KR102394478B1 - Hybrid pultrusion composite material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속부재, 유리섬유층 및 탄소섬유층의 3중으로 구성된 하이브리드 인발 복합재료에 관한 것으로, 금속부재, 금속부재의 외표면에 형성된 유리섬유층 및 유리섬유층의 외표면에 형성된 탄소섬유층이 인발성형을 통해 일체로 제조되어, 3중의 소재를 통해 각각의 단일재료가 만족시키지 못하는 부분을 상호 보완하여 건설용도의 프레임으로 사용될 수 있다.The present invention relates to a hybrid drawn composite material composed of a triple of a metal member, a glass fiber layer, and a carbon fiber layer, wherein a metal member, a glass fiber layer formed on the outer surface of the metal member, and a carbon fiber layer formed on the outer surface of the glass fiber layer through pultrusion molding It is manufactured integrally and can be used as a frame for construction purposes by complementing the parts that each single material does not satisfy through the triple material.

Description

하이브리드 인발 복합재료{HYBRID PULTRUSION COMPOSITE MATERIAL}HYBRID PULTRUSION COMPOSITE MATERIAL

본 발명은 금속과 섬유강화 복합재료를 함께 사용하는 하이브리드 인발 복합재료에 관한 것으로, 보다 구체적으로 빔 및 프레임 등과 같은 건축자재로 사용되는 금속, 유리섬유 및 탄소섬유로 이루어진 3중 하이브리드 인발 복합재료에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid drawn composite material using both a metal and a fiber-reinforced composite material, and more particularly, to a triple hybrid drawn composite material made of metal, glass fiber and carbon fiber used as building materials such as beams and frames. it's about

종래 건축용, 산업용 등의 산업분야에서는 구조적으로 외부의 힘, 하중 등의 영향에 견디기 위해 다양한 형태의 철근 또는 프레임을 사용하고 있다. 이와 같은 건축자재로 빔 형태의 프레임이 많이 사용되고 있으며, 특히 건물 등에 지지재, 보강재 등으로 많이 사용되고 있다. Conventionally, in industrial fields such as construction and industry, various types of reinforcing bars or frames are used to structurally withstand the influence of external forces and loads. As such a building material, a beam-shaped frame is widely used, and in particular, it is widely used as a support material, a reinforcement material, etc. in buildings.

현재 건축용, 산업용 등의 산업분야에서 사용되고 있는 프레임의 경우 높은 기계적 물성이 요구되며, 경우에 따라 다양한 특수 물성이 요구되기 때문에, 여러 가지 방법들을 사용하여 금속소재를 제작하고 제작된 금속소재에 추가가공을 하는 형태의 특수재질 금속소재를 사용하고 있다.Frames currently used in industrial fields such as construction and industry require high mechanical properties, and in some cases, various special properties are required. A special type of metal material is used.

이러한 금속 프레임의 경우, 프레임 자체의 중량이 많이 나가고, 여러 특수 요구 물성을 만족시키기 위한 프레임을 제조하기 위해서는 추가적인 공정과 비용이 많이 요구되지만, 추가 공정을 통해서도 특수 요구 물성을 개선하는데 한계가 있다.In the case of such a metal frame, the weight of the frame itself is high, and an additional process and cost are required to manufacture a frame to satisfy various special requirements, but there is a limit in improving the special properties required through the additional process.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 예컨대 건축자재 프레임의 경우 강화플라스틱을 건축자재 프레임에 적용하는 기술이 개발되고 있다. 이에 따라 탄소섬유, 유리섬유 또는 탄소섬유와 유리섬유로 이루어진 소재를 프레임에 적용하고 있으나, 일반적인 금속에 비해 제작비용이 상승하고, 섬유강화플라스틱 자체의 극도로 낮은 연신으로 인해 충격 등의 외부 힘에 버티지 못하고 깨지는 현상이 발생하게 된다. 예컨대, 대한민국 등록특허 10-0163628호는 건축자재인 철근 콘크리트 구조물에 강화섬유를 부가하여 보강하는 방법을 개시하고 있으나, 이는 철근 콘크리트면에 강화섬유를 덧대어 보강하는 형태로 단순히 강화섬유를 외부 보강재로 사용하는 것일 뿐 상술한 문제점을 해결하지 못한다. In order to solve this problem, for example, in the case of a building material frame, a technology for applying a reinforced plastic to a building material frame is being developed. Accordingly, carbon fiber, glass fiber, or materials made of carbon fiber and glass fiber are applied to the frame, but the manufacturing cost is higher than that of general metal, and due to the extremely low elongation of the fiber-reinforced plastic itself, it is resistant to external forces such as impact. Unable to hold on and breakage occurs. For example, Korean Patent Registration No. 10-0163628 discloses a method of reinforcing a reinforced concrete structure, which is a building material, by adding reinforcing fibers, but this is a form of reinforcing reinforcement by adding reinforcing fibers to the reinforced concrete surface. It does not solve the above-mentioned problem.

이와 같은 문제로 인해 건축자재 프레임을 기존의 금속 소재에서 복합재료, 즉 탄소섬유강화복합재료, 유리섬유강화복합재료 또는 탄소섬유와 유리섬유 강화복합재료 등의 소재로 전환하기가 어려운 실정이다.Due to such a problem, it is difficult to convert the building material frame from an existing metal material to a composite material, i.e., a carbon fiber reinforced composite material, a glass fiber reinforced composite material, or a material such as carbon fiber and glass fiber reinforced composite material.

대한민국 등록특허 10-0163628호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0163628

본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하고 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 금속자재를 그대로 사용하면서, 금속자재의 표면이 유리섬유와 탄소섬유로 형성된 복합소재 또는 복합소재 프레임을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to meet the above needs and to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to use the existing metal material as it is, and a composite material in which the surface of the metal material is formed of glass fibers and carbon fibers or It is to provide a composite material frame.

본 발명의 다른 목적은 기존 방식인 금속프레임, 탄소섬유프레임, 유리섬유프레임, 탄소섬유와 유리섬유강화프레임이 아닌 금속과 유리섬유 그리고 탄소섬유의 3중 구조로 이루어진 하이브리드 프레임을 제공함으로써 우수한 기계적 강도 및 기존대비 경량화가 가능하며, 보다 안정적이고 우수한 복합재료를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hybrid frame composed of a triple structure of metal, glass fiber, and carbon fiber rather than the conventional metal frame, carbon fiber frame, glass fiber frame, carbon fiber and glass fiber reinforced frame, thereby providing excellent mechanical strength and to provide a more stable and superior composite material that can be lighter than the existing ones.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시 예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of preferred embodiments.

상기 목적은, 인발성형을 통해 일체로 제조되는 복합재료로서, 금속부재, 금속부재의 외표면에 형성된 유리섬유층 및 유리섬유층의 외표면에 형성된 탄소섬유층을 포함하는, 하이브리드 인발 복합재료에 의해 달성된다.The above object is achieved by a hybrid drawn composite material, comprising a metal member, a glass fiber layer formed on the outer surface of the metal member, and a carbon fiber layer formed on the outer surface of the glass fiber layer, as a composite material integrally manufactured through pultrusion molding. .

바람직하게는, 금속부재는 사각 빔 형태일 수 있다.Preferably, the metal member may be in the form of a square beam.

바람직하게는, 금속부재는 내부에 길이방향으로 중공이 형성된 형태일 수 있다.Preferably, the metal member may be of a shape in which a hollow is formed in the longitudinal direction.

바람직하게는, 금속부재의 두께방향 단면의 형상은 n각형의 형태이고, n은 3 내지 12일 수 있다.Preferably, the shape of the cross-section in the thickness direction of the metal member is an n-gonal shape, and n may be 3 to 12.

바람직하게는, 금속부재의 두께는 30mm내지 60mm일 수 있다.Preferably, the thickness of the metal member may be 30mm to 60mm.

바람직하게는, 유리섬유층의 두께는 15mm 내지 30mm일 수 있다.Preferably, the thickness of the glass fiber layer may be 15mm to 30mm.

바람직하게는, 탄소섬유층의 두께는 45mm 내지 90mm일 수 있다.Preferably, the thickness of the carbon fiber layer may be 45 mm to 90 mm.

바람직하게는, 금속부재, 유리섬유층 및 탄소섬유층의 두께비는 1.9~2.2 : 0.8~1.3 : 2.8~3.2일 수 있다.Preferably, the thickness ratio of the metal member, the glass fiber layer and the carbon fiber layer may be 1.9 to 2.2: 0.8 to 1.3: 2.8 to 3.2.

바람직하게는, 유리섬유층의 섬유 및 탄소섬유층의 섬유 사이의 배열 방향이 서로 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.Preferably, the arrangement direction between the fibers of the glass fiber layer and the fibers of the carbon fiber layer may be formed to form a predetermined angle with each other.

바람직하게는, 탄소섬유층은 탄소섬유 또는 탄소섬유 직물과 매트릭스 수지를 포함할 수 있다.Preferably, the carbon fiber layer may include carbon fibers or a carbon fiber fabric and a matrix resin.

바람직하게는, 매트릭스 수지는 페닐기, 에폭시기 및 에테르기 중 적어도 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있다.Preferably, the matrix resin may include at least one functional group selected from a phenyl group, an epoxy group, and an ether group.

바람직하게는, 탄소섬유층은 탄소섬유 또는 탄소섬유직물 100 중량부에 대하여 매트릭스 수지 65 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.Preferably, the carbon fiber layer may include 65 to 100 parts by weight of the matrix resin based on 100 parts by weight of the carbon fiber or carbon fiber fabric.

바람직하게는, 탄소섬유 또는 탄소섬유직물은 카본블랙 및 CNT 중에서 적어도 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다.Preferably, the carbon fiber or carbon fiber fabric may include at least one or more of carbon black and CNT.

바람직하게는, 탄소섬유층은 고무재질의 소재를 더 포함할 수 있다.Preferably, the carbon fiber layer may further include a rubber material.

바람직하게는, 유리섬유층은 유리섬유 및 매트릭스 수지를 포함할 수 있다.Preferably, the glass fiber layer may include glass fibers and a matrix resin.

바람직하게는, 매트릭스 수지는 페닐기, 에폭시기 및 에테르기 중 적어도 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있다.Preferably, the matrix resin may include at least one functional group selected from a phenyl group, an epoxy group, and an ether group.

바람직하게는, 유리섬유층은 유리섬유 100 중량부에 대하여 매트릭스 수지 65 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.Preferably, the glass fiber layer may include 65 to 100 parts by weight of the matrix resin based on 100 parts by weight of the glass fiber.

바람직하게는, 유리섬유는 글래스 비드(Glass Bead) 및 밀드 글래스 파이버(Milled Glass Fiber) 중 적어도 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다.Preferably, the glass fiber may include at least one of a glass bead and a milled glass fiber.

바람직하게는, 유리섬유층은 고무재질의 소재를 더 포함할 수 있다.Preferably, the glass fiber layer may further include a rubber material.

바람직하게는, 유리섬유층에 포함된 유리섬유의 밀도는 2.5~2.8g/cm3이고, 탄소섬유층에 포함된 탄소섬유의 밀도는 1.6~1.9 g/cm3일 수 있다.Preferably, the density of the glass fibers contained in the glass fiber layer is 2.5 ~ 2.8 g / cm 3 , the density of the carbon fibers contained in the carbon fiber layer may be 1.6 ~ 1.9 g / cm 3 .

또한, 상기 목적은, 상술한 하이브리드 인발 복합재료를 이용하여 형성되는 건설용도의 복합재료 프레임에 의해 달성된다. Further, the above object is achieved by a composite material frame for construction use formed using the hybrid drawn composite material described above.

본 발명에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 금속, 유리섬유 및 탄소섬유의 서로 다른 세 가지 소재를 인발성형하여 제조함으로써, 프레임 등을 제작할 때 각 소재가 갖고 있는 장점을 이용하고 단점이 보완된 복합재료를 제공할 수 있다.The hybrid drawn composite material according to the present invention is manufactured by pultrusion molding three different materials of metal, glass fiber, and carbon fiber, so that a composite material that utilizes the advantages of each material and compensates for the disadvantages when manufacturing a frame, etc. can provide

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 강화섬유만으로 구성된 것이 아니라, 기존에 사용되던 빔과 같은 프레임과 마찬가지로 금속소재가 포함되어 있기 때문에, 종래의 프레임을 충분히 대체할 수 있으며, 실제 현장에서 종래의 금속 프레임을 대체할 때의 저항감이 낮아질 수 있다. 이와 같이, 종래의 금속 프레임을 대체할 경우 문제되는 부분을 최소화하였기 때문에 성형품의 활용도를 높일 수 있다. In addition, the hybrid drawn composite material according to the present invention is not composed of only reinforcing fibers, but contains a metal material like a frame such as a beam used in the past, so it can sufficiently replace a conventional frame, and in actual field, The feeling of resistance when replacing the metal frame of As such, when replacing the conventional metal frame, it is possible to increase the utilization of the molded article because the problematic part is minimized.

아울러, 본 발명에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 3종의 복합재료를 사용하였기 때문에 소재의 중량을 감소시킬 수 있고, 건물의 뼈대로 사용될 경우 자연재해로 발생하는 지진 등에 대해 자체적으로 내진효과를 낼 수 있는 장점이 있다.In addition, since the hybrid drawn composite material according to the present invention uses three types of composite materials, the weight of the material can be reduced, and when used as a skeleton of a building, it can exert its own seismic effect against earthquakes caused by natural disasters. there are advantages to

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료의 길이방향 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 하이브리드 인발 복합재료의 두께방향 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료의 두께방향 단면도이다.1A is a longitudinal cross-sectional view of a hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention.
1B is a cross-sectional view in the thickness direction of the hybrid drawn composite material shown in FIG. 1A.
2 is a cross-sectional view in the thickness direction of a hybrid drawn composite material according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art that these examples are merely presented by way of example to explain the present invention in more detail, and that the scope of the present invention is not limited by these examples. .

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. When a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다. 또한, 구성요소들의 형상이나 크기 등은 실제보다 과장될 수 있다. 그리고 관련된 공지 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 생각되는 경우 그 공지 기술에 대한 설명은 생략한다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control. Also, although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described herein. In addition, the shape or size of the components may be exaggerated than in reality. And if it is thought that the description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the description of the known technology will be omitted.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료의 길이방향 단면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 하이브리드 인발 복합재료의 두께방향 단면도이다.1A is a longitudinal cross-sectional view of a hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a thickness direction cross-sectional view of the hybrid drawn composite material shown in FIG. 1A.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 금속부재(10), 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)을 포함한다.1A and 1B , the hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention includes a metal member 10 , a glass fiber layer 20 , and a carbon fiber layer 30 .

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 금속, 유리섬유 및 탄소섬유의 3중 하이브리드 인발 복합재료로서, 중심부에는 메인 소재로 전체 구조를 지지하고 뼈대 역할을 하는 금속부재(10)가 위치하고, 금속부재(10)의 표면에는 유리섬유층(20)이 둘러싸고 있으며, 유리섬유층(20)의 외표면을 감싸고 탄소섬유층(30)이 형성된다.The hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention is a triple hybrid drawn composite material of metal, glass fiber, and carbon fiber, in which a metal member 10 serving as a skeleton and supporting the entire structure as a main material is located in the center. , a surface of the metal member 10 is surrounded by a glass fiber layer 20, and a carbon fiber layer 30 is formed around the outer surface of the glass fiber layer 20.

도 1a 및 도 1b에 도시된 금속부재(10)는 사각 빔 형태를 가진다. 다만, 이는 하나의 일례일 뿐 금속부재(10)의 형태는 사각형의 빔 형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 다각형 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는, 금속부재(10)가 사각 빔(□-빔)과 같은 다각 형태일 경우, 금소부재(10)의 두께방향 단면의 형상은 n각형의 형태이며, 이때 n은 3 내지 12일 수 있다.The metal member 10 shown in FIGS. 1A and 1B has a rectangular beam shape. However, this is only one example and the shape of the metal member 10 is not limited to a rectangular beam shape, and may have various polygonal shapes. Preferably, when the metal member 10 has a polygonal shape such as a square beam (□-beam), the shape of the cross-section in the thickness direction of the metal member 10 is an n-gonal shape, where n may be 3 to 12. there is.

금속부재(10)의 두께는 30mm 내지 60mm인 것이 바람직하다. 금속부재(10)의 두께가 30mm 미만인 경우 두께가 얇아 기계적 강도를 만족할 수 없어 사용시 부서질 수 있으며, 60mm 초과인 경우 과도한 두께로 인해 제조 비용이 불필요하게 증가하게 된다.The thickness of the metal member 10 is preferably 30mm to 60mm. If the thickness of the metal member 10 is less than 30mm, the thickness is thin and cannot satisfy mechanical strength and may be broken during use, and if it is more than 60mm, the manufacturing cost is unnecessarily increased due to excessive thickness.

중심에 위치한 금속부재(10)는 기존의 건설용 프레임의 사용 소재와 동일하게 골격을 유지하며 특히, 금속소재가 가지고 있는 신율과, 항복강도를 이용하여 하중 및 외력을 버텨주는 역할을 한다.The metal member 10 located in the center maintains the same skeleton as the material used for the existing construction frame, and in particular, serves to withstand loads and external forces using the elongation and yield strength of the metal material.

금속부재(10)를 형성하는 금속의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 건축자재 금속 프레임 또는 빔으로 사용되는 철금속 및 비철금속이 사용될 수 있다. 다만, 비용 및 가공성을 고려하여 건축자재로 널리 사용되는 탄소강을 사용할 수 있다.The type of metal forming the metal member 10 is not particularly limited, and ferrous metals and non-ferrous metals used as a building material metal frame or beam may be used. However, carbon steel, which is widely used as a building material, may be used in consideration of cost and workability.

유리섬유층(20)은 내부의 금속부재(10)와 최외각의 탄소섬유층(30) 사이에 위치하여, 금속부재(10)의 외표면을 완전하게 둘러싼 형태로 형성된다. 이와 같이, 내부의 금속부재(10)와 최외각의 탄소섬유층(30) 사이에 위치한 유리섬유층(20)은 금속부재(10) 및 탄소섬유층(30) 사이에 발생될 수 있는 문제를 방지하고, 금속소재 및 탄소섬유의 단점을 보완해주는 역할을 한다. 특히, 금속부재(10)와 탄소섬유층(30)이 직접 접촉하는 경우 전위차에 의한 갈바닉 부식이 발생할 수 있기 때문에, 둘 사이에 유리섬유층(20)이 절연체로서 위치하여 금속부재(10)와 탄소섬유층(30) 사이의 갈바닉 부식을 방지한다. 또한, 유리섬유층(20)은 금속부재(10)와 탄소섬유층(20) 사이의 신율 차이를 완화하여, 신율 차이에 따른 파손을 방지한다.The glass fiber layer 20 is positioned between the inner metal member 10 and the outermost carbon fiber layer 30 to completely surround the outer surface of the metal member 10 . As such, the glass fiber layer 20 located between the inner metal member 10 and the outermost carbon fiber layer 30 prevents a problem that may occur between the metal member 10 and the carbon fiber layer 30, It serves to compensate for the shortcomings of metal materials and carbon fibers. In particular, when the metal member 10 and the carbon fiber layer 30 are in direct contact, galvanic corrosion may occur due to a potential difference. (30) to prevent galvanic corrosion between. In addition, the glass fiber layer 20 mitigates the difference in elongation between the metal member 10 and the carbon fiber layer 20 to prevent damage due to the difference in elongation.

유리섬유층(20)의 두께, 즉 금속부재(10)를 감싼 유리섬유층(20)의 두께는 15mm 내지 30mm 인 것이 바람직하다. 이때, 유리섬유층(20)의 두께가 15mm 미만인 경우 원하는 물성을 만족할 수 없어 사용 시 파손 및 크랙이 발생할 수 있으며, 30mm 초과인 경우 필요 이상의 두께로 인해 고가 소재인 유리 섬유층이 낭비되어 제조비용이 불필요하게 증가하게 된다.It is preferable that the thickness of the glass fiber layer 20, that is, the thickness of the glass fiber layer 20 surrounding the metal member 10 is 15 mm to 30 mm. At this time, if the thickness of the glass fiber layer 20 is less than 15 mm, the desired physical properties cannot be satisfied, and damage and cracks may occur during use. will increase significantly.

유리섬유층(20)은 유리섬유 및 유리섬유에 함침된 매트릭스 수지를 포함한다. 바람직하게는, 유리섬유층(20)은 유리섬유 100 중량부에 대하여 매트릭스 수지 65 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.The glass fiber layer 20 includes glass fibers and a matrix resin impregnated in the glass fibers. Preferably, the glass fiber layer 20 may include 65 to 100 parts by weight of the matrix resin based on 100 parts by weight of the glass fiber.

이때, 유리섬유는 글래스비드(Glass Bead) 및 밀드 글래스 파이버(Milled Glass Fiber) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In this case, the glass fiber may include at least one of a glass bead and a milled glass fiber.

유리섬유층(20)의 매트릭스 수지는 페닐기, 에폭시기 및 에테르기 중 적어도 하나 이상의 작용기를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 유리섬유층(20)의 매트릭스 수지로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지나 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 등의 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지나 폴리프로필렌 수지나 폴리부틸렌 수지 등의 폴리올레핀 수지, 폴리옥시메틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌 아크릴니트릴 공중합체 수지, 아크릴니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체 수지, 아크릴레이트 스티렌 아크릴니트릴 공중합체 수지, 폴리메틸렌 메타크릴레이트 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지 등을 사용할 수 있으며, 특히 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지가 바람직하게 이용될 수 있다. 또한 이들의 공중합체, 변성체 및 2 종류 이상이 블렌드한 수지도 사용할 수 있다.The matrix resin of the glass fiber layer 20 preferably includes at least one functional group selected from a phenyl group, an epoxy group, and an ether group. As the matrix resin of the glass fiber layer 20, a polyester resin such as polyethylene terephthalate resin or polybutylene terephthalate resin, polyolefin resin such as polyethylene resin, polypropylene resin or polybutylene resin, polyoxymethylene resin, poly Amide resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, styrene-acrylonitrile copolymer resin, acrylnitrile-butadiene-styrene copolymer resin, acrylate styrene-acrylonitrile copolymer resin, polymethylene methacrylate resin, polyvinyl chloride resin, polyphenylene sulfide Resins, polyphenylene ether resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyetherimide resins, polysulfone resins, polyethersulfone resins, polyetherketone resins, polyetheretherketone resins, etc. can be used, especially polypropylene Resins, polyolefin resins, polyamide resins, and polycarbonate resins can be preferably used. Moreover, these copolymers, modified products, and resins in which two or more types are blended can also be used.

또한, 유리섬유층(20)의 매트릭스 수지는 내충격성 향상을 위하여 고무재질의 소재를 더 포함할 수 있다.In addition, the matrix resin of the glass fiber layer 20 may further include a rubber material to improve impact resistance.

또한, 유리섬유층(20)에 포함된 유리섬유의 밀도는 2.5 내지 2.8g/cm3인 것이 바람직하다. 유리섬유의 밀도가 2.5g/cm3 미만인 경우 보통 유리섬유의 연신률이 늘어나 외력 발생 시 충격을 흡수하여 의한 균열 및 파손을 줄일 수 있으나 강도와 같은 기계적 물성이 낮아지게 된다. 또한, 유리섬유의 밀도가 2.8g/cm3 초과인 경우 유리섬유의 탄성률이 높아지고 연신률이 떨어지게 되어 외력 발생 시 충격 등의 외부 힘에 버티지 못하고 깨지는 현상이 발생하게 된다.In addition, the density of the glass fibers included in the glass fiber layer 20 is preferably 2.5 to 2.8 g/cm 3 . When the density of the glass fiber is less than 2.5 g/cm 3 , the elongation of the glass fiber is usually increased, which absorbs the shock when an external force is generated, thereby reducing cracking and damage, but mechanical properties such as strength are lowered. In addition, when the density of the glass fiber exceeds 2.8 g/cm 3 , the elastic modulus of the glass fiber is increased and the elongation is lowered, so that when an external force is generated, it cannot withstand external forces such as an impact and is broken.

그리고 이와 같은 유리섬유층(20)에 사용되는 유리섬유는 E-glass, H-glass 등과 같은 다양한 형태의 유리섬유가 사용될 수 있다.In addition, various types of glass fibers such as E-glass and H-glass may be used as the glass fibers used in the glass fiber layer 20 .

탄소섬유층(30)은 유리섬유층(20)의 외표면을 감싼 형태로 복합소재의 최외각에 위치하여, 외부로부터 받는 각종 힘들을 견딘다. 또한, 탄소섬유층(30)에 특정한 패턴을 디자인하여 시각적인 효과를 부여할 수 있으며, 특정한 패턴을 통해 자연재해 등으로 발생하는 진동 등을 흡수할 수 있으며 내진설계 시 큰 효과를 볼 수 있다.The carbon fiber layer 30 is located at the outermost part of the composite material in the form of wrapping the outer surface of the glass fiber layer 20, and withstands various forces received from the outside. In addition, it is possible to give a visual effect by designing a specific pattern on the carbon fiber layer 30, and through the specific pattern, it is possible to absorb vibrations caused by natural disasters, etc., and a great effect can be seen when designing earthquake resistance.

탄소섬유층(30)의 두께는 45mm 내지 90mm인 것이 바람직하다. 탄소섬유층(30)의 두께가 45mm 미만인 경우 탄소섬유의 기계적 강도 및 경도가 부족하여 외력에 의해 손쉽게 파손되게 되고, 90mm 초과인 경우 제조비용이 상승하는 문제를 가진다.The thickness of the carbon fiber layer 30 is preferably 45 mm to 90 mm. When the thickness of the carbon fiber layer 30 is less than 45 mm, the mechanical strength and hardness of the carbon fibers are insufficient, and thus easily damaged by an external force. When the thickness exceeds 90 mm, the manufacturing cost increases.

또한, 탄소섬유층(30)은 탄소섬유 또는 탄소섬유 직물에 매트릭스 수지를 함침하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 탄소섬유층(30)은 탄소섬유 100 중량부에 대하여 매트릭스 수지 65 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.In addition, the carbon fiber layer 30 may be formed by impregnating carbon fibers or carbon fiber fabric with a matrix resin. Preferably, the carbon fiber layer 30 may include 65 to 100 parts by weight of the matrix resin based on 100 parts by weight of the carbon fiber.

이때 탄소섬유 또는 탄소섬유 직물은 카본 블랙 및 카본 나노 튜브(CNT) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the carbon fiber or carbon fiber fabric preferably includes at least one of carbon black and carbon nanotubes (CNT).

또한, 탄소섬유층(30)의 매트릭스 수지는 페닐기, 에폭시기 및 에테르기 중 적어도 하나 이상의 작용기를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 탄소섬유층(30)의 매트릭스 수지로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지나 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 등의 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지나 폴리프로필렌 수지나 폴리부틸렌 수지 등의 폴리올레핀 수지, 폴리옥시메틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌 아크릴니트릴 공중합체 수지, 아크릴니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체 수지, 아크릴레이트 스티렌 아크릴니트릴 공중합체 수지, 폴리메틸렌 메타크릴레이트 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지 등을 사용할 수 있으며, 특히 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지가 바람직하게 이용될 수 있다. 또한 이들의 공중합체, 변성체 및 2 종류 이상이 블렌드한 수지도 사용할 수 있다.In addition, the matrix resin of the carbon fiber layer 30 preferably includes at least one functional group selected from a phenyl group, an epoxy group, and an ether group. As the matrix resin of the carbon fiber layer 30, a polyester resin such as polyethylene terephthalate resin or polybutylene terephthalate resin, polyolefin resin such as polyethylene resin, polypropylene resin or polybutylene resin, polyoxymethylene resin, poly Amide resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, styrene-acrylonitrile copolymer resin, acrylnitrile-butadiene-styrene copolymer resin, acrylate styrene-acrylonitrile copolymer resin, polymethylene methacrylate resin, polyvinyl chloride resin, polyphenylene sulfide Resins, polyphenylene ether resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyetherimide resins, polysulfone resins, polyethersulfone resins, polyetherketone resins, polyetheretherketone resins, etc. can be used, especially polypropylene Resins, polyolefin resins, polyamide resins, and polycarbonate resins can be preferably used. Moreover, these copolymers, modified products, and resins in which two or more types are blended can also be used.

또한, 탄소섬유층(30)의 매트릭스 수지는 내충격성 향상을 위하여 고무재질의 소재를 더 포함할 수 있다.In addition, the matrix resin of the carbon fiber layer 30 may further include a rubber material to improve impact resistance.

또한, 탄소섬유층(30)에 포함된 탄소섬유의 밀도는 1.6 내지 1.9g/cm3인 것이 바람직하다. 탄소섬유의 밀도가 1.6g/cm3 미만인 경우 보통 탄소섬유의 연신률이 늘어나 외력에 의한 균열 및 파손을 줄일 수 있으나 탄성률이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 탄소섬유의 밀도가 1.9g/cm3 초과인 경우 탄소섬유의 탄성률이 높아지고 연신률이 떨어지게 되어 외력 발생 시 연신률에 의한 균열 및 파손이 발생하게 되며, 탄소섬유의 무게 증가로 인해 하이브리드 인발 복합재료의 무게가 증가하게 된다.In addition, the density of the carbon fibers included in the carbon fiber layer 30 is preferably 1.6 to 1.9 g/cm 3 . When the density of the carbon fiber is less than 1.6 g/cm 3 , the elongation of the carbon fiber is usually increased to reduce cracking and breakage due to external force, but a problem of lowering the elastic modulus may occur. In addition, when the density of the carbon fiber exceeds 1.9 g/cm 3 , the elastic modulus of the carbon fiber increases and the elongation decreases, causing cracks and damage due to the elongation when an external force is generated. will increase the weight of

그리고 탄소섬유층(30)에 포함된 탄소섬유는 PAN계 및 pitch계 탄소섬유가 모두 사용될 수 있다.In addition, as the carbon fiber included in the carbon fiber layer 30 , both PAN-based and pitch-based carbon fibers may be used.

중심에 위치한 금속부재(10), 금속부재(10)를 둘러싼 유리섬유층(20) 및 유리섬유층(20)을 둘러싼 탄소섬유층(30)의 두께비는 1.9~2.2 : 0.8~1.3 : 2.8~3.2인 것이 바람직하고, 2:1:3인 것이 더욱 바람직하다. 금속부재, 유리섬유층 및 탄소섬유층 사이의 두께비가 상기 범위를 만족하지 않는 경우 건축자재 프레임에서 요구되는 기계적 강도가 확보되지 못한다.The thickness ratio of the metal member 10 located in the center, the glass fiber layer 20 surrounding the metal member 10 and the carbon fiber layer 30 surrounding the glass fiber layer 20 is 1.9 to 2.2: 0.8 to 1.3: 2.8 to 3.2. Preferably, it is 2:1:3 more preferably. When the thickness ratio between the metal member, the glass fiber layer and the carbon fiber layer does not satisfy the above range, the mechanical strength required for the construction material frame cannot be secured.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 충격이나 뒤틀림 등의 문제를 개선하기 위해, 금속부재(10)의 외표면에 적층되는 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)의 섬유 배열 방향이 수직, 수평 또는 소정의 각도를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료가 건설현장의 프레임으로 사용될 경우, 가해지는 외력의 종류 및 방향을 고려하여 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)의 섬유 배열 방향이 금속부재(10)의 길이방향과 동일하게 배열되거나, 금속부재(10)의 길이방향과 수직하게 배열될 수 있다. In the hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention, the fiber arrangement direction of the glass fiber layer 20 and the carbon fiber layer 30 laminated on the outer surface of the metal member 10 in order to improve problems such as impact or distortion. It may be formed to have a vertical, horizontal, or a predetermined angle. For example, when the hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention is used as a frame of a construction site, the fiber arrangement direction of the glass fiber layer 20 and the carbon fiber layer 30 in consideration of the type and direction of the applied external force. The metal member 10 may be arranged in the same longitudinal direction or may be arranged perpendicular to the longitudinal direction of the metal member 10 .

특히, 여러 방향에서 가해지는 외력에 효과적으로 대응하기 위해, 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)이 서로 다른 소정의 각도를 가지도록 배열될 수 있다. 이때 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30) 사이의 섬유 배열은 40 내지 50°를 가지도록 배열될 수 있다. 이와 같이 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)을 구성하는 섬유의 배열 방향이 40 내지 50°의 각도로 배열되는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료가 다양한 외력에 의한 충격 및 뒤틀림에 대응하는 강도가 보다 강해질 수 있다.In particular, in order to effectively respond to external forces applied from various directions, the glass fiber layer 20 and the carbon fiber layer 30 may be arranged to have different predetermined angles. At this time, the fiber arrangement between the glass fiber layer 20 and the carbon fiber layer 30 may be arranged to have 40 to 50°. As described above, when the fibers constituting the glass fiber layer 20 and the carbon fiber layer 30 are arranged at an angle of 40 to 50°, the hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention is impacted by various external forces. And the strength corresponding to the distortion may be stronger.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 내부의 중심에 금속부재(10)가 위치하고, 금속부재(10)의 표면에 유리섬유층(20)이 존재하며, 유리섬유층(20) 위에 탄소섬유층(30)이 최외각에 존재하는 3중 인발 구조이므로, 각 소재의 단점을 다른 소재가 보완해 줄 수 있다. 이와 같은 특성에 따라, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 가설/건축용 프레임 부재로 사용되어, 종래의 프레임 및 사각빔을 대체할 수 있다.As such, in the hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention, the metal member 10 is located at the center of the interior, the glass fiber layer 20 is present on the surface of the metal member 10, and the glass fiber layer 20 Since the carbon fiber layer 30 has a triple-drawn structure in the outermost layer, the disadvantages of each material can be compensated by other materials. According to these characteristics, preferably, the hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention can be used as a temporary/construction frame member to replace a conventional frame and a square beam.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 금속부재(10), 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)을 적층하여 제작함에 있어 다양한 공법이 사용될 수 있으나, 연속적으로 동일한 단면 형상을 갖는 제품을 제조할 수 있는 인발 성형을 통해 일체로 제조하는 것이 소재의 물성 및 원가적인 측면에서 바람직하다. 또한, 탄소섬유 및 유리섬유로 직물 형태의 탄소섬유 직물 및 유리섬유 직물을 사용할 경우 인발 성형을 위한 금형의 입구 부분을 추가로 개선하여 제조하는 것이 바람직하고, 또한 인발성형을 하기전 초반부에 다른 성형을 통해 제작하는 것이 바람직하다. The hybrid drawn composite material according to an embodiment of the present invention may be manufactured by laminating the metal member 10, the glass fiber layer 20, and the carbon fiber layer 30 using various methods, but having the same cross-sectional shape continuously It is preferable in terms of physical properties and cost of the material to be integrally manufactured through pultrusion molding capable of manufacturing the product. In addition, when carbon fiber and glass fiber fabric in the form of carbon fiber and glass fiber are used, it is preferable to manufacture by further improving the inlet part of the mold for pultrusion molding. It is preferable to manufacture through

상술한 바와 같이, 본 발명에서 다양한 외력에 효과적으로 견딜 수 있도록 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)을 구성하는 섬유의 배열 방향이 서로 상이하도록 배열하기 위해서는 적층되는 소재의 각을 변경해야 하는 데 이것은 소재가 금형안에 들어가기 전에 완료되어야 하기 때문에 금형입구에 도달하기 전에 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)을 구성하는 직물 또는 섬유의 배열된 각을 변경할 수 있는 보조 장치인 치구(JIG)를 설치하는 것이 바람직하다.As described above, in the present invention, in order to arrange the fibers constituting the glass fiber layer 20 and the carbon fiber layer 30 to be different from each other in order to effectively withstand various external forces, it is necessary to change the angle of the stacked materials. Because this must be completed before the material enters the mold, a jig (JIG), an auxiliary device that can change the arranged angle of the fabric or fibers constituting the glass fiber layer 20 and carbon fiber layer 30, before reaching the mold entrance It is preferable to install

특히, 탄소섬유 및 유리섬유 대신 탄소섬유 직물 및 유리섬유 직물을 사용할 경우, 탄소섬유 및 유리섬유를 사용할 경우와 동일하게 금형 및 제조 장치를 구성하기 어려운 문제를 가진다. 유리섬유층(20) 및 탄소섬유층(30)이 40 내지 50°의 각도를 가지도록 배열할 경우, 탄소섬유 및 유리섬유는 상기 각도를 가지도록 금형에 공급하는 것으로 소정의 각도로 배열이 가능하지만, 탄소섬유 직물 및 유리섬유 직물은 직물 구조의 특징으로 인해 서로 다른 각도를 가지도록 금형에 공급하기 어려운 문제를 가진다. 따라서, 탄소섬유 직물 및 유리섬유 직물이 서로 상이한 방향으로 상기 각도를 가지도록 배열될 수 있도록, 금형 입구에 도달하기 전에 이 둘이 소정의 각도를 가지도록 하는 치구와 같은 보조 장치를 금형의 입구 부분에 추가하여 하이브리드 인발 복합재료를 제작하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 본 발명에 따른 하이브리드 인발 복합재료가 외력에 의한 충격 및 뒤틀림에 대응하는 강도가 보다 강해지도록 할 수 있다.In particular, when carbon fiber fabrics and glass fiber fabrics are used instead of carbon fibers and glass fibers, it is difficult to configure a mold and a manufacturing apparatus in the same way as when carbon fibers and glass fibers are used. When the glass fiber layer 20 and the carbon fiber layer 30 are arranged to have an angle of 40 to 50°, the carbon fiber and the glass fiber can be arranged at a predetermined angle by supplying the mold to have the above angle, Carbon fiber fabrics and glass fiber fabrics have a problem in that it is difficult to supply them to a mold to have different angles due to the characteristics of the fabric structure. Therefore, in order for the carbon fiber fabric and the glass fiber fabric to be arranged to have the above angle in different directions from each other, an auxiliary device such as a jig is provided at the inlet portion of the mold so that the two have a predetermined angle before reaching the mold inlet. In addition, it is preferable to produce a hybrid drawn composite material. Through this, the hybrid drawn composite material according to the present invention can be made stronger in strength corresponding to impact and distortion caused by external force.

앞서 설명한 바와 같이, 탄소섬유층(30)은 탄소섬유가 가지는 고강성과 고강도를 이용하여 최외각에서 최종적으로 외부에서 전달되는 힘을 견뎌준다. 이때 탄소섬유층(30)의 외관에 패턴을 부여하여 럭셔리한 시각적인 이미지까지 가질 수 있게 된다. 이와 같이 탄소섬유층(30)에 소정의 패턴을 넣기 위해서는 인발과 필라멘트와인딩 공법의 결합, 인발과 브레이딩공법의 결합, 인발과 시트와인딩공법의 결합 등이 가능하며, 한번에 3중인발을 하기 위해서는 인발설비에 추가로 각각 알맞은 장치를 설치하는 것이 바람직하다.As described above, the carbon fiber layer 30 withstands the force finally transmitted from the outermost shell to the outside by using the high rigidity and high strength of the carbon fiber. At this time, it is possible to have a luxurious visual image by giving a pattern to the exterior of the carbon fiber layer 30 . In this way, in order to put a predetermined pattern in the carbon fiber layer 30, a combination of drawing and filament winding method, a combination of drawing and braiding method, a combination of drawing and sheet winding method, etc. are possible. In addition to the installation, it is desirable to install a suitable device for each.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료의 두께방향 단면도이다.2 is a cross-sectional view in the thickness direction of a hybrid drawn composite material according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 인발 복합재료는 중공 금속부재(11)를 포함하여, 내부에 길이방향으로 중공이 형성된다. 즉, 중공 금속부재(11)는 다각 파이프 형태를 가진다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 금속부재(10)는 내부가 금속으로 채워진 형태를 가지는 반면에, 도 2의 중공 금속부재(11)는 내부 공간이 비워진 형태를 가진다. 이와 같이 중공 금속부재(11) 내부의 중공이 형성됨으로써, 전체 무게에서 가장 큰 비율을 차지하는 중공 금속부재(11)의 무게를 줄일 수 있다. 또한, 중공 금속부재(11)에 사용되는 금속소재의 사용량을 줄여 제조비용을 절감할 수 있다. 특히, 중공 금속부재(11)의 경우 현재 건설현장에서 일반적으로 사용되는 내부가 빈 사각 파이프 형태의 빔을 사용할 수 있어, 가공이 용이한 이점을 가진다. 이때, 중공 금속부재(11)의 중공의 넓이는 요구되는 강도 및 예상되는 외력에 따라 자유롭게 조절이 가능하다.Referring to FIG. 2 , the hybrid drawn composite material according to another embodiment of the present invention includes a hollow metal member 11, and a hollow is formed therein in the longitudinal direction. That is, the hollow metal member 11 has a polygonal pipe shape. While the metal member 10 shown in FIGS. 1A and 1B has an interior filled with metal, the hollow metal member 11 of FIG. 2 has an empty interior space. As described above, since the hollow inside the hollow metal member 11 is formed, the weight of the hollow metal member 11 which occupies the largest proportion of the total weight can be reduced. In addition, it is possible to reduce the manufacturing cost by reducing the amount of the metal material used in the hollow metal member (11). In particular, in the case of the hollow metal member 11, a beam in the form of a hollow square pipe generally used in the current construction site can be used, and thus has the advantage of easy processing. At this time, the width of the hollow of the hollow metal member 11 can be freely adjusted according to the required strength and expected external force.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, which are merely exemplary, those of ordinary skill in the art can understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. There will be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

10: 금속부재 20: 유리섬유층
30: 탄소섬유층 11: 중공 금속부재10: metal member 20: glass fiber layer
30: carbon fiber layer 11: hollow metal member

Claims (17)

인발성형을 통해 동일한 단면 형상을 갖도록 일체로 제조되는 복합재료로서,
내부가 금속으로 채워진 금속부재;
상기 금속부재의 외표면에 형성된 유리섬유층; 및
상기 유리섬유층의 외표면에 형성된 탄소섬유층;
을 포함하며,
상기 금속부재, 유리섬유층 및 탄소섬유층의 두께비는 1.9~2.2 : 0.8~1.3 : 2.8~3.2이고,
상기 유리섬유층의 섬유 및 상기 탄소섬유층의 섬유 사이의 배열 방향이 40 내지 50°를 가지며,
상기 유리섬유층은 고무재질의 소재를 포함하고,
상기 유리섬유층에 사용되는 유리섬유는 E-glass 또는 H-glass이며,
상기 탄소섬유층은 인발과 필라멘트와인딩 공법의 결합, 인발과 브레이딩공법의 결합 및 인발과 시트와인딩공법의 결합 중에서 어느 하나를 통해 외관에 패턴이 부여되는, 하이브리드 인발 복합재료.As a composite material integrally manufactured to have the same cross-sectional shape through pultrusion,
a metal member filled with metal;
a glass fiber layer formed on the outer surface of the metal member; and
a carbon fiber layer formed on the outer surface of the glass fiber layer;
includes,
The thickness ratio of the metal member, the glass fiber layer and the carbon fiber layer is 1.9 to 2.2: 0.8 to 1.3: 2.8 to 3.2,
The arrangement direction between the fibers of the glass fiber layer and the fibers of the carbon fiber layer is 40 to 50°,
The glass fiber layer includes a rubber material,
The glass fiber used in the glass fiber layer is E-glass or H-glass,
The carbon fiber layer is a hybrid drawn composite material in which a pattern is imparted to the exterior through any one of a combination of a drawing and a filament winding method, a combination of a drawing and a braiding method, and a combination of a drawing and a sheet winding method. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 금속부재의 두께방향 단면의 형상은 n각형의 형태이고, n은 3 내지 12인, 하이브리드 인발 복합재료.According to claim 1,
The cross-section in the thickness direction of the metal member has an n-gonal shape, and n is 3 to 12, a hybrid drawn composite material. 제1항에 있어서,
상기 금속부재의 두께는 30mm내지 60mm인, 하이브리드 인발 복합재료.According to claim 1,
The thickness of the metal member is 30mm to 60mm, a hybrid drawn composite material. 제1항에 있어서,
상기 유리섬유층의 두께는 15mm 내지 30mm인, 하이브리드 인발 복합재료.According to claim 1,
The thickness of the glass fiber layer is 15mm to 30mm, a hybrid drawn composite material. 제1항에 있어서,
상기 탄소섬유층의 두께는 45mm 내지 90mm인, 하이브리드 인발 복합재료.According to claim 1,
The thickness of the carbon fiber layer is 45mm to 90mm, a hybrid drawn composite material. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄소섬유층은 탄소섬유 또는 탄소섬유 직물과 매트릭스 수지를 포함하며,
상기 매트릭스 수지는 페닐기, 에폭시기 및 에테르기 중 적어도 하나 이상의 작용기를 포함하는, 하이브리드 인발 복합재료.According to claim 1,
The carbon fiber layer includes carbon fiber or carbon fiber fabric and a matrix resin,
The matrix resin comprises at least one functional group selected from a phenyl group, an epoxy group, and an ether group. 제10항에 있어서,
상기 탄소섬유층은 탄소섬유 또는 탄소섬유직물 100 중량부에 대하여 매트릭스 수지 65 내지 100 중량부를 포함하는, 하이브리드 인발 복합재료.11. The method of claim 10,
The carbon fiber layer is a hybrid drawn composite material comprising 65 to 100 parts by weight of the matrix resin based on 100 parts by weight of the carbon fiber or carbon fiber fabric. 제10항에 있어서,
상기 탄소섬유 또는 탄소섬유직물은 카본블랙 및 CNT 중에서 적어도 하나 이상의 소재를 포함하며,
상기 탄소섬유층은 고무재질의 소재를 더 포함하는, 하이브리드 인발 복합재료. 11. The method of claim 10,
The carbon fiber or carbon fiber fabric includes at least one material from among carbon black and CNT,
The carbon fiber layer further comprises a rubber material, a hybrid drawn composite material. 제1항에 있어서,
상기 유리섬유층은 유리섬유 및 매트릭스 수지를 포함하며,
상기 매트릭스 수지는 페닐기, 에폭시기 및 에테르기 중 적어도 하나 이상의 작용기를 포함하는, 하이브리드 인발 복합재료.According to claim 1,
The glass fiber layer includes glass fibers and a matrix resin,
The matrix resin comprises at least one functional group selected from a phenyl group, an epoxy group, and an ether group. 제13항에 있어서,
상기 유리섬유층은 유리섬유 100 중량부에 대하여 매트릭스 수지 65 내지 100 중량부를 포함하는, 하이브리드 인발 복합재료.14. The method of claim 13,
The glass fiber layer is a hybrid drawn composite material comprising 65 to 100 parts by weight of a matrix resin based on 100 parts by weight of glass fibers. 제13항에 있어서,
상기 유리섬유는 글래스 비드(Glass Bead) 및 밀드 글래스 파이버(Milled Glass Fiber) 중 적어도 하나 이상의 소재를 포함하는, 하이브리드 인발 복합재료.14. The method of claim 13,
The glass fiber is a hybrid drawn composite material comprising at least one of a glass bead (Glass Bead) and a milled glass fiber (Milled Glass Fiber). 제1항에 있어서,
상기 유리섬유층에 포함된 유리섬유의 밀도는 2.5~2.8g/cm3이고,
상기 탄소섬유층에 포함된 탄소섬유의 밀도는 1.6~1.9 g/cm3인, 하이브리드 인발 복합재료.According to claim 1,
The density of the glass fibers contained in the glass fiber layer is 2.5 ~ 2.8 g / cm3,
The density of the carbon fibers contained in the carbon fiber layer is 1.6 ~ 1.9 g / cm 3 of, a hybrid drawn composite material. 제1항, 제4항 내지 제7항 및 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 인발 복합재료를 이용하여 형성되는 건설용도의 복합재료 프레임.A composite material frame for construction use formed using the hybrid drawn composite material according to any one of claims 1, 4 to 7 and 10 to 16.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN217788632U (en) * 2022-05-31 2022-11-11 比亚迪股份有限公司 Battery protection bottom plate, battery pack composite protection structure and vehicle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001219500A (en) * 2000-02-07 2001-08-14 Hitachi Cable Ltd Resin coated flexible steel pipe and resin composition thereof
JP2006508824A (en) * 2002-11-29 2006-03-16 エプシロン コンポジット サルル Method for producing a tube made of a composite material and the obtained tube
JP2008307842A (en) * 2007-06-18 2008-12-25 Taisei Plas Co Ltd Tubular composite article and its manufacturing method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2944024B2 (en) 1994-12-02 1999-08-30 ショーボンド建設株式会社 Reinforcement method for reinforced concrete structures
KR100402973B1 (en) * 2000-12-01 2003-10-22 (주)애드컴텍 Fiber reinforced composites pipe and method for manufacturing the same
KR20170136707A (en) * 2016-06-02 2017-12-12 김택석 A machine for producing Micro and Nano capsule

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001219500A (en) * 2000-02-07 2001-08-14 Hitachi Cable Ltd Resin coated flexible steel pipe and resin composition thereof
JP2006508824A (en) * 2002-11-29 2006-03-16 エプシロン コンポジット サルル Method for producing a tube made of a composite material and the obtained tube
JP2008307842A (en) * 2007-06-18 2008-12-25 Taisei Plas Co Ltd Tubular composite article and its manufacturing method

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