WO2011152631A2 - 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱 - Google Patents

섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱 Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length

Definitions

  • plastics which are widely applied throughout the industry, are the improvement of physical properties such as plastic weight, tensile strength and durability.
  • physical properties such as plastic weight, tensile strength and durability.
  • plastic materials with excellent tensile strength and excellent long-term durability in the fields of household appliances, automobiles, electronics, and general industries is increasing.
  • the demand is very high.
  • the fiber bundle is released from the bundle of the fiber filaments, or the fiber bundle is released from the mixed bundle of the thermoplastic resin filament and the fiber filament, such as polypropylene or polyamide, and then they are unfolded to melt a part of the fiber or melt.
  • the fiber bundle is released from the bundle of the fiber filaments, or the fiber bundle is released from the mixed bundle of the thermoplastic resin filament and the fiber filament, such as polypropylene or polyamide, and then they are unfolded to melt a part of the fiber or melt.
  • the fiber bundle is impregnated into a variety of resin solutions as described above.
  • the resin solution is subjected to the operation of unfolding the fiber bundle using a roller or the like so that the resin solution can be evenly spread between the fiber bundles.
  • the fiber bundle is twisted to prevent the single yarn problem of breaking and to increase the production rate of the reinforced plastic.
  • the impregnated fiber bundles are twisted within the range of 15 to 60 °.
  • the twisted fiber bundle is cut to a predetermined length and then reinforced plastic is produced using the twisted fiber bundle.
  • the twist angle is limited to the range of 15 to 60 °, so that the effect of single yarn prevention is not shown properly, and in general, about 30% of the fiber bundle is lost. This can happen.
  • a method for producing a fiber-reinforced plastic, and a fiber-reinforced plastic using the same which provides a step of twisting before the fiber bundle is impregnated with the resin solution.
  • a fiber-reinforced plastic manufacturing method and a fiber-reinforced plastic using the same to provide a step of releasing the twisted fiber bundle after the impregnation of the fiber bundle to evenly disperse the fiber bundle during injection of the plastic bundle.
  • the method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is to prepare a fiber filament bundle used in the manufacture of fiber-reinforced plastic, twisted to the fiber filament bundle ( applying a twist), immersing the twisted fiber filament bundle in a resin solution, releasing the twist of the impregnated fiber filament bundle, and injecting the fiber filament bundle.
  • the step of releasing the twist may include the step of heating the impregnated fiber filament bundle to remove the coated resin, and the step of releasing the twist of the fiber filament bundle from which the resin is removed. .
  • the step of removing the coated resin and releasing the kink may be made integrally with the injection step.
  • the fiber filament may be made of at least one of glass fiber, carbon fiber, natural fiber, aramid fiber, rayon fiber, graphite fiber, metal fiber, or allylate fiber.
  • the impregnating step is preferably blocked the entry of the resin solution into the interior of the fiber filament bundle due to the twist of the fiber filament bundle.
  • the injection step it is possible to inject only the fiber filament bundle or the resin that is the raw material of the fiber filament bundle and fiber reinforced plastic together.
  • Fiber-reinforced plastics according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is impregnated in the resin solution after twisting the prepared fiber filament bundle, and after heating the impregnated fiber filament bundle to remove the coated resin The twist is released again and formed through the injection process.
  • the impregnated fiber filament bundle to remove the coated resin by heating the bundle and then to release the twist and the injection process can be made integrally in one injection machine.
  • the fiber filament may be made of at least one of glass fiber, carbon fiber, natural fiber, aramid fiber, rayon fiber, graphite fiber, metal fiber, or allylate fiber.
  • the impregnation of the fiber filament bundle to which the twist is applied is preferably blocked the entry of the resin solution into the interior of the fiber filament bundle.
  • the injection process it is possible to inject only the fiber filament bundle or resin as the raw material of the fiber filament bundle and the fiber-reinforced plastic together.
  • a step of twisting the fiber bundles before the fiber bundles are impregnated with the resin solution is provided, which can twist the fiber bundles before the resin solution is coated, thereby greatly increasing the angle of twisting.
  • twist angle of the fiber bundle is greatly increased, thereby effectively blocking the single yarn of the fiber bundle, thereby minimizing the loss of the fiber bundle during the manufacturing process.
  • the appearance of the injected fiber-reinforced plastic looks good, the mechanical properties are improved, and the impact resistance is improved. That is, the quality of the product is improved.
  • FIG. 1 is a flow chart schematically showing the flow of a method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the fiber reinforced plastic according to one embodiment of the present invention can be used to produce a variety of fiber reinforced plastics. More preferably, it may be used to manufacture thermoplastic resin-based plastics such as polyethylene, polypropylene, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, polystyrene, ABS resin, acrylic resin, and the like and may be used to manufacture plastics including various other polymers. Can be.
  • thermoplastic resin-based plastics such as polyethylene, polypropylene, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, polystyrene, ABS resin, acrylic resin, and the like and may be used to manufacture plastics including various other polymers. Can be.
  • Method for producing a fiber-reinforced plastic is to prepare a fiber filament bundle (S10), applying a twist (S20), impregnation step (S30), releasing the twist (S40), and It includes the injection step (S50).
  • 1 is shown for more detailed description. 1 is a flow chart schematically showing the flow of a method of manufacturing a fiber-reinforced plastic according to an embodiment of the present invention.
  • a fiber filament bundle used to reinforce the plastic product is prepared (S10).
  • Types of fibers include short fibers and long fibers. The type of fiber is not limited, but long fiber is generally preferred.
  • the fibers gather several strands of fiber filaments to form a bundle.
  • the fibers are prepared by roving in which a plurality of filaments are collected without applying twist.
  • the number of filaments is generally 1000 (1k), 3000 (3k), 6000 (6k), 12000 (12k) strands can be made and is not limited.
  • the type of fiber it is generally possible to select various fibers that can be used in fiber reinforced plastics. More specifically, at least one of glass fiber, carbon fiber, natural fiber, aramid fiber, rayon fiber, graphite fiber, metal fiber, and allylate fiber may be used, and ultra high molecular weight PE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) is a polymer fiber. Fibers, Polyacrylonitrile (PAN) fibers, and Poly Ether Ether Ketone (PEEK) fibers can also be used.
  • PAN Polyacrylonitrile
  • PEEK Poly Ether Ether Ketone
  • twist is applied to the prepared fiber filament bundles (S20). That is, a bundle of a plurality of fiber filaments is twisted in the circumferential direction to provide a twist angle.
  • the production speed of the fiber-reinforced plastics can be increased and the single yarn problem of breaking the fiber filaments can be prevented. As a result, the productivity of fiber reinforced plastics is improved.
  • angle of twist is not limited, it is preferable to twist at an angle of 60 ° or more to reliably prevent the single yarn problem.
  • the process of twisting the fiber filament bundles takes place prior to impregnation. That is, the fiber filament bundle is twisted before the fiber filament bundle is coated with the resin solution by impregnation, and thus the fiber filament bundle can be twisted at a much larger angle than the conventional one. As mentioned earlier, an increase in the degree of twist can lead directly to a more obvious solution of single-entry problems.
  • the fiber filament bundle to which the twist is applied is impregnated in the resin solution (S30).
  • the fibers are coated with a molten resin solution by heating as necessary.
  • the impregnation of the fiber filament bundles takes place after the twisting of the fiber filament bundles. That is, the resin solution is not coated to the inside of the fiber as the fiber is immersed in the resin solution in a twisted state. In other words, many of the fiber filaments located inside the bundle where the fibers are twisted due to the twist are not exposed to the fiber solution.
  • the step of releasing the twist includes the step of heating the fiber filament bundle (S41), and the step of releasing the twist of the fiber filament bundle from which the resin is removed (S42).
  • the temperature and heating time to be applied can be variously set according to the environment, such as the type of resin solution, the type of fiber.
  • the twist of the fiber filament bundle is released (S42).
  • the filament located inside the fiber provides a restoring force for the fiber filament bundle to return to its original shape after being impregnated, and it is easier to twist as the resin solution coated on the fiber is removed. Let loose.
  • the impregnation step or after the step of releasing the twist can be added to the step of cutting (cutting) the fiber filament bundle as needed.
  • This cutting step may be performed before impregnation or after impregnation as necessary.
  • the length of the cutting and the thickness of the fiber may be variously selected according to the environment such as the type of resin, the type of fiber, and the like.
  • the injection process proceeds (S50).
  • the injection process may be performed using only the fiber filament bundle, or may be made together with a resin which is a raw material of the fiber reinforced plastic. This injection process may be integral with removing the coated resin of the impregnated fiber filament bundle and releasing the twist of the fiber filament bundle from which the resin has been removed.
  • the impregnated fiber is placed in the injection molding machine, or the resin, which is a raw material of the fiber-reinforced plastic together with the impregnated fiber, is put in one injection molding machine.
  • the heating temperature and time of the injection machine to remove the resin solution coated on the fiber in the injection machine at the same time the process of dispersing in the resin is released twisted.
  • the increase in the restoring force of the fiber due to the coating of the resin solution inside the fiber makes the twisting more smooth.
  • Heating temperature and time of the injection molding machine can be variously adjusted according to the environment, such as the type of fiber, the type of resin.
  • the twisted bar When the twisted fibers are injected, the twisted bar is prevented from being entangled with the fibers, and the dispersion force is improved, so that the final dispersion is made of a uniformly reinforced plastic.
  • the fiber-reinforced plastic by manufacturing the fiber-reinforced plastic by the manufacturing method as described above, it is possible to prevent the single yarn of the fiber filament as much as possible to improve the quality and productivity of the product, and to prevent the tangling phenomenon due to the smooth dispersion of the fiber. It is possible to obtain a product in which the fibers are evenly dispersed. As a result, the fiber-reinforced plastics produced in this way have a good appearance, do not deteriorate in mechanical properties, and have good impact resistance.

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Abstract

섬유의 단사 문제를 보다 확실하게 해결하면서 섬유의 최종분산이 원활하게 이루어 질 수 있는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 제조방법은 섬유 강화 플라스틱의 제조에 사용되는 섬유 필라멘트(fiber filament) 다발을 준비하는 단계, 상기 섬유 필라멘트 다발에 꼬임(twist)을 가하는 단계, 상기 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발을 수지 용액에 담구는 함침단계, 상기 함침된 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 다시 풀어주는 단계, 그리고 상기 섬유 필라멘트 다발을 사출하는 단계를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 섬유 다발의 단사 문제를 효과적으로 해결하면서도 최종분산이 원활하게 이루어진 섬유 강화 플라스틱을 얻을 수 있다.

Description

섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱
섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱이 개시된다. 보다 구체적으로, 섬유의 단사 문제를 보다 확실하게 해결하면서 섬유의 최종분산이 원활하게 이루어 질 수 있는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱이 개시된다.
산업계 전반에 걸쳐 광범위하게 적용되고 있는 플라스틱의 주요 개발 이슈는 플라스틱의 경량화와 인장강도, 내구성 등 물리적 특성의 향상이다. 그 중에서도 생활가전, 자동차, 전자, 일반 산업 분야에서는 가벼우면서도 인장강도가 우수하고, 장기 내구성이 탁월한 플라스틱 재질에 대한 요구가 증대되고 있고, 특히 생활가전 부품이나 전자 부품 및 자동차 부품의 경우에는 이와 같은 요구가 매우 높은 상황이다.
이러한 요구에 대응하여 여러 가지 방법을 이용하여 플라스틱 재질을 보강하는 방법이 사용되어 왔다. 그 중 섬유 필라멘트의 집속체로부터 섬유 다발을 풀어내거나, 폴리프로필렌이나 폴리아미드와 같은 열가소성 수지계 섬유 필라멘트와 섬유 필라멘트의 혼합 집속체로부터 섬유 다발을 풀어낸 다음, 이들을 펼쳐서 일부를 녹여 적시거나, 녹지 않는 섬유필라멘트에 열이나 용매에 의해 녹인 열가소성 수지를 함침, 피복 또는/및 부착하는 방법이 알려져 있다.
즉, 일반적으로 섬유 다발을 이용하여 강화 플라스틱을 제조하는 경우에는 상기와 같이 다양한 수지 용액에 섬유 다발을 함침한다. 이때, 함침에 의하여 수지 용액이 섬유 다발 사이사이에 골고루 묻을 수 있도록 롤러 등을 이용하여 섬유 다발을 펼치는 작업을 거친다.
함침을 거친 섬유 다발이 준비되면, 섬유 다발이 끊어지는 단사 문제를 방지하고 강화 플라스틱의 생산 속도를 증강하기 위하여 함침된 섬유 다발을 비틀어(twist)주는 과정을 거친다. 일반적으로 함침을 거친 섬유 다발은 15~60° 의 범위 내에서 비틀어지게 된다. 이렇게 비틀어진 섬유 다발을 일정 길이로 커팅(cutting)한 후 이를 이용하여 강화 플라스틱을 제조한다.
하지만, 섬유 다발의 단사 문제를 해결하기 위해 섬유 다발을 비튼 상태에서 강화 플라스틱을 사출하는 바 섬유 다발이 골고루 분산되지 않고 일정 부분에 서로 응집하여 존재하는 현상이 발생한다. 섬유 다발의 분산 불량은 외관 불량뿐만 아니라 성능 불량으로 곧바로 이어질 수 있다.
또한, 함침에 의해 섬유 다발이 수지 용액으로 코팅된 후에는 비틀 수 있는 각도가 15~60° 의 범위로 제한되어 단사 방지의 효과가 제대로 나타나지 못하고 일반적으로 섬유 다발의 30% 정도의 손실(loss)이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 섬유 다발을 수지 용액에 함침시키기 전에 비트는 단계를 제공하는 섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱이 제공된다.
또한, 섬유 다발의 비틀림 각도를 증가시켜 섬유 다발의 단사문제를 보다 확실하게 해결하고 강화 플라스틱의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱이 제공된다.
또한, 섬유 다발의 함침 후 비틀려 있는 섬유 다발을 다시 풀어주는 단계를 제공하여 플라스틱의 사출 시 섬유 다발이 골고루 분산될 수 있도록 하는 섬유 강화 플라스틱 제조 방법 및 이를 이용한 섬유 강화 플라스틱이 제공된다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 제조방법은 섬유 강화 플라스틱의 제조에 사용되는 섬유 필라멘트(fiber filament) 다발을 준비하는 단계, 상기 섬유 필라멘트 다발에 꼬임(twist)을 가하는 단계, 상기 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발을 수지 용액에 담구는 함침단계, 상기 함침된 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 다시 풀어주는 단계, 그리고 상기 섬유 필라멘트 다발을 사출하는 단계를 포함한다.
일측에 따르면, 상기 꼬임을 풀어주는 단계는, 상기 함침된 섬유 필라멘트 다발을 가열하여 코팅된 수지를 제거하는 단계, 그리고 상기 수지가 제거된 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 다시 풀어주는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 코팅된 수지를 제거하는 단계 및 꼬임을 풀어주는 단계는 상기 사출 단계와 일체로 이루어 질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 섬유 필라멘트는 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 아라미드 섬유, 레이온 섬유, 그래파이트 섬유, 금속섬유, 또는 알릴레이트 섬유 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 함침 하는 단계는 상기 섬유 필라멘트 다발의 꼬임으로 인해 상기 섬유 필라멘트 다발의 내부로의 상기 수지 용액의 진입이 차단되는 것이 바람직하다.
일측에 따르면, 상기 사출 단계는, 상기 섬유 필라멘트 다발만을 사출하거나 상기 섬유 필라멘트 다발과 섬유 강화 플라스틱의 원재료가 되는 수지를 같이 사출할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱은 준비된 섬유 필라멘트 다발을 꼬임을 가한 후 수지 용액에 담궈 함침시키고 상기 함침된 섬유 필라멘트 다발을 가열하여 코팅된 수지를 제거한 후 꼬임을 다시 풀어주고, 사출공정을 통해 형성된다.
일측에 따르면, 상기 함침된 섬유 필라멘트 다발을 가열하여 코팅된 수지를 제거한 후 꼬임을 다시 풀어주는 공정과 상기 사출 공정은 하나의 사출기에서 일체로 이루어 질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 섬유 필라멘트는 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 아라미드 섬유, 레이온 섬유, 그래파이트 섬유, 금속섬유, 또는 알릴레이트 섬유 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발의 함침이 이루어 지면서 상기 섬유 필라멘트 다발의 내부로의 상기 수지 용액의 진입이 차단되는 것이 바람직하다.
일측에 따르면, 상기 사출공정은, 상기 섬유 필라멘트 다발만을 사출하거나 상기 섬유 필라멘트 다발과 섬유 강화 플라스틱의 원재료가 되는 수지를 같이 사출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 섬유 다발을 수지 용액에 함침시키기 전에 섬유 다발을 비트는 단계가 제공되는 바, 수지 용액이 코팅 되기 전에 섬유 다발을 비틀 수 있어 비트는 각도를 크게 증가시킬 수 있다.
또한, 섬유 다발의 비틀림 각도가 크게 증가 되는바, 섬유 다발의 단사를 효과적으로 차단할 수 있고, 그로 인해 제조 과정에서 섬유 다발의 손실을 최소한으로 줄일 수 있다.
또한, 섬유 다발을 함침시킨 후에 비틀려 있던 섬유 다발을 다시 풀어주는 단계를 제공하여 비틀림으로 인해 플라스틱 사출 시 섬유 다발이 서로 응집하는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 섬유 다발의 최종 분산이 원활하게 이루어 지도록 할 수 있다.
또한, 섬유 다발의 최종 분산이 원활하게 이루어짐으로 인해 사출된 섬유 강화 플라스틱의 외관이 보기 좋고, 기계적 물성도 좋아지며 내충격성이 좋아진다. 즉, 제품의 품질이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법의 흐름을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 제조방법은 다양한 섬유 강화 플라스틱을 제조하는데 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐수지, 초산 비닐 수지, 폴리스티렌, ABS수지, 아크릴수지 등의 열가소성 수지계의 플라스틱을 제조하는 데에 사용될 수 있으며 그 외 다양한 중합체를 포함하는 플라스틱을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 제조방법은 섬유 필라멘트 다발을 준비하는 단계(S10), 꼬임을 가하는 단계(S20), 함침단계(S30), 꼬임을 풀어주는 단계(S40), 그리고 사출 단계(S50)를 포함한다.
보다 자세한 설명을 위해 도 1을 제시한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 제조방법의 흐름을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
섬유 강화 플라스틱을 제조하기 위하여 플라스틱 제품의 강화에 쓰이는 섬유 필라멘트 다발을 준비한다(S10). 섬유의 종류에는 단섬유(short fiber) 및 장섬유(long fiber)가 있다. 섬유의 종류에는 제한을 하지 않으나 일반적으로 장섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
섬유는 수 가닥의 섬유 필라멘트가 결집되어 하나의 다발이 형성된다. 섬유는 꼬임을 가하지 않은 상태로 다수의 필라멘트를 모아놓은 로빙(roving)으로 준비한다. 이때 필라멘트의 수는 일반적으로 1000(1k), 3000(3k), 6000(6k), 12000(12k) 가닥으로 이루어 질 수 있으며 제한하지 않는다.
섬유의 종류로는 일반적으로 섬유 강화 플라스틱에 사용될 수 있는 다양한 섬유를 선택할 수 있다. 보다 구체적으로는, 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 아라미드 섬유, 레이온 섬유, 그래파이트 섬유, 금속섬유, 알릴레이트 섬유 중 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 고분자 섬유인 초고분자량 PE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)섬유, PAN(Polyacrylonitrile)섬유, PEEK(Poly Ether Ether Ketone)섬유도 사용이 가능하다.
섬유가 준비되면, 준비된 섬유 필라멘트 다발에 꼬임(twist)을 가한다(S20). 즉, 다수의 섬유 필라멘트가 모인 다발을 원주방향으로 비틀어 비틀림 각을 제공한다. 이렇게 섬유 필라멘트 다발에 꼬임을 가함으로써, 섬유 강화 플라스틱의 생산속도가 증강되고 섬유 필라멘트가 끊어지는 단사문제를 방지할 수 있다. 결국 섬유 강화 플라스틱의 생산성이 향상된다.
꼬임의 각도는 제한하지 않으나, 60° 이상의 각도로 비틀어주어 단사문제를 확실하게 방지하는 것이 바람직하다.
이러한 섬유 필라멘트 다발에 꼬임을 가하는 공정은 함침 전에 이루어진다. 즉, 함침에 의하여 섬유 필라멘트 다발에 수지 용액의 코팅처리가 되기 전에 섬유 필라멘트 다발에 꼬임을 가하는바 종래에 비하여 훨씬 큰 각도로 섬유 필라멘트 다발을 비틀어 줄 수 있는 것이다. 앞에서 언급한 것처럼 꼬임 정도의 증가는 단사문제의 보다 확실한 해결로 직결될 수 있다.
섬유 필라멘트 다발에 꼬임이 가해지면 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발을 수지 용액에 함침시킨다(S30). 이러한 함침에 의해 섬유는 필요에 따라 가열에 의해 용융된 수지 용액에 의하여 코팅이 이루어진다.
앞에서 언급한 것과 같이 섬유 필라멘트 다발을 함침하는 공정은 섬유 필라멘트 다발에 꼬임을 가하는 공정 이후에 이루어 진다. 즉, 섬유가 꼬인 상태로 수지 용액에 담궈지는 바 수지 용액은 섬유의 내부까지 코팅이 이루어지지 않는다. 다시 말해, 섬유가 꼬임으로 인해 꼬여 있는 다발의 내부에 위치한 다수의 섬유 필라멘트는 섬유 용액에 노출되지 않는 것이다.
이렇게 섬유 필라멘트 다발의 내부로 수지 용액의 진입이 차단됨으로 인해 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발이 원래의 형상으로 돌아오려는 복원력이 강해진다. 이러한 복원력은 뒤에서 설명할 꼬임을 풀어주는 공정에서 섬유 필라멘트 다발이 원래의 형상으로 용이하게 돌아오게 하며 이는 최종 사출물에서의 섬유의 분산력을 증강시켜준다. 섬유의 분산에 대하여는 뒤에서 좀더 자세히 설명한다.
함침에 의해 섬유 필라멘트 다발에 수지 용액이 코팅되면, 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 풀어준다(S40). 이렇게 꼬임을 다시 풀어주는 이유는 꼬임에 의해 섬유들이 사출된 강화 플라스틱상에서 엉겨있는 현상이 두드러지게 발생하기 때문이다. 결국 섬유 필라멘트 다발의 최종 분산을 원활하게 하기 위하여 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 다시 풀어준다.
이때, 꼬임을 풀어주는 단계는 섬유 필라멘트 다발을 가열하는 단계(S41), 그리고 수지가 제거된 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 풀어주는 단계(S42)를 포함한다.
수지 용액이 코팅된 상태에서는 일반적으로 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 다시 풀어주기 어렵다. 따라서, 섬유 필라멘트 다발을 가열하여 함침에 의해 섬유유 필라멘트에 코팅된 수지 용액을 제거하는 것이 바람직하다(S41). 이때 가해지는 온도와 가열시간은 수지 용액의 종류, 섬유의 종류 등 환경에 따라 다양하게 설정이 가능하다.
가열에 의해 코팅된 수지 용액이 제거되면 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 풀어준다(S42). 이때 앞에서 설명한 것과 같이 섬유의 내부에 위치한 필라멘트는 함침 후에도 코팅이 되어있지 않은 바 섬유 필라멘트 다발이 원래의 형상으로 돌아가려는 복원력을 제공하고, 섬유에 코팅된 수지 용액이 제거됨과 동시에 꼬임이 좀 더 쉽게 풀리도록 한다.
일측에 따르면, 함침단계 이후 또는 꼬임을 풀어주는 단계 이후에는 필요에 따라 섬유 필라멘트 다발을 커팅(cutting)하는 단계가 추가될 수 있다. 이러한 커팅 단계는 필요에 따라 함침 전에 이루어질 수도 있고, 함침 후에 이루어질 수도 있다. 커팅의 길이와 섬유의 두께는 수지의 종류, 섬유의 종류 등의 환경에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
한편, 섬유 필라멘트 다발의 꼬임이 풀리면 사출 공정이 진행된다(S50). 이때 사출 공정은 상기 섬유 필라멘트 다발만을 이용하여 이루어질 수도 있고, 섬유 강화 플라스틱의 원재료가 되는 수지와 함께 이루어질 수도 있다. 이러한 사출 공정은 함침된 섬유 필라멘트 다발의 코팅된 수지를 제거하는 단계와 수지가 제거된 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 풀어주는 단계와 일체로 이루어질 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 함침된 섬유를 사출기에 넣거나, 또는 함침된 섬유와 함께 섬유 강화 플라스틱의 원재료가 되는 수지를 하나의 사출기에 넣는다. 이때, 사출기의 가열 온도와 시간을 조절하여 사출기 내에서 섬유에 코팅된 수지 용액을 제거하면서 동시에 꼬임이 풀려 수지 내에서 분산되는 과정이 일어나는 것이다. 이때, 섬유 내부에 수지 용액이 코팅되지 아니함으로 인한 섬유의 복원력의 증가는 꼬임이 풀리는 것을 좀더 원활하게 한다. 사출기의 가열 온도와 시간은 섬유의 종류, 수지의 종류 등 환경에 따라 다양하게 조절될 수 있다.
이렇게 꼬여있던 섬유가 사출될 때에는 꼬임이 풀리는바 섬유끼리 엉기는 현상을 방지할 수 있고, 분산력이 좋아져 최종분산이 골고루 이루어진 강화 플라스틱을 얻을 수 있다.
결국, 상기와 같은 제조방법에 의해 섬유 강화 플라스틱을 제조함에 따라, 섬유 필라멘트의 단사를 최대한 방지할 수 있어 제품의 품질과 생산성이 향상되고, 섬유의 분산이 원활이 이루어짐으로 인해 엉김현상을 방지할 수 있어 섬유가 골고루 분산된 제품을 얻을 수 있다. 결과적으로 이러한 방법으로 제조된 섬유 강화 플라스틱은 외관이 보기 좋고 기계적 물성이 저하되지 않으며, 내충격성이 좋아진다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (11)

  1. 섬유 강화 플라스틱의 제조에 사용되는 섬유 필라멘트(fiber filament) 다발을 준비하는 단계;
    상기 섬유 필라멘트 다발에 꼬임(twist)을 가하는 단계;
    상기 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발을 수지 용액에 담구는 함침단계;
    상기 함침된 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 다시 풀어주는 단계; 및
    상기 섬유 필라멘트 다발을 사출하는 단계;
    를 포함하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 꼬임을 풀어주는 단계는,
    상기 함침된 섬유 필라멘트 다발을 가열하여 코팅된 수지를 제거하는 단계; 및
    상기 수지가 제거된 섬유 필라멘트 다발의 꼬임을 다시 풀어주는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅된 수지를 제거하는 단계 및 꼬임을 풀어주는 단계는 상기 사출 단계와 일체로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 필라멘트는 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 아라미드 섬유, 레이온 섬유, 그래파이트 섬유, 금속섬유, 또는 알릴레이트 섬유 중 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 함침 하는 단계는 상기 섬유 필라멘트 다발의 꼬임으로 인해 상기 섬유 필라멘트 다발의 내부로의 상기 수지 용액의 진입이 차단되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 사출 단계는, 상기 섬유 필라멘트 다발만을 사출하거나 상기 섬유 필라멘트 다발과 섬유 강화 플라스틱의 원재료가 되는 수지를 같이 사출하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱의 제조 방법.
  7. 준비된 섬유 필라멘트 다발을 꼬임을 가한 후 수지 용액에 담궈 함침시키고 상기 함침된 섬유 필라멘트 다발을 가열하여 코팅된 수지를 제거한 후 꼬임을 다시 풀어주고, 사출공정을 통해 형성된 섬유 강화 플라스틱.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 함침된 섬유 필라멘트 다발을 가열하여 코팅된 수지를 제거한 후 꼬임을 다시 풀어주는 공정과 상기 사출 공정은 하나의 사출기에서 일체로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 섬유 필라멘트는 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 아라미드 섬유, 레이온 섬유, 그래파이트 섬유, 금속섬유, 또는 알릴레이트 섬유 중 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 꼬임이 가해진 섬유 필라멘트 다발의 함침이 이루어 지면서 상기 섬유 필라멘트 다발의 내부로의 상기 수지 용액의 진입이 차단되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 사출공정은, 상기 섬유 필라멘트 다발만을 사출하거나 상기 섬유 필라멘트 다발과 섬유 강화 플라스틱의 원재료가 되는 수지를 같이 사출하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
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