KR20190051773A - Method for manufacturing aligned discontinuous fiber and aligned discontinuous fiber - Google Patents

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KR20190051773A
KR20190051773A KR1020180094883A KR20180094883A KR20190051773A KR 20190051773 A KR20190051773 A KR 20190051773A KR 1020180094883 A KR1020180094883 A KR 1020180094883A KR 20180094883 A KR20180094883 A KR 20180094883A KR 20190051773 A KR20190051773 A KR 20190051773A
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Abstract

The present invention relates to a production method of a discontinuously unidirectional oriented fiber-reinforced composite material, and to a discontinuously unidirectional oriented fiber-reinforced composite material. The production method of a discontinuously unidirectional oriented fiber-reinforced composite material comprises discontinuously unidirectional orienting single fibers on a polymeric substrate using an air-laid process.

Description

불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법 및 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재{METHOD FOR MANUFACTURING ALIGNED DISCONTINUOUS FIBER AND ALIGNED DISCONTINUOUS FIBER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material and a discontinuous unidirectionally oriented fiber-

본 발명은 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법 및 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material and a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material.

연속섬유강화 복합재는 우수한 기계적 강도를 가지지만, 연신율이 낮아 복잡한 디자인을 가지는 부품 성형이 어려운 단점이 있다. 반면에, 랜덤 배열의 섬유강화 복합재는 성형성은 우수하지만 기계적 강도가 상대적으로 저하되는 단점이 있다.The continuous fiber reinforced composite material has an excellent mechanical strength, but has a drawback that it is difficult to mold a part having a complicated design because of low elongation. On the other hand, the fiber-reinforced composites having a random arrangement have a disadvantage in that the moldability is excellent but the mechanical strength is relatively lowered.

단섬유가 불연속적으로 일방향으로 배열된 복합재인 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF, Aligned Discontinuous Fiber)는 높은 기계적 강도를 가지면서도, 성형성 향상이 가능한 소재로서, 최근 재활용 탄소섬유 및 유리섬유의 고성능화 방안으로 주목받고 있다.Dislocated unidirectionally oriented fiber-reinforced composite (ADF), which is a composite in which short fibers are arranged discontinuously in one direction, is a material capable of improving moldability while having high mechanical strength. Recently, It is attracting attention as a plan.

기존의 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)는 주로 연속섬유 보강재를 후공정에서 절단하는 스트레치 브로큰(stretch broken) 방식 또는 슬리팅(slitting) 방식의 탑-다운(top-down) 공정에 의해 제조되었다.Conventional discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composites (ADF) are manufactured primarily by stretch-broken or slitting top-down processes in which a continuous fiber reinforcement is cut in a post-process .

그러나, 연속섬유 보강재를 후공정에서 절단하는 방식은, 주로 단섬유 형태의 재활용 보강섬유에는 적용이 어렵고, 성형성 개선에 한계가 있다. However, the method of cutting the continuous fiber reinforcing material in the subsequent step is difficult to apply mainly to the recycled reinforcing fiber in the form of a short fiber, and there is a limit to improvement in the formability.

본 발명은, 단섬유 형태의 보강섬유를 활용하여, 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)를 제조하는 방법 및 이로부터 얻어진 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)를 제공하고자 한다.Disclosed is a method for producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) by utilizing reinforcing fibers in the form of a single fiber, and a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) obtained therefrom.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)의 제조방법은 에어레이드법을 이용하여 고분자 기재 상에 단섬유들을 불연속적으로 일방향 배향하는 것을 포함한다. A method of producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) includes discontinuous unidirectional orientation of short fibers on a polymer substrate using an airlaid method.

상기 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법은, 단섬유들에 바람을 가하여, 상기 단섬유들을 복수 개의 채널들로 투입하는 것 및 상기 복수 개의 채널들로부터 배출된 상기 단섬유들을 상기 복수 개의 채널들의 하부에 배치된 고분자 기재 상에 일방향으로 배향하는 것을 포함한다. 상기 복수 개의 채널들은 각각투입구의 면적에 비해 배출구의 면적이 작으며, 상기 투입구에서 상기 배출구로 이어진 경사면들을 가진 중공을 포함한다.The method of manufacturing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material includes the steps of applying air to short fibers, injecting the short fibers into a plurality of channels, and injecting the short fibers discharged from the plurality of channels into the plurality of channels And orienting the polymer base material disposed in the lower portion in one direction. The plurality of channels each include a hollow having an area of the discharge port that is smaller than an area of the discharge port and has slopes extending from the discharge port to the discharge port.

불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)는 상기 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법으로부터 얻어진 것이며, 고분자 기재 및 상기 고분자 기재 상에 불연속적으로 일방향 배향된 단섬유들을 포함한다. 상기 단섬유들은, 상기 단섬유들의 일방향 배향방향에 대해 장축이 ±14° 이내의 각도로 배향된 비율이 92% 이상이다. The discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) is obtained from the above production method of the discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material and comprises a polymer base material and discontinuous unidirectionally oriented single fibers on the polymer base material. The staple fibers have a ratio of oriented at an angle within a range of ± 14 ° with respect to the unidirectional alignment direction of the staple fibers of 92% or more.

상기 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)는, 하기 식 (1)을 만족한다.The discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) satisfies the following formula (1).

Figure pat00001
식 (1)
Figure pat00001
Equation (1)

상기 식 (1) 에서,In the above formula (1)

상기 0° 시편 인장강도는 단섬유들의 일방향 배향방향과 평행한 방향에서의 인장강도이며,The 0 ° specimen tensile strength is a tensile strength in a direction parallel to the unidirectional alignment direction of short fibers,

상기 90° 시편 인장강도는 단섬유들의 일방향 배향방향과 수직한 방향에서의 인장강도이다.The 90 [deg.] Specimen tensile strength is the tensile strength in the direction perpendicular to the unidirectional orientation direction of the short fibers.

본 발명은, 단섬유 형태의 보강섬유를 활용하여, 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)를 제조하는 방법 및 이로부터 얻어진 ADF를 제공할 수 있다.The present invention can provide a method of producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) by utilizing reinforcing fibers in the form of short fibers and ADF obtained therefrom.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 에어레이드법을 이용한 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)의 제조방법의 일 예를 모식적으로 도시한다.
도 2는, 에어레이드법을 이용하여 제조된 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)의 일 예를 모식적으로 도시한다.1 schematically shows an example of a method for producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) using an airlaid method.
Fig. 2 schematically shows an example of a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) produced by the airlaid method.

발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시형태들과 실험예들을 참조하면 명확해질 것이다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

또한, 발명은 이하에서 개시되는 내용에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하에서 개시되는 내용은 발명의 개시가 완전하도록 하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이고, 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. It is to be understood that the invention is not limited to the details of the disclosure herein described, but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the exemplary embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. And the invention is only defined by the scope of the claims.

관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.A detailed description of the related art may be omitted if it is determined that the technical gist of the present invention may be blurred. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. The dimensions and relative sizes of layers and regions in the figures may be exaggerated for clarity of illustration.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one element from another, and it goes without saying that the first element may be the second element unless specifically stated otherwise.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함하는(including)", "가진(having)" 이라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, each element may be singular or plural, unless specifically stated otherwise. It is to be understood that throughout the specification, when an element is referred to as being "having", "having", or "having" an element, it should be understood that this does not exclude other elements, It can be included.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.In the specification, " A and / or B " means A, B, or A and B unless otherwise indicated, and " C to D " C means more than C and D or less.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation.

이하, 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)의 제조방법을 설명한다. 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF)의 제조방법은 에어레이드법을 이용하여 고분자 기재 상에 단섬유들을 불연속적으로 일방향 배향하는 것을 포함한다. Hereinafter, a method for producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) will be described. A method of producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material (ADF) includes discontinuous unidirectional orientation of short fibers on a polymer substrate using an airlaid method.

도 1은 에어레이드법을 이용한 ADF(10)의 제조방법의 일 예를 모식적으로 도시한다. 도 2에는, 에어레이드법을 이용하여 제조된 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재(ADF) (10)의 일 예가 모식적으로 도시되어 있다. Fig. 1 schematically shows an example of a manufacturing method of the ADF 10 using the airlaid method. FIG. 2 schematically shows an example of a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite (ADF) 10 manufactured by the airlaid method.

도 1을 참조하면, ADF(10)의 제조방법은 호퍼 내부의 저장공간(hs)에 단섬유들(1)을 투입하고 단섬유들(1)에 바람(Air)을 가하여 단섬유들(1)의 적어도 일부를 복수 개의 채널들(C1, C2)내로 투입하는 것을 포함한다. ADF(10)의 제조방법은 복수 개의 채널들(C1, C2)내로 투입된 단섬유들(1) 중 적어도 일부의 단섬유들(1)을 복수 개의 채널들(C1, C2)을 경유하여 호퍼로부터 배출하고 호퍼로부터 배출된 단섬유들(1)을 고분자 기재(P) 상에 낙하시켜 고분자 기재(P) 상에 불연속적으로 일방향 배향하는 것을 포함한다.1, the method of manufacturing the ADF 10 includes the steps of introducing short fibers 1 into the storage space hs inside the hopper and applying air to the short fibers 1 to form short fibers 1 ) Into a plurality of channels (C1, C2). The manufacturing method of the ADF 10 is a method of manufacturing at least some of the short fibers 1 of the short fibers 1 charged into the plurality of channels C1 and C2 from the hopper via the plurality of channels C1 and C2 And dropping the short fibers 1 discharged from the hopper onto the polymer substrate P to discontinuously and unidirectionally orient the polymer on the polymer substrate P. [

호퍼는 저장공간(hs) 및 저장공간(hs)과 연통된 복수 개의 채널들(C1, C2)을 포함하며, 복수 개의 채널들(C1, C2)는 저장공간(hs)의 하부에서 저장공간(hs)과 연통된다.The hopper comprises a plurality of channels (C1, C2) in communication with a storage space (hs) and a storage space (hs), wherein the plurality of channels (C1, hs.

복수 개의 채널들(C1, C2)은 각각 투입구의 폭(W1)에 비해 배출구의 폭(W2)이 작으며, 투입구에서 배출구로 이어진 경사면들을 가진 중공을 포함한다. 복수 개의 채널들(C1, C2)은 각각 투입구의 폭(W1)이 단섬유들(1)의 장축에 비해 클 수 있으며, 배출구의 폭(W2)이 단섬유들(1)의 직경 또는 단축에 비해 크다. 예를 들어, 단섬유들(1)은 단축의 길이가 6 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고, 장축의 길이가 3 mm 내지 70 mm 인 것이 사용될 수 있다. 이 경우, 투입구의 폭(W1)은 3 mm 내지 100 mm일 수 있으며, 배출구의 폭(W2)은 40 ㎛ 내지 200 ㎛ 일 수 있다.The plurality of channels C1 and C2 each have a width W2 smaller than the width W1 of the inlet and include a hollow having slopes extending from the inlet to the outlet. The width W1 of the inlet may be larger than the long axis of the short fibers 1 and the width W2 of the outlet may be smaller than the diameter or short axis of the short fibers 1 Respectively. For example, the short fibers 1 may have a minor axis length of 6 to 40 mu m and a major axis length of 3 to 70 mm. In this case, the width W1 of the inlet may be 3 to 100 mm, and the width W2 of the outlet may be 40 to 200 m.

저장공간(hs) 내의 단섬유들(1)에 바람(Air)을 가한 때, 단섬유들(1)은 저장공간(hs) 내에서 배향방향이 특정되지 않은 상태로 무질서하게 공기 중에 떠다닐 수 있다. 단섬유들(1)에 바람(Air)을 가한 때, 단섬유들(1)의 적어도 일부는 복수 개의 채널들(C1, C2)의 중공으로 유입될 수 있으며, 복수 개의 채널들(C1, C2) 내로 유입된 단섬유들(1)은 중공 내에서 장축이 중공의 경사면들의 경사방향을 따라 정렬될 수 있다. 이후, 단섬유들(1)은 장축이 중공의 경사면들의 경사방향을 따라 정렬된 상태로 호퍼로부터 배출되어 하부에 배치된 고분자 기재(P) 상에 첨가된다. When the air is applied to the short fibers 1 in the storage space hs, the short fibers 1 can be floating in the air in an uncontrolled orientation in the storage space hs have. At least a portion of the short fibers 1 can be introduced into the hollow of the plurality of channels C1 and C2 and the plurality of channels C1 and C2 May be aligned along the oblique direction of the hollow oblique faces in the hollow. Thereafter, the short fibers 1 are discharged from the hopper in a state in which the long axis is aligned along the oblique direction of the hollow slopes, and are added onto the polymer base material P disposed at the bottom.

고분자 기재(P)는 콘베이어 벨트 상에 배치되며 콘베이어 벨트의 이동방향을 따라 이동하며, 호퍼로부터 배출되는 단섬유들(1)은 시간차를 두고 고분자 기재(P)상에 첨가되므로, 단섬유들(1)은 고분자 기재(P) 상에서 불연속적으로 일방향 배향될 수 있다. Since the polymer base material P is disposed on the conveyor belt and moves along the moving direction of the conveyor belt and the short fibers 1 discharged from the hopper are added on the polymer base material P with a time difference, 1) can be discontinuously unidirectionally oriented on the polymer substrate (P).

단섬유들(1)의 일방향 배향방향은 고분자 기재(P)의 길이방향에 평행할 수도 있고, 고분자 기재(P)의 폭방향에 평행할 수도 있으며, 고분자 기재(P)의 길이방향 또는 폭방향에 비스듬할 수도 있다. 예를 들어, 도 1에는 단섬유들(1)의 장축이 고분자 기재(P)의 길이방향 또는 콘베이어 벨트의 이동방향을 따라 불연속적으로 일방향 배향된 것이 도시되어 있다.The unidirectional alignment direction of the short fibers 1 may be parallel to the longitudinal direction of the polymer base material P or may be parallel to the width direction of the polymer material P and may be in the longitudinal direction or width direction of the polymer material P As shown in FIG. For example, in Fig. 1, it is shown that the major axis of the short fibers 1 is discontinuously unidirectionally oriented along the length direction of the polymer base material P or the moving direction of the conveyor belt.

단섬유들(1)을 고분자 기재(P) 상에 고르게 배열하기 위한 방법의 예로는, 복수 개의 채널들(C1, C2)의 중공에서 단섬유들(1)을 자유낙하시키는 방법, 복수 개의 채널들(C1, C2)의 중공으로 압축 공기를 분사하는 방법, 복수 개의 채널들(C1, C2)의 중공의 공기를 흡입(Suction)하는 방법, 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다. Examples of methods for evenly arranging the short fibers 1 on the polymer substrate P include a method of dropping the short fibers 1 in the hollow of the plurality of channels C1 and C2, A method of injecting compressed air in the hollow of the first and second channels C1 and C2, a method of sucking hollow air in the plurality of channels C1 and C2, or a combination thereof.

복수 개의 채널들(C1, C2)은 제1 채널들(C1)과 제2 채널들(C2)을 포함할 수 있다. 제1 채널들(C1)과 제2 채널들(C2)은, 복수 개의 채널들(C1, C2)의 위치에 따라 구분되며, 복수 개의 채널들(C1, C2) 중에서, 가운데 영역에 위치한 것들은, 제1 채널들(C1)일 수 있고, 제1 채널들(C1)의 외곽에 배치된 것들은, 제2 채널들(C2)일 수 있다. The plurality of channels C1 and C2 may include first channels C1 and second channels C2. The first channels C1 and the second channels C2 are divided according to the positions of the plurality of channels C1 and C2 and among the plurality of channels C1 and C2, May be the first channels C1 and those disposed at the outskirts of the first channels C1 may be the second channels C2.

제1 채널들(C1)과 제2 채널들(C2)은 모두 중공이 완전히 개방된 개방관 형태일 수 있다. 투입구를 통해 복수 개의 채널들(C1, C2)로 투입된 단섬유들(1)은 경사면을 가진 중공을 경유하여 배출구를 통과하여 호퍼로부터 배출되는데, 제1 채널들(C1)의 중공의 경사도는 제2 채널들(C2)의 중공의 경사도에 비해 클 수 있다. Both the first channels C1 and the second channels C2 may be in the form of an open tube with the hollows fully open. The short fibers 1 introduced into the plurality of channels C1 and C2 through the inlet port are discharged from the hopper through the discharge hole through the hollow having the inclined surface, Can be larger than the hollow inclination of the two channels (C2).

제2 채널들(C2)로 투입된 단섬유들(1)은, 제2 채널들(C2)의 경사면을 가진 중공을 경유하여 배출구를 통과하여 호퍼로부터 배출될 때, 고분자 기재(P)에 대해 장축이 대략 A° (이 때, A°는 예각) 정도로 비스듬하게 눕혀진 상태로 고분자 기재(P)로 낙하되는 반면에, 제1 채널들(C1)로 투입된 단섬유들(1)은, 제1 채널들(C1)의 경사면을 가진 중공을 경유하여 배출구를 통과하여 호퍼로부터 배출될 때, 고분자 기재(P)에 대해 장축이 대략 B° (이 때, B°는 예각이며, A° 에 비해 큼, 예를 들어, A° 는 45°, B° 는 70°) 정도로 중력방향과 실질적으로 평행인 수준으로 고분자 기재(P)로 낙하될 수 있다. The short fibers 1 injected into the second channels C2 are discharged from the hopper through the discharge port through the hollow having the inclined surfaces of the second channels C2 so that the length The short fibers 1 charged into the first channels C1 fall to the polymer substrate P in a state of being laid at an angle of about A ° When the polymer substrate P is discharged from the hopper through the discharge port through the hollow having the inclined faces of the channels C1 and B, the major axis of the polymer substrate P is approximately B ° (where B ° is an acute angle, , For example, A [deg.] Is 45 [deg.] And B [deg.] Is 70 [deg.]) At a level substantially parallel to the gravitational direction.

이 경우, 제1 채널들(C1)로 투입된 단섬유들(1)의 장축이 고분자 기재(P)의일면에 실질적으로 수평이 되도록 하기 위해서는, 롤러 등으로 고분자 기재(P)에 세워진 단섬유들(1)을 눕히는 추가 공정이 더 필요할 수 있는데, 이로 인해, ADF 제조방법의 공정성이 저하될 수 있으며, 경우에 따라서는, 일부 단섬유들(1)의 배향방향이 다른 일부의 단섬유들(1)의 배향방향과 달라질 수 있다. In this case, in order to make the major axis of the short fibers 1 injected into the first channels C1 substantially horizontal to the surface of the polymer base material P, (1) may be further laid down, which may reduce the processability of the ADF manufacturing process, and in some cases, the orientation of some short fibers (1) 1).

한편, 다른 예에서는, 제1 채널들(C1)이 중공의 적어도 일부가 막힌 밀폐관 형태일 수 있고, 제2 채널들(C2)이 중공의 적어도 일부가 막히지 않은 개방관 형태일 수 있다. 제1 채널들(C1)을 밀폐관으로 설계하는 것에 의해, 제1 채널들(C1)을 경유하여 고분자 기재(P)로 투입되는 단섬유들(1)의 장축이 고분자 기재(P)의 일면에 실질적으로 수직인 수준으로 첨가되어, 다시 말하면, 실질적으로 중력방향과 평행한 수준으로 첨가되지 않도록 할 수 있다. 또한, 제2 채널들(C2)을 경유하여, 고분자 기재(P)로 첨가되는 단섬유들(1)이, 낙하된 직후, 어떠한 추가 작업없이, 중력에 의해, 단섬유들(1)의 장축이 고분자 기재(P)의 일면에 실질적으로 평행하게 배향되도록 할 수 있다. On the other hand, in another example, the first channels C1 may be in the form of a closed tube in which at least a part of the hollow is clogged, and the second channels C2 may be in the form of an open tube in which at least a part of the hollow is not clogged. By designing the first channels C1 as a closed tube, the long axes of the short fibers 1 charged into the polymer base material P via the first channels C1 are arranged on one surface of the polymer base material P I.e., at a level substantially parallel to the direction of gravity. The short fibers 1 to be added to the polymer substrate P via the second channels C2 can be stapled by the gravity directly after the fall without any additional work, Can be oriented substantially parallel to one surface of the polymer substrate (P).

단섬유들(1)은 단축의 길이가 6 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고, 장축의 길이가 3 mm 내지 70 mm 인 것이 사용될 수 있다. 단섬유들(1)은, 예를 들어, 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유 또는 천연 섬유 등일 수 있으나, 이들 만으로 제한되지 않는다. The short fibers 1 may have a minor axis length of 6 to 40 탆 and a major axis length of 3 to 70 mm. The short fibers 1 may be, for example, but not limited to, glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, polypropylene fibers, polyethylene terephthalate fibers, polybutylene terephthalate fibers, polyethylene fibers or natural fibers Do not.

고분자 기재(P)는 ADF(10)의 충격 흡수 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 고분자 기재(P)는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중 어느 하나일 수 있다. 물품의 종류 및 요구되는 성능에 따라 다양한 종류의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 선택될 수 있다. 예를 들어, 고분자 기재(P)는 열가소성 수지로서, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리에틸렌(PE)수지, 폴리아미드(PA) 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지 중 적어도 하나일 수 있다. The polymer base material (P) can improve the impact absorbing performance of the ADF (10). For example, the polymer substrate (P) may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Various types of thermoplastic resins or thermosetting resins may be selected depending on the kind of the article and the required performance. For example, the polymer substrate (P) may be a thermoplastic resin, such as a polypropylene (PP) resin, a polyethylene terephthalate (PET) resin, a polyethylene resin, a polyamide (PA) resin, , And melamine resin.

한편, 콘베이어 벨트의 이동속도에 따라 중량이 상이한 ADF(10)가 제조될 수 있다. 콘베이어 벨트의 속도는, 예를 들어, 2 m/min 내지 20 m/min 일 수 있다. ADF (10)의 중량은 20 g/m2 내지 200 g/m2 일 수 있다. On the other hand, the ADF 10 having different weights can be manufactured according to the moving speed of the conveyor belt. The speed of the conveyor belt may be, for example, from 2 m / min to 20 m / min. The weight of the ADF 10 may be from 20 g / m 2 to 200 g / m 2 .

도 2를 참조하면, ADF(10)는 고분자 기재(P)와 고분자 기재(P) 상에서 불연속적으로 일방향 배향된 단섬유들(1)을 포함한다. ADF(10)는 단섬유들(1)의 일방향 배향성이 높다. 단섬유들(1)의 일방향 배향성은, 단섬유들(1)의 일방향 배향방향에 대해 ±14도 이내의 각도로 단섬유들(1)의 장축이 배향된 것으로 정의되며, ADF(10)는 92% 이상의 일방향 배향성을 보인다. Referring to Fig. 2, the ADF 10 comprises a polymer base P and short fibers 1 discontinuously oriented unidirectionally on the polymer base P. The ADF 10 has a high unidirectional orientation of the short fibers 1. [ The unidirectional orientation of the short fibers 1 is defined as the long axis of the short fibers 1 oriented at an angle within +/- 14 degrees with respect to the unidirectional alignment direction of the short fibers 1, And has a unidirectional orientation of 92% or more.

단섬유들(1)의 일방향 배향방향은 고분자 기재(P)의 길이방향에 평행한 방향일 수도 있고, 고분자 기재(P)의 폭방향에 평행한 방향일 수도 있으며, 고분자 기재(P)의 길이방향 또는 폭방향에 비스듬한 방향일 수도 있다. The unidirectional alignment direction of the short fibers 1 may be parallel to the longitudinal direction of the polymer substrate P or may be parallel to the width direction of the polymer substrate P, Or may be an oblique direction in the width direction.

'보강 요구 방향(Reinforcement required direction)'이란 보강 복합재를 적용한 물품이 차량 또는 항공기 등에 장착될 때, 혹은 장착 이후 차량 또는 항공기 등이 가동 및 운동할 때, 외부에서 가해지는 외력 또는 하중을 고려하여 강도 및 강성이 보완될 필요가 있는 소정의 방향을 의미한다. 이러한 보강 요구 방향은 상기 보강 복합재가 적용된 물품이 차량 또는 항공기 등의 부품으로 이에 장착될 때의 구속 위치, 설치 조건 등에 의해 결정될 수 있으며, 가장 주요하게 강도 및 강성이 보완될 필요가 있는 일 방향을 의미한다.'Reinforcement required direction' refers to the direction in which a reinforced composite material is applied to a vehicle or aircraft, or when a vehicle or aircraft is moving or moving after it has been installed, taking into account the external force or load externally applied. And a predetermined direction in which rigidity needs to be supplemented. Such a reinforcing demand direction can be determined by the restraint position and the installation conditions when the article to which the reinforcing composite material is applied is mounted on the vehicle or an aircraft or the like, and most importantly, a direction in which strength and rigidity need to be supplemented it means.

상기 보강 복합재는 복수 개의 ADF(10)들의 적층체일 수 있다. 복수 개의 ADF(10)들의 적층체는 보강 요구 방향에 대해 +θ° 의 각도를 갖는 제1 방향으로 단섬유들(1)이 일방향 배향된 제1 ADF(10)와 보강 요구 방향에 대해 -θ° 의 각도를 갖는 제2 방향으로 단섬유들(1)이 일방향 배향된 제2 ADF(20)를 포함할 수 있다. θ° 는 1° 내지 44° 일 수 있다. The reinforcing composite material may be a laminate of a plurality of ADFs 10. The laminate of the plurality of ADFs 10 has the first ADF 10 in which the short fibers 1 are unidirectionally oriented in the first direction having an angle of + The short fibers 1 may comprise a unidirectionally orientated second ADF 20 in a second direction having an angle of. The angle [theta] may be between 1 [deg.] and 44 [deg.].

다시 말하면, 단섬유들(1)의 일방향 배향방향은 보강 요구 방향에 대해 ±θ° 를 가질 수 있다.In other words, the unidirectional orientation direction of the short fibers 1 may have an angle of ± 0 ° with respect to the reinforcing required direction.

도 2에는 단섬유들(1)의 장축이 고분자 기재(P)의 길이방향을 따라 불연속적으로 일방향 배향된 것이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 단섬유들(1)은 고분자 기재(P)의 길이방향을 따라 간격(L)을 두고 이격되게 배열될 수 있으며, 고분자 기재(P)의 폭 방향을 따라 간격(WD)을 두고 서로 이격되게 배열될 수 있다. In Fig. 2, it is shown that the major axis of the short fibers 1 is discontinuously unidirectionally oriented along the length direction of the polymer base material P. Fig. 2, the short fibers 1 may be spaced apart from each other by a distance L along the length direction of the polymer base material P and may be spaced along the width direction of the polymer base material P May be spaced apart from each other.

한편, ADF(10)는 하기 식 (1)을 만족한다. On the other hand, the ADF 10 satisfies the following formula (1).

Figure pat00002
식 (1)
Figure pat00002
Equation (1)

상기 식 (1) 에서, 상기 0° 시편 인장강도는 단섬유들의 일방향 배향방향과 평행한 방향에서의 인장강도이며, 상기 90° 시편 인장강도는 단섬유들의 일방향 배향방향과 수직한 방향에서의 인장강도이다.In the above formula (1), the 0 ° specimen tensile strength is a tensile strength in a direction parallel to the unidirectional alignment direction of the short fibers, and the 90 ° specimen tensile strength is a tensile strength in a direction perpendicular to the one- It is strength.

상기 식 (1)의 결과값이 1.00 인 때, 단섬유들(1)이 100% 일방향 배향된 것을 의미하며, 상기 식 (1)의 결과값이 0.50 이하이면 단섬유들(1)이 일방향 배향되지 않았음을 의미한다. ADF(10)는 상기 식 (1)의 결과값이 0.95 로 높은 일방향 배향성을 가진다. When the result of Equation (1) is 1.00, the short fibers 1 are 100% unidirectionally oriented. When the result of Equation (1) is 0.50 or less, the short fibers 1 are unidirectionally oriented It means that it is not. The ADF 10 has a unidirectional orientation with a high value of 0.95 in the above formula (1).

실시예 1Example 1

호퍼 내에서 공기 중에 분산된 탄소 단섬유들에 공기를 가하여, 복수 개의 채널들로 투입하였고, 복수 개의 채널들을 통과한 탄소 단섬유들을 호퍼 하부에서 콘베이어 벨트 상에 배치되어 이동 중인 고분자 기재에 첨가하여, ADF를 얻었다. Air was added to the short carbon fibers dispersed in the air in the hopper, and the short carbon fibers passing through the plurality of channels were placed on the conveyor belt at the bottom of the hopper and added to the moving polymer substrate , And ADF.

* 채널의 투입구의 폭: 50 mm * Width of inlet of channel: 50 mm

* 채널의 배출구의 폭: 80 ㎛* Width of outlet of channel: 80 ㎛

* 채널의 경사도: 45° * Channel slope: 45 °

* 탄소 단섬유의 직경: 10 ㎛ * Diameter of short carbon fiber: 10 ㎛

* 탄소 단섬유의 장축의 길이: 6 mmLength of long axis of short carbon fiber: 6 mm

* 고분자 기재 : 폴리프로필렌* Polymer substrate: Polypropylene

* 탄소섬유 고분자 기재 조성비 : 탄소섬유 60 퍼센트 중량비 고분자 기재 * Carbon fiber polymer base composition ratio: carbon fiber 60% weight ratio polymer base material

40퍼센트 중량비 40% weight ratio

비교예 1Comparative Example 1

다음과 같이 채널의 경사도가 변경된 호퍼를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 ADF를 얻었다.ADF was obtained in the same manner as in Example 1, except that the hopper whose channel gradient was changed as follows.

* 채널의 경사도: 90°* Channel slope: 90 °

비교예 2Comparative Example 2

채널을 사용하지 않은 호퍼를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 Discontinuous Fiber를 얻었다.Discontinuous fiber was obtained in the same manner as in Example 1 using a hopper not using a channel.

비교예 3Comparative Example 3

Wet-laid 법(H. Yu et. al. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing Vol. 65 (2014), p 175) 을 통해 ADF를 얻었다.ADF was obtained through the Wet-laid method (H. Yu et al., Composites Part A: Applied Science and Manufacturing Vol. 65 (2014), p.

비교예 4Comparative Example 4

Dry-laid 법(Takushi Miyake et. Al. Advanced Manufacturing: Polymer & Composites science (2016)) 을 통해 ADF를 얻었다.ADF was obtained through the Dry-laid method (Takushi Miyake et al., Advanced Manufacturing: Polymer & Composites Science (2016)).

실험예Experimental Example

실시예 1과 비교예 1에서 얻어진 ADF 들을 이용하여, 각 ADF 내의 단섬유들의 일방향 배향성과 배향 인장 효과를 얻었다. 표 1에는, 실험결과가 정리되어 있다. 배향 인장 효과는 상기 (1) 을 통해 얻었다.Using the ADFs obtained in Example 1 and Comparative Example 1, one-directional orientation and orientation tensile effect of staple fibers in each ADF were obtained. In Table 1, experimental results are summarized. The orientation tensile effect was obtained through the above (1).

구분division 일방향 배향성%One-way orientation% 배향 인장 효과Orientation tensile effect 실시예 1Example 1 9292 0.950.95 비교예 1Comparative Example 1 8181 0.840.84 비교예 2Comparative Example 2 4848 0.650.65 비교예 3Comparative Example 3 9595 0.910.91 비교예 4Comparative Example 4 7070 0.800.80

이상 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나, 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 각 실시예에 개시된 내용들을 조합하여 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

1: 단섬유
P: 고분자 화합물
10: ADF
C1, C2: 채널1: staple fiber
P: Polymer compound
10: ADF
C1, C2: Channel

Claims (7)

에어레이드법을 이용하여 고분자 기재 상에 단섬유들을 불연속적으로 일방향 배향하는 불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조 방법.A method for producing a discontinuous unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material in which single fibers are discontinuously unidirectionally oriented on a polymer substrate by an air-laid method. 제1 항에 있어서,
단섬유들에 바람을 가하여, 상기 단섬유들을 복수 개의 채널들 내로 투입하는 것 및
상기 복수 개의 채널들로부터 배출된 상기 단섬유들을 상기 복수 개의 채널들의 하부에 배치된 고분자 기재 상에 일방향으로 배향하는 것을 포함하며,
상기 복수 개의 채널들은 각각 투입구의 면적에 비해 배출구의 면적이 작으며, 상기 투입구에서 상기 배출구로 이어진 경사면들을 가진 중공을 포함하는,
불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법.The method according to claim 1,
Applying wind to the short fibers, injecting the short fibers into a plurality of channels, and
And orienting the short fibers discharged from the plurality of channels in one direction on a polymer substrate disposed under the plurality of channels,
The plurality of channels each having a smaller area of the outlet relative to the area of the inlet and a hollow having slopes extending from the inlet to the outlet,
A method for manufacturing a discontinuous unidirectionally oriented fiber reinforced composite material. 제2 항에 있어서,
상기 투입구의 폭은 상기 단섬유들의 장축에 비해 크고,
상기 배출구의 폭은 상기 단섬유들의 직경에 비해 큰,
불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법.3. The method of claim 2,
The width of the inlet is larger than the long axis of the short fibers,
Wherein the width of the outlet is larger than the diameter of the short fibers,
A method for manufacturing a discontinuous unidirectionally oriented fiber reinforced composite material. 제2 항에 있어서,
상기 단섬유들의 단축의 길이는, 6 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고,
상기 단섬유들의 장축의 길이는, 3 mm 내지 70 mm 인,
불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법. 3. The method of claim 2,
The short axis of the short fibers has a length of 6 to 40 탆,
The length of the long axis of the short fibers is 3 mm to 70 mm,
A method for manufacturing a discontinuous unidirectionally oriented fiber reinforced composite material. 제4 항에 있어서,
상기 투입구의 폭은, 24 mm 이상이며,
상기 배출구의 폭은, 40 ㎛ 내지 100 ㎛ 인,
불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법.5. The method of claim 4,
The width of the inlet is 24 mm or more,
Wherein the width of the outlet is 40 占 퐉 to 100 占 퐉,
A method for manufacturing a discontinuous unidirectionally oriented fiber reinforced composite material. 제2 항에 있어서,
상기 복수 개의 채널들 중, 제1 채널들은 상기 중공의 적어도 일부가 밀폐관이고, 제2 채널들은 상기 중공이 개방된 개방관이며,
상기 제1 채널들의 외곽에 상기 제2 채널들이 배치된,
불연속 일방향 배향 섬유강화 복합재의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein at least a portion of the hollow is a closed tube and the second channels are an open tube in which the hollow is open,
Wherein the second channels are arranged on an outer periphery of the first channels,
A method for manufacturing a discontinuous unidirectionally oriented fiber reinforced composite material. 고분자 기재; 및
상기 고분자 기재 상에 불연속적으로 일방향 배향되며, 배향 방향에 대해 장축이 ±14° 이내의 각도로 배향된 비율이 92% 이상인 단섬유들;을 포함하고,
하기 식 (1)을 만족하는, 불연속 일방향 배향 섬유 강화 복합재:
Figure pat00003
식 (1)
상기 식 (1) 에서,
상기 0° 시편 인장강도는 단섬유들의 일방향 배향방향과 평행한 방향에서의 인장강도이며,
상기 90° 시편 인장강도는 단섬유들의 일방향 배향방향과 수직한 방향에서의 인장강도이다.
Polymeric substrates; And
Wherein the staple fibers are unidirectionally unidirectionally oriented on the polymer substrate and the ratio of the major axis to the orientation direction is not less than 92%
A discrete unidirectionally oriented fiber-reinforced composite material satisfying the following formula (1): "
Figure pat00003
Equation (1)
In the above formula (1)
The 0 ° specimen tensile strength is a tensile strength in a direction parallel to the unidirectional alignment direction of short fibers,
The 90 [deg.] Specimen tensile strength is the tensile strength in the direction perpendicular to the unidirectional orientation direction of the short fibers.
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