KR101260088B1

KR101260088B1 - 강화 섬유 직물과 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101260088B1
Application number: KR1020087004845A
Authority: KR
Inventors: 세이지 츠지; 마사또시 츠까모또; 히데히로 다께모또; 다모쯔 스즈끼
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2013-05-02
Also published as: US20110079348A1; US20090029612A1; EP1911875B1; WO2007013204A1; KR20080034173A; US8168106B2; CN101228310B; CN101228310A; EP1911875A1; EP1911875A4; US7888274B2; ES2393034T3

Abstract

본 발명은 변형성이 우수하고 복잡한 형상으로 추종시킬 수 있으며, 그 형상의 유지성이 우수한 강화 섬유 직물과 이를 이용한 프리폼, 섬유 강화 수지 성형품, 및 이들 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료를 고착시킨 후, 이 직물 기재를 구성하는 복수개의 강화 섬유다발의 상대 위치에 변동을 부여함으로써, 2개 이상의 강화 섬유다발에 따라 고착하고 있는 수지 재료를 상기 2개 이상의 강화 섬유다발의 일부로부터 박리하고, 비섬유 축방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.01 내지 0.75 N의 범위 내인 강화 섬유 직물로 한다.

강화 섬유 직물, 강화 섬유 다발, 프리폼

Description

강화 섬유 직물과 그의 제조 방법{REINFORCING WOVEN FABRIC AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 변형성이 우수하고 입체 형상으로의 부형이 용이함과 동시에, 우수한 취급성을 가지며, 입체 형상으로 부형했을 때의 형상 유지성도 우수한 강화 섬유 직물과 이들을 이용한 프리폼, 섬유 강화 수지 성형품, 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.

탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등의 연속 강화 섬유와, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 페놀 수지 등의 매트릭스 수지의 경화물을 포함하는 섬유 강화 수지 성형품은 강도, 탄성률, 내충격성, 상대 피로성 등이 우수한 역학 특성을 나타냄과 동시에, 경량이라는 특성을 갖기 때문에, 항공, 우주, 스포츠, 자동차, 선박, 가전 제품, 토목 건축 등의 폭넓은 용도에 이용되고 있다.

섬유 강화 수지 성형품의 제조에서는, 연속 강화 섬유를 포함하는 직물 기재에 미경화의 열경화성 수지가 함침된 시트상 중간 기재인 프리프레그를 성형형 상에 적층한 후, 오토클레이브로 가압·가열하는 방법을 이용하는 경우가 많다. 그러나 프리프레그에 함침시킨 미경화의 열경화성 수지는 통상 고점도이고, 직물 기 재를 구성하는 강화 섬유다발은, 그의 상대적인 위치가 함침되어 있는 수지에 구속된다. 그 때문에, 프리프레그는 탄력이 강하고 변형성이 작으며, 형태에 대한 추종성이 나쁘고 입체 형상으로 부형하기 어렵다. 이러한 점이 생산성 향상을 저지하는 요인 중 하나로 되어 있다.

상기 문제에 대하여, 매트릭스 수지가 미리 함침되어 있지 않은 드라이한 강화 섬유 기재를 성형형의 내부에 배치한 후에, 저점도의 액상 매트릭스 수지를 주입함으로써 강화 섬유 기재 중에 매트릭스 수지를 함침하고, 이어서 경화시킴으로써 섬유 강화 수지 성형품을 얻는 RTM(수지 트랜스퍼 성형)법으로 대표되는 주입 성형법이 생산성을 향상시킬 수 있는 방법으로 최근 주목받고 있다.

주입 성형법에서는 통상 성형형 상에 수지를 함침시키지 않은 드라이한 강화 섬유 기재를 형의 형상에 따라 적층하고, 이어서 백 필름이나 성형형으로 덮고, 수지를 주입하여 경화시키는 절차가 취해진다. 이 방법에서는, 드라이한 강화 섬유 기재를 이용하기 때문에 변형성이 크고 입체 형상에 대한 추종성은 좋다. 그러나 한편으로 형상 유지성이 나쁘고, 적층 작업시 시간을 많이 요하기 때문에 고가의 성형형을 장시간에 걸쳐 점유한다는 문제가 있다.

상기 문제에 대하여, 생산성을 보다 더 향상시키기 위해서, 강화 섬유 기재의 적층 공정과 수지 주입 공정을 분리한 방법도 제안되어 있다. 즉, 우선 드라이한 강화 섬유 기재를 성형형 상에서 적층을 행하는 경우와 실질적으로 동일한 형상(니어 네트 쉐이프)으로 형상 부여하고, 또한 그 형상을 유지시킨 소위 프리폼을 형성한다. 그 후, 성형형에 그 프리폼을 올려놓고, 형 상에서의 적층 및 형상 부 여 작업을 필요로 하지 않으면서 빠르게 매트릭스 수지를 주입한다.

구체적으로는, 예를 들면 특허 문헌 1, 2에 강화 섬유 기재 표면에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 부여하고, 소정의 형상의 부형형으로 적층한 후에 수지를 용융시켜 강화 섬유 기재의 층간을 융착시키고, 냉각 고화시켜 소정의 형상으로 유지된 프리폼을 형성하는 기술이 제안되어 있다. 이들 제안에 따르면, 강화 섬유 기재를 소정의 형상으로 변형시키고, 그 층간을 접착시킴으로써 형상 유지성이 우수한 프리폼을 얻을 수 있다.

그러나 이러한 방법에 따르면, 프리폼화 전의 강화 섬유 기재 표면에 수지 성분이 부착함으로써 강화 섬유 기재의 탄력이 강해지고, 변형성이 저하되며, 형에 대한 형상 추종성이 악화된다는 폐해가 있다. 즉, 입체 형상으로 변형시키고자 한 경우, 강화 섬유 기재가 그 형상으로 추종할 수 없게 주름이 발생하고, 그 결과 매트릭스 수지를 함침 경화시켜 얻어진 성형품의 표면에 강화 섬유 기재의 주름이 보여 상품으로서의 의장성이 떨어진다. 또는, 매트릭스 수지를 주입할 때에 강화 섬유 기재에 생긴 주름 부분에 기인하는 함침 불량이 발생할 뿐만 아니라, 주름 부분에서 강화 섬유 기재가 절곡 성형품의 역학 특성이 악화된다는 문제가 있다. 이 현상은 특히 요철이 큰 3차원의 입체 형상을 제조하기 위해 부형형에 강화 섬유 기재를 가압하여 형상 부여하는 방법을 이용하는 경우에 현저하다.

이러한 점으로부터, 형상 부여 후의 형상 유지성이 우수하면서, 형상 부여시에는 복잡한 형상으로 주름을 발생시키지 않고 추종 가능한 우수한 변형성을 갖는 강화 섬유 기재를 제공하는 것이 강하게 요망되고 있었다.

특허 문헌 1: 미국 특허 제5071711호 명세서

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (평)4-261810호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명의 과제는 변형성이 우수하고 복잡한 형상으로 추종시킬 수 있으며, 그 형상의 유지성이 우수한 강화 섬유 직물과 그것을 이용한 프리폼, 섬유 강화 수지 성형품, 및 이들의 제조 방법을 제공함으로써, 섬유 강화 수지 성형품의 생산성을 향상시키는 것에 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서, 다음 (1) 내지 (15)의 구성을 갖는 것이다. 즉,

(1) 복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료가 고착된 강화 섬유 직물이며, 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.01 내지 0.75 N의 범위 내에 있는 강화 섬유 직물.

(2) 상기 (1)에 있어서, 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.1 내지 1.0 N의 범위 내에 있는 강화 섬유 직물.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 수지 재료의 고착량이 1 내지 50 g/㎡인 강화 섬유 직물.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 수지 재료가 열가소성 수지를 주성분으로 하는 강화 섬유 직물.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 직물 기재가 2방향성 직물인 강화 섬유 직물.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 강화 섬유다발이 탄소 섬유다발인 강화 섬유 직물.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 강화 섬유 직물을 적어도 1층포함하고 있는 프리폼.

(8) 상기 (7)에 기재된 프리폼에 매트릭스 수지가 함침되어 있는 섬유 강화 수지 성형품.

(9) 복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료를 고착시킨 후에, 상기 직물 기재를 구성하는 복수개의 강화 섬유다발의 상대 위치에 변동을 제공함으로써, 2개 이상의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료를 상기 2개 이상의 강화 섬유다발의 일부에서 박리하는 강화 섬유 직물의 제조 방법.

(10) 상기 (9)에 있어서, 상기 직물 기재에 5 내지 45°의 전단 변형을 제공함으로써, 상기 직물 기재를 구성하는 복수개의 강화 섬유다발의 상대 위치에 변동을 제공하는 강화 섬유 직물의 제조 방법.

(11) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 강화 섬유 직물 및 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재를 부형형에 적층 배치하고, 이어서 상기 강화 섬유 직물 및 직물 기재의 적층체를 가압, 가열함으로써 강화 섬유 직물에 고착하고 있는 수지 재료를 연화하여 상기 적층체의 층간을 접착하는 프리폼의 제조 방법.

(12) 복수개의 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 강화 섬유 직물을 부형형에 적층 배치하고, 이어서 상기 강화 섬유 직물의 적층체를 가압, 가열함으로써 강화 섬유 직물에 고착하고 있는 수지 재료를 연화하여 상기 적층체의 층간을 접착하는 프리폼의 제조 방법.

(13) 상기 (11) 또는 (12)에 있어서, 대향하는 2개 이상의 부형형 사이에 상기 적층체를 배치하고, 상기 적층체의 일부를 가압한 후, 나머지 부분을 가압, 가열하는 프리폼의 제조 방법.

(14) 상기 (11) 또는 (12)에 있어서, 부형형에 적층 배치한 적층체의 일부를 가압한 후, 상기 적층체 위로부터 시트를 씌워, 기체 또는 액체에 의해 상기 시트를 통해 상기 적층체를 가압, 가열하는 프리폼의 제조 방법.

(15) 상기 (11) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해서 제조된 프리폼에 매트릭스 수지를 함침시켜 경화 또는 고화시키는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법.

또한, 본 발명에서 수지 재료가 고착하고 있다는 것은 직물 기재를 구성하는 강화 섬유다발의 표면이 수지 재료와 접촉하고 있는 부분에서 수지 재료가 강화 섬유다발을 구성하는 복수개의 단사 사이에 침투하고, 강화 섬유 직물과 수지 재료가 결합되어 있는 상태를 말한다.

<발명의 효과>

본 발명의 강화 섬유 직물은 종래 곤란하던 복잡한 형상으로도 생산성 있게 변형시켜 형상 유지시킬 수 있다. 그 때문에, 의장성, 역학 특성이 우수한 섬유 강화 수지 성형품을 생산성 있게 제조할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하에 본 발명에 대해서 바람직한 실시 형태와 함께 상세를 설명한다.

본 발명의 강화 섬유 직물은, 복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료가 고착되어 있고, 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.01 내지 0.75 N의 범위 내에 있다.

직물 기재에 수지 재료를 고착시킴으로써, 형상 유지성이 우수한 프리폼을 얻을 수 있다. 즉, 강화 섬유 직물을 적층하고 형상을 부여하여 프리폼을 제조할 때에, 열을 가하여 수지 재료를 용융하고, 그 용융한 수지 재료를 대향하는 강화 섬유 직물의 양쪽에 침투시킨 후에 냉각 고화함으로써 강화 섬유 직물의 층간을 접착할 수 있고, 그 결과 형상 유지성이 우수한 프리폼을 얻을 수 있다.

상기 수지 재료는 강화 섬유 직물의 양 표면에 고착되어 있을 수도 있다. 그러나, 강화 섬유 직물의 층간을 접착시킬 때, 대향하는 강화 섬유 직물의 적어도 한쪽에 수지 재료가 존재하면 층간 접착 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 적층순을 연구함으로써, 각 층간에 접하는 강화 섬유 직물의 한쪽 표면에 수지 재료가 고착되어 있으면, 층간의 접착에 의한 형상 유지 효과를 충분히 얻을 수 있다.

또한, 수지 재료는 적어도 강화 섬유 직물의 표면에 고착되어 있으면 충분하지만, 예를 들면 수지 재료를 함유하고 있는 강화 섬유다발로 직물을 구성하는 경우 등과 같이 수지 재료가 강화 섬유 직물의 표면뿐만 아니라 내부에도 존재할 수 있다.

수지 재료로는 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 표면에 고착시킬 수 있고, 또한 적층한 강화 섬유 직물을 가압, 가열함으로써 층간을 접착하고, 변형된 강화 섬유 직물의 형상을 유지하는 효과를 발현시키는 것이 가능하면, 특별히 한정되지 않는다. 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 이들 혼합물로부터 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 수지 재료로는 실온에서는 결정 상태 또는 유리 상태이지만, 열에 의해 융해 또는 연화하는 성질을 갖는 것이 필요하다.

수지 재료는, 예를 들면 섬유상, 분말상 등의 형태의 수지를 직물 기재의 표면에 산포한 후에 가열 연화시킴으로써 강화 섬유다발을 구성하는 단사와 수지를 결합시키고, 이어서 냉각 고화하거나, 또는 액상의 수지를 직물 기재의 표면에 분무한 후에 고화하기도 하는 방법으로 직물 기재의 표면에 고착시킬 수 있다. 물론 그것 이외의 방법으로 고착할 수도 있다.

강화 섬유 직물을 입체 형상으로 변형시키는 경우, 강화 섬유 직물은 신장도가 작은 강화 섬유다발로 구성되어 있기 때문에, 강화 섬유다발의 신장에 의한 변형은 매우 작다. 그 때문에, 강화 섬유 직물을 구성하는 강화 섬유다발 사이의 상대 위치를 변화시키는 것, 즉 직물의 올 각도를 변화시킴으로써 입체 형상으로 변형시킬 필요가 있다.

또한, 강화 섬유 직물을 입체 형상으로 변형시키는 경우, 강화 섬유 직물의 각각의 부분이 작은 변형 하중으로도 유연하게 변형할 수 있으면, 각각의 부분의 미소한 변형이 쌓여서 강화 섬유 직물 전체가 크고 순조롭게 변형하는 것이 가능해지고, 결과적으로 복잡한 입체 형상으로 주름없이 추종할 수 있다. 또한, 작은 변형 하중하에서의 변형성이 나쁜 강화 섬유 직물을 입체 형상으로 변형시키고자 하는 경우, 변형 하중이 어느 일정한 크기에 도달할 때까지 각각의 부분은 변형할 수 없지만, 하중이 일정치를 초과하면 변형으로의 내성이 낮은 부분에서 국소적인 변형이 발생한다. 그 때문에, 전체적으로 보면 입체 형상으로 추종할 수 없고, 큰 주름이 발생하며, 의장성, 수지 함침성, 역학 특성에서 모두 문제가 발생하게 된다.

따라서, 강화 섬유 직물을 입체 형상으로 주름없이 추종시키기 위해서는, 강화 섬유 직물의 각각의 부분이 작은 변형 하중하에서도 순조롭게 변형하는 것이 중요하다.

일반적으로, 수지 재료가 고착되어 있지 않은 직물 기재에서는, 직물을 구성하는 강화 섬유다발 사이의 상대 위치는 주로 강화 섬유다발 사이에 생기는 마찰력에 의해서 구속되기 때문에, 강화 섬유다발 사이의 상대 위치는 비교적 용이하게 변화시킬 수 있어, 강화 섬유 직물의 변형성은 양호하다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 표면에 수지 재료 (13)이 고착하고 있는 강화 섬유 직물에서는, 일반적으로 복수개의 강화 섬유다발 (14), (15)에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료 (11), (12)가 존재하고, 이들 수지 재료가 강화 섬유다발끼리를 결합하기 때문에, 강화 섬유다발 사이에 강한 구속력이 생겨 강화 섬유 직물의 변형성이 악화된다. 그 결과, 강화 섬유 직물을 입체 형상으로 추종시키는 경우에 필요한 변형이 발생하기 어려워지고, 입체 형상으로의 변형시에 주름이 발생하는 등의 결점이 발생하기 쉽다.

그러나 본 발명에 따른 강화 섬유 직물은 복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료가 고착된 강화 섬유 직물이지만, 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.01 내지 0.75 N의 범위 내에 있음으로써, 수지 재료에 의한 층간 접착 효과를 발휘하면서, 주름의 발생을 막아 입체 형상으로 추종시킬 수도 있다.

여기서 비섬유축 방향 인장 시험이란, 강화 섬유 직물의 면내 방향으로 인장 하중을 가했을 때에 강화 섬유 직물의 변형이 가장 커지는 방향에서 변위와 하중을 측정하는 것이고, 구체적으로는 다음 방법에 의한다.

우선, 강화 섬유 직물이 가장 변형하기 쉬운 방향을 장축 방향이 되도록 직사각형의 시험편(측정부의 치수: 길이 150 mm×폭 45 mm)을 준비한다. 이 시험편을 장축 방향으로 인장하여, 변형량(측정부 길이의 변화량)과 그 때의 인장 하중을 측정한다.

예를 들면 0°및 90°의 2방향으로 강화 섬유다발의 섬유축을 가진 2방향성 강화 섬유 직물의 경우, 인장 하중을 가했을 때에 가장 변형하기 쉬운 방향은 +45°및 -45°중 어느 하나의 방향이기 때문에, 어느 하나의 방향을 장축 방향으로 하는 시험편을 추출한다(도 3참조).

이 시험편에 대하여 비섬유축 방향 인장 시험을 행하면, 강화 섬유다발의 섬유축 방향과는 다른 방향으로 인장 하중이 가해지고, 그에 따라 강화 섬유 직물을 구성하는 강화 섬유다발 사이의 상대 위치가 틀어져 올 각도가 변화한다. 그 결과, 시험편으로서는 측정부 길이의 거리가 커지도록 변형된다(도 4 참조). 즉, 비섬유축 방향 인장 시험에서 올 각도가 변화하여 생기는 변형은, 강화 섬유 직물을 입체 형상으로 추종시키는 경우에 필요한 변형과 동일한 메카니즘에 의한 것으로, 비섬유축 방향 인장 시험에서 하중과 변형량의 관계를 측정함으로써, 강화 섬유 직물의 변형하기 쉬움을 알 수 있다. 예를 들면, 일정량의 변형을 제공하기 위해서 필요한 하중이 작은 강화 섬유 직물은, 변형성이 우수하고 입체 형상으로 추종하기 쉬운 강화 섬유 직물이라 할 수 있다.

또한, 비섬유축 방향 인장 시험에서는, 도 4에 도시한 바와 같이 시험편이 불균일한 변형을 나타내기 때문에, 시험편 치수가 변하면 측정 결과가 다르다는 것에 주의할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 치수의 시험편으로 시험을 행하도록 한다.

또한 인장 하중을 부여했을 때, 도 4에 도시한 시험편 부착부 (41)에서 시험편이 폭 방향으로 변형된 경우에도 마찬가지로 측정 결과가 다르기 때문에, 시험편의 부착에는 시험편의 전체 폭에 걸쳐 균일하게 조이는 압력이 가해지는 구조의 설치 지그(jig)를 이용하고, 조이는 부분에서 시험편이 폭 방향으로 변형되지 않도록 부착하는 것이 중요하다.

이러한 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％라는 것은, 시험편을 장축 방향으로 인장 변형시킨 경우에, 그 측정부 길이가 초기 길이로부터 1.5 mm 커지고, 151.5 m가 된 상태이다.

비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.01 내지 0.75 N의 범위 내이면, 그 강화 섬유 직물은 변형 초기의 미소한 변형 영역에서도 각각의 부분이 작은 변형 하중으로 순조롭게 변형할 수 있기 때문에, 입체 형상으로 순조롭게 추종할 수 있고, 주름 등의 결점이 발생할 가능성이 낮다. 해당 하중의 최대값의 상한은, 바람직하게는 0.6 N, 더욱 바람직하게는 0.45 N이다. 한편, 해당 하중의 최대값의 하한은 0.05가 바람직하고, 0.1이 더욱 바람직하다. 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 필요한 하중의 최대값이 0.05 내지 0.6 N의 범위 내인 경우에는 변형성이 더욱 우수하고, 0.1 내지 0.45 N의 범위 내이면 매우 우수한 변형성을 가지며, 입체 형상에 주름없이 변형시키는 것이 더욱 용이해진다.

또한, 본 발명에서 강화 섬유 직물은 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.1 내지 1.0 N의 범위 내인 것이 바람직하다. 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 5 ％라는 것은, 시험편을 장축 방향으로 인장 변형시킨 경우에, 그 측정부 길이가 초기 길이로부터 7.5 mm 커지고 157.5 mm가 된 상태이다.

강화 섬유 직물을 입체 형상으로 변형시키는 경우, 강화 섬유 직물은 입체 형상으로 변형하는 부분의 거의 전체에 걸쳐 미소한 변형을 수반할 뿐만 아니라, 형상이 크게 변하는 부분에서 더욱 크게 변형할 필요가 있다.

비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.1 내지 1.0 N의 범위 내이면, 강화 섬유 직물은 작은 변형 하중하에서의 미소한 변형에 더하여, 큰 변형이 필요해지는 경우에도 강화 섬유다발 사이의 상대 위치가 변화하기 쉽고 주름 등의 결점이 발생할 가능성이 낮다. 해당 하중의 최대값의 상한은, 바람직하게는 0.85 N, 더욱 바람직하게는 0.7 N이다. 한편, 해당 하중의 최대값의 하한은 0.15가 바람직하고, 0.2가 보다 바람직하다. 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.15 내지 0.85 N 이면 변형성은 더욱 우수하고, 0.20 내지 0.70 N이면 매우 우수한 변형성을 가지며, 큰 변형이 필요한 경우에도 입체 형상으로 주름없이 변형하는 것이 더욱 용이해진다.

본 발명의 강화 섬유 직물은 적어도 한쪽 표면에 수지 재료가 고착하고 있다. 표면에 고착하고 있는 수지 재료가 많으면, 복수매의 수지 재료가 부착된 강화 섬유 직물을 적층한 경우에, 그 층간을 접착하는 작용을 강하게 얻을 수 있고, 부형된 형상의 유지성이 우수한 프리폼을 얻을 수 있다. 그러나 수지 재료가 극단적으로 지나치게 많으면, 수지 재료가 강화 섬유 직물을 구성하는 강화 섬유다발끼리 강하게 결합하여 변형성이 현저히 악화된다. 또한, 도 5와 같이 강화 섬유 직물의 표면이 넓게 수지 재료 (51)로 덮이게 되고, 섬유 강화 수지 성형품을 얻기 위해서 강화 섬유 직물에 액상의 매트릭스 수지를 주입할 때에 매트릭스 수지의 강화 섬유 직물 내부로의 유입이 방해되고, 매트릭스 수지가 빠짐없이 균일하게 함침하는데 요하는 시간이 길어지거나, 매트릭스 수지가 함침하지 않는 부분이 발생하기도 한다. 이러한 관점에서 수지 재료의 고착량은 50 g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 25 g/㎡ 이하, 더욱 바람직하게는 10 g/㎡ 이하이다. 한편, 강화 섬유 직물의 표면에 고착하고 있는 수지 재료가 지나치게 적은 경우에는, 강화 섬유 직물의 층간을 접착할 때에 충분한 접착력을 얻을 수 없고 입체 형상을 유지할 수 없다. 이러한 관점에서 수지 재료의 고착량은 1 g/㎡ 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.5 g/㎡ 이상, 더욱 바람직하게는 2 g/㎡ 이상이다.

표면에 고착하고 있는 수지 재료로는, 상술한 바와 같은 방법으로 직물 기재의 표면에 고착시킬 수 있고, 직물 기재의 층간을 접착하는 작용을 얻을 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 열 경화성 수지 및/또는 열가소성 수지를 적절하게 선택하여 사용할 수 있고, 그 중에서도 열가소성 수지를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 열가소성 수지로는, 예를 들면 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌에테르, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등이 있지만, 특별히 한정할만한 것은 아니다. 수지 재료가 열가소성 수지를 주성분으로 하는 것이면, 강화 섬유 직물 표면에 산포하여 고착시키는 경우, 추가로 강화 섬유 직물을 적층하고, 입체 형상으로 변형시킨 후에 층간을 접착시키는 경우의 취급성이 향상되고, 생산성이 향상된다. 또한, 주성분이란 수지 재료를 구성하는 성분 중에서, 그 비율이 가장 많은 성분을 말한다.

본 발명의 강화 섬유 직물에서는, 수지 재료가 직물 기재의 표면에 점재하여 고착하고 있는 것이 바람직하다. 점재란 직물 기재의 표면 전역에 걸쳐 분산되어 있는 상태를 말한다. 수지 재료가 점재함으로써, 수지 재료의 양이 적은 경우에도 층간 접착시에 전체면에 걸쳐 균일한 접착력을 얻기 쉽다. 또한 이 경우, 강화 섬유 직물 표면에 점재하여 고착하고 있는 수지 재료의 90 ％ 이상이 강화 섬유 직물의 표면에 수직인 방향으로의 투영 면적이 0.002 내지 1 ㎟의 범위 내인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.002 내지 0.2 ㎟, 더욱 바람직하게는 0.002 내지 0.05 ㎟이다. 투영 면적이 0.002 ㎟보다 작으면, 직물 기재 표면의 올 구조에 따른 요철에 매몰하는 수지 재료의 수가 증가하여 층간의 접착이 약해지고, 결과적으로 부형된 형상을 유지하는 것이 곤란해진다. 반대로 투영 면적이 1 ㎟보다 커지면, 수지 재료의 분산 상태에 변동이 발생하기 쉬워지고, 층간을 접착한 경우에 균일한 접착을 얻기 어려워진다. 또한, 상술한 바와 같은 매트릭스 수지 주입시의 문제점이 발생하기 쉬워지는 경우도 있다.

본 발명의 강화 섬유 직물을 구성하는 직물 기재로는, 복수개의 강화 섬유다발로 구성되는 것을 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 서로 평행하게 되도록 1방향으로 정렬시킨 복수개의 강화 섬유다발과, 이들에 직교하고 직경이 작은 보조 섬유(단사 또는 섬유다발)가 서로 교착하여 올 구조를 이루고 있는 1방향성 직물, 또는 복수개의 강화 섬유다발을 2방향(예를 들면 직교하는 2방향)으로 직조하여 이루어지는 2방향성 직물, 또한 각각 평행하게 정렬시킨 복수개의 강화 섬유다발을 서로의 섬유 방향이 다르도록 다단으로 적층하고, 이들을 스티칭 등으로 접합한 다축 직물 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 2방향성 직물이 바람직하다. 2방향성 직물의 올 형태로는 평직, 능직, 수자직 등을 들 수 있다. 2방향성 직물은 강화 섬유다발 사이의 상대 위치의 변화에 의한 직물 기재가 변형하기 쉽고 입체 형상으로 변형하기 쉬운 것, 적은 매수로 역학적으로 유사 등방성을 갖는 적층 구성을 얻기 쉽다는 등의 이점이 있어 바람직하다.

직물 기재를 구성하는 강화 섬유다발로는, 탄소 섬유다발, 흑연 섬유다발, 유리 섬유다발 또는 아라미드 섬유다발 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 탄소 섬유다발인 것이 바람직하다. 탄소 섬유다발을 구성하는 탄소 섬유에는 폴리아크릴로니트릴계, 레이온계, 피치계 등의 종류가 있지만, 강도, 탄성률 등의 균형으로부터 폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유가 바람직하게 이용된다. 탄소 섬유다발을 이용함으로써, 최종 제품인 섬유 강화 수지 성형품의 역학 특성을 높일 수 있다. 이러한 관점에서 본 발명에 이용하는 탄소 섬유다발의 인장 탄성률은 110 내지 600 GPa인 것이 바람직하고, 210 내지 600 GPa이면 더욱 우수한 역학 특성을 발현할 수 있어 바람직하다. 여기서 인장 탄성률은 JIS R7601(1986)에 준거하여 측정되는 값을 가리키고, 단위는 GPa이다.

이상과 같은 본 발명의 강화 섬유 직물은 복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료를 부여하고 고착시킨 후에, 그 직물 기재를 구성하는 복수개의 강화 섬유다발의 상대 위치에 변동을 제공함으로써 제조할 수 있다.

수지 재료는 상술한 방법으로 직물 기재의 표면에 고착시킬 수 있다. 도 6,도 7에 도시한 바와 같이 복수개의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료가 있는 경우에도 수지 재료의 고착에 의해 발생하고 있는 강화 섬유다발 사이의 위치 변동을 구속하는 힘보다도 큰 외력을 제공함으로써, 직물 기재를 구성하는 강화 섬유다발 사이의 상대 위치를 강제적으로 변동시키고, 도 8, 도 9에 도시한 바와 같이 수지 재료가 일부의 강화 섬유다발만으로 고착하고 있는 상태로 할 수 있다.

2개의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료는, 통상 어느 하나 한쪽 강화 섬유다발에 대하여 보다 강하게 고착하고 있다. 그 때문에, 이 수지 재료가 고착하고 있는 2개의 강화 섬유다발 사이의 상대 위치가 변동한 경우에는, 수지 재료는 보다 강하게 고착하고 있는 강화 섬유다발과 함께 이동하고, 그 결과, 다른쪽의 강화 섬유다발로부터 박리된다.

이와 같이 외력에 의해 강제적으로 강화 섬유다발간의 상대 위치를 변동시킴으로써, 2개 또는 그 이상의 강화 섬유다발에 고착하고 있던 수지 재료는 일부의 강화 섬유다발로부터 박리되고, 보다 강하게 고착하고 있는 강화 섬유다발만으로 고착한 상태가 된다.

그 결과, 수지 재료가 표면에 고착한 강화 섬유 직물이어도 수지 재료에 변형을 구속하는 작용이 없기 때문에, 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.01 내지 0.75 N의 범위 내라는 성질을 갖게 되고, 수지 재료가 고착되어 있지 않은 직물 기재와 동등한 우수한 변형성을 발현할 수 있다.

또한, 강화 섬유 직물 전체로는, 부분적으로 복수개의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료가 강화 섬유다발로부터 박리되지 않고 그대로 남아 있을 수도 있다.

또한, 직물 기재를 구성하는 복수개의 강화 섬유다발 사이의 상대 위치에 변동을 제공함으로써 강화 섬유다발로부터 수지 재료의 고착을 박리하기 위해서는, 수지 재료는 실질적으로 고형 상태로 되어 있을 필요가 있다. 즉, 수지 재료를 열융착에 의해 고착시킨 경우에는 충분히 냉각한 후에, 용액으로서 분무한 경우에는 충분히 건조시킨 후, 강화 섬유다발의 상대 위치를 변동시킨다. 이와 같이 함으로써, 효율적으로 고착하고 있는 수지 재료를 박리할 수 있다.

강화 섬유다발 사이의 상대 위치에 한번 변동을 제공하면, 그 위치 관계를 원래대로 되돌려도 재가열 등에 의해 수지 재료를 연화시키지 않는 한 박리된 수지 재료가 재차 고착하는 경우는 없기 때문에, 변동 부여 후에 강화 섬유 직물을 원래의 형상으로 복귀시키면, 올 풀림이 없이 변동 부여 전과 동일한 올 형태를 유지한 강화 섬유 직물을 얻을 수 있다.

강화 섬유다발 사이의 상대 위치에 변동을 부여하는 방법은, 수지 재료에 의한 강화 섬유다발 사이의 접착에 의해서 생기는 구속력에 이겨 강화 섬유다발 사이의 상대 위치에 변동을 제공하는 작용이 얻어지면 어떠한 방법일 수도 있다. 예를 들면, 수지 재료가 표면에 고착하고 있는 직물 기재의 면내 방향으로 전단 변형을 제공함으로써, 효율적으로 강화 섬유다발 사이의 상대 위치를 변동시킬 수 있다.

직물 기재에 전단 변형을 제공하기 위해서는, 예를 들면 수지 재료가 고착한 직물 기재의 권취 기구와, 직물 기재를 파지하면서 그의 폭 방향으로 요동함으로써 폭 방향으로의 변형을 제공하는 요동 기구와, 직물 기재의 권취 기구를 갖는 장치를 사용할 수 있다.

권취 기구는 수지 재료가 고착한 직물 기재의 롤을 설치하는 축과, 롤로부터 인출되는 직물 기재에 대하여 적절하게 장력을 부여하는 기구로 이루어진다. 장력을 부여하는 기구는 반송되는 직물 기재에 대하여 장력을 부여할 수 있으면 어떠한 기구도 이용할 수 있지만, 예를 들면 롤이 설치되는 축에 파우더브레이크 등의 토크를 부여하는 장치를 접속하여 장력을 부여하는 기구, 반송되는 직물 기재를 회전을 제어한 한쌍의 롤로 닙핑함으로써 장력을 부여하는 기구, 또는 회전을 제어한 롤과 직물 기재의 마찰력에 의해 장력을 부여하는 기구 등을 사용할 수 있다.

직물 기재를 그의 폭 방향으로 요동시키는 기구로는, 직물 기재를 폭 방향으로 요동시킬 수 있으면 어떠한 구성을 이용할 수도 있다. 예를 들면, 도 16에 도시한 직물 기재의 폭 방향 단부를 파지하여 폭 방향으로 인장력을 가하는 단부 파지 요동 기구 (161)이나, 도 17에 도시한 직물 기재를 상하로부터 지그로 끼우고, 그 지그가 직물 기재의 폭 방향으로 요동하는 닙 요동 기구 (171) 등을 예시할 수 있다. 또한, 도 18에 도시한 바와 같은 직물 기재의 폭 방향을 회전축 방향으로 하는 요동 롤 (181)을 그 회전축 방향으로 요동시킴으로써 직물 기재를 마찰력에 의해서 파지하면서 요동시키는 기구도 바람직하게 이용된다.

도 18에 도시한 기구를 이용하는 경우, 요동 롤 (181)은 직물 기재가 큰 권취각을 취하여 통과하도록 설치하면, 강화 섬유 직물 사이에서 큰 마찰력이 얻어지고, 직물 기재를 효율적으로 요동시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 여기서 권취각이란, 반송 롤 (182)로부터 요동 롤 (181)을 통과하고, 다음 반송 롤 (182)로 이동할 때에 직물 기재가 요동 롤의 원주에 대하여 권취하고 있는 각도의 것을 말한다.

또한, 예를 들면 롤 표면을 고무 소재로 하는 등을 하여 롤 표면의 마찰계수를 크게 함으로써, 직물 기재를 폭 방향으로 요동시킬 때에 롤 표면에서 직물 기재가 미끄러지지 않도록 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 더욱 효율적으로 직물 기재를 요동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 롤 표면에서의 슬립에 의해서 직물 기재의 표면이 찰과되어 손상되는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 직물 기재에 손상을 제공하지 않기 때문에, 요동 롤은 직물 기재의 주행에 따라 종동 회전하는 것이 바람직하다.

직물 기재를 그의 폭 방향으로 요동시키면, 반송 경로의 길이가 변화한다. 따라서, 도 19에 도시한 바와 같이, 요동 롤 (181)은 축 방향으로 요동할 때에, 경로길이의 변화를 흡수하도록 회전축과 직각 방향으로도 이동할 수 있는 기구를 갖는 것이 바람직하다.

권취 기구는 롤을 설치하는 축이 회전함으써, 직물 기재를 롤에 권취하는 구성이면 좋다. 권취는 일정 속도에서의 연속 운전일 수도 있고, 예를 들면 요동 기구 작동시에는 정지하고, 요동 기구 정지시에는 권취를 행하도록 권취 및 정지를 반복하는 간헐 운전일 수도 있다.

예를 들면 상술한 바와 방법으로 도 1에 도시한 2방향성의 직물 기재에 전단 변형을 부여하면, 직물 기재는 도 10에 도시한 바와 같이 변형된다. 강화 섬유다발의 교점을 정점으로 하는 직사각형 형상 부분은, 전단 변형이 부여되면 각각의 변의 길이를 유지한 상태에서 평행사변형으로 변형된다. 이 때, 직물을 구성하는 강화 섬유다발 사이의 올 각도는 변형되고, 강화 섬유다발 사이의 상대 위치가 변동한다. 그 결과, 복수개의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착한 수지 재료를 부분적으로 강화 섬유다발로부터 박리할 수 있다.

도 10에 도시한 전단 변형의 각도 θ(즉, 어떤 강화 섬유다발을 기준으로서 그것에 교차하는 강화 섬유다발의 전단 변형 전후의 각도 차)는 5 내지 45°의 범위 내인 것이 바람직하다. 전단 변형각이 5°를 하회하는 경우, 강화 섬유다발 사이의 상대 위치의 변동이 불충분하기 때문에, 복수개의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착한 수지 재료를 박리하는 효과를 충분히 얻을 수는 없다. 한편, 45°보다 큰 전단 변형각을 제공한 경우에는, 강화 섬유 직물을 변형시킨 후에 원래의 형상으로 복귀하려고 하여도, 올 조직에 흐트러짐이 남거나, 강화 섬유다발에 손상이 생기는 등의 결점이 발생하기 쉽기 때문에 바람직하지 않다. 보다 효율적으로 수지 재료를 박리하는 효과를 얻기 위해서는 10°이상인 것이 보다 바람직하고, 20°이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 강화 섬유 직물의 손상을 보다 확실하게 막기 위해서는, 40°이하인 것이 보다 바람직하고, 30°이하인 것이 더욱 바람직하다.

이상과 같이 하여 얻어지는 본 발명의 강화 섬유 직물을 이용하면 입체 형상이어도 주름이 없는 프리폼을 얻을 수 있다.

프리폼은 본 발명의 강화 섬유 직물을 필요에 따라서 수지 재료가 고착하지 않은 직물 기재 등과 함께 적층, 일체화함으로써 형성된다. 본 발명의 프리폼은 복수개의 직물 기재가 수지 재료에 의해 일체화되고, 또한 이러한 수지 재료에 관한 강화 섬유 직물을 적어도 1층 포함하고 있다.

프리폼은 입체 형상으로 변형한 복수개의 직물 기재가, 그의 층간에서 수지 재료를 통해 서로 접착함으로써, 그 입체 형상을 유지한다. 적층된 직물 기재끼리 접하는 면에서, 적어도 한쪽의 직물 기재의 표면에 수지 재료가 고착되어 있으면, 그의 층간에서 접착 작용을 얻을 수 있다. 따라서, 실제 이용하는 본 발명의 강화 섬유 직물의 형태를 고려하여, 프리폼을 구성할 필요 직물 기재의 총수 중 일부를 그 본 발명의 강화 섬유 직물로 치환할 수 있다. 즉, 강화 섬유 직물을 구성하는 직물 기재의 양면에 수지 재료가 고착하고 있는 경우에는, 본 발명의 강화 섬유 직물과, 그 밖의 직물 기재를 교대로 배치할 수 있다. 또한, 프리폼을 구성하는 직물 기재 중 일부가 고착할 수도 있는 경우에는, 그 밖의 직물 기재의 매수를 늘릴 수 있다.

그러나 모든 층간에서 수지 재료에 의한 접착 작용을 얻는 것이 가능하면, 층간이 박리되지 않고, 취급성이 우수하며, 주름이 없고 형상 안정성도 우수한 프리폼을 효율적으로 얻을 수 있다. 따라서, 원하는 프리폼이 복잡한 형상인 경우 등과 같이, 모든 층간에서 접착 작용이 필요해지는 경우에는, 직물 기재의 양면에 수지 재료가 고착하고 있는 본 발명의 강화 섬유 직물과, 그 밖의 직물 기재를 교대로 배치하거나, 프리폼을 구성할 필요 직물 기재의 모든 매수 또는 1매 이상을 본 발명의 강화 섬유 직물로 하는 것이 바람직하다. 전체가 박리되지 않고, 취급성이 우수한 프리폼을 얻을 수 있다. 또한, 프리폼을 구성할 필요 직물 기재의 모든 매수를 양면에 수지 재료가 고착하고 있는 본 발명의 강화 섬유 직물로 할 수도 있다.

본 발명의 강화 섬유 직물을 이용한 프리폼은 다음과 같이 형성할 수 있다.

우선, 본 발명의 강화 섬유 직물을, 필요에 따라서 강화 섬유다발을 포함하는 그 밖의 직물 기재와 동시에 부형형에 적층 배치한다. 이어서, 그 적층체를 가압하여 부형형의 형상에 따르도록 가압하면서 가열함으로써 강화 섬유 직물에 고착하고 있는 수지 재료를 연화하여 적층체의 층간을 접착하여 형상을 유지시킨다. 이와 같이 하여 프리폼이 얻어진다.

적층체를 가압하는 방법으로는, 예를 들면 원하는 섬유 강화 수지 성형품의 형태와 거의 동일한 형상으로 부형할 수 있는 한쌍의 부형형(즉, 매트릭스 수지를 주입, 경화시키는 성형형과 거의 동일한 형의 형상을 갖는 형)을 이용하고, 한쪽의 부형형에 적층체를 적층 배치한 후에 다른쪽의 부형형을 폐쇄하여 조임으로써 적층체를 가압하면서 부형형에 따른 형상으로 변형시키는 방법을 예시할 수 있다(도 11 참조). 또한, 성형형과 거의 동일한 형의 형상을 갖는 한쪽면의 부형형을 이용하고, 적층체를 그 부형형 위에 적층 배치한 후, 그 위에서 적층체를 시트로 덮고, 시트와 부형형으로 둘러싸인 공간의 내부를 진공으로 하거나, 챔버 박스 내에 가압한 기체를 도입함으로써, 시트를 통해 적층체를 가압하고, 부형형에 가압하여 부형형에 따른 형상으로 변형시키는 방법 등을 예시할 수 있다(도 12 참조). 또한, 이들 방법으로 한정되지 않는다. 또한, 상기 한쌍의 부형형은 그것을 구성하는 한쪽의 부형형이 복수개로 분할되어 있는 것일 수도 있다.

적층체를 가열하는 방법으로는, 가온된 부형형과 적층체의 열전도에 의한 방법, 외부에서 적외선히터 등으로 가열하는 방법, 또는 가온된 기체나 액체를 분무하는 방법 등을 예시할 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 부형형은 내부에 배관을 설치하여 그 배관에 가열 매체를 흘리거나, 내부에 히터를 배치하기도 하는 방법으로 가온할 수 있다.

효율적으로 프리폼을 제조하기 위해서는, 수지 재료를 연화시키기 위해서 필요한 온도로 가온된 부형형에 적층체를 밀착시키고, 열전도에 의해 가열하는 방법이 바람직하게 이용된다. 이 경우, 적층체를 부형형에 따른 형상으로 변형시키기 전에 수지 재료가 연화하면 수지 재료의 점착성이 증가하여 적층체의 층간이 틀어지기 어려워져 입체 형상으로의 변형이 잘 되지 않게 되는 경우가 있기 때문에, 수지 재료에 열이 전해지기 전에 가압하여 변형시키는 것이 바람직하다.

적층체를 가열하는 온도는 수지 재료가 연화하여 적층체의 층간을 접착시키는 작용을 발현할 수 있는 온도이면 좋다. 적층체를 가압하면서 가열함으로써, 적층체를 구성하는 강화 섬유 직물이나 직물 기재가 서로 강하게 가압되고, 연화한 수지 재료가 대향하는 강화 섬유 직물 또는 직물 기재를 구성하는 강화 섬유다발의 단사 사이에 침투한다. 이어서 적층체가 냉각됨으로써, 수지 재료는 대향하는 강화 섬유 직물이나 직물 기재의 쌍방에 고착하고, 적층체의 층간을 접착하는 작용을 발현한다. 적층체를 냉각하는 방법으로는 부형형을 냉각하여 부형형과 적층체와의 열전도에 의해 냉각하거나, 적층체에 냉풍을 분무하는 방법 등을 예시할 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다.

이러한 방법으로 적층체를 입체 형상으로 변형시켜 층간을 접착함으로써, 입체 형상으로 변형되어 있으면서 주름이 없는 프리폼을 제조할 수 있다. 또한 이 프리폼은 적층체의 층간이 접착되어 있기 때문에, 강성이 높고 형상 유지성이 우수하며, 프리폼의 반송, 매트릭스 수지의 주입을 위한 성형형에의 장착 등의 취급을 효율적으로 행할 수 있다는 특징을 겸비한다.

또한 프리폼은 대향하는 적어도 2개의 부형형 사이에 적층체를 배치하고, 그 적층체의 일부를 가압한 후, 나머지 부분을 가압하면서 가열함으로써 제조할 수 있다. 본 방법에서는, 부형형 사이에 적층체를 배치하여 그 적층체의 일부를 가압할 때, 적층체의 가압되어 있지 않은 부분은 구속되어 있지 않기 때문에 자유롭게 이동하는 것이 가능하며, 가압되는 부분이 부형형의 형상에 따르기 위해서 필요한 양의 적층체는 주위에서 끌어당겨진다. 이어서, 주위의 부분을 가압하면 적층체의 전체가 가압되어 부형형의 형상에 따른 변형을 한다. 적층체는 부형형의 형상에 따른 상태로 가열을 받아 수지 재료가 연화하고, 층간이 접착한 프리폼이 된다. 처음에 일부를 가압한 후에 전체를 가압함으로써, 특히 형상이 크게 변화하는 요철 부근이어도 부형형 형상에 따르기 위해서 필요한 양의 적층체가 침체함 없이 공급되고, 수작업에 의한 보조를 필요로 하지 않고 주름이 없는 프리폼을 효율적으로 제조할 수 있다.

적층체의 전체를 가압하는 데 앞서서 가압하는 위치는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 비교적 매끄러운 형상에 적층체를 변형시키는 경우에는, 그 형상의 중심 부근이면, 주위에서 적층체를 끌어당기기 쉬워 바람직하다. 단차를 갖는 형상으로 적층체를 변형시키는 경우에는, 단차의 오목부인 것이 바람직하다. 오목부를 우선 가압함으로써, 오목부에 따른 형상으로 적층체를 변형시키기 위해서 필요 충분량의 적층체가 공급되고, 양호하게 부형할 수 있다. 또한, 복수개의 단차를 가진 형상에서는, 인접하는 오목 부분을 차례로 가압하고, 마지막으로 남은 전체를 가압하도록 단계적으로 가압하면, 주름의 발생을 막으면서 효과적으로 프리폼을 제조할 수 있다.

적층체의 일부를 가압한 후에, 나머지 부분을 가압, 가열하는 방법으로는, 도 13에 도시한 바와 같이, 부형형 (131) 위에 적층 배치된 적층체 (133)에 대하여 부분형 (134)에 의해서 가압 작용을 가하고, 이어서 대향하는 부형형 (132)에 의해 전체를 끼워 가압, 가열하는 방법을 예시할 수 있다. 여기서 부분형이란, 적층체의 일부를 부형형에 따른 형상으로 변형시키기 위한 부재를 의미한다. 부분형을 이용하여 적층체를 가압함으로써, 적층체는 부형형과 부분형에 끼워져, 부형형에 따른 형상으로 변형된다.

부분형은 적층체를 가압하는 부분에서, 그 부분에 대응하는 부형형에 따른 형상을 하고 있을 필요가 있고, 또한 적층체와 접촉하지 않는 부분에서도, 부형형 또는 시트가 적층체를 끼워 가압하는 작용을 방해하지 않는 형상을 하고 있어야 한다. 부분형은 금속, 수지, 고무 등의 재질을 원하는 형상으로 절삭 또는 성형 가공한 것을 사용할 수 있다. 효율적으로 적층체를 가열하기 위해서는, 부분형은 가온되어 있으면 좋지만, 적층체는 부형형으로부터도 가열되기 때문에 필수가 아니다.

부분형은 도 14에 도시한 바와 같이, 대향하는 부형형 (141), (142) 중 적어도 한쪽에 설치된 돌출 가능한 가동 부분 (144)로 구성할 수도 있다. 이 양태의 경우, 우선 가동 부분 (144)를 돌출시킨 상태에서 부형형끼리 근접시키고, 다른쪽의 부형형 (141)과 돌출한 가동 부분으로 적층체 (143)의 일부를 가압한다. 이어서, 부형형끼리 더욱 접근시킴과 동시에, 돌출한 가동 부분 (144)를 그 부형형의 내부 방향으로 집어넣고, 대향하는 부형형 (141), (142)의 전체에서 적층체 전체를 가압, 가열한다.

또한, 프리폼은 부형형에 적층 배치한 적층체의 일부를 부형형에 가압한 후, 그 적층체 위에서 시트를 씌우고, 기체 또는 액체에 의해 그 적층체를 가압, 가열함으로써도 제조할 수 있다. 본 방법에서는, 예를 들면 도 15에 도시한 바와 같이, 부형형 (151)에 적층 배치한 적층체 (152)의 일부를 부분형 (155)로 부형형에 가압하여, 적층체의 일부를 부형형에 따른 형상으로 변형시킨다. 부분형의 형상은 대응하는 부형형 부분에 따르도록 설정되어 있다. 이 때 적층체가 가압되지 않은 부분은 구속되어 있지 않기 때문에 자유롭게 이동하는 것이 가능하고, 부형형에 따르기 위해서 필요한 양의 적층체가 주위에서 끌어당겨진다. 이어서, 적층체 위에서 시트 (153)을 씌워 그의 주변부와 부형형 사이를 시일재 (154)에 의해 시일하고, 부형형과 시트 (153)으로 둘러싸인 공간의 내부를 진공 펌프 (157)을 이용하여 진공으로 하거나, 시트 (153)과 챔버 박스 (159)로 둘러싸인 공간의 내부의 기체나 액체를 가압 장치 (158)을 이용하여 가압함으로써, 적층체를 가압할 수 있다. 또한, 히터 (156)에 의해 부형형을 가열하거나, 기체나 액체를 가열함으로써, 적층체를 가열할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 적층체의 전체가 부형형에 따른 형상으로 변형을 하고, 추가로 적층체 내부의 수지 재료가 연화하여 층간 접착 작용이 발현함으로써, 프리폼을 제조할 수 있다.

시트의 재질로는 실리콘 고무나 천연 고무, 나일론 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 등을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

시트가 신장하는 특성을 갖고 있는 것이면, 원하는 프리폼 형상이 복잡하여도 형상에 따르기 쉬워 바람직하다. 따라서, 시트의 신장도는 5 ％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 필름의 신장도는 커도 문제없지만, 반복하여 사용하는 것이나 가열하는 것 등을 감안하여 실제 이용에 견딜 수 있는 필름의 신장도의 상한으로는 400 ％인 것이 바람직하다.

또한, 미리 적층체가 변형하는 형상과 거의 동일한 형상으로 시트를 부형해 두는 것도, 효율적으로 적층체를 변형시키는 것에 유효하다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형품은 상기 방법으로 제조된 프리폼에 액상의 매트릭스 수지를 주입, 함침시키고, 이어서 경화 또는 고화시킴으로써 제조된다.

입체 형상으로 주름없이 변형되어 있으면서 형상 유지성이 우수한 상기한 프리폼은 운반하여도 형상이 무너지기 어렵고, 취급이 용이하기 때문에, 성형형에 용이하게 배치할 수 있다. 또한, 형상 유지성이 우수하기 때문에 외형상이 명확하고, 성형형에 얹어 놓은 경우의 위치 정렬도 용이하다.

수지를 함침시키는 방법으로는, 형의 한쪽면 위에 프리폼을 장착한 후에 필름으로 덮고, 필름과 성형형으로 둘러싸인 공간의 내부를 진공으로 한 후에, 액상의 수지를 진공압으로 프리폼에 함침시키는 방법, 또는 프리폼을 대향하는 성형형의 사이에 끼우고, 형 내에 매트릭스 수지를 가압 주입하여 프리폼에 함침시키는 방법 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이어서, 수지를 그 수지에 알맞는 온도 및 시간으로 경화 또는 고화시킨 후에, 탈형함으로써 섬유 강화 수지 성형품을 제조할 수 있다.

매트릭스 수지로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등의 열경화성 수지가 바람직하게 이용된다. 그 중에서도 에폭시 수지는 취급성, 기계적 특성이 우수하기 때문에, 특히 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형품은 곡면 형상이나 입체 형상으로의 변형성이 우수한 강화 섬유 직물을 이용하고 있기 때문에, 복잡한 입체 형상이어도 생산성 있게 제조할 수 있고, 또한 연속하는 강화 섬유를 이용하기 위해서 경량이면서 우수한 기계적 특성을 발현할 수 있다. 여기서 입체 형상이란, 평면이나 곡면을 조합한 형상(단면이 분지를 갖는 형상도 포함하는 것으로 함)을 말한다.

또한, 본 발명의 섬유 강화 수지 성형품에 이용하는 강화 섬유 직물은, 변형한 경우에도 올의 어긋남이나 주름이 발생하기 어려운 특징을 갖기 때문에, 섬유 강화 수지 성형품의 표면에 보이는 직물 기재 특유의 올 모양에 흐트러짐이 적고 의장성이 우수하며, 강화 섬유다발의 배향 흐트러짐이 적기 때문에 기계적 특성이 우수하다는 특징을 겸비한다. 이러한 특징에 의해 본 발명의 섬유 강화 수지 성형품은 자동차, 항공기, 선박, 가전 기기, 건축 등의 용도에서의 외장 부재나 구조 부재 등, 복잡한 형상, 의장성, 높은 기계적 특성이 요구되는 용도에 바람직하게 사용할 수 있다.

이하, 실시예, 비교예에 기초하여 본 발명을 설명한다.

실시예 1:

2방향성 직물 기재의 한쪽 표면에 폴리비닐포르말 수지를 주성분으로 하는 입자상의 수지 재료를 엠보싱 롤과 닥터블레이드를 이용하여 단위 면적당 질량이 5 g/㎡가 되도록 계량하면서 낙하시켜 균일하게 분산시켰다. 계속해서, 직물 기재의 표면 온도가 185 ℃가 되도록 세팅한 원적외선 히터의 아래를 0.3 m/분으로 통과시킴으로써 수지 재료를 직물 기재 상에 고착시키고, 수지 재료가 표면에 고착한 강화 섬유 직물을 롤에 권취하였다.

또한, 2방향성 직물 기재에는 도레이 가부시끼가이샤제 CO6343B(올 조직: 평직, 직물 메쉬: 198 g/㎡, 두께: 0.25 mm, 날실 올 밀도: 12.5개/25 mm, 씨실 올 밀도: 12.5개/25 mm)를 이용하고, 이 2방향성 직물 기재에 이용되고 있던 강화 섬유다발은, 도레이 가부시끼가이샤제 탄소 섬유 T300-3K(필라멘트수: 3,000개, 인장 탄성률: 230 GPa, 인장 강도: 3.5 GPa, 섬도: 198 tex, 파단 신장도: 1.5 ％)였다.

계속해서, 이 강화 섬유 직물을 롤로부터 권취하고, 축방향으로 요동 가능한 요동 롤에 대하여 권취각 180°가 되도록 통과시킨 후, 별도의 롤에 권취하였다. 강화 섬유 직물은 권출측으로부터 권취측으로 간헐적으로 이동하고, 간헐 동작의 정지 중에 요동 롤을 요동시키고, 강화 섬유 직물에 대하여 그 면내 방향에의 전단 변형 각도가 최대 30°가 되는 변형 이력을 제공하였다. 그리고, 전단 변형 각도가 실질적으로 0°의 상태로 되돌아간 상태에서 강화 섬유 직물을 롤에 권취하였다. 이 강화 섬유 직물의 표면을 관찰한 바, 수지 재료는 직물 기재의 표면에 점재하여 고착하고 있었다. 또한, 전단 변형을 제공한 것에 의한 수지 재료의 직물 기재로부터의 탈락은 보이지 않았다.

그리고, 권취된 강화 섬유 직물로부터 날실, 씨실의 방향을 각각 0°, 90°로 했을 때에, 45°의 방향이 장축 방향이 되도록 250 mm×45 mm의 크기의 시험편을 잘라내었다. 이어서, 이 시험편의 장축 방향 양끝 각각 50 mm를 지그로 고정하고, 양끝의 지그를 통해 측정 장치에 부착하였다. 강화 섬유 직물은 지그로 고정되어 있는 부분이 폭 방향으로 변형되지 않도록 고정하고, 양끝의 지그 사이에서 노출된 부분이 장축 방향으로 150 mm, 폭 방향으로 45 mm가 되도록 설정하였다. 또한, 측정 장치에는 가부시끼가이샤 시마즈 세이사꾸쇼제 오토그래프 AGS-100을 이용하였다.

그 후, 지그를 통해 시험편을 그의 장축 방향으로 인장하는 비섬유축 방향 인장 시험을 행하고, 시험편의 인장 왜곡(인장 시험 장치의 변위에 대응)이 5 ％(인장 시험 장치 변위 7.5 mm)에 도달할 때까지 계속하여 하중을 측정하고, 시험편의 왜곡과 하중과의 관계를 얻었다. 또한, 측정값에는 변동이 존재한다고 생각되기 때문에, 시험편은 3매 준비하고, 각 시험편에 대해서 왜곡이 1 ％(인장 시험 장치 변위 1.5 mm), 및 5 ％(인장 시험 장치 변위 7.5 mm)에 도달하기까지의 최대 하중을 읽어내고, 시험편 3매의 평균을 각 인장 왜곡에서의 하중의 최대값으로 하였다.

이 절차에 의해 측정을 행한 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.24 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.5.N이었다.

계속해서, 강화 섬유 직물로부터 500 mm×400 mm의 크기의 직사각형을 4매 추출하였다. 이 때, 직사각형의 변의 방향을 각각 0°, 90°방향으로 했을 때에, 섬유축 방향이 대개 0, 90°방향이 되는 것을 2매, 대개 ±45°가 되는 것을 2매로 하였다. 잘라낸 강화 섬유 직물을 최상면의 강화 섬유 직물만 수지 재료가 고착한 면을 하측으로 하고, 그것 이외는 수지 재료가 고착한 면을 상측으로 하여 적층하였다. 또한, 상하의 2매는 섬유축 방향이 0°/90°방향인 것, 내층의 2매는 섬유축 방향이 ±45°방향인 것으로 하였다. 얻어진 적층체를 90 ℃로 가온한 부형형 상에 배치하였다. 또한, 부형형으로는 평면 치수 450 mm×350 mm이고, 깊이 40 mm, 사면 각도 45°의 곡선을 그리는 홈을 갖고 있는 것을 이용하였다.

이어서 그 부형형과 90 ℃로 가온한 대향하는 부형형으로 적층체를 끼우고, 적층체에 0.4 MPa의 압력을 5 분간 첨가하였다. 또한, 적층체를 부형형 상에 배치한 후, 2개의 부형형으로 적층체를 끼우기까지 요한 시간은 약 10 초였다.

대향하는 부형형을 제거하고, 냉풍을 불게하여 냉각한 적층체를 부형형으로부터 취출한 바, 적층체는 부형형의 형상에 따른 모양으로 변형되고 그 형상이 고정되어 있었다. 또한 형상이 부여된 적층체의 표면에는 주름이 생기지 않았다. 적층체의 층간은 박리되지 않고, 입체적으로 변형된 형상이 안정적이며, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 표면에 주름이 발생하지 않고 부형형 그대로의 형상이 발현하고, 또한 그 형상으로부터 변형되지 않는 것이 우수하며, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 매우 바람직한 것이었다.

이 프리폼을 100 ℃로 유지한 RTM 성형용 양면형의 하형에 올려놓고, 상형을 폐쇄하고, 진공 펌프로 형내의 공기를 배출하였다. 이어서, 형내에 액상의 에폭시 수지를 주입압 0.5 MPa로 주입하고, 프리폼에 함침시켜 20 분간 방치하였다. 이와 같이 하여 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 또한, 수지에는 주요제: "에피코트" 828(유까셸 에폭시사 제조, 에폭시 수지), 경화제: 도레이제 블렌드 TR-C35H(이미다졸 유도체)를 혼합하여 얻은 액상 에폭시 수지를 이용하였다.

얻어진 섬유 강화 수지 성형품은, 수지가 전체에 충분히 널리 퍼져 경화하고 있고, 수지가 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출된 부분은 존재하지 않았다. 또한, 성형품의 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림은 없고 주름도 존재하지 않는 매끄러운 표면을 갖고 있어, 섬유 강화 수지 성형품으로서 우수한 것이었다.

실시예 2:

실시예 1과 동일한 강화 섬유 직물을 동일한 적층 구성으로 적층하였다(크기: 500 mm×400 mm, 적층 매수 4매).

이 적층체를 실시예 1과 동일한 형상으로 실온에 유지되고 있는 한쪽면의 부형형 상에 배치한 후, 부형형 및 적층체 위에서 두께 2 mm의 실리콘 고무 시트를 씌우고, 부형형과 시트를 실란트 테이프로 밀착시켰다. 이에 의해서, 부형형과 시트로 둘러싸인 공간은 내부에 적층체가 차광된 밀폐 공간이 되었다. 이어서, 진공 펌프를 이용하여 밀폐 공간 내의 공기를 배출하고, 시트를 통해 대기압에 의해서 적층체를 부형형에 가압하였다. 이 상태에서, 부형형에 설치된 배관에 열수를 흘 려 부형형을 90 ℃로 승온하고, 5 분간 유지하였다. 시트를 부형형으로부터 제거하고, 냉풍을 불게하여 냉각한 적층체를 부형형으로부터 제거한 바, 적층체는 부형형의 형상에 따른 모양으로 변형되고 그 형상이 고정되어 있었다. 또한 형상이 부여된 적층체의 표면에는 주름이 발생하지 않았다. 적층체의 층간은 박리되지 않고, 입체적으로 변형된 형상도 안정적이며, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 표면에 주름이 발생하지 않고 부형형 그대로의 형상이 발현하며, 그 형상으로부터 변형되지 않는 것이 우수하고, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 매우 바람직한 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시키고, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 수지가 전체에 충분히 널리 퍼져 경화하고 있고, 수지가 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출된 부분은 존재하지 않았다. 또한, 성형품의 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림 없이 주름도 존재하지 않는 매끄러운 표면을 갖고 있어, 섬유 강화 수지 성형품으로서 우수한 것이었다.

실시예 3:

직물 기재의 표면에 고착하는 수지 재료의 양을 10 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 수지 입자를 고착시킨 강화 섬유 직물을 제조하고, 실시예 1과 동일한 변형 이력을 제공하였다. 얻어진 강화 섬유 직물의 표면을 관찰한 바, 수지 재료는 직물 기재의 표면에 점재하여 고착하고 있었다. 또한, 전단 변형을 제공함으로써 수지 재료의 직물 기재로부터의 탈락은 보이지 않았다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 비섬유축 방향 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.24 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.55 N이었다.

이 강화 섬유 직물을 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 적층체는 부형형의 형상에 따른 모양으로 변형되고 그 형상이 고정되어 있었다. 또한 형상이 부여된 적층체의 표면에는 주름이 발생하지 않았다. 적층체의 층간은 박리되지 않고, 입체적으로 변형된 형상도 안정적이며, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 표면에 주름이 발생하지 않고 부형형 그대로의 형상이 발현하고, 또한 그 형상으로부터 변형되지 않는 것이 우수하여, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 매우 바람직한 것이었다.

실시예 4:

2방향성 직물 기재에 도레이 가부시끼가이샤제 BT70-20(올 조직: 평직, 직물 메쉬: 213 g/㎡, 날실 올 밀도: 3.27개/25 mm, 씨실 올 밀도: 3.27개/25 mm)을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 강화 섬유 직물을 제조하였다. 또한, 이 2방향성 직물 기재에 이용되고 있던 강화 섬유다발은 도레이 가부시끼가이샤제 탄소 섬유 T700S-12K(필라멘트수: 12,000개, 인장 탄성률: 230 GPa, 인장 강도: 4.9 GPa, 섬도: 800 tex, 파단 신장도: 2.1 ％)였다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 변형 이력을 제공하였다. 얻어진 강화 섬유 직물의 표면을 관찰한 바, 수지 재료는 직물 기재의 표면에 점재하여 고착하고 있었다. 또한, 전단 변형을 제공한 것에 의한 수지 재료의 직물 기재로부터의 탈락은 보이지 않았다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 비섬유축 방향 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.17 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.4 N이었다.

이 강화 섬유 직물을 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 적층체는 부형형의 형상에 따른 모양으로 변형되고 그 형상이 고정되어 있었다. 또한 형상이 부여된 적층체의 표면에는 주름이 발생하지 않았다. 적층체의 층간은 박리되지 않고, 입체적으로 변형된 형상도 안정적이며, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 표면에 주름이 발생하지 않고 부형형 그대로의 형상이 발현하고, 또한 그 형상으로부터 변형되지 않는 것이 우수하 여, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 매우 바람직한 것이었다.

실시예 5:

강화 섬유 직물을 적층하여 그 적층체를 변형시키는 데 있어서 다음과 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 프리폼을 형성하였다.

부형형으로서, 평면 치수가 450 mm×350 mm이고, 깊이 30 mm, 사면 각도 45°의 곡선을 그리는 제1 오목부를 갖고, 또한 그 제1 오목부의 바닥부에 거기부터 깊이 30 mm, 사면 각도 45°의 제2 오목부를 갖는 부형형을 이용하고, 그 위에 적층체를 배치하였다. 이 때 부형형의 온도는 90 ℃로 하였다. 이어서, 부형형의 제2 오목부와 동일한 형상을 갖고 90 ℃로 가온된 부분형을 이용하고, 적층체를 제2 오목부로 눌러 가압하였다. 그 후에, 동일하게 90 ℃로 가온한 제1 오목부와 동일한 형상을 갖는 대향하는 부형형을 설치하고, 부분형에 의해 가압되어 있지 않은 부분도 포함시키고 적층체 전체에 0.4 MPa의 압력을 5 분간 가하였다. 적층체를 부형형 상에 배치한 후, 대향하는 부형형을 설치하여 적층체 전체를 가압하기까지 요한 시간은 약 15 초였다. 그 후, 대향하는 부형형 및 부분 형태를 제거하고, 냉 풍을 불게하여 냉각한 적층체를 부형형으로부터 취출한 바, 적층체는 2개의 오목부를 가진 부형형의 형상에 따른 모양으로 변형되고 그 형상이 고정되어 있었다. 또한 형상이 부여된 적층체의 표면에는 주름이 발생하지 않았다. 적층체의 층간은 박리되지 않고, 입체적으로 변형된 형상도 안정적이며, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 표면에 주름이 발생하지 않고 부형형 그대로의 형상이 발현하고, 그 형상으로부터 변형되지 않는 것이 우수하여, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 매우 바람직한 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 사용하는 성형형의 형상이 다른 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시키고, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 성형형으로는, 이 프리폼과 마찬가지로 제1 오목부와 제2 오목부를 갖는 형상의 것을 이용하였다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 수지가 전체에 충분히 널리 퍼져 경화하고 있고, 수지가 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출된 부분은 존재하지 않았다. 또한, 성형품의 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림 없이 주름도 존재하지 않는 매끄러운 표면을 갖고 있어, 섬유 강화 수지 성형품으로서 우수한 것이었다.

실시예 6:

직물 기재의 표면에 고착하는 수지 재료의 양을 3 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 수지 입자를 고착시킨 강화 섬유 직물을 제조하고, 실시예 1과 동일한 변형 이력을 제공하였다. 얻어진 강화 섬유 직물의 표면을 관찰한 바, 수지 재료는 직물 기재의 표면에 점재하여 고착하고 있었다. 또한, 전단 변형을 제공한 것에 의한 수지 재료의 직물 기재로부터의 탈락은 보이지 않았다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 비섬유축 방향 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.23 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.5 N이었다.

이 강화 섬유 직물을 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 적층체는 부형형의 형상에 따른 모양으로 변형되고 그 형상이 고정되어 있었다. 또한 형상이 부여된 적층체의 표면에는 주름이 발생하지 않았다. 적층체의 층간은 박리되지 않고, 입체적으로 변형된 형상도 안정적이며, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 표면에 주름이 발생하지 않고 부형형 그대로의 형상이 발현하고, 그 형상으로부터 변형되지 않는 것이 우수하여, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 매우 바람직한 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시켜, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 수지가 전체에 충분히 널리 퍼져 경화하고 있고, 수지가 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출된 부분은 존재하지 않았다. 또한, 성형품의 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림 없이 주름도 존재하지 않는 매끄러운 표면을 갖고 있어, 섬유 강화 수지 성형품으로서 우수한 것이었다.

비교예 1:

면내 방향으로의 전단 변형을 제공하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 강화 섬유 직물(수지 재료 고착량: 5 g/㎡)을 제조하였다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 비섬유축 방향 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 1.5 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 2.2 N이었다.

이 강화 섬유 직물을 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 변형한 적층체의 표면에는 강화 섬유 직물의 올 풀림이 많이 보이고, 특히 3차원적인 변형이 커지는 부분에서 다수개의 주름이 발생하고 있고, 부형형 그대로의 형상으로 변형되지 않았다. 한편, 적층체의 층간은 박리되지 않고, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 형상이 변형되지 않는 것은 우수하지만, 표면에 주름이 다수개 발생하고 있고, 부형형에 따른 형상을 발현하지 않기 때문에, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시키고, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 수지가 거의 전체에 널리 퍼져 경화하고 있지만, 주름에 의해서 적층체가 두꺼워져 있던 부분에서는 수지가 충분히 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출되어 있었다. 또한, 그의 주변부에서는 부분적으로 수지층이 두꺼워지고, 그에 따라 표면이 매끄러운 모양이 아니게 되어 있었다. 또한, 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림이 존재하고 있었다. 즉, 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

비교예 2:

비교예 1과 동일한 강화 섬유 직물(수지 재료 고착량: 5 g/㎡)을 동일한 적층 구성으로 적층하였다.

이 적층체를 실시예 2와 동일한 부형형을 이용하고, 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 변형한 적층체의 표면에는 강화 섬유 직물의 올 풀림이 많이 보이고, 특히 3차원적인 변형이 커지는 부분에서 다수개의 주름이 발생하며, 부형형 그대로의 형상으로 변형되지 않았다. 한편, 적층체의 층간은 박리되지 않고, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 형상이 변형되지 않는 것은 우수하지만, 표면에 주름이 다수개 발생하고 있고, 부형형에 따른 형상을 발현하지 않았기 때문에, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시켜, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 수지가 거의 전체에 널리 퍼져 경화하고 있지만, 주름에 의해서 적층체가 두꺼워져 있었던 부분에서는 수지가 충분히 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출되어 있었다. 또한, 그의 주변부에서는 부분적으로 수지층이 두꺼워지고, 그에 따라 표면이 매끄러운 모양이 아니게 되어 있었다. 또한, 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림 이 존재하고 있었다. 즉, 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

비교예 3:

면내 방향으로의 전단 변형을 제공하지 않은 것 이외에는, 실시예 3과 동일하게 하여, 강화 섬유 직물(수지 재료 고착량: 10 g/㎡)을 제조하였다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 비섬유축 방향 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 2.6 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 3.5 N이었다.

이 강화 섬유 직물을 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 변형한 적층체의 표면에는, 강화 섬유 직물의 올 풀림이 많이 보이고, 특히 3차원적인 변형이 커지는 부분에서 다수개의 주름이 발생하고 있고, 부형형 그대로의 형상으로 변형되지 않았다. 한편, 적층체의 층간은 박리되지 않고, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 형상이 변형되지 않는 것은 우수하지만, 표면에 주름이 다수개 발생하고 있고, 부형형에 따른 형상을 발현하지 않기 때문에, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시켜, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 수지가 거의 전체에 널리 퍼져 경화하고 있지만, 주름에 의해서 적층체가 두꺼워져 있었던 부분에서는 수지가 충분히 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출되어 있었다. 또한, 그의 주변부에서는 부분적으로 수지층이 두꺼워지고, 그에 따라 표면이 매끄러운 모양이 아니게 되어 있었다. 또한, 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림이 존재하고 있었다. 즉, 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

비교예 4:

면내 방향으로의 전단 변형을 제공하고 있지 않은 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 강화 섬유 직물(수지 재료 고착량: 5 g/㎡)을 제조하였다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 비섬유축 방향 인장 시험을 행한 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.90 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 1.2 N이었다.

이 강화 섬유 직물을 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 변형한 적층체의 표면에는, 강화 섬유 직물의 올 풀림이 많이 보이고, 특히 3차원적인 변형이 커지는 부분에서 다수개의 주름이 발생하고 있고, 부형형 그대로의 형상으로 변형되지 않았다. 한편, 적층체의 층간은 박리되지 않고, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 형상이 변형되지 않는 것에는 우수하지만, 표면에 주름이 다수개 발생하고 있고, 부형형에 따른 형상을 발현하지 않았기 때문에, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시켜, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 수지가 거의 전체에 널리 퍼져 경화하고 있지만, 주름에 의해서 적층체가 두꺼워져 있었던 부분에서는 수지가 충분히 함침하지 않고 강화 섬유다발이 표출되어 있었다. 또한, 그의 주변부에서는 부분적으로 수지층이 두꺼워지고, 그것에 따라 표면이 매끄러운 모양이 아니게 되어 있었다. 또한, 표면에 보이는 강화 섬유 직물의 올에는 큰 풀림이 존재하고 있었다. 즉, 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

비교예: 5

실시예 1과 동일한 2방향성 직물 기재에 대하여 수지 재료를 고착시키지 않고, 또한 면내 방향으로의 전단 변형도 제공하지 않는 상태에서 실시예 1과 동일한 방법으로 비섬유축 방향 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.22 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 0.45 N이었다.

이 직물 기재를 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 또한, 이 직물 기재에는 수지 재료가 고착되어 있지 않기 때문에, 적층할 때의 면의 방향은 관계없다.

대향하는 부형 형태를 제거한 바, 적층체는 부형형의 형상에 따른 모양으로 주름없이 변형되어 있었다. 냉풍을 불게하여 냉각한 적층체를 부형형으로부터 취출한 바, 적층체의 층간이 전혀 접착되어 있지 않아, 적층체의 형상은 무너져 부형형에 따른 형상을 전혀 유지할 수 없었다.

이 방법에서는 직물 기재는 입체 형상으로 변형하여도, 층간이 접착하지 않기 때문에 그 형상을 유지할 수 없고, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

비교예: 6

2방향성 직물 기재의 표면에 고착하는 수지 재료의 양을 60 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 수지 입자를 고착시킨 강화 섬유 직물을 제조하고, 실시예 1과 동일한 변형 이력을 제공하였다. 얻어진 강화 섬유 직물의 표면을 관찰한 바, 인접하는 점상의 수지 재료끼리 결합하는 것이 많이 보여지고, 직물 기재의 표면은 넓게 수지 재료로 덮여 있었다. 또한, 전단 변형을 제공한 것에 의한 수지 재료의 직물 기재로부터의 탈락은 보이지 않았다.

이 강화 섬유 직물에 실시예 1과 동일한 비섬유축 방향 인장 시험을 행하였다. 그 결과, 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 1.3 N, 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지 부여된 하중의 최대값(3매의 평균값)은 2.1 N이었다.

이 강화 섬유 직물을 실시예 1과 동일한 방법으로 적층하고, 그 적층체를 실시예 1과 동일한 부형형을 이용하여 동일한 방법으로 변형시켰다. 그 결과, 변형한 적층체의 표면에는 강화 섬유 직물의 올 풀림이 많이 보이고, 특히 3차원적인 변형이 커지는 부분에서 다수개의 주름이 발생하고 있고, 부형형 그대로의 형상으로 변형되지 않았다. 적층체의 층간이 박리되지 않고, 단부를 붙잡아 들어올려도 변형되지 않았다. 즉, 이 방법에서 얻어진 프리폼은 형상이 변형되지 않는 것은 우수하지만, 표면에 주름이 다수개 발생하고 있고, 부형형에 따른 형상을 발현하지 않기 때문에, 섬유 강화 수지 성형품용 프리폼으로서 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

이어서, 이 프리폼에 실시예 1과 동일한 방법으로 수지를 함침, 경화시켜, 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형품은 부분적으로는 수지가 함침하여 경화하고 있지만, 수지가 널리 퍼지지 않고 강화 섬유다발이 표출되어 있는 부분이 많이 존재하고 있어, 섬유 강화 수지 성형품으로서 사용에 견딜 수 없는 것이었다.

본 발명의 강화 섬유 직물을 이용함으로써, 입체 형상을 갖는 부재에서도 효율적이고 더욱 양호하게 부형할 수 있고, 결과적으로 섬유 강화 수지 성형품의 생산성 및 품위의 향상이 가능해진다. 따라서, 자동차, 항공기, 선박, 가전 기기, OA 기기, 건축 재료 등의 분야에서 폭넓게 적용할 수 있다. 물론, 본 발명의 용도는 이것으로 한정되는 것은 아니다.

[도 1] 표면에 수지 재료가 고착된 강화 섬유 직물을 나타내는 평면 모식도이다.

[도 2] 표면에 수지 재료가 고착된 강화 섬유 직물을 나타내는 단면 모식도이다.

[도 3] 비섬유축 방향 인장 시험의 시험편 형상을 나타내는 평면 모식도이다.

[도 4] 비섬유축 방향 인장 시험에 의해 변형한 강화 섬유 직물을 나타내는 평면 모식도이다.

[도 5] 표면에 수지 재료가 다량으로 고착된 강화 섬유 직물을 나타내는 평면 모식도이다.

[도 6] 표면에 수지 재료가 고착된 강화 섬유 직물을 나타내는 평면 모식도이다.

[도 7] 표면에 수지 재료가 고착된 강화 섬유 직물을 나타내는 단면 모식도이다.

[도 8] 일부의 강화 섬유다발에만 수지 재료가 고착하고 있는 강화 섬유 직물을 나타내는 평면 모식도이다.

[도 9] 일부의 강화 섬유다발에만 수지 재료가 고착하고 있는 강화 섬유 직물을 나타내는 단면 모식도이다.

[도 10] 전단 변형이 부여된 강화 섬유 직물을 나타내는 평면 모식도이다.

[도 11] 적층체를 부형형에 따른 형상으로 변형시켜 가압, 가열하는 방법의 한 양태를 나타내는 측면 모식도이다.

[도 12] 적층체를 부형형에 따른 형상으로 변형시켜 가압, 가열하는 방법의 별도의 양태를 나타내는 측면 모식도이다.

[도 13] 적층체를 부형형에 따른 형상으로 변형시켜 가압, 가열하는 방법의 별도의 양태를 나타내는 측면 모식도이다.

[도 14] 적층체를 부형형에 따른 형상으로 변형시켜 가압, 가열하는 방법의 별도의 양태를 나타내는 측면 모식도이다.

[도 15] 적층체를 부형형에 따른 형상으로 변형시켜 가압, 가열하는 방법의 별도의 양태를 나타내는 측면 모식도이다.

[도 16] 직물 기재를 폭 방향으로 요동시키는 기구의 한 양태를 나타내는 개략 사시도이다.

[도 17] 직물 기재를 폭 방향으로 요동시키는 기구의 별도의 양태를 나타내는 개략 사시도이다.

[도 18] 직물 기재를 폭 방향으로 요동시키는 기구의 별도의 양태를 나타내는 개략 사시도이다.

[도 19] 직물 기재를 폭 방향으로 요동시키는 기구의 별도의 양태를 나타내는 개략 정면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

11: 직물 기재의 2개의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료

12: 직물 기재의 3개의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료

13: 직물 기재의 1개의 강화 섬유다발에만 고착한 수지 재료

14: 직물 기재를 구성하는 강화 섬유다발(날실)

15: 직물 기재를 구성하는 강화 섬유다발(씨실)

31: 직물 기재의 시험편

41: 시험편 부착부

42: 직물 기재의 시험편

51: 직물 기재의 표면에 고착한 수지 재료

81: 일부의 강화 섬유다발에만 고착하고 있는 수지 재료

111, 131, 141: 부형형(하형)

112, 132, 142: 부형형(상형)

113, 122, 133, 143, 152: 적층체

121, 151: 부형형

123, 153: 시트

124, 154: 시일재

125, 159: 챔버 박스

126, 157: 진공 펌프

127, 158: 가압 장치

134, 155: 부분형

135: 가열 수단

144: 돌출 가능한 가동 부분

145: 가열 수단

156: 히터

161: 단부 파지 요동 기구

162, 163: 직물 기재의 권취 기구

164: 직물 기재

171: 닙 요동 기구

181: 요동 롤

182: 반송 롤

θ: 전단 변형 각도

Claims

복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료를 고착시킨 후에, 상기 직물 기재를 구성하는 복수개의 강화 섬유다발의 상대 위치에 변동을 제공함으로써, 2개 이상의 강화 섬유다발에 걸쳐 고착하고 있는 수지 재료를 상기 2개 이상의 강화 섬유다발의 일부에서 박리하는 강화 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 직물 기재에 5 내지 45°의 전단 변형을 제공함으로써, 상기 직물 기재를 구성하는 복수개의 강화 섬유다발의 상대 위치에 변동을 제공하는 강화 섬유 직물의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 강화 섬유 직물의 제조 방법을 사용하여 제조된, 복수개의 강화 섬유다발을 포함하는 직물 기재의 적어도 한쪽 표면에 수지 재료가 고착된 강화 섬유 직물이며, 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 1 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.01 내지 0.75 N의 범위 내에 있는 강화 섬유 직물.
제3항에 있어서, 비섬유축 방향 인장 시험에 의한 인장 왜곡이 5 ％에 도달하기까지의 하중의 최대값이 0.1 내지 1.0 N의 범위 내에 있는 강화 섬유 직물.
제3항에 있어서, 수지 재료의 고착량이 1 내지 50 g/㎡인 강화 섬유 직물.
제3항에 있어서, 강화 섬유다발이 탄소 섬유다발인 강화 섬유 직물.
제3항에 기재된 강화 섬유 직물을 적어도 1층 포함하고 있는 프리폼.
제7항에 기재된 프리폼에 매트릭스 수지가 함침되어 있는 섬유 강화 수지 성형품.
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