KR102531103B1 - Manufacturing method of carbon fiber reinforced plastics film - Google Patents
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Abstract
탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게 SMC(sheet molding compound) 제조 공정에 흡습 방지 코팅법을 적용하여 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층 표면에 흡습방지막을 형성하는 방법에 관한 발명이다.
일 측면에 따른 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름 제조 방법은 원필름에 분산액을 도포하여 흡습방지막을 형성하는 단계; 흡습방지막에 수지를 도포하는 단계; 수지에 탄소섬유를 도포하는 단계; 및 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 단계;를 포함한다. The invention relates to a method for manufacturing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film, and more particularly, by applying a moisture absorption prevention coating method to a sheet molding compound (SMC) manufacturing process to form a moisture absorption prevention film on the surface of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer. It is an invention of a method.
A carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film manufacturing method according to an aspect includes forming a moisture absorption prevention film by applying a dispersion to a raw film; Applying a resin to the moisture absorption prevention film; applying carbon fibers to the resin; and compressing and impregnating the carbon fibers applied to the resin.
Description
탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 제조 방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게 SMC(sheet molding compound) 제조 공정에 흡습 방지 코팅법을 적용하여 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층 표면에 흡습방지막을 형성하는 방법에 관한 발명이다. The invention relates to a method for manufacturing carbon fiber reinforced plastic (CFRP), and more specifically, a method for forming an anti-moisture absorption film on the surface of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer by applying an anti-moisture coating method to a sheet molding compound (SMC) manufacturing process. It is an invention about
현재 차량용 모노코크(monocoque) 바디는 프레스 공장에서 강판을 프레스로 성형하여 만들어 진다. 이러한 공법은 차량 대량생산에 있어 매우 효율적인 공법이다. Currently, a monocoque body for a vehicle is made by forming a steel plate with a press in a press factory. This method is a very efficient method for mass production of vehicles.
이러한 공장 설비를 그대로 유지하고 재료를 변경하기 위한 방법으로 최근 탄소 섬유의 1차 가공품으로서 SMC(Sheet molding compound)를 이용하는 방법이 주목 받고 있다. As a method for maintaining such factory equipment as it is and changing materials, a method of using SMC (Sheet Molding Compound) as a primary processed product of carbon fiber has recently been attracting attention.
SMC는 유리섬유강화플라스틱(GFRP) 재료로서 실적이 있는 제품의 형태로 보통 프레스 성형 몰드에서 가열 가압하여 성형된다. 섬유와 수지가 일체로 변형되면서 성형되기 때문에 부분적으로 두께가 다른 성형품이나 리브, 보스 등을 갖춘 성형품을 만들 수도 있다. 최근, 이러한 유리 섬유를 탄소 섬유로 대체함으로써 CFRP의 특징을 유지하면서 대량상산에 대응하도록 하기 위한 연구가 진행 중에 있다. SMC is a glass fiber reinforced plastic (GFRP) material that is usually molded by heating and pressing in a press molding mold in the form of a proven product. Because the fiber and resin are molded while being deformed integrally, it is possible to make molded parts with partially different thicknesses, ribs, bosses, etc. Recently, research is in progress to respond to mass commercialization while maintaining the characteristics of CFRP by replacing such glass fibers with carbon fibers.
일 측면은 SMC(sheet molding compound) 제조 공정에 흡습 방지 코팅법을 적용하여 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)층(CR) 표면에 흡습방지막을 형성하도록 마련된 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 제조 방법을 제공하고자 한다. One aspect provides a method for manufacturing carbon fiber reinforced plastic (CFRP) prepared to form a moisture absorption barrier on the surface of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer (CR) by applying an anti-moisture coating method to a sheet molding compound (SMC) manufacturing process. want to do
일 측면에 따른 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법은 원필름에 분산액을 도포하여 흡습방지막을 형성하는 단계; 흡습방지막에 수지를 도포하는 단계; 수지에 탄소섬유를 도포하는 단계; 및 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 단계;를 포함한다. A method for manufacturing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film according to one aspect includes forming a moisture absorption prevention film by applying a dispersion to a raw film; Applying a resin to the moisture absorption prevention film; applying carbon fibers to the resin; and compressing and impregnating the carbon fibers applied to the resin.
또한, 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 단계는, 일면에 흡습방지막이 형성된 원필름을 미리 준비하고, 미리 준비된 원필름의 흡습방지막이 탄소섬유가 도포된 수지와 마주보도록 제공하여 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 것을 포함할 수 있다. In addition, in the step of compressing and impregnating the carbon fiber applied to the resin, a raw film having a moisture absorption prevention film formed on one surface is prepared in advance, and the moisture absorption prevention film of the previously prepared original film is provided to face the resin to which the carbon fiber is applied to the resin. It may include compressing and impregnating the applied carbon fibers.
또한, 원필름에 분산액을 도포하여 흡습방지막을 형성하는 단계는, 원필름에 분산액을 롤링(rolling) 및 분사 코팅(spray coating) 중 적어도 하나의 방법으로 도포하여 흡습방지막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. In addition, the step of applying the dispersion to the original film to form an anti-moisture absorption film may include forming an anti-moisture absorption film by applying the dispersion to the original film by at least one of rolling and spray coating. there is.
또한, 원필름에 분산액을 도포하여 흡습방지막을 형성하는 단계는, 분산액에 포함된 용매를 증발시켜 흡습방지막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. In addition, the step of forming the anti-moisture absorption film by applying the dispersion to the original film may include forming the anti-moisture absorption film by evaporating the solvent included in the dispersion.
또한, 분산액은, 용매에 흡습방지물질이 분산된 형태로 제공되는 것을 포함할 수 있다. In addition, the dispersion may include one provided in a form in which the moisture absorption prevention material is dispersed in a solvent.
또한, 흡습방지물질은, RGO(Reduced Graphene Oxide), 멀티레이어 그라펜(multilayered graphene), 싱글레이어 그라펜(single-layered graphene), 금속 질화물(metal nitride), 금속 카바이드(metal carbide), 금속 산화물(metal oxide) 및 탄소나노튜브(CNT)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the moisture absorption prevention material is reduced graphene oxide (RGO), multilayered graphene, single-layered graphene, metal nitride, metal carbide, metal oxide It may include at least one selected from the group including (metal oxide) and carbon nanotube (CNT).
또한, 금속 질화물은, 질화티탄(TiN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화크롬(CrN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the metal nitride may include at least one selected from the group consisting of titanium nitride (TiN), aluminum nitride (AlN), and chromium nitride (CrN).
또한, 금속카바이드는, 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화붕소(B4C) 및 텅스텐 카바이드(WC)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the metal carbide may include at least one selected from the group consisting of aluminum carbide (Al 4 C 3 ), boron carbide (B 4 C), and tungsten carbide (WC).
또한, 금속 산화물은, 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(Zr2O3) 및 산화티타늄(Ti2O3)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the metal oxide may include at least one selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (Zr 2 O 3 ), and titanium oxide (Ti 2 O 3 ).
또한, 용매는, 물, 에탄올(Ethanol) 및 메탄올(Methanol)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the solvent may include at least one selected from the group consisting of water, ethanol (Ethanol), and methanol (Methanol).
또한, 수지에 탄소섬유를 도포하는 단계에서, 탄소 섬유는, 절단 섬유(chopped fiber) 형태로 제공되는 것을 포함할 수 있다. In addition, in the step of applying the carbon fibers to the resin, the carbon fibers may include being provided in the form of chopped fibers.
일 측면에 따른 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 제조 방법에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. According to the manufacturing method of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) according to one aspect, the following effects can be expected.
먼저, 기존 SMC 제조 공정에 흡습방지 코팅법을 적용함으로써 원가 경쟁력을 확보할 수 있다. First, cost competitiveness can be secured by applying the anti-moisture coating method to the existing SMC manufacturing process.
또한, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층의 표면에 흡습방지막을 형성함으로써 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층의 에폭시 수지가 흡습에 의해 팽윤되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층의 체적 변화를 감소시킬 수 있으며, 고분자 열화에 의한 강도 감소 현상을 방지하여 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층의 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, by forming a moisture absorption prevention film on the surface of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer, it is possible to prevent swelling of the epoxy resin of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer due to moisture absorption. Due to this, it is possible to reduce the change in volume of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer, and to prevent a phenomenon of strength reduction due to polymer deterioration, thereby improving durability of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer.
또한, 흡습방지막의 재료로 고강도 그래핀을 사용함으로써 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층의 강도를 향상시킬 수 있다. In addition, the strength of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer can be improved by using high-strength graphene as a material for the moisture absorption prevention film.
도 1은 일 실시 예에 따른 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름 제조 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 CFRP SMC 필름 제조 공정의 흐름도 이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 CFRP SMC 필름 제조 공정의 흐름을 도시한 개념도 이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 방법으로 제조된 CFRP SMC 필름 구조의 단면도 이다.
도 5 및 도 6은 게시된 발명에 따른 CFRP SMC 필름의 성능실험 결과 그래프를 도시한 도면이다. 1 is a view showing an apparatus for manufacturing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film according to an embodiment.
2 is a flow chart of a CFRP SMC film manufacturing process according to an embodiment.
3 is a conceptual diagram showing the flow of a CFRP SMC film manufacturing process according to an embodiment.
Figure 4 is a cross-sectional view of the CFRP SMC film structure prepared by the method of Figures 2 and 3.
5 and 6 are graphs showing performance test results of the CFRP SMC film according to the disclosed invention.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. Like reference numbers designate like elements throughout the specification. This specification does not describe all elements of the embodiments, and general content or overlapping content between the embodiments in the technical field to which the present invention pertains will be omitted.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. Terms such as first and second are used to distinguish one component from another, and the components are not limited by the aforementioned terms.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. In each step, the identification code is used for convenience of description, and the identification code does not explain the order of each step, and each step may be performed in a different order from the specified order unless a specific order is clearly described in context. there is.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시 예들에 대해 설명한다.Hereinafter, the working principle and embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
게시된 발명은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법에 관한 것이다. The disclosed invention relates to a method of making a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film.
일반적으로 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)과 같이 에폭시(epoxy)를 모재로 하는 복합재료는 다습한 공기 중이나 수중 환경에 노출되었을 때 모재를 통한 확산에 의하여 흡습되게 된다. 침지 시간의 경과에 따라 에폭시 수지의 수분 흡수율이 증가하게 되며, 이러한 수분의 흡수는 에폭시 수지의 열화를 발생시켜 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 강도가 감소하게 된다. In general, a composite material having an epoxy as a base material, such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP), absorbs moisture by diffusion through the base material when exposed to a humid air or water environment. As the immersion time elapses, the moisture absorption rate of the epoxy resin increases, and the absorption of this moisture causes deterioration of the epoxy resin, thereby reducing the strength of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
뿐만 아니라, 에폭시 수지는 노출 환경에 따라 흡습 또는 탈습에 의한 체적 변화가 발생하며 이로 인해 치수가 불안정하게 된다. 따라서 열화에 의한 저하 현상을 줄이기 위해 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 표면에 수분 흡습 방지를 위한 코팅층을 적용하는 것이 필요하다. In addition, the epoxy resin undergoes a volume change due to moisture absorption or desorption depending on the exposure environment, resulting in unstable dimensions. Therefore, in order to reduce the deterioration caused by deterioration, it is necessary to apply a coating layer for preventing moisture absorption to the surface of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
이에, 게시된 발명에서는 SMC(sheet molding compound) 공법에 흡습 방지 코팅 공법을 적용하여 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 층 표면에 흡습방지막을 형성하는 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the disclosed invention intends to provide a method of forming an anti-moisture absorption film on the surface of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer by applying the anti-moisture coating method to the sheet molding compound (SMC) method.
SMC는 절단 섬유(chopped fiber)를 사용한 수지 컴파운드의 한 종류로 분류되며, 탄소/탄소 복합재 등의 원료인 BMC(Bulk Molding Compound)에 비해 사용하는 섬유의 길이가 길고 체적 함유 율이 높기 때문에 제품의 강도를 높이는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, SMC는 금형 프레스로 성형을 할 수 있기 때문에 대량 생산이 가능하며, 대형의 부품에도 대응할 수 있다.SMC is classified as a type of resin compound using chopped fibers. Compared to BMC (Bulk Molding Compound), which is a raw material for carbon/carbon composite materials, the length of the fiber used is long and the volume content is high, so the product is It is possible to increase the strength. In addition, since SMC can be molded with a mold press, mass production is possible and it can respond to large-sized parts.
이하 이해를 돕기 위해 SMC 공법과 흡습 방지 코팅 공법이 함께 적용된 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름 제조 장치의 구성을 설명한 후, 게시된 발명에 따른 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법을 설명하도록 한다.For better understanding, the configuration of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film manufacturing apparatus to which the SMC method and the anti-moisture absorption coating method are applied together is described, and then the manufacturing method of the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film according to the disclosed invention is described. do.
도 1은 일 실시 예에 따른 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름 제조 장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing an apparatus for manufacturing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film according to an embodiment.
도 1에 도시된 바를 참조하면, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름 제조 장치(1)는 원필름부(10), 흡습방지 코팅부(20), 수지 공급부(30), 도포섬유 공급부(40), 압착 롤러부(50)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the carbon fiber reinforced plastic (CFRP)
원필름부(10)에서는 원필름(S)이 제공된다. 원필름(S)은 하나 이상의 이송 롤러에 의해 설비 내측으로 이송 된다. In the
흡습방지 코팅부(20)는 이송롤러(11)를 따라 이송되는 원필름(S)에 분산액을 도포하도록 마련된 도포장치(21)와, 분산액의 용매를 증발시키기 위한 히터(미도시)와, 흡습방지막을 압착시키기 위한 압착 롤러(미도시)를 포함할 수 있다. The anti-moisture
도포장치(21)는 흡습방지물질이 포함된 분산액을 이송롤러(11)에 의해 설비 내측으로 이송된 원필름(S)에 도포한다. 분산액은 원필름(S) 표면에 롤링(rolling), 분사 코팅(spray coating) 등의 방식으로 도포될 수 있으나, 도포 방식이 이에 한정되는 것은 아니다. The
이어서, 히터는 약 100 내지 150℃의 열을 1분 이상 분산액에 가하여 분산액 내에 포함된 용매를 증발시킨다. 분산액으로부터 용매가 증발되면 원필름(S) 표면에 흡습방지막이 형성될 수 있으며, 이러한 흡습방지막(W)은 압착 롤러에 의해 균일하게 압착될 수 있다. Subsequently, the heater applies heat of about 100 to 150° C. to the dispersion for 1 minute or longer to evaporate the solvent contained in the dispersion. When the solvent evaporates from the dispersion, an anti-moisture absorption film may be formed on the surface of the original film (S), and the anti-moisture absorption film (W) may be uniformly compressed by a compression roller.
수지 공급부(30)는 흡습방지막(W)이 적층된 상태로 인입되는 원필름(S)에 액상의 열경화성 수지(R)를 도포하도록 마련된 도포박스(31)를 포함한다. 도포박스(31)에는 액상의 열경화성 수지(R)가 수용된다. The
도포섬유 공급부(40)에는 탄소섬유(CF)를 재단하는 초버(42)가 설치된다. 도포섬유 공급부(40)는 흡습방지막(W)과, 열경화성 수지(R)가 순차적으로 적층된 원필름(S)에 절단 섬유(C)를 도포하여 흡습 방지 코팅이 적용된 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름을 형성하도록 한다. 이하, 설명의 편의상 SMC 공법으로 제조된 게시된 발명에 따른 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름을 CFRP SMC 필름(CSF)으로 지칭하도록 한다. A
압착 롤러부(50)에는 복수 개의 압착 롤러(51)가 설치된다. 압착 롤러부(50)는 도포섬유 공급부(40)에서 인출되는 CFRP SMC 필름을 압착 및 함침시키는 역할을 수행한다. 이를 위해 압착 롤러부(50)는 약 60 bar의 압력으로 도포섬유 공급부(40)에서 인출되는 CFRP SMC 필름(CSF)을 압착할 수 있다. A plurality of
이상으로, 흡습방지 코팅 공정이 적용된 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름 제조 장치(1)에 대해 설명하였다. In the above, the carbon fiber reinforced plastic (CFRP)
이하, 게시된 발명에 따른 CFRP SMC 필름(CSF)의 제조 공정을 설명하도록 한다. Hereinafter, the manufacturing process of the CFRP SMC film (CSF) according to the disclosed invention will be described.
도 2는 일 실시 예에 따른 CFRP SMC 필름(CSF) 제조 공정의 흐름도 이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 CFRP SMC 필름(CSF) 제조 공정의 흐름을 도시한 개념도 이다. 2 is a flow chart of a CFRP SMC film (CSF) manufacturing process according to an embodiment, and FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a flow of a CFRP SMC film (CSF) manufacturing process according to an embodiment.
도 2 및 도 3에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 CFRP SMC 필름(CSF)의 제조 방법은, 원필름(S)에 분산액을 도포하여 흡습방지막(W)을 형성하는 단계(100); 흡습방지막(W)에 수지를 도포하는 단계(110); 수지에 탄소섬유를 도포하는 단계(120); 및 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 단계(130);를 포함한다. Referring to FIGS. 2 and 3, the method for manufacturing a CFRP SMC film (CSF) according to an embodiment includes the steps of forming a moisture absorption prevention film (W) by applying a dispersion to the original film (S) (100) ; Applying a resin to the moisture absorption prevention film (W) (110); Applying carbon fiber to the resin (120); and pressing and impregnating the carbon fibers applied to the resin (130).
먼저 원필름(S)에 분산액을 도포하여 흡습방지막(W)을 형성하는 단계가 수행된다(100). First, a step of forming a moisture absorption prevention film (W) by applying a dispersion liquid to the original film (S) is performed (100).
원필름(S)의 종류로는 수지 필름이나 폴리에틸렌 필름이 선택적으로 채택될 수 있으나, 원필름(S) 종류의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.As the type of the original film (S), a resin film or a polyethylene film may be selectively adopted, but the example of the type of the original film (S) is not limited thereto.
흡습방지막(W)의 종류로는 그라펜 나노시트(graphene nano-sheet)가 사용될 수 있다. 그래핀 나노시트는 흑연(graphite)으로부터 화학적 박리법에 의해 제조된RGO(Reduced Graphene Oxide), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition)으로 합성된 멀티레이어 그라펜(multi-layered graphene), 싱글레이어 그라펜(single-layered graphene)이 사용될 수 있다. A graphene nano-sheet may be used as a type of the moisture absorption prevention film (W). Graphene nanosheets are RGO (Reduced Graphene Oxide) prepared by chemical exfoliation from graphite, multi-layered graphene synthesized by chemical vapor deposition, and single-layer graphene. (single-layered graphene) can be used.
그라펜 나노시트는 결함이 적은 구조를 가지고 있어 다른 물질에 비하여 월등한 모이스처 배리어(moisture barrier)로서의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 얇고 넓은 면적에 사용이 가능하며 원가가 낮은 흑연을 사용하기 때문에 공정 비용을 현저히 감소시킬 수 있으므로 원가 경쟁력을 확보할 수 있다. Graphene nanosheets have a structure with few defects, so they can serve as superior moisture barriers compared to other materials. In addition, since graphite, which can be used in a thin and wide area and has a low cost, can significantly reduce process costs, it is possible to secure cost competitiveness.
한편, 흡습방지막(W)의 종류가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 분산액의 흡습방지물질로는 전술한 그라펜 물질 외에 금속 질화물(metal nitride), 금속 카바이드(metal carbide), 금속 산화물(metal oxide) 및 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. On the other hand, the type of moisture absorption prevention film (W) is not limited to the above-described example. For example, the moisture absorption preventing material of the dispersion is at least selected from the group including metal nitride, metal carbide, metal oxide, and carbon nanotube (CNT) in addition to the above-described graphene material. one can be used.
구체적으로, 금속 질화물의 종류로는 질화티탄(TiN), 질화알루미늄(AlN), 질화크롬(CrN) 등이 사용될 수 있다. Specifically, as the type of metal nitride, titanium nitride (TiN), aluminum nitride (AlN), chromium nitride (CrN), and the like may be used.
또한, 금속 카바이드의 종류로는 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화붕소(B4C), 텅스텐 카바이드(WC) 등이 사용될 수 있다. In addition, as the type of metal carbide, aluminum carbide (Al 4 C 3 ), boron carbide (B 4 C), tungsten carbide (WC), and the like may be used.
또한, 금속 산화물의 종류로는 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(Zr2O3), 산화티타늄(Ti2O3) 등이 사용될 수 있다. In addition, as the type of metal oxide, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (Zr 2 O 3 ), titanium oxide (Ti 2 O 3 ), and the like may be used.
다만, 사용 가능한 흡습방지물질의 예가 전술한 예 들에 한정되는 것은 아니며 통상의 기술자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.However, examples of usable anti-moisture absorption materials are not limited to the above examples, and should be broadly understood as a concept including changes within a range easily conceivable by those skilled in the art.
분산액의 용매 종류로는 물, 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol) 등과 같이 반응성이 적고 휘발성이 큰 용매 중 1종 이상이 사용될 수 있으나, 용매의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. As the type of solvent for the dispersion, one or more of less reactive and highly volatile solvents such as water, ethanol, and methanol may be used, but the type of solvent is not limited thereto.
원필름(S)에 분산액이 도포되면 분산액에 포함된 용매를 증발시켜 흡습방지막(W)을 형성할 수 있다. 흡습방지 코팅부(20)의 히터는 약 100 내지 150℃의 열을 1분 이상 분산액에 가하여 분산액 내에 포함된 용매를 증발시켜 흡습방지막(W)을 형성할 수 있다. When the dispersion is applied to the original film (S), the solvent contained in the dispersion may be evaporated to form the moisture absorption prevention film (W). The heater of the anti-moisture
다음으로, 흡습방지막(W)에 수지를 도포하는 단계가 수행된다(110).Next, a step of applying a resin to the moisture absorption prevention film (W) is performed (110).
흡습방지막(W)에 도포되는 수지의 종류로는 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 이러한 열경화성 수지는 원필름(S)과 원필름(S) 사이를 접착시키는 역할을 수행하는 것으로, 열경화 수지의 종류로는 에폭시 수지 및 블포화 폴리에스테르 수지 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 다만, 사용 가능한 열경화성 수지의 예가 이에 한정되는 것은 아니다. As a type of resin applied to the moisture absorption prevention film (W), a thermosetting resin may be used. The thermosetting resin serves to adhere the original films S to each other, and as the thermosetting resin, at least one of an epoxy resin and an unsaturated polyester resin may be used. However, examples of usable thermosetting resins are not limited thereto.
다음으로, 수지에 탄소섬유를 도포하는 단계가 수행될 수 있다(120).Next, a step of applying carbon fibers to the resin may be performed (120).
탄소섬유는 절단 섬유 형태로 제공될 수 있다. 이러한 탄소섬유는 원필름(S)에 도포되어 고형성을 보장하고 추후 가압롤러로 인입되어 CFRP SMC 필름(CSF)에 소정의 패턴을 형성할 수 있다. Carbon fibers may be provided in the form of cut fibers. These carbon fibers are applied to the original film (S) to ensure solidity, and later drawn by a pressure roller to form a predetermined pattern on the CFRP SMC film (CSF).
다음으로, 압착 및 함침 단계는, 앞서 탄소섬유 도포 단계 이후 가공된 필름을 고온 상태에서 압착 및 함침시키는 단계이다(130). 본 단계에서는 가열소자들을 통해 고온을 발생시킴으로써 인입되는 가공필름을 가열시킨 후 가압롤러에 형성된 패턴을 가공필름에 형성시키고 외부로 인출시켜 자연냉각 시키는 공정으로 이루어 진다. Next, the compression and impregnation step is a step of compressing and impregnating the processed film after the carbon fiber application step in a high temperature state (130). In this step, the incoming processing film is heated by generating a high temperature through the heating elements, then the pattern formed on the pressure roller is formed on the processing film, and the process is taken out to the outside to cool naturally.
본 단계는 실시 예에 따라 일면에 흡습방지막(W)이 형성된 원필름(S)을 미리 준비하여 미리 준비된 원필름(S)의 흡습방지막(W)이 탄소섬유가 도포된 수지와 마주보도록 제공할 수 있다. 다시 말해, 롤 방식을 이용한 양면 접합 방식이 채용될 수 있다. In this step, according to the embodiment, the original film (S) having a moisture absorption prevention film (W) formed on one side is prepared in advance so that the moisture absorption prevention film (W) of the previously prepared one film (S) faces the resin coated with carbon fiber. can In other words, a double-sided bonding method using a roll method may be employed.
도 4는 도 2 및 도 3의 방법으로 제조된 CFRP SMC 필름(CSF) 구조의 단면도 이다. 4 is a cross-sectional view of a CFRP SMC film (CSF) structure manufactured by the method of FIGS. 2 and 3 .
도 4에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 CFRP SMC 필름(CSF)은 원필름(S), 흡습방지막(W), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)층(CR), 흡습방지막(W) 및 원필름(S)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. Referring to FIG. 4, the CFRP SMC film (CSF) according to an embodiment includes a raw film (S), an anti-moisture film (W), a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer (CR), and an anti-moisture film (W). And the original film (S) has a structure in which it is sequentially laminated.
흡습방지막(W)의 주 성분인 그라펜은 흑연 재질로 열전도도 및 전기전도도가 우수하고, 화학적 안정성이 뛰어날 뿐 아니라, 원자나 분자들이 투과하지 못하는 배리어로서의 특성을 갖는다. 도 4의 CFRP SMC 필름(CSF)은 CFRP 층 양쪽에 흡습방지막(W)이 배치된 구조를 가짐으로써 우수한 배리어 특성을 구현하도록 할 수 있다. Graphene, the main component of the moisture absorption barrier W, is a graphite material and has excellent thermal conductivity and electrical conductivity, excellent chemical stability, and properties as a barrier that prevents atoms or molecules from permeating. The CFRP SMC film (CSF) of FIG. 4 has a structure in which moisture absorption prevention films (W) are disposed on both sides of the CFRP layer, so that excellent barrier properties can be realized.
이하, 방습코팅이 적용된 게시된 발명에 따른 CFRP SMC 필름(CSF)의 성능 실험을 통해 게시된 발명의 흡습 방지 성능에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the moisture absorption prevention performance of the disclosed invention will be described through a performance test of the CFRP SMC film (CSF) according to the disclosed invention to which the moisture barrier coating is applied.
도 5 및 도 6은 게시된 발명에 따른 CFRP SMC 필름(CSF)의 성능실험 결과 그래프를 도시한 도면이다. 도 6은 도 5의 점선 표시 부분을 확대 도시한 그래프 이다. 5 and 6 are graphs showing performance test results of the CFRP SMC film (CSF) according to the disclosed invention. FIG. 6 is a graph showing an enlarged portion indicated by a dotted line in FIG. 5 .
구체적인 실험 조건은 다음과 같다. 먼저, 50℃, 5 wt% 염화나트륨(NaCl) 환경에서 CFRP SMC 필름(CSF)의 침지 실험을 실시하였다. 노출 면적은 2.5 cm x 5 cm x 0.25 cm로, 그래핀 흡습방지막(W)의 적층 수에 따른 방습 효과의 차이를 살펴보았다. The specific experimental conditions are as follows. First, a CFRP SMC film (CSF) was immersed in an environment of 5 wt% sodium chloride (NaCl) at 50 °C. The exposure area was 2.5 cm x 5 cm x 0.25 cm, and the difference in moisture-proofing effect according to the number of layers of the graphene moisture absorption barrier (W) was examined.
도 5 및 도 6의 실험 예 1은 흡습방지막(W)을 적층하지 않은 CFRP SMC 필름(CSF)의 경우이고, 실험 예 2는 흡습방지막(W)을 CFRP층 양쪽에 각각 한 층씩 적층한 CFRP SMC 필름(CSF)의 경우이고, 실험 예 3은 흡습방지막(W)을 CFRP층 양쪽에 각각 두 층씩 적층한 CFRP SMC 필름(CSF)의 경우이고, 실험 예 4는 흡습방지막(W)을 CFRP 층 양쪽에 각각 세 층씩 적층한 CFRP SMC 필름(CSF)의 경우이다. Experimental Example 1 of FIGS. 5 and 6 is a CFRP SMC film (CSF) without a moisture absorption barrier (W) laminated, and Experimental Example 2 is a CFRP SMC film in which a moisture absorption barrier (W) is laminated one by one on both sides of the CFRP layer. In the case of a film (CSF), Experimental Example 3 is a case of a CFRP SMC film (CSF) in which two layers of the moisture absorption prevention film (W) are laminated on both sides of the CFRP layer, and Experimental Example 4 is the case of the moisture absorption prevention film (W) on both sides of the CFRP layer. This is the case of a CFRP SMC film (CSF) laminated with three layers on each.
실험 결과, 흡습방지막(W)을 적층하지 않은 실험 예 1보다 흡습방지막(W)을 적층한 실험 예 2 내지 4의 경우 침지 시간에 따른 CFRP SMC 필름(CSF)의 weight gain 값이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이로부터, 흡습방지막(W)을 적층함으로써 방습 효과를 가져올 수 있음을 확인하였다. As a result of the experiment, it can be confirmed that the weight gain value of the CFRP SMC film (CSF) according to the immersion time is lower in Experimental Examples 2 to 4 in which the moisture absorption prevention film (W) is laminated than in Experimental Example 1 in which the moisture absorption prevention film (W) is not laminated. there was. From this, it was confirmed that a moisture barrier effect can be obtained by laminating the moisture absorption prevention film (W).
또한, 흡습방지막(W)을 한 층 적층한 실험 예 2보다 흡습방지막(W)을 복수 층 적층한 실험 예 3 및 4의 경우 침지 시간에 따른 CFRP SMC 필름(CSF)의 weight gain 값이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이로부터, 흡습방지막(W)을 멀티레이어로 적층할 경우 보다 높은 방습 효과를 가져올 수 있음을 확인할 수 있었다. In addition, in the case of Experimental Examples 3 and 4 in which multiple layers of the moisture absorption prevention film (W) were laminated than in Experimental Example 2 in which the moisture absorption prevention film (W) was laminated in one layer, the weight gain value of the CFRP SMC film (CSF) according to the immersion time was lower. I was able to confirm. From this, it was confirmed that when the moisture absorption prevention film (W) is laminated in multiple layers, a higher moisture barrier effect can be obtained.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.As above, the disclosed embodiments have been described with reference to the accompanying drawings. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a form different from the disclosed embodiments without changing the technical spirit or essential features of the present invention. The disclosed embodiments are illustrative and should not be construed as limiting.
10: 원필름부
11: 이송롤러
20: 흡습방지 코팅부
30: 수지 공급부
40: 도포섬유 공급부
50: 압착 롤러부
S: 원필름10: original film part
11: transfer roller
20: anti-moisture coating
30: resin supply unit
40: applied fiber supply unit
50: compression roller unit
S: One Film
Claims (11)
상기 흡습방지막에 수지를 도포하는 단계;
상기 수지에 탄소섬유를 도포하는 단계; 및
상기 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 단계;를 포함하며,
상기 분산액은 용매에 흡습방지물질이 분산된 것이고,
상기 흡습방지물질은, 그라펜 나노시트, 금속 질화물(metal nitride), 금속카바이드(metal carbide) 및 금속 산화물(metal oxide)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법. Forming a moisture absorption prevention film by applying a dispersion liquid to the original film;
applying a resin to the moisture absorption prevention film;
applying carbon fibers to the resin; and
Including; compressing and impregnating the carbon fiber applied to the resin,
The dispersion is a moisture absorption prevention material dispersed in a solvent,
The moisture absorption prevention material is a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) containing at least one selected from the group consisting of graphene nanosheets, metal nitrides, metal carbides and metal oxides. How to make a film.
상기 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 단계는,
일면에 흡습방지막이 형성된 원필름을 미리 준비하고,
상기 미리 준비된 원필름의 흡습방지막이 상기 탄소섬유가 도포된 수지와 마주보도록 제공하여 상기 수지에 도포된 탄소섬유를 압착 및 함침시키는 것을 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법. According to claim 1,
The step of compressing and impregnating the carbon fiber applied to the resin,
A raw film having a moisture absorption prevention film formed on one side is prepared in advance,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising providing a moisture absorption prevention film of the pre-prepared original film to face the resin coated with the carbon fiber and compressing and impregnating the carbon fiber coated with the resin.
원필름에 분산액을 도포하여 흡습방지막을 형성하는 단계는,
상기 원필름에 상기 분산액을 롤링(rolling) 및 분사 코팅(spray coating) 중 적어도 하나의 방법으로 도포하여 흡습방지막을 형성하는 것을 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법. According to claim 1,
The step of forming a moisture absorption prevention film by applying the dispersion to the original film,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising forming a moisture absorption prevention film by applying the dispersion to the original film by at least one of rolling and spray coating.
원필름에 분산액을 도포하여 흡습방지막을 형성하는 단계는,
상기 분산액에 포함된 용매를 증발시켜 흡습방지막을 형성하는 것을 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법.According to claim 1,
The step of forming a moisture absorption prevention film by applying the dispersion to the original film,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising evaporating the solvent contained in the dispersion to form an anti-moisture film.
상기 그라펜 나노시트는,
RGO(Reduced Graphene Oxide), 멀티레이어 그라펜(multilayered graphene), 싱글레이어 그라펜(single-layered graphene)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법.According to claim 1,
The graphene nanosheet,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising at least one selected from the group consisting of reduced graphene oxide (RGO), multilayered graphene, and single-layered graphene.
상기 금속 질화물은,
질화티탄(TiN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화크롬(CrN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법.According to claim 1,
The metal nitride,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising at least one selected from the group consisting of titanium nitride (TiN), aluminum nitride (AlN) and chromium nitride (CrN).
상기 금속카바이드는,
탄화알루미늄(Al4C3), 탄화붕소(B4C) 및 텅스텐 카바이드(WC)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법.According to claim 1,
The metal carbide,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising at least one selected from the group consisting of aluminum carbide (Al 4 C 3 ), boron carbide (B 4 C) and tungsten carbide (WC).
상기 금속 산화물은,
산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(Zr2O3) 및 산화티타늄(Ti2O3)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법.According to claim 1,
The metal oxide,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising at least one selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (Zr 2 O 3 ) and titanium oxide (Ti 2 O 3 ).
상기 용매는,
물, 에탄올(Ethanol) 및 메탄올(Methanol)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법.According to claim 1,
The solvent is
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising at least one selected from the group consisting of water, ethanol and methanol.
상기 수지에 탄소섬유를 도포하는 단계에서,
상기 탄소 섬유는,
절단 섬유(chopped fiber) 형태로 제공되는 것을 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
In the step of applying carbon fiber to the resin,
The carbon fiber,
A method for producing a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) film comprising being provided in the form of chopped fibers.
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