KR20200144556A - 탄소 섬유용 전기 전도성 사이징 - Google Patents

탄소 섬유용 전기 전도성 사이징 Download PDF

Info

Publication number
KR20200144556A
KR20200144556A KR1020207031183A KR20207031183A KR20200144556A KR 20200144556 A KR20200144556 A KR 20200144556A KR 1020207031183 A KR1020207031183 A KR 1020207031183A KR 20207031183 A KR20207031183 A KR 20207031183A KR 20200144556 A KR20200144556 A KR 20200144556A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fiber
electrically conductive
reinforced resin
sizing
resin composite
Prior art date
Application number
KR1020207031183A
Other languages
English (en)
Inventor
스티븐 에릭 발디니
데이비드 마이클 코빈
Original Assignee
졸텍 코포레이션
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 졸텍 코포레이션 filed Critical 졸텍 코포레이션
Publication of KR20200144556A publication Critical patent/KR20200144556A/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/76—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon oxides or carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C03C25/42—Coatings containing inorganic materials
    • C03C25/44—Carbon, e.g. graphite
    • 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
    • B32B27/18—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B32B27/20—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives using fillers, pigments, thixotroping agents
    • 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
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
    • 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
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/16—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating
    • B32B37/18—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of discrete sheets or panels only
    • B32B37/182—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of discrete sheets or panels only one or more of the layers being plastic
    • 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
    • B32B5/22—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 the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—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 the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—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 the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • 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
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K7/00—Peptides having 5 to 20 amino acids in a fully defined sequence; Derivatives thereof
    • C07K7/04—Linear peptides containing only normal peptide links
    • C07K7/06—Linear peptides containing only normal peptide links having 5 to 11 amino acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/203—Solid polymers with solid and/or liquid additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/005—Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/12—Bonding of a preformed macromolecular material to the same or other solid material such as metal, glass, leather, e.g. using adhesives
    • C08J5/124—Bonding of a preformed macromolecular material to the same or other solid material such as metal, glass, leather, e.g. using adhesives using adhesives based on a macromolecular component
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/248—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using pre-treated fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/08—Ingredients agglomerated by treatment with a binding agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L31/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid or of a haloformic acid; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L31/02—Homopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M23/00—Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
    • D06M23/08—Processes in which the treating agent is applied in powder or granular form
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M23/00—Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
    • D06M23/12—Processes in which the treating agent is incorporated in microcapsules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • 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
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • 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
    • B32B2262/10—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
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/07—Parts immersed or impregnated in a matrix
    • B32B2305/076—Prepregs
    • 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
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/10—Fibres of continuous length
    • B32B2305/20—Fibres of continuous length in the form of a non-woven mat
    • 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
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/202—Conductive
    • 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
    • B32B2313/00—Elements other than metals
    • B32B2313/04—Carbon
    • 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
    • B32B2603/00—Vanes, blades, propellers, rotors with blades
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2331/00—Characterised by the use of copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, or carbonic acid, or of a haloformic acid
    • C08J2331/02—Characterised by the use of omopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06—Elements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/40—Fibres of carbon
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00—Physical properties
    • D10B2401/16—Physical properties antistatic; conductive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/30—Lightning protection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05B2280/6003—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Abstract

섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유가 본원에 개시되며, 상기 사이징 조성물은 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함한다. 본 개시는 또한 섬유-강화 수지 복합재, 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 물품 및 그러한 전기 전도성 사이징된 섬유 및 그로부터의 물품을 제조하는 방법을 개시한다.

Description

탄소 섬유용 전기 전도성 사이징
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 탄소 섬유용 전기 전도성 사이징이라는 명칭으로 2018년 3월 28일에 출원된 미국 가출원 번호 62/649,035에 관한 것이고, 이의 우선권의 이익을 주장하며, 이 출원의 내용은 모든 목적을 위해 전체가 본원에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 개시는 일반적으로 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유에 관한 것이며, 여기서 사이징 조성물은 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함한다. 본 개시는 또한 일반적으로 전기 전도성 사이징된 섬유를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재, 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 물품 및 그러한 전기 전도성 사이징된 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
일반적으로, 섬유-강화 수지 복합재는 우수한 세로 전기 전도성을 나타내지만, 두께-통과 가로 전기 전도성은 불량하다. 따라서, 두께-통과 가로 전기 전도성이 개선된 향상된 섬유-강화 수지 복합재가 필요하다.
발명의 개요
한 양태에서, 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유가 있으며, 여기서 사이징 조성물은 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함한다.
또 다른 양태에서,
a) 사이징되지 않은 섬유 토우가 사이징 조성물에 잠기도록 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물을 함유하는 사이징 배스를 통해 끌어당김에 의해 사이징되거나 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물로 코팅하는 단계로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 사이징 배스에 함유되어 있는 단계;
b) 코팅된 섬유 토우를 건조시켜 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유를 형성하는 단계로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 단계; 및
c) 전기 전도성 사이징된 섬유를 스풀링하는 단계를 포함하는 방법이 있다.
또 다른 양태에서,
a) i) 섬유, 및
ii) 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제; 및
b) 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재가 있다.
또 다른 양태에서, 서로 접착 결합된 적어도 2개의 구성요소를 포함하는 물품이 있으며, 여기서 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나는 상기에 개시된 바와 같은 섬유-강화 수지 복합재를 포함한다.
또 다른 양태에서,
a) i) 섬유, 및
ii) 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제; 및
b) 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 스파 캡이 있다.
도면의 간단한 설명
본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 한(여러) 실시예(들)를 예시하고, 서면 설명과 함께 본 발명의 특정 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 다양한 구현예에 따른 표준 사이징된 섬유 토우 및 전기 전도성 사이징된 섬유 토우(사이징 조성물의 총량을 기준으로 하여 10 중량%의 그래핀 옥사이드; 섬유에 대한 0.15 중량%의 총 사이징제)의 주사 전자 현미경사진을 보여준다.
도 2는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 전기 전도성 사이징된 섬유를 제조하는 방법의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 구현예에 따른, 사이징 조성물에 분산액을 첨가하는 단계 전에 초음파처리에 의해 수성 분산액에서 그래핀 옥사이드 나노입자를 재분산시키는 설정의 사진을 나타낸다.
도 4는 1주일 동안 방치 후 안정한, 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 사이징 조성물의 사진을 보여준다.
도 5는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 서로 접착 결합된 적어도 2개의 구성요소를 포함하는 예시적인 물품의 일부의 단면도를 도시하며, 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나는 섬유-강화 수지 복합재를 포함한다.
도 6은 본 발명의 다양한 구현예에 따른 복합 패널을 포함하는 다른 예시적인 물품의 일부의 단면도를 도시한다.
도 7은 스파 캡의 일부의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 8은 엣지 산화된 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛(GONP)의 개략도를 보여준다.
도 9는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 예시적인 C-섹션의 사진을 도시한다.
발명의 상세한 설명
본 발명이 특정 구현예를 참조하여 본원에서 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 도시된 세부 사항으로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명에서 벗어나지 않고 청구범위의 등가물의 범주 및 범위 내에서 세부 사항의 다양한 수정이 이루어질 수 있다.
풍력 에너지 산업에서는 탄소 섬유-강화 수지 복합재가 스파 캡에 일반적으로 사용되는 블레이드에 대한 낙뢰 보호가 필요하다. 탄소 섬유의 전기 전도성의 강한 이방성 및 이러한 탄소 섬유-강화 수지 복합재의 단방향 평면 토우 형태로 인해 이러한 탄소 섬유-강화 수지 복합재의 길이 방향 전도성은 가로 전도성보다 네자리수배(four orders of magnitude) 더 높을 수 있다. 따라서, 이러한 이방성의 결과로 낙뢰 타격 중에는 고 에너지 전기가 세로로 흐르지만 가로 방향으로 아킹될 것이며, 이는 온도를 상승시켜 스파 캡의 박리 또는 소각을 초래할 수 있다. 따라서, 스파 캡을 형성하는 탄소 섬유-강화 수지 복합재의 두께-통과 가로 전기 전도성를 효과적으로 향상시킬 필요가 있음이 밝혀졌다. 다음과 같은 다양한 기술에 의해 물질의 전기 전도성을 증가시키는 것이 고려되었다:
· 수지에 직접 전도성 입자를 포함시킨다. 그러나, 예를 들어, 전도성 입자를 수지에 혼합하기 어려운 경우와 같은 일부 상황에서 이 공정과 관련된 몇 가지 단점이 있을 수 있으며, 이는 주입 공정의 성능에 영향을 줄 수 있는 점도 변화를 초래할 수 있다. 또한, 전도성 입자가 나노입자인 경우, 적절하게 취급되지 않으면 공기매개 위험이 발생할 수 있다.
· 전도성 입자를 열가소성 펠릿에 포함시키고 후속하여 복합재에 포함시킨다. 이 기술은 제조 비용을 증가시킬 수 있으며 복합재 수지와 항상 호환되지 않을 위험이 있다.
· 전도성 입자를 섬유의 표면에 플라즈마 용사하는 것은 공정에 새로운 단계를 도입할 수 있다.
· 전도성 입자를 복합재 라미네이트에 포함시키기 위한 필름 생성은 여러 문제를 야기하며, 특히 인발 성형 공정이나 주입 공정에서 수행하기가 매우 어렵거나 불가능하다. 또한, 이것은 표면 처리만을 제공하므로 전체 단면을 통해 전도성을 제공하는 문제에 대한 해결책을 제공하지 않는다.
이러한 접근법들이 다양한 문제를 가지고 있는 한, 탄소 섬유-강화 수지 복합재의 전기 전도성을 높이기 위해서는 대안적 접근법이 더 효율적이고 비용 효과적일 수 있다.
본원에서는 전기 전도성 사이징된 섬유, 섬유-강화 수지 복합재, 그러한 전기 전도성 사이징된 섬유 및 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 물품 및 이의 제조 방법이 개시된다.
한 양태에서, 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유가 있다. 그러한 구현예에서, 사이징 조성물은 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함할 수 있다. 한 구현예에서, 사이징 조성물에는 그래핀 나노입자가 실질적으로 없다.
본원에서 사용되는 그래핀 나노입자가 실질적으로 없다라는 용어는 그래핀 나노입자가 사이징 조성물에 첨가되지 않지만, 그래핀 옥사이드 나노입자와 함께 미량의 불순물로 존재할 수 있음을 의미한다.
본원에서 사용되는 용어 "그래핀 옥사이드"는 수성 매질에서 결과적인 친수성 특성 및 콜로이드 안정성을 갖는 그래핀의 산화된 유도체를 지칭한다. 또한, 본원에서 사용되는 용어 "그래핀 옥사이드"는 그래핀, 그래파인 및 그래폰을 포함하지 않는다.
그래파인은 벌집 구조 및 방향성 전자 특성을 가진 그래핀의 2차원 탄소 동소체이다. 그래폰은 그래핀의 수소화된 유도체이며 나노일렉트로닉스 및 스핀트로닉스에 더욱 유용하다. 그래핀 조성은 이것이 생산된 흑연의 순도에 크게 의존하는데, 이는 정의에 따르면(Webster) 이것이 "반복 육각 격자로 배열된 탄소 원자의 단일 평면 시트를 포함하는 원소 탄소의 극도로 전기 전도성인 형태"이기 때문이다 - 따라서 순수한 탄소(C)가 의도되지만, 산소(O)와 같은 불순물이 존재할 수 있다. 따라서, 그래파인, 그래폰 및 그래핀은 소수성이지만, 그래핀 옥사이드는 본질적으로 친수성이다.
그래핀 옥사이드(GO)는 통상적으로 Hummer's Method(Hummers, William S.; Offeman, Richard E., "Preparation of Graphitic Oxide". Journal of the American Chemical Society, 1958, 80 (6): 1339))을 사용하여 강한 산화제 및 농축된 산을 사용하여 흑연으로부터 직접 생산된다. Hummer's Method으로부터의 통상적인 그래핀 옥사이드(GO)는 카르복실기(O-C=O), 카르보닐(C=O), 에폭사이드(C-O-C), 하이드록실(C-OH) 등을 포함하는 육각 탄소 시트에 부착된 다양한 작용기를 함유한다. 예를 들어, GO는 습식-밀링 공정에 의해 생산될 수 있으며, 결과적으로 카르복실(O-C=O) 및 하이드록실(C-OH) 작용기를 가진 엣지-작용기화된 형태가 생성된다.
Graphen-AD에서 입수할 수 있는 예시적인 그래핀 옥사이드의 조성물은 탄소 72.5%, 산소 21%, 황 0.4%, 수소 1.2% 및 질소 4.9%를 갖고 Garmor에서 입수할 수 있는 그래핀 옥사이드의 또 다른 예시적인 조성물은 다른 불순물 없이, 탄소 90-95% 및 상응하는 산소 5-10%를 갖는다.
한 구현예에서, 그래핀 옥사이드 나노입자는 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛(GONP)의 형태이다. 다른 구현예에서, 그래핀 옥사이드 나노입자는 도 8에 도시된 바와 같이 엣지 산화된 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛(GONP)이다. 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛은 200 nm 내지 1 μm 또는 200 nm 내지 800 nm 범위의 입자 크기 분포를 가질 수 있으며, 평균 크기는 400 nm 내지 500 nm의 범위이고 두께는 5 nm 미만이다. 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛의 평균 종횡비는 90-1의 범위이다.
사이징 조성물은 그래핀 옥사이드 나노입자를 사이징 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 하여 0.1-25 중량%, 또는 바람직하게는 1-20 중량%, 또는 보다 바람직하게는 2-15 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 한 구현예에서, 그래핀 옥사이드는, 사이징 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 하여, 중량 기준으로 적어도 0.1%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5%, 7%, 7.5%, 8%, 8.5%, 9%, 9.5%, 또는 10% 그리고 중량 기준으로 최대 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 또는 10%의 양으로 사이징 조성물에 존재할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "사이징 조성물의 고체 함량"은 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자 및 적어도 하나의 사이징 화합물의 총량을 지칭한다.
사이징 조성물은 필름 형성제, 커플링제, 및 가공 보조제 중 적어도 하나의 사이징 화합물을 포함할 수 있다. 필름 형성제는 섬유를 마모로부터 보호하는데 중요한 역할을 하며 사이징 조성물의 총 고체 함량을 기준으로 하여 50-99.9 중량%, 70-95 중량%, 또는 85-95 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 필름 형성제의 적합한 예는 폴리비닐 아세테이트, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 커플링제의 적합한 예는 크롬(III) 메타크릴레이트(Zaclon LLC로부터 Volan®로 입수 가능), 크롬(III) 메타크릴레이트, 실란, 티타네이트 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 가공 보조제의 적합한 예는 윤활제, 습윤제, 중화제, 정전기 방지제, 산화 방지제, 핵형성제, 가교제, 및 이의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
한 구현예에서, 사이징 조성물은 수성 용매를 추가로 포함하여, 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자가 수성 용매에 분산되어 수성 분산액을 형성하도록 한다. 수성 용매는 사이징 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 75-95 중량%, 85-95 중량%, 또는 90-95 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명의 사이징 조성물은 저장 수명이 매우 제한적인 대부분의 수성 분산액에 비해 길고 유용한 저장 수명을 갖는다. 도 4는 1주일 동안 방치한 후, 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 사이징 조성물의 사진을 보여준다. 본 발명의 한 구현예에서, 사이징 조성물은 폐기시 비싼 폐기 비용이 발생하는 대부분의 수성 분산액과 비교하여 폐기될 때 위험하지 않을 수 있고 환경적 영향을 주지 않는다.
전기 전도성 사이징된 섬유는 탄소 섬유를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 섬유를 포함할 수 있다. 본 발명의 전기 전도성 사이징된 섬유의 한 구현예에서, 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN)-기반 탄소 섬유이다. 전기 전도성 섬유는 건식 토우, 직물, 펠트, 스크림, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 가진 프리프레그, 인발 성형된 플레이트, 또는 시트 몰딩 화합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 형태일 수 있다. 한 구현예에서, 전기 전도성 사이징된 섬유는, 건조 후 섬유 및 사이징 조성물의 총량을 기준으로 하여, 0.1-5 중량%, 0.5-2.5 중량%, 또는 1.0-2.0 중량% 범위의 양(사이징 레벨로도 지칭됨)으로 사이징 조성물을 갖는다.
한 구현예에서, 탄소 섬유는 약 0.00155 Ohm-cm의 전기 저항을 갖는다. 탄소 섬유는 5-10 미크론 범위의 평균 직경, 및 임의의 적합한 길이를 가질 수 있다. 한 구현예에서, 밀링된 탄소 섬유는 7.2 미크론의 평균 직경을 가질 수 있다.
탄소 섬유는 적어도 3k, 6k, 12k, 24k, 50k 또는 60k를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 토우 번들 크기를 가질 수 있다.
상업적으로 이용 가능한 탄소 섬유의 적합한 예는 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는다: Zoltek에서 이용 가능한 PX35, Toray에서 모두 이용 가능한 TORAYCA® T700 및 T800, SGL에서 이용 가능한 SIGRAFIL, Mitsubishi에서 이용 가능한 Grafil, DowAksa에서 이용 가능한 AKSAKA, Toho에서 이용 가능한 Tenax.
전기 전도성 사이징된 섬유 및 그로부터의 물품을 제조하는 방법
한 양태에서, 전기 전도성 사이징된 섬유를 제조하는 방법이 있으며; 전기 전도성 사이징된 섬유는 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하고, 여기서 사이징 조성물은 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함한다.
도 2는 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 사이징 조성물을 먼저 제공한 다음, 사이징되지 않은 섬유 토우가 사이징 조성물에 잠기도록 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물을 함유하는 사이징 배스를 통해 끌어당김에 의해 사이징되거나 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물로 코팅하는 단계를 포함하는 예시적인 방법을 도시한다. 사이징 배스에 함유된 사이징 조성물은 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 코팅된 섬유 토우를 건조시켜 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 사이징 조성물은 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함한다. 건조 단계는 100-150℃, 110-140℃, 또는 120-130℃ 범위의 온도에서 1-15분, 3-12분, 또는 4-6분 범위의 시간 동안, 공기, 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 대기, 또는 진공하에서 수행될 수 있다. 한 구현예에서, 건조 단계는 2-구역 연속 오븐과 같은 강제 공기, 다중 구역에서 수행될 수 있다. 다른 구현예에서, 건조 단계는, 예를 들어, 강제 공기/2-구역 연속 오븐에서 약 5분 동안 약 180℃에서 수행될 수 있다. 상기 방법은 또한 전기 전도성 사이징된 섬유를 스풀링하는 단계를 포함한다.
한 구현예에서, 사이징 조성물을 제공하는 단계는 고체 형태의 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 적어도 하나의 사이징 화합물에 첨가하는 것을 포함한다. 다른 구현예에서, 사이징 조성물을 제공하는 단계는 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자의 수성 분산액을 적어도 하나의 사이징 화합물에 첨가하는 것을 포함한다. 또한 다른 구현예에서, 상기 방법은 도 3에 도시된 대로, 사이징 조성물에 그래핀 옥사이드 분산액을 첨가하는 단계 전에, 혼 초음파처리 또는 배스 초음파처리를 포함하는 초음파처리, 및 고속 전단 혼합과 같은 임의의 적합한 기계적 수단에 의해 수성 분산액에서 그래핀 옥사이드 나노입자를 재분산시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그래핀 옥사이드 나노입자를 재분산하는데 필요한 시간은 그래핀 옥사이드 조성 및 기계적 수단에 따라 다를 것이고 5초 내지 30분, 또는 바람직하게는 15 내지 20분의 범위일 수 있다.
한 양태에서, 상기 방법은 인발 성형된 시트 또는 수지-주입된 직물, 또는 사전-함침된 테이프(프리프레그, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로 함침됨), 또는 시트 몰딩 화합물(SMS)의 형태로 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 한 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계는 전기 전도성 사이징된 섬유를 직물 내로 배열하고 직물에 결합제 수지를 주입하여 수지-주입된 직물 또는 프리프레그를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계는 전기 전도성 사이징된 섬유를 평면 토우 형태 내로 배열하고, 평면 토우 형태에 결합제 수지를 주입하고, 수지 주입된 평면 토우 형태를 인발 성형하여 인발 성형된 시트를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계는 전기 전도성 사이징된 섬유와 전기 전도성 사이징된 섬유로 제조된 직물의 조합물을 구조적 단면 형태 내로 배열하고, 구조적 단면 형태에 결합제 수지를 주입하고, 수지 주입된 단면 형태를 인발 성형하여 인발 성형된 구조 섹션(예를 들어, C-섹션, J-섹션 또는 Pi-섹션)을 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 도 9는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 예시적인 C-섹션의 사진을 보여준다.
또 다른 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계는 복수의 절단 또는 복수의 연속 전기 전도성 사이징된 섬유 중 적어도 하나를 결합제 수지와 화합시키고 생성된 조성물을 물품으로 압축 성형 또는 사출 성형하는 것을 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 상기 방법은 적어도 2개의 구성요소를 서로 접착 결합함으로써 물품을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 구체예에서, 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나는 상기 개시된 바와 같은 섬유-강화 수지 복합재를 포함할 수 있다.
한 구현예에서, 본 발명의 전기 전도성 사이징된 섬유는 윈드 블레이드 적용 분야에 사용하기에 적합하다.
섬유-강화 수지 복합재
한 양태에서, 상기 개시된 바와 같은 전기 전도성 사이징된 섬유 및 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재가 있다.
섬유-강화 수지 복합재의 한 구현예에서, 섬유는 탄소 섬유이다.
본 발명에 따른 섬유-강화 수지 복합재는 당업계에 공지된 임의의 결합제 수지로부터 이에 기반하여 형성될 수 있다.
열경화성 (공)중합체인 결합제 수지의 비제한적인 예는 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지, 열경화성 폴리우레탄, 폴리이미드, 비스말레이미드 수지, 벤족사진 수지, 및 실리콘 수지를 포함한다.
열가소성 (공)중합체인 결합제 수지의 비제한적인 예는, 합금 및 블렌드를 포함하는 폴리올레핀, 사이클릭 폴리올레핀, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 열가소성 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 폴리메틸 메타크릴레이트, 스티렌 말레산 무수물, 폴리옥시메틸렌(아세탈), 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리아릴에테르케톤을 포함한다.
한 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재는 인발 성형된 시트, 직물, 또는 프리프레그의 형태이다. 다른 구현예에서, 인발 성형된 시트 형태의 섬유-강화 수지 복합재는 결합제 수지와 융합된 평면 토우 형태의 탄소 섬유를 포함한다. 또한 다른 구현예에서, 직물 형태의 섬유-강화 수지 복합재는 다방향성 직물, 단방향성 직물 또는 직조 직물을 포함한다.
한 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재는 20-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 강화제 및 비닐 에스테르 수지, 20-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 폴리에스테르 수지 또는 20-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 강화제 및 에폭시 수지 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 부피%의 양은 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 한다. 한 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재는 인발 성형된 시트, 수지-주입된 직물, 사전-함침된 테이프, 또는 시트 몰딩 화합물의 형태로 존재한다. 인발 성형된 형태에서, 전기 전도성 사이징된 섬유는 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 하여 40-80 부피%, 또는 바람직하게는 60-72 부피% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 인발 성형된 형태에서, 전기 전도성 사이징된 섬유는 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 하여 40-80 부피%, 또는 바람직하게는 60-72 부피% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 프리프레그 형태에서, 전기 전도성 사이징된 섬유는 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 하여 40-80 부피%, 또는 바람직하게는 54-61 부피% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 수지-주입된 직물 형태에서, 전기 전도성 사이징된 섬유는 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 하여 40-80 부피%, 또는 바람직하게는 48-59 부피% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
한 구현예에서, 사전-함침된 테이프 형태의 섬유-강화 수지 복합재는 사전-함침된 단방향성 섬유 시트 또는 사전-함침된 직물을 포함하며, 여기서 직물은 다방향성 직물, 단방향성 직물 또는 직조 직물 중 하나 이상이다.
한 구현예에서, 시트 몰딩 화합물 형태의 섬유-강화 수지 복합재는 결합제 수지와 조합된 복수의 연속 또는 불연속 탄소 섬유, 다방향성 직물, 단방향성 직물, 직조 직물, 또는 부직포를 포함한다.
섬유-강화 수지 복합재는 또한 중합체 복합재와 같은 복합재를 강화하기 위한 당업계에 공지된 임의의 충전제 및/또는 입자를 포함할 수 있다. 이러한 입자의 예는 탈크, 칼슘 카르보네이트, 알루미늄 하이드록사이드, 티타늄 옥사이드, 및 실리카를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
물품
다른 양태에서, 서로 접착 결합된 적어도 2개의 구성요소를 포함하는 물품이 있으며, 여기서 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나는 본 개시의 전기 전도성 사이징된 섬유를 포함하는, 상기 본원에 개시된 바와 같은, 섬유-강화 수지 복합재를 포함한다.
도 5는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 복합 패널을 포함하는 예시적인 물품의 일부의 단면도를 도시한다. 예시적인 복합 패널은 제1 구성요소가 제2 구성요소에 접착 결합되어 있는 2개의 구성요소를 포함하며, 여기서 제1 구성요소 또는 제2 구성요소 중 적어도 하나는 본 개시의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 결합제를 포함한다.
도 6은 복수의 패널 중 적어도 하나가 본 개시의 전기 전도성 사이징된 섬유를 포함하도록, 서로 접착 결합된 복수의 패널을 포함하는 복합 패널을 포함하는 또 다른 예시적인 물품의 일부의 단면도를 보여준다. 도 6에 도시된 바와 같이, 예시적인 복합 패널은 적어도 4개의 패널을 포함하며, 제1 패널은 제2 패널에 접착 결합되고, 제2 패널은 제3 패널에 접착 결합되고, 제3 패널은 제4 패널에 접착 결합된다. 한 구현예에서, 패널은 적어도 하나의 엣지가 기울어져 경사를 갖도록 서로의 상부에 적층된다.
본 발명의 복합 패널은 0.5-30 mm 범위와 같은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다.
한 구현예에서, 물품은 섬유-강화 수지 복합재를 포함하고 고 에너지 전기에 노출될 때 고 에너지 전기를 분배하고 아킹 또는 박리를 감소시키도록 구성된 스파 캡이다. 스파 캡은 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 결합제 수지를 포함하는, 상기 개시된 바와 같은, 섬유-강화 수지 복합재를 포함한다. 도 7은 스파 캡의 일부의 개략적인 단면도를 도시한다.
스파 캡의 한 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재는 20-80 부피%의 융합된 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 및 결합제 수지를 포함하고, 여기서 부피%의 양은 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 한다. 한 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재 시트는 20-80 부피%의 비닐 에스테르 수지와 융합된 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유를 포함한다. 다른 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재 시트는 20-80 부피%의 에폭시 수지와 융합된 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유를 포함한다. 또한 다른 구현예에서, 섬유-강화 수지 복합재 시트는 20-80 부피%의 폴리에스테르 수지와 융합된 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제를 포함한다. 또한 다른 구현예에서, 스파 캡 내의 섬유-강화 수지 복합재 시트는, 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 하여 40-80 부피%, 또는 바람직하게는 60-72 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유를 포함하는 인발 성형된 시트이다.
전기 전도성 사이징된 섬유에 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함시키면 섬유-강화 수지 복합재의 가로 방향으로의 전기 전도성이 실질적으로 향상되는 것으로 여겨진다. 본 발명의 결과적인 스파 캡은 섬유의 사이징 내에 전기 전도성 그래핀 옥사이드 나노입자가 없는 것에 비해 훨씬 더 내뢰성일 것이다.
본 발명에 따라 전기 전도성 그래핀 옥사이드 나노입자를 섬유의 사이징에 도입하는 것은 몇 가지 이점을 제공한다:
· 사이징은 현재 섬유에서 수행되는 표준 공정이므로, 사이징 배스에 전기 전도성 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함시키는 것은 간단하고 효과적인 저비용 도입 공정을 제공하며, 최소한의 폐기물의 이점을 추가로 제공한다.
· 그래핀 옥사이드-사이징된 섬유는 공정 파라미터를 크게 변경하지 않고도 임의의 기존 복합재 물질 제조 공정에 통합될 수 있다.
· 전기 전도성 그래핀 옥사이드 나노입자 사이징의 포함은 전기 및 열 전도성을 증가시키고 층간 전단 및 횡 강도와 같은 수지-지배적인 기계적 특성을 제공한다.
보다 구체적으로, 다음은 본 발명의 특정 구현예를 나타낸다:
1. 섬유, 및
섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는, 전기 전도성 사이징된 섬유.
2. 구현예 1에 있어서, 섬유가 탄소 섬유인 전기 전도성 사이징된 섬유.
3. 구현예 1 또는 구현예 2에 있어서, 그래핀 옥사이드 나노입자가 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛의 형태인 전기 전도성 사이징된 섬유.
4. 구현예 1-3 중 어느 한 구현예에 있어서, 그래핀 옥사이드 나노입자가 적어도 하나의 사이징 화합물에 의해 캡슐화되고 섬유의 표면에 부착되는 전기 전도성 사이징된 섬유.
5. 구현예 4에 있어서, 그래핀 옥사이드 나노입자가 개별 나노입자 및/또는 나노입자의 클러스터로서 섬유의 표면에 부착되는 전기 전도성 사이징된 섬유.
6. 구현예 1-5 중 어느 한 구현예에 있어서, 섬유가 건식 토우, 직물, 펠트, 스크림, 프리프레그, 인발 성형된 시트, 또는 시트 몰딩 화합물의 형태인 전기 전도성 사이징된 섬유.
7. (a) 사이징되지 않은 섬유 토우가 사이징 조성물에 잠기도록 사이징되거나 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물을 함유하는 사이징 배스를 통해 끌어당김에 의해 사이징되거나 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물로 코팅하는 단계로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 사이징 배스에 함유되어 있는 단계;
(b) 코팅된 섬유 토우를 건조시켜 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유를 형성하는 단계로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 단계; 및
(c) 전기 전도성 사이징된 섬유를 스풀링하는 단계를 포함하는 방법.
8. 구현예 7에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 인발 성형된 시트, 수지-주입된 직물, 시트 몰딩 화합물, 또는 사전-함침된 테이프의 형태로 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
9. 구현예 8에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
a) 전기 전도성 사이징된 섬유를 직물 내로 배열하는 단계; 및
b) 직물에 결합제 수지를 주입하여 수지-주입된 직물 또는 프리프레그를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
10. 구현예 8에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
a) 전기 전도성 사이징된 섬유를 평면 토우 형태 내로 배열하는 단계;
b) 평면 토우 형태에 결합제 수지를 주입하는 단계; 및
c) 수지 주입된 평면 토우 형태를 인발 성형하여 인발 성형된 시트를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
11. 구현예 8에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
a) 복수의 절단 또는 복수의 연속 전기 전도성 섬유 중 적어도 하나를 결합제 수지와 화합시키는 단계; 및
b) 생성된 조성물을 물품으로 압축 성형 또는 사출 성형하는 단계를 포함하는 방법.
12. 구현예 8에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
a. 전기 전도성 사이징된 섬유 및 전기 전도성 사이징된 섬유로 제조된 직물의 조합을 구조적 단면 형태 내로 배열하는 단계;
b) 구조적 단면 형태에 결합제 수지를 주입하는 단계; 및
c) 수지 주입된 단면 형태를 인발 성형하여 인발 성형된 구조적 단면을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
13. 구현예 8-12 중 어느 한 구현예에 있어서, 적어도 2개의 구성요소를 서로 접착 결합시켜 물품을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나가 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 방법.
14. a) i) 섬유, 및
ii) 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제; 및
b) 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
15. 구현예 14에 있어서, 섬유가 탄소 섬유인 섬유-강화 수지 복합재.
16. 구현예 14에 있어서, 복합재가 인발 성형된 시트, 수지-주입된 직물, 사전-함침된 테이프, 또는 시트 몰딩 화합물의 형태인 섬유-강화 수지 복합재.
17. 구현예 16에 있어서, 인발 성형된 시트가 결합제 수지와 융합된 평면 토우 형태의 탄소 섬유를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
18. 구현예 16에 있어서, 직물이 다방향성 직물, 단방향성 직물 또는 직조 직물을 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
19. 구현예 16에 있어서, 사전-함침된 테이프가 사전-함침된 단방향성 섬유 시트 또는 사전-함침된 직물을 포함하며, 상기 직물이 다방향성 직물, 단방향성 직물 또는 직조 직물 중 하나 이상인 섬유-강화 수지 복합재.
20. 구현예 16에 있어서, 시트 몰딩 화합물이 결합제 수지와 조합된 복수의 연속 또는 불연속 탄소 섬유, 다방향성 직물, 단방향성 직물, 직조 직물, 또는 부직포를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
21. 구현예 14-20 중 어느 한 구현예에 있어서, 결합제 수지가 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지, 열경화성 폴리우레탄, 폴리이미드, 비스말레이미드 수지, 벤족사진 수지, 및 실리콘 수지 중에서 선택되는 열경화성 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
22. 구현예 14-20 중 어느 한 구현예에 있어서, 결합제 수지가, 합금 및 블렌드를 포함하는 폴리올레핀, 사이클릭 폴리올레핀, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 열가소성 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 폴리메틸 메타크릴레이트, 스티렌 말레산 무수물, 폴리옥시메틸렌(아세탈), 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리아릴에테르케톤 중에서 선택되는 열가소성 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
23. 구현예 14-22 중 어느 한 구현예에 있어서, 다음 중 적어도 하나를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재:
a) 40-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 비닐 에스테르 수지, 또는
b) 40-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 폴리에스테르 수지, 또는
c) 40-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 에폭시 수지,
여기서 부피%의 양은 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 한다.
24. 서로 접착 결합된 적어도 2개의 구성요소를 포함하는 물품으로서, 여기서 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나가 구현예 14-23 중 어느 한 구현예에 따른 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는, 물품.
25. a) i) 섬유, 및
ii) 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제; 및
b) 결합제 수지를 포함하는 포함하는 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 스파 캡.
26. 구현예 25에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재가 20-80 부피%의 융합된 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 및 결합제 수지를 포함하고, 여기서 부피%의 양은 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 하는 스파 캡.
27. 구현예 25에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재 시트가 20-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 및 비닐 에스테르 수지를 포함하는 스파 캡.
28. 구현예 25에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재 시트가 20-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 및 에폭시 수지를 포함하는 캡.
본 발명은 본 발명을 순전히 예시하고자 하는 하기 실시예에 의해 추가로 설명될 것이며, 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
실시예
사용된 재료:
Zoltek Corporation에서 ZOLTEK PX-35 탄소 섬유 번들(직경 약 7μm의 탄소 크기 직경을 가짐)을 구입하였다. 엣지-산화된 그래핀 옥사이드(EOGO), 물에서 1 중량% 분산액으로 사용 가능한 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛(카르복실산 및 하이드록실 기 포함)을 Garmor, Inc.(Orlando, FL)에서 구입하였다. 본원에서 사용되는 EOGO는, 다른 불순물 없이, 90-95% 탄소 및 카르복실기 및 하이드록실기의 형태로 존재하는 상응하는 5-10% 산소의 조성을 가졌고, 습식 밀링 공정에 의해 제조되었다. 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛은 그래핀 옥사이드 나노입자를 물에 재분산하는데 사용하기 전에 분산액을 초음파처리한 것을 제외하고는 그대로 사용되었다.
테스트 방법:
사이징을 위해, 중량 변화가 없을 때까지 120℃에서 수분 균형에 의해 고체%를 결정하였다.
섬유의 경우, 105℃ 오븐에서 2시간 가열 전후의 중량을 측정하여 수분%를 결정하였다; 크기 함량%는 용매 추출 전후에 중량을 측정하여 결정되었다; 토우 질량(g/m)은 1m 길이 샘플의 중량을 기준으로 하였다; 퍼즈(ppm)는 거친 표면을 가로 질러 섬유를 드래그하고 전후 중량을 측정하여 결정되었다.
전도성 사이징된 탄소 섬유 및 열경화성 수지로 제조된 복합재 플레이트에 대해 PROSTAT PRS-801 저항 시스템 세트로 전기 전도성을 측정하였다. 측정 방법은 산업 표준 테스트 ANSI/ESD STM11.11을 따라 표면 저항을 측정하고, ANSI/ESD STM11.12를 따라 부피 저항을 측정하였다.
기본 공정:
도 2는 전기 전도성 사이징된 섬유를 제조하는 전체 공정을 보여준다. 공정은 다음 단계를 포함하였다:
그래핀 옥사이드 분산액을 적어도 하나의 사이징 화합물을 포함하는 범용 에폭시-상용성 사이징 조성물에 첨가하기 전에 15분 동안 재초음파처리하였다. 이후, 사이징되지 않은 탄소 섬유 다발(토우라고 함)을 탄소 섬유에 사용되는 통상적인 사이징 화합물과 함께 그래핀-옥사이드(GO) 나노플레이틀렛을 포함하는 사이징 배스를 통해 진행시켰다. 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛을 가진 사이징 조성물에 사용되는 표준 조건이지만, 배스의 사이징 농도 조정을 통해 섬유에 침착되는 사이징 양을 조절하였다. 습윤되고 사이징된 토우를 이후 50psi로 설정된 닙 롤 세트를 통해 당겨서 수분 함량을 20%의 목표로 감소시켰다. 습윤되고 사이징된 섬유 토우를 이후 180℃에서 5분 동안 공기하에서 건조시키고 스풀에 감았다.
그래핀 옥사이드를 가진 사이징 조성물은 주말 동안 고체 함량을 일정하게 유지하여 안정한 것으로 나타났으며 1주일된 샘플조차도 도 4에 도시된 바와 같이 비교적 안정한 것으로 나타났다. 일부 그래핀 옥사이드 나노입자는 아마도 작용기화 부족으로 인해 즉시 바닥에 가라앉는 것으로 나타났다.
도 1은 사이징 조성물의 총량을 기준으로 하여 10 중량%의 그래핀 옥사이드를 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 토우의 주사 전자 현미경(SEM) 현미경사진을 도시한다; 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛이 없는 표준 사이징된 섬유와 비교하여 섬유에 대해 0.15 중량%의 총 사이징을 갖는다. 도 1은 그래핀 옥사이드 나노입자가 캡슐화되어 섬유 표면에 달라 붙는 것을 도시한다. 일부 플레이틀렛은 개별적이며 일부는 더 큰 번들로 함께 "뭉쳐" 있다.
본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 실시에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 다른 구현예는 본 발명의 명세서 및 실시를 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주하고자 하며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 다음의 청구 범위에 의해 표시된다.

Claims (28)

  1. 섬유, 및
    섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는, 전기 전도성 사이징된 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 섬유가 탄소 섬유인 전기 전도성 사이징된 섬유.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 그래핀 옥사이드 나노입자가 그래핀 옥사이드 나노플레이틀렛의 형태인 전기 전도성 사이징된 섬유.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 그래핀 옥사이드 나노입자가 적어도 하나의 사이징 화합물에 의해 캡슐화되고 섬유의 표면에 부착되는 전기 전도성 사이징된 섬유.
  5. 제4항에 있어서, 그래핀 옥사이드 나노입자가 개별 나노입자 및/또는 나노입자의 클러스터로서 섬유의 표면에 부착되는 전기 전도성 사이징된 섬유.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유가 건식 토우, 직물, 펠트, 스크림, 프리프레그, 인발 성형된 시트, 또는 시트 몰딩 화합물의 형태인 전기 전도성 사이징된 섬유.
  7. (a) 사이징되지 않은 섬유 토우가 사이징 조성물에 잠기도록 사이징되거나 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물을 함유하는 사이징 배스를 통해 끌어당김에 의해 사이징되거나 사이징되지 않은 섬유 토우를 사이징 조성물로 코팅하는 단계로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 사이징 배스에 함유되어 있는 단계;
    (b) 코팅된 섬유 토우를 건조시켜 섬유 및 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유를 형성하는 단계로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 단계; 및
    (c) 전기 전도성 사이징된 섬유를 스풀링하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 인발 성형된 시트, 수지-주입된 직물, 시트 몰딩 화합물, 또는 사전-함침된 테이프의 형태로 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
    a) 전기 전도성 사이징된 섬유를 직물 내로 배열하는 단계; 및
    b) 직물에 결합제 수지를 주입하여 수지-주입된 직물 또는 프리프레그를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
    a) 전기 전도성 사이징된 섬유를 평면 토우 형태 내로 배열하는 단계;
    b) 평면 토우 형태에 결합제 수지를 주입하는 단계; 및
    c) 수지 주입된 평면 토우 형태를 인발 성형하여 인발 성형된 시트를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
    a) 복수의 절단 또는 복수의 연속 전기 전도성 섬유 중 적어도 하나를 결합제 수지와 화합시키는 단계; 및
    b) 생성된 조성물을 물품으로 압축 성형 또는 사출 성형하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재를 형성하는 단계가,
    a) 전기 전도성 사이징된 섬유 및 전기 전도성 사이징된 섬유로 제조된 직물의 조합을 구조적 단면 형태 내로 배열하는 단계;
    b) 구조적 단면 형태에 결합제 수지를 주입하는 단계; 및
    c) 수지 주입된 단면 형태를 인발 성형하여 인발 성형된 구조적 단면을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 구성요소를 서로 접착 결합시켜 물품을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나가 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 방법.
  14. a) i) 섬유, 및
    ii) 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제; 및
    b) 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
  15. 제14항에 있어서, 섬유가 탄소 섬유인 섬유-강화 수지 복합재.
  16. 제14항에 있어서, 복합재가 인발 성형된 시트, 수지-주입된 직물, 사전-함침된 테이프, 또는 시트 몰딩 화합물의 형태인 섬유-강화 수지 복합재.
  17. 제16항에 있어서, 인발 성형된 시트가 결합제 수지와 융합된 평면 토우 형태의 탄소 섬유를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
  18. 제16항에 있어서, 직물이 다방향성 직물, 단방향성 직물 또는 직조 직물을 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
  19. 제16항에 있어서, 사전-함침된 테이프가 사전-함침된 단방향성 섬유 시트 또는 사전-함침된 직물을 포함하며, 상기 직물이 다방향성 직물, 단방향성 직물 또는 직조 직물 중 하나 이상인 섬유-강화 수지 복합재.
  20. 제16항에 있어서, 시트 몰딩 화합물이 결합제 수지와 조합된 복수의 연속 또는 불연속 탄소 섬유, 다방향성 직물, 단방향성 직물, 직조 직물, 또는 부직포를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제 수지가 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지, 열경화성 폴리우레탄, 폴리이미드, 비스말레이미드 수지, 벤족사진 수지, 및 실리콘 수지 중에서 선택되는 열경화성 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
  22. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제 수지가, 합금 및 블렌드를 포함하는 폴리올레핀, 사이클릭 폴리올레핀, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 열가소성 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 폴리메틸 메타크릴레이트, 스티렌 말레산 무수물, 폴리옥시메틸렌(아세탈), 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리아릴에테르케톤 중에서 선택되는 열가소성 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재.
  23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 다음 중 적어도 하나를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재:
    a) 40-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 비닐 에스테르 수지,
    b) 40-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 폴리에스테르 수지, 또는
    c) 40-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제 및 에폭시 수지,
    여기서 부피%의 양은 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 한다.
  24. 서로 접착 결합된 적어도 2개의 구성요소를 포함하는 물품으로서, 여기서 적어도 2개의 구성요소 중 적어도 하나가 제14항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는, 물품.
  25. a) i) 섬유, 및
    ii) 섬유의 표면에 부착된 사이징 조성물을 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제로서, 상기 사이징 조성물이 적어도 하나의 사이징 화합물 및 복수의 그래핀 옥사이드 나노입자를 포함하는 전기 전도성 사이징된 섬유 강화제; 및
    b) 결합제 수지를 포함하는 섬유-강화 수지 복합재를 포함하는 스파 캡.
  26. 제25항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재가 20-80 부피%의 융합된 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 및 결합제 수지를 포함하고, 여기서 부피%의 양은 섬유-강화 수지 복합재의 총 부피를 기준으로 하는 스파 캡.
  27. 제25항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재 시트가 20-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 및 비닐 에스테르 수지를 포함하는 스파 캡.
  28. 제25항에 있어서, 섬유-강화 수지 복합재 시트가 20-80 부피%의 전기 전도성 사이징된 탄소 섬유 및 에폭시 수지를 포함하는 스파 캡.
KR1020207031183A 2018-03-28 2019-03-28 탄소 섬유용 전기 전도성 사이징 KR20200144556A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862649035P 2018-03-28 2018-03-28
US62/649,035 2018-03-28
PCT/US2019/024557 WO2019191411A1 (en) 2018-03-28 2019-03-28 Electrically conductive sizing for carbon fibers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200144556A true KR20200144556A (ko) 2020-12-29

Family

ID=66102815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207031183A KR20200144556A (ko) 2018-03-28 2019-03-28 탄소 섬유용 전기 전도성 사이징

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11566369B2 (ko)
EP (1) EP3774684A1 (ko)
JP (1) JP2021519870A (ko)
KR (1) KR20200144556A (ko)
CN (1) CN112292361A (ko)
AR (1) AR114458A1 (ko)
AU (1) AU2019242896B2 (ko)
CA (1) CA3095445A1 (ko)
WO (1) WO2019191411A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202000012262A1 (it) * 2020-05-25 2021-11-25 Directa Plus Spa Articolo tessile comprendente grafene e manufatto filtrante comprendente lo stesso.
US20220042494A1 (en) * 2020-08-10 2022-02-10 Ut-Battelle, Llc Low-cost carbon fiber-based lightning strike protection
CN112186382B (zh) * 2020-10-12 2021-04-13 南京瑞敬自动化科技有限公司 一种超小密封型高温高压连接器
BR112023025248A2 (pt) * 2021-06-03 2024-02-20 Barrflextu Llc Material compósito e estrutura multicamadas
CN113293605B (zh) * 2021-07-02 2022-07-12 四川大学 提高树脂基体与碳纤维界面性能的方法
CN115159866B (zh) * 2022-06-28 2023-09-08 南京玻璃纤维研究设计院有限公司 一种适用于pps树脂的玻璃纤维浸润剂及其制备方法
CN115071166B (zh) * 2022-08-04 2023-05-30 中复神鹰(上海)科技有限公司 改性连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料层合板及其制备方法
CN115449183A (zh) * 2022-08-30 2022-12-09 明阳智慧能源集团股份公司 一种风电叶片导电梁帽制备方法
CN115625944A (zh) * 2022-09-30 2023-01-20 南京海柯玛新材料科技有限公司 一种风电叶片用frp材料及其制造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL274584A (ko) 1961-02-10
GB1434926A (en) * 1972-04-25 1976-05-12 Imp Metal Ind Kynoch Ltd Impregnating fibre material
JPS63254667A (ja) * 1987-04-10 1988-10-21 Kuraray Co Ltd 活性炭素繊維電極
JPH0665787B2 (ja) * 1987-12-19 1994-08-24 東邦レーヨン株式会社 炭素繊維ストランドのサイジング方法
JPH085137B2 (ja) * 1988-07-28 1996-01-24 東レ株式会社 繊維強化プラスチックの引抜成形法
JPH0264133A (ja) * 1988-08-30 1990-03-05 Toho Rayon Co Ltd サイズされた炭素繊維チョップドストランド及び樹脂組成物
EP1996465A2 (en) 2006-03-10 2008-12-03 Goodrich Corporation Low density lightning strike protection for use in airplanes
EP2660385B1 (en) 2006-05-02 2018-07-04 Goodrich Corporation Lightning strike protection material
US20080160281A1 (en) * 2006-12-29 2008-07-03 Vickery Eric L Sizing composition for glass fibers
CN101990518A (zh) * 2008-02-05 2011-03-23 普林斯顿大学理事会 包含官能化的石墨烯片的涂料以及用其涂覆的物品
GB201122296D0 (en) 2011-12-23 2012-02-01 Cytec Tech Corp Composite materials
CN102785437B (zh) 2012-07-19 2016-08-03 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种复合导电薄层及其制备方法和应用
US20160276056A1 (en) 2013-06-28 2016-09-22 Graphene 3D Lab Inc. Dispersions for nanoplatelets of graphene-like materials and methods for preparing and using same
GB201322093D0 (en) 2013-12-13 2014-01-29 Cytec Ind Inc Compositive materials with electrically conductive and delamination resistant properties
CN104264484B (zh) * 2014-09-26 2016-10-26 济南大学 乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法和应用
US10266677B2 (en) 2015-01-05 2019-04-23 The Boeing Company Graphene-augmented composite materials
CN105176008A (zh) * 2015-10-29 2015-12-23 济南大学 一种增强聚丙烯的碳纤维上浆剂的配方及其制备方法
CN105968718A (zh) * 2016-05-20 2016-09-28 北京化工大学 一种碳纤维/石墨烯/环氧树脂预浸料及碳纤维复合材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019191411A1 (en) 2019-10-03
EP3774684A1 (en) 2021-02-17
CA3095445A1 (en) 2019-10-03
AU2019242896B2 (en) 2023-08-03
US11566369B2 (en) 2023-01-31
CN112292361A (zh) 2021-01-29
AU2019242896A1 (en) 2020-10-15
JP2021519870A (ja) 2021-08-12
AR114458A1 (es) 2020-09-09
US20210040679A1 (en) 2021-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11566369B2 (en) Electrically conductive sizing for carbon fibers
Du et al. The present status and key problems of carbon nanotube based polymer composites
Yu et al. Enhanced interphase between epoxy matrix and carbon fiber with carbon nanotube-modified silane coating
Cheng et al. Fabrication and properties of aligned multiwalled carbon nanotube-reinforced epoxy composites
Pham et al. Mechanical and electrical properties of polycarbonate nanotube buckypaper composite sheets
Brown et al. Methods of modifying through-thickness electrical conductivity of CFRP for use in structural health monitoring, and its effect on mechanical properties–A review
Almuhamed et al. Measuring of electrical properties of MWNT-reinforced PAN nanocomposites
CN112272692B (zh) 导电粘合剂
Kareem et al. Electrical and thermal characteristics of MWCNTs modified carbon fiber/epoxy composite films
Mishra et al. Effect of graphene oxide on the interlaminar fracture toughness of carbon fiber/epoxy composites
JP2011213991A (ja) 炭素繊維強化複合材料
Wan Dalina et al. Multi-walled carbon nanotubes buckypaper/epoxy composites: effect of loading and pressure on tensile and electrical properties
Ekrem The effects of carbon nanotubes added polyvinyl alcohol nanofibers on mechanical properties of carbon reinforced composite laminates
Wang et al. Investigation on some matrix‐dominated properties of hybrid multiscale composites based on carbon fiber/carbon nanotube modified epoxy
İnal et al. Progress in interlaminar toughening of aerospace polymer composites using particles and non-woven veils
WO2019065535A1 (ja) 複合素材、プリプレグ、炭素繊維強化成形体、および複合素材の製造方法
Rana et al. Effect of carbon nanofiber functionalization on the in‐plane mechanical properties of carbon/epoxy multiscale composites
Akcin et al. Electrical, thermal and mechanical properties of CNT treated prepreg CFRP composites
KR101843795B1 (ko) 나노 박막 코팅의 제조방법
Mutlu et al. Coating graphene nanoplatelets onto carbon fabric with controlled thickness for improved mechanical performance and EMI shielding effectiveness of carbon/epoxy composites
US20220235191A1 (en) Fibers, prepreg materials, compositions, composite articles, and methods of producing composite articles
Cheon et al. Effect of MWCNT anchoring to the carbon fiber surface on the interlaminar property and fracture topography of carbon fabric/vinyl ester composites: comparisons between conventional and semi-spread carbon fabrics
Ricciardi et al. Mechanical behavior of hybrid fiber‐reinforced composites manufactured by pulse infusion
Eremin et al. Carbon fiber reinforced epoxy with enhanced electrical conductivity
Cho et al. Fabrication and characterization of carbon nanotube/carbon fiber/polycarbonate multiscale hybrid composites

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
WITB Written withdrawal of application