WO2017111441A1 - 섬유 강화 복합재용 조성물, 섬유 강화 복합재 및 섬유 강화 복합재의 제조방법 - Google Patents

섬유 강화 복합재용 조성물, 섬유 강화 복합재 및 섬유 강화 복합재의 제조방법 Download PDF

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fiber
reinforced composite
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fiber reinforced
continuous
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이희정
박종성
김희준
최재훈
송강현
오애리
최한나
문영이
한동주
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(주)엘지하우시스
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene

Definitions

  • the present invention relates to a composition for fiber reinforced composites, fiber reinforced composites and fiber reinforced composites.
  • Composites utilized for various purposes are made of a combination of two or more materials, generally can be prepared by mixing fibers and the like as a reinforcement in the polymer resin.
  • a thermoplastic resin composition containing a fibrous filler and silicone rubber as an essential component as a composite material and a molded article manufactured using the same.
  • Such a composite material can be used in industrial fields requiring high strength and rigidity, but as the strength and rigidity are increased, shock absorption performance or flexibility decreases, so that research to secure not only excellent strength and rigidity but also excellent shock absorption performance is achieved. Is needed.
  • One embodiment of the present invention can ensure excellent strength and rigidity, and at the same time provides a fiber-reinforced composite excellent in shock absorption performance.
  • composition for fiber reinforced composites comprising a polypropylene resin, a continuous fiber and a nucleating agent that is a thermoplastic resin.
  • it provides a fiber-reinforced composite prepared by molding the composition for the fiber-reinforced composite.
  • the step of mixing the thermoplastic polypropylene resin and the nucleating agent and the nucleating agent to prepare a thermoplastic resin composition Inputting a continuous fiber; Preparing a composition for a fiber reinforced composite by impregnating the thermoplastic resin composition into the continuous fiber; It provides a method of producing a fiber-reinforced composite comprising; and extruding the composition for the fiber-reinforced composite to produce a fiber-reinforced composite.
  • Fiber-reinforced composite prepared by molding the composition for the fiber-reinforced composite, together with excellent strength and rigidity, the impact absorption performance is improved. Accordingly, it can be used for various applications requiring high strength and rigidity and high impact absorption performance.
  • the manufacturing method of the fiber-reinforced composite it is possible to manufacture a fiber-reinforced composite to ensure high process efficiency, excellent strength and rigidity, and improved shock absorption performance.
  • FIG. 1 schematically illustrates a fiber reinforced composite according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 schematically shows a process of the method of manufacturing a fiber reinforced composite according to another embodiment of the present invention.
  • a composition for producing a fiber-reinforced composite material provides a composition for a fiber-reinforced composite comprising a polypropylene resin, a continuous fiber and a nucleating agent which is a thermoplastic resin.
  • the composite can be made from a composition in which a fiber reinforcement is mixed with a thermoplastic resin.
  • a fiber reinforcement is mixed with a thermoplastic resin.
  • the fiber-reinforced composite composition may include a nucleating agent together with a polypropylene-based resin and continuous fibers, which are thermoplastic resins, in order to secure excellent strength and rigidity, and at the same time improve impact absorption performance.
  • the polypropylene resin is crystallized in the process of moving from the molten state to the solid state through cooling, and when the nucleating agent is present, the crystallinity of the polypropylene resin may be increased and the crystal structure may be determined.
  • the polypropylene resin in the molten state is crystallized through crystal growth after forming the crystal nucleus, the nucleating agent is to strengthen the crystal nucleus growth of the polypropylene resin, Crystal structure can be modified.
  • the nucleating agent may be a beta-nucleating agent.
  • the polypropylene resin may form a crystal structure such as alpha or beta, and may exhibit different physical properties according to the crystal structure.
  • the polypropylene resin having a beta crystal structure may exhibit low melting point and low density as compared with the alpha crystal structure.
  • the beta nucleating agent may modify the polypropylene resin into a beta crystal structure having low melting point and low density.
  • the nucleating agent included in the fiber-reinforced composite composition may be modified to beta crystal structure of the polypropylene resin as a beta nucleating agent.
  • the composite produced by the fiber-reinforced composite composition including the modified polypropylene-based resin may have improved impact absorption performance with excellent strength and rigidity.
  • the composition for the fiber-reinforced composite is modified polypropylene resin, which is a thermoplastic resin Including a nucleating agent, it is possible to impart improved impact absorption performance, together with excellent strength and stiffness, to the composites produced therefrom without further containing additional reinforcement components.
  • the composition for the fiber-reinforced composite can give the same effect to the composite material without mixing additional reinforcement, the composition for the fiber-reinforced composite to ensure excellent compatibility, to the composite prepared from Excellent strength and rigidity can be imparted.
  • the composition for the fiber reinforced composite may include the nucleating agent in an amount of about 0.001 to about 1.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polypropylene resin.
  • the nucleating agent is included in less than about 0.001 parts by weight, the improvement of shock absorption performance may be insignificant. Also, when the nucleating agent exceeds about 1.0 part by weight, the manufacturing cost increases, while the shock absorption performance is improved by a certain level or more. Cannot be obtained, which can be uneconomical.
  • the composition for the fiber reinforced composite is a nucleating agent, a quinacridone compound, a sorbitol compound, N-N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalenecarboxyamide (N, N '-dicyclohexyl-2,6-naphthalenecarboxamide), 1,3,5-benzotrisamide (1,3,5-benzenetrisamide) derivatives, and combinations thereof.
  • the fiber-reinforced composite composition includes a polypropylene-based resin as a thermoplastic resin, and thus, the fiber-reinforced composite may be advantageous to improve both strength and impact absorption performance for cost.
  • the polypropylene resin may include polypropylene alone or a resin copolymerized with polypropylene and other monomers, and for example, polypropylene homopolymer resin, propylene-ethylene copolymer resin, propylene-butene copolymer resin, and ethylene- Propylene-butene copolymer resin and combinations thereof.
  • the fiber-reinforced composite composition may include continuous fibers to improve strength and rigidity, and the continuous fibers may include one selected from the group consisting of glass fibers, carbon fibers, and combinations thereof.
  • the continuous fiber is one fiber reinforcing material selected from the group consisting of glass fiber, carbon fiber, and combinations thereof, the form contained in the composition for the fiber-reinforced composite material is included in the form of continuous fiber.
  • the continuous fiber means that it is present in a continuous form without breaking inside depending on the final size of the composite prepared from the composition for the fiber-reinforced composite.
  • the continuous fibers can be made in a continuous process, and by supplying the continuous fibers continuously to such continuous processes, fiber reinforced composites comprising continuous fibers are produced. can do.
  • the fiber reinforced composite can be made into a product of a particular shape, such as a sheet, in which the continuous fiber has a specific range of lengths depending on the shape of the product.
  • this particular range of lengths should be viewed as having a 'continuity' in that it can be arbitrarily controlled in the manufacturing process in which the continuous fibers are continuously fed, and most of the continuous fibers, such as continuous fibers in a UD sheet or fabric, If it does not break inside the product, it has continuity.
  • the fiber reinforced composite may comprise continuous fibers such that the continuous fibers have a single orientation, such as a UD sheet.
  • the fiber reinforced composite 100 includes a continuous fiber 10, wherein the continuous fiber may have a single orientation in the fiber reinforced composite.
  • the continuous fibers have a single orientation in the fiber reinforced composite, which is advantageous for securing excellent strength and rigidity, and are suitably mixed with the modified polypropylene-based resin in the fiber reinforced composite to provide shock absorption performance of the fiber reinforced composite. It may be more advantageous to improve the
  • the continuous fibers have a single orientation, when the specific fiber strands of one of the continuous fibers in the polypropylene-based resin is determined, the angle formed by the particular continuous fibers with any other continuous fibers is about 10 degrees or less, specifically It is to be understood that it includes a case of less than about 5 °, not only a completely parallel state between each other, but also a case that is not parallel to the error range of the degree difficult to identify when observed with the naked eye.
  • the composition for the fiber reinforced composite includes continuous fibers rather than long fibers or short fibers, there is no problem of dispersibility of the fibers and may include a high content of fibers. Accordingly, the fiber-reinforced composites prepared from the composition for fiber-reinforced composites have improved mechanical properties such as excellent surface quality, evenly implementing physical properties, and having high strength properties.
  • short fibers means fibers of about 1 mm or less
  • long fibers may mean fibers of about 50 mm or less.
  • the composition for the fiber reinforced composite may include a fiber reinforcement in the form of continuous fibers, thereby providing excellent strength and rigidity.
  • thermoplastic resin composition containing the above-mentioned polypropylene resin and a nucleating agent
  • the fiber-reinforced composite material is prepared by impregnating a polypropylene resin into a fiber, and the polypropylene resin constitutes a base material, and the fiber is impregnated therein. Therefore, the properties of the fiber-reinforced composite material can be greatly affected by the structure of the base material.
  • the composition for fiber-reinforced composites includes a nucleating agent, as described above, the polypropylene-based resin as a base material is modified into a beta crystal structure having modified properties of low density, and the modified polypropylene-based resin.
  • Fiber-reinforced composite prepared by impregnating the continuous fiber may have improved impact absorption performance.
  • short fibers or long fibers when short fibers or long fibers are impregnated into such a polypropylene resin having a beta crystal structure, the short fibers or long fibers have a short fiber length, and thus have little effect on the overall structure of the fiber reinforced composite.
  • short fibers or long fibers are difficult to have a specific orientation, the polypropylene-based resin surrounding them, it does not exhibit improved strength and rigidity in the fiber reinforced composite.
  • the composition for the fiber-reinforced composite as described above by including a continuous fiber rather than short fibers or long fibers, may include a high content of fibers, it may impart high strength properties while implementing physical properties evenly. Therefore, the strength and rigidity of the continuous fibers are not weakened by the modified base material, and excellent strength and rigidity can be maintained.
  • the continuous fiber may have a single orientation in the fiber-reinforced composite, which is advantageous for securing excellent strength and rigidity.
  • Such continuous fibers are suitably mixed with the modified polypropylene-based resin so that the fiber reinforced composite can have improved impact absorption performance, together with strength and stiffness.
  • the fiber-reinforced composite composition may include about 40 to about 70 parts by weight of the continuous fiber, for example, about 50 to about 70 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polypropylene-based resin.
  • the continuous fiber is included in the below range, the composite material is difficult to secure the required strength and rigidity, and when the above range is exceeded, the impregnation of the polypropylene-based resin is incomplete, making it impossible to manufacture the fiber-reinforced composite itself. Can cause.
  • the cross section of the continuous fiber may have an average diameter of about 15 ⁇ m to about 20 ⁇ m, for example, about 16 ⁇ m to about 19 ⁇ m.
  • composition for the fiber reinforced composite may further include one additive selected from the group consisting of antioxidants, compatibilizers, heat stabilizers, dispersants, pigments, and combinations thereof.
  • the composition for the fiber reinforced composite may include a compatibilizer and a heat stabilizer.
  • the compatibilizer may improve the compatibility of the polypropylene resin and the continuous fiber.
  • the heat stabilizer may be included in the composition for the fiber reinforced composite, to prevent the deterioration of the resin contained in the composition in the extrusion process of the fiber reinforced composite to be described later.
  • the heat stabilizer is included in the composition for the fiber reinforced composite, it can implement excellent durability when using the fiber-reinforced composite prepared by using it as a vehicle exterior material with a lot of exposure to the outside.
  • the fiber-reinforced composite prepared by molding the fiber-reinforced composite composition.
  • the fiber-reinforced composite may be prepared by extruding the composition for the fiber-reinforced composite comprising a nucleating agent for modifying the aforementioned continuous fibers, polypropylene-based resin and polypropylene-based resin to beta crystals. Accordingly, the fiber-reinforced composite may exhibit improved impact absorption performance, with excellent strength and stiffness.
  • the fiber reinforced composite is prepared by extruding the composition for the fiber reinforced composite described above, as described above, includes continuous fibers, specifically oriented to have a single orientation, and by applying a nucleating agent together, excellent strength and Rigidity can be achieved and at the same time high shock absorption performance.
  • the flexural modulus of the fiber reinforced composite may be about 15 GPa to about 35 GPa. More specifically, the flexural modulus of the fiber reinforced composite may be about 21 GPa to about 35 GPa. Flexural modulus is a value obtained by dividing the value of the force applied from the top to the center of the specimen by the deformation generated in the specimen, and can be measured by the ASTM D790 method at a room temperature of 23 ° C.
  • the fiber-reinforced composite material includes a high content of continuous fibers, wherein the continuous fiber has a single orientation in the fiber-reinforced composite, it is possible to maintain the flexural modulus of the above range. That is, the fiber reinforced composite may have an improved resistance value to withstand bending, and may have excellent strength and rigidity.
  • the falling impact strength of the fiber reinforced composite may be about 15 J / mm to about 45 J / mm. Specifically, the falling impact strength of the fiber reinforced composite may be about 20 J / mm to about 45 J / mm, more specifically about 23 J / mm to about 45 J / mm.
  • the 'falling impact strength' refers to the low-impact force that any object withstands instantaneous concentrated external force, and is measured as 'surface impact' strength measured further apart from the surface of the object, and can be measured by the falling impact measurement method according to ASTM D3763. have. When the falling ball impact strength is less than the above range, there is a problem in that sufficient impact performance is not secured and it is difficult to be applied to parts requiring impact performance.
  • the Izod impact strength of the fiber reinforced composite may be about 150 kJ / m 2 to about 950 kJ / m 2 .
  • the Izod impact strength of the fiber reinforced composite may be about 222 kJ / m 2 to about 950 kJ / m 2 , more specifically about 300 kJ / m 2 to about 950 kJ / m 2 .
  • the 'Izod impact strength' represents the impact strength measured by applying a force to the notch of the specimen, and can be measured by a measuring method according to ASTM D256. The Izod impact strength in the above range If less than enough impact performance is not secured there is a problem that is applied to the parts requiring impact performance.
  • the fiber-reinforced composite can maintain the flexural modulus of the above range, and at the same time can have an improved impact absorption performance of the above range. That is, the fiber-reinforced composite material may have excellent strength and rigidity and at the same time exhibit high impact absorption performance.
  • the flexural strength of the fiber-reinforced composite may be about 420 MPa to about 500 MPa, specifically, about 430 MPa to about 500 MPa. Flexural strength is the maximum strength generated from the specimen when the specimen is pressed at a constant speed, and can be measured by the ASTM D790 method at room temperature of 23 ° C.
  • the fiber-reinforced composite material includes a high content of continuous fibers, wherein the continuous fiber has a single orientation in the fiber-reinforced composite, it is possible to maintain the bending strength in the above range. That is, the fiber reinforced composite may have excellent strength and rigidity.
  • thermoplastic resin composition by mixing and melting a polypropylene-based resin and a nucleating agent that is a thermoplastic resin; Inputting a continuous fiber; Preparing a composition for a fiber reinforced composite by impregnating the thermoplastic resin composition into the continuous fiber; It provides a method of producing a fiber-reinforced composite comprising; and extruding the composition for the fiber-reinforced composite to produce a fiber-reinforced composite.
  • the fiber reinforced composite manufacturing method it is possible to manufacture a fiber reinforced composite material comprising a modified polypropylene-based resin and continuous fibers.
  • the fiber-reinforced composite material having improved impact absorption performance can be manufactured by including a continuous fiber, as well as excellent strength and rigidity, and including a polypropylene resin modified into a beta crystal structure by a nucleating agent.
  • the method of manufacturing the fiber-reinforced composite may include mixing and melting the polypropylene resin and the nucleating agent to prepare a thermoplastic resin composition. Details regarding the nucleating agent are as described above.
  • the polypropylene-based resin and nucleating agent may be mixed at the same time by being added to the extruder, the nucleating agent may be mixed by preparing a masterbatch form and then added to the polypropylene-based resin raw material.
  • the thermoplastic resin composition may be prepared by melting at about 160 °C to about 220 °C. Since the thermoplastic resin composition is manufactured at a temperature in the above range, excellent processability can be ensured, and at the same time, a composite having excellent physical properties can be produced.
  • the thermoplastic resin composition when the thermoplastic resin composition is prepared at less than about 160 ° C., the thermoplastic resin composition may not secure an appropriate viscosity, and thus may lower workability in a subsequent process. Due to thermal decomposition of the resin, physical properties of the composite may be damaged or foreign matter may occur due to carbonization of the resin.
  • the method of manufacturing the fiber-reinforced composite may include the step of introducing a continuous fiber. Details regarding the continuous fiber is as described above.
  • Figure 2 schematically shows a method of manufacturing a fiber reinforced composite according to an embodiment of the present invention. 2 is not shown the manufacturing process of the thermoplastic resin composition.
  • the continuous fiber is continuously drawn from the roving (roving) continuous fiber is continuously introduced into the impregnation mold, wherein the continuous fiber may be introduced to have a single orientation in the composite material. . Since the continuous fiber has a single orientation, the fiber-reinforced composite can easily secure the required level of strength and rigidity.
  • the method of manufacturing the fiber-reinforced composite may include the step of impregnating the thermoplastic resin composition into the continuous fiber to prepare a composition for a fiber-reinforced composite.
  • the thermoplastic resin composition may be added to the impregnation mold, wherein the thermoplastic resin composition may be introduced through an extruder.
  • the thermoplastic resin composition including the polypropylene resin and the nucleating agent may be impregnated into the continuous fiber to prepare a composition for a fiber reinforced composite.
  • the method of manufacturing the fiber-reinforced composite may include the step of producing a fiber-reinforced composite by extruding the composition for the fiber-reinforced composite.
  • the fiber-reinforced composite composition includes a polypropylene-based resin, a nucleating agent, and a continuous fiber, so that the fiber-reinforced composite may be manufactured by extruding it using a press process.
  • the step of producing the fiber-reinforced composite by extruding the composition for the fiber-reinforced composite may be performed using a calendar (Calendar) process.
  • the fiber-reinforced composite composition may specifically include all of a polypropylene resin, a nucleating agent, and a continuous fiber, and can be easily secured to a single orientation of the continuous fiber by pressing it in a calendar process.
  • by using the calendar process may be advantageous to ensure a uniform thickness of the fiber-reinforced composite material, it is possible to secure excellent surface properties.
  • the fiber-reinforced composite can simultaneously secure excellent strength, rigidity, surface properties and shock absorption performance.
  • the fiber-reinforced composite prepared through the fiber-reinforced composite manufacturing method can secure both excellent strength and shock absorption performance, and thus can be utilized for various purposes.
  • N-N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalene carboxyamide N, N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalenecarboxamide
  • thermoplastic resin which consists of a polypropylene homopolymer resin
  • melting at a temperature of 160 ° C. produced a thermoplastic resin composition.
  • glass fibers are continuously fed from a roving form skein as shown in FIG.
  • thermoplastic resin composition is fed so that the continuous fibers are immersed in the thermoplastic resin with a single orientation, and the thermoplastic Continuous fibers were supplied at a content ratio of 60 parts by weight of glass fiber to 100 parts by weight of resin. Subsequently, the glass fiber impregnated to have a single orientation in the thermoplastic resin was pressed by a calendar process to prepare a fiber reinforced composite sheet having a thickness of 0.3 mm.
  • a fiber-reinforced composite sheet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.01 part by weight of the nucleating agent was mixed with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin.
  • a fiber-reinforced composite sheet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.1 parts by weight of the nucleating agent was mixed with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin.
  • a fiber-reinforced composite sheet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 1 part by weight of the nucleating agent was mixed with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin.
  • a fiber-reinforced composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1.
  • Falling impact strength was measured at 23 ° C. according to the method of measuring the impact of falling ball impact on the fiber reinforced composite (ASTM D3763 method), and the results are shown in Table 1 below.
  • Example 1 Flexural characteristics Impact strength Flexural Strength [MPa] Flexural Modulus [GPa] Falling impact strength [J / mm] Izod impact strength [kJ / m2]
  • Example 1 421 20.9 21.9 252
  • Example 2 429 20.5 22.6 276
  • Example 3 437 21.2 23.8 309
  • Example 4 445 21.0 25.2 328 Comparative
  • Example 1 410 20.7 19.8 221
  • the fiber-reinforced composite of Examples 1 to 4 exhibits excellent flexural properties and falling ball impact strength compared to the fiber-reinforced composite of Comparative Example 1 that does not include by containing a nucleating agent You can check it.

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Abstract

열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지, 연속섬유 및 기핵제를 포함하는 섬유 강화 복합재용 조성물을 제공한다.

Description

섬유 강화 복합재용 조성물, 섬유 강화 복합재 및 섬유 강화 복합재의 제조방법
섬유 강화 복합재용 조성물, 섬유 강화 복합재 및 섬유 강화 복합재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
다양한 용도로 활용되는 복합재는 두 가지 이상의 재료를 결합하여 이루어진 것으로, 일반적으로 고분자 수지에 강화재로서 섬유 등을 혼합하여 제조될 수 있다. 또한, 복합재로 섬유상 충진재 및 실리콘 고무를 필수 성분으로 함유하는 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 성형물 등이 있다. 이와 같은 복합재는 높은 강도 및 강성을 요구하는 산업 분야에 활용될 수 있으나, 강도 및 강성을 높일수록 충격 흡수 성능 또는 유연성 등이 저하되므로 우수한 강도 및 강성뿐만 아니라, 우수한 충격 흡수 성능을 확보하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 우수한 강도 및 강성을 확보할 수 있고, 이와 동시에 충격 흡수 성능이 우수한 섬유 강화 복합재를 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에서, 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지, 연속섬유 및 기핵제를 포함하는 섬유 강화 복합재용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현 예에서, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 성형하여 제조된 섬유 강화 복합재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현 예에서, 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지 및 기핵제를 혼합하고, 용융시켜 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 연속섬유를 투입하는 단계; 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 연속섬유에 함침시켜 섬유 강화 복합재용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 압출하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 성형하여 제조된 섬유 강화 복합재는 우수한 강도 및 강성과 함께, 충격 흡수 성능이 향상된다. 이에 따라 높은 강도 및 강성과 함께, 높은 충격흡수 성능이 요구되는 다양한 분야의 용도로 활용할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 통하여, 높은 공정 효율을 확보하고, 강도 및 강성이 우수하고, 충격 흡수 성능이 향상된 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 섬유 강화 복합재의 제조방법의 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 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.
본 발명의 일 구현예에서, 섬유 강화 복합재를 제조하기 위한 조성물로서 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지, 연속섬유 및 기핵제를 포함하는 섬유 강화 복합재용 조성물을 제공한다.
통상적으로, 복합재는 열가소성 수지에 섬유 강화재를 혼합한 조성물로부터 제조될 수 있다. 섬유 강화재의 함량이 높을수록 복합재의 강도 및 강성은 높아지지만, 취성(brittleness)이 높아지거나 충격 흡수 성능이 저하되는 등의 문제가 있다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 우수한 강도 및 강성을 확보하면서, 동시에 충격흡수 성능을 향상시키기 위하여 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지 및 연속섬유와 함께 기핵제를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌계 수지는 용융상태에서 냉각을 거쳐 고체 상태로 이동하는 과정에서 결정화되며, 기핵제가 존재하는 경우 폴리프로필렌계 수지의 결정화도가 증대되고 결정구조가 결정될 수 있다. 구체적으로, 용융상태의 폴리프로필렌계 수지는 결정핵을 형성한 후 결정성장을 통하여 결정화되는데, 상기 기핵제(nucleating agent)는 폴리프로필렌계 수지의 결정핵 성장을 강화하는 것으로, 폴리프로필렌계 수지의 결정 구조를 개질 시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 기핵제는 베타-기핵제일 수 있다.
예를 들어, 폴리프로필렌계 수지는 알파 또는 베타 등의 결정 구조를 형성할 수 있고, 결정 구조에 따라 다른 물성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 베타 결정 구조의 폴리프로필렌계 수지는 알파 결정 구조와 비교하여 낮은 융점과 낮은 밀도를 나타낼 수 있다. 베타 기핵제는 상기 폴리프로필렌계 수지를 낮은 융점과 낮은 밀도를 갖는 베타 결정 구조로 개질 시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물에 포함된 상기 기핵제는 베타 기핵제로서 폴리프로필렌계 수지를 베타 결정 구조로 개질 시킬 수 있다. 이렇게 개질된 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 상기 섬유 강화 복합재용 조성물에 의해 제조된 복합재는 우수한 강도 및 강성과 함께, 향상된 충격흡수 성능을 가질 수 있다.
또한, 통상의 복합재가 충격 흡수 성능 저하 방지를 위해, 열가소성 수지, 섬유 강화재 외에 고무계 화합물 등과 같은 다른 종류의 물질을 포함하는 것과 달리, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지를 개질시키는 기핵제를 포함하여, 추가적인 보강재 성분을 더 포함하지 않고도, 이로부터 제조되는 복합재에 우수한 강도 및 강성과 함께, 향상된 충격흡수 성능을 부여할 수 있다.
즉, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 별도의 추가적인 보강재의 혼합 없이도, 복합재에 상기와 같은 효과를 부여할 수 있는바, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 우수한 상용성을 확보하여, 이로부터 제조된 복합재에 우수한 강도 및 강성을 부여할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대하여, 상기 기핵제를 약 0.001 내지 약 1.0 중량부의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 기핵제가 약 0.001 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 충격흡수 성능의 향상이 미비할 수 있고, 또한, 상기 기핵제가 약 1.0 중량부를 초과하는 경우에는 제조 비용이 증가하는 반면, 일정 이상의 향상된 충격흡수 성능을 얻을 수 없는바, 비경제적일 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 기핵제로서, 퀴나크리돈(quinacridone)계 화합물, 소르비톨(sorbitol)계 화합물, N-N'-디시클로헥실-2,6-나프탈렌카복시아미드(N,N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalenecarboxamide), 1,3,5-벤조트리스아마이드(1,3,5-benzenetrisamide) 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 열가소성 수지로 폴리프로필렌계 수지를 포함하고, 이에 따라, 상기 섬유 강화 복합재가 비용 대비 강도 및 충격 흡수 성능을 모두 향상시키기에 유리할 수 있다. 상기 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 혹은 폴리프로필렌과 다른 종류의 모노머가 공중합된 수지를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리프로필렌 단독 중합 수지, 프로필렌-에틸렌 공중합 수지, 프로필렌-부텐 공중합 수지, 에틸렌-프로필렌-부텐 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 강도 및 강성을 향상시키기 위하여 연속섬유를 포함할 수 있고, 상기 연속섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 연속섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 섬유 강화재로서, 섬유 강화 복합재용 조성물 내에 포함되는 형태가 연속섬유의 형태로 포함된다.
이때, 상기 연속섬유는 상기 섬유 강화 복합재용 조성물로부터 제조되는 복합재의 최종적인 크기에 의존하여 그 내부에서 끊어지지 않고 연속적인 형태로 존재하는 것을 의미한다. 예를 들어, UD 시트 (unidirection sheet) 내의 연속섬유와 같이, 상기 연속 섬유는 연속 공정으로 제조될 수 있고, 이러한 연속 공정에 상기 연속 섬유를 연속적으로 공급함으로써, 연속 섬유를 포함한 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다. 따라서, 상기 섬유 강화 복합재는 시트와 같은 특정 형상의 제품으로 제조될 수 있는데, 이러한 시트와 같은 제품 내에서 상기 연속 섬유는 그 제품의 형상에 따라 특정 범위의 길이를 가지게 된다. 그러나, 이러한 특정 범위의 길이는 연속적으로 연속섬유가 공급되는 제조 공정상 임의 조절이 가능하다는 점에서 상기 연속 섬유는 '연속성'을 가지는 것으로 보아야 할 것이고, UD 시트 또는 직물 내의 연속 섬유와 같이 대부분의 경우, 제품 내부에서 끊어지지 않고 연속성을 갖는다.
일 구현예에서, 상기 섬유 강화 복합재는 UD 시트와 같이 연속섬유가 단일 배향성을 가지도록 연속 섬유를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재(100)의 평면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 섬유 강화 복합재(100)는 연속섬유(10)를 포함하며, 이때, 상기 연속섬유는 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가질 수 있다. 상기 연속섬유가 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가짐으로써 우수한 강도 및 강성의 확보에 유리하며, 상기 섬유 강화 복합재 내의 개질된 폴리프로필렌계 수지와 적절하게 혼합되어, 상기 섬유 강화 복합재의 충격 흡수 성능을 향상시키기에 더욱 유리할 수 있다.
구체적으로, 상기 연속섬유가 단일 배향성을 갖는다는 것은 상기 폴리프로필렌계 수지 내의 연속섬유 중 특정 섬유 가닥 하나를 정했을 때, 상기 특정 연속섬유가 다른 임의의 연속섬유와 이루는 각도가 약 10°이하, 구체적으로 약 5 °이하인 경우를 포함하는 것으로, 상호간 완전하게 평행한 상태뿐만 아니라, 육안으로 관찰했을 때 식별하기 어려운 정도의 오차 범위로 평행하지 않은 경우도 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 장섬유 또는 단섬유가 아닌 연속 섬유를 포함하기 때문에 섬유의 분산성의 문제가 없고, 고함량의 섬유를 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물로부터 제조된 섬유 강화 복합재는 표면 품질이 우수하고, 고르게 물성을 구현하면서, 고강도 특성을 갖는 등의 향상된 기계적 특성을 갖는다. 통상적으로, 단섬유는 약 1mm 이하의 섬유를 의미하고, 장섬유는 약 50mm 이하의 섬유를 의미할 수 있다. 이러한 단섬유 또는 장섬유를 사용하는 경우, 조성물 내에 분산성의 문제가 있어, 섬유를 고함량으로 포함할 수 없다. 또한, 복합재의 표면 품질이 저하되고, 기계적 강도 등의 물성이 떨어지는 문제가 있다.
이와 같이, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 섬유 강화재를 연속섬유의 형태로 포함함으로써, 우수한 강도 및 강성을 부여할 수 있다.
전술한 폴리프로필렌계 수지와 기핵제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 상기 연속섬유에 함침시킴으로써, 우수한 강도 및 강성과 함께, 높은 충격 흡수 성능을 동시에 부여할 수 있다.
구체적으로, 섬유 강화 복합재는 폴리프로필렌계 수지를 섬유에 함침시켜 제조되는 것으로서, 폴리프로필렌계 수지가 모재를 구성하고, 그 안에 섬유가 함침되는 구조이다. 따라서, 섬유 강화 복합재의 특성은 모재의 구조 등에 의해 영향을 크게 받을 수 있다. 예를 들어, 섬유 강화 복합재용 조성물이 기핵제를 포함하는 경우, 전술한 바와 같이, 모재인 폴리프로필렌계 수지는 낮은 밀도의 개질된 물성을 갖는 베타 결정 구조로 개질되며, 개질된 폴리프로필렌계 수지를 연속섬유에 함침시켜 제조되는 섬유 강화 복합재는 향상된 충격흡수 성능을 가질 수 있다. 한편, 이러한 베타 결정 구조의 폴리프로필렌계 수지 내에 단섬유 또는 장섬유를 함침시키는 경우, 단섬유 또는 장섬유는 섬유의 길이가 짧아, 섬유 강화 복합재의 전체적인 구조에 영향이 적다. 그리고, 섬유 강화 복합재 내에서, 단섬유 또는 장섬유는 특정의 배향성을 가지기 어려운바, 이를 둘러싼 상기 폴리프로필렌계 수지에 의해, 섬유 강화 복합재에서 향상된 강도 및 강성을 나타내지 못한다.
한편, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 전술한 바와 같이, 단섬유 또는 장섬유가 아닌 연속섬유를 포함함으로써, 고함량의 섬유를 포함할 수 있고, 고르게 물성을 구현하면서 고강도 특성을 부여할 수 있다. 따라서, 연속섬유의 강도 및 강성이 개질된 모재로 인해 약해지지 않고, 우수한 강도 및 강성을 유지할 수 있다.
또한, 상기 연속섬유는 섬유 강화 복합재에서 단일 배향성을 가질 수 있는 바, 우수한 강도 및 강성의 확보에 유리하다. 이러한 연속섬유가 개질된 폴리프로필렌계 수지와 적절하게 혼합되어, 섬유 강화 복합재는 강도 및 강성과 함께, 향상된 충격 흡수 성능을 가질 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 상기 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대하여, 상기 연속섬유를 약 40 내지 약 70 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어 약 50 내지 약 70 중량부 포함할 수 있다. 상기 연속섬유가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우에는 복합재가 요구되는 강도 및 강성을 확보하기 어렵고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 폴리프로필렌계 수지의 함침이 불완전하여 섬유 강화 복합재의 제조 자체가 불가능한 문제를 야기할 수 있다.
상기 연속섬유의 단면은 평균 직경이 약 15㎛ 내지 약 20㎛일 수 있고, 예를 들어 약 16㎛ 내지 약 19㎛ 일 수 있다. 상기 연속섬유가 상기 범위의 평균직경을 유지함으로써, 상기 범위의 함량에서도 우수한 강도 및 강성을 구현할 수 있고, 이로부터 제조된 섬유 강화 복합재가 적절한 두께 및 물성을 나타낼 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 산화방지제, 상용화제, 열안정제, 분산제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 상용화제 및 열안정제를 포함할 수 있다. 상기 상용화제는 폴리프로필렌계 수지와 연속섬유의 상용성을 향상시킬 수 있다. 상기 열안정제는 상기 섬유 강화 복합재용 조성물에 포함되어, 후술하는 섬유 강화 복합재의 압출공정에서 상기 조성물에 포함된 수지의 변질을 막아줄 수 있다. 또한, 상기 열안정제는 상기 섬유 강화 복합재용 조성물에 포함되어, 이를 이용하여 제조된 섬유 강화 복합재를 외부에 노출이 많은 자동차 외장 소재 등으로 사용시에 우수한 내구성을 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 성형하여 제조된 섬유 강화 복합재를 제공한다. 구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재는 전술한 연속섬유, 폴리프로필렌계 수지 및 폴리프로필렌계 수지를 베타 결정으로 개질하는 기핵제를 포함하는 섬유 강화 복합재용 조성물을 압출하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 우수한 강도 및 강성과 함께, 향상된 충격흡수 성능을 나타낼 수 있다.
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상기 섬유 강화 복합재는 전술한 섬유 강화 복합재용 조성물을 압출하여 제조된 것으로서, 전술한 바와 같이, 연속 섬유를 포함하고, 구체적으로는 단일 배향성을 갖도록 배향되고, 기핵제를 함께 적용함으로써, 우수한 강도 및 강성을 구현하고, 동시에 높은 충격흡수 성능을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 탄성률은 약 15 GPa 내지 약 35 GPa 일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 탄성률은 약 21 GPa 내지 약 35 GPa 일 수 있다. 굴곡 탄성률은 시편 중앙에 상부로부터 힘을 가하는 값을 시편에 생기는 변형으로 나눈 값으로서, 상온 23℃ 에서 ASTM D790 방법으로 측정할 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재는 고함량의 연속섬유를 포함하고, 이때 상기 연속섬유는 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가짐으로써, 상기 범위의 굴곡 탄성률을 유지할 수 있다. 즉, 상기 섬유 강화 복합재는 구부러짐에 견디는 향상된 저항값을 가질 수 있는 바, 우수한 강도 및 강성을 가질 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 복합재의 낙구충격강도는 약 15 J/mm 내지 약 45 J/mm일 수 있다. 구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재의 낙구충격강도는 약 20 J/mm 내지 약 45 J/mm일 수 있으며, 보다 구체적으로는 약 23J/mm 내지 약 45 J/mm일 수 있다. 상기 '낙구충격강도'는 임의의 물체가 순간적인 집중 외력에 견디는 저향력을 나타낸 것으로, 물체의 면에 추가 떨어져 측정되는 '면충격'강도로서, ASTM D3763에 따른 낙구충격 측정방법으로 측정할 수 있다. 상기 낙구충격강도가 상기 범위 미만인 경우에는 충분한 충격성능이 확보가 안되어 충격 성능이 요구되는 부품에 적용되기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 섬유 강화 복합재의 Izod 충격강도는 약 150 kJ/m2 내지 약 950 kJ/m2일 수 있다. 구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재의 Izod 충격강도는 약 222 kJ/m2 내지 약 950 kJ/m2일 수 있으며, 보다 구체적으로는 약 300 kJ/m2 내지 약 950 kJ/m2일 수 있다. 상기 'Izod 충격강도'는 시편의 노치(notch)부에 힘을 가하여 측정되는 충격강도를 나타낸 것으로서, ASTM D256 에 따른 측정방법으로 측정할 수 있다. 상기 Izod 충격강도가 상기 범위 미만인 경우에는 충분한 충격성능이 확보가 안되어 충격 성능이 요구되는 부품에 적용되기 문제가 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 범위의 굴곡 탄성률을 유지할 수 있음과 동시에, 상기 범위의 향상된 충격흡수성능을 가질 수 있다. 즉, 상기 섬유 강화 복합재는 우수한 강도 및 강성을 가짐과 동시에, 높은 충격흡수 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡강도는 약 420MPa 내지 약 500 MPa일 수 있으며, 구체적으로, 약 430 MPa 내지 약 500 MPa일 수 있다. 굴곡강도는 일정한 속도로 시편을 누르는 경우, 시편으로부터 발생되는 최대의 강도로서, 상온 23℃ 에서 ASTM D790 방법으로 측정할 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재는 고함량의 연속섬유를 포함하고, 이때 상기 연속섬유는 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가짐으로써, 상기 범위의 굴곡강도를 유지할 수 있다. 즉, 상기 섬유 강화 복합재는 우수한 강도 및 강성을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지 및 기핵제를 혼합하고, 용융시켜 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 연속섬유를 투입하는 단계; 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 연속섬유에 함침시켜 섬유 강화 복합재용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 압출하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재 제조방법을 통하여, 개질된 폴리프로필렌계 수지 및 연속섬유를 포함하는 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다. 구체적으로, 연속섬유를 포함함으로써 강도 및 강성이 우수할 뿐만 아니라, 기핵제에 의하여 베타 결정 구조로 개질된 폴리프로필렌계 수지를 포함하여 향상된 충격 흡수 성능을 갖는 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 폴리프로필렌계 수지 및 기핵제를 혼합하고, 용융시켜 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기핵제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 폴리프로필렌계 수지 및 기핵제는 압출기에 동시에 투입되어 혼합될 수도 있고, 상기 기핵제는 마스터배치(masterbatch) 형태로 준비한 후 폴리프로필렌계 수지 원료에 투입함으로써 혼합될 수도 있다.
이때, 상기 열가소성 수지 조성물은 약 160 ℃ 내지 약 220 ℃에서 용융되어 제조될 수 있다. 상기 열가소성 수지 조성물이 상기 범위의 온도에서 제조됨으로써 우수한 가공성을 확보하고, 동시에 우수한 물성을 갖는 복합재를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 수지 조성물을 약 160 ℃ 미만에서 제조하는 경우에는 상기 열가소성 수지 조성물이 적절한 점도를 확보하지 못하여, 후속되는 공정에서 가공성을 저하시킬 수 있고, 약 220 ℃ 를 초과하여 제조되는 경우에는 수지의 열분해로 복합재의 물성이 손상되거나, 수지의 탄화로 인하여 이물질이 발생하는 문제가 있다
또한, 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 연속섬유를 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 연속섬유에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2에는 열가소성 수지 조성물의 제조과정은 도시하지 않았다.
도 2를 참조할 때, 상기 연속섬유는 로빙(roving) 형태의 연속 섬유로부터 연속적으로 뽑아져 나와 함침 금형에 연속적으로 투입되며, 이때, 상기 연속섬유는 복합재 내에서 단일 배향성을 갖도록 투입될 수 있다. 상기 연속섬유가 단일 배향성을 가짐으로써 상기 섬유 강화 복합재가 요구되는 수준의 강도 및 강성을 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 연속섬유에 함침시켜 섬유 강화 복합재용 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연속섬유가 함침 금형에 투입되면서, 동시에 상기 열가소성 수지 조성물도 상기 함침 금형에 투입될 수 있고, 이때, 상기 열가소성 수지 조성물은 압출기를 통하여 투입될 수 있다. 이로써, 폴리프로필렌계 수지 및 기핵제를 포함하는 상기 열가소성 수지 조성물이 상기 연속섬유에 함침 되어 섬유 강화 복합재용 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 압출하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 폴리프로필렌계 수지, 기핵제 및 연속섬유를 포함하는 것으로 이를 프레스 공정을 이용하여 압출함으로써 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 압출하여 상기 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계는 카렌다(Calendar) 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재용 조성물은 구체적으로 폴리프로필렌계 수지, 기핵제 및 연속섬유를 모두 포함하는 것일 수 있고, 이를 카렌다 공정으로 프레스함으로써 연속 섬유의 단일 배향성을 용이하게 확보할 수 있다. 또한, 상기 카렌다 공정을 이용함으로써 상기 섬유 강화 복합재의 균일한 두께를 확보하는데 유리할 수 있고, 우수한 표면 물성을 확보할 수 있다. 결과적으로, 상기 섬유 강화 복합재가 우수한 강도, 강성, 표면 물성 및 충격 흡수 성능을 동시에 확보할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재 제조방법을 통하여 제조된 섬유 강화 복합재는 우수한 강도 및 충격 흡수 성능을 모두 확보할 수 있고, 이에 따라 다양한 용도로 활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<실시예 및 비교예>
실시예 1
폴리프로필렌 단독 중합 수지로 구성된 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 기핵제로 N-N'-디시클로헥실-2,6-나프탈렌카복시아미드(N,N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalenecarboxamide)를 0.001 중량부 혼합하고, 160℃의 온도에서 용융시켜 열가소성 수지 조성물을 제조하였다. 이어서, 유리 섬유를 로빙(roving) 형태 실타래로부터 도 2에 나타난 바와 같이 연속적으로 공급하고, 다른 한편으로 상기 열가소성 수지 조성물을 공급하여 상기 연속 섬유가 단일 배향성을 가지면서 열가소성 수지에 함침되게 하고, 열가소성 수지 100 중량부 대비 유리 섬유 60 중량부의 함량비로 연속 섬유를 공급하였다. 이어서, 상기 열가소성 수지에 단일 배향성을 가지도록 함침된 유리 섬유를 카렌다(Carlendar) 공정으로 압착하여 0.3mm 두께의 섬유 강화 복합재 시트를 제조하였다.
실시예 2
상기 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 상기 기핵제를 0.01 중량부 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재 시트를 제조하였다.
실시예3
상기 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 상기 기핵제를 0.1 중량부 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재 시트를 제조하였다.
실시예4
상기 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 상기 기핵제를 1 중량부 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재 시트를 제조하였다.
비교예1
상기 기핵제를 포함하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재 시트를 제조하였다.
<평가>
상기 실시예 및 비교예의 섬유 강화 복합재 시트에 대하여 이를 각각 9장씩 제조하여 적층하되, 인접한 두 섬유 강화 복합재 시트에 포함된 유리 섬유의 배향 방향이 서로 수직이 되도록 적층한 후, 가압함으로써 패널 형태의 섬유 강화 복합재를 제조하였다. 즉, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 섬유 강화 복합재 시트를 각각 9장씩 제조한 후, 소위 0°/90°/0°의 구조로 적층하여 가압함으로써 섬유 강화 복합재를 제조하였다. 이어서, 후술하는 실험예에 따라 섬유 강화 복합재의 물성을 평가하였다.
실험예 1: 굴곡강도 및 굴곡탄성률의 측정
상기 섬유 강화 복합재에 대하여 굴곡 특성 측정 방법(ASTM D790 방법)에 따라, 상온 23℃에서 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
실험예 2: 낙구 충격 강도의 측정
상기 섬유 강화 복합재에 대하여 낙구 충격 강도 측정 방법(ASTM D3763 방법)에 따라, 상온 23℃에서 낙구 충격 강도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
실험예 3: Izod 충격 강도의 측정
*상기 섬유 강화 복합재에 대하여 Izod 충격 강도 측정 방법(ASTM D256 방법)에 따라, 상온 23℃에서 충격 강도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
굴곡 특성 충격 강도
굴곡강도[MPa] 굴곡탄성률[GPa] 낙구충격강도[J/㎜] Izod 충격 강도[kJ/㎡]
실시예 1 421 20.9 21.9 252
실시예 2 429 20.5 22.6 276
실시예 3 437 21.2 23.8 309
실시예 4 445 21.0 25.2 328
비교예 1 410 20.7 19.8 221
상기 표 1의 결과를 참조할 때, 상기 실시예 1 내지 4의 섬유 강화 복합재는 기핵제를 포함함으로써 이를 포함하지 않는 상기 비교예 1의 섬유 강화 복합재에 비하여 우수한 굴곡 특성 및 낙구 충격 강도를 나타냄을 확인할 수 있다.
<부호의 설명>
100: 섬유 강화 복합재
10: 연속 섬유

Claims (17)

  1. 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지, 연속섬유 및 기핵제를 포함하는
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기핵제의 함량은 상기 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1.0 중량부인
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기핵제는 퀴나크리돈(quinacridone)계 화합물, 소르비톨(sorbitol)계 화합물, N-N'-디시클로헥실-2,6-나프탈렌카복시아미드(N,N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalenecarboxamide), 1,3,5-벤조트리스아마이드(1,3,5-benzenetrisamide) 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 중합 수지, 프로필렌-에틸렌 공중합 수지, 프로필렌-부텐 공중합 수지, 에틸렌-프로필렌-부텐 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연속섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연속섬유의 함량은 상기 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대하여 40 내지 70 중량부인
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연속섬유 단면의 평균 직경은 15㎛ 내지 20㎛인
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 산화방지제, 상용화제, 열안정제, 분산제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함하는
    섬유 강화 복합재용 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항의 중 어느 한 항에 따른 섬유 강화 복합재용 조성물을 성형하여 제조된 섬유 강화 복합재.
  10. 제9항에 있어서,
    연속섬유는 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 갖는
    섬유 강화 복합재.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D3763에 의한 낙구충격강도가 15 J/mm 내지 45 J/mm인
    섬유 강화 복합재.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D256 에 의한 Izod 충격강도가 150 kJ/m2 내지 950 kJ/m2인
    섬유 강화 복합재.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재는 상온 23℃에서 ASTM D790에 의한 굴곡 탄성률이 15 GPa 내지 35 GPa 인
    섬유 강화 복합재.
  14. 열가소성 수지인 폴리프로필렌계 수지 및 기핵제를 혼합하고, 용융시켜 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계;
    연속섬유를 투입하는 단계;
    상기 열가소성 수지 조성물을 상기 연속섬유에 함침시켜 섬유 강화 복합재용 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 섬유 강화 복합재용 조성물을 압출하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계;를 포함하는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 조성물은 160 ℃ 내지 220 ℃에서 용융되어 제조되는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 연속섬유는 단일 배향성을 갖도록 투입되는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 기핵제는 상기 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1.0 중량부의 함량으로 혼합되는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
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