WO2012096506A2 - 함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법 - Google Patents

함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법 Download PDF

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    • C08J2300/24—Thermosetting resins

Definitions

  • the present invention relates to a composite sheet manufacturing apparatus and a composite sheet manufacturing method using the same, and more particularly, to a high-strength composite sheet manufacturing apparatus that can improve the impregnability and uniform molecular weight distribution by using a polymer film containing a peroxide and It relates to a high strength composite sheet manufacturing method using the same.
  • thermoplastic high-strength plastic products impregnated with a reinforcing material in the thermoplastic resin is being used as a metal replacement.
  • thermoplastic high strength plastics include glass mat thermoplastic (GMT), granule-long fiber reinforced thermoplastic (G-LFT), and direct compounding. It can be classified as a thermoplastic composite (Direct Long Fiber reinforced Thermoplastic: LFT-D).
  • thermoplastic high-strength plastic the impact strength, bending elastic modulus and bending strength are reinforced by using long fibers instead of short fiber composites as reinforcement materials.
  • long fibers instead of short fiber composites as reinforcement materials.
  • Highly rigid materials are needed.
  • Such a reinforcing material is manufactured in the form of a plastic composite sheet, but there are many differences in physical properties depending on the manufacturing method thereof.
  • the glass sheet is woven to produce a composite sheet through an impregnation tank.
  • the double belt press method is used to induce the impregnation of the glass fiber and the polymer, but the target strength and rigidity are not obtained.
  • One object of the present invention is to provide a composite sheet manufacturing method having high strength and high rigidity through improving the impregnation of the polymer film and the reinforcing material.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus for producing the composite sheet.
  • Method for producing a high-strength composite sheet according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a step of attaching a polymer film containing a peroxide on one or both sides of the reinforcing material; Forming a composite by compressing the polymer film containing the peroxide with a hot press to impregnate the reinforcing material; And cooling the compressed composite material with a cooling press.
  • High-strength composite sheet manufacturing apparatus for achieving the above another object is a first roll of the reinforcing material wound; A second roll on which a polymer film containing peroxide adhered to one or both surfaces of the reinforcing material unwinded from the first roll; A transfer unit for transferring a polymer film containing peroxide attached to the reinforcing material unrolled from the first roll and the second roll; A heat press that compresses the polymer film containing the peroxide transferred by the transfer unit to be impregnated into a reinforcing material to form a composite material; And a cooling press for cooling the compressed composite material.
  • the high-strength composite sheet manufactured using the high-strength composite sheet manufacturing apparatus according to the present invention is a polymer film containing peroxide attached to one or both sides of the reinforcing material is a continuous hot pressing and cooling by a hot press and a cooling press, so the reinforcement Since the impregnation may be made in a uniform molecular weight distribution, the mechanical properties are improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a high strength composite sheet manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a process flow chart showing a high strength composite sheet manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a high strength composite sheet manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the composite sheet manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the first roll 110, the second roll 120, the transfer unit 140, the heating press 150, the cooling press ( 160 and a cutter 170.
  • the first and second polymer films 122 and 124 containing the reinforcing material 112 and the peroxide are wound around the first roll 110 and the second roll 120, respectively.
  • the first and second polymer films 122 and 124 each containing peroxide wound on the second roll 120 may be reinforcing materials. Secondary to both sides of 112; The first and second rolls 110 and 120 may be disposed at positions adjacent to each other, and the positions thereof may be selectively changed.
  • first and second polymer films 122 and 124 are attached to both surfaces of the reinforcing material 112, for example.
  • the first or second polymer may be different from one surface of the reinforcing material 112.
  • the films 122 and 124 may be attached.
  • the transfer unit 140 includes the reinforcing material 112 unrolled from the first roll 110 and the second roll 120 and the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxides. To the position where it is placed.
  • the heat press 150 is a high-temperature compressive composite 165 so that the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxides transferred by the transfer unit 140 penetrate into the reinforcing material 112 to induce impregnation.
  • the hot press 150 may be disposed at a second position spaced apart from a first position at which the first roll 110 and the second roll 120 are disposed.
  • the cooling press 160 is disposed behind the heating press 150 to cool the reinforcing material 165 compressed by the heating press 150 to a predetermined temperature. At this time, the hot press 150 and the cooling press 160 is preferably installed in the position as close as possible to enable high temperature compression and low temperature cooling in a continuous process.
  • the cutting unit 170 obtains the plurality of composite sheets 180 by cutting the composite 165 passing through the cooling press 160 to meet the specifications.
  • the high-strength composite sheet manufacturing apparatus 100 is a third roll 130, the first and second release film 132, 134 is attached to both sides of the first and second polymer film (122, 124) is wound It may further include.
  • the first or second release films 132 and 134 may be attached to the outer surfaces of the first or second polymer films 122 and 124.
  • the first and second polymer films containing peroxides attached to both sides of the reinforcing material are heated and cooled.
  • the press allows continuous high temperature compression and low temperature cooling. Therefore, since the impregnation may be made in a state in which the molecular weight distribution is uniform in the reinforcing material, there is an advantage of improving the mechanical properties of the composite sheet.
  • Figure 2 is a process flow chart showing a high strength composite sheet manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the high strength composite sheet manufacturing method includes an attachment step (S110), pressing step (S120), cooling step (S130) and cutting step (S140).
  • the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxides are attached to both surfaces of the reinforcing material 112.
  • the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxide wound on the second roll 120 may have two. It is automatically released to be attached to both sides of the reinforcing material 112, respectively.
  • the reinforcing material 112 is transported in the direction in which the heating press 150 is disposed by the transfer unit 140 in a form interposed between the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxide. do.
  • first or second release film 132, 134 may be further attached to the outer surface of the first or second polymer film (122, 124), the first or second release film (132, 134) ) May be wound around the third roll 130.
  • the reinforcing material 112 may include at least one selected from organic fibers and inorganic fibers including glass fibers, carbon fibers, basalt fibers, aramid fibers.
  • the fiber average diameter of the reinforcing material 112 is preferably 10 ⁇ 20 ⁇ m.
  • the fiber bundle of the reinforcing material 112 is preferably 600 ⁇ 1200tex.
  • the reinforcing material 112 may be contained to include 20 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite.
  • the first and second polymer films 122 and 124 may include at least one selected from a thermoplastic resin and a thermosetting resin including polypropylene, polyethylene, polyester, polyamide, and ABS (acrylonitrile butadiene styrene copolymer). .
  • melt index (MFI) of the thermoplastic resin is preferably 1 ⁇ 100g / 10min, more preferably 10 ⁇ 30g / 10min, If the melt index of the thermoplastic resin is less than 1g / 10min There is a concern that the thermoplastic resin is easily solidified and the impregnation is lowered. On the contrary, when the thermoplastic resin exceeds 100 g / 10 min, the thermoplastic resin flows down.
  • the first and second polymer films 122 and 124 may further include at least one additive selected from pigments, heat stabilizers, UV stabilizers, and viscosity modifiers.
  • the viscosity regulator contains 0.5 to 4 parts by weight and the remaining additives 0.1 to 10 parts by weight, the viscosity regulator may include a peroxide.
  • the peroxide is specifically 3,6,6,9,9 pentamethyl-3n-propyl-1,2,4,5 tetraoxacyclononane (3,6,6,9,9 pentamethyl-3n-propyl- 1,2,4,5 tetraoxacyclononane), 3,6,9-triethyl-3,6,9-trimethyl-1,4,7-triperoxonane (3,6,9-triethyl-3,6, 9-trimethyl-1,4,7-triperoxonane), 2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexane (2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexane ), And preferably at least one selected from these.
  • the content of the peroxide is preferably 0.5 to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of the first and second polymer films. If the content of the peroxide is less than 0.5 parts by weight, the amount is too small to ensure a sufficient impregnation effect, on the contrary, if the content of the peroxide exceeds 4 parts by weight, the manufacturing cost may be excessively increased without further effect increase. .
  • the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxides are infiltrated into the reinforcing material 112 to be impregnated at high temperature with the hot press 150 to form a composite 165. .
  • the high temperature compressed composite material 165 is cooled to a predetermined temperature or less using the cooling press 160.
  • the pressing step (S120) and the cooling step (S130) is preferably performed in a continuous process.
  • the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxides attached to both surfaces of the reinforcing material 165 are continuously passed through the hot press 150 and the cooling press 160. Hot pressing and low temperature cooling will be performed. Accordingly, the first and second polymer films 122 and 124 containing peroxides quickly penetrate into the reinforcing material 165 to induce impregnation and cooling at a uniform molecular weight, thereby ensuring excellent mechanical properties. do.
  • the plurality of composite sheets 170 are obtained by cutting the composite material 165 sequentially passing through the heating press 150 and the cooling press 160 by the transfer unit 140 to meet the specifications. can do.
  • the first and second polymer films containing peroxide attached to both sides of the reinforcing material is heated press and cooling
  • the press produces continuous high temperature compression and low temperature cooling. Therefore, since the impregnation may be made in a state where the molecular weight distribution is uniform in the reinforcing material, the mechanical properties of the composite sheet may be improved.
  • melt index 35 g / 10 min on both sides of the glass fiber having an average diameter of 17 ⁇ m and a fiber bundle of 600 tex, 1.0% peroxide (2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexane) and After attaching the polypropylene film which added the remaining pigment and 3% of heat stabilizers, it was crimped
  • the composite sheet was prepared by cutting the polypropylene film containing the glass fiber and the peroxide exiting the cooling press into a predetermined size.
  • a composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2.0% by weight of the peroxide was used.
  • a composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that 3.0% by weight of the peroxide was used.
  • a composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that 4.0% by weight of the peroxide was used.
  • a composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except that no peroxide was added.
  • a composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except for using glass fibers having an average diameter of 12 ⁇ m and a fiber bundle of 300 tex.
  • Table 1 shows the results of the physical property evaluation for the composite sheet according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. Flexural strength and impregnation (porosity, Void Contents) were evaluated, and the results are shown in Table 1 below. Here, the flexural strength was measured by ASTM D790, and the impregnation was measured by the method according to ASTM D2734.
  • Example 4 when comparing Example 1 to Example 4 and Comparative Example 1 was confirmed that the peroxide increases the fluidity of the resin and at the same time effectively reduce the porosity in the fiber bundle to increase the flexural strength of the composite.
  • Example 4 when the amount of peroxide is excessively impregnated, the impregnation is increased but the molecular weight of the resin is excessively reduced, thereby reducing the compressive strength and flexural strength of the composite material.
  • Comparison of Examples 3 or 4 with Comparative Example 2 shows similar flexural strength, which uses a high density (600 tex) glass fiber, which is relatively difficult to impregnate, compared to the low density (300 tex) glass fiber of Comparative Example 2 (Example 3 or 4 In spite of), the equivalent mechanical properties can be realized, thereby reducing the manufacturing cost of the composite material.

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Abstract

과산화물을 함유한 고분자 필름을 이용하는 것을 통하여 분자량 분포가 균일하면서 함침성을 향상시킬 수 있는 고강도 복합시트 제조 방법에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 고강도 복합시트 제조 방법은 보강재의 일면 또는 양면에 과산화물을 함유한 고분자 필름을 부착하는 단계; 상기 과산화물을 함유한 고분자 필름이 보강재에 함침되도록 가열 프레스로 압착하여 복합재를 형성하는 단계; 및 상기 압착된 복합재를 냉각 프레스로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법
본 발명은 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 복합시트 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과산화물을 함유한 고분자 필름을 이용하는 것을 통하여 분자량 분포가 균일하면서 함침성을 향상시킬 수 있는 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법에 관한 것이다.
최근 경량화를 목적으로 금속 대체용으로 재생 플라스틱 제품이 사용되고 있다. 일반적으로, 열가소성 수지만을 이용하여 사출 등의 공법으로 성형되는 플라스틱 제품의 경우 강도 및 강성이 부족하여 금속을 대체하기에는 어려움이 따르고 있다.
이에 대한 해결책으로, 열가소성 수지에 보강재를 함침시킨 열가소성 고강도 플라스틱 제품이 금속 대체용으로 사용되고 있는 추세이다.
일반적으로, 열가소성 고강도 플라스틱의 종류에는 유리섬유매트 열가소성 복합재(Glass Mat Thermoplastic: GMT), 장섬유가 보강된 팰릿을 이용한 사출 형식의 복합재(Granule-Long Fiber reinforced Thermoplastic: G-LFT), 다이렉트 컴파운딩을 이용한 열가소성 복합재(Direct Long Fiber reinforced Thermoplastic: LFT-D)로 분류될 수 있다.
상기 열가소성 고강도 플라스틱의 경우, 보강재로 단섬유 복합재 대신 장섬유를 이용함으로써 충격 강도, 굽힘 탄성율 및 굽힘 강도를 보강하였으나, 범퍼 빔, 시트백 등과 같은 일부 자동차 부품에 적용하기 위해서는 연속 섬유가 보강된 고강도 및 고강성 재료를 필요로 하고 있다.
이러한 보강재는 플라스틱 복합시트 형태로 제조되고 있으나, 그 제조 방법에 따라 물성의 차이가 많이 발생하고 있다. 이때, 열경화성 플라스틱 복합시트의 경우 유리 섬유를 직조하여 함침조를 거쳐 복합시트를 제조하고 있다.
특히, GMT의 경우는 더블벨트프레스 공법을 이용하여 유리 섬유와 고분자의 함침을 유도하고 있으나, 목표로 하는 강도 및 강성을 얻지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 하나의 목적은 고분자 필름과 보강재의 함침성을 향상시키는 것을 통하여 고강도 및 고강성을 갖는 복합시트 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 복합시트를 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 방법은 보강재의 일면 또는 양면에 과산화물을 함유한 고분자 필름을 부착하는 단계; 상기 과산화물을 함유한 고분자 필름이 보강재에 함침되도록 가열 프레스로 압착하여 복합재를 형성하는 단계; 및 상기 압착된 복합재를 냉각 프레스로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 장치는 보강재가 권취되는 제1 롤; 상기 제1 롤로부터 풀린 보강재의 일면 또는 양면에 부착되는 과산화물을 함유한 고분자 필름이 권취되는 제2 롤; 상기 제1 롤 및 제2 롤로부터 풀린 보강재에 부착되는 과산화물을 함유한 고분자 필름을 이송하는 이송 유닛; 상기 이송 유닛에 의하여 이송되는 과산화물을 함유한 고분자 필름이 보강재에 함침되도록 압착시켜 복합재를 형성하는 가열 프레스; 및 상기 압착된 복합재를 냉각하는 냉각 프레스;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고강도 복합시트 제조 장치를 이용하여 제조되는 고강도 복합시트는 보강재의 일면 또는 양면에 부착되는 과산화물을 함유한 고분자 필름이 가열 프레스 및 냉각 프레스에 의하여 연속적인 고온 압착 및 냉각이 이루어지므로 보강재에 분자량 분포가 균일한 상태로 함침이 이루어질 수 있기 때문에 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합시트 제조 장치(100)는 제1 롤(110), 제2 롤(120), 이송 유닛(140), 가열 프레스(150), 냉각 프레스(160) 및 절단기(170)를 포함한다.
제1 롤(110) 및 제2 롤(120)에는 보강재(112)와 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 각각 권취된다.
이때, 상기 제1 롤(110)에 감긴 보강재(112)가 1차적으로 풀리게 되면, 상기 제2 롤(120)에 각각 감긴 과산화물이 함유된 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 보강재(112)의 양면에 2차적으로 부착된다. 상기 제1 및 제2 롤(110, 120)은 서로 인접한 위치에 배치하는 것이 바람직하며, 그 위치는 선택적으로 변경될 수 있다.
여기서, 상기 보강재(112)의 양면에 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 부착되는 것을 하나의 예를 들어 설명하였으나, 이와 다르게, 보강재(112)의 일면에 제1 또는 제2 고분자 필름(122, 124)을 부착할 수도 있다.
이송 유닛(140)은 제1 롤(110) 및 제2 롤(120)로부터 풀린 보강재(112)와 과산화물을 함유하는 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)을 후술한 가열 프레스(150)가 배치되는 위치로 이송한다.
가열 프레스(150)는 이송 유닛(140)에 의하여 이송되는 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 보강재(112)에 침투되어 함침이 유도되도록 고온 압착하여 복합재(165)를 형성한다. 이때, 상기 가열 프레스(150)는 제1 롤(110) 및 제2 롤(120)이 배치되는 제1 위치로부터 일정 간격 이격된 제2 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
냉각 프레스(160)는 가열 프레스(150)의 후방에 배치되어 가열 프레스(150)에 의하여 압착된 보강재(165)를 일정 온도로 냉각한다. 이때, 상기 가열 프레스(150)와 냉각 프레스(160)는 고온 압착 및 저온 냉각이 연속 공정으로 이루어질 수 있도록 하기 위해 최대한 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
절단 유닛(170)은 냉각 프레스(160)를 통과하는 복합재(165)를 규격에 맞도록 절단하는 것에 의하여 복수의 복합시트(180)를 수득한다.
또한, 상기 고강도 복합시트 제조 장치(100)는 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)의 양면에 부착되는 제1 및 제2 이형 필름(132, 134)이 권취되는 제3 롤(130)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 또는 제2 고분자 필름(122, 124)의 외측 면에 제1 또는 제2 이형 필름(132, 134)을 부착하는 것도 무방하다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 장치를 이용하여 고강도 복합시트를 제조할 경우, 보강재의 양면에 부착되는 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름이 가열 프레스 및 냉각 프레스에 의하여 연속적인 고온 압착 및 저온 냉각이 이루어질 수 있게 된다. 따라서, 보강재에 분자량 분포가 균일한 상태로 함침이 이루어질 수 있기 때문에 복합시트의 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이에 대해서는, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 방법은 부착 단계(S110), 압착 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 절단 단계(S140)를 포함한다.
부착 단계(S110)에서는 보강재(112)의 양면에 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)을 부착한다.
이때, 상기 제1 롤(110)에 권취되는 보강재(112)가 1차적으로 풀리게 되면, 제2 롤(120)에 권취되는 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 2차적으로 풀려 보강재(112)의 양면에 각각 부착되게 된다.
다음으로, 상기 보강재(112)는 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)의 사이에 개재되는 형태로 이송 유닛(140)에 의하여 가열 프레스(150)가 배치되는 방향으로 이송된다.
여기서, 상기 제1 또는 제2 고분자 필름(122, 124)의 외측 면에는 제1 또는 제2 이형 필름(132, 134)이 더 부착될 수 있으며, 이러한 제1 또는 제2 이형필름(132, 134)은 제3 롤(130)에 권취될 수 있다.
여기서, 상기 보강재(112)는 유리 섬유, 탄소 섬유, 바잘트 섬유, 아라미드 섬유를 포함하는 유기 섬유 및 무기 섬유 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 보강재(112)의 섬유 평균 직경은 10 ~ 20㎛인 것이 좋다.
또한, 상기 보강재(112)의 섬유 다발은 600 ~ 1200tex인 것이 좋다.
이때, 상기 보강재(112)는 복합재 100 중량부에 대하여 20 ~ 80 중량부를 포함하도록 함유될 수 있다.
상기 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드 및 ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)를 포함하는 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
특히, 상기 열가소성 수지의 멜트인덱스(melt index: MFI)는 1 ~ 100g/10min, 보다 바람직하게는 10 ~ 30g/10min인 것이 바람직한데, 만약, 상기 열가소성 수지의 멜트인덱스가 1g/10min 미만일 경우에는 열가소성 수지가 쉽게 고화되어 함침성이 저하될 우려가 있고, 반대로 100g/10min를 초과할 경우에는 열가소성 수지가 흘러내리는 문제가 있다.
상기 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)은 안료, 열안정제, UV 안정제 및 점도 조절제 중 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2 고분자 필름 100 중량부에 대하여, 상기 점도 조절제는 0.5 ~ 4 중량부 및 나머지 첨가제 0.1 ~ 10 중량부를 함유하며, 상기 점도 조절제는 과산화물을 포함할 수 있다.
여기에서 상기 과산화물은 구체적으로 3,6,6,9,9 펜타메틸-3n-프로필-1,2,4,5 테트라옥사시클로노난(3,6,6,9,9 pentamethyl-3n-propyl-1,2,4,5 tetraoxacyclononane), 3,6,9-트리에틸-3,6,9-트리메틸-1,4,7-트리퍼옥소난(3,6,9-triethyl-3,6,9-trimethyl-1,4,7-triperoxonane), 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy)hexane) 등이 있으며, 이 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 과산화물의 함량은 제1 및 제2 고분자 필름 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 4 중량부인 것이 바람직하다. 과산화물의 함량이 0.5 중량부 미만일 경우에는 그 양이 너무 적어 충분한 함침 효과를 확보할 수 없고, 반대로 과산화물의 함량이 4 중량부를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용이 과다하게 증대될 수 있다.
압착 단계(S120)에서는 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 보강재(112)에 침투되어 함침이 유도되도록 가열 프레스(150)로 고온 압착하여 복합재(165)를 형성한다.
냉각 단계(S130)에서는 고온 압착된 복합재(165)를 냉각 프레스(160)를 이용하여 일정 온도 이하로 냉각한다. 이때, 상기 압착 단계(S120)와 냉각 단계(S130)는 연속 공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 경우, 보강재(165)의 양면에 각각 부착되는 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 가열 프레스(150)와 냉각 프레스(160)를 통과하면서 연속적인 고온 압착 및 저온 냉각이 수행되게 된다. 따라서, 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름(122, 124)이 보강재(165)에 빠르게 침투되어 함침이 유도됨과 동시에 분자량이 균일한 상태에서 냉각이 이루어지므로 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있게 된다.
절단 단계(S140)에서는 이송 유닛(140)에 의하여 가열 프레스(150) 및 냉각 프레스(160)를 차례로 통과한 복합재(165)를 규격에 맞도록 절단하는 것에 의하여 복수의 복합시트(170)를 수득할 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 복합시트 제조 방법을 이용하여 복합시트를 제조할 경우, 보강재의 양면에 부착되는 과산화물을 함유한 제1 및 제2 고분자 필름이 가열 프레스 및 냉각 프레스에 의하여 연속적인 고온 압착 및 저온 냉각이 이루어지게 된다. 따라서, 보강재에 분자량 분포가 균일한 상태로 함침이 이루어질 수 있기 때문에 복합시트의 기계적 물성을 향상시킬 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 고강도 복합시트 제조
실시예 1
17㎛의 평균 직경 및 600tex의 섬유 다발을 갖는 유리 섬유의 양면에 멜트인덱스 35g/10min를 가지며, 과산화물 (2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산) 1.0% 및 나머지 안료 및 열안정제 3%를 첨가한 폴리프로필렌 필름을 부착한 후, 200?에서 가열 프레스로 압착하고 나서 25?까지 냉각 프레스로 냉각하였다.
이후, 냉각 프레스를 빠져 나온 유리 섬유 및 과산화물을 함유한 폴리프로필렌 필름을 일정한 크기로 절단하여 복합시트를 제조하였다.
실시예 2
상기된 과산화물을 2.0% 중량부 사용하였다는 점 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 제조하였다.
실시예 3
상기된 과산화물을 3.0% 중량부 사용하였다는 점 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 제조하였다.
실시예 4
상기된 과산화물을 4.0% 중량부 사용하였다는 점 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 제조하였다
비교예 1
과산화물을 첨가하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 제조하였다.
비교예 2
12㎛의 평균 직경 및 300tex의 섬유 다발을 갖는 유리 섬유를 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 및 비교예 1, 2에 따른 복합시트에 대한 물성 평가에 대한 결과를 나타낸 것이다. 굴곡강도 및 함침성 (공극율, Void Contents)을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 여기에서 상기 굴곡강도는 ASTM D790에 의하여 측정하였으며, 함침성은 ASTM D2734에 의한 방법으로 측정하였다.
표 1
구분 굴곡강도 (MPa)ASTM D790 함침성 (공극율, %)ASTM D2734
실시예 1 350 MPa 4.8%
실시예 2 372 MPa 3.9%
실시예 3 405 MPa 3.2%
실시예 4 404 MPa 3.0%
비교예 1 300 MPa 6.0%
비교예 2 409 MPa 2.6%
표 1을 참조하면, 실시예 1- 실시예 4와 비교예 1을 비교하면 과산화물이 수지의 유동성을 증가시키며 동시에 효과적으로 섬유다발내의 공극율을 효과적으로 감소시켜 복합재의 굴곡강도를 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 실시예 4에서 보는 바와 같이 과산화물의 투입량이 과다한 경우 함침성은 증가하나 수지의 분자량 감소가 과도하게 진행되어 복합재의 압축강도 및 굴곡강도가 감소된다.
실시예 3 또는 4와 비교예 2를 비교하면 유사한 굴곡강도를 보이는데 이는 비교예 2의 저밀도 (300tex) 유리섬유 대비, 함침이 상대적으로 어려운 고밀도 (600tex)의 유리섬유를 사용함 (실시예 3 또는 4)에도 불구하고 동등한 기계적 물성을 구현할 수 있어 복합재의 제조원가 감소가 가능하다.
위의 실험 결과를 토대로, 보강재의 양면에 과산화물을 포함하는 고분자 필름을 삽입한 상태에서 고온 압착 및 저온 냉각을 연속적으로 수행할 경우, 복합시트의 기계적 강도 및 함침성이 우수해진다는 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 보강재의 일면 또는 양면에 과산화물을 함유한 고분자 필름을 부착하는 단계;
    상기 과산화물을 함유한 고분자 필름이 보강재에 함침되도록 가열 프레스로 압착하여 복합재를 형성하는 단계; 및
    상기 압착된 복합재를 냉각 프레스로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강재는
    유리 섬유, 탄소 섬유, 바잘트 섬유, 아라미드 섬유를 포함하는 유기 섬유 및 무기 섬유 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 고강도 복합시트 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보강재의 섬유 평균 직경은
    10 ~ 20㎛인 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보강재의 섬유 다발은
    600 ~ 1200tex인 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 필름은
    폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드 및 ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)를 포함하는 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열가소성 수지의 멜트인덱스(melt index: MFI)는
    1 ~ 100g/10min인 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고분자 필름은
    안료, 열안정제, UV 안정제 및 점도 조절제 중 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 필름 100 중량부에 대하여,
    상기 점도 조절제 : 0.5 ~ 4 중량부 및 나머지 첨가제 : 0.1 ~ 10 중량부를 함유하며, 상기 점도 조절제는 상기 과산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복합재 100 중량부에 대하여,
    상기 보강재는 20 ~ 80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복합재는
    상기 과산화물을 함유한 고분자 필름의 외측 면에 부착되는 이형필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 방법.
  11. 보강재가 권취되는 제1 롤;
    상기 제1 롤로부터 풀린 보강재의 일면 또는 양면에 부착되는 과산화물을 함유한 고분자 필름이 권취되는 제2 롤;
    상기 제1 롤 및 제2 롤로부터 풀린 보강재에 부착되는 과산화물을 함유한 고분자 필름을 이송하는 이송 유닛;
    상기 이송 유닛에 의하여 이송되는 과산화물을 함유한 고분자 필름이 보강재에 함침되도록 압착시켜 복합재를 형성하는 가열 프레스; 및
    상기 압착된 복합재를 냉각하는 냉각 프레스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복합시트 제조 장치는
    상기 과산화물을 함유한 고분자 필름의 외측 면에 부착되는 이형필름이 권취되는 제3롤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제조 장치는
    상기 냉각된 복합재를 절단하는 절단 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 복합시트 제조 장치.
PCT/KR2012/000264 2011-01-14 2012-01-11 함침성이 우수한 고강도 복합시트 제조 장치 및 이를 이용한 고강도 복합시트 제조 방법 WO2012096506A2 (ko)

Priority Applications (4)

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