KR920009939B1 - 섬유강화 플라스틱 성형체 및 그 제조법 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도 및 제4도는 성형전에 시이트상 프리프레그(Prein pregnation)를 판형상 재료위에 부분적으로 적층한 예를 표시한 도면.
제2도 및 제5도는 실시예 및 비교예에서 얻은 상자형 성형체의 평면도.
제3도 및 제6도는 그 상자형 성형체의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 판형상재료 2,3,4 : 프리프레그
5,6 : 상자형 성형체 7 : 리브
8 : 섬유배열방향
본 발명은 경량이며 기계적 강도에 뛰어난 밤바, 백압비임, 도어비임, 시이트셀등의 자동차부품, 건축자재, 기계부품등의 각종 분야에서 이용가능한 섬유강화 열가소성 플라스틱 성형체 및 그 제조법에 관한 것이다.
섬유강화 열가소성 플라스틱(FRTP)은 경량이며 기계적강도에 뛰어나므로, 성형체로서 자동차부품, 건축자재, 기계부품등에 폭넓게 이용되고 있다. 이들 성형체는 열가소성수지와 섬유상 보강재로 이루어진 판형상재료를 원료로서 사용, 스탬핑성형법등에 의해 제조되고 있다. 이 스탬핑성형법이란, 판형상재료를 열가소성수지의 용융온도 이상으로 가열되므로서 판형상재료 자체에 유동성을 부여하고, 그후 용융온도이하로 보온한 금형내에 이 판형상재료를 투입하고 즉시 금형을 닫고, 냉각과 부형을 동시에 행하고 임의의 형상의 성형체를 얻는 방법이다.
그러나 이 방법은 특히 복잡한 형상의 성형을 행하는 경우, 성형체의 특정장소에 변형이나 균열이 생기기 쉽고, 용도면에서의 제약을 받고 있었다.
또, 성형체의 원료로서 한방향으로 배열한 섬유 또는 직포에 열가소성수지를 함침한 시이트상 프리프레그를 사용한 시도도 있다. 그러나, 이 시이트상 프리프레그로부터 얻은 성형체는 판형상재료로부터 얻은 성형체보다도 전체적으로 강도가 증대하나, 상술한 바와 같은 변형이나 균열의 문제는 해결되지 않는다. 또, 시이트상 프리프레그는 판형상재료에 비교해서 코스트가 높고, 성형체전체를 시이트상 프리프레그로 구성하면 제조코스트가 높아진다.
이와같은 균열이나 변형문제를 해결하기 위하여, 판형상 재료를 구성하는 수지나 섬유상 보강재로서 특정의 것을 선정하므로서, 성형체 전체의 강도를 높이는 방법이 있다. 예를들면 고성능 엔지니어링 플라스틱이나 탄소섬유등을 선정하므로서, 균열이나 변형의 발생을 방지할 수 있다. 그러나, 이와 같은 수지나 섬유상 보강재는 고가이고, 균일이나 변형을 방지하고 싶은 장소는 성형체의 일부분에 불과한데 성형체 전체를 그와 같은 수지나 섬유상 보강재로 구성하는 것을 경제성이 부족하다.
본 발명의 목적은 열가소성수지와 섬유상 보강재로 이루어진 판형상재료를 사용한 성형일지라도, 특정장소에 변형이나 균열이 생기지 않는 성형체 및 그 제조법을 제공하는데 있다.
상기 목적은 이하의 방법 및 성형체에 의해 달성된다.
섬유상 보강재와 열가소성수지로 이루어진 판형상재료를 사용해서 임의의 형상을 가진 성형체를 제조하는 경우에 있어서, 먼저 수지의 유동에 섬유상 보강재가 추종하지 않는다고 예측되는 장소 또는 강도를 특히 강하게 하고 싶은 장소에 한방향으로 배열해서 이루어진 섬유 또는 직포에 열가소성수지를 함침해서 이루어진 시이트상 프리프레그를 판형상재료 및/또는 금형내에 배치하고, 일체적으로 성형하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
섬유상 보강제와 열가소성 수지로 이루어진 판형상재료로부터 성형된 성형체로서, 한방향으로 배열해서 이루어진 섬유 또는 직포에 열가소성수지를 함침해서 이루어진 시이트상 프리프레그를 부분적으로 판형상재료에 일체적으로 성형시켜서 이루어진 섬유강화 프라스틱 성형체.
본 발명에 의하면, 예를들면 리비형상부나 좁은 부분의 강도가 보강된 성형체를 얻게 되고, 대용량으로부터 소용량까지 각종의 성형품을 균열, 변형의 걱정없이 얻을 수 있다.
판형상재료를 구성하는 열가소성수지로서는, 예를들면 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, AB 수지, ABS 수지, ASA 수지(폴리아크릴로니트릴·폴리스티렌·폴리아크릴산에스테르), 폴리메틸메타크릴레이트, 나일론, 폴리아세탈, 폴리카아보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥시드, 불소수지, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 폴리에스테르살폰, 폴리에스테르케톤, 폴리에스테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리아릴레이트등이 있다.
판형상재료를 구성하는 섬유상 보강재로서는 예를들면 유리섬유, 카아본섬유, 아라미드섬유, 탄화규소섬유등이 있다. 이 섬유상 보강재는 수지와 같이 유동해서 금형내에 충전하는 것을 목적의 하나로 하기 때문에 유동하기 쉬운 형태를 가지고, 매트형상의 것이 일반적으로 사용된다. 매트형상의 섬유보강재로서는 예를들면 2인치정도로 절단한 스트랜드를 바인더로 결속한 보강재나, 연속스트랜드를 바인더로 결속한 연속·스트랜드·매트등이 있다. 섬유상 보강재는 조합하는 수지와의 밀착성을 향상시키기 위해 여러 가지 표면처리를 행하는 것이 일반적이지만, 매트형상의 것은 섬유의 일체화를 바인더로 결속함으로서 행하고 있으므로, 표면처리재가 바인더에 방해되어 수지와의 계면에 존재할 수 있다. 따라서, 이와같은 섬유상 보강재는 일반적으로 수지와의 밀착성이 나쁘고, 그 물성레벨은 낮은 경향에 있다. 또, 매트형상의 보강재는 섬유의 배향이 랜덤으로 길어도 짧기 때문에 보강효과는 한방향의 연속장 섬유에 비해서 떨어지는 경향이 있다.
판형상재료는 통상은 열가소성수지와 섬유상 보강재를 사용해서 제조되고, 예를들면 섬유상 보강재의 상하면에 열가소성수지 시이트를 연속적으로 겹치고, 계속해서 수지의 용융온도이상의 분위기하에서 열용융함침시키고, 이어서 냉각시키는 방법등에 의해서 얻게 된다.
판형상재료의 두께는 1~10㎜가 요망된다. 판형상재료를 원료로서 스탬핑성형등의 성형을 행하는 경우, 성형체의 두께등이 문제가 된다.
일반적으로 소망되는 FRTP 성형체의 두께는 수 ㎜로부터 수십 ㎜의 것까지 있다. 두께가 수 ㎜ 정도의 엷은 성형체를 얻고져 하는 경우, 판형상 재료의 두께도 그 근치일 것이 요망된다. 판형상재료의 두께가 목적하는 성형체의 두께의 수배이상되면, 가열용융한 판형상재료가 금형내에 충전해가는 과정에서 판형상 재료의 수지와 섬유상 보강재가 분리되어가고, 섬유상 보강재의 비율이 적고 강도가 약한 부분이 발생하는 등의 문제가 생기기 쉽다. 이와같는 점에서 판형상재료의 두께는 나아가 3㎜ 이하가 바람직하다. 그러나 반대로 두께가 1㎜ 미만이면 성형방법에 의해서는 성형이 곤란해짐으로 일반적이 아니다.
판형상재료인 섬유상 보강재 함유율을 30~70중량%가 요망된다. 보강효과만을 고려하면 섬유상 보강제 함유율이 클수록 좋지만, 이것이 70중량%를 초과하면 유동성에 문제가 생기게 된다. 유동성의 점에서는 또한 50중량% 이하가 요망된다.
시이트상 프리프레그를 구성하는 열가소성 수지로서는 예를들면 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, AB 수지, ABS 수지, ASA 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 나일론, 폴리아세탈, 폴리카아보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥시드, 불소수지, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 폴리에테르살폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리아릴레이트등이 있다.
시이트상 프리프레그를 구성하는 한방향으로 배열해서 이루어지는 섬유란, 통상 굵기 3~25㎛의 모노필라멘트를 200~12000본 접속한 야안 혹은 로우빙을 소정본수 한방향으로 나란히한 것을 표시한다. 원료로서는 예를들면 유리섬유, 카아본섬유, 탄화규소섬유등이 사용된다.
시이트상 프리프레그를 구성하는 직포란, 통상굵기 3~15㎛의 모노필라멘트를 200~12000본 접속한 직포용야안을 평직(平織), 주자직(朱子織), 바이어스직, 능직(綾織)등에 의해 직포로한 것이고, 원료로서는 예를들면 유리섬유, 카아본섬유, 탄화규소섬유등이 사용된다.
시이트상 프리프레그는 한방향으로 배열해서 이루어진 섬유 또는 직포에 열가소성수지를 함침해서 얻게되는 것이다(이하, 이 한방향으로 배열해서 이루어진 섬유와 직포를 총칭해서 보강섬유라고 함). 시이트상 프리프레그를 얻기 위한 방법으로서는 여러가지 수단이 있으나, 가장 일반적인 방법은 이하와 같다.
하나는 수지를 용액화해서 보강섬유에 함침시키고, 그후 탈포하면서 용매를 제거하고, 시이트상 프리프레그로하는 방법이다. 또 하나는 수지를 가열용융해서 보강섬유에 함침하고, 탈포하고 냉각해서 시이트상 프리프레그로 하는 방법이다.
이와같이 해서 얻은 프리프레그는 섬유와 열가소성수지의 밀착성에 뛰어나고, 섬유함유율도 30~90중량%로 요구에 따라서 바꿀수 있고, 두께도 0.1~1.0㎜로 얇게 제조할 수 있다. 본 발명에 있어서 사용하는 시이트상 프리프레그는 그 보강섬유의 함유율은 바람직하게는 30~90중량%, 바람직하게는 70~90중량%이다. 또 그 두께는 바람직하게는 0.1~1.0㎜, 바람직하게는 0.1~0.6㎜이다.
이 시이트상 프리프레그를 제조하는 경우, 사용하는 보강섬유의 표면을 다음과 같은 처리를 하면 보다 바람직하다.
예를들면, 사용하는 보강섬유가 유리섬유인 경우, 실란계, 티타네이트계, 지르코늄계의 커플링제로 처리하고, 수지와의 밀착성을 향상시킨 것을 사용한다.
유리섬유의 경우의 커플링제는, 조합하는 열가소성수지에 따라서 적당한 것을 선택할 필요가 있고 이하 그 구체예를 열거한다.
열가소성수지가 나일론수지이면, r-아미노프로필-트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-r-아미노프로필-트리메톡시실란등을 사용한다.
폴리카아보네이트수지이면, r-아미노프로필-트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-r-아미노프로필-트리메톡시실란등을 사용한다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트이면, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸-트리메톡시실란, r-글리시독시, 프리필트리메톡시실란, r-아미노프로필-트리메톡시실란등을 사용한다.
폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이면, 비닐트리메톡시실란, 비닐-트리스-(2-메톡시에톡시)실란, r-메타크릴록시-프로필트리메톡시실란등을 사용한다.
폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 폴리에테르술폴, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 불소수지이면, 상술한 커플링제도 당연히 사용되나, 그외에 N-(β-아미로에틸)-r-아미노프로필메틸디메톡시실란, r-클로로프로필메틸디메톡시실란, r-메르캅토프로필트리메톡시실란, p-아미노페닐트리에톡시실란등을 사용할 수 있다.
보강섬유가 유리섬유이외의 경우는 아민경화형의 에폭시수지를 커플링제로서 처리하는 경우가 많고, 에폭시수지의 구체예로서는 비스페놀 A형 에폭시수지, 노보락형 에폭시수지, 지환식에폭시수지, 지방족계 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시수지등이 있다.
커플링제를 섬유표면에 실시하는 방법은 이하와 같다.
즉, 접속제를 제거한 섬유에 커플링제를 0.1~3중량% 용해한 액을 침지, 분무, 도포등의 수단에 의해 완전 함침시킨다.
이 커플링제용액을 함유한 섬유를 60~120℃에서 건조하고, 커플링제를 섬유표면에 반응시킨다. 건조시간은 용매가 휘산해버리는 시간이면 충분하고 15~20분 정도이다.
커플링제를 용해하는 용매는 사용하는 표면처리제에 따라서 pH 2.0~12.0 정도로 조정한 물을 사용하는 경우와, 에탄올, 톨루엔, 아세톤, 크실렌 등의 유기용제를 단독으로 혹은 혼합해서 사용하는 경우가 있다.
상술한 바와같이 해서 얻게된 열가소성수지와 섬유상 보강재로 이루어진 판형상재료와, 한방향으로 배열한 섬유 또는 직포에 열가소성 수지를 함침시킨 시이트상 프리프레그를 사용, 예를들면 다음과 같은 각종의 방법에 의해 성형체를 제조할 수 있다.
(1) 금형내의 리브형상부 및 금형내의 빈틈이 좁아서 판형상 재료속의 수지의 진입은 가능하나 섬유상 보강재의 유입이 곤란한 장소가 있는 금형을 사용하는 경우에는, 미리 소망의 크기 및 양의 시이트상 프리프레그를 그 열가소성수지의 유동가능 온도이상으로 보온하고, 이것을 리브형상부 또는 금형내의 빈틈에 충분히 충전하고, 그후 그 열가소성수지의 유동가능 온도이상으로 보온된 판형상재료를 금형내에 투입하고, 이어서 금형을 단시간에 압축하고, 부형, 탈포 및 냉각을 행하고 성형을 완료한다. 또한 이 경우, 판형상재료의 수지와 프리프레그의 수지는 마찬가지인 것이 바람직하다. 또 금형내의 빈틈이란 그 성형에 있어서, 판형상 재료가 침입 곤란한 부분을 의미한다. 특히 그 간격이 2㎜ 이하인 경우, 본 발명의 효과는 현저하다. 상기 방법(1)에 의해 얻게되는 성형체는 리브형상부, 좁은 부분 다같이 강도가 보강되어 있고, 실용적으로 가치가 높은 것이다.
(2) 성형체의 형상의 변형되기 쉬운 장소 또는 크랙이 생기기 쉬운 장소(예를들면 상자형 성형체를 예로들면 상자형의 바닥부 및 구부러진 부)에 시이트상 프리프레그가 위치하도록, 미리 판형상 재료위의 임의의 장소에 시이트상 프리프레그의 소정의 매수를 겹쳐 준다. 이것을 열가소성수지의 유동개시온도 이상으로 보온하고, 이어서 금형을 단시간에 압축하고, 부형, 탈포 및 냉각을 행한다. 이 경우도 판형상재료의 수지와 프리프레그의 수지는 마찬가지일 것이 요망된다.
상기 방법(2)에서는 시이트상 프리프레그를 판상재료의 표면, 뒷면의 어느 한쪽 혹은 양쪽에 시이트상 프리프레그를 배치시키므로, 시이트상 프리프레그를 판형상재료 사이에 끼워서 판형상재료의 중심부분에 배치시키는 경우보다도 매우 강도향상이 현저하다. 또, 이와같은 방법에 의해 대용량으로부터 소용량까지 각종의 성형품을 균열, 변형의 걱정없이 제조할 수 있다.
또, 이들 방법(1)(2)는 필요에 따라서 병용해도 좋다.
시이트상 프리프레그는 보강코저하는 장소에 임의의 매수를 겹쳐 사용해도 좋으나, 그경우 10매정도 이하가 요망된다. 또, 보강섬유의 배열방향이 한방향으로 집중하지 않도록, 섬유방향을 번갈아 교차하도록 겹치는 것도 바람직하다. 시이트상 프리프레그의 사용량은 성형체 전체의 10중량% 이내가 요망된다.
본 발명의 방법에 있어서의 성형은 스탬핑 성형에 의해 행하는 것이 바람직하다. 스탬핑성형에 있어서는 판형상재료 및 시이트상 프리프레그를 금형내에 투입하기 전에 통상은 그들을 수지유동개시 온도이상으로 보온한다. 그 온도는 수지유동개시온도보다도 30℃ 이상 높은 온도일 것이 바람직하다. 또, 금형은 유동개시온도이하로 설정된 것이 통상 사용된다. 이 금형온도로서는, (수지유동개시온도 -30℃) 미만이 바람직하고, 상온에서도 가능하다. 또, 스탬핑성형법으로 성형을 행하는 경우는, 판형상재료의 크기를 위 또는 아래금형의 표면적의 70% 이상으로 해서, 금형내에 투입하는 것이 일반적이다.
또, 스탬핑 성형이외의 방법을 사용해도 좋다. 예를들면, 판형상재료 및 시이트상 프리프레그를 프레스에 장착한 금형속에서 수지는 초기 유동가능 온도이상이고, 성형체의 표면적 1㎠당 1~300㎏/㎠의 압력으로 10초~60분간 유지시켜서 수지가 유리전이온도이하로 냉각한 후 탈형하는, 소위 프레스성형법, 혹은 진공하에서 수지유동가능 온도이상으로 가열한 후, 20㎏/㎠ 이하의 압력으로 부형, 탈포후, 유리전이 온도 이하로 냉각해서 탈형하는 소위 오오토클레이브성형법등을 사용할 수 있다.
수지의 유동 가능한 온도는 예를들면, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, AB 수지, ABS 수지, ASA 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 나일론, 폴리아세탈이민 210℃, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 불소수지이면 230℃ 폴리페닐렌옥시드이민 250℃, 폴리카아보네이트이민 270℃, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰이민 320℃, 폴리에테르살폰이민 360℃, 폴리에테르에테르케톤이민 370℃, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리아릴레이트이민 390℃이다.
이하 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더 상세히 설명한다.
이하의 실시예 및 비교예에 사용하는 열가소성수지와 섬유상 보강재로 이루어진 판형상재료는, 제1표에 표시한 열가소성수지와 섬유상 보강재의 조합한 것을 사용하였다. 판형상재료 a는, 우베닛도오가세이(주)에서 「아즈델」의 상품명으로 판매되고 있는 것이다. 「아스델」에 사용되고 있는 열가소성수지는 폴리프로필렌이고, 유리섬유 함유율을 40중량%이다.
판형상재료 b~d는, 이하에 기술하는 방법으로 조정하였다.
섬유상 보강재의 상하에 설정한 섬유함유율이 되도록 계산된 두께의 수지시이트를 놓고, 이 적충제를 270℃로 가열한 금형내에 투입하고, 50㎏/㎠의 압력으로 5분간 가압하고, 10℃/분의 냉각속도로 50℃까지 냉각후 금형으로부터 탈형하고, 판형상재료를 조정하였다. 조정한 판형상재료의 두께, 섬유상 보강제함유율을 제1표에 합쳐서 표시하였다.
본 발명의 실시예에 사용하는 한방향으로 배열한 섬유를 사용한 시이트상 프리프레그는 일본국 특개소 61-229535호에 기재되어 있는 바와같이, r-메타크릴록시-프로필트리메톡시실란을 표면처리한 13㎛의 모노필러멘트가 1600본 접속되어 이루어진 야안을, 100본 균열장력으로 인장하면서 폭 200㎜로 잡아당겨 나란히 세워 인장하면서 열용융한 열가소성수지에 접촉시켜서 열로울로 수지를 훑으면서 함침하에 제조하였다.
또, 직포를 사용한 시이트상 프리프레그는 직포를 폭 200㎜의 로울형상으로 해서, 동특개소 61-229535호에 기재되어 있는 바와같이, 장력을 부가해서 인장하면서 열용융한 열가소성수지에 접촉시켜서 열로울로 수지를 훑으면서 함침해서 제조하였다.
시이트상 프리프레그에 사용한 매트릭스수지, 보강섬유 및 보강섬유 함유율을 제2표에 표시한다. 여기서, 유리직포와 카아본직포에 대해서는 수지를 함침시키기 전에 다음 처리를 실시하였다.
유리직포에 대해서는 유리직포(유니티카제, H201FT)를 400℃에서 10시간 히이트클리닝한후, r-아미노프로필트리메톡시실란을 0.3중량% 용해한 수층을 통하면서, 100~110℃의 온도에서 10분간 건조하였다.
카아본직포에 대해서는 카아본직포(도오레제, #6343)을 아세톤에 침지해서 세정하고, 공기속에서 바람건조한후, 100℃의 온도에서 10분간 건조해서 카아본직포를 얻었다.
[실시예 1]
두께 3㎜의 판형상재료 a(도면중 1)을 150㎜(도면중 W1)×180㎜(도면중 L1)의 크기로 절단하였다.
두께 0.3㎜의 프리프레그 A를 30㎜(W2)×100㎜(L2)와 30㎜(W3)×130㎜(L3)의 크기로 각각 2매 절단하였다. 단, 길이 30㎜의 변에 프리프레그의 섬유배열방향(8)이 평행하게 되도록 절단하였다.
제1도에 표시한 바와같이 판형상재료 a(1)위에 프리프레그(2) 및 (3)을 상자형 성형체의 바닥부의 능선에 상당하는 4개소의 부분에 1매씩 두었다. 이 적층체를 250℃의 원적외선 오븐속에서 2분간 예열하고, 프리프레그족의 면이 상자형 성형체의 안쪽이되는 방향에서 70℃로 가열한 금형속에 투입하였다. 이어서 10초 이내에 금형을 죄고, 30초간 50톤의 압력으로 가압후 탈형하고, 제2도 및 제3도에 표시한 상자형 상형체(5)를 얻었다.
이 상자형 성형체(5)는 내변형성을 평가하는데 편리하게 설계된 것이다. 이하에 이 구체적치수를 표시한다.
L5=150㎜, W5=120㎜, H5=45㎜, C5=10㎜, T1=1.5°, T2=5°, R1-곡율반경 10R, R2=5R, R3=15R, R4=2R, R5=2R, R6=5R, R7=5R
이 상자형 성형체의 변형정도를 평가할 목적으로, 이 상자형 성형체의 긴변 중앙부의 상자안쪽에로의 휘어짐을 측정하고, 그 결과를 제3표에 표시하였다.
또, 이 상자형 성형체의 내파괴하중의 측정을 히아의 방법으로 행하였다. 즉, 이 상자형 성형체를 눕힌 상태에서 바닥면의 중앙부로부터 두께 5㎜의 고무를 개재해서 직경 20㎜ 높이 40㎜의 둥근막대를 재화판(載荷板)으로서, 재화속도 5㎜/분의 조건으로 재화하고 파괴하는 하중을 구하였다. 그 결과를 제3표에 표시하였다.
[실시예 2]
프리프레그 A를 30㎜×10㎜와 30㎜×130㎜의 크기로 각각 4매 절단하고, 상자형 성형체의 바닥부의 능선에 상당하는 부분 4개소에 2매씩 놓는 이외는 실시예 1과 똑같이해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도. 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 3]
프리프레그 A를 30㎜×100㎜와 30㎜×130㎜의 크기로 각각 6매에 절단하고, 상자형 성형체의 바닥부의 능선에 상당하는 부분 4개소에 3매씩 놓는 이외는 실시예 1과 똑같이해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 4]
프리프레그 A를 30㎜×100㎜와 30㎜×130㎜의 크기로 각각 8매에 절단하고, 상자형 성형체의 바닥부의 능선에 상당하는 부분 4개소에 4매씩 놓는 이외 실시예 1과 똑같이해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 5]
프리프레그 A 대신 프리프레그 B를 사용하는 외는 실시예 2와 마찬가지로 해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 6]
프리프레그 A 대신 프리프레그 C를 사용하는 외는 실시예 4와 마찬가지로 해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 7]
프리프레그 A 대신 프리프레그 D를 사용하는 외는 실시예 2와 마찬가지로 해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 8]
프리프레그 A 대신 프리프레그 E, 판형상재료 a 대신 판형상재료 b를 사용하고, 판형상재료가 3㎜로부터 10㎜로 3.3배 두껍게된 분판(分板) 형상재료의 크기를 180㎜×150㎜로부터, 100㎜×80㎜로 바꾼 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 9]
프리프레그 A 대신 프리프레그 F, 판형상재료 a 대신 판형상재료 c를 사용하고, 원적외선 오븐의 온도를 280℃로 하는외는, 실시예 2와 마찬가지로해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 10]
프리프레그 A 대신 프리프레그 G, 판형상재료 a 대신 판형상재료 d를 사용하는 이외는, 실시예 3과 마찬가지로해서 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[실시예 11]
두께 3㎜의 판형상재료 a(1)을 150㎜(W1)×180㎜(L1)의 크기로 절단하였다.
두께 0.5㎜의 프리프레그 B를 30㎜(W4)×130㎜(L4)의 크기로 4매 절단하였다. 단, 길이 30㎜의 변에 프리프레그의 섬유 배열방향(8)이 평행이 되도록 절단하였다.
제4도에 표시한 바와같이, 판형상재료 a(1)위에 프리프레그간의 간격(D4)를 100㎜로 해서, 프리프레그를 2매 겹쳐서 두께 1㎜로 적층하였다. 그후, 250℃의 원적외선 오븐속에서 2분간 예열하고, 프리프레그쪽의 면이 상자형 성형체의 안쪽이되는 방향에서 70℃로 가열한 금형속에 투입하였다. 이어서, 10초 이내로 금형을 죄고, 30초간 50톤의 압력으로 가압후 탈형하고, 제5도 및 제6도에 표시한 상자의 바닥면에 2개의 리브(7)을 가진 상자형 성형체(6)를 얻었다.
이하에 이 상자형 성형체(6)의 구체적 치수를 표시한다.
L6=150㎜, W6=120㎜, H6=45㎜, C6=10㎜, T1=1.5°, T2=5°, T3=1.5°, T4=1.5°, L7=100㎜, W7=4㎜, D7=75㎜, H7=10㎜, R1-곡율반경 10R, R2=5R, R3=15R, R4=2R, R5=2R, R6=5R, R7=5R,, R8=3R, R9=3R
이 상자형 성형체의 강도평가를 낙구충격시험과 내파괴하중의 측정에 의해 실시하였다. 낙구충격시험은 히아의 방법으로 행하였다. 즉, 이 상자형 성형체를 눕힌 상태에서 바닥면의 중앙부로부터 두께5㎜의 고무를 개재해서 직경 100㎜의 강구를 상자형 성형체의 위쪽 40㎝의 높이로부터 자연낙하시켜서 리브 부분의 파괴상황을 관찰하였다. 내파괴하중의 측정은 실시예 1과 마찬가지 방법으로 행하였다. 그 결과를 제4표에 표시한다.
[실시예 12]
두께 3㎜의 판형상재료 a(1)을 150㎜(W1)×180㎜(L1)의 크기로 절단하였다.
두께 0.5㎜의 프리프레그 B를 30㎜(W4)×130㎜(L4)의 크기로 2매 절단하였다. 단, 길이 30㎜의 변에 프리프레그의 섬유방향(8)이 평행이 되도록 절단하였다.
이어서, 프리프레그 A를섬유방향으로 길이 95㎜, 섬유직각방향으로 200㎜의 크기로 2매 절단하였다. 절단한 프리프레그 A를 각각 섬유방향이 원주축이 되도록 원주상으로 둥글게 하였다. 둥글게한 프리프레그 A를, 프리프레그 A의 원주축과 프리프레그 B의 긴변 방향이 일치하는 방향으로, 프리프레그 B 위의 중앙에 두고, 판형상재료와, 프리프레그를 따로따로 250℃의 원적외선 오븐속에서 2분간 예열하였다. 이어 제5, 6도에 표시한 상자형 형상이 성형될 수 있는 금형을 70℃로 가열한 리브속에 먼저 예열한 프리프레그를 프리프레그 B가 리브의 바깥쪽이 되도록 해서, 프리프레그 A를 채워 넣은 다음, 판형상재료를 투입해서 적층체를 투입하였다. 이어서, 10초이내에 금형을 죄고, 30초간 50톤의 압력으로 가압후 탈형하고, 상자형 성형체를 얻었다.
이 상자형 성형체의 낙구충격시험과 내파괴하중의 측정을 실시예 11과 마찬가지 방법으로 행하였다. 그 결과를 제4표에 표시한다.
[비교예 1]
판형상재료 a를 150㎜×180㎜로 절단하고, 250℃의 원적외선 오븐속에서 2분간 예열하고, 제2,3도에 표시한 상자형 형상이 성형될 수 있는 70℃로 가열한 금형속에 투입하였다. 이어서 10초 이내에 금형을 죄고, 30초간 50톤의 압력으로 가입후 탈형하고, 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중의 측정을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제3표에 표시한다.
[비교예 2]
프리프레그 대신 두께 1㎜의 판형상재료 a를 실시예 1과 마찬가지의 치수로 각각 2매 절단하고, 두께 3㎜의 판형상재료 a의 위에, 두께 1㎜의 판형상재료 a를 실시예 1과 마찬가지로 적층하고, 성형을 행하고 상자형 성형체를 얻었다. 이 상자형 성형체의 변형도, 내파괴하중을 실시예 1과 마찬가지로 측정하였다. 그 결과를 제2표에 표시한다.
[비교예 3]
프리프레그 B를 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 11과 마찬가지로 해서 상자형 성형체를 얻고, 낙구충격시험을 행하였다. 그 결과를 제4표에 표시하였다.
또한, 실시예 및 비교예에서 사용하는 금형으로부터 얻게되는 성형체의 형상을 제2,3도 및 제5,6도에 표시하였으나, 이 금형의 표면적은 약 380㎠이고, 투입하는 판형상재료의 크기는 제1도 및 제4도에 표시한 바와같이 금형표면적의 약 70%가 되도록 설정한 것이다. 또, 이 성형체의 판두께는 약 2㎜가 되도록 금형의 설정이 되어 있고, 두께 3㎜의 판형상재료를 제1도 및 제4도에 표시한 크기로 투입하므로서, 두께 2㎜의 성형체에 부형된다. 따라서, 판형상재료를 두껍게 하는 경우는, 3㎜로부터 두껍게 된 배율만큼 판형상재료의 면적을 감하면 된다.
또, 시이트형상 프리프레그의 투입매수는 될수 있는한 적은 쪽이 생산성도 양호하기 때문에 판형상과의 조합으로 가장 성능적으로 효과가 있는 매수를 시험착오로 결정하면 된다.
[제 1 표]
[제 2 표]
[제 3 표]
[제 4 표]
Claims (10)
- 섬유상보강재와 열가소성수지로 이루어진 판형상재료를 사용해서 임의의 형상을 가진 성형체를 제조하는 경우에 있어서, 미리 수지의 유동에 섬유상 보강재가 추종하지 않는다고 예측되는 장소 또는 강도를 특히 강하게 하고 실온 장소에 한방향으로 배열해서 이루어지는 섬유 또는 직포에 열가소성 수지를 함침해서 이루어지는 시이트상 프리프레그를 판형상재료 위 및/또는 금형내에 배치하고, 일체적으로 성형하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 판형상 재료를 구성하는 섬유상 보강재가, 매트형상의 보강재인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 판형상재료가 섬유상 보강재에 열가소성 수지를 함침해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 금형내의 리브형상부 및 금형내의 간격이 좁아서 판형상재료속의 수지의 진입은 가능하나 섬유상 보강재의 유입이 곤란한 장소에, 미리 임의의 형상으로 재단한 시이트상 프리프레그를 소정매수 재치시킨후, 판형상재료를 충전시켜서 성형하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 성형체의 형상에 따라 특히 강도를 보강하고 싶은 장소에 시이트상 프리프레그가 올수 있도록, 미리 판형상재료위의 임의의 장소에 시이트상 프리프레그를 1매 또는 그 이상 겹쳐서 성형하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 판형상재료의 두께가 1~10㎜인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 시이트상 프리프레그의 두께가 0.1~1.0㎜인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 판형상재료의 섬유보강재 함유율이 30~70중량%인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 제1항에 있어서, 시이트상 프리프레그의 섬유 또는 직포의 함유율이 30~90중량%인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조법.
- 섬유상 보강재와 열가소성수지로 이루어진 판형상재료로부터 성형된 성형체로서, 한방향으로 배열해서 이루어진 섬유 또는 직포에 열가소성수지를 함침해서 이루어진 시이트상 프리프레그를 부분적으로 판형상재료에 일체적으로 성형시켜서 이루어진 섬유강화 플라스틱 성형체.
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