KR20130095700A - 투명 복합 소재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 유리 조성물(유리 섬유)과 무기물-유기물 혼성(하이브리드) 수지를 함침함으로써 넓은 온도 범위에서 투명성을 유지할 수 있는 투명 복합 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 명세서의 실시예들에 따른 투명 복합 소재는 유리 섬유와; 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 포함하며, 상기 무기 결합체는 Si-O-Si 결합체 또는 Si-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소일 수 있다.

Description

투명 복합 소재 및 그 제조 방법{COLORLESS COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 명세서는 투명 복합 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 투명 소재로서 주로 유리나 플라스틱이 사용되고 있으나, 유리는 잘 깨지고, 플라스틱은 강도가 약하기 때문에 투명 복합 소재에 대한 개발이 진행되고 있다. 종래 기술에 따른 투명 복합 소재는 유리 섬유를 일반적인 투명 수지에 함침하여 제작되었으나, 유리 섬유와 일반적인 투명 수지는 온도 변화에 따른 굴절률 변화율의 차이가 크기 때문에 온도 변화에 따라 광 투과율의 변화가 생기게 된다.
본 명세서는 유리 조성물(유리 섬유)과 무기물-유기물 혼성(하이브리드) 수지를 함침함으로써 넓은 온도 범위에서 투명성을 유지할 수 있는 투명 복합 소재 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 투명 복합 소재는, 유리 섬유와; 상기 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 포함하며, 상기 무기 결합체는 Si-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소로서 Ti, Zr, Al 중에서 어느 하나일 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 Si-O-M 결합체의 비율은 2~20중량%일 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 Si-O-M 결합체는 Si-O-Ti, Si-O-Zr, Si-O-Al 결합체 중 어느 하나일 수 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 투명 복합 소재는, 유리 섬유와; 상기 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 포함하며, 상기 무기 결합체는 M-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소일 수 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법은, 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 제조하는 단계와; 상기 무기-유기 혼성 수지에 상기 유리 섬유를 함침시키는 단계와; 상기 함침된 물질을 열 또는 광 경화시킴으로써 투명 복합 소재를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 무기 결합체는 Si-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소이며, 상기 무기-유기 혼성 수지는 가수분해와 축합반응 과정을 포함하는 졸-겔법에 의해 제조될 수 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법은, 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 제조하는 단계와; 상기 무기-유기 혼성 수지에 상기 유리 섬유를 함침시키는 단계와; 상기 함침된 물질을 열 또는 광 경화시킴으로써 투명 복합 소재를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 무기 결합체는 M-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 복합 소재에 포함된 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체(Si-O-Si 결합체)의 비율을 조절함으로써 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재(또는 투명 기판)의 투명성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 복합 소재에 포함된 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체(Si-O-M 또는 M-O-M 결합체)에 금속 원소를 추가함으로써 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재(또는 투명 기판)의 투명성을 유지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 실험 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 복합 소재를 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재는 액정 표시장치(Liquid crystal display, LCD) 뿐만 아니라 유기 발광 다이오드소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)의 디스플레이 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma display panel, PDP), 전계방출소자(Field Emitting Display, FED)의 디스플레이 패널과 같은 다양한 디스플레이 패널에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재는 플렉시블(flexible) 기판, 광학용 기판(예를 들면, 태양전지 등), 유리 대체용 소재로서 사용될 수도 있다.
일반적으로, 유리 섬유(유리)와 동일한 굴절률을 갖는 일반적인 수지에 유리 섬유를 함침(impregnation)시켜 투명 소재를 제조할 수도 있다. 그러나, 상온에서 유리 섬유와 수지가 동일한 굴절률을 가지게 되어 투명하게 보인다 할지라도 온도가 변화함에 따라 투명 소재의 투명도가 현저히 저하되는 특성을 나타낸다. 이는 온도 변화에 따라 유리 섬유와 수지의 굴절률이 변화하는 열광학 효과에 의한 것이다.
상기 열광학 효과는 온도에 따른 굴절률의 변화율인 열광학계수(dn/dT)로 나타내며, 무기물인 유리 섬유와 유기물인 수지는 열광학계수의 차이가 큰 물질이다. 유리 섬유의 열광학계수는 대략 +10-5/oC이며, 유기물인 수지의 열광학계수는 대략 -10-4/oC이다. 즉, 온도가 증가함에 따라 무기물인 유리 섬유의 굴절률은 증가하지만 유기물인 수지의 굴절률은 감소하며, 이에 대한 변화율도 유기물이 일반적으로 10배 이상 크게 나타난다. 따라서, 온도 변화에 의해 투명 소재의 투명도 및 헤이즈(haze)는 급격하게 변화하게 된다. 예를 들면, 25도에서 투명성을 유지하는 투명 소재는 80도 온도에서 열광학 효과에 의해 불투명하게 변한다.
따라서, 이하에서는 수지의 열광학계수를 조절함으로써 넓은 온도 범위에서 투명성을 유지할 수 있는 투명 복합 소재(또는 투명 기판)를 상세히 설명한다. 상기 투명 복합 소재에 사용되는 유리 섬유는 섬유화, 직조성 등을 고려할 때 쉽게 조성물을 변경하기 어렵고, 상기 조성물의 변경에 의해서도 열광학계수가 큰 폭으로 변화하지 않으므로 상기 수지의 열광학계수를 조절하는 것이 용이할 수 있다.
본 발명의 실시에에 따른 투명 복합 소재에 포함된 수지 물질로서 무기-유기 혼성(하이브리드) 물질(Inorganic-Organic Hybrid Materials)을 사용한다. 상기 무기-유기 혼성 물질은 가수분해(hydrolysis)와 축합(condensation)반응 과정을 포함하는 졸-겔법(sol-gel method)에 의해 제조되거나 유기할로겐실란을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 반응시켜 제조되거나, 물을 사용하지 않는 비가수분해(Non-hydrolytic) 반응 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
상기 무기-유기 혼성 물질은 일반식 1~3 중 어느 하나로 나타낼 수 있는 금속 화합물들을 출발 물질로 제조할 수 있다.
<일반식 1>
(OR1)nM-R2 m (n+m=4)
<일반식 2>
(OR1)nM-(X-R3)m (n+m=4)
<일반식 3>
R4MCl3
상기 일반식 1~3에서 M은 Si(실리콘)을 포함하는 금속원소를 나타내고, R1~R4는 유기물을 나타낸다. R1은 탄소수가 1~10개인 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등의 직쇄 또는 측쇄 알킬기이거나 이들 그룹이 가수분해된 수소원자이며, R2는 탄소수가 1~4인 직쇄 또는 측쇄 알킬기, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기를 나타낸다. 또한 n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수를 나타낸다.
X는 탄소수가 3~6인 탄소 사슬이며, R3은 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬 내에 플로라이드 원자가 치환된 물질(이하, 탄화불소라 한다)을 나타낸다.
R4는 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, 비닐기, 글리시독시기 또는 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 탄화불소를 나타낸다.
상기 일반식 1~3에 속하는 구체적인 화합물의 예로서는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라부톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐디메톡시
에톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리메톡시실란(DIAMO), N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리프로폭시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리부톡시시실란, 트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민(TRIAMO), 트리에톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, 트리프로폭시실릴프로필디에틸렌트리아민, 트리부톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, 2-글리시독시에틸메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-글리시독시프로필트리메톡시실란, 2-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디에톡시실란, 3-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 2-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 2-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에톡시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리프로폭시실란, 2-클로로프로필트리부톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3,3,3,-트리플루오르프로필트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 메틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란, 페닐트리클로로실란, 비닐트리클로로실란, 헥실트리클로로실란 또는 데실트리클로로실란이 있다. 상기 일반식 1~3에 대한 설명은 한국 특허 출원 번호 10-2004-0033965에도 개시되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 소재에 포함된 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 조절함으로써 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재(또는 투명 기판)의 투명성을 유지하기 위하여, 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 무기결합(예를 들면, Si-O-Si 결합체)과 유기결합의 비율을 조절함으로써 상기 무기-유기 혼성 수지(낮은 열광학계수를 갖는 무기-유기 혼성 수지)의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절할 수 있다.
상기 무기-유기 혼성 수지는 무기물과 유기물의 비율 및/또는 종류에 의해 열광학계수가 변화하며, 이는 각각의 결합들이 갖는 열광학계수의 조합에 의해 결정된다.
따라서, 상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 무기물로 이루어진 유리 섬유의 열광학계수에 가깝게 하기 위해서는 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물(무기물 결합체)의 비율을 높이는 것이 필요하다.
상기 무기-유기 혼성 수지와 유리섬유의 열광학계수가 가까울수록 온도변화에 따른 굴절률 차이가 줄어들어 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재를 사용하는 것이 가능하다.
상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절하기 위해, 상기 무기-유기 혼성 수지가 100중량%라고 가정할 때 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 무기 결합체(예를 들면, Si-O-Si 결합체)의 비율은 30중량% 이상 또는 40~60중량%일 수 있다. 이때, 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 유기결합체의 비율은 70중량% 이하 또는 60~40중량%일 수 있다. 상기 유기 결합체는 메틸(-CH3), 에틸(-C2H5), 페닐(-C6H5) 등의 결합체일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 유리 섬유(유리 직물)의 표면을 일반적인 표면 처리 공정을 통해 처리한다(S11). 예를 들면, 유리 섬유(유리 직물)를 상기 무기-유기 혼성 수지에 함침하기 위해 상기 유리 섬유(유리 직물)의 표면을 처리한다.
상기 무기-유기 혼성 수지를 졸-겔법을 통해 제조한다(S12). 상기 무기-유기 혼성 수지는 가수분해(hydrolysis)와 축합(condensation)반응 과정을 포함하는 졸-겔법(sol-gel method)에 의해 제조되거나 유기할로겐실란을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 반응시켜 제조되거나, 물을 사용하지 않는 비가수분해(Non-hydrolytic) 반응 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
상기 무기-유기 혼성 수지는 일반식 1~3중 어느 하나로 제조된 후 무기-유기 혼성 수지 내의 Si-O-Si 결합체의 비율을 조절하거나, 상기 무기-유기 혼성 수지를 일반식 1~3중 어느 하나로 제조할 때 상기 Si-O-Si 결합체의 비율을 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 무기-유기 혼성 수지는 상기 일반식 1로 표현될 수 있으며, R2를 변경하거나 n과 m을 변경함으로써 상기 무기 결합체/유기 결합체의 비율을 조절할 수 있다. 또는, 30중량% 이상 또는 40~60중량%의 Si-O-Si 결합체를 유기 결합체와 혼합함으로써 상기 무기-유기 혼성 수지를 제조할 수도 있다.
상기 무기-유기 혼성 수지에 상기 표면 처리된 유리 섬유를 함침시킨다(S13).
상기 함침된 물질을 열 또는 광경화시킴으로써 상기 투명 복합 소재를 제조한다(S14). 상기 함침된 물질을 일방향으로 프리프레그(Prepreg)하고, 그 프리프리그된 층을 적층하고, 그 적층된 층을 압축 가열함으로써 투명 복합 소재를 제조할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 실험 결과를 나타낸 도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절하기 위해, 상기 무기-유기 혼성 수지가 100중량%라고 가정할 때 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 무기 결합체(예를 들면, Si-O-Si 결합체)의 비율을 30중량% 이상 또는 40~60중량%로 조절함으로써 -10~80도 사이의 넓은 온도 범위에서 광투과율이 75% 이상을 유지하고 헤이즈(haze)를 15% 이하로 유지하는 투명 복합 소재를 제조하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 복합 소재에 포함된 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체(Si-O-Si 결합체)의 비율을 조절함으로써 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재(또는 투명 기판)의 투명성을 유지할 수 있다.
한편, 상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절하기 위해, 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체를 금속 원소를 사용하여 제조할 수도 있다. 이하에서는, 금속 원소를 포함하는 무기물 결합체를 이용하여 투명 복합 소재를 제조하는 방법을 도 3을 참조하여 설명한다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 복합 소재의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 유리 섬유(유리 직물)의 표면을 일반적인 표면 처리 공정을 통해 처리한다(S21). 예를 들면, 유리 섬유(유리 직물)를 상기 무기-유기 혼성 수지에 함침하기 위해 상기 유리 섬유(유리 직물)의 표면을 처리한다.
상기 금속 원소를 포함하는 무기-유기 혼성 수지를 졸-겔법을 통해 제조한다(S22). 상기 무기-유기 혼성 수지는 가수분해(hydrolysis)와 축합(condensation)반응 과정을 포함하는 졸-겔법(sol-gel method)에 의해 제조되거나 유기할로겐실란을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 반응시켜 제조되거나, 물을 사용하지 않는 비가수분해(Non-hydrolytic) 반응 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
상기 무기-유기 혼성 수지는 일반식 1~3중 어느 하나로 제조된 후 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체(Si-O-M 또는 M-O-M)의 비율을 조절하거나, 상기 무기-유기 혼성 수지를 일반식 1~3중 어느 하나로 제조할 때 상기 무기물 결합체(Si-O-M 또는 M-O-M)의 비율을 조절할 수 있다. 상기 무기-유기 혼성 수지는 상기 일반식 1로 표현될 수 있으며, R2를 변경하거나 n과 m을 변경함으로써 상기 무기 결합체/유기 결합체의 비율을 조절할 수 있다. 또는, 2중량% 이상 또는 2~20중량%의 무기물 결합체를 유기 결합체와 혼합함으로써 상기 무기-유기 혼성 수지를 제조할 수도 있다.
상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절하기 위해, 상기 무기-유기 혼성 수지가 100중량%라고 가정할 때 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 무기 결합체(예를 들면, Si-O-M 결합체 또는 M-O-M 결합체)의 비율은 2~20중량%일 수 있다. 이때, 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 유기 결합체의 비율은 98~80중량%일 수 있다. 상기 유기 결합체는 메틸(-CH3), 에틸(-C2H5), 페닐(-C6H5) 등의 결합체일 수 있다.
상기 무기물 결합체인 Si-O-M 또는 M-O-M 결합체는 금속 원소(M)를 포함한다. 예를 들면, 상기 금속 원소는 Ti, Zr, Al 중에서 어느 하나일 수 있으며, 상기 Si-O-M 또는 M-O-M 결합체의 비율은 2~20중량%일 수 있다.
상기 Si-O-M 또는 M-O-M 결합체는 상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절하기 위해, Si-O-Ti, Si-O-Zr, Si-O-Al 결합체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 상기 Si-O-M 결합체는 상기 Si-O-Ti 결합체일 수 있으며, 상기 Ti의 비율은 2~20중량%일 수 있다. 상기 Si-O-M 결합체는 상기 Si-O-Zr 결합체일 수 있으며, 상기 Zr의 비율은 2~8중량%일 수 있다. 상기 Si-O-M 결합체는 상기 Si-O-Al 결합체일 수 있으며, 상기 Al의 비율은 2~10중량%일 수 있다.
상기 M-O-M 결합체는 상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절하기 위해, 금속 원소로만 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 M-O-M 결합체는 상기 Ti-O-Ti 결합체일 수 있으며, 상기 Ti의 비율은 2~20중량%일 수 있다. 상기 M-O-M 결합체는 상기 Al-O-Al 결합체일 수 있으며, 상기 Al의 비율은 2~10중량%일 수 있다. 상기 M-O-M 결합체는 상기 Zr-O-Zr 결합체일 수 있으며, 상기 Zr의 비율은 2~8중량%일 수 있다.
상기 무기-유기 혼성 수지에 상기 표면 처리된 유리 섬유를 함침시킨다(S13).
상기 함침된 물질을 열 또는 광경화시킴으로써 상기 투명 복합 소재를 제조한다(S14).
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 무기-유기 혼성 수지의 열광학계수를 -5 x 10-5/oC ~ +10-5/oC 으로 조절하기 위해, 상기 무기-유기 혼성 수지가 100중량%라고 가정할 때 상기 무기-유기 혼성 수지 내의 무기 결합체(예를 들면, M-O-M 결합체)의 비율을 2~20중량%로 조절함으로써 -10~80도 사이의 넓은 온도 범위에서 광투과율이 75% 이상을 유지하고 헤이즈(haze)를 15% 이하로 유지하는 투명 복합 소재를 제조하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 복합 소재에 포함된 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체(Si-O-M 또는 M-O-M 결합체)에 금속 원소를 추가함으로써 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재(또는 투명 기판)의 투명성을 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 복합 소재에 포함된 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체(Si-O-Si 결합체)의 비율을 조절함으로써 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재(또는 투명 기판)의 투명성을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 복합 소재 및 그의 제조 방법은, 투명 복합 소재에 포함된 무기-유기 혼성 수지 내의 무기물 결합체(Si-O-M 또는 M-O-M 결합체)에 금속 원소(M)를 추가함으로써 넓은 온도 범위에서 투명 복합 소재(또는 투명 기판)의 투명성을 유지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 유리 섬유와;
    상기 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 포함하며, 상기 무기 결합체는 Si-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소로서 Ti, Zr, Al 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Si-O-M 결합체의 비율은,
    2~20중량% 인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 Si-O-M 결합체는,
    Si-O-Ti, Si-O-Zr, Si-O-Al 결합체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
  4. 유리 섬유와;
    상기 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 포함하며, 상기 무기 결합체는 M-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재.
  5. 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 제조하는 단계와;
    상기 무기-유기 혼성 수지에 상기 유리 섬유를 함침시키는 단계와;
    상기 함침된 물질을 열 또는 광 경화시킴으로써 투명 복합 소재를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 무기 결합체는 Si-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소이며,
    상기 무기-유기 혼성 수지는 가수분해와 축합반응 과정을 포함하는 졸-겔법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 Si-O-M 결합체의 비율은,
    2~20중량% 인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금속 원소는,
    Ti, Zr, Al 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 Si-O-M 결합체는,
    Si-O-Ti, Si-O-Zr, Si-O-Al 결합체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
  9. 유리 섬유의 열광학계수와 동일 또는 유사하도록, 무기 결합체와 유기 결합체로 이루어진 무기-유기 혼성 수지를 제조하는 단계와;
    상기 무기-유기 혼성 수지에 상기 유리 섬유를 함침시키는 단계와;
    상기 함침된 물질을 열 또는 광 경화시킴으로써 투명 복합 소재를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 무기 결합체는 M-O-M 결합체이며, 상기 M은 금속 원소인 것을 특징으로 하는 투명 복합 소재의 제조 방법.
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