KR950014662B1 - 금속 단일 섬유-강화수지 침투 가공재 - Google Patents

금속 단일 섬유-강화수지 침투 가공재 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

금속 단일 섬유-강화수지 침투 가공재
도면은 본 발명에 따른 복합 물질을 예시한 개략 단면도.
본 발명은 열 경화성 수지 매트릭스내에 거의 단축으로 분산된 필라멘트를 갖는 금속 단일 섬유-강화수지 침투 가공재에 관한 것이다.
판형수지 침투 가공재가 열 경화성 수지로 포화된 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 방향족 폴리아미드 섬유와 같은 유기 또는 무기 필라멘트를 다수의 단축으로 포함함은 공지된 사실이다. 그러한 수지침투 가공재는 높은 벤딩 강도와 탄성율을 가진 경량의 복합 물질이므로 골프 클럽 샤프트, 낚시대등의 성형품용 원재료로써 사용되어 진다.
아직도 높은 기계적 특성을 지닌 개선된 성형품이 강하게 요구되고 있다. 상기 요구에 순응하기 위하여, 상술된 섬유보다 다른 특정 물질을 사용할 필요가 있다. 높은 벤딩 강도와 탄성율을 갖는 붕소 섬유가 상술된 형태의 수지 침투 가공재로 사용되도록 고려되어 졌다. 그러나, 붕소 섬유는 100-200㎛의 비교적 큰 직경을 갖는 단일 섬유이므로 수지 침투 가공재용 섬유로써 사용되어지기엔 적합하지가 않다. 특히, 열 경화성 수지로 포화된 붕소 섬유를 갖는 수지 침투 가공재는 축을 따라 쉽게 붕괴되어 진다.
상기 문제점에 대처하기 위하여, 수지 침투 가공재는 씨실로써 유리 섬유가, 그리고, 날실로써 붕소 섬유가 사용되도록 제안되었다. 또한 유리 섬유 직물(유리 슬림옷)의 수지 침투 가공재로 붕소 섬유 수지 침투 가공재의 적층물이 제안되었다.
또 다른 경우에 있어서는, 붕소 섬유에 수직 방향으로 위치된 유리 섬유가 개선에 기여하지 못하기 때문에 수지 침투 가공재의 단위 중량당 기계적 특성의 개선은 만족스럽지가 못하다. 더우기, 상기 수지 침투 가공재는 쉽게 생산되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선된 기계적 특성을 갖는 성형품을 형성하기에 적절한 수지 침투 가공재를 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 수지 침투 가공재의 단부에 따라 기계적 특성을 요구대로 제어할 수 있는 수지 침투 가공재 성형품을 제공하기 위함이다.
본 발명에 따르면, 열 경화성 수지로 포화된 3-16㎛의 직경을 갖는 거의 단축으로 위치된 다수의 필라멘트와 접착제로써 제공되는 열 경화성 수지로 판의 적어도 한면에 접착되고 50-300㎛의 직경을 갖는 다수의 금속 단일 섬유를 포함하는 수지 침투 가공재의 판을 포함하는 복합 물질이 제공되어지는데, 단일 섬유는 소정 간격으로 서로 떨어져 있고 필라멘트와 거의 나란히 배치된다.
본 발명에 따른 수지 침투 가공재는 금속 단일 섬유에 의해 보강되어 진다. 금속 단일 섬유가 기판을 형성하는 필라멘트와 같은 방향으로 위치되기 때문에, 복합 물질의 단위 중량당 벤딩 강도와 탄성율은 종래의 수지 침투 가공재보다 더 높게 된다.
또한, 금속 단일 섬유의 다양한 종류와, 더우기 단일 금속 섬유 사이 간격의 다양성으로 성형품의 기계적 특성은 의지에 따라 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 장점은 첨부 도면을 참조하여, 이하에서 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도면은 본 발명에 따른 복합 물질의 한 실시예를 개략적으로 나타내었다. 참고번호 1은 열 경화성 수지의 매트릭스(2)내에 분산된, 단축으로 향하는 수많은 필라멘트(3)로 구성된 수지 침투 가공재의 시이트(sheet)이다. 시이트(1)의 한면상에는 접착제로써 제공된 열 경화성 수지로 시이트에 접착되고 필라멘트(3)와 동일한 방향인 금속 단일 섬유(4)가 일정 간격을 두고 다수 나란히 제공되어 진다.
수지 침투 가공재 시이트(1)는 소정의 공지된 방법으로 제공되어 진다. 예를들면, 다수의 필라멘트로 각기 구성된 복수의 밧줄(tow) 또는 다발을 먼저 열 경화성 수지를 함유하는 용액에 담궈서 다발에 용액이 스며들게 한다. 건조후, 다발은 한쌍의 박피가능(peelable) 종이 사이에 서로 나란히 배열된다. 이것은 다발을 가압하여 한쌍의 롤러를 통해 통과시킨 다음, 이로써 박피가능 종이 사이에 끼워진 소정의 수지 침투 가공재 시이트를 얻게 된다. 대안으로, 다수의 유사한 다발이 한쌍의 열 경화성 수지막 사이에 서로 나란히 배치된다. 이것은 한쌍의 박피가능 종이 사이에 끼워진 다음 그 얇은 판이 수지막을 용해시키고 다발을 가압시키는 가열 롤러를 통해 통과하여 가압된 다발에 용해된 수지가 스며들게 됨으로써 박피 가능한 종이 사이에 끼워진 소망의 수지 침투 가공재 시이트가 얻어진다. 사용시에 박피 가능 종이의 하나 또는 둘이 제거 된다.
수지 침투 가공재 시이트(1)의 두께는 일반적으로 0.03-0.4㎜이다. 두께는 이전의 프레싱으로 나란히 배치된 섬유 다발의 간격과 직경 조절로써 조절이 가능해진다.
필라멘트의 다발은 예를들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 방향족 폴리아미드 섬유(캐블러 섬유) 및 세라믹 섬유이다. 세라믹 섬유를 좀더 분명히 하면 알루미나 섬유, 실리콘 카바이트 섬유, 실리콘 질화물 섬유 및 Si-Ti-C-O 섬유이다. 다발을 구성하는 필라멘트는 직경이 3-16㎛이고 바람직하게는 5-13㎛이다.
다발은 일반적으로 직경이 100-500㎛, 바람직하게는 200-400㎛이고, 인장 탄성율은 7000-35000㎏f/㎟ 바람직하게는 10000∼30000㎏f/㎟ 그리고 최소한 200㎏f/㎟의 인장강도를 갖는다.
소정의 열 경화성 수지는 성형품의 형성을 위하여 성형 단계시 열적으로 경화되는 동안 수지 침투 가공재 시이트의 형성을 위해 사용되어 진다. 열 경화성 수지를 적절하게 설명하면 애폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지 및 우레탄 수지이다.
수지 침투 가공재 시이트에 접착되는 금속 단일 섬유는 예를들어 강철 섬유, 티탄 섬유, 무정형의 금속 섬유 또는 붕소 섬유이다. 무엇보다도 붕소 섬유가 특히 바람직하게 사용되어 진다. 붕소 섬유는 코어 주위의 붕소층을 갖는 텅스텐 코어 또는 탄소 코어로 구성된 복합 섬유이다. 무정형의 금속 섬유는 예를들어 Co-Fe-Cr-Si-B계 또는 Co-Si-B계로 형성된다.
본 발명에 따른 복합 물질은 소정 간격을 둔 시이트(1)의 필라멘트(3)에 나란한 수지 침투 가공재 시이트(1)의 한면 또는 양면상에 금속 단일 섬유(4)를 배치하도록 제공되어지고, 필요하다면 가열로써 시이트(1)에 대향하는 섬유(4)를 프레싱함으로써 제공되어진다. 상기에 의하여, 섬유(4)는 접착제로써 제공되는 열경화성 수지(2)에 의해 시이트(1)에 접착된다. 일반적으로 박리 가능 종이인 보호막은 저장 및 전송시 블로킹을 방지하기 위하여 섬유-베어링면 상에 제공되어 진다. 상기 경우에 있어서의 프레싱 또는 가열 프레싱은 보호막이 제공된 이후에 실행되어 진다.
인접한 금속 단일 섬유(4) 사이의 간격은 복합 물질의 사용 단부에 따라 변한다. 간격이 좁을 수록 복합 물질로부터 얻어진 성형품의 기계적 강도는 더 크게 된다. 간격은 일반적으로 0.05㎜ 내지 10㎜의 범위 이내이다.
수지 침투 가공재 시이트(1)의 열 경화성 수지의 양은 금속 섬유(4)와 수지 침투 가공재 시이트(1) 사이에 충분히 접착되도록 중량당 60∼300 부분, 보다 바람직하게는 중량당 80∼200 부분이 적절히 조절되어지는데, 일반적으로 급속 단일 섬유와 필라멘트의 전체 중량당 100부가 조절된다.
이하의 실시예는 본 발명을 설명한 것이다.
[실시예 1]
12,000개의 필라멘트와 24톤/㎟의 탄성율을 갖는 50다발의 탄소 섬유(토호 라욘사 제품, HTA-7-12000)는 용제로 에폭시 수지 복합물을 사용하여 건조하였다. 이들 다발은 한쌍의 박리 가능 종이 사이에 서로 나란히 배치된다. 각기 인접한 두 다발 사이의 간격은 5.4㎜이다. 사이에 끼여진 다발은 함유량이 중량당 55%인 수지와 약 270㎜의 너비를 갖는 수지 침투 가공재 시이트를 얻도록 압축 롤러 사이의 닙(nip)을 통과한다. 박리 가능 종이의 일부가 제거되고 직경이 100㎛인 2700 붕소 섬유(AVCO사 제품)는 수지 침투 가공재 시이트의 필라멘트와 같은 방향으로 서로 나란히 배치되어 진다.
각각의 인접하는 두개의 붕소 섬유 사이의 거리는 0.1㎜이다.
박리 가능 종이는 붕소 섬유 베어링면을 덮도록 위치되고, 박판은 중량당 함유량이 34%인 수지와, 148g/㎡의 탄소 섬유 및 210g/㎡의 붕소 섬유를 갖는 복합 물질을 얻기 위하여 한쌍의 압축롤을 통과한다. 복합물질은 복합 재판의 부피에 근거한 60%의 섬유(붕소 섬유와 탄소 섬유의 총 함유량)와 3㎜의 두께를 갖는 복합 재판을 얻기 위하여 10㎏/㎠의 압력으로 130℃에서 성형되고 서로의 위에 놓여져 절단된다. 판의 벤딩 강도와 탄성율은 JIS K-7074에 대한 표 1에 도시된 결과에 따라 측정된다.
[실시예 2]
12,000개의 필라멘트와 24톤/㎠의 탄성율을 갖는 50다발의 탄소 섬유(토호 라욘사 제품, HTA-7-12000)는 에폭시 수지 복합물을 용제로 사용하여 건조하였다. 이들 다발은 한쌍의 박리 가능 종이 사이에 서로 나란히 배치된다. 각기 인접하는 두 다발 사이의 간격은 5.4㎜이다. 사이에 끼여진 다발은 중량당 함유량이 41%인 수지와 약 270㎜의 너비를 갖는 수지 침투 가공재 시이트를 얻도록 압축 롤러 사이의 닙을 통과한다. 박리 가능 종이의 일부가 제거되고 직경이 100㎛인 675붕소 섬유(AVCO사 제품)는 수지 침투 가공재 시이트의 필라멘트와 같은 방향으로 서로 나란히 위치한다. 서로 인접하는 두개의 붕소 섬유 사이의 거리는 0.4㎜이다.
박리 가능 종이는 붕소 섬유 베어링면을 덮도록 위치하고 박판은 중량당 함유량이 34%인 수지와 148g/㎡의 탄소 섬유 및 53g/㎡의 붕소 섬유를 갖는 복합 물질을 얻기 위하여 한쌍의 압축롤을 통과한다. 복합 물질은 복합 재판의 부피에 근거한 60%의 섬유와 3㎜의 두께를 갖는 복합 재판을 얻기 위하여 10㎏/㎠으 압력으로 130℃에서 성형되고 서로의 위에 놓여져 전달된다. 판의 벤딩 강도와 탄성율은 JIS K-7074에 대한 표 1에 도시된 결과에 따라 측정된다.
[실시예 3]
12,000개의 필라멘트와 24톤/㎟의 탄성율을 갖는 50다발의 탄소 섬유(토호 라온사 제품 HTA-7-12000)는 에폭시 수지 복합물을 용제로 사용하여 건조하였다. 이들 다발은 한쌍의 박리 가능 종이 사이에 서로 나란히 배치된다. 각기 인접하는 두 다발 사이의 간격은 5.4㎜이다. 사이에 끼여진 다발은 중량당 함유량이 35%인 수지와 270㎜의 너비를 갖는 수지 참투 가공재 시이트를 얻도록 압축 롤러 사이의 닙을 통과한다. 박리 가능 종이의 일부는 제거되고 100㎛의 직경을 갖는 100붕소 섬유(AVCO사 제품)는 수지 침투 가공재 시이트의 필라멘트와 같은 방향으로 서로 나란히 위치된다. 서로 인접하는 두 붕소 섬유 사이의 거리는 2.7㎜이다. 박리 가는 종이는 붕소 섬유 베어링면을 덮도록 위치되고 박판은 중량당 34%인 수지와 148g/㎡의 탄소 섬유 및 8g/㎡의 붕소 섬유를 갖는 복합 물질을 얻기 위하여 한쌍의 압축롤을 통과한다.
복합 물질은 복합 재판의 부피에 근거하여 60%인 섬유와 3㎜의 두께를 갖는 복합 재판을 얻기 위하여 10㎏/㎠의 압력으로 130℃에서 성형되고 서로의 위에 놓여져 절단된다. 판의 벤딩 강도와 탄성율은 JIS K-7074에 대한 표 1에 도시된 결과에 따라 측정된다.
[비교 실시예 1]
실시예 1에 사용된 붕소 섬유는 마찬가지로 실시예 1에 사용된 에폭시 수지를 용제로 건조하였다. 섬유는 25g/㎡의 중량과 접착 압력으로 유리 슬림 직물(cloth)의 한면상에 위치된다. 섬유는 0.1㎜의 간격으로 서로 나란히 배열된다.
그리하여 얻어진 박판은 210g/㎡의 붕소 섬유와 중량당 34%인 수지를 갖는다. 이 박판은 중량당 34%의 수지와 148g/㎡의 탄소 섬유 및 210g/㎡의 붕소 섬유를 갖는 복합 물질을 얻도록 탄소 섬유 수지 침투 가공재에 접착된다. 사용된 탄소 섬유 수지 침투 가공재는 실시예 1에서와 같은 수단으로 제공된다. 복합물질은 복합 재판의 부피에 근거하여 함유량이 60%인 섬유와 3㎜의 두께를 갖는 복합 재판을 얻도록 10㎏/㎡의 압력으로 130℃에서 성형되고 서로의 위에 놓여져 절단된다. 판의 벤딩 강도와 탄성률은 JIS K-7074에 대한 표 1에 도시된 결과에 따라 측정된다.
[비교 실시예 2]
비교 실시예 1은 각 인접한 두 붕소 섬유 사이의 거리가 0.4㎜로 증가되는 것을 제외하고는 동일한 수단으로 반복되어 진다.
유리 슬림 직물상에 붕소 섬유를 일정하게 배열하는 것은 불가능하다.
[비교 실시예 3]
코르덴(cord)직물은 씨실로 450수의 연사를 갖는 유리 섬유를 그리고, 날실로 실시예 1에 사용된 붕소 섬유를 사용하여 제공되어 진다. 각기 인접하는 두 붕소 섬유 사이의 거리는 0.4㎜인 반면 두 유리 섬유 사이의 거리는 50㎜이다. 상기 직물은 중량당 함유량이 34인 수지와 148g/㎡의 탄소 섬유 및 53g/㎡의 붕소 섬유를 갖는 복합물질을 얻도록 한 실시예 2와 동일 수단으로 얻어지는 탄소 섬유 수지 침투 가공재로 박판되어 진다. 복합 물질은 복합 재판의 부피에 근거하여 함유량이 60%인 섬유와 3㎜의 두께를 갖는 복합 재판을 얻기 위하여 10㎏/㎡의 압력으로 130℃에서 성형되고 서로의 위에 놓여져 절단된다. 판의 벤딩강도와 탄성률은 JIS K-7074에 대한 표 1에 도시된 결과에 따라 측정된다.
[비교 실시예 4]
코르덴직물은 씨실로 450수의 연사를 갖는 유리 섬유를 그리고 날실로 실시예 1에 사용된 붕소 섬유를 사용하여 제공되어 진다. 각기 인접하는 두 붕소 섬유 사이의 거리는 2.7㎜인 반면에 두 유리 섬유 사이의 거리는 50㎜이다. 상기 직물은 중량당 함유량이 34%인 수지와 148g/㎡의 탄소 섬유 및 8g/㎡의 붕소 섬유를 갖는 복합 물질을 얻도록 한 실시예 3과 동일 수단으로 얻어지는 탄소 섬유 수지 침투 가공재로 박판되어 진다. 복합 물질은 복합 재판의 부피에 근거하여 함유량이 60%인 섬유와 3㎜의 두께를 갖는 복합 재판을 얻기 위하여 10㎏/㎡의 압력으로 130℃에서 성형되고 서로의 위에 놓여져 절단된다. 판의 벤딩 강도와 탄성률은 JIS K-7074에 대한 표 1에 도시된 결과에 따라 측정된다.
[표 1]
Figure kpo00001
본 발명은 그의 정신이나 필수적 특성에 이탈함이 없이 형성된 다른 특성으로 예시되어 진다. 따라서 본 발명은 바람직한 특징의 실시예와 관련하여 기술되었지만 첨부 특허청구범위에 규정된 본 발명의 범위를 이탈하지 않고 많은 변형이 가능하다고 본다.

Claims (5)

  1. 열경화성 수지로 포화된 3-16㎛의 직경을 갖는 거의 단축으로 위치된 다수의 필라멘트와 상기 열경화성 수지를 갖는 시트의 적어도 한측에 접착된 50-300㎛의 직경을 갖는 다수의 금속 단일 섬유를 포함하고, 상기 단일 섬유가 서로 소정의 간격을 두고 위치되고 필라멘트에 거의 나란히 배치되어지는 수지침투 가공재의 시트를 구성함을 특징으로 하는 복합 물질.
  2. 제1항에 있어서, 필라멘트가 탄소 세라믹 또는 방향족 폴리아미드로 형성됨을 특징으로 하는 복합 물질.
  3. 제1항에 있어서, 열경화성 수지가 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르수지, 페놀수질 또는 우레탄수지임을 특징으로 하는 복합 물질.
  4. 제1항에 있어서 금속 단일 섬유가 강철 섬유, 티탄 섬유, 무정형의 금속 섬유 또는 붕소 섬유임을 특징으로 하는 복합 물질.
  5. 제1항에 있어서 열경화성 수지의 양이 필라멘트와 금속 단일 섬유의 전체 중량당 100부분(part)을 기준으로 할때 60-300부분이 됨을 특징으로 하는 복합 물질.
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