KR910003315B1 - 방탄력이 우수한 섬유강화 복합체의 제조방법 - Google Patents

방탄력이 우수한 섬유강화 복합체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

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Description

방탄력이 우수한 섬유강화 복합체의 제조방법
본 발명은 방탄력과 내구성이 우수한 섬유강화 복합성 형체의 제조방법에 관한 것으로써 본 발명으로 제조된 섬유강화 복합성형체로는 방탄복, 헬멧, 전차프로텍터 (Tank Protector), 방탄판넬 포는 방탄컨테이너 등이 있다.
본 발명을 좀더 상세히 설명하면 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 열처리한 다음 프리히팅시킨 것과 방향족 폴리미드 필라멘트사 직물을 프리히팅한 것을 각각 페놀포름알데히드, 또는 에폭시수지, 폴리비닐 부티랄 및 메탄올로 조성되는 수지용액에 함침시켜 반경화상태외 프리프레그를 제조하고, 이들을 적당한 크기로 절단한 다음 상호적층시켜 가열가압하는 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법에 관한 것이다.
헬멧등에 방탄기능과 내구성을 부여하기 위한 종래의 제조방법으로는 지방족 폴리아미드 필라멘트사로 제직된 직물을 페놀계수지와 메탄올로 조성되는 수지용액에 함침시켜 프리프레그화 한 것을 적층한 파음 가열 가압시키는 방법과 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물과 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 각각 페놀 수지, 또는 에폭시수지용액에 함침시켜 건조시킨 것을 적정크기로 절단한 후 이들을 단독 또는 상호적층한 다음 가열가압하여 제조하는 방법등이 알려져 있다.
그러나 상술한 방법들에 의하여 제조된 것은 수지와 직물간의 낮은 접착력으로 인하여 성형후에 수지함침 직물 상호간의 박리현상이 일어나서 인장강력 및 방탄력이 저하되었으며, 가열가압시 수지함침직물의 수축 현상으로 인하여 생산효율이 떨어지는 문제점이 있었으며, 또한 표면균열현상 때문에 사용수명이 짧았으며, 굴곡피로현상 및 적층분리현상이 발생되는 등의 여러가지 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상술한 바와같은 종래기술의 제반문제점을 해결한 것으로써, 본 발명은 열경화성 수지 액에 함침시키기 전에 지방족 폴리아이드 필라멘트사 직물을 열처리한 다음 프리히팅시키고, 또 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 프리히팅시킴을 특징으로 하는 것으로서 이하 상세히 설명하면 다음과 같다.
250-1,500 데니어의 지방족 폴리아미드 필라멘트사를 사용하여 경사 및 위사밀도가 인치당 30-100본인 직물을 제직한 후 100-200℃에서 1-10분간 열처리하고, 1,000-3,000 데니어의 방향족 폴리아미드 필라멘트사를 사용하여 경사 및 위사밀도가 인치당 30-100본인 직울을 제직한 다음, 상기 두가지의 직물들을 각각 50℃-120℃에서 1-10분간 프리히팅시킨 후에 페놀포름알데히드, 또는 에폭시수지, 폴리비닐부티랄 및 메탄올로 조성되는 열경화성 수지용액에 함침시킨 후 50-150℃에서 1-10분간 건조시켜 반경화상태의 프리 프레그를 만든 다음 이들을 적정크기로 절단하여 외층이 지방족 플리아미드 프리프레그 5-18매, 내층이 방향족 프리프레그 1-10매가 되도록 상호적층하여 압력 50-300kg/㎠, 온도 50-120℃에서 1-30분간 가열 가압하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 열경화성 수지용액은 폴리비닐부티랄이 5-30wt% 메탄올이 5-40wt%, 페놀포름알데히드, 또는 에폭시수지가 10-90wt%르 조성되는 것이 바람직하며, 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물 및 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물의 수지함침량은 RC(Resin Content) 5-40wt%, VC(Volatile Content) 1-l0w%가 되도록 하는 것이 좋다. 위에서 VC는 직물을 수지에 함침시킨 다음 건조할때 증발해 버리는 수지의 양을 의미한다.
본 발명에서 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 열처리하는 이유는 지방족 폴리아미드 필라멘트사의 잔여수축율을 감소시키고 분자배향도를 증가시킴으로써 열안정성과 강력이 증대되도록 하기 위함이고, 또한 직물에 함유되어 있는 유제함량을 저하시켜 열경화성 수지와 직물간의 친화력을 증대시키기 위함이다.
또한 본 발명에서 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물과 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 프리히팅시키는 이유는 수지와 직물간의 결합이 고온에서 신속히 일어난다는 점에 착안하여 직물과 수지의 결합시간 및 큐어링시간을 단축시키기 위함이다.
본 발명에서 프리프레그의 적층순서를 외층에는 지방족 폴리아미드 프리프레그로 하고, 내층에는 방향족 폴리아미드 프리프레그로 하는 이유는 초기 충격을 신도가 큰 지방족 폴리아미드 프리프레그가 막도록 하고, 잔여충격(관통력)은 탄성이 높은 방향족 폴리아미드 ㅍ가 막도록 하여서 방탄성능을 극대화하기 위함이다.
본 발명에서 프리프레그를 제조할때 수지용액중에 폴리비닐부티랄을 첨가하는 이유는 프리프레그의 표면 외관을 미려하게 하고 직물과 수지간의 결합강도를 일층 더 강화시키기 위함이다.
또한 본 발명에서 지방족 또는 방향족 폴리아미드 필라멘트사를 이용하여 제작할 수 있는 직물조직은 평직(Plain weave), 바스켓직(Basket weave), 능직 (Twill weave), 또는 주자직(Satin weave) 등이지만 평직이 가장 바람직하다.
한편, 본 발명으로 제조된 섬유강화 복합성형체인 헬멧, 방탄복, 전차 프로텍터 방탄컨테이너등은 종래의 것에 비해 방탄력가 내충격성은 물론 표면외관 및 내구성이 월등히 우수하였으며, 높은 생산성으로 제조할 수 있었다.
[실시예]
(1) 지방족 폴리아미드 필라멘트사(840denier, 인장강도 7g/d, 신도 20%)를 이용하여 1/2 바스켓직물 (밀도 36×36본/인치)을 제직하여 100℃에서 5분간 이완(Relax)시킨 후 150℃에서 1분간 열처리하였다.
(2)방향족 폴리아미드 필라멘트사(3,000denier, 인장강도 20g/d, 신도 3%)를 이용하여 평직물(밀도 17×17본/인치)을 제직하였다.
상기 (1), (2)의 직물을 각각 90℃에서 5분간 프리히팅시켜 페를포름알데히드(또는 에폭시수지) 50wt%, 폴리비닐부티랄 10wt%, 메탄올 40wt%로 조성된 수지용액에 침지(Dipping)시킨 후 지방족 폴리아미드 필 라멘트사 직물 및 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물의 수지함량이 각각 RC 36wt% 또는 l6wt%, VC 2wt%가 되도록 픽업한 다음 120℃에서 5분간 건조시켜 프리프FP그를 제조하고 이들을 소정의 크기로 절단 하였다.
다음에 지방족 폴리아미드 프리프레그 12매를 외층으로 하고, 방향족 폴리아미드 프리프리그 3매를 내층으로 하여 상호적층하되 최외층으로부터 지방족 폴리아미드 프리프레그 1매 (RC 36wt%)+방향족 폴리아미드 프리프레그 2매(RC 16wt%)+방향족 폴리아미드 프리프레그 1매(RC 36wt%)를 적층한 다음 압력 100kg/㎠, 온도 160℃에서 20분간 가열가압하여 모울딩한 후 20℃의 냉각수를 이용 10분간 냉각하여 섬유강화 복합성형체인 방탄용 헬멧을 제조하여 방탄력등 제반시험을 행하였는 바 결과는 (표1)과 같다.
[비교예 1]
(1) 지방족 폴리아미드 필라멘트사(840denier, 인장강도 7g/d, 신도 20%)를 이용하여 1/2 바스켓직물(밀도36×36본/인치)을 제직하여 100℃에서 5분간 이완시켰다.
(2) 방향족 폴리아미드 필라멘트사(3,000denier, 인장강도 7g/d, 신도 3%)를 이용하여 평직물(밀도 17×17본/인치)을 제직하였다.
상기 (1), (2)의 직물을 프리히팅 공정을 생략한 것외에는 (실시예)와 동일한 방법으로 섬유강화 복합성형 체인 방탄용 헬멧을 제조하여 방탄력등 제반시험을 행하였는 바 결과는 (표1)과 같다.
[비교예 2]
(실시예)와 동일한 방법으로 실시하되 방향족 폴리아미드 프리프레그를 외층으로 하고 지방족 폴리아미드 프리프레그를 내층으로 하여 섬유강화 복합성형체인 방탄헬멧을 제조하여 방탄력을 제반시험을 행하였는 바 결과는 (표 1)과 같다.
[표 1]
Figure kpo00001
(1) 방탄력시험 : MIL-STD-662E, Caliber 0.22 파편중량(Fragment Weight) 17grain
(2) 굴곡피로도 : UK MOD SC 4796A
(3) 충격저항 : 3.6±0.3㎏의 직경 10㎝의 강구를 1.5m높이에서 자유낙하
(4) 가열가압시험 : 1.2±0.1㎏/㎠로 포화시킨 가열가압솥에 90분간 방치
(5) 직물에 대한 수지결합 및 큐어링 시간은 직물이 큐어링 챔버에 25m/min의 속도로 통과할 때의 측정 값임.

Claims (6)

  1. 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물과 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 사용하여 이들을 각각 열경화성 수지액에 함침한 후 건조하여 프리프레그를 만들고, 이들을 적정크기로 절단하여 적정한 두께만큼 외층에는 지방족 폴리아미드 프리프레그를, 내층에는 방향족 프리프레그를 적층시킨 다음 가열가압하여 방탄성 섬유강화 복합성형체를 제조함에 있어서, 열경화성 수지액에 함침시키기 전에 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 열처리하고 프리히팅시키며, 또한 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 프리히팅시키는 것을 특징으로 하는 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 100∼200℃에서 1∼10분간 열처리한 다음 50∼120℃에서 1∼10분간 프리히팅시킴을 특징으로 하는 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물을 50∼120℃에서 1∼10분간 프리히팅시킴을 특징으로 하는 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 지방족 폴리아미드 필라멘트사 직물은 섬도가 250∼1,500 데니어이고 경사 및 위사 밀도가 30∼100본/인치인 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 방향족 폴리아미드 필라멘트사 직물은 1,000∼3,000 데니어이고 경사 및 위사밀도가 30∼100본/인치인 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 적층한 프리프레그를 압력 50∼300㎏/㎠온도 50∼200℃에서 1∼30분간 가열가압하는 것을 특징으로 하는 방탄력이 우수한 섬유강화 복합성형체의 제조방법.
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