)mm 이상의 프리프레그에 대하여 생산성의 면에서 특히 효과를 나타낸다 본 발명의 방법에 따른 한 방향 코우머 프리프레그의 제조법의 계략도의 한 예를 제11도 및 제12도에 나타낸다. 제11도에 나타낸 방법은 이형지 상에 도포한 수지의 용융에 플레이트 히이터를, 또는 원호상 곡면으로서 로울러를 사용한 예이며, 위도면중(1)은 코우밍된 섬유시이트상 물을, (3)은 코우머 고무를, (13)은 열경화성 수지를 균일하게 도포한 이형지를, (15)는 온도조절 가능한 플레이트 히이트를, (14a) 및 (14b)는 함침용 로울러를, (16)은 시이트상 이형재를, (7)은 인취용 구동 니프 로울러를 나타낸다. 시이트상 이형재(16)은 수지에 의한 로울로류의 오염을 방지하기 위하여 프리프레그 표면을 덮기때문에, 통상 이형지 및 폴리올레핀 필름등을 사용할 수 있다.

제11도에서는 코우머 섬유속과 열경화성 수지를 도포한 이형지가 일체로 되어 가열된 플레이트히이터 상을 통과하여 수지가 용융되고 함침용 로울러(14a) 및 (14b)에 있어서, 섬유속 중으로 수지가 함침된다. 제12(a)도 및 제12(b)도는 각각 제11도중 (14a) 및 (14b)의 함침용 로울러의 작동을 설명하기 위한 모식도이다. 도면중(17)은 로울러 표면을, (13a)는 이형지를, (14b)는 용융상태의 수지층을, (1)은 보강용 섬유 시이트상 물을, (16)은 로울러 보호용 시이트상 이형재를 나타낸다.

장력 T에 의하여, 제12(a)도에서는 섬유시이트상 물이, 또 제12(b)도에서는 이형지가 곡률반경 R에서 만곡한다면 이들

의 값에 근사한 힘으로 로울러 측으로 압착된다. 또 이형지와 섬유시이트상 물이 이탈하지 않는 것이며, 원주거리의 차이에 의하여 로울러 곡면상에서 외측에 있는 제12(a)도에서는 섬유속이, 제12(b)도에서는 이형지가, 그 탄성률에 따라 장력을 받으며, 그 장력을ΔT라 하면 각각은 로울러 측으로

에 근사한 힘으로 압착된다. 실제에 있어 개개의 섬유시이트상 물의 장력이나 섬유속과 이형지의 이탈에 의하여, 이들 힘은 약화되지만, 조건을 선정하면 제12(a)도의 경우 섬유시이트상 물이 용융수지중에 매몰되도록 수지를 함칩시키고, 제12(b)도중의 경우 이형지가 가압되는 힘에 의하여 용융수지가 섬유시이트상 물 중으로 침투하여 함침된다.

제11도에 있어서 함침 로울러(14a)및 (14b)를 가열 로울러로 하면 온도저하로 인한 용융수지 점도의 저하를 막을수 있기 때문에 효과적이다.

또 함침용 로울러(14a)의 위치를 바꾸므로서 프리프레그 시이트의 굴곡각도를 작게 하면 함침용 로울러(14a) 및 (14b) 쪽으로 프리프레그 시이트를 밀어붙이는 힘이 작용하는 시간이 길어져 그만큼 함침이 잘 된다.

그러나 굴곡 각도를 작게하면 할수록 로울러 축으로의 부하가 크게 되므로 로울러 직경과 재질등을 고려하여 적당한 굴곡 각도를 선정하는 것이 좋다. 제13도는함침용 로울러 대신 플레이트 히이터 끝에 아르 가공을 실시한 곡면체를 사용한 예를 나타낸 것이다. 이 도면중(18)의 플레이트 히이터의 아르가공 부분은 제11도중 함침용 로울러(14a)와 같을 효과를 나타내고, 섬유시이트상 물에 수지를 함침시킬 수 있다. 이와같이 아르가공을 한 프레이트 히이터를 함침용으로 사용하는 경우는 가열 프레이트 히이터를 겸용할 수 있으며 또 곡률반경 R은 비교적 작게할 수 있으므로 섬유시이트상 물을 수지중에 잠기게 하는 힘을 크게 할 수 있어서, 로울러를 사용하는 경우 보다 유리하다.

여러가지로 검토한 결과 곡률반경 R이 30mm 이상이 되면 함침 효과를 거의 기대할 수 없다. 로울러를 사용하는 경우 기계적 강도 등의 문제로 직경 10mm 이하의 것은 부적당하다. 제13도와 같이 아르가공을 실시한 플레이트 히이터를 사용하는 경우도 아르가 0.2mm 이하로 되면 이형지면을 손상하게 된다. 따라서 이 경우의 원호상 곡면의 곡률반경은 0.2mm 내지 30mm가 적당하다. 이 도면중(16)은 로울러 보호용 시이트상 이형재를 나타낸다.

더우기 본 발명에 따르면 개개의 섬유속이 저점도화한 수지를 사아에 두고 원호상 곡면에 밀려오기 때문에 확개가 순조로이 이루어지며 개섬이 없는 균일성이 뛰어난 섬유 시이트상 물 보강 프리프레그를 수득할 수 있다.

이상 공정(a) 내지 (d)에 대하여 상세한 성명을 하였으나 이들을 정리한 가장 바람직한 장치의 배열도를 제1도에 나타낸다. 도면중(19)는 크릴스탠드, (1)은 섬유속, (3)은 송출 니프 로울러, (2) 및 (4)는 코우머 가이드, (5)는 확개장치, (13)은 메트릭스 수지 부착 이형지, (20)은 접합장치, (21)은 예비가열 히이터, (22)는 아르 가공부를 갖는 함침장치, (23)은 니프 로울러, (16)은 이형재(또는 매트릭스 수지 도포이형지), (24)는 장력제어장치, (7)은 인취 니프 로울러, (25)는 이형지 부착 프리프레그시이ㅌ, (26)은 박리된 이형재 또는 매트릭스 수지 부착 이형지를 나타낸다.

각 공정에 대하여 상술한 본 발명에 있어서, 한방향 코우머 섬유로 사용하는 것으로, 예를들면 탄소섬유, 유리섬유, 금속섬유, 보론섬유 등의 무기섬유류, 전방향족 폴리아미드이미드섬유등의 유기섬유류 또는 이들의 조합이다. 그리하여 섬유의 두께는 0.02 내지 0.5mm(섬유 용적 60%로 환산)가 적당하며 연속필라멘트의 길이, 본수 등에 어떠한 제한을 받는 것이 아니다.

또 본 발명에 사용되는 한방향 코우머 섬유에 함침되는 매트릭스 수지는 열경화성 수지 예를들면 에폭시계수지, 페놀계 수지, 또는 불포화폴리 에스테르계 수지등의 열경화성 수지이다. 한방향 코우머 프리프레그의 수지 함유량은 10 내지 60중량%가 바람직하며, 30 내지 45중량% 범위의 것이 보다 바람직하다.

다음에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하고자 한다.

[실시예 1]

<공정(a)에 관한 실시예>

제2도에 나타낸 장치를 사용하여 6000 필라멘트로된 탄소 섬유속 312본을 폭 1000mm에서 섬유속간이 같은 간격이 되도록 코우머로 코우밍하여 원주속도 100m/Hr로 조정된 송출 로울러로 공급한다. 한편 송출 로울러와 인장 로울러 사이의 섬유속군의 장력은 150kg이 되도록 장력 제어장치를 조정한다. 우선 송출 로울러의 니프 압력을 선압 0.77kg/cm로, 인장 로울러의 파지 압력을 3.2kg/cm로 주행시킨다. 주행 개시 직후는 섬유속의 장력은 약한 상태로서, 송출 로울러와 장력제어 장치 사이에 느슨해진 섬유속이 반수가량 있으나 주행개시후 6분 후에 느슨한 것은 없어지고 깨끗한 평면상의 코우머 시이트가 되어 인장 로울러를 통과한다. 이 상태로 주행개시 20분후 송출 로울러와 인장로울러의 원주속도를 측정한다. 인장로울러의 원주 속도는 송출로울러의 원주속도에 비하여 1.007배이다. 또 본 실시예에 사용한 장력제어장치는 송출 로울러의 원주속도를 일정하게 하고, 섬유속군의 장력이 일정하게 되도록 댄서 로울러를 사용하여, 인장 로울러의 원주속도를 자동적으로 조정하는 기구이다.

또 본 실시예에서는, 인장 로울러에 도입되기전에 두께 70μ의 에폭시 수지를 도포한 이형지를 시이트상으로 된 섬유속군에 합체하여 인장 로울러에 이어서 설치한 가열니프 로울러에서 수지를 함침시켜 프리프레그로 한다. 이 프리프레그는 느슨해짐으로 인한 섬유군의 사행이나 흐트러짐이 없으며 매우 깨끗한 것이다.

다음에 비교예로서 송출 로울러의 니프 압력을 선압 2.8kg/cm으로 하고 그밖의 조건은 모두 상기 실시예와 동일하게 주행시킨다. 주행 개시직후 느슨한 섬유속은 1시간 이상 주행후에 있어서도 균일한 장력을 나타내지 않고 여전히 느슨한 섬유속이 많이 눈에 띤다. 이로부터 제조한 프리프레그는 섬유군의 사행이나 흐트러짐이 심하여 제품으로는 적합하지 않다. 또 이 상테에서의 인장 로울러의 원주속도는 송출 로울러의 원주속도에 대하여 1.002배이다.

비교예로서 송출 로울러의 파지압력을 선압으로 0.5kg/cm로 하여 주행시킨다. 주행개시후 얼마안가서 느슨한 섬유군이 사라지고 평면상 코우머시이트로 되나, 송출 로울러에서 섬유군이 손상하여 모우가 심하여 이상태에서 제조한 프리프레그는 섬유의 사행은 없으나 외관이 흐트러지게 된다. 이때 인장 로울러의 원주속도는 송출 로울러의 원주속도에 대하여 1.03배이다.

[실시예 2]

<공정(b)에 관한 실시예>

제5도와 같은 확개용 로울러군의 유니트를 제1도와 같은 프리프레그 제조장치의 확개장치(5)로 하여 섬유속의 압출 각도가 θ₁θ₅=135°, θ₂θ₃θ₄=90°가 되도록 맞추고 각 로울러에는 구동모터 및 클랫치를 부설하여 자유회전, 강제구동, 고정이 가능하도록 한다.

이 장치에 여러가지 표면을 갖는 2.5mm직경의 확개용 로울러를 부착하여 프리프레그를 제조할때의 확개용 로울러 유니트 직후의 섬유속 시이트의 개섬과 모우 상태를 제2표에 나타낸다.

프리프레그는 탄소섬유(12000본) 150본을 코우밍하여 에폭시계 수지를 1020mm폭으로 중앙에 도포한 1080mm폭의 이형지를 사용하여, 1000mm폭에서 장력 약 200kg, 주행속도 2m/min으로 제조한 것이다.

[제 2 표]

* : 케이스(5), (6), (7), (8)은 비교예를 나타낸다.

[실시예 3]

<공정(b)에 관한 실시예>

실시예 2에서 사용한 프리프레그 제조장치에 확개용 로울러로서 25mm 직경의 크롬도금이 지면을 갖는 것을 조입하고, 확개용 로울러를 자유회전, 서속 강제구동, 고정등 여러가지 조건에서 프리프레그를 제조할 경우 확개용 로울러유니트 직후의 섬유속시이트의 모우 및 개섬상태를 제3표, 제4도 및 제5표에 나차낸다.

제3표의 프리프레그는 탄소섬유(3000본) 220본을 코우머에폭시계 수지를 1020mm폭으로 중앙에 도포한 1080mm폭의 이형지를 사용하여 1000mm폭에서 장력약 200kg/폭, 주행속도 1.5m/min로 제조한 것이며, 제4표의 프리프레그는 탄소섬유(12000본) 240본에서, 또 제5표의 프리프레그는 탄소섬유(3000본) 120본에서 각각 같은 장력 및 주행속도로 제조한 것이다.

[제 3 표]

[제 4 표]

[제 5 표]

[실시예 4]

<공정(b)에 관한 실시예>

실시예 2에서 사용한 프리프레그 제조장치에 확개용 로울러로서 여러가지 직경의 크롬도금이지 표면을 갖는 것을 조합하고, 확개용 로울러의 직경의 영향을 탄소섬유(12000본) 180본과 코우밍하고, 에폭시계 수지를 1020mm 폭으로 중앙에 도포한 1080mm 폭의 이형지를 사용하여 1000mm 폭의 프리프레그를 장력 약 150kg/폭 및 200kg/폭, 주행속도 2m/min으로 제조할 경우에 조사한 결과를 제6표에 나타낸다. 여기서 확개용로울러는 모두 자유회전으로 한 것이다.

[제 6 표]

* 케이스 (23) 및 (29)는 비교예를 나타낸다.

[실시예 5〈공정(b)에 관한 실시예〉]

실시예 2에서 사용한 프리프레그 제조장치에 제5도와 같은 확개용 로울러 유니트에서 섬유속입출 각도를 여러가지로 변형한 것을 조입하고, 섬유속의 입출각도의 영향을 탄소섬유(12000본) 180본을 코우머에폭시계수지를 1020mm폭으로 중앙에 도포한 1080mm폭의 이형지를 사용하여 1000mm폭의 프리프레그를 장력 약 150kg, 주행속도 2m/min으로 제작할 경우에 조사한 결과를 제7표에 나타낸다. 확개용로울러로서는 직경 25mm, 크롬도금이지면의 것을 사용하고, 모두 자유회전으로 한 것이다.

[제 7 표]

* 케이스 30 및 34는 비교예이다.

[실시예 6〈공정(c) 및 (d)에 관한 실시예〉]

폭 1000mm이고 두께가 0.1mm의 균일한 두께로 코우밍된 탄소섬유시이트상물과 폭이 1080mm이고 그의 중앙부에 폭 1020mm 마다 에폭수지를 70μ의 두께로 도포한 이형지를, 곡률반경75mm, 테프론도포된, 자유롭게 회전하는 로울러상에서, 접촉길이 40mm가 되도록 주행시켜 합체시킨다. 일체화된 양자를 70℃로 가열한 함침용 니프로울러로 압착한 다음 에폭시수지를 탄소섬유시이트상물에 함침시켜 연속적으로 권취치에 권치한다[케이스 (35)].

한편 비교예로서 실시예와 같이 탄소섬유시이트 상물 및 이형지를 곡면상에서 합체시키지 않고, 직접 실시예와 같이 함침용니프로울러로 합체시켜 수지를 함침시켜 연속적으로 권취체에 권취한다[케이스 (36)].

상기 실시예 및 비교예와 함께 이형지의 도입에 있어서는 사행 방지를 위해 60kg의 장력을 필요로 한다. 또 인장시험기에 의해 상기 이형지의 60kg의 장력에 의한 신도는 0.12%임을 확인하였다.

케이스(35) 및 (36)의 제품을 1m의 길이로 각각 2매 절단하고 각 1매를 RH 65%의 대기중에, 또 다른 각 1매를 RH 25%의 대기중에 각각 방치하였다. 케이스(35)의 제품은, 두 방치조건하에서도 탄소섬유의 흐트러인 사행은 전혀 보이지 않으나, 케이스(36)의 제품은 RH 65%에서 방치하였을때, 프리프레그의 전면에 있어서, 탄소섬유의 사행이 발생한다. 또 RH 25%에서 방치한 것은 상기 사행이 더욱 많게 되고, 부분적으로는 이형지로부터 탄소섬유군이 뜬것이 있다. 또 이들 프리프레그를 통상의 프레스성형법으로 평판을 성형하고 특성을 측정한 결과를 제8표에 도시한다.

이와같이 본 실시예에서의 프리프레그로부터 수득된 성형물은 비교예의 그것에 비교하여 측정치의 분산도 없고, 양호한 특성이 얻어진다.

[제 8 표]

[실시예 7〈공정(d)에 관한 실시예〉]

실시예 2에서 사용한, 제1도와 같은 프리프레그 제조장치에 제13도와 같은 플레이트히이터로 말단에 아르가공을 한 함침장치(22)를 조입하고, 예비가열히이터(21) 및 가열니프로울러(23)을 사용하지 않은 조건에서 프리프레그를 제조하였을때의 프리프레그의 수지 합침상태 및 개섬상태를 제 9 표에 나타낸다.

프리프레그는 탄소섬유(12000본) 126본을 코우밍하고, 에폭시계수지를 57g/m²의 치수, 1020mm의 폭으로 중앙에 도포한 1080mm폭의 이형지를 사용하여 약 200kg/폭, 주행속도 2m/min 및 1000mm로 제조한 것이다.

여기서 확개용로울러는 모두 직경 25mm, 크롬도금된 이지면을 갖는 것을 사용하고, 섬유시이트상물의 주행속도에 대하여 50%의 감속율로 구동시킨다.

[제 9 표]

* 케이스 37 및 41은 비교예이다.

[실시예 8〈공정(d) 및 (e)에 관한 실시예〉]

실시예 3에서 사용한, 제1도와 같은 프리프레그 제조장치에 있어서, 함침장치(22)로서 직경 25mm의 로울러를 조입하고, 예비가열히이터(길이 30cm의 것)(21) 및 가열니프로울러(23)의 온도를 여러가지로 바꾸어 프리프레그를 제조하였을때의 수지 합침상태를 제10표에 나타낸다.

로울러보호용의 시이트상이형재[제1도 (16)]로서는 30μ의 폴리프로필렌필름을 사용한다.

프리프레그는 탄소섬유(12000본) 280본을 코우밍하고, 에폭시계수지를 치수 125g/m²의 치수, 1020mm의 폭으로 중앙에 도포한 1080mm폭의 이형지를 사용하고 장력 약 200kg/폭, 주행속도 1.5m/min 및 1000mm로 제조한다.

여기서 확개용로울러에 대하여는 실시예 7에서와 같이 한다.

[제10표]

* 케이스 42, 43 및 48은 비교예를 나타낸다.

[실시예 9〈공정(g)에 관한 실시예〉]

실시예 8에서와 같이 제1도와 같은 프리프레그 제조장치에 의해 프리프레그를 제조할 경우에 로울러 보호용의 시이트상이형재[제1도의 (16)] 대신에, 프리프레그와 접하는 면에 치수 30g/m²으로 에폭시 수지계수지를 1020mm의 폭으로 중앙에 도포한 1080mm폭의 이형지를 사용하고, 탄소섬유(12000본) 390본을 코우밍하여 에폭시수지를 치수 143g/m²에서 1020mm폭으로 중앙에 도포한 1080mm폭의 이형지를 사용하여 장력 약 250kg/폭, 주행속도 1.0m/min 및 폭 1000mm로 제조하는 경우의 프리프레그의 함침상태를 제11표에 나타낸다.

[제11표]

* 케이스 50은 비교예로서 상면에 수지도포이형지를 사용하지 않고, 시이트상이형재로서 30μ의 폴리프로필렌 필름을 사용하고, 하면의 이형지에 치수 173g/m²에서 수지를 도포한 것을 사용한 경우를 나타낸다.

[실시예 10〈공정(a), (b), (c), (d) 및 (e)에 관한 실시예〉]

제1도와 같은 프리프레그 제조장치에 있어서, 송출 니프로울러(3)의 선압을 0.77kg/cm, 인장 니프로울러(7)의 선압을 3.2kg/cm, 섬유시이트상물(1)과 매트릭스 수지도포이형지(13)의 접합로울러(20)의 직경을 150mm로 하고, 함침장치로서 30cm 길이의 예비가열히이터(21), 및 선단에 5mm의 아르가공을 한 15cm 길이의 가열히이터 플레이트(22)를 사용하고, 추가로 가열니프로울러(23)을 배치하고, 시이트상 이형재(16)으로서 30μ의 폴리프로필렌필름을, 장력제어장치(24)로서 댄서로울러를 사용한다. 에폭시계 수지를 중앙에 1020mm의 폭으로 도포한 1080mm폭 이형지와 각종 탄소섬유와를 사용하여 제조한 프리프레그의 예를 제12표에 나타낸다.

또한, 제1도의 확개장치(5)로서는 15mm 직경의 크롬도금된 이지면을 갖는 확개용로울러 5본을 구비한 제5도(4)와 같은 유니트에서 θ₁, θ₅=113°, θ₂,θ₃,θ₄=45°이며, 각 로울러와도 독립된 자유회전, 저속강제구동, 고정을 선택할 수 있는 것을 사용한다. 결과를 제12표에 나타낸다.

[제12표]

본 발명의 방법에 의해 한방향으로 코우밍된 균일한 섬유시이트상물을 형성하고, 이 섬유시이트상물에 개섬을 생기게 하지 않고 매트릭수지층 부착된 이형지를 접착하고, 이 매트릭스수지를 균일하게 함침시킬 수 있으며, 이것에 의해 사행이나 주름의 발생을 없게하고, 고품질의, 각종의 두께의, 한방향 코우머섬유 시이트 상물에 의해 강화된 프리프레그시이트를 고능률로 제조할 수 있다.

Claims (14)

1. 복수본의 섬유로 이루어진 복수본의 섬유속을 한방향으로 코우밍하여, 송출니프로울러로부터 소정속도를 연속적으로 공급하고, 이들 섬유속을 섬유시이트상물에 확개하고, 이 섬유시이트상물에 매트릭스수지를 함침시키고, 수득된 한 방향 코우머섬유강화프리프레그시이트를 인장니프로울러를 통하여 소정속도로 연속적으로 인취하는 방법에 있어서, (a) 상기 복수본의 섬유속의 상대적 위치를 규제하면서 한 방향으로 코우밍하고, 상기 송출니프로울러와 상기 니프로울러간에 설치된 장력제어기구를 통하여 전 섬유속의 장력을 일정하게 유지시키고, 상기 인장니프로울러의 인취속도를 상기 송출니프로울러의 공급속도의 1.005배 내지 1.02배의 범위내로 조절하고, 또한 상기 송출니프로울러의 피지압력을 조절하여, 상기 섬유속이 송출니프로울러에서 슬립할 수 있게 함으로써 상기 섬유속의 각각에 걸리는 장력을 균일하게 하는 공정, (b) 상기 코우밍된 섬유속을 3mm 내지 30mm의 곡률반경을 갖는 적어도 2개의 원호형태의 곡면상을 장력하에 접촉통과시켜서, 상기 섬유속을 확개하고, 그것에 의해 한 방향 코우머섬유군으로 이루어진 시이트상물을 형성하는 공정, (c) 상기 섬유시이트상물과, 이형지상에 도포된 매트릭스 수지층을 원호형태의 곡면에 접촉시키면서 겹치고, 이때 상기 매트릭스수지 도포된 이형지를 상기 섬유시이트상물에 대하여 오우버피드하면서 양자를 접합하는 공정, (d) 상기 공정(c)에서 형성된 접합물을 장력하에, 또한 이 접합물내의 상기 매트릭스수지의 온도를 그의 용융온도 근방에 조절하면서 적어도 1개의 원호형태의 곡면상을 접촉통과시키고, 그것에 의해 상기 접합물중의 상기 매트릭스수지를 상기 섬유 시이트상물중에 침투함침시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 한 방향 코우머섬유시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공정(b)에서 상기 섬유속확개용 원호상곡면이 이지표면을 갖는 것인 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 이지표면이 크롬도금된 것인 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 공정(b)에서 상기 섬유속의, 상기 원호상곡면에 대한 입출각이 30 내지 160도인 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 공정(b)에서 상기 원호상곡면으로서, 원통형로울러 원주면의 일부를 사용하는 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 원통형로울러가 상기 섬유속의 진행속도보다 낮은 원주속도로 회전하는 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 원통형로울러가 회전하지 않는 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 공정(c)에서 상기 매트릭스수지 도포된 이형지의, 상기 섬유시이트상물에 대한 오우버피드율이 0.05% 내지 1.5%의 범위내에 있는 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 공정(d)에서 상기 함침용원호상곡면이 0.2mm 내지 30mm 범위내의 곡률반경을 갖는 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 공정(d)에서 상기 접합물내의 상기 매트릭스수지의 온도를 40℃ 내지 160℃ 범위내로 조절하는 제조방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 공정(d)에서 상기 섬유시이트물층중에, 상기 매트릭스수지의 온도를 40℃ 내지 160℃ 범위내로 조절하는 제조방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 원호상곡면상을 접촉통과한 상기 접합물이 적어도 1개의 니프로울러에 의해 압착 또는 가열 압착되는 제조방법.
13. 복수본의 섬유로 이루어진 복수본의 섬유속을 한 방향으로 코우밍하여, 송출니프로울러로부터 소정속도로 연속적으로 공급하고, 이들 섬유속을 섬유시이트상물에 확개하고, 이 섬유시이트상물에 매트릭스수지를 함침시키고, 수득된 한 방향 코우머섬유강화 프리프레그시이트를 인장니프로울러를 통하여 소정속도로 연속적으로 인취하는 방법에 있어서, (a) 상기 복수본의 섬유속의 상대적 위치를 규제하면서 한 방향으로 코우밍하고, 상기 송출니프로울러와 상기 인장니프로울러간에 설치된 장력제어기구를 통하여 전 섬유속의 장력을 일정하게 유지시키고, 상기 인장니프로울러의 인취속도를 상기 송출니프로울러의 공급속도의 1.005배 내지 1.02배의 범위내로 조절하고, 또한 상기 송출니프로울러의 파지압력을 조절하여, 상기 섬유속이 송출니프로울러에서 슬립할 수 있게 함으로써 상기 섬유속의 각각에 걸리는 장력을 균일하게 하는 공정, (b) 상기 코우밍된 섬유속을 3mm 내지 30mm의 곡률반경을 갖는 적어도 2개의 원호상 곡면상을 장력하에 접촉통과시켜서, 상기 섬유속을 확개하고, 그것에 의해 한 방향 코우머섬유군으로 이루어진 시이트상물을 형성하는 공정, (c) 상기 섬유시이트상물과, 이형지상에 도포된 매트릭스수지층과를 원호상곡면에 접촉시키면서 겹치고, 이때 상기 매트릭스수지 도포된 이형지를 상기 섬유시이트상물에 대하여 오우버피드하면서 양자를 접합하는 공정, (d) 상기 공정(c)에서 형성된 접합물을 장력하에, 또한 이 접합물내의 상기 매트릭스수지의 온도를 그의 용융온도 근방에 조절하면서 적어도 1개의 원호상곡면상을 접촉통과시키고, 그것에 의해 상기 접합물중의 상기 매트릭스수지를 상기 섬유 시이트상물중에 침투함침시키는 공정, (e) 상기 공정(d)에서 수득된 접합물의 섬유시이트물층상에 시이트상이형재를 더욱 접합시켜 3중 접합물을 형성하는 공정 및 (f) 상기 공정(e)에서 형성된 3중 접합물이 상기 인장니프로울러를 통과한 후에, 상기 3중 접합물로부터 상기 시이트상이형재를 박리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 한 방향 코우머섬유시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트의 제조방법.
14. 복수본의 섬유로 이루어진 복수본의 섬유속을 한 방향으로 코우밍하여, 송출니프로울러로부터 소정속도로 연속적으로 공급하고, 이들 섬유속을 섬유시이트상물에 확개하고, 이 섬유시이트상물에 매트릭스수지를 함침시키고, 수득된 한 방향 코우머섬유강화 프리프레그시이트를 인장니프로울러를 통하여 소정속도로 연속적으로 인취하는 방법에 있어서, (a) 상기 복수본의 섬유속의 상대적 위치를 규제하면서 한 방향으로 코우밍하고, 상기 송출니프로울러와 상기 인장니프로울러간에 설치된 장력제어기구를 통하여 전 섬유속의 장력을 일정하게 유지시키고, 상기 인장니프로울러의 인취속도를 상기 송출니프로울러의 공급속도의 1.005배 내지 1.02배의 범위내로 조절하고, 또한 상기 송출니프로울러의 파지압력을 조절하여, 상기 섬유속이 송출니프로울러에서 슬립할 수 있게 함으로써 상기 섬유속의 각각에 걸리는 장력을 균일하게 하는 공정, (b) 상기 코우밍된 섬유속을 3mm 내지 30mm의 곡률반경을 갖는 적어도 2개의 원호상 곡면상을 장력하에 접촉통과시켜서, 상기 섬유속을 확개하고, 그것에 의해 한 방향 코우머섬유군으로 이루어진 시이트상물을 형성하는 공정, (c) 상기 섬유시이트상물과, 이형지상에 도포된 매트릭스수지층과를 원호상곡면에 접촉시키면서 겹치고, 이때 상기 매트릭스수지 도포된 이형지를 상기 섬유시이트상물에 대하여 오우버피드하면서 양자를 접합시키는 공정, (d) 상기 공정(c)에서 형성된 접합물을 장력하에, 또한 이 접합물내의 상기 매트릭스 수지의 온도를 그의 용융온도 근방에 조절하면서 적어도 1개의 원호상곡면상을 접촉통과시키고, 그것에 의해 상기 접합물중의 상기 매트릭스수지를 상기 섬유 시이트상물중에 침투함침시키는 공정, (e) 상기 접합물의 섬유시이트물층상에, 이형지상에 도포된 매트릭스수지층을 접합시켜 3중접합물을 형성하는 공정 및 (f) 상기 3중 접합물이 상기 인장니프로울러를 통과한 후에, 상기 3중 접합물로부터 상기 이형지의 1매를 박리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 한 방향 코우머섬유시이트상물에 의해 강화된 프리프레그시이트의 제조방법.

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