KR960007303B1 - 복합 성형품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

복합 성형품의 제조 방법
제 1 도는 본 발명의 한 실시양태에 따르는 방법으로 제조한 평면 성형품내의 분리층과 섬유성 보강재의 배열을 나타내는 도식적 단면도이며 ;
제 2 도 및 3도는 각각 분리층과 섬유성 보강제가 배열된 본 발명의 방법에 사용된 주형의 도식적 단면도이다.
본 발명은 복합 성형품의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, ( i ) 섬유성 보강재료를 함유하는 합성수지상(phase)으로 구성되는 표면부, ( ii ) 다수의 발포 또는 중공 입자를 함유하는 합성 수지상으로 제조되는 기포형 심부 및 (iii) 심부와 표면부 사이에 배열된 분리층으로 이루어지는 일체(integrated) 복합 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.
심부가 발포심을 갖고 표면부는 섬유-보강된 수지로써 구축된 복합 성형품은 우수한 경량특성 및 강인성을 나타내며 따라서 이들은 다양한 분야에 개선된 성형품으로 실용화 될 수 있고 이들의 제조 방법이 제안되어 왔다.
상기 구조를 갖는 성형품의 제조를 위한 공지 방법으로는 예를들어, 심부용의 발포 심을 먼저 형성하고, 보강제로서 직포를 성형품을 싸고, 싼 성형품을 주형 내에 놓고, 액체 성형수지를 주형 속에 주입하여 표면부를 형성한 다음에 얻어진 복합 성형품을 주형으로부터 꺼내는 단계들로 이루어지는 방법과, 공동(cavity)을 갖는 부재를 예비형성하고 표면부로서 미리 제공하고, 발포성 폴리우레탄을 발포제 등과 함께 공동내에 주입하여 그 안에 기포 심부를 형성하여 복합 성형품을 수득하는 단계들로 이루어지는 방법이 포함된다. 하기에, 상세한 설명이 주어진다.
( i ) 일본국 공개특허공보 제162207/1988호(유럽특허출원 제0272359호에 대응)에 열탄성 경질 포움을 예정된 형상으로 예비성형하고, 예비형성된 포움을 직포로 싸서 예비형성된 기포심을 만들고, 예비형성된 기포 심을 최종 수득 부재의 윤곽을 형성케하고 심의 특정 부분을 가열할 수 있는 내부 감금 표면(inner confining surfaces)을 갖는 주형 내에 두고, 액체, 열경화성 성형 수지를 주형 속에 주입하고, 주형을 가열하여 기포 심을 발포시켜 기포 심을 싸는 직포가 기포의 팽창력에 의해 주형의 내부 감금 표면에 대해 압축하게 만들고 수지를 경화시켜 성형품을 얻는 단계들로 이루어지는 성형품의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 종래의 방법으로써 수득할 수 없었던 경량의 강인한 복합 성형품을 제조할 수 있는 특징이 있으나, 예를 들어 (a) 예비형성되는 기포 심은 가능한 주형에 가까운 형상을 가져야 하고, (b) 기포 심의 질에 대하여, 기포 심은 적절한 범위의 열팽창 온도를 갖는 것들 중에서 선택되어야 하고, (c) 사용되는 기포심은 열경화성 수지가 그 공동 내에 투과할 수 없도록 폐쇄 기포 구조이어야 하는 여러가지 제한이 있다.
( ii ) 일본국 특허 공보(공고)제39107/1975호에 불포화 폴리에스테르수지, 그 속에 함유된 물질의 부피팽창에 의해 그 연화점 이상의 온도에서 팽창하여 발포하여 미소중공구를 형성할 수 있는 열가소성 합성수지로 구성된 마이크로 캡슐, 중합개시제 및 하나 이상의 임의적으로 첨가되는 첨가제를 포함하는 수지 조성물을 제공하고, 마이크로 캡슐이 완전히 팽창되어 미소중공구를 형성하는 온도 이상의 온도에서 수지 조성물을 가열하고 ; 미소중공구가 깨어지기 전에 조성물을 가열하여 경화시키는 단계들을 포함하는 불포화 폴리에스테르 포움의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 부피팽창의 결과로서 미소중공구를 형성할 수 있는 마이크로 캡슐을 사용하고 불포화 폴리에스테르를 경화시키면서 마이크로 캡슐을 그 속에서 발포시킨다. 수득된 성형품은 수지 전체를 통해 분산된 발포 미소중공구를 함유하며 따라서 성형품의 강도가 불충분하다.
(iii) 일본국 공개 특허 공보 제15835/88호에 열-가교 결합성 중합체와 열팽창성 미소구의 혼합물을 제공하고, 혼합물을 미소구의 팽창에 의해 발포 혼합물이 되게 가열한 다음, 주형 내에서 가교결합하는 단계들로 이루어지는 발포 중합체의 제조 방법이 개시되어 있다.
더욱 상세하게는, 이 방법은 고무, 폴리우레탄, 에폭시 수지 또는 페놀 수지등의 가교결합성 중합체와 발포성 미소구를 혼합하고, 미소구를 미리 발포시켜 예비 발포 생성물을 얻고, 예비발포 생성물을 주형 내에서 프레스 성형하여 가교결합된 성형품을 수득하는 것으로 이루어진다. 수득된 성형품은 그 속에 전체적으로 분산된 발포 미소구를 함유한다.
(iv) 일본국 공개특허 공보 제54966/73호에 열가소성 합성 수지 조성물로부터 수지의 연화점 이상의 온도에서 그 속에 함유된 물질의 부피팽창의 결과로서 미소중공구로 전환될 수 있는 마이크로 캡슐을 형성하고, 마이크로 캡슐을 열경화성 합성 수지에 가하고 성분들을 혼합하고, 성형 단계에서 마이크로 캡슐을 발포시키면서 수지를 경화시키는 단계들로 이루어지는 발포 열경화성 합성 수지의 제조 방법이 개시되어 있다.
이 방법으로 수득한 성형품은 그 속에 전체적으로 분산된 발포 미소중공입자를 함유한다.
( v ) 일본국 공개특허 공보 제58062/73호(미합중국 특허 제3,842,020호에 대응)에는 레졸 수지와 레졸 수지에 대한 촉매의 균질 혼합물을 제공하고, 혼합물을 원하는 형태를 가진 주형으로 감금하고, 수지를 경화시키는데, 이때 혼합물을 주형의 공동 내에 주입하기전에 미소구에 휘발성 액체 발포제가 포함된 열가소성 합성수지의 수많은 발포성 미소구를 혼합물내에 함침시키고, 얻어진 혼합물을 발포성 미소구가 팽창하는 온도에서 경화시키는 것으로 이루어지는 열경화성 합성 수지 레졸 포움의 제조 방법이 개시되어 있다.
이 방법으로 수득한 성형품은 상기 (iv)에 기재된 것과 마찬가지로, 그 속에 전체적으로 분산된 발포 미소구를 함유한다.
이 방법으로 수득한 성형품은 상기 (iv)에 기재된 것과 마찬가지로, 그 속에 전체적으로 분산된 발포 미소구를 함유한다.
(vi) 일본국 실용신안공보 제24521/87호에 섬유 함유 불포화 폴리에스테르 수지로 제조된 2 표면층과, 폴리올레핀계 수지 또는 그 분쇄 생성물의 수많은 발포입자를 함유하고 2 표면층 사이에 통합적으로 형성된 심층을 포함하는 섬유 보강 불포화 폴리에스테르 수지로 이루어지는 경량의 성형품이 제안되어 있다.
이 경량의 성형품을 수득하는 방법은 유리 섬유를 주형내에 놓고, 분취량의 불포화 폴리에스테르 수지의 원액으로 유리섬유를 덮어 표면층을 형성하고, 폴리올레핀 수지의 발포 입자와 또다른 분취량의 불포화 폴리에스테르 수지의 원액의 혼합물을 주형 속으로 주조하여 심층을 형성하고, 유리 섬유 함유 불포화 폴리에스테르 수지를 그 위에 덮어 또다른 표면층을 형성하고, 주형을 잠근 다음, 수지를 경화시키는 것으로 이루어진다.
앞에서 기재한 바와 같이, 이 방법은 미리 발포된 입자를 사용하므로 성형시에 표면층에 전체적으로 균일하게 압력을 적용하기가 어렵다. 따라서, 이 방법으로 균일한 품질을 갖는 성형품을 안정하게 수득하기는 쉽지 않다. 덧붙어, 발포 입자를 함유하는 불포화 폴리에스테르 수지는 위 및 아래의 표면층 사이에 심층으로서 존재하는 보오드형 성형품을 수득하기에는 적당하나, 상기 방법은 굴곡 표면을 갖는 성형 재료의 제조방법으로는 부적당하다.
상기 선형 기술들은 ( i ) 복합 성형품 수득을 위해 복잡한 단계들과 번거로운 조작을 포함하고 있어 성형품 제조 효율이 낮고 단가가 비싸지며 ; ( ii ) 얻어진 복합 성형품은 불만족스러운 강도 및 외관을 가지거나 또는 (iii) 복합 성형품의 형태 또는 크기가 제한되는 단점들을 갖기 때문에 불리하다.
따라서, 본 발명의 첫번째 목적은 비교적 간단한 조작에 의해 실질적으로 표면부와 발포 수지 미소구 또는 중공비이드 등의 기포 함유 입자를 함유하는 중앙부(심부)로 이루어지는 복합 성형품을 수득할 수 있는 복합 성형품 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 두번째 목적은 번거로운 조작 및 복잡한 조건을 수단으로 하지 않고서 실질적으로 한 단계로 상기 구조를 갖는 복합 성형품을 수득할 수 있는 복합 성형품제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 우수한 제조효율이 우수한, 특히 성형 장치 당 성형품의 수율이 높은 복합 성형품 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 중량이 가볍고 물리적 강도가 높은 구조와 우수한 외관을 갖는 복합 성형품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 물품의 형태 및 크기의 자유로운 선택이 가능한 복합 성형품의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 기타 목적 및 특징은 이후의 기술 내용으로부터 분명해질 것이다.
본 발명자들의 집중적인 연구의 결과로서, ( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부, ( ii ) 발포 수지 입자 또는 중공 비이드등의 기포-함유 입자를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 심부 및 (iii) 표면부와 심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어지는 일체 복합 성형품의 제조 방법에 의해 본 발명의 상기 목적 및 특징을 취득할 수 있음이 이제 발견되었으며, 이 방법은 하기 단계들로 이루어진다 :
(a) 탄성 재료의 발포성 입자 또는 압축 경량 입자는 거의 통과시키지 않으나 성형시에 액화되는 합성수지 또는 그 전구체는 통과시킬 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
(b) 합성 수지 또는 그 전구체를 주형내에 제공하고 ;
(c) 섬유성 보강재를 분리층과 주형 사이에 배열하고, 분리층과 함께 통합 시키거나 또는 분리 연합시키고 ;
(d) 경량 탄성 재료의 발포성 입자 및/또는 압축 입자의 응집체를 주형 내부 표면쪽에 마주한 분리층쪽에 제공하고 ;
(e) 온도를 올려 응집체의 부피 팽창을 일으킴으로써 발포성 입자를 발포시키거나 또는 압축 경량 입자에 가해진 압축을 완화시킴으로써 경량입자를 발포시키고 ;
(f) 액화 합성 수지 또는 그 전구체를 분리층을 통해 흘려보내 분리층과 주형사이 및 발포 입자를 사이에, 또는 경량 탄성 재료 입자들 사이에 퍼지게 하면서, 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부 표면 위에 분리층을 압박하고 ;
(g) 합성 수지의 형성-고화 또는 고화를 완결하여 표면부와 심부를 형성하고 ;
(h) 얻어진 복합 성형품을 꺼낸다.
상기한 본 발명의 방법의 특징은 온도 상승에 의한 발포성 입자의 발포 또는 경량 탄성 재료의 압축 입자의 압축의 경감이 주형내에서 일어나게 함으로써 입자들의 응집체의 부피 팽창을 일으키고, 부피 팽창으로 발생하는 힘을 가능한 최대로 그리고 가장 효과적으로 이용한다는 것이다.
달리 말하면, 입자 응집체의 부피 팽창에 의해 발생한 압력은 응집체를 둘러싼 분리층에 적용되어 주형의 내부 표면 위에 바깥쪽으로 누르는 힘으로서 및 또한 분리층내 적용된 압축이 경감된 경량 탄성재 입자 또는 발포입자에 가해지는 힘으로서 직접 작용하여 이들을 서로 가까워지게 함으로써 밀집 심부를 형성한다. 또한, 입자 응집체의 부피 팽창의 결과로서, 유체 상태의 합성 수지 또는 그 전구체는 분리층을 통과하여 섬유성 보강재 및/또는 입자 응집체를 충분히 관통함으로써 밀집 표면부와 기포형 심부의 형성을 실현한다.
따라서, 본 발명의 방법에 의거하여 하기 특성들을 갖는 복합 성형품을 수득할 수 있다.
( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지로 이루어지는 표면부는 성형품의 전체 표면에 걸쳐 균일하고 밀집하게 형성될 수 있다. 실제로 표면부에는 입자가 전혀 존재하지 않는다.
( ii ) 표면부 내에 발포 입자 또는 탄성재의 경량입자가 실질적으로 존재하지 않기 때문에, 형성된 표면부는 밀집 구조를 가지고 수득된 성형품은 물리적 강도가 높고 외관이 우수하다.
(iii) 입자와 합성 수지가 서로간에 틈이 없이 충전된 내부 심부가 형성된다. 심부와 표면부 사이에 분리층이 위치한다.
(iv) 밀폐 주형내에서 분리층을 통한 유체 합성 수지 또는 그 전구체의 순환으로 표면부와 심부가 형성되고 따라서 표면부와 심부는 함께 같은 합성 수지의 상호 연락에 의해 서로 단단히 통합된 구조를 형성한다.
본 발명에 따르는 복합 성형품의 제조 방법은 사용되는 합성수지가 열경화성 수지이거나 열가소성 수지이거나 상관없이, 그리고 심부내의 발포 수지입자, 중공비이드 또는 발포 미소중공구등의 기포 함유 입자가 발포입자형이거나 압축이 경감되는 경량 탄성재의 입자형이거나 상관없이 사용될 수 있다.
본 발명의 성형방법에는 상기 수지의 유형과 공기 함유 입자의 유형을 선택 및 조합하는데 따라서 하기 성형법 A, B 및 C가 포함된다.
성형법 A :
( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부,
( ii ) 기포 함유 입자를 함유하는 합성수지상을 포함하는 심부 및
(iii) 표면부와 심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어진 일체 복합 성형품의 제조 방법으로서 하기 단계들로 이루어진다 :
(a) 발포성 입자는 실질적으로 통과하지 않으면서 성형시에 액화되는 열경화성 수지 또는 그 전구체는 통과할 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
(b) 열경화성 수지 또는 그 전구체를 주형내에 제공하고 ;
(c) 섬유성 보강재를 분리층과 주형사이에 배치하고, 분리층과 통합시키거나 또는 분리 연합시키고 ;
(d) 주형의 내부표면쪽과 마주한 분리층쪽에 발포성 입자의 응집체를 제공하고 ;
(e) 온도를 올려 응집체의 부피 팽창을 일으켜 발포성 입자를 발포시키고 ;
(f) 열경화성 수지 또는 그 전구체를 분리층을 통해 흘려 보내 분리층과 주형사이, 및 발포입자를 사이에 퍼지게 하면서, 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부표면 위로 분리층을 누르고 ;
(g) 열경화성 수지 또는 그 전구체를 경화시켜 고화를 완료하여 표면부와 심부를 형성하고 ;
(h) 얻어진 복합 성형품을 꺼낸다.
성형법 B :
( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부, ( ii ) 기포함유 입자를 함유하는 합성수지상을 포함하는 중앙부 및 (iii) 표면부와 심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어지는 일체 복합 성형품의 제조 방법으로 하기 단계들로 이루어진다 :
(a) 탄성재의 압축경량 입자는 실질적으로 통과하지 않으면서 성형시에 액화하는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지는 통과할 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
(b) 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 주형 내에 제공하고 ;
(c) 섬유성 보강재를 분리층과 주형사이에 배치하고, 분리층과 통합시키거나 또는 분리 연합시키고 ;
(d) 주형의 내부표면쪽과 마주한 분리층 쪽에 경량탄성재의 압축 입자의 응집체를 제공하고 ;
(e) 압축 경량 입자에 가해진 압축을 경감시켜 응집체의 부피 팽창을 일으켜 경량 입자를 발포시키고 ;
(f) 액화된 수지를 분리층을 통해 흘려 보내 분리층과 주형 사이, 및 경량 탄성재 입자들 사이에 퍼지게 하면서, 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부표면 위로 분리층을 누르고 ;
(g) 열경화성 수지 또는 그 전구체를 경화시켜 고화를 완료하여 표면부와 심부를 형성하고 ;
(h) 얻어진 복합 성형품을 꺼낸다.
성형법 C :
( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부, ( ii ) 기포 함유 입자를 함유하는 합성수지상을 포함하는 중앙부, 및 (iii) 표면부와 심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어진 일체 복합 성형품의 제조 방법으로서 하기 단계들로 이루어진다 :
(a) 발포성 입자는 실질적으로 통과하지 않으면서 성형시에 응용되는 열가소성 수지는 통과할 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
(b) 열가소성 수지를 주형내에 제공하고 ;
(c) 섬유성 보강재를 분리층과 주형 사이에 배치하고, 분리층과 통합시키거나 또는 분리 연합시키고 ;
(d) 주형의 내부표면쪽과 마주한 분리층 쪽에 발포성 입자의 응집체를 제공하고 ;
(e) 온도를 올려 응집체의 부피 팽창을 일으켜 발포성 입자를 발포시키고 ;
(f) 열가소성 수지를 분리층을 통해 흘려 보내 분리층과 주형 사이, 및 발포 입자들 사이에 퍼지게 하면서, 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부 표면 위로 분리층을 누르고 ;
(g) 열경화성 수지를 경화시켜 고화를 완료하여 표면부와 심부를 형성하고 ;
(h) 얻어진 복합 성형품을 꺼낸다.
이제, 본 발명의 성형법을 하기에 더욱 상세히 설명한다.
실질적으로 밀폐된 주형 내에서 본 발명의 성형법을 한 단계로 실제로 수행한다. 이 경우에, 성형시에 실질적으로 밀폐될 수 있고 성형 압력 및 온도를 견딜 수 있는한 모든 유형의 주형을 사용할 수 있다. 일반적으로 RTM법(Resin Transfer Molding method) 및 RIM 법(Reacion Injection Molding method)등의 통상적 성형법에 사용되는 유형의 주형을 본 발명의 방법에 사용할 수 있다. 금형, 목형 또는 수지 주형 중 어느 것이라도 사용할 수 있다.
앞에서 기술한 바와 같이, 발포성 입자의 부피 팽창 또는 경량 탄성재 입자에 가해진 압축의 경감으로서 입자 응집체의 부피 팽창을 일으키고 분리를 사용에 의해 팽창력을 가능한 최대로 및 가장 효과적으로 사용하는 것에 의해 본 발명의 성형법의 장점이 얻어진다.
즉, 본 발명의 목적을 성취함에 있어서 분리층의 사용은 불가결하다.
따라서, 본 발명에 사용되는 분리층은 발포성 입자나 경량 탄성재의 압축 입자는 실질적으로 통과시키지 않으나 합성 수지 또는 그 전구체는 통과시킬 수 있는 것이어야 한다.
불리층의 또다른 바람직한 성능은 입자 응집체의 부피 팽창의 결과로서 발생하는 압력을 견딜 수 있는 점이다. 부피 팽창의 결과로서 분리층이 파손되거나 그 속에 구멍이 생기고 발포입자 또는 경량 탄성재의 입자가 분리층을 통과하는 경우, 목적하는 복합 성형품을 수득하기가 어렵다.
상기 성능을 취득하기 위하여, 분리층의 구멍의 직경 또는 메쉬사이즈는 발포성 입자 또는 압축 상태의 경량 탄성재 입자의 크기 및 형태에 따라서 선택해야 한다.
발포성 입자 또는 경량 탄성재의 압축 입자가 통과할 수 있는 분리층을 사용하는 경우, 성형품의 표면부는 기포 함유 입자를 함유하게 되고 그 결과, 얻어진 복합 성형품은 만족할 만한 강도를 나타내지 않거나 외관이 나쁘고 따라서 상업적 가치가 낮다.
분리층 제조 물질의 특정예로는 직포, 편직물, 부직포, 웨브(webs), 종이, 금속망 및 다공성 필름이 포함된다. 이들 중에서, 직포, 편직물, 부직포 및 웨브가 바람직하다. 이들 용의 재료로는 합성 섬유, 천연 섬유, 금속 섬유 또는 기타 무기 섬유 중 어느 것이라도 가능하다.
분리층의 구조는 발포성 입자나 탄성재의 압축 입자가 전혀 통과할 수 없는 것이 바람직하다. 즉, 성형에 사용되는 주형의 구조와 목적하는 복합 성형품의 구조 및 형태에 따라서 분리층의 구조가 결정된다. 일반적으로, 분리층은 자루형 또는 평면형 구조이다. 자루형 구조가 특히 바람직하다. 분리층 전체가 자루형 또는 평면형 구조이지 않아도 된다. 대신에, 얻어진 구조가 발포성 입자나 경량 탄성재의 압축 입자를 실질적으로 통과시키지 않는다면 그리고 본 발명의 목적이 손상되지 않는다면, 구조의 일부를 필름 및 막과 같은 다른 재료로서 구성할 수 있다.
본 발명의 성형법에서, 분리층은 표면부를 형성하는 섬유성 보강재와 통합된 구조재일 수 있다. 이러한 통합된 구조재의 사용은 본 발명의 바람직한 실시양태이다. 통합 구조재의 대표적인 예는 적어도 그 표면부에 분리층의 기능을 갖는 섬유성 보강재이다.
섬유성 보강재에 관한 더 상세한 설명은 이후에 행해질 것이나, 이 유형의 보강재를 예컨대, 직포, 편직물, 부직포 또는 웨브 중에서 선택하는 경우, 보강재 자체가 분리층의 기능을 가지며 따라서 그 내부표면부(즉, 발포성 입자 또는 경량 탄성재의 압축 입자가 접촉하는 표면)에 발포성 입자 또는 경량 탄성재의 압축입자를 통과시키지 않는다면 분리층으로서 또한 사용될 수 있다. 이러한 2기능 섬유성 보강재를 사용하는 경우, 분리층을 따로 제공하는 것이 항상 필요하지는 않다. 그러나, 분리층과 섬유성 보강재는 서로 연합되어 분리적으로 또는 서로 위에 적층되어 통합적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 복합 성형품의 표면부를 형성하는 섬유성 보강재로서, 섬유 보강된 플라스틱에 일반적으로 사용되는 섬유성 보강재를 사용할 수 있다. 이러한 보강재의 바람직한 예로는 유리 섬유, 탄소 섬유, 실리콘 카아바이드 섬유, 금속 섬유, 아라미드 섬유, 폴리알릴레이트 섬유, 고강도 폴리올레핀 섬유 및 이들 중 두가지 이상의 혼합물이 포함된다. 이들 섬유외에, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 비스코스 섬유, 천연 섬유, 또는 석면을 사용할 수 있다. 섬유들은 단섬유 또는 장섬유, 또는 휘스커일 수 있다.
일반적으로 섬유 구조를 갖는 재료로서의 섬유성 보강 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 보강재는 직포(평직물, 코오드직, 능직물 등), 편직물, 부직포, UD 필라멘트(1방향 배향 필라멘트) 또는 웨브인 것이 유리하다.
표면부 내의 보강재료로서 그 전체를 사용하는 것이 부적당 하지만, 단섬유 또는 휘스커(예컨대, 실리콘 카아바이드 휘스커, 탄소 휘스커, 실리콘 니트라이드 휘스커 등)를 웨브 또는 부직포의 일부분의 형태로 사용할 수 있다.
본 발명의 복합 성형품에서, 성형 동안에 발포성 입자를 발포시키거나 경량 탄성재의 입자에 적용된 압축을 경감함으로써 심부 내에 함유된 기포 함유 입자를 형성한다. 입자에 대해서 이후에 더욱 상세히 기술한다.
상기 발포성 입자로서, 성형시에 가열에 의해 부피 팽창할 수 있고 팽창 후에 입자 내에 포함된 기포를 실질적으로 보유할 수 있는 입자들이 사용된다. 부피증가가 적어도 10%, 및 바람직하게는 적어도 약 20%에 달하는 것들을 발포성 입자로서 사용한다. 현재 입수 가능한 발포성 입자는 보통 원래 부피의 약 20%∼약 70배로 부피 팽창한다. 이 경우에, 부피 팽창의 배율은 예정된 성형 온도 및 대기압에서 발포성 입자들을 발포시키는 때에 측정된 부피 팽창 배율이며, 실제로 성형으로 수득한 복합 성형품의 부피 팽창 비율을 항상 가리키지는 않는다.
발포성 입자는 바람직하게는 약 1㎛∼약 5mm, 더욱 바람직하게는 약 10㎛m∼약 1mm 범위내의 평균 입자 크기를 갖는다. 상기 발포성 입자를 구성하는 중합체는 성형시에 가열되면 부피 팽창을 거치며 따라서 그 속에 기포를 실질적으로 포함하고 덧붙여 성형시에 가열 온도에서 유동하지 않는다.
일반적으로 바람직한 발포성 입자는 폴리비닐리덴 클로라이드 공중합체, 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 공중합체, 폴리올레핀, 폴리페닐렌 옥사이드 공중합체, 또는 폴리페닐렌 옥사이드와 폴리스티렌의 혼합물로부터 형성되고 그 속에 발포제를 함유한다. 특히, 가열되면 증기화되어 발포 미소중공구를 형성할 수 있는 저비점 탄화수소를 함유하는 폴리비닐리덴 클로라이드를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 입자는 상품명 EXPANCEL(노벨인더스트리 제품), MATSUMOTO MICROSPHERE(마쓰모또 유시 세이야구 Co., Ltd. 제품), ESLENE BEAD(세끼스이 가세힝 Co., Ltd. 제품)등으로서 시판되는 것을 그대로 사용할 수 있다.
다른 한편으로, 적당한 경량 탄성재 입자는 미압축 상태(대기압)에서 평균 입자 크기가 약 50㎛∼약 10mm, 바람직하게는 약 500㎛∼ 약 5mm인 것들이다. 경량 탄성재 입자로서, 원래 부피를 기준으로 약 10%∼약 100%, 바람직하게는 약 20%∼약 60%의 수준까지 부피를 회복하는 입자들을 사용할 수 있다.
경량 탄성재의 입자를 구성하는 중합체의 바람직한 예로는 폴리올레핀, 폴리우레탄, 및 천연 또는 합성 섬유이다. 이러한 경량 탄성재 입자는 상품명 POLYPROPYLENE BEAD(예 : PB-MG15P, JSP Co. 제품)으로 시판되며 그대로 사용할 수 있다.
상기한 발포성 입자의 응집체 및 경량 탄성재 입자의 응집체는 가열 또는 압축 경감에 의해 실질적으로 부피 팽창을 거치지 않는 비발포성 발포 또는 팽창 입자와의 혼합물로서 사용할 수 있다. 비팽창성 입자들은 물질 내에서 분리층을 통과하지 않는 것들이어야 한다. 비발포성 입자들을 상기 입자들의 응집체와 혼합하여 사용하면 성형 조작이 용이 해지고 강인도와 견고성이 더욱 우수한 복합 성형품이 수득된다.
상기 비발포성 입자들은 무기 미소중공구와 같은 무기 발포중공입자 또는 유기 발포입자일 수 있다. 일반적으로, 무기 발포입자가 바람직하다. 비발포성 무기 발포 입자의 특정예로는 유리 중공구, 실리카 중공구, 및 쉬라스 중공구(volcanic white sand balloons)가 포함된다. 이들의 평균 입자 크기는 바람직하게는 약 1㎛∼약 1mm, 더욱 바람직하게는 약 5㎛∼약 0.5mm이다. 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자에 비발포성 발포입자의 혼합비는 바람직하게는 10 : 1∼1 : 5, 더욱 바람직하게는 9 : 1∼1 : 3(중량기준)이다.
본 발명의 복합 성형품의 제조에서 표면부와 심부에 사용될 수 있는 합성 수지는 열경화성 수지와 열가소성 수지로 대강 분류할 수 있다. 그들의 전구체를 포함하여 이들 수지는 성형시에 각각 액화되거나 유동성을 나타내는 한 성형수지로서 일반적으로 사용되는 것이다. 열경화성 수지 또는 그 전구체는 중합반응 및/ 또는 가교결합 반응에 의해 성형의 결과로서 경화되어 고체 수지를 제공하는 것이다. 일반적으로, 실온에서 액체인 것이 유리하다. "전구체" 용어는 단량체 또는 초기 중합체를 의미한다. 열경화성 수지의 특정예로는 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리비닐에스테르 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리아미드 수지가 포함된다. 이들중에서, 바람직한 것은 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 및 폴리비닐에스테르 수지이다. 바람직하다면, 디시클로펜타디엔과 같은 경화성 폴리시클로올레핀을 또한 사용할 수 있다.
보통, 열경화성 수지는 수지 또는 그 전구체를 경화제 및/또는 촉진제와 혼합하여 사용된다. 본 발명에서, 이들을 조합하여 사용할 수 있으며 이는 더욱 유리하다.
다른 한편, 성형에 보통 사용되는 통상적인 열가소성 수지는 성형 온도에서 응용 및 유동하는 한 사용될 수 있다. 약 70℃∼약 230℃ 범위, 및 바람직하게는 약 80℃∼약 200℃ 범위의 온도에서 유동성을 나타내는 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
열가소성 수지의 특정예로는 폴리올레핀(예컨대, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌), 폴리스티렌, 결정성액체 폴리알릴레이트 수지, 페녹시 수지, 폴리비닐클로라이드, 나일론 및 폴리옥시알킬렌이 포함된다. 이들중에서, 폴리스티렌, 결정질 액체-폴리알릴레이트 수지 및 페녹시 수지가 바람직하다. 바람직하다면, 열가소성 수지로 전환될 수 있는 초기 중합체를 또한 사용할 수 있다.
본 발명의 성형법을 실시함에 있어서 먼저 섬유성 보강재를 주형의 내부 표면을 따라서 배열하고 그 안쪽에 분리층을 제공한다. 분리층과 섬유성 보강재를 서로 통합할때, 및 전형적으로 분리층의 기능을 동시에 갖는 섬유성 보강재를 사용하는 경우, 분리층의 기능을 갖는 표면을 안쪽으로 배향시키면서 주형의 내부표면 전체에 걸쳐 통합재료를 배치한다.
분리층과 섬유성 보강재를 배열하는 방법은 목적하는 복합 성형품의 형태, 크기, 물리적 특성 및 유용성에 따른다.
앞에서 기재한 바와같이, 본 발명의 성형법은 성형 단계 동안 발포성 입자 또는 경량 탄성재의 압축 입자의 응집체의 부피 팽창을 효과적으로 이용하여 따라서 섬유성 보강재와 분리층은 입자 응집체가 그 부피 팽창이 일러날 때 내부 표면 전체에 걸쳐 분리층을 누를 수 있도록 배치되어야 한다.
말할 나위도 없이, 기포 함유 입자가 복합 성형품의 표면부를 오염시키지 않도록 분리층은 주형의 형태에 따라서 배치되어야 한다. 분리층의 발포성 입자 또는 경량 탄성재의 압축 입자를 통과시키지 않는 특성을 실질적으로 갖더라도, 주형내의 분리층의 불완전한 배열은 그 주변부로부터 표면부의 입자의 이동 또는 전달을 야기할 수 있다. 이것은 바람직하지 않고 방지되어야만 한다.
예를들어, 막대형 또는 원통형 성형품을 제조하는 것이 요망될, 원하는 성형품 형태에 대응하여 주형의 내부 표면에 분리층과 섬유성 보강재를 자루형 구조(중공 실린더)의 형태로 배치하는 것으로 충분하다. 첨부한 제2 및 3도는 이 배치 유형을 도식적으로 예시한다. 한편, 평면형 성형품을 제조하고자 한다면, 분리층과 섬유성 보강재를 주형의 전표면에 걸쳐 배치하는 것으로 충분하다. 이 경우에, 분리층은 자루형 구조가 될 수 있다. 제 1 도는 평면형 성형품을 제조하는 경우에 주형내의 분리층과 섬유성 보강재의 배치예를 보여준다.
정면 및 후면을 갖는 평면형 성형품 또는 평평한 성형품을 제조하는 경우, 분리층은 주형의 내부표면의 한면에만 배치될 수 있다. 이 경우, 다른 면은 분리층이 제공되지 않아도 되며, 분리층은 주형의 내부표면의 한면에만 배치될 수 있다. 이 경우, 다른 면은 분리층이 제공되지 않아도 되며, 분리층 대신에 액체 성형수지도 통과하지 않는 필름과 같은 재료를 가질 수 있거나 또는 분리층을 가질 수 있고, 용도에 따라서 적절히 선택할 수 있으며 예를 들어 자동차용 발등기의 제조를 원하는 경우, 정면을 피복하고 데칼코마니 패턴을 부착하는 조작을, 정면쪽에 프린트된 필름을 배치하고 후면에 직포 또는 유리 섬유의 분리층을 사용함으로써 단순화할 수 있다.
앞에서 기술한 바와같이, 분리층과 섬유성 보강재를 주형내에 배치한 후, 주형의 내부 표면 쪽과 마주한 쪽의 분리층에 발포성 입자 및 경량 탄성재 입자를 제공하며, 또는 자루형 구조를 분리층으로서 사용하는 경우, 자루형 구조의 내부에 제공한다. 특히, 자루형 구조를 분리층으로 사용하는 경우, 주형 바깥에 앞서 자루형 구조의 내부에 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자를 도입할 수 있다.
상기한 바와같이 발포성 입자의 응집체는 작은 입자의 덩어리이며 자체내의 습기를 가지므로 주형을 닫은 후 파이프를 통해 주형속에 주입함으로써 공급할 수 있다. 그러나, 안정된 조작으로써 가느다란 상호 연락 파이프를 통해 주형속에 입자 응집체를 공급할때에는 주의를 기울여야 한다. 보통, 주형 폐쇄 이전에 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자를 주형 속에 도입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 복합 성형품에서, 합성 수지, 즉 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 또는 그들의 전구체(이후부터 때때로 "합성 수지 성분"으로서 일반적으로 지칭함)를 구성하는 성분은 다양한 방법에 의해 주형내에 배열 또는 공급될 수 있다.
간략히 서술하면, 이들은 하기의 군으로 분류할 수 있다.
(1) 합성 수지 성분을 분리층 또는 섬유성 봉가재와 함께 혼합하거나 그것에 함침시키는 방법.
(2) 합성수지 성분을 발포성 입자 또는 경량 탄성입자의 응집체와 혼합하거나 그것에 함침시키는 방법.
(3) 합성수지 성분을 주형을 폐쇄한 후 주형에 붓는 방법.
(1)∼(3) 방법은 단독으로 또는 둘 이상을 필요한 대로 임의로 조합하여 사용할 수 있다.
(1)∼(3) 방법중 어느 것을 채택할 것인가는 합성수지의 유형에 따라서, 특히 열가소성 수지 또는 열경화성 수지인가에 따라서 결정한다.
열경화성 수지 또는 그 전구체가 실온에서 액체인 경우, (1), (2), (3) 방법 및 이들의 조합을 채택할 수 있다. 그러나, (2) 및 (3) 방법이 유리하다. (1) 방법에서, 액체인 열경화성 수지 또는 그 전구체를 분리층과 섬유성 보강재, 주로 섬유성 보강재 내에 먼저 함침시킨 다음, 함침된 층 및 재료를 주형내에 배치시키고, 다음에 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자를 주형 내에 배치한 후, 주형을 닫고 온도를 올린다. 이 경우에, 발포성 입자의 발포 또는 경량 탄성재의 압축 입자의 압축 경감의 결과로서 열경화성 수지 또는 그 전구체의 일부는 섬유성 보강재로부터 분리층을 통해 그것이 함침되어지는 입자 응집체로 이동하여 합성수지 성분을 주형 전체에 퍼진다.
반면, 열경화성 수지 또는 그 전구체가 실온에서 고체이나 예정된 성형온도에서 유체로 되는 경우에는 (1), (2) 방법 또는 이들의 조합을 채택할 수 있다. 채택하는 방법의 자세한 예는 열경화성 수지 또는 그 전구체의 고체분말을 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자와 미리 혼합하고, 얻어진 혼합물을 성형 이전에 예정된 위치에 배치하는 방법이다. 이 방법에서, 주형을 가열하여 수지 성분을 유체로 만들고, 입자 응집체가 부피 팽창을 함에 따라서 심부가 형성되고 동시에 입자의 일부는 분리층을 통해 표면부에 대한 섬유 보강재로 유동한다.
이 방법의 또 다른 개선에 따르면, 매트릭스로서의 상기 수지 성분과 매트릭스 내에 분산된 발포성 입자로 구성되는 고체 일체 중간 생성물을 주형 밖에서 먼저 제조하고, 이 중간 생성물을 발포성 입자와 수지의 혼합물로서 사용한다. 일체 고체 혼합물을 주형 내의 예정된 위치에 배치한 후, 주형을 폐쇄 및 가열하여 고체 혼합물 내의 매트릭스 수지 성분을 유체로 만들고, 발포성 입자의 발포와 동시에 심부가 형성된다. 수지 성분의 일부는 분리층을 통과하고 섬유성 보강재 속으로 유동하여 표면부를 형성한다.
이 개선된 방법은 발포성 입자 뿐 아니라 경량 탄성재 입자도 유사하게 사용함으로써 실시할 수 있다. 더욱 상세하게는, 매트릭스로서의 상기 수지 성분과 매트릭스 내에 분산된 경량 탄성재의 압축 입자로 구성되는 고체 일체 중간 생성물을 주형 밖에서 먼저 제조하고, 이 중간 생성물을 경량 탄성제 입자와 수지의 혼합물로서 사용한다. 일체 고체 혼합물을 주형 내의 예정된 위치에 배치한 후, 주형을 폐쇄 및 가열하고 고체 혼합물 내의 매트릭스 수지 성분을 유체로 만들어 경량 탄성재 입자에 적용된 압축을 완화시킴으로써 부피팽창을 일으킨다. 심부가 형성됨에 따라, 수지성분의 일부가 분리층을 통과하고 섬유성 보강재 내로 유동하여 표면부를 형성한다.
합성수지 성분이 열가소성 수지인 경우, (1) 또는 (2) 방법, 특히 바람직하게는 (2) 방법을 채택할 수 있다. 더욱 상세하게는, (2) 방법은 실온에서 고체이고 성형온도에서 유체화될 수 있는 열경화성 수지 또는 그 전구체를 합성수지 성분으로서 사용하는 상기 방법과 기본적으로 같다. 즉, 이들 방법 중 하나는 열가소성 수지(성형온도에서 유체화될 수 있는)의 고체분말을 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자와 미리 혼합하고, 얻어진 혼합물을 주형 내의 예정된 위치에 배치하는 것이며, 또 다른 개선된 방법은 일체 고체 중간 생성물을 주형 밖에서 미리 제조하고 이 중간 생성물은 매트릭스로서 열가소성 수지 성분과 매트릭스 내에 분산된 발포성 입자를 함유하고, 이 중간 생성물을 이용한다. 또 다른 개선된 방법은 일체 고체 중간 생성물을 주형 밖에서 미리 제조하고 이 중간 생성물은 매트릭스로서의 열가소성 수지 성분과 매트릭스 내에 분산된 경량 탄성재의 압축 입자를 함유하고, 이 중간 생성물을 이용하는 것이다.
주형 내에 장입되는 분리층, 섬유성 보강재, 합성수지 성분, 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자의 양 및 비율은 목적하는 복합 성형품의 특성 및 용도에 따라서 광범위하게 변화될 수 있다. 그러나, 주형 내 각 성분의 양은 성형시에 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자의 응집체의 부피 팽창 후에 공동이 존재하지 않을 필요가 있다.
특히, 본 발명의 복합 성형품이 하기 조성 a)∼e) 중 하나를 갖도록 분리층, 섬유성 보강재, 합성수지성분, 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자 및 기타 첨가재를 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
a) 심부가 복합 성형품 내에 존재하는 실질부에 있어서, 심부는 약 30∼약 95부피% 및 바람직하게는 약 40∼약 90부피 %를 차지한다.
b) 심부의 비중이 약 0.05∼약 0.8g/ml, 바람직하게는 약 0.1∼0.6g/ml이다.
c) 심부 내에서 합성 수지의 비율은 약 15∼70부피%, 바람직하게는 약 20∼약 50부피% 이다.
d) 표면부 내에서, 섬유성 보강재와 분리층의 전체량은 약 30∼80부피%, 바람직하게는 약 30∼60부피%를 차지한다.
e) 표면부 내에는, 발포입자나 경량 탄성재 입자가 실질적으로 존재하지 않는다.
본 발명의 성형법에 있어서, 앞에서 기술한 바와같이, 각 성분을 주형 내에 장입하고 주형을 밖으로부터 가열하고, 또는 경화시에 열을 발생하는 열경호성 수지를 사용하는 경우, 경화시의 열발생에 의해 주형의 온도를 올리거나 또는 양자에 의해 먼저 발포성 입자를 발포시키거나 경량 탄성재 입자에 적용된 압축을 경감시켜 입자 응집체의 부피 팽창을 일으킨다. 합성수지 매트릭스와 매트릭스 내에 분산된 입자로 이루어진 일체 중간 생성물의 경우, 매트릭스 성분을 유체로 만들어 입자 응집체의 부피 팽창을 일으킨다.
이 경우에, 입자 응집체의 부피 팽창이 일어나는 동안, 적어도 합성수지 성분은 그 유동성을 유지해야 한다. 즉, 입자 응집체의 부피 팽창의 결과로서, 분리층은 주형의 내부표면을 향해 한 방향으로 압박되고 동시에 분리층을 통해 안(심부)으로부터 밖(주형의 내부표면)으로의 또는 밖으로부터 안으로의 합성수지 성분의 유동이 일어난다.
그 결과, 밀집 표면부가 형성되고 발포성 입자 또는 경량 탄성재 입자 및 합성수지로 이루어지는 심부가 역시 형성되고, 표면부와 심부는 같은 합성수지에 의해 분리층을 통해 상호연락하여 단단히 통합된 복합 성형품을 수득한다.
다른 한편, 성형시에 과량의 합성수지 성분이 주형내의 푸울에 축적되거나 또는 구멍을 통해 꺼내어진 다음, 합성수지를 경화 또는 냉각시켜 이를 고화시킨다. 다음에 주형을 개방하고 그리하여 형성된 복합성형품을 통상적 기법으로 주형 밖으로 꺼낸 후, 필요하다면 표면처리하여 최종 제품을 수득한다. 그렇게 해서 수득한 복합 성형품을 오븐 내에서 후 경화시킬 수 있다.
본 발명의 방법에서, 심은 쇼트컷(short cut) 섬유 또는 휘스커 등의 보강용 단섬유, 예비 형성된 경량재, 예컨대 예비 형성된 포움 또는 기타 첨가재를 함유할 수 있다.
이상에서 기술한 바와같이, 본 발명은 중량이 가볍고 강인성이 높은 복합 성형품을 실질적으로 한 단계로 제공할 수 있다.
본 발명에 따라서, 경량의 강인한 복합 삽입 심(sandwiched core) 성형품을 우수한 수율 및 저단가로 제조할 수 있다. 이렇게 수득한 복합 성형품은 광범위한 용도에, 예를 들면 카누우 패들, 돛대, 수직키, 윈드서핑 보오드의 핀(skegs), 인력 수중익선(고속정). 스카이 보오드 및 수틱, 하키 스틱, 야구용 배트, 스포크리스 휠(sporkless wheels), 자전거 골격 및 스케이팅 보오드 등의 스포츠 용품 분야, 자동차(승용차, 버스 및 트럭)의 제동판, 드라이브 샤프트, 내장 및 외장, 수송기관의 도어 및 구조재 등의 차량분야, 열 교환기의 상단판, 에어콘디셔너용 콤프레서 날, 교반기의 날, 전기 절연재 지지비임 및 부속품 등의 공업기계 및 장치 분야, 휠체어(hand rims, side panels), X선 투사용 테이블, 외수 및 의족 등의 의료기기 분야 및, 프로펠터, 벤치, 가구, 조절면, 2차 구조재, 인공 중계방송용 안테나의 반사경을 포함하여 기타 다양한 용도에 효과적으로 사용할 수 있다.
이하에, 실시예를 참고로 하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 실시예에서 "부"는 중량부를 의미한다.
[실시예 1]
이는 본 발명의 방법에 따르는 복합 삽입심판(plate) 성형품의 제조예이다.
길이 160mm, 나비 60mm 및 두께 3mm의 판을 제조하기 위한 투명 아크릴 수지로 제조된 주형(상부의 구멍과 액체 주입용 입구를 가짐)을 구비한다. 다음에, 각각 크기가 길이 160mm 및 나비 60mm가 되게 절단되고 눈이 촘촘한 2조의 2 유리섬유 직포(WE-181-100BV, Nittobo제)를 주형의 각 내부 표면에 제공 및 배치한다. 양 표면을 같이 놓고 주형을 잠근 후, 평균 입자 크기가 10∼20mm이고 그 속에 가열시 팽창하여 미소 중공구를 형성하는 저비점 탄화수소를 함유하는 염화 비닐리덴 공중합체의 미소구(MATSUMOTO MICROSPHERE F-30D, 마쓰모또 유시 세이야꾸 Co.제)와 에폭시 수지(유까 쉘 에폭시 Co.제품인 EPIKOTE 828/EPOMATE YLH006의 100/31 혼합물)를 20/20중량 비율로 포함하는 슬러리를 시린지를 사용하여 주형 바닥으로부터 50mm 높이까지 주형의 하부에 있는 입구를 통해 2조의 유리 섬유 직포 사이의 공간 속에 가압하에 주입한다. 이 경우, 상부에 있는 구멍은 개방해 둔다.
90℃에 유지되는 열수옥에 전체 주형을 침지하면, 침지 약 13분 후에 슬러리의 부피 팽창이 시작되고 침지 20분 후에는 소량의 슬러리가 구멍 밖으로 분출되는데, 이는 팽창 완료를 가리킨다.
50분 후, 주형을 욕으로부터 꺼내고 물로 식힌 후, 경화된 성형품을 제거한다.
성형품은 에폭시 수지의 얇은 표피로서 형성되고, 유리섬유 직포는 내부층 안에서 기포심에 대해 압박된 상태로 표피 바로 아래에 표피를 따라서 발견된다. 즉, 제 1 도에 나타낸 복합삽입 심을 갖는 성형품이 수득됨을 확인한다. 생성물은 비밀도(specific density) 0.80, 굴곡강도 11.7kg/mm2및 굴곡 모듈러스가 1335kg/mm2이다.
제 1 도에서, 부호 a는 혼합 슬러리의 고화에 의해 형성된 발포 수지의 층(발포심)을 표시하고, 부호 b는 각각 2 유리섬유 직포로 구성되는 분리층 b1과 섬유성 보강재 b2의 한조이며, 부호 c는 표면부를 구성하는 경화수지층이다.
별도로, MATSUMOTO MICROSPHERE F-30D 자체를 단독으로 가열하여 발포시키고 물에 현탁시킨다. 현탁액을 유리직포를 사용하여 여과한다. 입자의 거의 전부가 필터재료 위에 남는다.
[실시예 2]
실시예 1에서 사용된 것과 같은 주형을 사용하여, 각각 160mm 및 나비 60mm의 크기로 절단된 2조의 2 유리섬유 직포(WE-181-100BV, Nittobo Co.제)를 제공하고 각 조를 에폭시 수지(각각 Yuka Shell Epoxy Co 제품인 EPIKOTE 828/EPOMATE YLH006의 100/30중량 혼합물)에 미리 침지하여 수지를 그속에 충분히 함침시킨 다음에 주형의 양 표면에 부착시킨다. 그 다음, 실시예 1에 사용된 미소 중공구(MATSUMOTO MICROSPHERE F-30D), 무기 미소 중공구(SILICA BALLON Q-CEL, 아사히 글래스 Co.제) 및 상기 조성을 갖는 에폭시 수지를 중량비 14 : 17 : 69로 포함하는 패이스트형 조성물을 스푼으로 침지시키고, 주형의 한 면에 봉입한다. 주형의 양면을 함께 놓고 주형을 잠그고 세운다. 다음에, 패이스트형 조성물은 아래로 흘러 바닥으로부터 65mm 높이까지 주형을 채운다.
주형의 윗 구멍을 개방한 후, 전체 주형을 90℃에 유지되는 열수욕에 침지시킨다. 약 18분 후, 부피 팽창이 시작되고 약 25분 후에는 소량의 액체수지가 구멍으로부터 분출되는데, 이는 팽창 완료를 나타낸다. 50분 후, 주형을 욕으로부터 꺼내고 물로 식히고 주형으로부터 제거하여 목적하는 성형품을 수득한다. 생성물은 비밀도 0.72, 굴곡 강도가 10.1kg/mm2및 굴곡 모듈러스 1387kg/mm2이다.
[실시예 3]
이는 본 발명의 방법에 따라서 중앙 재료로서 외곽 주변이 탄소섬유 합사로 보강된 발포심을 갖는 원형 단면의 막대를 제조하는 실시예이다.
제 2 도 및 3도에 이 실시양태가 도해된다. 더욱 상세하게는, 제 2 도는 원형 단면 막대용의 금형(1), 10㎛ 메쉬의 부직 폴리에스테르 피륙(2)으로 내장된 외부 직경 20mm의 탄소섬유로 제조된 합사(3)가 금형(1)내에 배치되고 주형을 닫은 상태를 나타내는 단면도이다. 그 다음, 80℃ 이하의 온도에서 가열하면 팽창하여 미소 중공구를 형성할 수 있는 저비점 탄솨수소를 그 속에 포함하는 염화 비닐리덴 공중합체의 입자(4)(평균 입자크기 : 20㎛, 발포후 비중 : 0.02)와 70∼80℃에서 경화를 개시할 수 있는 에폭시 수지(5)의 패이스트형 혼합물을 주형(1)의 하부에 펌프로 공급하고 전체길이(높이)의 약 1/3배 또는 전체 길이 만큼의 길이(높이)까지 판의 내부속으로 누른다. 그 다음, 주형의 온도를 80℃까지 올린다. 잠시 후, 기포를 내포한 기체가 주형 상부에 구비된 구멍(6)으로부터 나오기 시작하고, 액체 에폭시 수지가 분출된다.
2시간후, 주형을 냉각하여 복합 성형품을 수득한다. 이렇게 수득한 성형품을 주형을 개방하여 꺼낸다.
[실시예 4]
이는 본 발명의 방법에 따르는 판 복합 삽입심 성형품의 제조예이다.
상부에 구멍을 갖고 길이 160mm, 나비 60mm 및 두께 10mm 크기의 판을 제조하도록 된 스테인레스강금형을 구비한다. 보강재로서, 두께 3mm의 유리섬유 펠트를 구비하여 이것을 얻는 방법은 1방향 배향된 유리섬유를 2조의 2조각으로 절단하는데, 하나는 길이 160mm 및 나비 60mm의 크기이고, 다른 하나는 60mm 및 나비 120mm의 크기이다. 한 조각의 유리섬유의 배향 방향이 또 다른 조각의 배향 방향과 정각으로 교차하여 2 유리 섬유 시이트를 형성하도록 각 조의 한 조각을 다른 조각과 적층한 다음, 길이 120mm 및 나비 100mm 크기의 얇은 조각으로 절단한다. 별도로, 개방 기포를 함유하고 따라서 수축 및 팽창 성질이 있는 우레탄 포움 시이트를 사용하여 길이 150mm 나비 55mm 및 두께 7mm의 크기를 갖는 자루형 구조를 형성함으로써 제조한 분리층을 구비한다. 폴리스티렌 발포성 입자(ESLENE BEAD HE 게, 세끼스이가세힝(주)제)와 에폭시 수지(유까 쉘 에폭시 Co. 제품인 EPIKOTE 828/EPOMATE YLH006의 100/31 혼합물)를 중량비 50/50으로 포함하는 혼합물 20g을 자루 내부에 장입하고 자루의 상부를 접착 테이프로 밀폐시킨다.
주형내 공동쪽의 내부 표면에, 1조의 보강재(1)를 배치한다. 그 다음, 배치된 보강재의 상기 조성의 에폭시 수지를 브러쉬를 사용하여 피복한다. 이렇게 피복한 보강재 위에 상기 자루를 높고 브리쉬를 사용하여 그 위에 에폭시 수지를 바른 후, 또 다른 조의 보강재(1)를 그 위에 적층하고 주형을 폐쇄한다.
주형을 바로 세우고 구멍을 공기 중에 열려지게 두고 전체를 110℃ 유욕에 침지한다. 5분 후, 소량의 액체 분출이 개시된다. 100분 후, 욕으로부터 주형을 꺼내고 물로 식힌 다음, 주형을 개방하여 성형품을 제거한다.
성형품은 에폭시 수지의 얇은 표피를 양표면에 가진다. 유리 섬유 보강재와 시이트형 우레탄 포움은 내부층 내에서 발포심에 대해 압박된 상태로 표피 바로 아래에 표피를 따라 놓여지며, 제 1 도에 나타낸 단면을 복합 삽입심 성형품이 수득됨이 확인된다.
[실시예 5]
쉘 Co. 제품인 에폭시 수지와 경화제, 즉 EPILOTE(100부) 및 EPOMATE YLH006(31부)를 혼합하여 액체 수지 A를 형성한다.
마쓰모또 유시 세이야꾸 Co. 제품인 발포성 미소구 F-30D(44부)와 아사히 글래스 Co. 제품인 무기 중공 비이드 Q-Cell 575(22부)를 혼합하여 발포성 혼합물 B를 형성한다.
한편, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리프로필렌 섬유로 제조된 부직포, 즉 상품명 "UNICELL"로 시판되는 부직포를 구비한다. 이 재료를 사용하여, 주형의 내부 칫수 보다 약간 작은 크기의 자루를 준비한다. 발포성 혼합물 B를 자루 속에 충진한다.
2 알루미늄판 사이에 두께 3mm의 TEFLON(PTEE) 골격을 삽입한 주형을 만든다. 상단 및 하단에는 각각 노즐이 구비된다. 주형만한 크기의 유리포 6시이트와 주형과 같은 길이 및 노즐과 같은 나비의 장방형(좁다란 정제 형태) 유리포 8시이트를 준비한다. 큰 유리포를 사용하여, 유리포/자루 속에 충전된 발포성 혼합물 B/유리포를 순서대로 주형 내로 장입한다. 작은 유리포를 노즐이 덮어지는 위치에 겹쳐 놓아., 즉 상단과 하단을 매운다. 하나의 노즐부만 제외하고, 액체 수지 A를 유리포에 충분히 피복하고 주형을 폐쇄한다. 이 노즐을 사용하여, 주형의 내부를 배기시킨다. 그다음, 주형 전체를 90℃ 열수욕에 침지시키고, 내부 압력이 정압으로 되어 과량의 수지가 배출된 후에 노즐을 약간 개방한 다음, 경화시킨다.
1시간 후, 주형을 욕으로부터 꺼내고 식힌다. 그다음, 주형으로부터 성형품을 꺼낸다. 즉, 유리 섬유 보강 에폭시 수지의 표면부와 발포 에폭시 수지의 내부층을 갖는 경량의 우수한 삽입 재료를 수득한다 생성물은 밀도가 0.89이다. 굴곡 시험의 결과는 다음과 같다:
굴곡 강도 20.7kg/mm2, 굴곡 모듈러스 1357kg/mm2
[실시예 6]
쉘 Co. 제품인 에폭시 수지와 경화제, 즉 EPIKOPE 807(100부)와 EPOMATE YLH006(31부)를 혼합하여 액체 수지 A를 형성한다.
한편, 경량 탄성재 입자로서 시판을 폴리프로필렌 비이드 PB-MG 15P를 입수한다. 입자를 정치시켜 두어 열팽창하지 않도록 하낟. 비이드의 겉보기 밀도는 약 0.05g/cm2이다. 비이드를 36부의 양으로 제공한다.
최대 나비 120mm, 최대길이 350mm 및 최대 두께 14mm의 크기를 갖는 핀형상 모델을 제조하도록 된 두 M형을 구비한다. 주형은 그 상부와 하부에 노즐이 갖추어져 있다.
주형에 맞는 크기의 유리포 6시이트를 준비한다. 주형에 맞는 크기의 자루를 폴리에스테르 부직포 "UNICELL BT-400"로써 준비하고, 그 속에 상기 폴리프로필렌 비이드를 장입하고 자루를 밀봉한다.
폴리프로필렌 비이드가 함침된 자루를 유리포로 둘레를 싸고 주형내에 둔다. 다음에 주형을 밀페시킨다. 질소 기체로 ㅈ형의 내부 압력이 1.5kg/mm2에 이를 때까지 주형의 압력을 적용한다. 이 상태에서 에폭시 수지를 주형에 주입한다. 하부 노즐로부터 수지를 압박하여 상부 노즐로부터 흘러 나오게 한다. 다음에 노즐을 약간 개방된 상태로 변화시키고 수지가 아직 나오는 동안 폐쇄한다.
수지를 함유한 주형을 70℃에 유지되는 가온욕에 침지시켜 수지를 경화시킨다. 1시간 동안 유지 후, 주형을 가온욕으로부터 꺼낸다. 냉각 후에 주형으로부터 성형품을 꺼낸다. 비중이 0.8인 우수한 모델이 수득된다.
[실시예 7]
불포화 폴리에스테르 수지 "YUPIKA X-314"(100부), 경화재 "RUPASOL 224"(과산화물)(1부) 및 촉진제 "PRM"(코발트 촉매)(0.5부)을 혼합하여 액체 수지 B를 형성한다.
실시예 6에 사용된 것과 같은 발포 폴리프로필렌 입자(3부)와 아사히글래스 Co. 제품인 무기 중공구 M28(1부)을 혼합하여 혼합물 C를 형성한다.
실시예 6에 사용된 같은 폴리에스테르/폴리프로필렌 부직포 "UNICELL"을 사용하여 사용되는 주형의 내부 칫수보다 약간 작은 크기의 자루를 제조한다. 혼합물 C를 자루 속에 충전한다.
한편, TEFLON(PTFE) 골격을 2 알루미늄판 사이에 삽입하여 주형을 형성하고 주형은 그 상단 및 하단 에 노즐을 구비한다. 주형 만한 크기의 유리포 6 시이트와 주형과 같은 길이 및 노즐과 같은 나비를 갖는 장방형(좁다란 정체형) 유리포 8 시이트를 준비한다. 큰 유리포를 사용하여, 유리포/자루에 충전된 발포성 혼합물 C/유리포를 순서대로 주형에 장입한다. 작은 유리포를 노즐이 덮어지는 위치에 겹쳐 놓아 상단 및 하단이 메워지게 한다. 실시예 1에서와 같은 방식으로 액체수지 B를 주형 속으로 압박하고 주형을 70℃ 가온욕을 침지한다. 그 다음에 압력을 뺀다.
1시간 후, 주형을 욕으로부터 꺼낸다. 냉각 후, 성형품을 주형으로부터 꺼낸다. 이렇게 해서 발포 폴리프로필렌 및 폴리에스테르의 내부층을 갖는 우수한 경량의 삽입 재료를 수득한다. 성형품은 굴곡강도 6.2kg/mm2및 굴곡모듈러스 480kg/mm2이다.
[실시예 8]
폴리프로필렌 비이드 PB-MG51P(JSP Co. 제)를 입수한다. 비이드를 정치시켜 두어 열팽창을 거치지 않도록 한다. 비이드의 겉보기 밀도는 약 0.05g/cm2이다. 이 비이드는 압축되면 크기가 줄고 압력이 경감되면 원래 부피를 회복하는 성질을 갖는 입자들이다. 이 비이드는 PPB라 칭한다.
쉘 Co. 제품인 에촉시 수지와 경화제, 즉 EPIKOTE 1001(이것은 자체가 열가소성이다)(70부), EPIKOTE 348(30부), 프탈산 무수물(30부) 및 EPOMATE YLH(1부)를 80℃에서 혼합하여 열융합 수지 A를 형성하고, PPB(50부)와 수지 A(100부)를 80℃에서 혼합하고, 혼합물을 80℃까지 예열된 주형내에 장입한다. 주형을 7.5kg/mm2가압하에 압축한 다음에 냉장고 내에서 즉시 냉각한다. 그 다음, 주형을 개방하여 두께 약 5mm의 시이트를 수득한다. 이 시이트는 중간재료 B라 칭한다.
두께 3mm의 TEFLON(PTFE) 골격을 2 알루미늄판 사이에 삽입하여 주형을 만든다. 그 상단 및 하단에 각각 노즐을 구비한다. 주형만한 크기의 유리포 2 시이트와 주형과 같은 길이 및 노즐과 같은 나비의 장방형(좁다란 정제형) 유리포 10 시이트를 준비한다. 큰 유리포를 사용하여, 유리포/중간재료 B/유리포를 순서대로 주형에 장입한다.
작은 유리포를 노즐이 덮여지는 위치에 겹쳐 놓아, 즉 중간재 B에 겹쳐진 작은 유리포에 의해 하단 및 상단이 메워져 폴리프로필렌 비이드가 내부로 들어가지 못하게 한다. 양 노즐을 사용하여, 주형의 들어가지 못하게 한다. 양 노즐을 사용하여, 주형의 내부를 탈기시킨다. 그 다음, 주형 전체를 120℃에 유지되는 실리콘 유욕에 침지 및 가열한다. 소량의 수지 및 기체가 노즐로부터 넘쳐 흐르면 노즐을 하나씩 닫는다. 이것은 거의 동시에 행해진다. 1시간동안 가열한 후, 주형을 가온욕으로부터 꺼내고 냉각한 후, 성형품을 주형으로부터 꺼낸다. 이렇게 해서, 표면의 유리섬유 보강수지와 발포 폴리프로필렌이 속에 분산된 에폭시 수지의 내부층으로 이루어진 우수한 삽입 복합 재료를 수득한다. 이렇게 수득한 성형품은 작은 유리포가 첨합된 곳을 제외하고 균일하게 폴리프로필렌 성형 생성물을 함유한다. 성형품은 밀도 0.52g/cm2, 굴곡강도 3.3kg/cm2및 굴곡모듈러스 397kg/mm2이다.
[실시예 9]
하기 화학 구조를 갖는 페녹시 수지를 구비한다. 이 수지는 실험시에 140℃에서 유동성을 나타낸다.
Figure kpo00001
MICROSPUERE F-80 SD(마쓰모또 유시 세이야꾸 Co.)(50부), 아사히 글래스 Co. 제품인 무기 중공구 M 28(30부) 및 수지(100부)를 혼합한다. 혼합물을 135℃까지 가열하여 페녹시 수지를 녹인 다음, 냉각하여 판형 성형품을 수득한다. 이것은 중간재료 D라 칭한다.
한편, 2 알루미늄판 사이에 TEFLON(PTEE) 골격을 삽입하여 주형을 형성하고, 주형은 그 상단 및 하단에 노즐이 구비된다. 주형만한 크기의 유리포 6 시이트와 주형과 같은 길이 및 노즐과 같은 나비의 장방형(좁다란 정제 형태) 유리포 8 시이트를 준비한다.
폴리에스테르/폴리프로필렌 부직포 "UNICELL"을 사용하여, 주형의 내부 칫수에 따라서 그리고 상부와 하부에 작은 유리포를 도입할 것을 고려하여 크기를 결정한 자루를 제조한다. 이 자루 안에, 주형의 내부 칫수에 따라서 그 상부 및 하부에 작은 유리포를 주형 내에 도입할 것을 고려하여, 주형 칫수 보다 약간 작은 크기로 절단된 중간 재료 D를 장입한다. 큰 유리포를 사용하여, 유리포/자루 안에 충전된 중간 재료 D/유리포를 순서대로 주형에 장입한다. 작은 유리포를 노즐이 덮어지는 위치에 겹쳐 놓아 상단 및 하단이 메위지게 한다. 주형을 150℃에 유지되는 가온욕에 침지한다.
1시간 후, 주형을 욕으로부터 꺼낸다. 냉각 후, 성형물을 주형으로부터 꺼낸다. 이렇게 해서 유리 섬유 보강된 페녹시 수지로된 표면과 발포 MICROSPHERE와 페녹시 수지로 된 내부층을 갖는 우수한 경량의 삽입 재료를 수득한다. 성형품은 굴곡강도 23.2kg/cm2및 탄성 모듈러스 963kg/mm2이다.
[실시예 10]
실시예 8에 사용된 에폭시 수지 EPIKOTE 1001은 유동점이 80℃ 이하이고 그 자체가 열가소성 특성을 나타낸다. 이 수지를 단독으로 사용하여, 유사한 시험제조를 수행한다.
EPIKOTE 1001 수지를 사용하여 100 : 100의 비로 PPB와 혼합한다. 혼합물을 80℃에서 녹인 후, 시이트형 중간재료 D에 대해 7.5kg/cm2의 압력을 적용하고, 이것을 유리포 사이에 끼운 다음에 주형 안에 둔다. 100℃에 유지되는 가온욕에 주형을 침지하고 가열한다. 얻어진 샘플은 실시예 8에서 수득한 것과 유사한다. 샘플은 비중이 0.45kg/cm3이며, 이 값은 실시예 8에서 수득한 샘플보다 작다. 한편, EPIKOTE 1001(100부)의 경우에, PPB(100부), 유리 비이드 M 28(50부)을 혼합하고, 생성물은 비중이 0.42이며, 이는 중량이 더 가볍다는 것을 의미한다. 발포 재료 및 중공재료의 크기에 대해서는, 후자가 현저히 작으므로 전자에 의해 충전되어질 중공이 후자로 충전된 것으로 추측된다.
[실시예 11∼13 및 비교예 1∼6]
이 실시예에서, 보강 섬유가 표면 바로 아래로 위치하고 발포 물질이 다른 부분에 위치한 일체 성형품과, 표피 바로 아래에 발포성 물질과 수지가 있고 다른 한편으로 보강 섬유와 수지가 거의 중앙부에 위치한 성형품, 보강 섬유가 표면 아래에 위치하고 보강 섬유 내에 발포 물질이 존재하는 성형품 또는 표면 바로 아래에 배열되어야 할 보강재가 빠진 성형품을 비교한다.
쉘 Co. 제품인 에폭시 수지와 경화재, 즉 EPIKITE 807(100부)와 EPOMATE YLH006(33부)를 혼합한다. 이것은 수지 A라 칭한다.
마쓰모또 유시 세이야꾸 Co 제품인 MICROSPHERE F-50D(20부), 수지 A(40부)를 혼합한다.
주형을 미리 준비하는데, 주형은 2 알루미늄 플레이트와 TEFLON(PTEE) 스페이서로 만들어지고 각 끝에 액체 출구가 구비되어 있다. 스페이서의 두께는 3mm이다.
아사히 화이버 글래스 Co. 제품인 유리 섬유포 MS 253E-1040-2NT-10FS (평직)을 주형을 따라서 절단한다. 그위에 유니셀 Co. 제품인 부직포 UNICELL BT0404를 겹쳐 놓고, 이것을 평직물과 같은 크기로 절단한다. 수지 A를 한 주형부분(mold half)에 작은 두께로 피복하고 상기 유리포/부직포를 이 주형 부분안에 꼭 맞게 넣고 유리포는 바깥으로 향하게 한다. 상부 및 하부 노즐의 위치에, 20mm 나비를 절단된 유리포 8 조각을 첨합하고 같은 방식으로 그 안에 혼합물 B를 장입한다. 다른 주형 부분을 수지 A로 피복하고, 상기와 같은 구조를 갖는 시이트를 속에 수용하여 실질적으로 고착시키고 유리포층은 밖으로 향한다. 그 다음, 주형 부분을 거꾸로 뒤집고 혼합물 B를 함유한 주형 부분에 봉입한다. 주형을 폐쇄하고 100℃에 유지되는 가온욕에 침지시키고 가열하면서 과량의 수지 및 공기를 방출시킨다. 과량의 수지 및 공기를 방출시키면서 수지가 경화된다. 1시간 후, 주형을 가온욕으로부터 꺼낸다. 얻어진 샘플은 두께 3mm, 밀도 0.76g/cm2이며, 표면 바로 아래에 유리포가 다른 부분에 발포 중공구가 존재하는 에폭시 수지 일체 성형품이다. 이것은 샘플(a)라 칭한다.
유사하게, 부직포 UNICELL BT10404를 배는 것만 제외하고 일체 성형품을 수득한다. 이 실시예에서, 발포 중공구는 표면에서 발견된다. 이것을 샘플(b)라 한다.
MS364E-1040-2NT-10FS 대신에, Nittobo Co. 제품인 유리 섬유포 WF-18-100BV (수자직)를 주형에 따라서 절단한다. 같은 방식으로 절단된 부직포 UNICELL BT0404의 시이트를 그 위에 겹쳐 놓음으로써 샘플(a)에서와 같은 방식으로 성형품을 수득한다. 이것을 샘플(c)라 한다. 샘플(a)와 유사한 성형품을 수득한다.
UNICELL BT0404를 빼는 것만 제외하고 샘플(c)에서와 같은 방식으로 성형법을 수행한다. 수득한 샘플을 샘플(d)라 한다. 이 성형품의 외관은 샘플(a)와 유사하다.
아사히 화이버 글래스 Co. 제품인 MS253E-1040-2NT-10FS를 주형을 따라서 절단하다. UNICELL BO0404를 같은 크기로 절단하고 위에 겹쳐 놓는다. 한 주형 부분 내에 혼합물 B를 피복하고 유리포와 UNICELL을 그 위에 봉입하고, 그 위에 혼합물 B를 봉입한다. 다른 주형 부분내에 상기와 같은 방식으로 혼합물 B를 피복하고 거꾸로한 후에 전자의 주형 부분에 봉입한다. 주형을 폐쇄하고 110℃에 전자의 주형부분에 봉입한다. 주형을 폐쇄하고 110℃에 유지되는 가온욕에 침지하고 가열하는 동안에 과량의 수지 및 공기가 배출된다. 과량의 수지 및 공기가 배출되면서 수지가 경화된다. 1시간후, 가온욕으로부터 주형을 꺼낸다. 냉각 후, 성형품을 주형으로부터 꺼낸다. 이렇게 해서 에폭시 수지/발포 중공구를 표면에 갖고 유리섬유 보강 에폭시 수지층을 갖는 경량의 성형판을 수득한다. 이는 샘플(e)라 한다.
UNICELL을 빼는 것만 제외하고 샘플(e)에서와 같은 방식으로 샘플을 제조한다. 이는 샘플(f)라 한다.
아사히 화이버 글래스 Co. 제품인 MS 253E-1040-2NT-10FS 대신에 니또보오 Co. 제품인 유리섬유포 WF-181-100B를 사용하는 것을 제외하고 샘플(e)에서와 같은 방식으로 샘플을 성형한다. 이는 샘플(g)라 한다.
UNICELL을 빼는 것을 제외하고 샘플(g)에서와 같은 방식으로 샘플을 제조한다. 이는 샘플(h)라 한다.
UNICELL BT0404를 주형을 따라서 절단하고, 수지 A를 피복한 주형 부분내에 수용한다. 그 위에 혼합물 B를 놓는다. 다른 주형 부분에 수지 A를 유사하게 피복하고 여기에 UNICELL BT0404를 부착시킨다. 이 주형 부분을 거꾸로 하여 전자의 주형 부분에 봉입하다. 주형을 폐쇄하고 110℃ 가온욕에 침지하여 가열하면서 과량의 수지 및 공기를 배출시킨다. 1시간 후, 주형을 욕으로부터 꺼낸다. 냉각 후, 주형으로부터 성형품을 꺼낸다. 이렇게 해서 UNICELL/에폭시 수지를 표면에 갖고 발포 중공구/에폭시 수지를 내부층에 갖는 경량의 성형판을 수득한다. 이는 샘플(f)라 한다.
인스트롱 시험기기를 사용하여, 굴곡 시험을 수행하고 얻어진 결과를 하기 표에 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00002
이들 실시예 및 비교예로부터 니또보오 Co. 제품인 유리 섬유포 WF-181-10BV (수자직)를 사용하는 경우에, 분리층은 보강 섬유로서 또한 가능하고 섬유는 발포 미소중공구의 통과를 방지하는 분리막의 역활을 한다는 것을 알 수 있다.
실시예 13〔샘플(d)〕은 분리막과 보강재가 동일한 예이고, 실시예 12〔샘플(c)〕는 이를 입증한다. 아사히 화이버 글래스 Co 제품인 MS253E-1040-2NT-10FS(평직)의 경우, 입자는 방지될 수 없고 사용된 분리막은 부직포 UNICELL BT0404이며, 이 실시예에서 보강재가 별도로 사용된다.
실시예 11〔샘플(i)〕은 이 경우에 예시하며 비교예 1 샘플(b)은 이를 입증한다. 또한 비교예 2∼5〔샘플(e)∼(h)〕에서 보강 섬유는 표피 바로 아래에 위치하고 발포 물질은 다른 부분에 위치한다. 즉 이들 실시예는 따로 위치함이 성형품의 물리적 특성에 중요함을 보여준다.
비교예〔샘플(i)〕은 분리막으로서 사용된 부직포 UNICELL BT0404의 기여가 무시할만하다는 것을 보여준다.
[실시예 14]
이 실시예는 발포 비이드를 변화시킴에 따라 적절한 분리막의 변화됨을 보여주며 분리막으로서 부직포를 사용한다.
열팽창성 발포 비이드로서 마쓰모또 유시 세이야구 Co. 제품인 MICROSPHERE F-50D와 노벨 Ind. 제품인 EXPANCEL-461을 구비한다. 이들은 모두 100~110℃에서 발표할 수 없다. 이후부터 이들을 F-50D와 EXPANCEL-461로 약기한다.
쉘 Co. 제품인 에폭시 수지와 경화재, EPIKOTE 807(100부)와 EPIMATE YLH006(31부)을 혼합한다. 이는 수지 A라 한다.
수지 A(100부)와 F-50D(100부)를 혼합하고 이를 혼합물 B라 한다. 수지 B(100부)와 EXPANCELL-461(100부)을 혼합하고 이를 혼합물 C라 한다.
2 알루미늄판 사이에 TEFLON(PTFE) 골격을 삽입하여 주형을 제조한다. 주형의 상단 및 하단에는 각각 노즐이 구비된다.
UNICELL(부직포 BT0404)과 나일로 타프타(직포, Shirasaki kogyo, SL2510)를 구비하고 이들 직물로 자루를 형성한다. 혼합물 B 및 C를 이들 자루에 각각 장입한다. UNICELL/혼합물 B, 나일론 타프타/혼합물 B, UNICELL/혼합물 C 및 나일론 타프타/혼합물 C를 각각 중간재료 (1), (2), (3) 및 (4)로 칭한다. 한편, 아사히 화이버 글래스 Co. 제품인 유리섬유포 NS253E-1040-2NT-10FS를 구비한다. 주형만한 크기의 유리포 2 시이트와 주형과 같은 길이 및 나비와 노즐을 덮기에 충분한 나비를 갖는 장방형(좁다란 정제형) 유리포 10시이트를 준비한다. 큰 유리포를 사용하여, 유리포/중간재료(1)∼(4)/유리포를 순서대로 주형에 장입한다. 작은 유리포를 노즐이 덮여지는 위치에 겹쳐놓아 서로 겹쳐진 작은 유리포에 의해 상단 및 하단이 덮어지게 한다.
양 노즐을 이용하여, 주형 내부를 탈기 시킨다. 그 다음, 주형 전체를 110℃ 실리콘 유욕에 침지시키고 가열한다.
소량의 수지 및 기체가 노즐로부터 넘쳐 흐르면 노즐을 하나씩 폐쇄한다. 이것은 거의 동시에 이루어진다. 1시간 동안의 가열 후, 주형을 가온욕으로부터 꺼내고 냉각한 후, 성형품을 주형으로부터 꺼낸다. 중간재료 (1), (2) 및 (4)를 사용하여 수득한 성형품은 그 표면에 유리섬유 보강 에폭시 수지를 함유하고 발포 비이드가 속에 분산된 에폭시 수지를 내부층으로 가지며 우수한 삽입 복합 재료 및 재료인 것으로 판명된다. 반대로, 중간재료(3)을 사용하는 성형품에서, 발포 비이드가 그 표면에 발견된다. F-500D를 사용하는 경우에, UNICELL과 나일론 타프타는 우수한 분리층인 것으로 판명된다.
그러나, EXPANCEL-461을 사용하는 경우에는 UNICELL은 분리막의 기능을 보이지 않고 나일론 타프타만 분리막 기능을 한다.
중간재료(1)를 사용한 성형품은 비중 0.63, 굴곡강고 9.7kg/mm2및 굴곡 모듈러스 883kg/mm2이고, 중간재료(3)을 사용한 성형품은 비중 0.74, 굴곡강도 9.6kg/mm2및 굴곡 모듈러서 886kg/mm2이고, 중간재료(3)을 사용한 성형품은 비중 0.80, 굴곡강도 12.5kg/mm2및 굴곡모듈러스 886kg/mm2이다.
[실시예 15]
이 실시예는 정방형 막대를 제조하는 예이다.
20mm×20mm 단면과 50mm 길이의 주형을 준비한다. 주형의 각 말단에는 노즐이 구비된다.
에폭시 수지 모두 쉘 Co. 제품인 에폭시 수지, 즉 EPIKOTE 807(100부)과 경화제, 즉 EPOMATE YLH006(31부)를 혼합하여 액체수지 A를 형성한다. 수지의 양은 393g이다. 한편, 경량 탄성제 입자로서 시판 폴리프로필렌 비아드 PB-MG15P를 입수한다. 입자를 정치시켜 두어 열팽창할 수 없도록 한다. 비이드의 겉보고 밀도는 약 0.05g/cm3이다.
탄성을 가지고 압축시에 원래 상태를 회복할 수 있는 비이드를 10부의 양으로 구비한다.
외곽길이 80mm의 튜브를 UNICELL BT0404로 제조하고, 내부에 상기 폴리프로필렌 비이드의 절반량을 충전한다.
폴리프로필렌 비이드로써 충전된 UNICELL을 2층의 탄소섬유합사와 1층의 유리섬유합사로 덮는다. 사용된 합사는 Toreca T-3964 및 Toreca T-3484이고 사용된 유리섬유합사는 Atkins 및 Beers #9273이다. 합사를 T-3484, #9273 및 T-3964의 순서대로 겹쳐 놓는다.
격층물을 상기 주형 내에 수용하고 나머지 절반의 폴리프로필렌 비이드를 주형 속으로 압축하고, UNICELL 튜브와 주형을 폐쇄한다.
주형을 수평으로 놓고, 진공펌프로 일단 완전 진공이 실질적으로 얻어질 때까지 내부 압력을 줄인 다음, 질소를 사용하여 가압한다. 주형을 1.5kg/mm2압력에 유지하고 액체수지 A를 속으로 압박한다. 수지의 넘쳐 흐름이 확인되면, 수지 장입을 중지한다.
주형율 70℃에 유지되는 가온욕에 침지하고 수지를 방출하면서 압력 통기를 수행한다. 1시간 후, 주형을 가온욕으로부터 꺼낸다. 냉각 후, 성형품을 주형으로부터 꺼낸다. 이렇게 해서 경량의 장방형 막대를 수득하며, 이것은 표면의 탄소/유리섬유 보강 에폭시 수지막 속에 발포 폴리프로필렌이 분산된 에폭시 수지로 이루어진다. 표피를 포함하여 성형품의 비중은 0.56g/mm3이다.
[실시예 16]
이 실시예는 세일링 보오드의 핀(skag)을 제조하는 예이다.
세일링 보오드의 핀에 대한 주형을 미리 수지로 제조한다. 주형의 각 말단에는 액체 출구가 구비된다. 사용된 주형은 2분리형이며, 각각 최내 나비 120mm, 최대 길이 350mm이고 주형은 최대 두께 14mm의 공동을 가진다. 주형은 상단 및 하단에 각각 노즐이 구비된다.
모두 쉘 Co. 제품인 에폭시 수지, 즉 EPIKOTE 807(100부) 및 경화제, 즉 EPOMATE YLH006(31부) 을 혼합하여 액체수지 A를 형성한다.
마쓰모또 유시 세이야꾸 Co. 제품인 MICROSPHERE F-30D와 아사히 글래스 Co. 제품인 무기 중공구 M-28을 혼합한다. 얻어진 혼합물을 약 1/3의 수지 A와 혼합한다. 이 혼합물은 혼합물 B라 한다.
토레이 Ind. 제품인 탄소섬유포 T-400와 데이진(주) 제품인 아라미드 섬유 TECNOLA의 평직 교직물 1조각과 니또오보 Co. 제품인 유리섬유포 WF-181-100BV의 2조각 및 폴리에스테르 부직포 UNICELL T-4040 1조각을 주형을 따라서 절단하고 서로 위에 적층한다. 2조를 합쳐 공동을 형성하고, 속에 혼합물 B로 도입한다. 얻어진 재료를 성형용 주형 속에 수용한다. 주형을 담근 후, 수지 A의 나머지를 주형 내의 섬유층 속에 따라붓고 그동안 공기를 배출시킨다. 수지의 넘쳐흐름이 확인될 때까지 따라붓는 것을 계속한다.
액체출구를 하나를 폐쇄한 후, 주형을 80℃의 가온욕에 침지하고 가열하며, 다른 액체 출구는 위로 향하여 개방된 채로 둔다. 1시간 후, 주형을 욕으로부터 꺼낸다. 냉각후, 성형품을 주형으로부터 꺼낸다. 그렇게 해서 우수한 특성을 갖는 최신 유행의 아름다운 경량의 핀을 수득하는데, 이것을 에폭시수지 표면, 탄소섬유/아라미드섬유 유리섬유 보강된 에폭시 수치의 외층 및 무기 비이드 및 미소구의 발포 입자로된 심으로 이루어진다.
[실시예 17]
20mm×20mm의 단면과 500mm 길이의 주형을 준비한다. 주형에는 각 말단에 노즐이 구비된다.
모두 쉘 Co. 제품인 에폭시 수지, 즉 EPIKOTE 807(100부) 및 경화제, 즉 EPOMATE YLH006(31부)를 혼합하여 액체수지 A를 형성한다.
마쓰모또 유시 세이야꾸 Co. 제품인 시판의 MICROSPHERE F-30D를 입수하고 이것 20부를 아사히 글래스 Co. 제품인 무기 중공구 M-28(10부)과 혼합한다.
UNICELL, BT0404로 튜브를 제조하고, 속에 상기 혼합 비이드의 1/2부피를 충전한다.
폴리프로필렐 비이드로 충전된 UNICELL 튜브를 2층의 탄소섬유합사와 1층의 유리섬유합사로 덮는다. 사용된 합사는 Toreca T-3964 및 T-3484이고, 사용된 유리섬유 합사는 Atkins 및 Beers #9273이다. 합사를 T-3484, #9273 및 T-3964의 순수로 겹쳐 놓는다.
적층물을 상기 주형 내에 수용하고 혼합비이드의 나머지를 주형 속으로 압박하고, UNICELL 튜브롸 주형을 폐쇄한다.
주형을 수평으로 두고, 진공펌프로 실질적으로 완전직공이 일단 될때까지 내부 압력을 줄인 다음, 질소를 사용하여 가압한다. 주형을 그대로 두고 액체수지 A를 속으로 압박한다. 수지의 넘쳐흐름이 확인되면, 수지 장입을 중지한다.
주형을 70℃에 유지되는 고온욕에 침지하고 수지를 배출하면서 정화를 수행한다. 1시간 후, 욕으로부터 주형을 꺼낸다. 냉각 후, 성형물을 주형으로부터 꺼낸다.
이렇게 해서, 경량 정방형 막대를 수득하는데, 이것은 탄소/유리섬유 보강된 에폭시 수지의 표면과 무기 중공구/미소구의 발포 입자가 속에 분산된 에폭시 수지의 내부층으로 이루어진다. 표피를 포함하는 성형품의 비중은 0.62g/cm3이다.

Claims (30)

  1. ( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부, ( ii ) 기포 함유 입자를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 중심부 및 (iii) 표면부와 중심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어지는 일체 복합 성형품 제조방법에 있어서,
    (a) 발포성 입자나 압축된 경량 탄성 입자를 실질적으로 통과시키지 않으나 성형시에 액화하는 합성수지 또는 그 전구체를 통과시킬 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
    (b) 합성수지 또는 그 전구체를 주형내에 제공하고 ;
    (c) 분리층과 주형 사이에 섬유성 보강재를 배치하고, 분리층과 통합시키거나 분리적으로 연합시키고 ;
    (d) 주형의 내부 표면쪽과 마주한 분리층의 면에 발포성 입자 또는 압축된 경량 탄성재 입자의 응집체를 제공하고 ;
    (e) 온도를 올려 응집체의 부피 팽창을 일으켜 발포성 입자를 발포시키거나 압축된 경량 입자에 가해진 압축을 경감시킴으로써 경량 입자를 발포시키고 ;
    (f) 액화된 합성 수지 또는 그 전구체를 분리층을 통해 흘러 분리층과 주형 사이에, 및 발포입자들 사이에, 또는 경량 탄성재 입자들 사이에 퍼지게 하면서 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부표면 위로 분리층을 압박하고 ;
    (g) 합성수지의 형성-고화 또는 고화를 완료하여 표면부와 중심부를 형성하고 ;
    (h) 얻어진 복합 성형품을 꺼내는 ; 단계들로 이루어지는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, ( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부, ( ii ) 기포 함유 입자를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 중심부 및 (iii) 표면부와 중심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어지는 일체 복합 성형품의 제조방법에 있어서,
    (a) 발포성 입자를 실질적으로 통과시키지 않으나 성형시에 액화되는 열경호성 수지 또는 그 전구체를 통과시킬 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
    (b) 열경화성 수지 또는 그 전구체를 주형내에 제옥하고 ;
    (c) 분리층과 주형 사이에 섬유성 보강재를 배치하고, 분리층과 통합시키거나 분리적으로 연합시키고 ;
    (d) 주형의 내부 표면쪽과 마주한 분리층의 면에 발포성 입자의 응집체를 제공하고 ;
    (e) 온도를 올려 응집체의 부피 팽창을 일으켜 발포성 입자를 발포시키고 ;
    (f) 액화된 열경화성 수지 또는 전구체를 분리층을 통해 흘러 분리층과 주형 사이에, 및 발포입자들 사이에 퍼지게 하면서 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부표면 위로 분리층을 압박하고 ;
    (g) 열경화성 수지 또는 그 전구체를 경화시켜 그의 고화를 완료하여 표면부와 중심부를 형성하고 ;
    (h) 얻어진 복합 성형품을 꺼내는 ; 단계들로 이루어지는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, ( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부, ( ii ) 기포 함유 입자를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 중심부 및 (iii) 표면부와 중심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어지는 일체 복합 성형품의 제조방법에 있어서,
    (a) 압축된 경량 탄성 입자를 실질적으로 통과시키지 않으나 성형시에 액화되는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 통과시킬 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
    (b) 열경화성 수지를 주형내에 제공하고 ;
    (c) 분리층과 주형 사이에 섬유성 보강재를 배치하고, 분리층과 통합시키거나 분리적으로 연합시키고 ;
    (d) 주형의 내부 표면쪽과 마주한 분리층의 면에 압축된 경량 탄성재 입자의 응집체를 제공하고 ;
    (e) 압축된 경량 입자에 가해진 압축을 경감시킴으로써 응집체의 부피 팽창을 일으켜 경량 입자를 발포시키고 ;
    (f) 액화된 수지를 분리층을 통해 흘려 분리층과 주형 사이에, 및 경량 탄성재 입자들 사이에 퍼지게 하면서 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부표면 위에 분리층을 압박하고 ;
    (g) 수지의 고화를 완료하여 표면부와 중심부를 형성하고 ;
    (h) 얻어진 복합 성형품을 꺼내는 ; 단계들로 이루어지는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, ( i ) 섬유성 보강재를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 표면부, ( ii ) 기포 함유입자를 함유하는 합성 수지상을 포함하는 중심부 및 (iii) 표면부와 중심부 사이에 위치한 분리층으로 이루어지는 일체 복합 성형품의 제조방법에 있어서,
    (a) 발포성 입자를 실질적으로 통과시키지 않으나 성형시에는 액화되는 열가소성 수지를 통과시킬 수 있는 분리층을 실질적으로 밀폐된 주형내에 제공하고 ;
    (b) 열가소성 수지를 주형내에 제공하고 ;
    (c) 분리층과 주형 사이에 섬유성 보강재를 배치하고, 분리층과 통합시키거나 분리적으로 연합시키고 ;
    (d) 주형의 내부 표면쪽과 마주한 분리층의 면에 발포성 입자의 응집체를 제공하고 ;
    (e) 온도를 올려 응집체의 부피 팽창을 일으켜 발포성 입자를 발포시키고 ;
    (f) 용융 열가소성 수지를 분리층을 통해 흘려 분리층과 주형 사이에, 및 발포입자들 사이에 퍼지게 하면서 상기 (e) 단계의 부피 팽창의 결과로서 주형의 내부표면 위로 분리층을 압박하고 ;
    (g) 열경화성 수지의 고화를 완료하여 표면부와 중심부를 형성하고 ;
    (h) 얻어진 복합 성형품을 꺼내는 ; 단계들로 이루어지는 방법.
  5. 제 1 항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 분리층이 섬유성 보강재료 첨합된 구조재인 방법.
  6. 제 1 항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 분리층이 직포, 편직물, 부직포, 웨브, 종이, 금속망 및 다공성막으로 구성되는 군에서 선택되는, 발포성 입자나 경량 탄성재 입자를 실질적으로 통과시키지 않는 재료인 방법.
  7. 제 1 항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 섬유성 보강재가 직포, 편직물, 부직포, 1방향 배향된 필라멘트 및 웨브로 구성되는 군에서 선택되는 재료인 방법.
  8. 제 1 항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 섬유성 보강재가 유리섬유, 탄소섬유, 실리콘 카아바이드 섬유, 금속섬유, 아라미드 섬유, 폴리알릴레이트 섬유, 폴리올레핀 섬유, 나일론 섬유 및 폴리에스테르 섬유로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나의 섬유인 방법.
  9. 제1,2 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 발포성 입자가 가열로써 부피 팽창할 수 있고 발포후에 기포를 함유할 수 있는 방법.
  10. 제1,2 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 발포성 입자의 평균 입자 크기가 1㎛∼5mm인 방법.
  11. 제1,2 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 발포성 입자가 가열시에 10% 이상의 부피 팽창을 할 수 있는 방법.
  12. 제1,2 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 발포성 입자가 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 공중합체, 폴리올레핀 또는 폴리페닐렌 옥사이드 공중합체를 포함하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 3항에 있어서, 경량 탄성재 입자의 평균 입자 크기가 미압축상태에서 50㎛∼10mm인 방법.
  14. 제 1 항 또는 3항에 있어서, 경량 탄성재 입자가 그것에 적용된 압축을 경감시킴으로써 그 원래부피를 기준으로 10%∼100%의 수준까지 부피를 회복하는 방법.
  15. 제 1 항 또는 3항에 있어서, 경량 탄성재 입자가 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 천연고무 또는 합성 고무로 형성되는 방법.
  16. 제1, 3 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 수지가 성형 온도에서 용융되는
    방법.
  17. 제1, 3 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 수지가 70℃∼230℃의 온도에서 유동성을 나타내는 방법.
  18. 제1, 3 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 수지가 폴리올레핀, 폴리스티렌, 결정성 액체 폴리알릴레이트 수지 또는 페녹시수지인 방법.
  19. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 열경화성 수지 또는 그 전구체가 성형온도 이상에서 유동성을 갖는 방법.
  20. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 열경화성 수지가 폴리우레탄, 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르, 폴리비닐에스테르 또는 폴리시클로올레핀 수지인 방법.
  21. 제1, 2 및 4항중 어느 한 항에 있어서, 발포성 입자의 응집체가 비발포성 발포입자(non-expandable foamed particle)를 함유하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 발포성 입자와 비발포성 발포입자가 10 : 1∼1 : 2 범위내의 중량비로 존재하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 비발포성 발포입자가 무기 미소중공구인 방법.
  24. 제 1 항 또는 3항에 있어서, 경량 탄성재 입자의 응집체가 비발포성 발포입자를 함유하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 경량 탄성재 입자와 비발포성 발포입자가 10 : 1∼1∼2 범위내의 중량비와 존재하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 비발포성 발포입자가 무기 미소중공구인 방법.
  27. 제 1 항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 분리층이 자루형 구조인 방법.
  28. 제 1 항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 분리층이 속에 발포성 입자 또는 압축된 경량 탄성재 입자의 응집체가 함유되는 자루형 구조인 방법.
  29. 제 1 항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 분리층이 속에 발포성 입자 또는 압축된 경량 탄성재 입자의 응집체 및 합성수지 또는 그 전구체가 함유되는 자루형 구조인 방법.
  30. 제27항에 있어서, 단섬유 또는 휘스커가 자루형 구조내에 함유되는 방법.
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