KR101919373B1 - Porous fiber reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
제1 섬유상 입자; 제2 섬유상 입자; 및 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착시키는 결착재를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 제1 섬유상 입자는 무기 섬유 또는 유기 섬유이고, 상기 제2 섬유상 입자는 제1 열가소성 수지를 포함하고, 상기 결착재는 제2 열가소성 수지를 포함하고, 상기 제1 열가소성 수지의 융점이 상기 제2 열가소성 수지의 융점보다 높은 다공성 섬유강화 복합재가 제공된다.A first fibrous particle; Second fibrous particles; And a binder for binding the first fibrous particles and the second fibrous particles, wherein the first fibrous particles and the second fibrous particles are bound by the binder to form an irregular network structure including pores , The first fibrous particles are inorganic fibers or organic fibers, the second fibrous particles comprise a first thermoplastic resin, the binder includes a second thermoplastic resin, and the melting point of the first thermoplastic resin is greater than the melting point of the second thermoplastic resin A porous fiber-reinforced composite material having a melting point higher than the melting point of the thermoplastic resin is provided.
Description
다공성 섬유강화 복합재에 관한 것이다.
And a porous fiber-reinforced composite material.
종래의 열가소성 복합소재는 높은 강성을 나타내는 유리섬유나 카본섬유 등의 강화 섬유와 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지로 구성되어 있다. 이러한 열가소성 복합소재는 일반 열가소성 수지 제품에 비해 높은 기계적 물성을 나타내기 때문에, 자동차 및 건축용 소재로 널리 사용되고 있다. 종래의 열가소성 복합소재 제조방식은 주로 강화 섬유를 열가소성 수지에 혼합한 후, 압출 내지 몰드 프레스 공정을 통해 성형하는 방식인데, 최근 강도와 생산성 향상을 위해, 건식 니들펀칭 공정이나 습식 초지 공정을 적용하여 우선적으로 강화 섬유가 포함된 매트 형태의 소재를 제조하고, 그 후 수지를 매트에 함침시키는 방식을 통해 복합 소재를 제조하고 있다. Conventional thermoplastic composite materials are composed of reinforcing fibers such as glass fibers and carbon fibers which exhibit high rigidity and thermoplastic resins constituting the matrix. These thermoplastic composite materials are widely used for automobiles and architectural materials because they exhibit higher mechanical properties than general thermoplastic resins. Conventional thermoplastic composite material manufacturing methods include mixing a reinforcing fiber with a thermoplastic resin, and then molding the resultant through extrusion or mold pressing. In recent years, a dry needle punching process or a wet paper making process has been applied to improve strength and productivity First, a composite material is manufactured by preparing a mat-type material containing reinforcing fibers, and then impregnating the resin with the mat.
강화 섬유와 열가소성 수지의 복합 소재는 열가소성 수지에 비해 강화 섬유가 보강재의 역할을 하기 때문에 우수한 기계적 강도를 나타낸다. 강화섬유 복합 소재의 강도를 높이기 위한 방법으로 우선 강화섬유 자체의 강성을 높이거나, 강화 섬유의 비율을 증가시키는 방법 그리고 강화 섬유와 열가소성 수지 간의 결합력을 향상시키는 기술이 적용되고 있다. 하지만, 습식이나 건식 공정을 통해 강화 섬유 매트를 제조하는 공정을 도입하였을 때, 강화섬유 개질을 통한 강도 향상은 한계가 있기 때문에, 기존의 분말이나 단섬유 타입이 아닌 제조 공정에 최적화된 열가소성 수지의 개질이 필요하다. 또한, 일반적인 열가소성 수지의 경우 화학적으로 소수성을 띄거나 비중이 물보다 가볍기 때문에, 매트 형성 과정 중 분산성이 현저하게 떨어지므로, 섬유상의 열가소성 수지를 습식 초지 공정에 적용하기 어렵다. 또한 열가소성 수지는 성형 후 전부 용융되어 매트릭스를 형성하면서 강화섬유를 묶어주는 역할을 하기 때문에, 강도 향상에 크게 영향을 미치지 못한다.
The composite material of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin exhibits excellent mechanical strength because the reinforcing fiber serves as a reinforcing material as compared with the thermoplastic resin. As a method for increasing the strength of the reinforcing fiber composite material, a technique of increasing the stiffness of the reinforcing fiber itself, increasing the ratio of the reinforcing fiber, and improving the bonding strength between the reinforcing fiber and the thermoplastic resin are applied. However, when a process for producing a reinforcing fiber mat is introduced through a wet or dry process, there is a limit to the strength improvement through the modification of the reinforcing fiber. Therefore, a thermoplastic resin optimized for a manufacturing process other than a conventional powder or short fiber type Modification is necessary. In addition, in the case of a general thermoplastic resin, it is difficult to apply a fibrous thermoplastic resin to a wet paper making process because the thermoplastic resin is chemically hydrophobic or has a specific gravity smaller than water. In addition, since the thermoplastic resin melts completely after molding to bind the reinforcing fibers while forming the matrix, the thermoplastic resin does not greatly affect the strength improvement.
본 발명의 일 구현예는 기계적 강도 및 경량화를 구현할 수 있는 다공성 섬유강화 복합재를 제공한다.
One embodiment of the present invention provides a porous fiber-reinforced composite material capable of achieving mechanical strength and weight reduction.
본 발명의 일 구현예에서, In one embodiment of the invention,
제1 섬유상 입자; 제2 섬유상 입자; 및 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착시키는 결착재를 포함하고,A first fibrous particle; Second fibrous particles; And a binder material for binding the first fibrous particles and the second fibrous particles,
상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고,The first fibrous particles and the second fibrous particles are bound by the binder to form an irregular network structure including pores,
상기 제1 섬유상 입자는 무기 섬유 또는 유기 섬유이고, The first fibrous particles are inorganic fibers or organic fibers,
상기 제2 섬유상 입자는 제1 열가소성 수지를 포함하고,Wherein the second fibrous particles comprise a first thermoplastic resin,
상기 결착재는 제2 열가소성 수지를 포함하고, Wherein the binder comprises a second thermoplastic resin,
상기 제1 열가소성 수지의 융점이 상기 제2 열가소성 수지의 융점보다 높은 The melting point of the first thermoplastic resin is higher than the melting point of the second thermoplastic resin
다공성 섬유강화 복합재를 제공한다.A porous fiber-reinforced composite material is provided.
상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 각각의 입자 표면에 상기 결착재에 의해 일부 또는 전체가 코팅되어 코팅부를 형성하고, 상기 각각의 표면에 형성된 코팅부가 서로 융착되어 결착될 수 있다.The first fibrous particles and the second fibrous particles may be partially or wholly coated with the binder on the surface of each particle to form a coating portion, and the coating portions formed on the respective surfaces may be fused to each other.
상기 다공성 섬유강화 복합재가 시트 형상이고, 상기 시트 내 두께 편차가 2 mm 이하일 수 있다.The porous fiber-reinforced composite material may be in the form of a sheet, and the thickness variation in the sheet may be 2 mm or less.
상기 제1 열가소성 수지의 비중이 1보다 클 수 있다.
The specific gravity of the first thermoplastic resin may be greater than one.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 인장, 굴곡 및 충격 강도와 같은 높은 기계적 강도를 구현하면서도 밀도가 낮고, 우수한 흡차음 성능 및 성형성을 가진다.
The porous fiber-reinforced composite material has high mechanical strength such as tensile, flexural and impact strength, low density, excellent sound absorption performance, and moldability.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 섬유강화 복합재의 개략적인 모식도이다.
도 2는 상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에 의해 강화 섬유와 이성분 폴리머에 열과 압력을 가해 본 발명의 다른 구현예에 따른 다공성 섬유강화 복합재가 제조되는 것을 도시화한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따라 설명된 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1 및 실시예 2의 프리폼 판재 내부의 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 1 및 실시예 2의 프리폼 판재의 절단면에서 유리 섬유의 단면을 확대한 SEM 사진이다. 1 is a schematic diagram of a porous fiber-reinforced composite material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates the production of a porous fiber-reinforced composite material according to another embodiment of the present invention by applying heat and pressure to the reinforcing fiber and the two-component polymer by the method of manufacturing the porous fiber-reinforced composite material.
3 is a view schematically showing a method for producing a porous fiber-reinforced composite material according to another embodiment of the present invention.
4 is a SEM photograph of the interior of the preform plate of Examples 1 and 2. Fig.
Fig. 5 is an SEM photograph of an enlarged cross section of the glass fiber at the cut surfaces of the preform plate members of Examples 1 and 2. Fig.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 발명의 일 구현예에서, 제1 섬유상 입자; 제2 섬유상 입자; 및 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자를 결착시키는 결착재를 포함하고, 상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고, 상기 제1 섬유상 입자는 무기 섬유 또는 유기 섬유이고, 상기 제2 섬유상 입자는 제1 열가소성 수지를 포함하고, 상기 결착재는 제2 열가소성 수지를 포함하고, 상기 제1 열가소성 수지의 융점이 상기 제2 열가소성 수지의 융점보다 높은 다공성 섬유강화 복합재를 제공한다.In one embodiment of the present invention, the first fibrous particle; Second fibrous particles; And a binder for binding the first fibrous particles and the second fibrous particles, wherein the first fibrous particles and the second fibrous particles are bound by the binder to form an irregular network structure including pores , The first fibrous particles are inorganic fibers or organic fibers, the second fibrous particles comprise a first thermoplastic resin, the binder includes a second thermoplastic resin, and the melting point of the first thermoplastic resin is greater than the melting point of the second thermoplastic resin A porous fiber-reinforced composite material having a melting point higher than the melting point of the thermoplastic resin.
상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재 성분에 의해 일부 또는 전체가 코팅된 상태로 존재한다. 즉, 상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 각각의 입자 표면에 상기 결착재로 형성되는 코팅부를 형성한다. The first fibrous particles and the second fibrous particles are partially or wholly coated by the binder component. That is, the first fibrous particles and the second fibrous particles form a coating portion formed of the binder on the surface of each particle.
상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자 각각의 코팅부가 융착되어 상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자가 불규칙하게 결착될 수 있다. 이와 같이 결착된 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자는 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성할 수 있게 된다.The first fibrous particles and the second fibrous particles are fused to each other so that the first fibrous particles and the second fibrous particles are irregularly bonded. The first fibrous particles and the second fibrous particles thus bound can form an irregular network structure including pores.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 제1 섬유상 입자 (1), 제2 섬유상 입자 (2) 및 결착재 (3)를 포함하는 다공성 섬유강화 복합재 (10)의 개략적인 모식도이다.
1 is a schematic diagram of a porous fiber-reinforced
상기 다공성 섬유강화 복합재는 인장, 굴곡 및 충격 강도와 같은 높은 기계적 강도를 구현하면서도 밀도가 낮아서 경량화를 구현할 수 있는 재료이기 때문에, 이러한 특성을 요구하는 자동차 및 건축용 재료의 용도에 유용하게 적용될 수 있다. 아울러, 상기 다공성 섬유강화 복합재는 이러한 자동차 및 건축용 재료로 요구되는 우수한 흡차음 성능 조건을 만족시킬 수 있으며, 우수한 성형성을 갖는다.
The porous fiber-reinforced composite material is a material that can realize high mechanical strength such as tensile, bending, and impact strength, and yet has low density and light weight. Therefore, the porous fiber-reinforced composite material can be effectively applied to automotive and building materials requiring such properties. In addition, the porous fiber-reinforced composite material can satisfy excellent absorption performance requirements required for automobile and building materials, and has excellent moldability.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 후술되는 상기 다공성 섬유강화 복합재를 제조하는 방법에 따라 제조될 수 있고, 이와 같이 제조된 상기 다공성 섬유강화 복합재는 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자가 잘 분산되어 제조된다. The porous fiber-reinforced composite material may be manufactured according to a method of manufacturing the porous fiber-reinforced composite material described below. The porous fiber-reinforced composite material thus prepared is produced by well dispersing the first fibrous particle and the second fibrous particle.
이와 같이, 상기 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자가 수지 중에 잘 분산되면 섬유와 수지간의 결합력이 높아지게 되어 다공성 섬유강화 복합재의 강도가 향상된다. As such, if the first fibrous particles and the second fibrous particles are well dispersed in the resin, the bonding force between the fibers and the resin is increased, and the strength of the porous fiber-reinforced composite material is improved.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 이와 같이 알아낸 분산성과 강도의 사이의 상관 관계에 근거하여, 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자 (편의상, '섬유상 입자들'이라고도 함)의 분산을 향상시킴으로써 강도 향상의 효과를 얻어낸다.
The porous fiber-reinforced composite material can improve the dispersion of the first fibrous particles and the second fibrous particles (for convenience, also referred to as " fibrous particles ") based on the correlation between the thus- Effect.
상기 섬유상 입자들의 분산성이 좋으면 시트로 형성된 다공성 섬유강화 복합재의 시트 내 두께 편차가 낮아진다. 상기 섬유상 입자들의 분산성이 좋을수록 섬유상 입자들이 뭉치는 부분이 적게 되고, 반대로 상기 섬유상 입자들의 분산성이 떨어지는 경우 섬유상 입자들이 뭉쳐있게 된다. 섬유상 입자들이 뭉쳐있게 되면 그 부분에 해당되는 시트의 두께가 높아진다. 따라서, 섬유상 입자들의 분산성이 우수한 다공성 섬유강화 복합재의 시트는 일정한 두께를 가지게 된다. 즉, 섬유상 입자들의 분산성이 우수한 다공성 섬유강화 복합재의 시트 내 두께 편차가 낮아지게 된다.If the dispersibility of the fibrous particles is good, the thickness variation in the sheet of the porous fiber-reinforced composite material formed of the sheet becomes low. As the dispersibility of the fibrous particles is better, the amount of the fibrous particles aggregated becomes smaller. On the contrary, when the dispersibility of the fibrous particles is lowered, the fibrous particles become aggregated. When the fibrous particles are gathered, the thickness of the sheet corresponding to the portion becomes high. Therefore, the sheet of the porous fiber-reinforced composite material having excellent dispersibility of the fibrous particles has a certain thickness. That is, the thickness variation in the sheet of the porous fiber-reinforced composite material having excellent dispersibility of the fibrous particles becomes low.
일 구현예에서, 상기 다공성 섬유강화 복합재는 시트 형상으로서, 시트 내 두께 편차가 약 2 mm 이하일 수 있다.In one embodiment, the porous fiber-reinforced composite material is sheet-like, and the thickness variation in the sheet can be about 2 mm or less.
다른 구현예에서, 상기 다공성 섬유강화 복합재는 시트 형상으로서, 시트 내 두께 편차가 약 0.3 mm 이하일 수 있다.In another embodiment, the porous fiber-reinforced composite material is sheet-like, and the thickness variation within the sheet can be about 0.3 mm or less.
상기 '시트 내 두께 편차'는 하나의 시트가 가지는 최대 두께와 최소 두께의 차이를 의미한다.
The 'thickness variation within a sheet' means a difference between a maximum thickness and a minimum thickness of one sheet.
상기 다공성 섬유강화 복합재에 포함된 섬유상 입자들의 분산성이 향상되었음을 확인하는 방법으로서 다른 예를 들면, 상기 다공성 섬유강화 복합재의 단면을 색차계로 평가하는 방법이 있다. 상기 섬유상 입자들의 분산성이 좋을수록 뭉치는 부분이 적기 때문에 좀 더 골고루 흰색을 띄게 되고, 반대로 상기 섬유상 입자들의 분산성이 떨어지는 경우 상기 섬유상 입자들끼리 뭉쳐서 겹쳐있는 부분이 많아지면서 이러한 부분이 더 어두운 색을 나타내게 된다. 이러한 차이를 색차계를 이용하여 이를 평가할 수 있다.
As another method for confirming that the dispersibility of the fibrous particles contained in the porous fiber-reinforced composite material is improved, for example, there is a method of evaluating the cross-section of the porous fiber-reinforced composite material using a colorimeter. As the dispersibility of the fibrous particles is better, the whorls are more uniformly white because they have fewer bundles. On the other hand, when the dispersibility of the fibrous particles is inferior, the fibrous particles are piled up and overlap, Color. This difference can be evaluated using a colorimeter.
상기 다공성 섬유강화 복합재에 포함된 섬유상 입자들의 분산성이 향상되었음을 확인하는 간접적인 방법으로 강도를 비교하는 방법이 있다. 상기 섬유상 입자들의 분산성이 향상되면 상기 다공성 섬유강화 복합재의 강도 향상의 결과로 이어지므로, 상기 다공성 섬유강화 복합재에 포함되는 제1 섬유상 입자, 제2 섬유상 입자 및 결착재의 종류 및 함량 등의 다른 조건을 일정하게 하면서 섬유상 입자들의 분산성만 달라지도록, 예를 들어, 제조 방법 등을 달리하여 제조한 뒤 강도를 비교할 수 있다.
There is a method of comparing the strength by an indirect method of confirming that the dispersibility of the fibrous particles contained in the porous fiber-reinforced composite material is improved. If the dispersibility of the fibrous particles is improved, it results in the improvement of the strength of the porous fiber-reinforced composite material. Therefore, it is possible to improve the strength of the porous fiber-reinforced composite material by using other conditions such as the kind and content of the first fibrous particles, For example, a manufacturing method and the like so that the dispersibility of the fibrous particles may be changed while maintaining the uniformity of the fibrous particles.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자의 분산성이 우수함에 따라 전술한 바와 같이 더욱 우수한 기계적 강도를 구현하고, 그에 따라 경량화가 가능하게 된다.
The porous fiber-reinforced composite material is excellent in dispersibility of the first fibrous particles and the second fibrous particles, thereby realizing more excellent mechanical strength as described above, and thus being lightweight.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 또한 상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 일 방향 배향성을 갖는 시트로 제조될 수 있다. 이와 같이, 상기 다공성 섬유강화 복합재의 시트에 일 방향 배향성이 부여되도록 하면 그 배향성이 부여된 방향을 따라 시트는 높은 기계적 물성을 가지게 된다. 이러한 시트는 특정 방향으로 큰 힘을 견딜 수 있는 재료로 적용되기에 적합하다.
The porous fiber-reinforced composite material may also be made of a sheet having unidirectional orientation, the first fibrous particles and the second fibrous particles. As described above, when the sheet of the porous fiber-reinforced composite material is provided with the unidirectional orientation, the sheet has high mechanical properties along the direction in which the oriented property is imparted. Such a sheet is suitable for application as a material capable of withstanding a large force in a specific direction.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자의 2종의 강화 섬유를 포함한다. 상기 다공성 섬유강화 복합재는 제1 섬유상 입자 및 제2 섬유상 입자를 모두 함께 포함함으로써, 그 종류 및 함량비를 조절하여 소정의 특성이 우수하게 발현되도록 설계될 수 있다. The porous fiber-reinforced composite material includes two types of reinforcing fibers, that is, first fibrous particles and second fibrous particles. The porous fiber-reinforced composite material may be designed so that predetermined characteristics are excellently expressed by adjusting the type and content ratio of the first fiber-shaped particle and the second fiber-shaped particle.
예를 들어, 제1 섬유상 입자로서 유리 섬유와 같이 인장 탄성율이 높은 물질을 사용하면서, 제2 섬유상 입자로서 열가소성 수지로 제조되는 열가소성 섬유를 사용하여 추가적으로 강도를 더욱 향상시키면서, 동시에 열가소성 수지의 탄성을 부여시킬 수 있다. 제2 섬유상 입자를 구성하는 열가소성 수지는 비교적 융점이 높은 열가소성 수지를 사용하기 때문에 제1 섬유상 입자만 존재하는 경우에 대비하여 추가적인 강도 향상을 기대할 수 있다. 아울러, 열가소성 섬유는 제1 섬유상 입자에 대비하여 탄성이 우수하기 때문에 외부로부터 충격에 대하여, 충격 에너지를 효과적으로 감쇠시킬 수 있다. For example, it is possible to use thermoplastic fibers made of a thermoplastic resin as the second fiber-like particles while using a material having a high tensile elastic modulus such as glass fibers as the first fiber-like particles and further improving the strength of the thermoplastic resin . Since the thermoplastic resin constituting the second fibrous particles uses a thermoplastic resin having a comparatively high melting point, an additional strength improvement can be expected as compared with the case where only the first fibrous particles exist. In addition, since the thermoplastic fiber is superior in elasticity to the first fibrous particles, the impact energy can be effectively damped against the impact from the outside.
또한, 상기 결착재에 포함되는 상기 제1 열가소성 수지의 융점이 상대적으로 낮기 때문에, 다공성 섬유강화 복합재는 저온 성형성의 특성을 갖는다.
In addition, since the melting point of the first thermoplastic resin contained in the binder is relatively low, the porous fiber-reinforced composite material has low-temperature moldability characteristics.
일 구현예에서, 상기 다공성 섬유강화 복합재 중 제1 섬유상 입자의 함량 대 제2 섬유상 입자와 결착재의 함량의 합의 중량비가 약 20 : 80 내지 약 60 : 40, 구체적으로, 약 30 : 70 내지 약 50 : 50 일 수 있다. 제1 섬유상 입자의 함량이 높아질수록 강도가 우수한 경향성을 가지나, 일정 함량 수준 이상에서는 향상의 정도가 낮아질 수 있다. 상기 함량 범위는 제1 섬유상 입자의 함량 증가에 따른 강도 향상 효과를 효과적으로 확보하면서도, 동시에 제2 섬유상 입자로부터의 효과를 얻어내기에 적합한 함량 범위이다.In one embodiment, the weight ratio of the sum of the content of the first fibrous particles to the content of the second fibrous particles and the binder in the porous fiber-reinforced composite is from about 20:80 to about 60:40, specifically from about 30:70 to about 50:50 : May be 50. The higher the content of the first fibrous particles, the higher the tendency of the strength, but the degree of improvement may be lowered at a certain content level. The above content range is a content range suitable for effectively obtaining the effect of increasing the strength with the increase of the content of the first fibrous particles and at the same time obtaining the effect from the second fibrous particles.
제2 섬유상 입자와 결착재는 후술되는 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에 의할 때, 이성분 폴리머 섬유에 기인한다. 따라서, 후술되는 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에서, 제1 섬유상 입자와 이성분 폴리머 섬유의 함량을 상기 범위로 조절하여 상기 함량비를 갖는 다공성 섬유강화 복합재를 제조할 수 있다. The second fibrous particles and the binder are due to the bicomponent polymer fibers in the process for producing a porous fiber-reinforced composite material described later. Accordingly, in the method for producing a porous fiber-reinforced composite material described below, the content of the first fibrous particles and the two-component polymer fibers may be controlled within the above-described range to produce the porous fiber-reinforced composite material having the above-mentioned content ratio.
다른 구현예에서, 상기 다공성 섬유강화 복합재는 제2 섬유상 입자 100 중량부 대비하여 결착재의 중량은 약 50 중량부 내지 약 250 중량부 포함할 수 있다. 상기 함량비로 제2 섬유상 입자와 결착재의 함량비를 조절하여 적절하게 결착력과 탄성을 부여하면서 우수한 분산성을 유지할 수 있다.In another embodiment, the porous fiber-reinforced composite material may include about 50 parts by weight to about 250 parts by weight of the binding material in comparison to 100 parts by weight of the second fibrous particles. It is possible to adjust the content ratio of the second fibrous particles and the binder by the above-mentioned content ratio, and to maintain the excellent dispersibility while appropriately giving the binding force and elasticity.
전술한 바와 같이, 후술되는 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에서, 이성분 폴리머 섬유의 코어(core)부와 시스(sheath)부의 함량비를 조절하여, 상기 제2 섬유상 입자와 상기 결착재의 함량비를 구현할 수 있다.
As described above, in the method for producing a porous fiber-reinforced composite material described below, the ratio of the content of the core fiber and the sheath portion of the bicomponent polymer fiber is adjusted so that the content ratio of the second fibrous particles to the binder is Can be implemented.
상기 제1 섬유상 입자는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 보론 섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 섬유의 예시로, 니켈 섬유, 철 섬유, 스테인리스 스틸 섬유, 구리 섬유, 알루미늄 섬유, 은 섬유, 금 섬유 를 들 수 있다.The first fibrous particles may include at least one selected from the group consisting of glass fibers, aramid fibers, carbon fibers, carbon nanotubes, boron fibers, metal fibers, and combinations thereof. Examples of the metal fibers include nickel fibers, iron fibers, stainless steel fibers, copper fibers, aluminum fibers, silver fibers and gold fibers.
구체적으로, 상기 제1 섬유상 입자는 단면 직경이 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 일 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제1 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제1 섬유상 입자를 포함하는 상기 다공성 섬유강화 복합재는 외부 충격에 강하고, 후술되는 상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에 따라 제조시 제1 섬유상 입자를 수용액 내에 분산시, 수용액 내에서 적절한 엮임성 (Hydroentangle property)을 갖도록 하여 시트 형성을 용이하게 할 수 있다.Specifically, the first fibrous particles may have a cross-sectional diameter of from about 5 탆 to about 40 탆. The first fibrous particles having a thickness in the above-mentioned range can appropriately impart strength and ensure orientation and dispersibility. The porous fiber-reinforced composite material comprising the first fibrous particles having a thickness in the above-described range is resistant to external impact, and when the first fibrous particles are dispersed in an aqueous solution during manufacture according to the manufacturing method of the porous fiber- So as to have a proper hydroentangle property, thereby facilitating sheet formation.
상기 제1 섬유상 입자는 길이가 약 1 mm 내지 약 50 mm일 수 있다. 상기 범위의 길이를 갖는 제1 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있고, 또한, 섬유상 입자들간 결합력을 적절히 부여하여 상기 다공성 섬유강화 복합재가 우수한 강도를 가지도록 하면서 동시에 섬유가 너무 길 경우 섬유가 엉기어 뭉치면서 분산성이 저하되는 것을 방지하고, 시트를 형성하기에 적합하다.
The first fibrous particles can be about 1 mm to about 50 mm in length. The first fibrous particles having a length in the above-mentioned range can appropriately impart strength and ensure orientation and dispersibility. In addition, the porous fiber-reinforced composite material can be provided with a sufficient strength At the same time, when the fibers are too long, the fibers are prevented from being aggregated and the dispersibility is lowered, and the fibers are suitable for forming the sheet.
상기 제2 섬유상 입자를 형성할 수 있는 제1 열가소성 수지는, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트 (PC), 나일론(Nylon), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우렌탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리락틱산(PLA), 테플론(polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 섬유상 입자를 형성할 수 있는 제1 열가소성 수지는, 예를 들어, 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르일 수 있다. The first thermoplastic resin capable of forming the second fibrous particles may be selected from the group consisting of polyester, polypropylene (PP), polyethylene (PE), acrylbutadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), nylon ), Polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyurethane (PU), polymethylmethacrylate (PMMA), polylactic acid (PLA), polytetrafluoroethylene and combinations thereof And may include at least one. The first thermoplastic resin capable of forming the second fibrous particles may be, for example, polypropylene or polyester.
상기 결착재를 형성할 수 있는 상기 제2 열가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(PE), 아크릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 나일론(Nylon), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우렌탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리락틱산(PLA), 테플론(polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
The second thermoplastic resin capable of forming the binder may be at least one selected from the group consisting of polyester, polyethylene, polypropylene, polyethylene (PE), acrylbutadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), nylon, ), Polystyrene (PS), polyurethane (PU), polymethylmethacrylate (PMMA), polylactic acid (PLA), polytetrafluoroethylene and combinations thereof .
전술한 바와 같이, 상기 예시와 같이 제1 열가소성 수지 및 제2 열가소성 수지를 선택할 때, 제1 열가소성 수지의 융점이 제2 열가소성 수지의 융점보다 높은 조건을 만족하여야 한다.As described above, when the first thermoplastic resin and the second thermoplastic resin are selected as described above, the condition that the melting point of the first thermoplastic resin is higher than the melting point of the second thermoplastic resin should be satisfied.
또한, 후술되는 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에서 사용되는 이성분 폴리머 섬유의 코어부 및 시스부의 재료가 상기 조건을 만족하도록 각각 제1 열가소성 수지 및 제2 열가소성 수지를 선택할 수 있다.
In addition, the first thermoplastic resin and the second thermoplastic resin can be selected so that the core part and the sheath part of the two-component polymer fiber used in the method for producing a porous fiber-reinforced composite material described later satisfy the above conditions.
구체적으로, 상기 제1 열가소성 수지의 융점이 약 160℃ 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 열가소성 수지의 융점이 약 200℃ 내지 약 400℃일 수 있다. 제1 열가소성 수지가 상기 범위의 융점을 가지도록 함으로써, 저온 성형시 결착재가 용융된 후에도 섬유상을 유지할 수 있다. 상기 제1 열가소성 수지의 융점이 160℃ 미만인 경우 섬유상을 유지하기 위해 열 성형 온도를 너무 낮추어야 하거나, 이를 포함하는 상기 다공성 섬유강화 복합재가 추후 열적 안정성이 저하되어 치수의 변형 또는 폴리머 변질 등을 초래할 우려가 있다. 또한, 제2 열가소성 수지와의 온도차이가 지나치게 줄어들 수 있어서 성형 온도를 제어하기 어려울 수 있다.Specifically, the melting point of the first thermoplastic resin may be about 160 캜 or higher. More specifically, the melting point of the first thermoplastic resin can be about 200 캜 to about 400 캜. By allowing the first thermoplastic resin to have a melting point within the above range, the fibrous phase can be maintained even after the binder is melted during the low-temperature molding. If the melting point of the first thermoplastic resin is less than 160 ° C, the thermoforming temperature must be lowered too much to maintain the fiber state, or the porous fiber-reinforced composite material containing the same may be deteriorated in thermal stability to cause dimensional changes or polymer deterioration . Further, the temperature difference between the second thermoplastic resin and the second thermoplastic resin may be excessively reduced, so that it may be difficult to control the molding temperature.
예를 들어, 상기 제1 열가소성 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있다.
For example, the first thermoplastic resin may be polyethylene terephthalate.
구체적으로, 상기 제2 열가소성 수지의 융점이 약 200℃ 미만일 수 있다. 상기 결착재는 제1 섬유상 입자와 제2 섬유상 입자를 묶어주는 역할을 하고, 상기 결착재를 형성하는 상기 제2 열가소성 수지를 제1 열가소성 수지보다 낮은 융점을 갖도록 하여 비교적 낮은 융점을 갖는 물질을 선택하면 낮은 온도에서 용융될 수 있으므로, 저온 성형성을 확보할 수 있다. 상기 결착재는 예를 들어, 저융점 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등을 사용할 있다. 저융점 폴리에스테르가 일반 폴리에스테르에 비해 낮은, 약 100℃에서 약 140℃ 사이에서 용융되고, 폴리프로필렌이 약 160℃에서 용융되기 때문에, 적용하고자 하는 성형 온도에 따라 저융점 폴리에스테르, 구체적으로는 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 폴리프로필렌 그리고 폴리에틸렌 등을 적절히 선택할 수 있다.
Specifically, the melting point of the second thermoplastic resin may be less than about 200 캜. The binder serves to bind the first fibrous particles and the second fibrous particles. When the second thermoplastic resin forming the binder is made to have a melting point lower than that of the first thermoplastic resin and a material having a relatively low melting point is selected It can be melted at a low temperature, so that low-temperature moldability can be ensured. The binder may be, for example, a low-melting-point polyester, polypropylene or the like. Since the low melting point polyester is melted at a temperature lower than that of a general polyester, between about 100 DEG C and about 140 DEG C, and the polypropylene melts at about 160 DEG C, the low melting point polyester, specifically, Low melting point polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, and the like can be appropriately selected.
다른 구현예에서, 상기 제1 열가소성 수지의 비중이 약 1 보다 높다. 후술되는 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에 의할 때, 산 수용액에 이성분 폴리머 섬유를 분산하게 되는데, 물의 비중인 1 보다 높은 비중의 소재를 사용하여야 분산성 향상 및 망상 구조 형성이 용이하다. 그렇기 때문에, 상기 이성분 폴리머 섬유의 코어부는 폴리에스테르와 같은 비중이 1보다 높은 열가소성 수지일 수 있다.
In another embodiment, the specific gravity of the first thermoplastic resin is greater than about 1. In the method for producing a porous fiber-reinforced composite material described later, the bicomponent polymer fibers are dispersed in an aqueous acid solution. When a material having a specific gravity higher than 1, which is a specific gravity of water, is used, it is easy to improve dispersibility and to form a network structure. Therefore, the core part of the above-mentioned two-component polymer fibers may be a thermoplastic resin having a specific gravity higher than 1, such as polyester.
상기 제2 섬유상 입자는 단면 직경이 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛ 일 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제2 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있다. 상기 범위의 굵기를 갖는 제2 섬유상 입자를 포함하는 상기 다공성 섬유강화 복합재는 강도 특성이 우수하고, 후술되는 상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에 따라 제조시 제1 섬유상 입자를 수용액 내에 분산시, 수용액 내에서 적절한 엮임성 (Hydroentangle property)을 갖도록 하여 시트 형성을 용이하게 할 수 있다.The second fibrous particles may have a cross-sectional diameter of from about 5 [mu] m to about 30 [mu] m. The second fibrous particles having a thickness in the above range can appropriately impart strength and ensure orientation and dispersibility. The porous fiber-reinforced composite material including the second fibrous particles having the above-mentioned range of thickness has excellent strength characteristics. According to the manufacturing method of the porous fiber-reinforced composite material described below, when the first fibrous particles are dispersed in the aqueous solution during production, It is possible to have a proper hydroentangle property within the sheet to facilitate sheet formation.
상기 제2 섬유상 입자는 길이가 약 1 mm 내지 약 50 mm일 수 있다. 상기 범위의 길이를 갖는 제2 섬유상 입자는 적절히 강도를 부여할 수 있으면서 배향성 및 분산성을 확보할 수 있고, 또한, 섬유상 입자들간 결합력을 적절히 부여하여 상기 다공성 섬유강화 복합재가 우수한 강도를 가지도록 하면서 동시에 섬유가 너무 길 경우 섬유가 엉기어 로프 (rope) 상을 형성하여 분산성이 저하되는 것을 방지하고, 시트를 형성하기에 적합하다.
The second fibrous particles can be about 1 mm to about 50 mm in length. The second fibrous particles having a length in the above-mentioned range can appropriately impart strength and can ensure orientation and dispersibility. In addition, the porous fibrous reinforcement material can be provided with appropriate strength between the fibrous particles, At the same time, when the fibers are too long, the fibers form a rope-like gear to prevent degradation of dispersibility and are suitable for forming a sheet.
상기 다공성 섬유강화 복합재의 기공도가 약 30 내지 약 80 부피%일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 다공성 섬유강화 복합재는 망목 구조를 형성하면서 열린 기공을 형성한다. 상기 범위의 기공도를 가지도록 한 다공성 섬유강화 복합재는 강도를 유지하면서 경량화를 구현할 수 있고, 더불어 우수한 흡차음 성능을 가질 수 있다.The porosity of the porous fiber-reinforced composite material may be from about 30% to about 80% by volume. As described above, the porous fiber-reinforced composite material forms open pores while forming a mesh structure. The porous fiber-reinforced composite material having the porosity in the above range can realize lighter weight while maintaining strength, and can also have excellent absorption performance.
상기 다공성 섬유강화 복합재의 열린 기공을 통해 들어오는 음파가 제2 섬유상 입자의 섬유의 진동에 의해 감쇠되는 효과가 있어 흡차음 소재로 응용이 가능하게 된다. 상기 다공성 섬유강화 복합재의 기공도가 높을 수록, 제2 섬유상 입자의 함량이 높을수록, 그리고 소리의 파동이 통과하는 길이가 길수록 에너지 감쇠 효과가 우수하다. 소리의 파동이 통과하는 길이란, 예를 들어, 똑같은 기공도를 가질 경우라도 소재 자체의 두께가 크거나, 기공의 연결성이 좋은 경우 길어진다. 상기 다공성 섬유강화 복합재는 일정 정도의 기공성을 유지하면서도, 제2 섬유상 입자의 함량을 조절하고, 또한, 소리의 파동이 통과하는 길이를 함께 조절하여 향상된 흡차음 성능을 가지는 소재로서 제조될 수 있다. 특히, 제2 섬유상 입자는 경질의 제1 섬유상 입자에 비해 유연하기 때문에, 소리 에너지 감쇠 효과가 높아서 흡차음 성능 향상에 효과적으로 작용한다.
The sound wave coming in through the open pores of the porous fiber-reinforced composite material is attenuated by the vibration of the fibers of the second fiber-like particles, and thus it can be applied as a sound absorbing material. The higher the porosity of the porous fiber-reinforced composite material, the higher the content of the second fibrous particles, and the longer the length of the sound waves pass, the more excellent the energy damping effect is. The length through which the sound waves pass is, for example, even if they have the same porosity, they become longer when the thickness of the material itself is large or when the pore connectivity is good. The porous fiber-reinforced composite material may be manufactured as a material having an improved sound absorption performance by adjusting the content of the second fibrous particles and controlling the length of the sound waves to pass while maintaining a certain level of porosity . Particularly, since the second fibrous particles are more flexible than the hard first fibrous particles, the effect of attenuating sound energy is high, thereby effectively improving the sound absorption performance.
상기 다공성 섬유강화 복합재는 경량화 구현이 가능함은 전술한 바와 같고, 구체적으로, 그 밀도가 약 0.1 g/cm3 내지 약 1.6 g/cm3일 수 있다. The porous fiber-reinforced composite material may be lightweight as described above. Specifically, the porous fiber-reinforced composite material may have a density of about 0.1 g / cm 3 to about 1.6 g / cm 3 .
상기 다공성 섬유강화 복합재는 적용하고자 하는 용도에 맞는 형태로 제조될 수 있고, 예를 들어, 시트로 제조될 수 있다.The porous fiber-reinforced composite material may be manufactured in a form suitable for the application to be applied, for example, a sheet.
상기 다공성 섬유강화 복합재의 시트는 적용하고자 하는 용도에 적합한 중량을 갖도록 제조될 수 있고, 예를 들어, 약 50 g/m2 내지 약 1200 g/m2 의 중량을 갖는 시트로 제조될 수 있다.
The sheet of the porous fiber-reinforced composite material may be made to have a weight suitable for the application to be applied, for example, a sheet having a weight of about 50 g / m 2 to about 1200 g / m 2 .
본 발명의 다른 구현예에서, In another embodiment of the present invention,
강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 산 수용액에 분산시켜 슬러리 용액을 준비하는 단계;Dispersing the reinforcing fiber and the bicomponent polymer fiber in an aqueous acid solution to prepare a slurry solution;
상기 슬러리 용액으로부터 습식 초지 공정에 의해 웹을 형성하는 단계; 및Forming a web from the slurry solution by a wet papermaking process; And
상기 형성된 웹을 열처리 및 건조시키는 단계;Heat treating and drying the formed web;
를 포함하는 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a porous fiber-reinforced composite material.
상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에 의해 전술한 다공성 섬유강화 복합재를 제조할 수 있다.
The above-described porous fiber-reinforced composite material can be manufactured by the above-described method for producing a porous fiber-reinforced composite material.
도 2는 상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에 의해 강화 섬유 (4)와 이성분 폴리머 섬유 (5)에 열과 압력을 가해 다공성 섬유강화 복합재 (20)가 제조되는 것을 도시화한 것이다.
FIG. 2 illustrates that porous fiber-reinforced
상기 강화 섬유 (4)는 전술하여 설명한 상기 제1 섬유상 입자일 수 있다. 따라서, 상기 강화 섬유 (4)에 대한 상세한 설명은 상기 제1 섬유상 입자에 대하여 설명된 바와 같다. 상기 강화 섬유 (4)는 전술하여 설명한 바와 같이, 무기 섬유 또는 유기 섬유일 수 있다.
The reinforcing fibers 4 may be the first fibrous particles described above. Therefore, a detailed description of the reinforcing fibers 4 is as described for the first fibrous particles. The reinforcing fibers 4 may be inorganic fibers or organic fibers as described above.
상기 이성분 폴리머 섬유 (5)는 코어(core)부 (5a)와 시스(sheath)부 (5b)를 포함하고, 상기 코어부 (5a)는 제1 열가소성 수지를 포함하고, 상기 시스부는 제2 열가소성 수지 (5b)를 포함한다. Wherein the
상기 제1 열가소성 수지의 융점이 상기 제2 열가소성 수지의 융점보다 높다. The melting point of the first thermoplastic resin is higher than the melting point of the second thermoplastic resin.
상기 제1 열가소성 수지 및 상기 제2 열가소성 수지에 대한 상세한 설명은 전술하여 설명한 바와 같다.
Details of the first thermoplastic resin and the second thermoplastic resin are as described above.
상기 열처리 및 건조 단계에서 상기 시스부의 제2 열가소성 수지가 용융되어 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 섬유를 열융착으로 결착시킴으로써 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조가 형성된다.In the heat treatment and drying step, the second thermoplastic resin of the sheath is melted, and the reinforcing fiber and the bicomponent polymer fiber are bonded by thermal fusion to form an irregular network structure including pores.
상기 시스부의 제2 열가소성 수지는 상기 코어부를 코팅한 상태로 존재하다가 상기 열처리 및 건조 단계에서 용융되면서 상기 강화 섬유에 전이되어 강화 섬유를 일부 또는 전부 코팅하게 되고, 용융 상태가 고화되면서 상기 이성분 섬유의 코어부 및 상기 강화 섬유를 결착하는 결착재로 작용하게 된다.The second thermoplastic resin of the sheath is present in a state coated with the core part and is melted in the heat treatment and drying step to be transferred to the reinforcing fiber to partially or wholly coat the reinforcing fiber, And a binder for binding the core fiber and the reinforcing fiber.
이와 같이, 상기 시스부가 결착재로 작용하기 때문에 상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법은 별도의 결착재를 추가적으로 사용하지 않을 수 있다.As described above, since the sheath functions as a binder, the method of manufacturing the porous fiber-reinforced composite material may not additionally use a separate binder.
상기 이성분 폴리머 섬유의 시스부를 형성하는 열가소성 수지가 비교적 저융점을 갖도록 함으로써 저온 성형이 가능하다는 장점이 있다.
The thermoplastic resin forming the sheath portion of the above-mentioned two-component polymer fibers has a relatively low melting point, which makes it possible to perform low-temperature molding.
다공성 섬유 강화 복합재의 기공도, 강화 섬유에 전이되는 코팅의 정도 등은 상기 이성분 폴리머 섬유 중 코어부와 시스부의 함량을 변화시켜 조절할 수 있다.The porosity of the porous fiber-reinforced composite material and the degree of coating transferred to the reinforcing fiber can be controlled by varying the contents of the core and sheath portions of the two-component polymer fibers.
예를 들어, 이성분 폴리머 섬유는 상기 코어부 100 중량부 대비하여 상기 시스부의 중량은 약 50 중량부 내지 약 250 중량부일 수 있다.
For example, the bicomponent polymer fiber may have a weight of about 50 parts by weight to about 250 parts by weight based on 100 parts by weight of the core portion.
상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법은 화학적으로 소수성을 띠는 열가소성 수지로 제조된 이성분 폴리머 섬유를 산 수용액에 분산하여 제조함에도 불구하고, 이성분 폴리머 섬유를 코어부와 시스부로 구성하고, 코어부의 비중을 높임으로써, 분산성을 우수하게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 이성분 폴리머 섬유의 코어부의 비중을 1 보다 크게 하면, 수용액 중 교반 과정에서 분산도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
The porous fiber-reinforced composite material is produced by dispersing a bicomponent polymer fiber made of a chemically hydrophobic thermoplastic resin into an aqueous acid solution, but the bicomponent polymer fiber is composed of a core portion and a sheath portion, By increasing the specific gravity, the dispersibility can be improved. As described above, when the specific gravity of the core portion of the two-component polymer fibers is greater than 1, the degree of dispersion in the aqueous solution can be effectively improved.
상기 이성분 폴리머 섬유는 상기 시스부가 표면처리된 것을 사용하여, 산 수용액 내에서의 분산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 그 결과, 분산성이 더욱 우수한 다공성 섬유강화 복합재를 제조할 수 있다.The above-mentioned two-component polymer fibers can be further improved in dispersibility in an aqueous acid solution by using the one subjected to the surface treatment of the sheath portion, and as a result, a porous fiber-reinforced composite material having better dispersibility can be produced.
상기 이성분 폴리머 섬유의 시스부의 표면처리는 표면에 플루오로기, 히드록시기, 카르복실기, 알킬기 등의 작용기를 도입하거나, 코팅제로 코팅할 수 있다. 예를 들어, 이성분 섬유 폴리머 섬유 제조시, 딥핑 공정 등에 의해 시스부의 표면과 작용하여 상기 작용기를 도입할 수 있는 표면처리제와 섬유를 반응시켜 제조될 수 있다.The surface treatment of the sheath portion of the above-mentioned two-component polymer fibers can be performed by introducing a functional group such as a fluorine group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkyl group, or the like onto the surface or coating with a coating agent. For example, it can be produced by reacting a fiber with a surface treatment agent that can act on the surface of the sheath portion by dipping and the like, during the production of bicomponent fiber polymer fiber.
구체적으로, 상기 이성분 폴리머 섬유 제조시 사용할 수 있는 표면처리제 또는 코팅제에 의해 이성분 폴리머 섬유를 실란 처리함으로써 섬유간 결합력 향상시키거나, 탄화 (Carbonization)시켜 내열성 향상시키거나, 가수분해 (Hydrolysis)시켜 친수성을 향상시키거나, 산화 (Oxidation)시켜 수계분산성을 향상시킬 수 있다.Specifically, the two-component polymer fibers are treated with a surface treatment agent or a coating agent that can be used in the production of the two-component polymer fibers to improve bonding strength between the fibers, or carbonization to improve heat resistance, or hydrolysis It is possible to improve the hydrophilicity or to improve the aqueous dispersibility by oxidation.
표면처리제는, 예를 들면, 불소계 왁스 (예를 들어, PFAO 등), 탄화수소계 왁스, 실리콘계 폴리머 등을 들 수 있다. Examples of the surface treatment agent include a fluorine-based wax (for example, PFAO), a hydrocarbon-based wax, and a silicone-based polymer.
코팅제는 그 성분에 따라, 친수성/소수성, 발수성, 난연성, 불연성, 내열성, 내산성, 내알칼리성, 내구성, 내오염성 등의 특성 부여가 가능하다. 구체적으로, 코팅제로서 불소계 왁스 (예를 들어, PFAO 등), 탄화수소계 왁스 등의 발수제와 실리콘계 폴리머 친화제 (Compatibilizer) 등을 사용할 수 있다.
The coating agent can impart properties such as hydrophilicity / hydrophobicity, water repellency, flame retardancy, nonflammability, heat resistance, acid resistance, alkali resistance, durability and stain resistance according to the components thereof. Specifically, a water repellent agent such as a fluorine-based wax (for example, PFAO), a hydrocarbon-based wax, and a silicone-based polymer affinity agent may be used as a coating agent.
제조하고자 하는 다공성 섬유강화 복합재의 목적하는 물성에 따라, 강화 섬유와 이성분 폴리머 성분의 함량비를 조절할 수 있다.Depending on the desired physical properties of the porous fiber-reinforced composite material to be produced, the content ratio of the reinforcing fiber and the two-component polymer component can be adjusted.
예를 들어, 상기 강화 섬유와 상기 이성분 폴리머 성분의 중량비가 약 20 : 80 내지 약 60 : 40, 구체적으로, 약 30 : 70 내지 약 50 : 50 일 수 있다.
For example, the weight ratio of the reinforcing fibers and the bicomponent polymer component may be from about 20:80 to about 60:40, specifically from about 30:70 to about 50:50.
구체적으로, 상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에서, 상기 산 수용액 1L당 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 총합의 함량 약 0.1 g 내지 약 10 g의 함량으로 혼합할 수 있다. 상기 범위의 함량으로 상기 강화 섬유 및 상기 이성분 폴리머 섬유의 섬유 총량을 조절함으로써, 우수한 분산성을 유지하여 균일한 두께의 시트로서 제조될 수 있고, 우수한 분산성에 기인한 물성을 확보할 수 있다.
Specifically, in the method for producing a porous fiber-reinforced composite material, the total amount of the reinforcing fiber and the bicomponent polymer fiber per liter of the aqueous acid solution may be about 0.1 g to about 10 g. By controlling the total amount of the fibers of the reinforcing fiber and the bicomponent polymer fiber in the above-mentioned range, excellent dispersibility can be maintained and the sheet can be produced as a uniform thickness sheet, and the physical properties due to excellent dispersibility can be ensured.
상기 산 수용액의 pH가 약 1 내지 약 4일 수 있다. 상기 산 수용액의 pH를 상기 범위로 조절하여, 유리 섬유 구성물인 실리카 (SiO2) 나 알루미나 (Al2O3), 보론 (B2O5)이 강산에 화학적으로 분해되지 않게 하면서 유리 섬유 표면의 전하가 발생하여 분산성이 더욱 향상될 수 있다.
The pH of the aqueous acid solution may be from about 1 to about 4. The pH of the aqueous acid solution is adjusted to the above range so that the charge of the glass fiber surface is maintained while the silica glass (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) and boron (B 2 O 5 ) And the dispersibility can be further improved.
상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법은 상기 슬러리 용액을 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 슬러리 용액을 교반하는 단계를 더 수행함으로써 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
The method of manufacturing the porous fiber-reinforced composite material may further include stirring the slurry solution. By further performing the step of stirring the slurry solution, the dispersibility can be further improved.
상기 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법에서, 상기 형성된 웹을 열처리 및 건조시키는 단계는 약 100 내지 약 180℃에서 수행할 수 있다. 상기 온도 범위는 이성분 섬유의 시스부가 연화 (Softening)이나 용융되기 시작하는 온도를 기준으로 정해진다. 상기 온도가 100℃ 보다 낮을 경우 수분 건조가 어렵고, 이성분 폴리머 섬유 (시스부)의 연화도 충분히 발생하지 않아서 시트 형상으로 건조 후 수분이 남아있게 되거나, 시트가 고정된 성상을 가지기 어렵습니다. 반대로 상기 온도가 180℃ 보다 높을 경우 이성분 폴리머 섬유의 시스부가 완전히 용융되어서 균일하게 이성분 섬유에서 강화섬유로 전이되기 어렵다. 또한 용융 온도 이상에서 이성분 폴리머 섬유의 시스부 폴리머의 변질이 일어날 우려도 있다.
In the method of manufacturing the porous fiber-reinforced composite material, the step of heat-treating and drying the formed web may be performed at about 100 to about 180 ° C. The temperature range is determined based on the temperature at which the sheath of the bicomponent fiber begins to soften or melt. If the temperature is lower than 100 ° C, it is difficult to dry the moisture and the softening of the bicomponent polymer fiber (sheath portion) does not sufficiently occur, so that moisture remains after drying in a sheet form, and it is difficult for the sheet to have a fixed property. On the contrary, when the temperature is higher than 180 ° C, the sheath portion of the bicomponent polymer fiber is completely melted and is not uniformly transferred from the bicomponent fiber to the reinforcing fiber. There is also a possibility that the sheath polymer of the bicomponent polymer fiber may deteriorate at a temperature higher than the melting point.
이성분 폴리머 섬유의 코어부 단면 직경을 적절히 하고, 적절한 열처리 온도에서 열처리 및 건조함으로써 이성분 폴리머 섬유의 코어가 용융되지 않고 섬유상의 입자로 제조된 다공성 섬유강화 복합재 내에 포함되도록 제조될 수 있다.
The cores of the bicomponent polymer fibers may be prepared to be contained in the porous fiber-reinforced composite material made of fibrous particles without being melted by appropriately adjusting the core cross-sectional diameter of the two-component polymer fibers and heat-treating and drying at an appropriate heat treatment temperature.
상기 습식 초지 공정을 수행하는 중 슬러리의 수용액 내에서 섬유가 고르게 혼합된 후 콘베이어 벨트를 따라 이동하는 메쉬를 따라가면서 습식 웹 (Hydro-entangled web)을 형성하게 되는데, 섬유들이 따라 올라가는 과정에서 경사를 부여함으로써 배향성을 가지게 할 수 있다. 상기 다공성 섬유강화 복합재 중 섬유 성분에 일 방향에 대한 배향성을 부여함으로써 그 일 방향에 대항 강도를 더욱 강화할 수 있다. 따라서, 상기 다공성 섬유강화 복합재는 적용하고자하는 용도에 맞게 선택적으로 배향성이 부여되도록 제조할 수 있다. During the wet papermaking process, the fibers are evenly mixed in the aqueous solution of the slurry, followed by forming a hydro-entangled web along the mesh moving along the conveyor belt. In the process of rising fibers, It is possible to have an orientation property. By imparting orientation in one direction to the fiber component in the porous fiber-reinforced composite material, the strength in the one direction can be further strengthened. Therefore, the porous fiber-reinforced composite material can be produced so as to be selectively oriented to suit the intended application.
예를 들어, 헤드 박스에서 컨베이어 벨트로 섬유가 이송되며 시트를 형성하게 될 때, 시트가 형성되는 부분에 경사도를 부여함으로써 (inclined web formation), 평면적인 컨베이어 벨트에 비해 섬유가 MD(Machine direction) 방향으로 잘 누울 수 있도록 공정을 설계할 수 있다. 방향성은 MD(Machine direction) 방향과 CD(Cross direction) 방향으로 구분하여 부여될 수 있고, CD 방향에 비해 MD 방향으로 방향성을 부여하는 것이 더 용이하다.
For example, when fiber is conveyed to a conveyor belt in a head box and forms a sheet, inclined web formation is performed so that the fibers move in the machine direction (MD) relative to the planar conveyor belt, The process can be designed to lie well in the direction. Directionality can be imparted in the MD (machine direction) direction and the CD (cross direction) direction, and it is easier to impart directionality in the MD direction to the CD direction.
상기 슬러리 용액은 가교제, 또는 추가적인 바인더와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.The slurry solution may further comprise additives such as a cross-linking agent, or an additional binder.
상기 가교제는 강화섬유와 이성분 폴리머 섬유간 화학적 결합력 강화시키는 작용을 하고, 예를 들어, 실란계 화합물, 말레산계 화합물 등을 사용할 수 있다.The crosslinking agent acts to strengthen the chemical bonding force between the reinforcing fiber and the bicomponent polymer fiber. For example, a silane compound or a maleic acid compound may be used.
상기 가교제의 함량은 전체 섬유 (강화섬유와 이성분 폴리머 섬유의 합) 100 중량부 대비 0 내지 5 중량부일 수 있다.The amount of the cross-linking agent may be 0 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total fibers (sum of reinforcing fibers and two-component polymer fibers).
상기 추가적인 바인더는 전분, 카제인, 폴리비닐알콜(PVA), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 등의 수용성 폴리머; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드 등의 에멀젼류; 시멘트류, 황산칼슘계 Clay, 규산나트륨, 규산알루미나, 규산칼슘의 무기계 화합물 등을 사용할 수 있다.The additional binder may be a water soluble polymer such as starch, casein, polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethylcellulose (CMC); Emulsions such as polyethylene, polypropylene and polyamide; Cement, calcium sulfate-based clay, sodium silicate, alumina silicate and calcium silicate.
상기 추가적인 바인더의 함량은 전체 섬유 (강화섬유와 이성분 폴리머 섬유의 합) 100 중량부 대비 약 0 내지 약 5 중량부일 수 있다.
The additional binder may be present in an amount of about 0 to about 5 parts by weight relative to 100 parts by weight of total fibers (sum of reinforcing fibers and bicomponent polymer fibers).
일 구현예에 따라 상기 다공성 섬유강화 복합재를 하기와 같이 제조할 수 있다. 먼저, 강화 섬유 및 이성분 폴리머 섬유를 배합한 뒤, 배합된 섬유들은 첨가제가 포함된 수용액 내에서 교반 과정을 거친 후, 웹 형성이 가능한 헤드 박스 (head box)로 이송된다. 헤드 박스 내의 슬러리는 진공 흡기 시스템을 통과하면서 습식 웹을 형성하게 되고, 이는 건조기를 통과하면서 매트와 같은 형태로 제조된다. 매트의 중량은 추후 열 성형의 용이하기 위해 평방미터 당 약 50g 내지 약 1200g이 되도록 한다. 건조 온도는 이성분 폴리머 섬유의 시스부가 바인더 역할을 할 수 있도록 시스부 소재에 따라 약 100℃ 내지 약 180℃로 설정한다. 제조된 매트 형상의 복합 소재는 용도에 따라 잘라 낸 후 적층하고 이를 열압착 프레스를 통해 판상의 약 20 mm 내지 약 80 mm 두께의 프리폼 형태로 제조한다. 프리폼 성형 시 온도는 저융점 폴리에스테르 시스부로 구성된 이성분 섬유를 사용할 경우 일반적인 폴리프로필렌 시스부로 구성된 이성분 폴리머 섬유에 비해 낮은 온도에서 성형이 가능하다. 상기와 같이 제조된 프리폼을 추가적인 성형 공정을 거쳐 원하는 성형품으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폼의 상부 및 하부에 적용하고자 하는 용도에 맞는 재료의 시트를 더 적층하여 합판시킬 수 있고, 또한, 이를 가열하여 상기 프리폼을 팽창시키고, 이어서, 프레스 가공하여 최종 원하는 형상을 갖는 성형품을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 프리폼의 상부 및 하부에 외피재를 적층하고, 적층한 시트를 적외선 오븐에서 승온시켜 상기 프리폼을 팽창시킨 후, 상온의 프레스로 이송한 뒤, 압력을 가하여 차량용 언더 커버를 제조할 수 있다.
According to one embodiment, the porous fiber-reinforced composite material may be prepared as follows. First, after the reinforcing fibers and the bicomponent polymer fibers are blended, the blended fibers are stirred in an aqueous solution containing an additive, and then conveyed to a head box capable of forming a web. The slurry in the headbox passes through a vacuum intake system to form a wet web, which is produced in the form of a mat while passing through a dryer. The weight of the mat is from about 50 grams per square meter to about 1200 grams for ease of subsequent thermoforming. The drying temperature is set at about 100 캜 to about 180 캜, depending on the sheath material, so that the sheath portion of the bicomponent polymer fiber can act as a binder. The produced composite material of the mat shape is cut and stacked according to the intended use, and is formed into a plate-shaped preform of about 20 mm to about 80 mm thick through a thermo-compression press. The temperature at the time of preform formation is lower than that of a bicomponent polymer fiber composed of a general polypropylene sheath when a bicomponent fiber composed of a low melting point polyester sheath is used. The preform thus prepared can be manufactured into a desired molded product through an additional molding process. For example, sheets of material suitable for the application to be applied to the upper and lower portions of the preform may be further laminated and laminated, and the preform may be heated to expand the preform and then press- A molded article can be manufactured. Specifically, a cover material is laminated on top and bottom of the preform, the laminated sheet is heated in an infrared oven to inflate the preform, and then the laminate is transferred to a press at room temperature and pressure is applied to manufacture a vehicle undercover. have.
도 3은 상기 일 구현예에 따라 설명된 다공성 섬유강화 복합재의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
FIG. 3 is a view schematically showing a method of manufacturing a porous fiber-reinforced composite material according to the embodiment.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following embodiments are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
(( 실시예Example ))
실시예Example 1 One
이성분 폴리머 섬유는 폴리에스테르 코어부와 저융점 폴리에스테르 시스부가 50:50의 중량비를 가지면서, 수계 분산성 확보를 위해 길이 5mm, 두께 4 데니어(denier) (약 20㎛ 단면 직경)를 가지는 섬유를 준비하였다. 유리 섬유는 수계 분산에 적합하도록 코팅된 13㎛의 단면 직경의 유리 섬유를 13mm 길이로 잘라서 준비하였다. 상기 유리 섬유 40 중량부 및 상기 이성분 폴리머 섬유 60 중량부로 배합하고, 이를 염산으로 PH가 2로 조절된 수용액 내에서 1 시간 동안 교반하였다. 이 때, 유리 섬유 및 이성분 폴리머 섬유의 섬유 총 함량은 물 1L당 2g이 되도록 하였다. 이렇게 교반 과정을 거친 수용액 슬러리를 헤드 박스 내에서 진공흡입장치를 통해 웹을 형성하도록 습식 초지 공정을 수행하였다. 웹 형성 후 140℃의 오븐 드라이어를 통과시켜 수분을 완전하게 건조시켰다. 다공성 섬유강화 복합재로서 제조된 건조된 시트는 120 g/m2으로 대략 5mm 두께를 나타내었다. 시트를 1200 g/m2이 되도록 10장 적층한 후, 170℃에서 핫 프레스 (Hot press)를 공정을 통해 2.5mm 두께의 판재로 성형하였다. 이렇게 제조된 판재를 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 프레스로 이송한 다음 압력을 가했다. 이때 가해지는 압력은 몰드 내에서 매트가 나오지 않을 정도의 압력인 100 ton/m2을 적용하여 판재를 완성하였다.
The bicomponent polymer fiber had a polyester core portion and a low melting point polyester sheath portion having a weight ratio of 50:50 and a fiber having a length of 5 mm and a denier thickness of about 20 μm Were prepared. The glass fibers were prepared by cutting glass fibers having a cross-sectional diameter of 13 mu m coated to be suitable for aqueous dispersion into a length of 13 mm. 40 parts by weight of the glass fiber and 60 parts by weight of the polymer blend were mixed and stirred for 1 hour in an aqueous solution with pH adjusted to 2 with hydrochloric acid. At this time, the total fiber content of the glass fiber and the bicomponent polymer fiber was 2 g per 1 L of water. The slurry of the aqueous solution thus stirred was subjected to a wet papermaking process in a headbox to form a web through a vacuum suction device. After forming the web, the water was completely dried by passing through an oven dryer at 140 ° C. The dried sheet produced as a porous fiber-reinforced composite exhibited a thickness of approximately 5 mm at 120 g / m 2 . Ten sheets were laminated so as to have a sheet of 1200 g / m 2 , and hot pressed at 170 캜 was formed into a plate having a thickness of 2.5 mm. The sheet thus prepared was expanded in a IR oven at 200 DEG C for 2 minutes through preheating, transferred to a press at room temperature, and then pressurized. At this time, the applied pressure was 100 ton / m 2 , which is a pressure enough to prevent the mat from coming out of the mold.
실시예Example 2 2
실시예 1에서 사용한 유리 섬유 대신, 폴리에스테르 수지와 결합력이 향상될 수 있도록 표면에 특수하게 실란 코팅 처리한 유리 섬유를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 섬유강화 복합재를 제조한 뒤, 이어서, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 판재를 성형한 뒤 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 프레스로 이송한 다음 압력을 가하여 판재를 완성하였다.
A porous fiber-reinforced composite material was produced in the same manner as in Example 1, except that glass fiber having a special silane coating treatment on its surface was used instead of the glass fiber used in Example 1 to improve the bonding strength with the polyester resin Subsequently, the plate was formed in the same manner as in Example 1, and then expanded by preheating at 200 ° C for 2 minutes in an IR oven, transferred to a press at room temperature, and then pressurized to complete the plate.
실시예Example 3 3
상기 유리 섬유 10 중량부 및 상기 이성분 폴리머 섬유 90 중량부로 배합한 점을 제외하고 실시예 2에서와 동일한 방법으로 다공성 섬유강화 복합재를 제조한 뒤, 이어서, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 판재를 성형한 뒤 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 프레스로 이송한 다음 압력을 가하여 판재를 완성하였다.
A porous fiber-reinforced composite material was prepared in the same manner as in Example 2, except that 10 parts by weight of the glass fiber and 90 parts by weight of the two-component polymer fibers were blended. Subsequently, After molding, it was expanded in a IR oven at 200 ° C for 2 minutes through preheating, transferred to a press at room temperature, and then subjected to pressure to complete the plate.
실시예Example 4 4
상기 유리 섬유 90 중량부 및 상기 이성분 폴리머 섬유 10 중량부로 배합한 점을 제외하고 실시예 2에서와 동일한 방법으로 다공성 섬유강화 복합재를 제조한 뒤, 이어서, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 판재를 성형한 뒤 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 프레스로 이송한 다음 압력을 가하여 판재를 완성하였다.
A porous fiber-reinforced composite material was prepared in the same manner as in Example 2, except that 90 parts by weight of the glass fiber and 10 parts by weight of the two-component polymer fibers were blended. Subsequently, After molding, it was expanded in a IR oven at 200 ° C for 2 minutes through preheating, transferred to a press at room temperature, and then subjected to pressure to complete the plate.
비교예Comparative Example 1 One
유리 섬유는 수계 분산에 적합하도록 코팅된 13㎛의 유리 섬유를 13mm길이로 잘라서 준비하였다. 상기 유리 섬유 40 중량부 및 폴리프로필렌 섬유 60 중량부로 배합하고, 이를 염산으로 PH가 2로 조절된 수용액 내에서 1시간 동안 교반하였다. 이 때, 유리 섬유와 폴리프로필렌 섬유의 섬유 총량은 물 1L당 2g이 되도록 하였다. 이렇게 교반 과정을 거친 수용액 슬러리를 헤드 박스 내에서 진공흡입장치를 통해 웹을 형성하도록 습식 초지 공정을 수행하였다. 웹 형성 후 140℃의 오븐 드라이어를 통과시켜 수분을 완전하게 건조시켰다. 다공성 섬유강화 복합재로서 제조된 건조된 시트는 120 g/m2으로 대략 5mm 두께를 나타내었다. 시트를 1200 g/m2이 되도록 10장 적층한 후, 170℃에서 핫 프레스 (Hot press)를 공정을 통해 2.5mm 두께의 판재로 성형하였다. 이렇게 제조된 판재를 IR오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 프레스로 이송한 다음 압력을 가했다. 이때 가해지는 압력은 몰드 내에서 매트가 나오지 않을 정도의 압력인 100 ton/m2을 적용하여 판재를 완성하였다.
The glass fiber was prepared by cutting 13 mu m of glass fiber coated with 13 mu m in length so as to be suitable for aqueous dispersion. 40 parts by weight of the glass fiber and 60 parts by weight of polypropylene fiber were mixed and stirred for 1 hour in an aqueous solution with pH adjusted to 2 with hydrochloric acid. At this time, the total amount of fibers of the glass fiber and the polypropylene fiber was 2 g per 1 L of water. The slurry of the aqueous solution thus stirred was subjected to a wet papermaking process in a headbox to form a web through a vacuum suction device. After forming the web, the water was completely dried by passing through an oven dryer at 140 ° C. The dried sheet produced as a porous fiber-reinforced composite exhibited a thickness of approximately 5 mm at 120 g / m 2 . Ten sheets were laminated so as to have a sheet of 1200 g / m 2 , and hot pressed at 170 캜 was formed into a plate having a thickness of 2.5 mm. The sheet thus prepared was expanded in a IR oven at 200 DEG C for 2 minutes through preheating, transferred to a press at room temperature, and then pressurized. At this time, the applied pressure was 100 ton / m 2 , which is a pressure enough to prevent the mat from coming out of the mold.
비교예Comparative Example 2 2
비교예 1에서 사용한 유리 섬유 대신, 폴리에스테르 수지와 결합력이 향상될 수 있도록 표면에 특수하게 실란 코팅 처리한 유리 섬유를 사용한 점을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 다공성 섬유강화 복합재를 제조한 뒤, 이어서, 비교예 1에서와 동일한 방법으로 판재를 성형한 뒤 IR 오븐 내에서 200℃에서 2분 동안 예열을 통해 팽창시키고, 상온의 프레스로 이송한 다음 압력을 가하여 판재를 완성하였다.
A porous fiber-reinforced composite material was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that glass fiber having a special silane coating treatment on its surface was used instead of the glass fiber used in Comparative Example 1 so that the bonding strength with the polyester resin could be improved Then, the plate material was formed in the same manner as in Comparative Example 1, and then expanded in a IR oven at 200 ° C for 2 minutes through preheating, transferred to a press at room temperature, and then subjected to pressure to complete the plate material.
평가 evaluation
실험예Experimental Example 1 One
실시예 1-4 및 비교예 1-2에서 제조된 판재에 대하여, 기계적인 물성을 비교하였다. 인장 강도와 굴곡 강도는 실시예 1-4 및 비교예 1-2에서 제조된 판재를 각각 24 시간 동안 상온에서 방치한 후 측정하였다. 인장 강도 및 인장 탄성율은 2 mm 두께의 샘플을 ASTM D638 기준으로 측정하였고, 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율은 2.5mm 두께의 샘플을 ASTM D790 기준으로 측정하였다. The mechanical properties of the plate materials prepared in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2 were compared. The tensile strength and flexural strength were measured after leaving the plate materials produced in Examples 1-4 and Comparative Example 1-2 at room temperature for 24 hours, respectively. Tensile strength and tensile modulus were measured on a 2 mm thick sample according to ASTM D638, and flexural strength and flexural modulus were measured on a 2.5 mm thick sample according to ASTM D790.
결과를 표 1에 기재하였다.
The results are shown in Table 1.
실시예 2의 유리 섬유의 함량에 비해 실시예 4의 유리 섬유의 함량이 높지만, 오히려 실시예 2의 인장 강도가 가장 높음을 확인하였다. 인장 탄성율은 유리 섬유 자체가 가지는 높은 인장 탄성율 값으로 인해 함량이 높아질수록 높은 값을 보여야 하지만, 오히려 실시예 2가 실시예 4 보다 높다. 이로부터, 유리 섬유의 함량이 증가할수록 강도 향상에 기여하지만, 일정 함량 이상에서는 더 이상의 강도 향상을 가져오지 않기 때문에 최대 기계적 물성을 가져오는 최적의 함량이 실시예 2의 유리 섬유 함량 수준일 수 있음을 알 수 있다.
It was confirmed that the content of the glass fiber of Example 4 was higher than that of the glass fiber of Example 2, but the tensile strength of Example 2 was the highest. The tensile modulus of elasticity should be higher as the content of the glass fiber increases due to the high tensile modulus of elasticity of the glass fiber itself. From this, it can be seen that the optimum content which gives the maximum mechanical properties can be the glass fiber content level of Example 2, since it contributes to the strength improvement as the content of the glass fiber increases but does not lead to further strength improvement above a certain amount .
실험예Experimental Example 2 2
실시예 1-2 및 비교예 1-2에서 제조된 판재에 대하여 충격 에너지 흡수능에 대하여 평가하였다. 실시예 1-2 및 비교예 1-2에서 제조된 판재를 24 시간 동안 상온에서 방치한 후 낙구 충격 테스트를 실시하였다. 낙구 충격 테스트는 2 mm 두께의 샘플을 상온에서 ASTM D3763 기준으로 측정하였다. The impact energy absorbing capacities of the plates prepared in Examples 1-2 and 1-2 were evaluated. The plate manufactured in Example 1-2 and Comparative Example 1-2 was allowed to stand at room temperature for 24 hours and subjected to a drop impact test. The drop impact test was carried out by measuring a 2 mm thick sample at room temperature according to ASTM D3763.
결과를 표 2에 기재하였다.
The results are shown in Table 2.
Total NTT (J/mm)Shock energy
Total NTT (J / mm)
상기 표 2의 결과로부터, 다른 조건을 같이 하면서 이성분 섬유의 사용 유무를 달리하는 실시예 1과 비교예 1의 결과을 대비할 수 있고, 마찬가지로, 실시예 2와 비교예 2의 결과를 대비할 수 있다. 실시예 1은 비교예 1 보다 우수한 충격 에너지 흡수능을 나타내었고, 실시예 2는 비교예 2 보다 우수한 충격 에너지 흡수능을 나타내었다.From the results shown in the above Table 2, it is possible to compare the results of Example 1 and Comparative Example 1 in which the presence or absence of the bicomponent fibers are used in different conditions, and the results of Example 2 and Comparative Example 2 can be prepared in the same manner. Example 1 exhibited an impact energy absorbing ability superior to that of Comparative Example 1, and Example 2 exhibited an impact energy absorbing ability superior to Comparative Example 2.
또한, 상기 표 2의 결과로부터, 실시예 2는 실시예 1에 비해 높은 충격 강도 값을 나타내는데, 실시예 2의 경우, 실란 코팅으로 인해 섬유/수지 간의 결합력이 향상되어 소재에서 충격을 흡수할 때 충격량을 효과적으로 비산시킬 수 있습니다. 이는 표 1에서 인장 탄성율이 실시예 2가 높은데, 이렇게 인장 탄성율이 높은 재료는 일반적으로 인성 (Toughness)이 높아서 충격에 견디는 성질이 우수하다.
From the results shown in Table 2, Example 2 exhibits a higher impact strength value than Example 1, and in Example 2, the bonding force between the fibers and the resin is improved due to the silane coating, Impact can be effectively scattered. This shows that the tensile modulus of Example 2 is high in Table 1, and the material with high tensile modulus generally has high toughness and is excellent in impact resistance.
도 4는 비교예 1 (왼쪽 사진) 및 실시예 1 (오른쪽 사진)의 판재 내부의 SEM 사진이다. 실시예 1에서, 유리 섬유와 함께 이성분 폴리머 섬유의 코어부가 섬유상 입자를 유지하고 있음에 반해 비교예 1에서는 프로필렌 섬유상은 섬유의 형태를 유지하지 못하고 있음을 확인할 수 있다. 실시예 1은 이성분 폴리머 섬유의 코어부가 섬유상을 유지하므로, 열성형 후에도 소재 내 섬유상 입자의 함량이 비교예 1에 비해 높아졌음을 확인하였다.4 is an SEM photograph of the inside of the plate of Comparative Example 1 (left photograph) and Example 1 (right photograph). In Example 1, it was confirmed that the core portion of the bicomponent polymer fiber together with the glass fiber retained the fibrous particles, whereas in Comparative Example 1, the propylene fiber phase did not retain the fiber shape. Example 1 showed that the content of fibrous particles in the material was higher than that of Comparative Example 1 even after thermoforming because the core portion of the two-component polymer fibers kept the fibrous phase.
도 5는 실시예 1 (왼쪽 사진) 및 실시예 2 (오른 쪽 사진)의 판재의 파단면 (인장 실험 후)에서 유리 섬유의 단면을 확대한 SEM 사진이다. 5 is an SEM photograph of an enlarged cross-section of the glass fiber at the breaking end (after tensile test) of the sheet material of Example 1 (left photograph) and Example 2 (right photograph).
실시예 2의 경우, 결합력 향상을 위해 폴리머와의 화학적 친화력이 향상되도록 실란 계열의 화합물로 표면처리된 유리섬유가 사용되었는데, 도 4에서와 같이 성형 후 유리 섬유와 폴리머의 화학적 결합력이 향상되었음을 확인하였다. 실시예 2는 실시예 1에 비해 파단 후 강화 섬유 (유리 섬유) 표면에 수지 (이성분 폴리머 섬유의 시스부의 수지 물질)가 지저분하게 붙어있는 것을 확인할 수 있는데, 이는 강화 섬유 (유리 섬유)와 수지가 화학적으로 결합을 하고 있기 때문이다. 이와 같이, 강화 섬유와 수지가 화학적으로 결합을 하고 있는 경우 파단 시 강화 섬유가 수지에서 이탈(뽑힘)하면서 결함(defect)이 생기는 현상을 최소화 할 수 있다. 그 결과, 실시예 1의 경우에 비해 인장강도 향상이 가능하다.
In the case of Example 2, glass fibers surface-treated with a silane-based compound were used to improve the chemical affinity with the polymer for improving the bonding strength. As shown in FIG. 4, it was confirmed that the chemical bonding strength between the glass fiber and the polymer was improved Respectively. In Example 2, it can be confirmed that the resin (resin material of the sheath portion of the bicomponent polymer fiber) adheres to the surface of the reinforcing fiber (glass fiber) after fracture more than in Example 1, Is chemically bonded. As described above, when the reinforcing fiber and the resin are chemically bonded, it is possible to minimize a defect that the reinforcing fiber is pulled out from the resin at the time of breaking. As a result, the tensile strength can be improved as compared with the case of Example 1.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.
1: 제1 섬유상 입자
2: 제2 섬유상 입자
3: 결착재
4: 강화 섬유
5: 이성분 폴리머 섬유
5a: 코어부
5b: 시스부
10, 20: 다공성 섬유강화 복합재1: First fibrous particle
2: Second fibrous particle
3: Adhesive
4: reinforced fiber
5: Binary polymer fiber
5a: Core portion
5b: Sheath
10, 20: Porous fiber-reinforced composite material
Claims (11)
상기 제1 섬유상 입자와 상기 제2 섬유상 입자는 상기 결착재에 의해 결착되어 기공을 포함하는 불규칙한 망목 구조를 형성하고,
상기 제1 섬유상 입자는 유리 섬유이고,
상기 제2 섬유상 입자는 제1 열가소성 수지를 포함하고,
상기 결착재는 제2 열가소성 수지를 포함하고,
상기 제1 열가소성 수지의 융점이 상기 제2 열가소성 수지의 융점보다 높고,
상기 제1 섬유상 입자의 함량 대 상기 제2 섬유상 입자와 상기 결착재의 함량의 합의 중량비가 20 : 80 내지 60 : 40 이고,
상기 제2 섬유상 입자 100 중량부 대비하여 상기 결착재의 중량은 50 중량부 내지 250 중량부이고,
상기 제1 열가소성 수지의 비중이 1보다 크고,
상기 제1 열가소성 수지는 폴리에스테르 수지이고,
상기 다공성 섬유강화 복합재는 기공도가 30 내지 80 부피%이고, 밀도가 0.1 g/cm3 내지 1.6 g/cm3 인 시트 형상이고, 상기 시트 내 두께 편차가 2 mm 이하인
다공성 섬유강화 복합재.
A first fibrous particle; Second fibrous particles; And a binder for binding the first fibrous particles and the second fibrous particles,
The first fibrous particles and the second fibrous particles are bound by the binder to form an irregular network structure including pores,
The first fibrous particles are glass fibers,
Wherein the second fibrous particles comprise a first thermoplastic resin,
Wherein the binder comprises a second thermoplastic resin,
The melting point of the first thermoplastic resin is higher than the melting point of the second thermoplastic resin,
Wherein the weight ratio of the sum of the content of the first fibrous particles to the content of the second fibrous particles and the binder is 20:80 to 60:40,
The weight of the binder is 50 to 250 parts by weight relative to 100 parts by weight of the second fibrous particles,
Wherein a specific gravity of the first thermoplastic resin is greater than 1,
Wherein the first thermoplastic resin is a polyester resin,
Wherein the porous fiber-reinforced composite material has a porosity of 30 to 80% by volume and a density of 0.1 g / cm < 3 > to 1.6 g / cm < 3 &
Porous fiber reinforced composites.
상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 각각의 입자 표면에 상기 결착재에 의해 일부 또는 전체가 코팅되어 코팅부를 형성하고, 상기 각각의 표면에 형성된 코팅부가 서로 융착되어 결착된
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the first fibrous particles and the second fibrous particles are partially or wholly coated on the surface of each particle by the binder to form a coating portion, and the coating portions formed on the respective surfaces are fusion-
Porous fiber reinforced composites.
상기 제1 섬유상 입자 및 상기 제2 섬유상 입자는 일 방향 배향성을 갖는
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the first fibrous particles and the second fibrous particles have a unidirectional orientation
Porous fiber reinforced composites.
상기 제1 섬유상 입자는 단면 직경이 5 ㎛ 내지 40 ㎛인
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
The first fibrous particles have a cross-sectional diameter of 5 to 40 mu m
Porous fiber reinforced composites.
상기 제1 섬유상 입자는 길이가 1 mm 내지 50 mm인
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
The first fibrous particles have a length of 1 mm to 50 mm
Porous fiber reinforced composites.
상기 제2 열가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(PE), 아크릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 나일론(Nylon), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우렌탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리락틱산(PLA), 테플론(polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the second thermoplastic resin is selected from the group consisting of polyester, polyethylene, polypropylene, polyethylene (PE), acrylbutadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), nylon, polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PU), polymethyl methacrylate (PMMA), polylactic acid (PLA), polytetrafluoroethylene, and combinations thereof.
Porous fiber reinforced composites.
상기 제1 열가소성 수지의 융점이 160℃ 이상인
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the first thermoplastic resin has a melting point of 160 캜 or higher
Porous fiber reinforced composites.
상기 제2 열가소성 수지의 융점이 200℃ 미만인
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
The melting point of the second thermoplastic resin is lower than 200 占 폚
Porous fiber reinforced composites.
상기 제2 섬유상 입자는 단면 직경이 5 ㎛ 내지 30 ㎛인
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
The second fibrous particles have a cross-sectional diameter ranging from 5 [micro] m to 30 [micro] m
Porous fiber reinforced composites.
상기 제2 섬유상 입자는 길이가 1 mm 내지 50 mm인
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
The second fibrous particles have a length of 1 mm to 50 mm
Porous fiber reinforced composites.
상기 시트가 50 g/m2 내지 1200 g/m2 의 중량을 갖는
다공성 섬유강화 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the sheet has a weight of from 50 g / m 2 to 1200 g / m 2
Porous fiber reinforced composites.
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| KR1020160079403A KR101919373B1 (en) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | Porous fiber reinforced composite material |
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| KR1020160079403A KR101919373B1 (en) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | Porous fiber reinforced composite material |
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|---|---|---|---|---|
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