KR102454494B1 - 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료 및 이의 제조 방법 - Google Patents

방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102454494B1
KR102454494B1 KR1020227007129A KR20227007129A KR102454494B1 KR 102454494 B1 KR102454494 B1 KR 102454494B1 KR 1020227007129 A KR1020227007129 A KR 1020227007129A KR 20227007129 A KR20227007129 A KR 20227007129A KR 102454494 B1 KR102454494 B1 KR 102454494B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fiber
proof
stage
explosion
heterogeneous
Prior art date
Application number
KR1020227007129A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220035266A (ko
Inventor
옌쉬엔 마
야치엔 쉬
멍야오 리
시아 위
시아오후이 송
위잉 두안
치아오링 마
지아팅 푸
Original Assignee
칭다오 유니버시티 오브 테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 칭다오 유니버시티 오브 테크놀로지 filed Critical 칭다오 유니버시티 오브 테크놀로지
Publication of KR20220035266A publication Critical patent/KR20220035266A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102454494B1 publication Critical patent/KR102454494B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/028—Net structure, e.g. spaced apart filaments bonded at the crossing points
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B13/00—Layered products comprising a a layer of water-setting substance, e.g. concrete, plaster, asbestos cement, or like builders' material
    • B32B13/14—Layered products comprising a a layer of water-setting substance, e.g. concrete, plaster, asbestos cement, or like builders' material next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/067—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/302—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising aromatic vinyl (co)polymers, e.g. styrenic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/047—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material made of fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0223—Vinyl resin fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0253—Polyolefin fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0261—Polyamide fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0276—Polyester fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0292—Polyurethane fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/04—Cellulosic plastic fibres, e.g. rayon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/103—Metal fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/558—Impact strength, toughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/582—Tearability
    • B32B2307/5825—Tear resistant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2419/00—Buildings or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2571/00—Protective equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고; 상기 방폭 및 방충격 코팅층에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5°내지 90°이다.각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm 내지 20 mm이다. 상기 방폭 및 방충격 복합 재료는 감쇠 성능, 인열 저항 성능, 인장 성능, 에너지 소모 및 어네지 흡수 성능이 크게 향성되고, 재료 손상으로 인한 파편 날림을 효과적으로 방지할 수 있으며, 인원 및 구조에 대한 2차 피해를 줄일 수 있다.

Description

방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료 및 이의 제조 방법
본 발명은 재료 분야에 속하며, 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 다단 이질 섬유 프리폼 기반의 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년간 국내외에서는 폭발 사고가 빈번하게 발생하면서 건축물, 설비 및 사람의 생명과 재산에 심각한 위협을 주고 있다. 폭발 사고가 막대한 생명과 재산 손실을 초래하는 것은 주로 발생 시간이 짧고 충격 하중이 매우 커서 피해를 줄이기 위한 효과적인 대책을 마련하기 어렵기 때문이다. 일반적으로, 폭발 발생시 에너지 충격은 먼저 폭발 중심 주변의 유닛에 피해를 주고; 다음 폭발에 의해 발생하는 고속 파편과 충격파는 주변 건축물과 설비에 더 큰 피해를 준다. 이와 대응되게, 현재 건축물 및 설비의 외부 표면은 대부분 방수, 방식, 방화 성능만 갖고 있으나 방폭 및 방충격 성능을 갖는다는 것은 거의 보고되지 않아, 이러한 상황에 직면하는 경우 "예측할 수 없는 재난"을 겪을 수 있다. 이로부터 알 수 있다시피, 방폭 및 방충격 복합 재료를 연구하여 이를 건축물 및 설비에 적용하면 폭발 사고로 인한 손실을 크게 줄이고 중요한 사회적 및 경제적 의미가 있다.
현재, 대부분 건축물 및 설비 외층의 방수, 방식, 방화 등 성능은 건축물 및 설비의 매트릭스 구조에 반응성 성능을 갖는 코팅층을 스프레이하여 구현한다. 건축물 및 장비 외층의 방폭 및 방충격 코팅층은 보고된 바가 없다. 그러나, 특허 출원 201810482655.5는 "수중 폭발 충격 방지 코팅층 재료, 제조 방법 및 이의 응용"을 공개하였다. 상기 출원은 각각 A 및 B의 두 가지 성분을 제조하고 2액형 고온 고압 충격 혼합 에어리스 스프레이 기기를 사용하여 A 및 B 성분을 혼합한 다음 선체 표면의 프라이머에 스프레이하여, 수중 폭발 충격 방지 코팅층을 형성한다. 상기 출원에 따른 코팅층은 현재 방폭 기능을 갖는 폴리우레아 재료 분야에서 일반적으로 사용되는 것이며, 상기 시스템의 섬유 강화재 및 이의 매트릭스 재료의 구조 설계는 비교적 전통적이므로, 이의 유리 전이 온도 범위 구간은 좁고 방폭 및 방충격 성능의 개선이 제한적이다.
재료 측면에서 연구하면, 건축물 및 설비 구조 재료의 방호 및 방폭 성능을 개선하여, 건축물 및 설비를 고인성 및 고연성 방향으로 발전시키고, 나아가 구조의 방폭 국부 손상 성능을 개선시키는 것이며; 현재 일반적인 수단은 건축물 및 장비의 방호 코팅층에 인성이 우수한 섬유 재료를 첨가하여 코팅층의 낮은 인성 강도 및 저온 취성 상태를 변경하여 새로운 복합 재료를 형성하는 것이다. 그러나, 코팅층에서 섬유의 무작위 분포는 건축물 및 장비의 특정 방향 및 내부 구조의 방충격 성능을 향상시키는 데 매우 제한적이다.
종래기술에서 건축물 및 장비의 방폭 및 방충격 측면에 존재하는 문제에 대해, 본 발명은 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 방폭 및 방충격 복합 재료는 감쇠 성능, 인열 저항 성능, 인장 저항 성능, 에너지 소모 및 어네지 흡수 성능이 크게 향성되고, 재료 손상으로 인한 파편 날림을 효과적으로 방지할 수 있으며, 인원 및 구조에 대한 2차 피해를 줄일 수 있다.
본 발명의 기술 방안은 다음과 같다.
방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 금속, 세라믹, 콘크리트, 유리, 중합체 및 복합 재료 중 하나 이상이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 알키드 수지(alkyd resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 우레아-포름알데히드 수지(urea-formaldehyde resin), 유기실리콘 수지(organicsilicone resin), 폴리우레탄(polyurethane) 및 폴리우레아(polyurea) 중 하나 이상이며; 도료에서 상기 수산화그래팬의 중량 분율은 0.2% 내지 2.0%이다. 수산화그래핀의 수산기는 코팅층의 원료와 화학 반응 또는 극성 흡착을 거쳐 분자의 이동을 제한하고, 응력과 변형 사이의 위상 지연을 증가시키며; 따라서, 코팅층의 유리 전이 온도 영역이 현저히 넓어지고 손실 탄성률과 감쇠 성능이 크게 개선되며, 저온에서도 코팅층의 유연성을 보장할 수 있고 코팅층의 균열을 방지할 수 있으며, 코팅층의 저온 취성을 해결할 수 있다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5°내지 90°이다.각 층의 상기다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm 내지 20 mm이다. 방폭 및 방충격 코팅층이 코팅된 재료는 다단 섬유 프리폼의 음성 푸아송 비 메쉬 구조로 인해 폭발 발생시 에너지를 더 많이 흡수하고 코팅층의 완전성을 유지하며, 이의 방폭 및 방충격 효과를 크게 향상시키고; 또한, 동일한 충격 하중에서 폭발로 인한 파편 날림을 방지할 수 있으며 2차 손상 정도를 크게 줄일 수 있다.
상기 섬유 프리폼은 복수의 다단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성되고; 상기 다단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성된다. 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 다단 보조 섬유는 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 2 mm 내지 50 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유의 탄성 계수는 50 MPa 내지 50 GPa이고; 상기 고모듈러스 섬유의 탄성 계수는 ≥ 50 GPa이다. 상기 보조 섬유는 단(stage)을 나누어 코어 섬유에 감기며; 상기 1단 보조 섬유 탄성 계수는 50 GPa 내지 90 GPa이고; 상기 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 9.6이며, N은 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 3.0이며, 제N단 보조 섬유의 직경과 제N-1단 보조 섬유의 직경 비율은 0.5 내지 0.9이고, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 15.0이며, N은 2 내지 7이고; 상기 제1단 보조 섬유의 나선각은 2°내지 8°이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 제N-1단 보조 섬유에 비해 3°내지 15°증가하고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 5°내지 60°이며, N은 2 내지 7이다. 상기 보조 섬유는 나선각과 탄성 계수가 구배로 분포된 다단 고모듈러스 섬유를 사용하며, 내구성이 우수하고 인장 강도가 높으며, 미세균열 발생시 균열의 확장을 억제하고, 코팅층의 내부 응력의 균일한 분포를 촉진하여, 코팅층의 압축 강도 및 방충격 성능을 향상시킬 수 있다. 코어 섬유로서의 저모듈러스 섬유의 유연성은 섬유 메쉬 직물 구조 및 복합 재료의 인장, 굴곡, 전단 성능을 향상시킬 수 있고, 거시적 균열 발생시 작용을 충분히 발휘하여 매트릭스의 급격한 손상을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유(polyethylene fiber), 폴리비닐알코올 섬유(polyvinyl alcohol fiber), 폴리비닐포르말 섬유(polyvinyl formal fiber), 폴리염화비닐 섬유(polyvinyl chloride fiber), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fiber), 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber), 폴리아미드 섬유(polyamide fiber), 폴리이미드 섬유(polyimide fiber), 폴리에스테르 섬유(polyester fiber), 폴리우레탄 섬유(polyurethane fiber), 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber), 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유(polytetrafluoroethylene fiber) 및 폴리페닐렌 설파이드 섬유(polyphenylene sulfide fiber) 중 하나 이상이고; 상기 고모듈러스 섬유는 아라미드 섬유(aramid fiber), 폴리벤즈이미다졸 섬유(polybenzimidazole fiber), 폴리벤조디옥사졸 섬유(polybenzodioxazole fiber), 폴리아릴레이트 섬유(polyarylate fiber), 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 유리 섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 강 섬유(steel fiber), 연속 현무암 섬유(continuous basalt fiber), 탄화규소 섬유(silicon carbide fiber), 산화마그네슘 섬유(magnesium oxide fiber), 산화알루미늄 섬유(alu minium oxide fiber), 실리카 섬유(silica fiber), 석영 섬유(quartz fiber), 규산알루미늄 섬유(alu minium silicate fiber), 그래핀 섬유(graphene fiber) 및 보론 섬유(boron fiber) 중 하나 이상이다.
바람직하게는, 상기 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 7.5이고, N은 2 내지 7이며; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 2.5이고, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 10.0이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 10°내지 60°이고, N은 2 내지 7이다.
상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.
(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.
(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8 내지 1.0:1.2이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 50℃ 내지 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다.
(3) 다단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 N단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 N단 이질 섬유 구조를 얻으며, N은 2 내지 7이다.
(4) 다단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 N단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 N단 이질 섬유 프리폼을 얻으며, N은 2 내지 7이다.
(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.2% 내지 2.0%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 다단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 2 mm 내지 20 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.
여기서, 단계 (2)에 따른 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지(bisphenol A epoxy resin)이고; 상기 경화제는 폴리아미드(polyamide), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 지방족 아민(aliphatic a mine)계 경화제 중 하나 이상이다. 상기 방법에 따라 제조된 방폭 및 방충격 복합 재료에 사용되는 코팅층은 일반적인 코팅층의 방수, 방식, 장식 등 성능 외에 방폭 및 방충격 효과를 구현하고, 구조에 대한 폭발 및 충격의 손상을 줄임으로써, 구조의 방호 성능을 향상시킨다. 이는 복합 재료에서 다단 이질 섬유 프리폼의 음성 푸아송 비 효과가 최대 한계까지 발휘되어 방폭 및 방충격 능력이 향상되었기 때문이다. 이 밖에, 상기 코팅층은 다양한 기재와 결합할 수 있고 적용 범위가 넓으며, 방폭 및 방충격 재료의 적용은 중요한 사회적 의미가 있다.
방폭 및 방충격 원리: 다단 이질 섬유 프리폼이 비 평행적인 외력의 충격을 받을 때, 프리폼 중 각 단(stage)의 보조 섬유는 탄성 계수가 비교적 높고 파단 신장율이 비교적 낮기 때문에 직선 상태가 되는 경향이 있으며; 코어 섬유는 탄성 계수가 비교적 낮고 신장율이 비교적 크게 변하기 때문에 나선 상태가 되는 경향이 있다. 여기서, 코어 섬유의 직경은 보조 섬유의 직경보다 크고, 응력의 작용하에서 나선형 섬유 구조는 횡방향으로 넓어지는 반면, 섬유 프리폼은 격자의 공극이 경위 방향으로 축소되는 것을 보여주며, 코팅층에 균열이 발생하는 경우, 코팅층의 완전성을 유지할 뿐만 아니라 코팅층의 균열을 보호하고, 코팅층의 전반적인 인열 저항 및 강한 동적 하중 저항과 같은 역학적 성질을 향상시킨다. 코팅층에 수산화그래핀을 첨가하면 코팅층의 유리 전이 온도 영역을 넓히고 코팅층의 감쇠 선능을 향상시키며 고속 충격 하중에서 인열 저항 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다.
(1) 본 발명에 따른 방폭 및 방충격 재료의 핵심은 사용된 방폭 및 방충격 코팅층에 있으며; 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 프리폼의 다단 보조 섬유의 구배 나선형 설계 및 3차원 층상 배열을 통해 매트릭스에서 프리폼의 음성 푸아송 비 효과를 크게 향상시키고; 비 평행 하중 작용의 방향에서 동일한 매트릭스 조성의 코팅층의 방폭 및 방충격 성능을 298.5%로 향상시킬 수 있다.
(2) 본 발명의 코팅층의 다단 이질 섬유 프리폼은 탄성 계수가 상이한 다단 섬유로 구성된 섬유 다발의 경사 및 위사 직조 네트워크를 사용하여 비용을 절감할 뿐만 아니라 섬유의 상이한 장점을 발휘할 수 있으며; 섬유 구배 구조의 설계를 통해 섬유망의 저장 탄성률과 같은 역학적 성질을 증가하고, 경사 및 위사 네트워크 노드를 통해 섬유 동적 연동 메커니즘을 구축함으로써, 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 더 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖도록 한다.
(3) 본 발명에 따른 코팅층에 수산화그래핀을 첨가하여 코팅층의 저온 취성을 해결하며; 또한 수산화그래핀의 비교적 큰 하중을 견디는 성능은 코팅층의 전단 저항 및 인열 저항 능력을 더 향상시키고, 대량의 미세균열의 형성을 유발하여 하중 에너지를 효과적으로 흡수함으로써, 내부 구조를 보호하는 효과를 달성한다. 여기서, 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼의 복합 코팅층의 인장 강도, 파단 신장율, 인열 저항 강도는 각각 47.3 MPa, 369%, 187.4 MPa에 도달할 수 있고, 동일한 매트릭스 조성의 코팅층과 비교하여 방폭 및 방충격 성능이 크게 향상된다.
도 1은 3단 이질 섬유 구조 모식도이고, 여기서 a는 코어 섬유이며, b1은 1단 보조 섬유이고, b2는 2단 보조 섬유이며, b3은 3단 보조 섬유이고, θ는 보조 섬유와 코어 섬유 사이의 나선각이며, D는 코어 섬유의 직경이고, d는 보조 섬유의 직경이다.
도 2는 3단 이질 섬유 작용력 변형 모식도이고, 여기서 A1은 자유 초기 상태의 3단 이질 섬유의 정면도이며, A2는 자유 초기 상태의 3단 이질 섬유의 방사상 단면도이고, B1은 최대 응력 상태의 3단 이질 섬유의 정면도이며, B2는 최대 응력 상태의 3단 이질 섬유의 방사상 단면도이다.
도 3은 다단 이질 섬유 프리폼 중 섬유의 경사 및 위사 평직 구조 모식도이고, 여기서 x, y는 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리이다.
이하, 실시예를 결부하여 본 발명을 더 설명한다.
실시예 1
방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 콘크리트이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 에폭시 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.4%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 2층으로 평행 배열된 2단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 2단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5도이다.각 층의 상기 2단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 60도이다. 인접한 상기 2단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 15 mm이다.
음성 푸아송 비 효과를 갖는 2단 이질 섬유 프리폼은 복수의 2단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성된다. 상기 2단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 2단 보조 섬유는 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유이다. 인접한 상기 2단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 15 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에스테르 섬유이며; 폴리에스테르 섬유는 직경이 450 μm인 섬유 다발로, 파단 신장율은 18%이고, 탄성 계수는 13.5 GPa이며, 밀도는 1.38 g/cm3이고, 우수한 내산성 및 내알칼리성을 갖는다.
상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 150 μm이며, 나선각은 8°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 규산알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 480 GPa이며, 직경은 75 μm이고, 나선각은 20°이다.
상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.
(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.
(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 60℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻으며; 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.
(3) 2단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 2단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 2단 이질 섬유 구조를 얻는다.
(4) 2단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 2단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 2단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.
(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.4%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 2단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 20 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.
실시예 2
방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 세라믹이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 폴리우레아이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.5%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 3층으로 평행 배열된 2단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 3단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 15°이다. 각 층의상기 3단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 46°이다. 인접한 상기 3단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 5 mm이다.
음성 푸아송 비 효과를 갖는 3단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 3단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 5 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유이며; 직경이 380 μm인 섬유 다발로, 탄성 계수는 4 GPa이고, 파단 신장율은 15%이며, 밀도는 0.91g/cm³이다.
상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 85 GPa이고, 직경은 243 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 130 GPa이며, 직경은 149 μm이고, 나선각은 20°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 강 섬유 및 탄소 섬유이되, 강 섬유의 탄성 계수는 205 GPa이고, 탄소 섬유의 탄성 계수는 205 GPa이며, 강 섬유 및 탄소 섬유의 직경은 모두 141 μm이고, 탄소 섬유 및 강 섬유의 나선각은 모두 35°이다.
상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.
(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.
(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.1이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.
(3) 3단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 3단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 3단 이질 섬유 구조를 얻는다.
(4) 3단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 3단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 3단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.
(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.5%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 3단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 8 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.
실시예 3
방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 저탄소강이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 폴리우레탄이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.8%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 4층으로 평행 배열된 4단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 상기 각 층의 4단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 35°이다. 상기 각 층의 4단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 90°이다. 인접한 상기 4단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 4 mm이다.
음성 푸아송 비 효과를 갖는 4단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 4단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 25 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리페닐렌 설파이드 섬유이며; 직경이 415 μm인 섬유 다발로, 탄성 계수는 5.94 GPa이고, 파단 신장율은 30%이다.
상기 1단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 272 μm이며, 나선각은 6°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 폴리벤조디옥사졸 섬유로, 탄성 계수는 56 GPa이며, 직경은 223 μm이고, 나선각은 11°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 65 GPa이고, 직경은 145 μm이며, 나선각은 18°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 455 GPa이며, 직경은 125 μm이고, 나선각은 31°이다.
상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.
(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.
(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.0이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 50℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.
(3) 4단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 4단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 4단 이질 섬유 구조를 얻는다.
(4) 4단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 4단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 4단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.
(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.8%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 4단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 5 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.
실시예 4
방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 세라믹 기재 복합 재료이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 페놀 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 1.1%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 2층으로 평행 배열된 5단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 5단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 46°이다.각 층의 상기 5단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 28°이다. 인접한 상기 5단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 8 mm이다.
음성 푸아송 비 효과를 갖는 5단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 5단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 30 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에스테르 섬유이고; 폴리에스테르 섬유의 직경은 670 μm이며, 밀도는 1.34 g/cm3이고, 탄성 계수는 13.55 GPa이며, 파단 신장율은 20%이고, 연성 사슬 섬유이다.
상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 230 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 석영 섬유로, 탄성 계수는 78 GPa이며, 직경은 125 μm이고, 나선각은 10°이며, 상기 제3단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 87 GPa이고, 직경은 90 μm이며, 나선각은 24°이고, 상기 제4단 보조 섬유는 현무암 섬유로, 탄성 계수는 111 GPa이고, 직경은 77 μm이며, 나선각은 35°이고; 상기 제5단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 459 GPa이며, 직경은 71 μm이고, 나선각은 50°이다.
상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.
(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.
(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.2이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 70℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.
(3) 5단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 5단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 5단 이질 섬유 구조를 얻는다.
(4) 5단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 5단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 5단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.
(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 1.1%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 5단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 10 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.
실시예 5
방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 ABS 수지 중합체 재료이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 유기실리콘 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 1.6%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 5층으로 평행 배열된 6단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 6단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 67°이다. 각 층의 상기 6단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 75°이다. 인접한 상기 6단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 6 mm이다.
음성 푸아송 비 효과를 갖는 6단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 6단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 40 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리비닐알코올 섬유이고; 폴리아미드 섬유는 긴 섬유로, 직경은 485 μm이며, 파단 신장율은 24%이고, 탄성 계수는 5.23 GPa이며, 밀도는 1.16 g/cm3이다.
상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 72 GPa이고, 직경은 285 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 120 GPa이며, 직경은 226 μm이고, 나선각은 15°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 강 섬유로, 탄성 계수는 210 GPa이고, 직경은 180 μm이며, 나선각은 25°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 290 GPa이며, 직경은 142 μm이고, 나선각은 34°이며; 상기 제5단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 373 GPa이고, 직경은 114 μm이며, 나선각은 40°이고; 상기 제6단 보조 섬유는 규산알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 481 GPa이며, 직경은 100 μm이고, 나선각은 50°이다.
상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.
(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.
(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 75℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.
(3) 6단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 6단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 6단 이질 섬유 구조를 얻는다.
(4) 6단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 6단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 6단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.
(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 1.6%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 6단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 8 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.
실시예 6
방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 유리이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 우레아-포름알데히드 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.3%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 5층으로 평행 배열된 7단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의상기7단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 85°이다.각 층의 상기 7단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°이다. 인접한 상기 7단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm이다.
음성 푸아송 비 효과를 갖는 7단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 7단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 50 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리이미드 섬유이고; 여기서 탄성 계수는 12 GPa이며, 밀도는 2.35 g/cm3이고, 직경은 600 μm이며, 파단 신장율29%이다.
상기 1단 보조 섬유는 내알칼리성 유리 섬유로, 탄성 계수는 74 GPa이고, 직경은 305 μm이며, 나선각은 5°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 100 GPa이며, 직경은 200 μm이고, 나선각은 14°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 174 GPa이고, 직경은 152 μm이며, 나선각은 24°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 강 섬유로, 탄성 계수는 202 GPa이며, 직경은 124 μm이고, 나선각은 33°이며; 상기 제5단 보조 섬유는 탄소 섬유로, 탄성 계수는 245 GPa이고, 직경은 102 μm이며, 나선각은 40°이고; 상기 제6단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 351 GPa이며, 직경은 76 μm이고, 나선각은 50°이며; 상기 제7단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 462 GPa이고, 직경은 41 μm이며, 나선각은 60°이다.
상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.
(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.
(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.9이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 65℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.
(3) 7단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 7단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 7단 이질 섬유 구조를 얻는다.
(4) 7단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 7단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 7단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.
(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.3%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 7단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 4 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.
대조 실시예 1
저탄소강 표면에 일반적인 처리 후 아라미드 섬유를 배치하며; 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 에폭시 수지이고; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.4%(실시예 1과 동일)이다. 구체적인 방법은 다음과 같다. 두 가지 성분을 혼합한 다음 상기 기재 표면에 스프레이하여 한 층의 코팅층을 형성하고, 두께는 6 mm이며, 그 다음 한 층의 아라미드 섬유로 커버하고, 한 층의 도료를 스프레이하며, 두께는 6 mm이고, 순차적으로 3회 중복하여 방폭 및 방탄 코팅층을 형성하며, 코팅층의 전체 두께는 18 mm에 도달한다. 섬유 메쉬층이 없는 상기 저탄소강의 표면에 스프레이 하여 동일한 두께의 방폭 및 방탄 코팅층을 형성하며, 이의 충격 강도를 테스트의 기준으로 사용한다.
대조 실시예 1과 실시예 1 내지 6에서 제조된 복합 코팅층 샘플 각각에 대해 상응한 역학적 성질 테스트를 수행한다.
섬유 역학적 성질 테스트: 만능 기계 시험기를 사용하며, 인장 속도는 5 mm/min이고, 섬유 길이는 250 mm이다.
푸아송 비 테스트: 디지털 스펙클 상관 방법은 만능 기계 시험기의 테스트 및 계산과 함께 사용되며, 기계 시험기의 하중 속도는 5 mm/min이다.
복합 코팅층의 역학적성질 테스트: 각각 ASTMD638, ASTM D638, ASTM D624에 따라 만능 시험기로 테스트하여 재료의 인장 강도, 파단 신장율, 인열 저항 강도 및 충격 강도를 얻는다.
표 1 대조 실시예 1의 섬유망과 실시예 1 내지 6에서 제조된 섬유 프리폼의 파라미터
Figure 112022023104020-pct00001
표 2 대조 실시예 1과 실시예 1 내지 6에서 제조된 방폭 및 방충격 복합 코팅층의 역학적 성질 테스트 파라미터
Figure 112022023104020-pct00002
표 1로부터 알 수 있다시피, 실시예 1 내지 6에서 제조된 섬유 프리폼의 푸아송 비는 -5.77 내지 -10.64이고, 대조 실시예에 따른 섬유망의 푸아송 비는 0.3이다. 이로부터 알 수 있다시피, 종래기술의 섬유망과 비교하여 본 발명에 따른 다단 섬유 프리폼의 푸아송 비 효과는 보다 더 현저하고; 섬유 프리폼에서 보조 섬유의 단수(stage number)가 증가함에 따라 음성 푸아송 비 효과도 점차 증가한다.
표 2로부터 알 수 있다시피, 실시예 1 내지 6에서 제조된 복합 코팅층의 인장 강도는 36.4 내지 47.3 MPa이고, 파단 신장율은 343.6% 내지 369.0%이며, 인열 저항 강도는 149.6 kN/m 내지 187.4 kN/m이고; 대조 실시예 1과 비교하여 모두 현저히 향상되고, 특히 인열 저항 강도는 83.7%로 향상되었으며, 이는 역학적 성질이 크게 향상되었음을 나타낸다. 아울러, 섬유 강화가 없는 구조의 동일한 코팅층과 비교하여, 본 발명에서 제조된 복합 코팅층의 방충격 성능은 298.5%로 증폭되고; 이는 상기 복합 코팅층의 프리폼에서 다단 보조 섬유의 구배 나선형 설계 및 3차원 층상 배열이 방충격 및 방폭 성능을 향상시키는 데 현저한 효과가 있음을 나타낸다.

Claims (10)

  1. 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료로서,
    상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 알키드 수지(alkyd resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 우레아-포름알데히드 수지(urea-formaldehyde resin), 유기실리콘 수지(organicsilicone resin), 폴리우레탄(polyurethane) 및 폴리우레아(polyurea) 중 하나 이상이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.2% 내지 2.0%이고;
    상기 방폭 및 방충격 코팅층에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비되며; 상기 섬유 프리폼은 복수의 다단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성되고; 상기 다단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 다단 보조 섬유는 코어 섬유에 순차적으로 감긴 탄성 계수가 상기 코어 섬유 보다 큰 고모듈러스 섬유를 포함하며; 상기 다단 보조 섬유 중의 1단 보조 섬유의 탄성 계수는 50 GPa 내지 90 GPa이고; 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 9.6이며, N = 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 3.0이며, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 15.0이고, 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 직경비는 0.5 내지 0.9이며, N은 2 내지 7이고; 상기 제1단 보조 섬유의 나선각은 2°내지 8°이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 제N-1단 보조 섬유에 비해 3°내지 15°증가하고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 5°내지 60°이며, N은 2 내지 7인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 2 mm 내지 50 mm이고; 상기 저모듈러스 섬유의 탄성 계수는 50 MPa 내지 50 GPa이며; 상기 고모듈러스 섬유의 탄성 계수는 ≥ 50 GPa이고; 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 7.5이며, N은 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 2.5이며, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 10.0이고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 10°내지 60°이며, N은 2 내지 7인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
  3. 제2항에 있어서,
    인접한 각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5°내지 90°인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
  4. 제2항에 있어서,
    각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
  5. 제3항에 있어서,
    인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm 내지 20 mm인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유(polyethylene fiber), 폴리비닐알코올 섬유(polyvinyl alcohol fiber), 폴리비닐포르말 섬유(polyvinyl formal fiber), 폴리염화비닐 섬유(polyvinyl chloride fiber), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fiber), 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber), 폴리아미드 섬유(polyamide fiber), 폴리이미드 섬유(polyimide fiber), 폴리에스테르 섬유(polyester fiber), 폴리우레탄 섬유(polyurethane fiber), 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber), 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유(polytetrafluoroethylene fiber) 및 폴리페닐렌 설파이드 섬유(polyphenylene sulfide fiber) 중 하나 이상이고; 상기 고모듈러스 섬유는 아라미드 섬유(aramid fiber), 폴리벤즈이미다졸 섬유(polybenzimidazole fiber), 폴리벤조디옥사졸 섬유(polybenzodioxazole fiber), 폴리아릴레이트 섬유(polyarylate fiber), 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 유리 섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 강 섬유(steel fiber), 연속 현무암 섬유(continuous basalt fiber), 탄화규소 섬유(silicon carbide fiber), 산화마그네슘 섬유(magnesium oxide fiber), 산화알루미늄 섬유(alu minium oxide fiber), 실리카 섬유(silica fiber), 석영 섬유(quartz fiber), 규산알루미늄 섬유(alu minium silicate fiber), 그래핀 섬유(graphene fiber) 및 보론 섬유(boron fiber) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기재는 금속, 세라믹, 유리, 콘크리트, 중합체 및 복합 재료 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료의 제조 방법으로서,
    상기 구체적인 제조 방법은,
    (1) 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는, 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계;
    (2) 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8 내지 1.0:1.2이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 50℃ 내지 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는, 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계;
    (3) 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 N단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 N단 이질 섬유 구조를 얻으며, N은 2 내지 7인, 다단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계;
    (4) 얻은 N단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 N단 이질 섬유 프리폼을 얻으며, N은 2 내지 7인, 다단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계; 및
    (5) 질량 분율이 0.2% 내지 2.0%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 다단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 2 mm 내지 20 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는, 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    단계 (2)에 따른 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지(bisphenol A epoxy resin)이고; 상기 경화제는 폴리아미드(polyamide), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 지방족 아민(aliphatic a mine)계 경화제 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료의 제조 방법.
  10. 삭제
KR1020227007129A 2019-10-25 2020-03-20 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료 및 이의 제조 방법 KR102454494B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911020713.3 2019-10-25
CN201911020713.3A CN111016334B (zh) 2019-10-25 2019-10-25 抗爆抗冲击多级异质纤维预制体复合材料及其制备方法
PCT/CN2020/080325 WO2021077668A1 (zh) 2019-10-25 2020-03-20 抗爆抗冲击多级异质纤维预制体复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220035266A KR20220035266A (ko) 2022-03-21
KR102454494B1 true KR102454494B1 (ko) 2022-10-17

Family

ID=70200459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227007129A KR102454494B1 (ko) 2019-10-25 2020-03-20 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료 및 이의 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102454494B1 (ko)
CN (1) CN111016334B (ko)
WO (1) WO2021077668A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111501345B (zh) * 2020-04-24 2021-05-04 江南大学 一种柔性加固复合材料及其制备方法
CN114750483B (zh) * 2021-01-08 2023-03-14 山东非金属材料研究所 一种负泊松比的复合材料道面板
CN114856242A (zh) * 2021-11-17 2022-08-05 天津大学 墙体用抗爆加固结构及其抗爆墙体
CN115948096B (zh) * 2022-12-17 2023-08-22 沪宝新材料科技（上海）股份有限公司 一种楼地面隔音涂料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040148921A1 (en) 2001-08-24 2004-08-05 Jean Guevel Rupture resistant yarn in particular for producing garments
CN107400947A (zh) 2017-07-04 2017-11-28 东华大学 一种环锭纺的负泊松比纱及其复合纺纱装置、方法与用途

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2324044C (en) * 2000-10-20 2009-05-12 Whizard Protective Wear Corp. Cut-resistant knitted fabric
GB0307330D0 (en) * 2003-03-29 2003-05-07 Dow Corning Ltd Improvements in and relating to composite materials and structures
GB0418759D0 (en) * 2004-08-23 2004-09-22 Auxetix Ltd Uses of auxetic fibres
CN108300136A (zh) * 2016-08-31 2018-07-20 东莞市金虹电子科技有限公司 一种石墨烯散热涂料的制备方法及产品
CN107130329B (zh) * 2017-04-28 2019-03-29 东华大学 基于热熔丝粘接制备稳定结构拉胀复合纱的装置及方法
CN107245786B (zh) * 2017-07-04 2019-09-27 东华大学 前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置、方法及用途
CN108587439A (zh) * 2018-05-18 2018-09-28 北京理工大学 一种抗水下***冲击涂层材料、制备方法及其应用
CN110079907B (zh) * 2019-05-06 2023-06-27 滁州霞客环保色纺有限公司 一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线及其三通道环锭纺纱装置和控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040148921A1 (en) 2001-08-24 2004-08-05 Jean Guevel Rupture resistant yarn in particular for producing garments
CN107400947A (zh) 2017-07-04 2017-11-28 东华大学 一种环锭纺的负泊松比纱及其复合纺纱装置、方法与用途

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220035266A (ko) 2022-03-21
WO2021077668A1 (zh) 2021-04-29
CN111016334B (zh) 2021-01-01
CN111016334A (zh) 2020-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102454494B1 (ko) 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료 및 이의 제조 방법
KR102451554B1 (ko) 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 콘크리트 및 이의 제조 방법
KR102443727B1 (ko) 음성 푸아송 비를 갖는 방폭 및 방충격 구배 복합 감쇠 재료 및 이의 제조 방법
Monaldo et al. Basalt-based fiber-reinforced materials and structural applications in civil engineering
Singha A short review on basalt fiber
Park et al. Element and processing
Das et al. Applications of fiber reinforced polymer composites (FRP) in civil engineering
US20210339499A1 (en) Composite materials and structures
KR101134993B1 (ko) 우수한 방폭 성능을 갖는 콘크리트 구조물 및 이의 제조방법
CN107011648B (zh) 一种Kevlar纤维布增强聚脲基复合材料及其制备方法
CN107355026A (zh) 轻质耗能防弹防爆墙
AU2019341199A1 (en) Micro rebar having basalt fiber-wrapped structural steel fiber core column
CN109373818A (zh) 一种防弹板及其制造方法
CN110202872A (zh) 抵抗高速破片与高强度***冲击的复合防爆板及制造方法
EP2273027A1 (en) Bar including fibre-reinforced polymers for concrete reinforcement
CN111101261B (zh) 一种防护低速冲击的纺织组合材料的制备方法
CN201539681U (zh) 一种连续纤维-钢丝复合板
CN113983870A (zh) 一种用于防弹车门衬层的新型轻质装甲结构
Bajpai et al. Introduction to Epoxy/Synthetic Fiber Composites
Lapena et al. Mechanical characterization of unidirectional basalt fiber epoxy composite
KR101803338B1 (ko) 전시시설용 frp 조성물 및 이를 이용한 frp 조형물의 제조방법
CN212332039U (zh) 一种快凝快硬高强水泥基防弹板
Prasad et al. Natural and Synthetic Fiber-Filled Polymer Composites Used as Anticorrosive Materials
Padmanabhan et al. Crashworthiness test on hollow section structural (HSS) frame by metal fiber laminates with various geometrical shapes-Review
CN105216339B (zh) 高模量碳纤维承力件加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right