KR101943324B1 - Method for manufacturing thermoplastic non crimp fabric preform and prepreg thereby laminating unidirectional fiber reinforced sheet and thermoplastic fiber alternately - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일방향 강화섬유 시트들을 일축 또는 다축 방향으로 공급하고, 일방향 강화섬유 시트들 층간에 열가소성 수지섬유를 공급하고, 일방향 강화섬유 시트들의 최 외곽에 열가소성 수지섬유를 공급하여 서로 적층한 후, 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶어 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼을 만든다. 이로 인해, 열가소성 수지를 제공하는 열가소성 수지섬유가 일방향 강화섬유 시트의 최외곽은 물론 일방향 강화섬유 시트들 층간에도 위치될 수 있어, 종래처럼 강화섬유직물의 최 외곽에만 열가소성 수지 필름을 적층하여 녹여 열가소성 수지를 함침할 때보다, 함침거리가 짧아진다. 함침거리가 짧아지면, 점도가 높은 열가소성 수지도 일방향 강화섬유 시트에 골고루 함침될 수 있어, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그의 기계적 물성이 균일해지고 층간 분리가 쉽게 일어나지 않는다.The present invention relates to a method for producing a one-way reinforcing fiber sheet in which unidirectional reinforcing fiber sheets are fed in a uniaxially or multiaxial direction, thermoplastic resin fibers are fed between the unidirectionally reinforced fiber sheets and laminated to each other by supplying thermoplastic resin fibers to the outermost portions of the unidirectionally reinforcing fiber sheets, The fibers are stitched together and tied together to form a thermoplastic, unbending reinforcing fabric preform in which a one-way sheet is laminated. As a result, the thermoplastic resin fiber providing the thermoplastic resin can be placed not only in the outermost portion of the unidirectional reinforcing fiber sheet but also between the unidirectional reinforcing fiber sheets. Thus, the thermoplastic resin film is laminated and melted only on the outermost portion of the reinforcing fiber fabric, The impregnation distance becomes shorter than that when the resin is impregnated. When the impregnation distance is short, the highly viscous thermoplastic resin can be uniformly impregnated in the unidirectional reinforcing fiber sheet, so that the mechanical properties of the thermoplastic unbending reinforcing fabric prepreg in which the unidirectional sheet is mixed and laminated become uniform, and the delamination does not easily occur.
Description
본 발명은 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 및 프리프레그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform and a method of manufacturing a prepreg in which a one-way sheet is mixed and laminated.
연속섬유강화복합재는 주로 일방향 섬유 또는 직물에 수지를 예비 함침시킨 프리프레그(PREPREG)로 만들어진다.Continuous fiber-reinforced composites are usually made of prepregs that are pre-impregnated with resin in one-way fibers or fabrics.
종래에는 프리프레그에 예비 함침된 수지로 열경화성 수지가 대부분 사용되어 왔으며, 최근에는 재사용 또는 재성형이 가능한 열가소성 수지가 많이 사용되고 있다. 이러한 열가소성 수지가 함침된 프리프레그를 “열가소성 프리프레그”라 칭한다.Conventionally, thermosetting resin has been mostly used as a resin preliminarily impregnated in a prepreg, and in recent years, a thermoplastic resin capable of being reused or remolded has been widely used. The prepreg impregnated with such a thermoplastic resin is referred to as a " thermoplastic prepreg ".
이하, 종래 열가소성 프리프레그를 만드는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of making a conventional thermoplastic prepreg will be described.
도 1에 도시된 바와 같이, 강화섬유직물(FB)을 적층하고, 강화섬유직물(FB)의 최 외곽에 열가소성 수지 필름(TL)을 적층한다. 강화섬유직물(FB)과 열가소성 수지 필름(TL)을 가압 및 가열하여 열가소성 수지 필름(TL)을 녹인다. 열가소성 수지 필름(TL)에서 나온 열가소성 수지(R)가 강화섬유직물(FB)에 함침된다. 열가소성 프리프레그가 만들어진다. 도 1에 도시된 화살표는 열가소성 수지(R)가 함침되는 상태를 나타낸다.As shown in Fig. 1, a reinforcing fiber fabric FB is laminated, and a thermoplastic resin film TL is laminated on the outermost portion of the reinforcing fiber fabric FB. The reinforcing fiber fabric (FB) and the thermoplastic resin film (TL) are pressed and heated to melt the thermoplastic resin film (TL). The thermoplastic resin (R) from the thermoplastic resin film (TL) is impregnated into the reinforcing fiber fabric (FB). A thermoplastic prepreg is made. The arrows shown in Fig. 1 show a state in which the thermoplastic resin (R) is impregnated.
그러나, 열가소성 수지는 열경화성 수지에 비해 점도가 매우 높아, 강화섬유직물(FB)의 최 외곽에 열가소성 수지 필름(TL)을 적층할 경우, 강화섬유직물(FB)의 내부까지 함침되기 어렵다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 강화섬유직물(FB)에 열가소성 수지(R)가 골고루 함침되지 않는다.(흰색 부분) 이로 인해, 열가소성 프리프레그의 기계적 물성이 균일해지지 않고 층간 분리가 쉽게 일어난다.However, when the thermoplastic resin film TL is laminated on the outermost portion of the reinforcing fiber fabric FB, the thermoplastic resin is hardly impregnated into the reinforcing fiber fabric FB, because the thermoplastic resin has a very high viscosity as compared with the thermosetting resin. 2, the reinforcing fiber fabric FB is not evenly impregnated with the thermoplastic resin R (white portion). As a result, the mechanical properties of the thermoplastic prepreg are not uniform, and delamination is easily caused .
또한, 기존 열가소성 프리프레그는, 강화섬유직물(FB)로 만들어지므로, 직조에 의한 섬유 굴곡이 심해, 균일한 수지 함침이 어렵고 기계적 물성이 떨어진다.Further, since the existing thermoplastic prepreg is made of a reinforcing fiber fabric (FB), fiber curvature due to weaving is severe, uniform resin impregnation is difficult, and mechanical properties are poor.
본 발명의 목적은, 종래 열가소성 프리프레그가 가진 문제점을 해결하기 위한, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 및 프레프레그 제조방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform and a method of manufacturing a prepreg, in which a unidirectional sheet is laminated in order to solve the problems of the conventional thermoplastic prepreg.
상기 목적을 달성하기 위한 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 제조방법은,To achieve the above object, there is provided a method for producing a thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform in which a one-
일방향 강화섬유 시트들을 일축 또는 다축 방향으로 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들 층간에 열가소성 수지섬유를 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들의 최 외곽에 열가소성 수지섬유를 공급하여 서로 적층하는 제1단계; 및A first step of supplying uni-directionally-reinforced fiber sheets in a uniaxial or multiaxial direction, supplying thermoplastic resin fibers between the unidirectionally reinforced fiber sheets, and supplying thermoplastic resin fibers to the outermost ones of the unidirectionally-reinforced fiber sheets and laminating them to each other; And
상기 서로 적층된 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a second step of sewing the unidirectionally reinforced fiber sheets and the thermoplastic resin fibers stacked one on another with sewing fibers and bundling them together.
또한, 상기 목적은,Further, the above-
일방향 강화섬유 시트들을 일축 또는 다축 방향으로 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들 층간에 열가소성 수지섬유를 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들의 최 외곽에 열가소성 수지섬유를 공급하여 서로 적층하는 제1단계; A first step of supplying uni-directionally-reinforced fiber sheets in a uniaxial or multiaxial direction, supplying thermoplastic resin fibers between the unidirectionally reinforced fiber sheets, and supplying thermoplastic resin fibers to the outermost ones of the unidirectionally-reinforced fiber sheets and laminating them to each other;
상기 서로 적층된 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶는 제2단계;A second step of sewing the unidirectionally reinforced fiber sheets and the thermoplastic resin fibers stacked one on another with sewing fibers and bundling them together;
상기 바느질 섬유로 묶여진 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 가압 및 가열하여, 상기 열가소성 수지섬유를 녹여, 상기 일방향 강화섬유 시트들로 열가소성 수지를 함침시키는 제3단계; 및A third step of pressing and heating the unidirectional reinforcing fiber sheets bundled with the stitching fibers and the thermoplastic resin fibers to melt the thermoplastic resin fibers to impregnate the thermoplastic resin with the unidirectional reinforcing fiber sheets; And
상기 열가소성 수지가 함침된 일방향 강화섬유 시트들을 냉각시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그 제조방법에 의해 달성된다.And a fourth step of cooling the unidirectional reinforcing fiber sheets impregnated with the thermoplastic resin. The unidirectional sheet is achieved by the method of producing a thermoplastic, unbending reinforcing fabric prepreg of mixed lamination.
본 발명은 일방향 강화섬유 시트들을 일축 또는 다축 방향으로 공급하고, 일방향 강화섬유 시트들 층간에 열가소성 수지섬유를 공급하고, 일방향 강화섬유 시트들의 최 외곽에 열가소성 수지섬유를 공급하여 서로 적층한 후, 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶어 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼을 만든다. 이로 인해, 열가소성 수지를 제공하는 열가소성 수지섬유가 일방향 강화섬유 시트의 최외곽은 물론 일방향 강화섬유 시트들 층간에도 위치될 수 있어, 종래처럼 강화섬유직물의 최 외곽에만 열가소성 수지 필름을 적층하여 녹여 열가소성 수지를 함침할 때보다, 함침거리가 짧아진다. 함침거리가 짧아지면, 점도가 높은 열가소성 수지도 일방향 강화섬유 시트에 골고루 함침될 수 있어, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그의 기계적 물성이 균일해지고 층간 분리가 쉽게 일어나지 않는다.The present invention relates to a method for producing a one-way reinforcing fiber sheet in which unidirectional reinforcing fiber sheets are fed in a uniaxially or multiaxial direction, thermoplastic resin fibers are fed between the unidirectionally reinforced fiber sheets and laminated to each other by supplying thermoplastic resin fibers to the outermost portions of the unidirectionally reinforcing fiber sheets, The fibers are stitched together and tied together to form a thermoplastic, unbending reinforcing fabric preform in which a one-way sheet is laminated. As a result, the thermoplastic resin fiber providing the thermoplastic resin can be placed not only in the outermost portion of the unidirectional reinforcing fiber sheet but also between the unidirectional reinforcing fiber sheets. Thus, the thermoplastic resin film is laminated and melted only on the outermost portion of the reinforcing fiber fabric, The impregnation distance becomes shorter than that when the resin is impregnated. When the impregnation distance is short, the highly viscous thermoplastic resin can be uniformly impregnated in the unidirectional reinforcing fiber sheet, so that the mechanical properties of the thermoplastic unbending reinforcing fabric prepreg in which the unidirectional sheet is mixed and laminated become uniform, and the delamination does not easily occur.
본 발명은 바느질 섬유를 통해서 수직방향으로 열가소성 수지섬유가 녹아 생긴 열가소성 수지가 흐를 수 있는 통로를 형성한다. 이로 인해, 일방향 강화섬유 시트에 열가소성 수지가 원활하게 함침될 수 있어, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그의 기계적 물성이 균일해진다.The present invention forms a passage through which a thermoplastic resin formed by melting thermoplastic resin fibers in a vertical direction can flow through sewing fibers. As a result, the thermoplastic resin can be smoothly impregnated into the unidirectionally-reinforced fiber sheet, so that the mechanical properties of the thermoplastic, non-bending-reinforcing fabric prepreg in which the unidirectional sheets are laminated are uniform.
본 발명은 바느질 섬유로 묶인 다축의 일방향 강화섬유 시트를 사용하므로, 강화섬유직물을 사용하지 않아도 된다. 또한, 다축의 일방향 강화섬유 시트가 바느질 섬유로 수직방향으로 결속되므로, 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 제조시 층간 분리가 일어나지 않는다. 또한, 바느질 섬유로 묶인 다축의 일방향 강화섬유 시트는 굴곡된 부분이 없어 직진성이 좋다. 직진성이 좋으면, 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼의 기계적 물성이 좋아지고 큰 하중에도 견딜 수 있다. 또한, 복잡한 형상도 적층해서 쉽게 만들 수 있다. 또한, 섬유 굴곡이 없어, 열가소성 수지가 균일하게 함침될 수 있다.Since the present invention uses unidirectional reinforcing fiber sheets of multi-axes bundled with sewing fibers, it is not necessary to use reinforcing fiber fabrics. Further, since the multidirectional unidirectional reinforcing fiber sheet is bound in the vertical direction by the stitching fibers, no delamination occurs in the production of the thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform. Further, the unidirectional reinforcing fiber sheet of multi-axes bundled with sewing fibers has no bent portion and has good linearity. If the straightness is good, the mechanical properties of the thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform are improved and can withstand large loads. In addition, complicated shapes can be easily stacked. Further, there is no fiber bending, and the thermoplastic resin can be uniformly impregnated.
본 발명은 일방향 강화섬유 시트를 일축 또는 다축으로 배열하여, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 및 프리프레그의 기계적 물성을 자유롭게 조절할 수 있다.The present invention can freely adjust the mechanical properties of the thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform and the prepreg in which the unidirectional sheet is laminated by arranging the unidirectional reinforcing fiber sheet in one axis or multiple axes.
본 발명은 서로 다른 종류의 섬유로 만든 일방향 강화섬유 시트를 혼합 적층하여, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 및 프리프레그의 기계적 물성을 자유롭게 조절할 수 있다.The present invention can freely adjust the mechanical properties of a thermoplastic, unbending reinforcing fabric preform and a prepreg in which a one-way sheet is mixed and laminated by mixing and laminating one-way reinforcing fiber sheets made of different kinds of fibers.
도 1은 종래 열가소성 프리프레그를 만들기 위해, 강화섬유직물을 적층하고, 강화섬유직물의 최 외곽에 열가소성 수지 필름을 서로 적층한 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 서로 적층된 강화섬유직물과 열가소성 수지 필름을 가압 및 가열하여, 강화섬유직물에 열가소성 수지를 함침시킨 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 서로 적층된 일방향 강화섬유 시트들과 열가소성 수지섬유들을 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶어, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼을 만든 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 4에 도시된 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼에, 열가소성 수지가 함침되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼에, 열가소성 수지가 함침되어, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그가 만들어진 상태를 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a diagram showing a state in which a reinforcing fiber fabric is laminated to form a conventional thermoplastic prepreg and a thermoplastic resin film is laminated on the outermost fabric of the reinforcing fiber fabric.
FIG. 2 is a view showing a state in which a reinforcing fiber fabric and a thermoplastic resin film laminated to each other as shown in FIG. 1 are pressed and heated to impregnate a thermoplastic resin into a reinforcing fiber fabric.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoplastic, unbending reinforcing fabric preform in which a one-way sheet according to an embodiment of the present invention is mixedly laminated.
FIG. 4 is a view showing a state in which the unidirectional reinforcing fiber sheets and the thermoplastic resin fibers stacked one on top of the other are stitched together with sewing fibers and bundled together to form a thermoplastic, unbending reinforcing fabric preform in which a one-way sheet is laminated.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a thermoplastic, unbending reinforcing fabric prepreg in which a one-way sheet according to an embodiment of the present invention is mixedly laminated.
6 is a view showing a state before the thermoplastic resin is impregnated in the thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform in which the one-way sheet shown in Fig. 4 is mixed and laminated.
Fig. 7 is a view showing a state in which a thermoplastic, non-bending reinforcing fabric prepreg in which a one-way sheet shown in Fig. 4 is mixed and laminated is impregnated with a thermoplastic resin and a one-way sheet is mixed and laminated is made.
이하, 본 발명의 일 Hereinafter, 실시예에In the embodiment 따른 Following 일방향One direction 시트가 혼합 Sheets mixed 적층된Laminated 열가소성 Thermoplastic 비ratio 굴곡 강화 직물 프리폼 제조방법을 설명한다.A method of manufacturing a bending reinforcing fabric preform is described.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 제조방법은,As shown in FIG. 4, a method for manufacturing a thermoplastic unfolded reinforcing fabric preform in which a one-way sheet according to an embodiment of the present invention is mixedly laminated,
일방향 강화섬유 시트들을 일축 또는 다축 방향으로 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들 층간에 열가소성 수지섬유를 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들의 최 외곽에 열가소성 수지섬유를 공급하여 서로 적층하는 제1단계(S11); 및A first step of supplying uni-directionally-reinforced fiber sheets in a uniaxial or multiaxial direction, supplying thermoplastic resin fibers between the unidirectionally-reinforced fiber sheets, and supplying thermoplastic resin fibers to the outermost ones of the unidirectionally- S11); And
상기 서로 적층된 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶는 제2단계(S12)로 구성된다.And a second step (S12) of stitching the unidirectionally reinforced fiber sheets and the thermoplastic resin fibers stacked one on another with sewing fibers and bundling them together.
제1단계(S11)를 설명한다.The first step S11 will be described.
일방향 강화섬유 시트(UD)들을 일축 방향 또는 다축 방향(0°, ±30°, ±45°, ±60°, ±90°)으로 공급하고, 일방향 강화섬유 시트(UD) 층간에 열가소성 수지섬유(TF)를 공급하고, 일방향 강화섬유 시트(UD)들의 최 외곽에 열가소성 수지섬유(TF)를 공급하여 서로 적층한다.The unidirectional reinforcing fiber sheets UD were fed in uniaxial or multiaxial directions (0 °, ± 30 °, ± 45 °, ± 60 °, ± 90 °), and thermoplastic resin fibers TF) are supplied to the outermost reinforcing fiber sheet (UD), and thermoplastic resin fibers (TF) are supplied to the outermost portions of the unidirectional reinforcing fiber sheets (UD).
이렇게 일방향 강화섬유 시트(UD)와 열가소성 수지섬유(TF)가 서로 적층된 것을 일방향 시트가 혼합 적층되었다고 말한다.It is said that the unidirectional reinforced fiber sheet (UD) and the thermoplastic resin fiber (TF) are laminated to each other.
본 실시예에서는, 일방향 강화섬유 시트(UD)를 90°, 0° 적층각으로 2개 층으로 공급한다. 물론, 적층각과 층수는 다양할 수 있다.In this embodiment, the unidirectionally-reinforced fiber sheet (UD) is fed in two layers at an angle of 90 ° and 0 °. Of course, the stacking angle and number of layers may vary.
일방향 강화섬유 시트(UD)는 섬유가 일 방향으로 펼쳐져 만들어진다.Unidirectional reinforced fiber sheet (UD) is made by unfolding fibers in one direction.
일방향 강화섬유 시트(UD)를 구성하는 섬유의 종류로는, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 현무암섬유등이 있다.Examples of the fibers constituting the unidirectionally reinforced fiber sheet (UD) include glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, and basalt fiber.
일방향 강화섬유 시트(UD)를 구성하는 섬유의 두께는 100~250㎛ 이다.The thickness of the fibers constituting the unidirectionally reinforced fiber sheet (UD) is 100 to 250 mu m.
일방향 강화섬유 시트(UD)의 한 장(1층)의 “단위면적당 섬유 중량”은 80~300g/㎡ 이다. 일방향 강화섬유 시트(UD)의 폭은 250~1750mm 이다.The "fiber weight per unit area" of one sheet (one layer) of the unidirectionally-reinforced fiber sheet (UD) is 80 to 300 g / m 2. The width of the unidirectionally reinforced fiber sheet (UD) is 250 to 1750 mm.
같은 종류의 섬유로 만든 일방향 강화섬유 시트(UD)를 적층하거나, 서로 다른 종류의 섬유로 만든 일방향 강화섬유 시트(UD)를 혼합해서 적층할 수도 있다.It is also possible to laminate unidirectionally reinforced fiber sheets (UD) made of the same kind of fibers or unidirectionally reinforced fiber sheets (UD) made of different kinds of fibers to laminate.
이렇게 일방향 강화섬유 시트(UD)의 적층각과 종류를 조절하여, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼의 기계적 물성을 자유롭게 조절할 수 있다. 아래 표 1은 이러한 예를 정리한 것이다.By adjusting the lamination angle and type of the unidirectionally reinforced fiber sheet (UD), the mechanical properties of the thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform in which the unidirectional sheets are laminated can be freely adjusted. Table 1 below summarizes these examples.
열가소성 수지섬유(TF)은 열가소성 수지로 만들어진다. 열가소성 수지섬유(TF)를 녹이면 열가소성 수지가 매트릭스가 된다.Thermoplastic resin fibers (TF) are made of thermoplastic resin. When the thermoplastic resin fiber (TF) is melted, the thermoplastic resin becomes a matrix.
열가소성 수지섬유(TF)는 일방향 강화섬유 시트(UD)의 적층각과 다른 각도로 적층된다. 일방향 강화섬유 시트(UD)의 적층각과 같은 각도로 적층되면, 일방향 강화섬유 시트(UD)를 구성하는 섬유들 사이로 열가소성 수지섬유(TF)가 삽입되어, 일방향 강화섬유 시트(UD)를 구성하는 섬유 간격을 벌릴 수 있기 때문이다. 이는 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼의 정확한 복합재 설계 및 물성 예측이 어려워지고, 기계적 물성 저하로 이어진다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 열가소성 수지섬유(TF)는 일방향 강화섬유 시트(UD)의 적층각과 다른 각도(+45°, -45°, +45°)로 적층되야 한다. 물론, 일방향 강화섬유 시트(UD)와 다른 각도이면, +45°, -45°, +45° 이외의 각도도 가능할 것이다.The thermoplastic resin fiber TF is laminated at an angle different from the lamination angle of the unidirectional reinforcing fiber sheet UD. The reinforcing fiber sheet UD is laminated at the same angle as the lamination angle of the unidirectionally reinforcing fiber sheet UD, the thermoplastic resin fibers TF are inserted between the fibers constituting the unidirectionally reinforcing fiber sheet UD, This is because we can spread the gap. This leads to difficulty in designing precise composite materials and predicting properties of the thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preforms, leading to a decrease in mechanical properties. Therefore, as shown in Fig. 4, the thermoplastic resin fibers TF should be laminated at different angles (+ 45 deg., -45 deg., + 45 deg.) From the lamination angle of the unidirectional reinforcing fiber sheet UD. Of course, other angles than the unidirectional reinforced fiber sheet UD would be possible at angles other than + 45 °, -45 ° and + 45 °.
바느질 섬유(F)는 열가소성 수지섬유(TF)보나 높은 녹는점을 가지는 내열 섬유여야 한다. 열가소성 수지섬유(TF)가 녹을 때, 바느질 섬유(F)도 같이 녹아버리면, 열가소성 수지 함침시 바느질 섬유(F)가 일방향 강화섬유 시트(UD)를 구성하는 섬유들을 잡아줄 수 없고, 수직 방향의 보강이 무의미해져 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그의 기계적 물성 저하로 이어지기 때문이다.The stitching fibers (F) should be thermoplastic fibers (TF) or heat-resistant fibers having a high melting point. When the thermoplastic resin fiber (TF) melts and the stitching fibers (F) melt as well, the staple fibers (F) can not hold fibers constituting the unidirectional reinforcing fiber sheet (UD) The reinforcement becomes meaningless, which leads to deterioration of the mechanical properties of the thermoplastic, non-bending reinforcing fabric prepreg.
따라서, 열가소성 수지섬유(TF)는 녹는점이 165℃인 폴리프로필렌(PP)로 만들어지고, 바느질 섬유(F)는 녹는점이 260℃인 폴리에스터(PES)로 만들어지는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the thermoplastic resin fiber (TF) is made of polypropylene (PP) having melting point of 165 ° C and the stitching fiber (F) is made of polyester (PES) having melting point of 260 ° C.
또는, 열가소성 수지섬유(TF)는 녹는점이 210℃인 나일론(PA6)로 만들어지고, 바느질 섬유(F)는 녹는점이 260℃인 폴리에스터(PES)로 만들어지는 것이 바람직하다.Alternatively, the thermoplastic resin fiber (TF) is preferably made of nylon (PA6) having a melting point of 210 ° C, and the stitching fiber (F) is preferably made of polyester (PES) having a melting point of 260 ° C.
또는, 열가소성 수지섬유(TF)는 녹는점이 340℃인 PEEK로 만들어지고, 바느질 섬유(F)는 녹는점이 500℃인 아라미드(Aramid)로 만들어지는 것이 바람직하다.Alternatively, the thermoplastic resin fiber (TF) is preferably made of PEEK having a melting point of 340 ° C, and the staple fiber (F) is preferably made of aramid having a melting point of 500 ° C.
이 밖에도, 바느질 섬유(F)와 이 보다 녹는점이 낮은 열가소성 수지섬유(TF)의 다양한 조합이 가능할 것이다.In addition, various combinations of the staple fiber (F) and the lower melting point thermoplastic resin fiber (TF) may be possible.
열가소성 수지섬유(TF) 층의 두께는 40~100㎛으로, 일방향 강화섬유 시트 층 두께의 40% 가 바람직하다.The thickness of the thermoplastic resin fiber (TF) layer is 40 to 100 mu m, preferably 40% of the thickness of the unidirectional reinforcing fiber sheet layer.
그 이유는 다음과 같다.The reason for this is as follows.
열가소성 수지섬유(TF) 층의 두께가 일방향 강화섬유 시트 층 두께의 40% 보다 크면, 열가소성 수지섬유(TF)가 녹아 없어진 자리에 공간이 크게 남아, 열가소성 수지 함침시 바느질 섬유(F)가 일방향 강화섬유 시트(UD) 층을 구성하는 섬유들을 꽉 잡아주기 어려워, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그의 기계적 물성 저하로 이어지기 때문이다.If the thickness of the thermoplastic resin fiber (TF) layer is larger than 40% of the thickness of the unidirectional reinforcing fiber sheet layer, the thermoplastic resin fiber (TF) melts and remains in the space where the thermoplastic resin fiber (TF) The fibers constituting the fibrous sheet (UD) layer are hardly held tightly, leading to deterioration of the mechanical properties of the thermoplastic, unbending reinforcing fabric prepreg in which the unidirectional sheets are mixed and laminated.
반대로, 열가소성 수지섬유(TF) 층의 두께가 일방향 강화섬유 시트 층 두께의 40% 보다 작으면, 열가소성 수지를 공급하기 위한, 많은 가닥의 열가소성 수지섬유(TF)가 필요하게 되고, 열가소성 수지섬유의 두께가 얇아 적층과정에서 쉽게 끊어질 수 있기 때문이다.On the other hand, if the thickness of the thermoplastic resin fiber (TF) layer is smaller than 40% of the thickness of the unidirectional reinforcing fiber sheet layer, many strands of thermoplastic resin fibers (TF) are required for supplying the thermoplastic resin, This is because the thickness is thin and can be easily broken in the lamination process.
제2단계(S12)를 설명한다.The second step S12 will be described.
서로 적층된 일방향 강화섬유 시트(UD)들과 열가소성 수지섬유(TF)들을 바느질 섬유(F)로 바느질하여 한꺼번에 묶는다.Stacked unidirectional reinforcing fiber sheets (UD) and thermoplastic resin fibers (TF) are stitched together with sewing fibers (F) and bundled together.
제1단계(S11) 및 제2단계(S12)를 거쳐, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼이 만들어진다.Through the first step S11 and the second step S12, a thermoplastic, unbending reinforcing fabric preform in which a one-way sheet is laminated is produced.
일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼은, 풍력블레이드, 선박구조물, 항공구조물, 자동차구조물, 방탄헬멧 등을 만드는 데 사용될 수 있다.Thermoplastic, unbending reinforced fabric preforms in which a one-way sheet is laminated can be used to make windbreak blades, ship structures, aerospace structures, automotive structures, bulletproof helmets, and the like.
이하, 본 발명의 일 Hereinafter, 실시예에In the embodiment 따른 Following 일방향One direction 시트가 혼합 Sheets mixed 적층된Laminated 열가소성 Thermoplastic 비ratio 굴곡 강화 직물 프리프레그 제조방법을 설명한다.A method for manufacturing a bending reinforcing fabric prepreg will be described.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그 제조방법은,As shown in FIG. 5, a method for manufacturing a thermoplastic unflexible reinforcing fabric prepreg in which a one-way sheet according to an embodiment of the present invention is mixedly laminated,
일방향 강화섬유 시트들을 일축 또는 다축 방향으로 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들 층간에 열가소성 수지섬유를 공급하고, 상기 일방향 강화섬유 시트들의 최 외곽에 열가소성 수지섬유를 공급하여 서로 적층하는 제1단계(S21); A first step of supplying uni-directionally-reinforced fiber sheets in a uniaxial or multiaxial direction, supplying thermoplastic resin fibers between the unidirectionally-reinforced fiber sheets, and supplying thermoplastic resin fibers to the outermost ones of the unidirectionally- S21);
상기 서로 적층된 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶는 제2단계(S22);A second step (S22) of stitching the unidirectionally-reinforced fiber sheets and the thermoplastic resin fibers stacked one on another with sewing fibers and bundling them together;
상기 바느질 섬유로 묶여진 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 가압 및 가열하여, 상기 열가소성 수지섬유를 녹여, 상기 일방향 강화섬유 시트들로 열가소성 수지를 함침시키는 제3단계(S23); 및A third step S23 of pressing and heating the unidirectional reinforcing fiber sheets bundled with the stitching fibers and the thermoplastic resin fibers to melt the thermoplastic resin fibers and impregnating the thermoplastic resin with the unidirectional reinforcing fiber sheets; And
상기 열가소성 수지가 함침된 일방향 강화섬유 시트들을 냉각시키는 제4단계(S24)로 구성된다.And a fourth step (S24) of cooling the one-way reinforcing fiber sheets impregnated with the thermoplastic resin.
일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그는, 제1단계(S21) 및 제2단계(S22)를 거쳐 만들어진 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼에, 제4단계(S14) 및 제5단계(S15)가 더 수행됨으로써 만들어진다.The thermoplastic non-bending reinforcing fabric prepreg in which the one-way sheet is mixed and laminated is subjected to a fourth step (S14) and a second step (S22) to the thermoplastic, unbending reinforcing fabric preform in which the one- ) And a fifth step (S15) are further performed.
따라서, 제1단계(S21) 및 제2단계(S22)는 전술한 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼을 만드는 제1단계(S11) 및 제2단계(S12)와 동일하므로, 그 설명을 생략하고 제3단계(S23) 및 제4단계(S24)에 대해서만 설명한다.Therefore, the first step S21 and the second step S22 are the same as the first step S11 and the second step S12 in which the above-described one-way sheet is mixed and laminated and the thermoplastic non- Description will be omitted and only the third step S23 and the fourth step S24 will be described.
제3단계(S23)를 설명한다.The third step S23 will be described.
바느질 섬유(F)로 묶여진 일방향 강화섬유 시트(UD)들과 열가소성 수지섬유(TF)들을 가압 및 가열한다. 열가소성 수지섬유(TF)들이 녹는다. 도 6에 도시된 바와 같이 일방향 강화섬유 시트(UD)들로 열가소성 수지(R)가 함침된다.The unidirectional reinforcing fiber sheets (UD) and the thermoplastic resin fibers (TF) bundled with the stitching fibers (F) are pressed and heated. Thermoplastic resin fibers (TF) melt. The thermoplastic resin (R) is impregnated with the unidirectional reinforcing fiber sheets (UD) as shown in Fig.
열가소성 수지섬유(TF)가 일방향 강화섬유 시트(UD)의 최외곽은 물론 일방향 강화섬유 시트(UD)들 층간에도 위치되어 있어, 도 7에 도시된 바와 같이, 일방향 강화섬유 시트(UD)에 종래 도 2에 도시된 탄소직물(FB) 보다 열가소성 수지(R, 검은색 부분)가 골고루 함침될 수 있다.The thermoplastic resin fibers TF are located between the unidirectional reinforcing fiber sheet UD and the outermost layer of the unidirectional reinforcing fiber sheet UD as shown in Fig. The thermoplastic resin (R, black portion) can be evenly impregnated with the carbon fabric FB shown in Fig.
제4단계(S24)를 설명한다.The fourth step S24 will be described.
열가소성 수지(R)가 골고루 함침된 일방향 강화섬유 시트(UD)를 냉각시킨다. 열가소성 수지(R)가 경화된다.Thereby cooling the one-way reinforcing fiber sheet (UD) evenly impregnated with the thermoplastic resin (R). The thermoplastic resin (R) is cured.
제1단계(S21) 내지 제4단계(S24)를 거쳐, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그가 만들어진다.Through the first step (S21) to the fourth step (S24), a thermoplastic, unbending reinforcing fabric prepreg in which a one-way sheet is laminated is produced.
일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그는, 풍력블레이드, 선박구조물, 항공구조물, 자동차구조물, 방탄헬멧 등을 만드는 데 사용될 수 있다.Unidirectional sheets can be used to make composite laminated thermoplastic, unbending reinforced fabric prepregs, wind blades, ship structures, aerospace structures, automotive structures, bulletproof helmets, and the like.
또한, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그는 재활용이 가능하므로, 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그로 만들어진 풍력블레이드, 선박구조물, 항공구조물, 자동차구조물, 방탄헬맷등을 녹여서, 다른 구조물을 만드는 데 사용할 수 있다.In addition, thermoplastic, unbending reinforcing fabric prepregs in which one-way sheets are mixed and laminated can be recycled, and thus can be recycled, so that the unidirectional sheets can be made of a laminated thermoplastic unbending reinforcing fabric prepreg, such as wind turbine blades, ship structures, aerospace structures, Can be used to make other structures.
FB: 강화섬유직물 R: 열가소성 수지
UD: 일방향 강화섬유 시트 F: 바느질 섬유
TF: 열가소성 수지섬유FB: reinforcing fiber fabric R: thermoplastic resin
UD: One-way reinforced fiber sheet F: Sewing fiber
TF: thermoplastic resin fiber
Claims (5)
상기 서로 적층된 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 바느질 섬유로 바느질하여 한꺼번에 묶는 제2단계를 포함하며,
상기 열가소성 수지섬유는 상기 일방향 강화섬유 시트의 적층각과 다른 각도로 적층되며,
상기 열가소성 수지섬유 층의 두께는 40~100㎛로 상기 일방향 강화섬유 시트 층 두께의 40%인 것을 특징으로 하는 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 제조방법.A first step of supplying uni-directionally-reinforced fiber sheets in a uniaxial or multiaxial direction, supplying thermoplastic resin fibers between the unidirectionally reinforced fiber sheets, and supplying thermoplastic resin fibers to the outermost ones of the unidirectionally-reinforced fiber sheets and laminating them to each other; And
And a second step of stitching the unidirectionally reinforced fiber sheets and the thermoplastic resin fibers stacked one on another with sewing fibers and bundling them together,
Wherein the thermoplastic resin fibers are stacked at an angle different from the stacking angle of the unidirectional reinforcing fiber sheet,
Wherein the thickness of the thermoplastic resin fiber layer is 40 to 100 占 퐉 and the thickness of the unidirectional reinforcing fiber sheet layer is 40%.
상기 바느질 섬유는 상기 열가소성 수지섬유 보다 높은 녹는점을 가진 내열 섬유인 것을 특징으로 하는 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리폼 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the stitching fiber is a heat-resistant fiber having a melting point higher than that of the thermoplastic resin fiber, and the stitching fiber is a heat-resistant fiber having a melting point higher than that of the thermoplastic resin fiber.
상기 바느질 섬유로 묶여진 일방향 강화섬유 시트들과 상기 열가소성 수지섬유들을 가압 및 가열하여, 상기 열가소성 수지섬유를 녹여, 상기 일방향 강화섬유 시트들로 열가소성 수지를 함침시키는 제3단계; 및
상기 열가소성 수지가 함침된 일방향 강화섬유 시트들을 냉각시키는 제4단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 일방향 시트가 혼합 적층된 열가소성 비굴곡 강화 직물 프리프레그 제조방법.A method of making a thermoplastic, non-bending reinforcing fabric preform according to claim 1,
A third step of pressing and heating the unidirectional reinforcing fiber sheets bundled with the stitching fibers and the thermoplastic resin fibers to melt the thermoplastic resin fibers to impregnate the thermoplastic resin with the unidirectional reinforcing fiber sheets; And
Further comprising a fourth step of cooling the one-way reinforcing fiber sheets impregnated with the thermoplastic resin. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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