KR102285655B1 - 섬유 강화 수지 중간재, 섬유 강화 수지 성형체, 및 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법 - Google Patents
섬유 강화 수지 중간재, 섬유 강화 수지 성형체, 및 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102285655B1 KR102285655B1 KR1020187029458A KR20187029458A KR102285655B1 KR 102285655 B1 KR102285655 B1 KR 102285655B1 KR 1020187029458 A KR1020187029458 A KR 1020187029458A KR 20187029458 A KR20187029458 A KR 20187029458A KR 102285655 B1 KR102285655 B1 KR 102285655B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fiber
- reinforced resin
- resin powder
- intermediate material
- reinforcing fiber
- Prior art date
Links
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims abstract description 245
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims abstract description 245
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 153
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims abstract description 148
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 123
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 17
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 15
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 27
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 15
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 14
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 5
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 4
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 4
- -1 poly butylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 2-methylphenol;3-methylphenol;4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C=C1.CC1=CC=CC(O)=C1.CC1=CC=CC=C1O QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229930003836 cresol Natural products 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004924 electrostatic deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000013034 phenoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229920006287 phenoxy resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
- B29C70/465—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating by melting a solid material, e.g. sheets, powders of 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
- B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
- B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
- B29B15/105—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcement of definite length with a matrix in solid form, e.g. powder, fibre or sheet form
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
- B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
-
- 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
-
- 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
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
- C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
- C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon 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
- C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
- B29K2101/10—Thermosetting resins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/25—Solid
- B29K2105/251—Particles, powder or granules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
- B29K2307/04—Carbon
-
- 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
- C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
- C08J2377/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재는 강화 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 그것을 가열하여 상기 강화 섬유 기재의 외면에, 상기 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 또한 개구된 공극을 갖도록 상기 수지 분말을 용융시켜 형성된다.
Description
본 발명은 가열, 가압, 및 냉각되어 섬유 강화 수지 성형체로 가공되는 섬유 강화 수지 중간재, 상기 섬유 강화 수지 성형체 및 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 경량화 및 기계 강도의 향상을 목적으로 해서, 탄소 섬유, 유리 섬유, 및 천연 섬유 등의 강화 섬유 기재에 수지를 함침시켜 얻어지는 섬유 강화 복합 수지가 다양한 분야 및 용도에 널리 이용되고 있으며, 항공기 부품 및 자동차 부품에의 적용이 진행되고 있다. 이러한 섬유 강화 수지 성형체는 기계적 강도 등의 소정의 특성이 발휘되도록, 강화 섬유 기재에의 수지의 함침이 소정의 섬유 체적 함유율로 행해져 보이드 등의 결함이 적은 것이 요구된다. 또한, 형상이 복잡한 것이라도 성형될 수 있도록 부형성이 요구된다. 이러한 요구에 대해, 강화 섬유 기재에 수지가 함침되어 있으며, 적층 상태에서 가열, 가압, 및 냉각되어 섬유 강화 수지 성형체로 가공되는 섬유 강화 수지 중간재가 여러가지 제안되고 있다.
특허문헌 1에는 복수개의 강화 섬유 다발을 일 방향으로 정렬시킨 강화 섬유 시트에 열가소성 수지 부직포를 겹치고, 가열하면서 가압함으로써 열가소성 수지 부직포를 용융시켜 강화 섬유 다발에 열가소성 수지를 함침시킨 섬유 강화 열가소성 수지 시트가 제안되어 있다. 상기 섬유 강화 열가소성 수지 시트는 강화 섬유 다발에 열가소성 수지가 함침되지 않는 공극부가 존재하는 반 함침의 상태로 될 수 있다고 되어 있다. 따라서, 섬유 강화 열가소성 수지 시트의 제조에 필요한 시간을 단축시킬 수 있어 유연성을 갖는 섬유 강화 열가소성 수지 시트가 얻어진다. 또한, 강화 섬유 시트를 얇게 할 수 있기 때문에, 미함침 부분을 감소시킬 수 있으며, 따라서 이것을 가열하면서 가압하여 충분히 함침된 최종 성형품을 형성할 수 있게 된다고 되어 있다.
특허문헌 2에는 층상으로 형성된 섬유 기재 및 그 적어도 한쪽의 면측에 수지 조성물로 구성된 수지층이 형성되고, 상기 섬유 기재 중 적어도 일부에 상기 수지 조성물이 함침되지 않는 공극층이 형성된 프리프레그가 제안되어 있다. 상기 프리프레그의 공극층은 섬유 기재의 일부가 노출된 형상이어도 좋고, 프리프레그의 일단으로부터 타단까지 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다고 되어 있다. 또한, 섬유 기재의 양면에 수지층이 존재하더라도, 그 중간부에서 일단으로부터 타단까지 연통하도록 공극층이 충분히 존재한다고 되어 있다. 이러한 프리프레그를 적층하는 경우에는, 수지가 섬유 기재에 의해 지지되어 있기 때문에 섬유 기재가 물결치는 것을 방지할 수 있고, 프리프레그의 적층시에 공기가 방출되기 쉬워 기포가 발생되기 어려워진다고 되어 있다. 상기 수지 조성물로서, 페놀 노볼락 수지 및 크레졸 노볼락 수지 등의 열경화성 수지, 및 페녹시 수지 또는 폴리이미드 수지 등의 열가소성 수지를 병용해도 좋다.
특허문헌 3에는 섬유 사이에 열가소성 수지 분말을 부착시킨 강화용 연속 섬유 집합체에, 상기 열가소성 수지 분말이 불용성 또는 난용성인 용제에 용해된 소정량의 바인더 수지의 용액을 첨가하고, 상기 용액을 상기 열가소성 수지 분말의 융점 또는 유동 개시 온도를 초과하지 않는 온도 범위에서 건조시키는 것을 포함하는 성형 재료의 제조 방법이 제안되어 있다. 건조 온도가 너무 높으면, 분말 형상 열가소성 수지가 용융하여 매트릭스층을 형성하기 때문에 드레이프성이 소실되어 목적으로 하는 성형 재료가 얻어지지 않게 된다고 되어 있다. 상기 제조 방법은 파우더법에 속하며, 드레이프성이 우수하여 각종 열가소성 수지를 사용할 수 있고, 바인더 수지가 강화용 연속 섬유 집합체의 섬유를 서로, 상기 섬유와 열가소성 수지 분말, 및 열가소성 수지 분말 서로를 핀포인트 방식으로 결합하기 때문에, 열가소성 수지 분말의 탈락을 방지하고, 또한 성형 재료의 취급시의 개섬을 방지할 수 있어, 상기 방법은 취급성이 우수하다고 되어 있다.
상기 언급된 바와 같이, 섬유 강화 수지 중간재에는 부형성이 요구된다. 특허문헌 1에 있어서는 섬유 강화 열가소성 수지 시트를 반 함침의 상태로 하거나, 특허문헌 2에 있어서는 프리프레그에 함침되지 않는 공극층을 형성하거나, 특허문헌 3에 있어서는 강화용 연속 섬유 및 열가소성 수지 분말을 핀포인트 방식으로 결합시킴으로써, 섬유 강화 수지 중간재의 부형성의 향상을 도모하고 있다. 특허문헌 1에 기재된 섬유 강화 열가소성 수지 시트의 성형법 및 특허문헌 2에 기재된 프리프레그의 성형 방법은, 특허문헌 3에 기재된 성형법과 같은 건조 공정 등의 추가 공정을 필요로 하지 않기 때문에 바람직하다.
한편, 섬유 강화 수지 중간재를 성형할 때에 강화 섬유 기재의 내부에 함유된 공기가 얼마나 배출되는지가 중요하며, 섬유 강화 수지 중간재 내에 함유된 공기를 충분히 배출함으로써 보이드 등의 결함이 없는 섬유 강화 수지 성형체를 성형할 수 있다. 특허문헌 1에 기재된 섬유 강화 열가소성 수지 시트에 있어서는 섬유 강화 시트에 겹쳐진 열가소성 수지 섬유로 이루어지는 패브릭을 가열 및 가압할 때에 용융된 열가소성 수지층이 가압되고, 압밀화되어 강화 섬유 시트의 표면을 필름 형상으로 덮기 때문에, 강화 섬유 시트 내의 공기가 방출되기 어려워 보이드가 쉽게 형성된다는 문제가 있다. 이와 달리, 특허문헌 2에 기재된 프리프레그에 있어서는 프리프레그 내부의 공기를 배출하기 위한 공극층이 형성되어 있기 때문에, 상기 프리프레그는 보이드 등의 결함의 발생을 방지할 수 있다는 점에서 우수하다. 그러나, 상기 프리프레그는 공기의 이동 거리가 길기 때문에 공기가 쉽게 방출되고, 또한 열가소성 수지로만 이루어지는 수지 조성물을 사용할 수 없다는 문제가 있다. 특허문헌 3에 기재된 성형 재료에 있어서는 열가소성 수지를 강화용 연속 섬유 집합체에 어떠한 형태로 부착시키는지 불분명하고, 또한 강화용 연속 섬유 집합체에 함유되는 공기를 어떻게 배출시키는지 기재되어 있지 않다.
이러한 종래의 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은 부형성 및 취급성이 우수하고, 보이드 등의 결함이 발생하기 어려운 섬유 강화 수지 성형체로 성형될 수 있고, 열경화성 수지 또는 용융 점도가 높아 함침이 쉽게 실현되지 않는 열가소성 수지를 강화 섬유 기재 중에 함유된 공기를 배출시키는 공극을 형성하도록 부착시켜 형성되는 섬유 강화 수지 중간재; 상기 섬유 강화 수지 성형체; 및 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 파우더법에 의해 강화 섬유 기재에 수지 분말을 부착시킬 때에, 강화 섬유 기재에 함유된 공기를 외면으로 배출시키는 공극을 확보하고, 또한 필요한 수지 분말을 강화 섬유 기재에 부착시킬 수 있는 성형법 및 시험 조건에 대해서 다양한 시험을 행하고, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재는 강화 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 그것을 가열하여 상기 강화 섬유 기재의 외면에, 상기 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 또한 개구된 공극을 갖도록 상기 수지 분말을 용융시켜 형성된다.
상기 발명에 있어서, 강화 섬유 기재에 부착시키는 수지 분말은 평균 입자지름이 1~500㎛일 수 있다.
또한, 강화 섬유 기재에 수지 분말이 용융된 요철 형상의 부분은, 상기 수지 분말의 평균 입자지름의 1/2 이상인 요철을 가져도 좋다.
강화 섬유 기재에 대해서, 강화 섬유는 탄소 섬유로 이루어질 수 있으며, 섬유 단위면적당 중량은 20~1,000g/㎡이다.
또한, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재는 탄소 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 그것을 가열하여 상기 수지 분말이 상기 강화 섬유 기재의 외면에 개구된 공극을 갖도록 융착되어 형성되고, 상기 섬유 강화 수지 중간재의 최소 곡률 반경은, 그 두께의 20배 이내인 것으로 할 수 있다. 여기서, 최소 곡률 반경은 실온에서 상기 섬유 강화 수지 중간재를 구부렸을 때에 파단/파손될 때의 곡률 반경이다.
또한, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재는 강화 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 그것을 가열하여 상기 강화 섬유 기재의 외면에 상기 수지 분말을 용융시켜 형성될 수 있다. 여기서, 상기 강화 섬유 기재의 외면에의 용융은 용융된 수지 분말이 외면에 거의 잔류하여 이것에 고정된 상태를 의미한다.
상기 섬유 강화 수지 중간재를 적층, 가열, 및 가압함으로써 보이드 등의 결함이 적은 섬유 강화 수지 성형체를 성형할 수 있다. 섬유 체적 함유율이 15~70%이고, 보이드율이 1.5% 이하인 섬유 강화 수지 성형체를 성형할 수 있다.
본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법은 수지 분말이 강화 섬유 기재의 외면에 개구된 공극을 갖도록 융착되어 형성되는 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법으로서, 상기 강화 섬유 기재를 형성하는 강화 섬유의 외경 및 상기 강화 섬유 기재의 부피 밀도에 의거해서, 상기 강화 섬유 기재의 섬유 체적 함유율이 소정의 값으로 되도록 소정의 평균 입자지름의 수지 분말을 상기 강화 섬유 기재에 부착시키는 방법이다.
(발명의 효과)
본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재에 있어서, 상기 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 또한 개구된 공극을 갖도록 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말이 용융되어 있다. 따라서, 본 섬유 강화 수지 중간재는 강화 섬유 기재를 형성하는 섬유가 용융된 수지에 의해 결속되어 있지 않아 이동이 가능한 상태이기 때문에 유연성을 갖는다. 또한, 강화 섬유 기재는 외면에 개구된 공극을 갖고, 강화 섬유 기재의 전체 표면이 용융된 수지로 덮여 있지 않으며, 필름 형상의 수지를 강화 섬유 기재에 부착시킨 것과 비교해서 유연성이 높다.
또한, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재는 수지 분말이 개구되어 강화 섬유 기재가 외면에 노출되고, 그 내부에 충분한 공극이 존재하기 때문에 함침성이 풍부하다. 또한, 부형성 및 동시에 함침성이 우수한 섬유 강화 수지 중간재를 적층시키고, 가열 및 가압을 행함으로써 복잡한 형상이라도 소망의 섬유 체적 함유율을 갖고, 보이드 등의 결함이 적은 섬유 강화 수지 성형체를 성형할 수 있다.
도 1(a)는 수지 분말을 부착시킨 강화 섬유 기재를 나타내는 도면이고, 도 1(b)는 수지 분말을 용융시킨 강화 섬유 기재의 마이크로 조직을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 수지 분말을 용융시킨 강화 섬유 기재의 표면을 나타내는 광학 현미경 사진이다.
도 3은 수지 분말을 용융시킨 강화 섬유 기재의 표면을 나타내는 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 섬유 강화 수지 중간재의 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상의 형태 및 개구된 공극을 갖는 형태에 관한 설명도이다.
도 5는 실시예의 수지 분말이 강화 섬유 기재의 외면에 부착된 상태를 나타내는 광학 현미경 사진이다.
도 2는 수지 분말을 용융시킨 강화 섬유 기재의 표면을 나타내는 광학 현미경 사진이다.
도 3은 수지 분말을 용융시킨 강화 섬유 기재의 표면을 나타내는 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 섬유 강화 수지 중간재의 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상의 형태 및 개구된 공극을 갖는 형태에 관한 설명도이다.
도 5는 실시예의 수지 분말이 강화 섬유 기재의 외면에 부착된 상태를 나타내는 광학 현미경 사진이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 기준으로 설명할 것이다. 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재는 강화 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 그것을 가열하여 상기 강화 섬유 기재의 외면에, 상기 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 개구된 공극을 갖도록 상기 수지 분말을 용융시켜 형성된다. 즉, 본 섬유 강화 수지 중간재는 상기 분말의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상의 형태가 여전히 잔류할 정도로 강화 섬유 기재에 수지 분말을 용융시켜 형성된다. 따라서, 가압하지 않고 가열만으로 수지 분말을 강화 섬유 기재의 외면에 용융시킨다. 수지 분말은 비표면적이 크기 때문에 가열에 의해 용융시키기 쉽고, 용융된 수지 분말은 서로 그 표면 장력에 의해 결합되는 경향이 있으므로, 수지 분말을 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상의 외면을 갖도록 강화 섬유 기재에 용융시킬 수 있다. 이러한 섬유 강화 수지 중간재는 강화 섬유 기재의 내부에 공극을 갖고, 상기 강화 섬유 기재의 외면에 개구된 공극을 갖기 때문에 유연성이 있어 취급이 쉽고, 부형성이 우수하고, 또한 함침성이 우수하다. 또한, 섬유 강화 수지 중간재를 가열 및 가압하여 섬유 강화 수지 성형품을 성형하는 공정에 있어서, 상기 공극을 통해 섬유 강화 수지 중간재에 함유된 공기를 외부로 쉽게 배출할 수 있다.
상기 섬유 강화 수지 중간재는 이하에 설명되는 바와 같이 수지 분말을 강화 섬유 기재에 부착시키고, 이어서 상기 부착시킨 수지 분말을 강화 섬유 기재의 외면에 형성된 수지 분말의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상의 형태가 소실되지 않을 정도로 가열 및 용융함으로써 얻을 수 있다. 즉, 수지 분말이 완전히 용융하여 유동하는 상태가 되면, 수지 분말로부터 유래되는 요철 형상의 외면은 소실되고, 필름 형상의 용융된 수지가 덮여진 상태가 되므로, 그러한 상태가 되기 전의 단계에서 가열/용융을 멈추는 것이 중요하다.
강화 섬유 기재에의 수지 분말의 부착에 대해서는 정전 부착 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 수지 분말(20)의 정전 부착에 대해서는 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 수지 분말(20)이 상기 섬유 기재의 외면에 부착하도록 수지 분말(20)을 대전시킨 상태에서 상기 수지 분말(20)을 강화 섬유 기재(10)에 분사하여 행한다. 이 정전 부착은 용매 등을 사용하지 않는 건조한 상태에서 행해진다. 수지 분말(20)은 거시적으로 관찰하면 강화 섬유 기재(10)의 표면에 균일한 두께 및 균일한 분포로 부착되어 있지만, 미시적으로 관찰하면 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 다발로 된 다수의 강화 섬유(11)로 형성되는 강화 섬유 기재(10)의 표면은 수지 분말(20)이 한층 또는 복층에 부착된 부분, 또는 수지 분말(20)이 부착되어 있지 않은 부분을 갖는다. 다수의 강화 섬유(11)로 형성되는 섬유 기재(10)의 표면은 강화 섬유(11)의 내부에 존재하는 공극이 강화 섬유 기재(10)의 외면에 개구된 상태로 되어 있으며, 강화 섬유 기재(10)는 외면에 개구된 공극을 갖는다. 이러한 상태는 강화 섬유 기재(10)를 형성하는 강화 섬유(11)의 외경 및 상기 강화 섬유 기재(10)의 부피 밀도에 의거해서 상기 강화 섬유 기재(10)의 섬유 체적 함유율이 소정의 값, 예를 들면 이후에 나타내는 바람직한 범위인 20%~70%의 값이 되도록, 소정의 평균 입자지름을 갖는 수지 분말(20)을 강화 섬유 기재(10)에 정전 부착시킴으로써 발생시킬 수 있다. 또한, 강화 섬유 기재(10)에의 수지 분말(20)의 부착은 간단히 수지 분말(20)을 강화 섬유 기재(10)에 분사함으로써도 행할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 강화 섬유 기재(10)의 외면은 강화 섬유 기재(10)의 개방된 표면을 의미한다.
이어서, 수지 분말(20)이 부착된 강화 섬유 기재(10)를 수지 분말(20)의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상의 외면이 소실되지 않을 정도로 가열한다. 이 경우에는, 수지 분말(20)의 습윤점 이상의 온도에서 수지 분말(20)이 용해되어 유동하지만, 이렇게 가열된 강화 섬유 기재(10)에 부착된 수지 분말(20)은 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 상태로 되어 있다. 즉, 수지 분말(20)은 용해되지만 강화 섬유(11) 사이의 공간을 통해 강화 섬유 기재(10)의 내부로 함침되지는 않고, 상기 분체가 부착되어 있는 강화 섬유 기재(10)의 외면에 거의 잔류하여, 강화 섬유 기재(10)가 외면에 개구된 공극을 갖는 상태로 되어 있다. 도 2는 이러한 상태를 나타내는 광학 현미경 사진이고, 도 3은 SEM 사진이다. 도 2에 따르면, 강화 섬유 기재(10)의 외면에 수지 분말(20)의 형상, 크기, 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상의 상태가 관찰되고, 또한 외면에 개구된 공극이 관찰된다. 도 3에 따르면, 수지 분말이 용융하여 서로 결합하고 있는 상태가 관찰된다. 또한, 용융된 수지 분말이 강화 섬유 기재(10)의 외면에 거의 잔류하는 상태는 용융된 수지 분말이 강화 섬유 기재(10)의 외면뿐만 아니라 외면으로부터 약간 함침된 상태도 포함하는 것을 의미하고, 그 함침 깊이는 강화 섬유 기재(10)를 형성하는 강화 섬유(11)의 수개의 섬유 깊이보다 크지 않다. 예를 들면, 강화 섬유(11)가 외경 7㎛인 탄소 섬유로 이루어지는 두께가 200㎛인 강화 섬유 기재(10)인 경우에 있어서, 상기 상태는 함침 깊이가 20㎛ 이하인 것을 의미한다.
도 4는 강화 섬유 기재(10)의 외면에, 수지 분말(20)로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 또한 개구된 공극을 갖도록 수지 분말(20)이 용융된 상태의 또 다른 예를 나타낸다. 도 4의 예는 도 2 또는 도 3의 예와 비교해서 수지 분말(20)의 용융이 진행된 상태의 예이다. 도 4(a)는 SEM 사진이고, 도 4(b)는 도 4(a)의 A-A 단면부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4(a)에 있어서, 윤곽선 화살표는 개구된 공극을 나타낸다. 빗금친 화살표는 요철 형상의 높이가 큰 부분을 나타낸다. 수지 분말(20)의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상은 강화 섬유 기재(10) 그 자체의 표면의 요철 형상이 아니라, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 강화 섬유 기재(10)에 부착된 수지 분말(20)의 형상, 크기, 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상을 의미한다. 상기 요철 형상(요철 형상의 높이: h1, h2, h3)은 수지 분말(20)의 평균 입자지름의 1/2 이상인 것이 바람직하다.
수지 분말(20)로서, 평균 입자지름이 1~500㎛인 것을 사용할 수 있고, 열가소성 수지로 이루어지는 수지 분말 또는 열경화성 수지로 이루어지는 수지 분말을 사용할 수 있다. 열가소성 수지로서, 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아미드계 수지(PA6, PA11, PA66), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌 술피드(PPS), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK) 등을 사용할 수 있다. 열경화성 수지로서, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 멜라민 수지 등을 사용할 수 있다.
강화 섬유 기재(10)로서, 강화 섬유(11)를 이용한 섬조 형상 또는 직물 형상의 강화 섬유로 이루어지는 것, 또는 2차원 또는 3차원적으로 무작위로 배향된 불연속 형상의 강화 섬유로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 섬조 형상의 강화 섬유 기재로서 UD 시트를 사용할 수 있고, 직물 형상의 강화 섬유 기재로서 평직, 능직 또는 수자직 등의 직물을 사용할 수 있다. 강화 섬유가 탄소 섬유인 경우, 섬유 단위면적당 중량이 20g/㎡~1,000g/㎡인 것을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 다양한 형태의 강화 섬유 기재를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 용어 "배향"은 소위 섬유의 배향으로부터 소정의 형태로 정렬된 배열까지 포함하는 넓은 의미로 사용되고 있다.
강화 섬유(11)는 탄소 섬유가 바람직하고, 또한 유리 섬유, 천연 섬유, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 및 강화 폴리프로필렌 섬유를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 수지 분말(20)로서 강화 섬유(11)의 외경의 1/5~30배의 평균 입자지름을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 평균 입자지름을 갖는 수지 분말(20)은 강화 섬유 기재(10)에 정전 부착시키기 쉽다는 이점을 갖는다. 또한, 수지 분말(20)의 평균 입자지름은 사용되는 수지의 종류, 밀도 및 점도, 섬유의 외형, 및 최종의 섬유 체적 함유율에 따라 적절하게 선택된다.
본 섬유 강화 수지 중간재의 강화 섬유의 섬유 체적 함유율(Vf)은 20%~70%, 바람직하게는 30%~65%, 보다 바람직하게는 35%~60%이다. 섬유 체적 함유율(Vf)이 높을수록 물리적 특성이 보다 증가한다. 그러나, 함유율이 너무 높으면 함침이 곤란해진다. 한편, 섬유 체적 함유율(Vf)이 낮으면 충분한 물리적 특성이 얻어지지 않는다. 또한, 섬유 체적 함유율(Vf)이 낮아지면 표면에 부착시키는 수지량을 증가시킬 필요가 있으며, 외면에 개구된 공극을 갖는 섬유 강화 수지 중간재를 제조하기 위해서는 기재의 섬유 단위면적당 중량을 감소시킬 필요가 있다. 섬유 체적 함유율(Vf)은, 예를 들면 JIS K 7075에 따라 결정될 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재에 대해서 설명했다. 본 섬유 강화 수지 중간재는 소정의 몰드 내에 적층시키고, 가열 및 가압하여 소정의 형상의 섬유 강화 수지 성형체로 형성될 수 있다. 본 섬유 강화 수지 중간재를 사용함으로써 섬유 체적 함유율이 15~70%, 보이드율이 1.5% 이하, 또한 보이드율이 0.5% 이하인 섬유 강화 수지 성형체로 성형할 수 있다. 본 발명에 있어서, 섬유 강화 수지 중간재는 외면에 개구된 공극을 갖는 상태에서 수지가 용융되고, 상기 강화 섬유 기재가 압밀화되지 않는 상태로 되어 있다. 따라서, 강화 섬유 기재에 용융된 수지를 가열하여 용융시키고, 가압하여 상기 용융된 수지를 강화 섬유 기재 내에 함침시킬 때에, 강화 섬유 기재의 내부에 존재하는 공기가 방출되는 구멍이 확보되고, 또한 용융된 수지가 강화 섬유 기재를 통과하기 쉬워 함침성이 향상되어, 종래의 것보다 높은 섬유 체적 함유율을 갖는 섬유 강화 수지 성형체를 얻을 수 있다. 또한, 섬유 체적 함유율(Vf)은, 예를 들면 JIS K 7075에 따라 결정될 수 있다.
상술의 섬유 강화 수지 중간재는 이하와 같이 성형될 수 있다. 즉, 강화 섬유 기재를 형성하는 강화 섬유의 외경 및 상기 강화 섬유 기재의 부피 밀도에 의거해서, 상기 강화 섬유 기재의 섬유 체적 함유율이 소정의 값, 예를 들면 상술한 바와 같이 20%~70%의 값이 되도록 소정의 평균 입자지름을 갖는 수지 분말을 상기 강화 섬유 기재에 정전 부착시킴으로써, 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말이 용융되고, 상기 강화 섬유 기재가 외면에 개구된 공극을 갖는 섬유 강화 수지 중간재를 성형할 수 있다.
실시예 1
탄소 섬유로 이루어지는 강화 섬유 기재에 폴리아미드(PA6) 수지 분말을 용융시킨 섬유 강화 수지 중간재를 제조하고, 상기 재료를 적층시키고, 가열 및 가압을 행하고, 또한 이어서 냉각함으로써 판상의 섬유 강화 수지 성형체를 제작하는 시험을 행했다. 강화 섬유 기재는 직경 7㎛를 갖는 탄소 섬유 다발(3천개의 섬유)을 평직으로 해서 얻고, 섬유 단위면적당 중량이 198g/㎡인 직물을 사용하여 제작했다. 강화 섬유 기재에 부착시킨 분말 형상의 수지는 평균 입자지름 50㎛를 갖는 PA6 수지 분말을 사용했다.
상기 탄소 섬유 기재에, 섬유 체적 함유율이 60%가 되도록 PA6 수지 분말을 정전 부착시켰다. 도 5는 강화 섬유 기재에 PA6 수지 분말을 정전 부착시킨 직후의 표면 상태의 광학 현미경 사진을 나타낸다. 강화 섬유 기재의 표면은 여전히 얼룩져 있지만, 그 위에 분말 형상의 스노우가 분산되어 있는 것처럼 관찰된다. PA6 수지 분말이 부착된 후에, 즉시 IR 히터를 이용하여 PA6 수지 분말을 용융시키고 강화 섬유 기재에 그것을 고정시켜 섬유 강화 수지 중간재를 제작했다. 제작된 섬유 강화 수지 중간재의 표면은 분말의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상의 외면을 갖는 상태에서 PA6 수지 분말이 탄소 섬유 다발의 표면에 용융되어 있고, 상기 강화 섬유 기재는 PA6 수지로부터 얻어지는 외면에 개구된 공극을 갖고 있다. 제작된 섬유 강화 수지 중간재의 두께는 250㎛였다.
상기 섬유 강화 수지 중간재 10장을 260℃까지 가열한 몰드 내에 적층하고, 상기 온도를 유지하면서 3MPa로 가압했다. 가압 시간은 70초였다. 이어서, 몰드를 냉각하고, 성형된 섬유 강화 수지 성형체를 인출했다. 상기 가열 및 가압에 의해 섬유 강화 수지 중간재에 용융시킨 수지가 강화 섬유 기재에 함침됨으로써, 성형된 섬유 강화 수지 성형체는 보이드율이 0.5% 이하였다. 또한, 섬유 체적 함유율(Vf)은, 예를 들면 JIS K 7075에 따라 결정될 수 있다.
실시예 2
본 섬유 강화 수지 중간재의 순수 굽힘 시험을 행함으로써 최소 곡률 반경을 결정하는 시험을 수행했다. 최소 곡률 반경은 실온에서 상기 섬유 강화 수지 중간재를 굽혔을 때에 파단/파손될 때의 곡률 반경을 의미한다. 순수 굽힘 시험은 3축 직물 복합 재료의 역학적 특성에 관한 연구(저자: 요시다 케이시로, http://repository.dl.itc.u-tokyo.ac.jp/dspace/handle/2261/42889)에 기재된 순수 굽힘 시험 방법에 따라 행해졌다. 섬유 강화 수지 중간재는 개섬된 탄소 섬유 또는 개섬되어 있지 않은 탄소 섬유의 평직 직물에 PA6 수지 분말을 정전 부착하고, 상기 분말을 외면에 용융시켜 제작했다(발명예 1 및 2). 비교예로서, 개섬되어 있지 않은 탄소 섬유의 평직 직물에 필름 형상의 PA6 수지를 부착하여 가열 및 가압에 의해 PA6 수지를 함침시켜 제작한 것에 대해서도 마찬가지의 순수 굽힘 시험을 행했다. PA6 수지 분말로서, 실시예 1과 마찬가지의 것을 사용했다.
순수 굽힘 시험의 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서, 발명예 1 및 2의 섬유 체적 함유율은 상기 섬유 강화 수지 중간재를 소정의 몰드 내에 적층시키고, 가열 및 가압에 의해 소정 형상의 섬유 강화 수지 성형체가 얻어진다고 가정한 경우의 섬유 체적 함유율을 나타낸다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재의 최소 굽힘 반경은 작고, 곡률 반경(R2), 즉 곡률 반경(R)이 2mm인 경우라도 파단/파손되지 않고, 섬유 강화 수지 중간재는 유연성이 우수한 것을 나타낸다. 한편, 비교예의 섬유 강화 수지 중간재의 최소 굽힘 반경은 크고, 곡률 반경(R20), 즉 곡률 반경(R)이 20mm인 경우라도 파단/파손되어, 상기 섬유 강화 수지 중간재는 유연성이 떨어지는 것으로 이해된다.
본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있는 것이 당업자에게 명백해질 것이다. 본 출원은 2016년 4월 15일에 출원된 일본 특허 출원 제2016-082520호에 의거한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
10 강화 섬유 기재
11 강화 섬유
20 수지 분말
11 강화 섬유
20 수지 분말
Claims (19)
- 강화 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 상기 수지 분말이 부착된 강화 섬유 기재를 가압하지 않고 가열하여, 상기 강화 섬유 기재의 외면에, 상기 수지 분말이 용융 및 융착되어 있는 상태임과 아울러, 상기 수지 분말이 용융된 표면에 상기 수지 분말의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 개구된 공극을 갖도록 상기 수지 분말을 용융시켜 형성되는 섬유 강화 수지 중간재이고,
상기 섬유 강화 수지 중간재는, 상기 요철 형상의 선단이 상이한 높이로 돌출되어 있는, 섬유 강화 수지 중간재. - 제 1 항에 있어서,
상기 강화 섬유 기재에 부착되는 상기 수지 분말은 1~500㎛의 평균 입자지름을 갖는 섬유 강화 수지 중간재. - 제 1 항에 있어서,
상기 강화 섬유 기재에 상기 수지 분말이 용융된 요철 형상의 선단의 상이한 높이는 상기 수지 분말의 평균 입자지름의 1/2 이상인, 섬유 강화 수지 중간재. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강화 섬유 기재에 대해서는 상기 강화 섬유가 탄소 섬유로 이루어지고, 섬유 단위면적당 중량이 20~1,000g/㎡인 섬유 강화 수지 중간재. - 탄소 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 상기 수지 분말이 부착된 강화 섬유 기재를 가압하지 않고 가열하여, 상기 강화 섬유 기재의 외면에, 상기 수지 분말이 용융 및 융착되어 있는 상태임과 아울러, 상기 수지 분말이 용융된 표면에 상기 수지 분말의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 개구된 공극을 갖도록 상기 수지 분말을 용융시켜 형성되는 섬유 강화 수지 중간재로서,
상기 섬유 강화 수지 중간재는, 상기 요철 형상의 선단이 상이한 높이로 돌출되어 있고,
상기 섬유 강화 수지 중간재의 최소 곡률 반경은 그 두께의 20배 이내이고,
상기 최소 곡률 반경은 실온에서 상기 섬유 강화 수지 중간재를 구부렸을 때에 파단/파손시의 곡률 반경인, 섬유 강화 수지 중간재. - 강화 섬유로 형성되는 강화 섬유 기재의 외면에 수지 분말을 부착시키고, 상기 수지 분말이 부착된 강화 섬유 기재를 가압하지 않고 가열하여, 상기 강화 섬유 기재의 외면에, 상기 수지 분말이 용융 및 융착되어 있는 상태임과 아울러, 상기 수지 분말이 용융된 표면에 상기 수지 분말의 형상, 크기 또는 부착 상태로부터 유래되는 요철 형상을 갖고, 상기 수지 분말을 용융시켜 형성되는 섬유 강화 수지 중간재로서,
상기 섬유 강화 수지 중간재는, 상기 요철 형상의 선단이 상이한 높이로 돌출되어 있고,
상기 강화 섬유 기재의 외면에의 용융은 용융된 수지 분말이 외면에 잔류하여 용융된 상태를 의미하는 섬유 강화 수지 중간재. - 제 1 항에 있어서,
상기 수지 분말의 부착은 정전 부착인 섬유 강화 수지 중간재. - 제 7 항에 있어서,
상기 수지 분말은 상기 강화 섬유의 외경의 1/5~30배의 입자지름을 갖는 섬유 강화 수지 중간재. - 제 1 항에 기재된 섬유 강화 수지 중간재를 적층시키고, 가열 및 가압하여 성형되는 섬유 강화 수지 성형체.
- 제 9 항에 있어서,
상기 섬유 체적 함유율은 15~70%이고, 보이드율은 1.5% 이하인 섬유 강화 수지 성형체. - 제 1 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법으로서,
상기 강화 섬유 기재를 형성하는 강화 섬유의 외경 및 상기 강화 섬유 기재의 부피 밀도에 의거해서, 상기 강화 섬유 기재의 섬유 체적 함유율이 소정의 값이 되도록 소정의 평균 입자지름을 갖는 수지 분말을 상기 강화 섬유 기재에 부착시켜 섬유 강화 수지 중간재를 성형하는 제조 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 수지 분말의 부착은 정전 부착인 섬유 강화 수지 중간재. - 제 12 항에 있어서,
상기 수지 분말은 상기 강화 섬유의 외경의 1/5~30배의 입자지름을 갖는 섬유 강화 수지 중간재. - 제 5 항에 기재된 섬유 강화 수지 중간재를 적층시키고, 가열 및 가압하여 성형되는 섬유 강화 수지 성형체.
- 제 14 항에 있어서,
상기 섬유 체적 함유율은 15~70%이고, 보이드율은 1.5% 이하인 섬유 강화 수지 성형체. - 제 6 항에 있어서,
상기 수지 분말의 부착은 정전 부착인 섬유 강화 수지 중간재. - 제 16 항에 있어서,
상기 수지 분말은 상기 강화 섬유의 외경의 1/5~30배의 입자지름을 갖는 섬유 강화 수지 중간재. - 제 6 항에 기재된 섬유 강화 수지 중간재를 적층시키고, 가열 및 가압하여 성형되는 섬유 강화 수지 성형체.
- 제 18 항에 있어서,
상기 섬유 체적 함유율은 15~70%이고, 보이드율은 1.5% 이하인 섬유 강화 수지 성형체.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2016-082520 | 2016-04-15 | ||
| JP2016082520A JP6521895B2 (ja) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 繊維強化樹脂中間材及びその製造方法 |
| PCT/JP2017/015359 WO2017179721A1 (ja) | 2016-04-15 | 2017-04-14 | 繊維強化樹脂中間材、繊維強化樹脂成形体及び繊維強化樹脂中間材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180125160A KR20180125160A (ko) | 2018-11-22 |
| KR102285655B1 true KR102285655B1 (ko) | 2021-08-04 |
Family
ID=60041832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187029458A KR102285655B1 (ko) | 2016-04-15 | 2017-04-14 | 섬유 강화 수지 중간재, 섬유 강화 수지 성형체, 및 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11065829B2 (ko) |
| EP (1) | EP3444294B1 (ko) |
| JP (1) | JP6521895B2 (ko) |
| KR (1) | KR102285655B1 (ko) |
| CN (1) | CN109071838B (ko) |
| WO (1) | WO2017179721A1 (ko) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111727110B (zh) * | 2018-04-25 | 2022-03-29 | 旭化成株式会社 | 连续纤维增强树脂成型体、及其制造方法 |
| WO2020085079A1 (ja) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | 東レ株式会社 | 繊維強化樹脂成形材料及び成形品の製造方法 |
| WO2020137442A1 (ja) | 2018-12-28 | 2020-07-02 | 倉敷紡績株式会社 | 樹脂一体化強化繊維シート及びその製造方法 |
| KR20210125505A (ko) | 2019-02-14 | 2021-10-18 | 구라시키 보세키 가부시키가이샤 | 섬유 강화 수지 성형체 및 이것에 사용하는 탄소 섬유 시트의 제조 방법 |
| CN110746621A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-02-04 | 中国民航大学 | 纤维增强聚苯硫醚预浸料的制备方法 |
| WO2022043387A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | Toray Advanced Composites | Ud tape with improved processing characteristics and roughened surface and method for production thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003082117A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-03-19 | Toray Ind Inc | 炭素繊維強化基材、それからなるプリフォームおよび複合材料 |
| JP2010253938A (ja) | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Toray Ind Inc | 一体化成形品の製造方法 |
| JP2011207930A (ja) | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Toray Ind Inc | プリプレグおよびその製造方法、繊維強化樹脂成形体 |
| JP2014019141A (ja) | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Sun Techtro Co Ltd | プリプレグ製造装置及びプリプレグ製造方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5094883A (en) | 1989-04-17 | 1992-03-10 | Georgia Tech Research Corporation | Flexible multiply towpreg and method of production therefor |
| JPH08323748A (ja) | 1995-05-29 | 1996-12-10 | Toho Rayon Co Ltd | 成形材料及びその製造方法 |
| DK0807587T3 (da) | 1996-05-15 | 2002-07-29 | Alcan Tech & Man Ag | Pose af fleksibelt indpakningsmateriale |
| TW384299B (en) | 1997-11-26 | 2000-03-11 | Sumitomo Bakelite Co | Production of prepreg and laminate |
| JPH11240967A (ja) | 1997-12-25 | 1999-09-07 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | プリプレグ及び積層板の製造方法 |
| US6846548B2 (en) * | 1999-02-19 | 2005-01-25 | Honeywell International Inc. | Flexible fabric from fibrous web and discontinuous domain matrix |
| JP2001138438A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-05-22 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 積層板の製造方法 |
| JP4324649B2 (ja) | 2001-11-28 | 2009-09-02 | 福井県 | 繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた構造材並びに繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法 |
| EP1911875B1 (en) | 2005-07-29 | 2012-08-22 | Toray Industries, Inc. | Reinforcing woven fabric and process for producing the same |
| JP2010131846A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-06-17 | Toray Ind Inc | 繊維強化プラスチックの製造方法 |
| JP2013180406A (ja) | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | プリプレグ、基板、半導体装置、プリプレグの製造方法、基板の製造方法、および半導体装置の製造方法 |
| JP5814964B2 (ja) * | 2013-03-12 | 2015-11-17 | 株式会社 サン・テクトロ | プリプレグ製造装置及びプリプレグ製造方法 |
| JP5999721B2 (ja) | 2014-10-17 | 2016-09-28 | 株式会社日本製鋼所 | 繊維強化樹脂中間体及びその製造方法 |
-
2016
- 2016-04-15 JP JP2016082520A patent/JP6521895B2/ja active Active
-
2017
- 2017-04-14 WO PCT/JP2017/015359 patent/WO2017179721A1/ja active Application Filing
- 2017-04-14 CN CN201780023420.3A patent/CN109071838B/zh active Active
- 2017-04-14 US US16/093,523 patent/US11065829B2/en active Active
- 2017-04-14 KR KR1020187029458A patent/KR102285655B1/ko active IP Right Grant
- 2017-04-14 EP EP17782534.6A patent/EP3444294B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003082117A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-03-19 | Toray Ind Inc | 炭素繊維強化基材、それからなるプリフォームおよび複合材料 |
| JP2010253938A (ja) | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Toray Ind Inc | 一体化成形品の製造方法 |
| JP2011207930A (ja) | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Toray Ind Inc | プリプレグおよびその製造方法、繊維強化樹脂成形体 |
| JP2014019141A (ja) | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Sun Techtro Co Ltd | プリプレグ製造装置及びプリプレグ製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3444294B1 (en) | 2023-05-10 |
| WO2017179721A1 (ja) | 2017-10-19 |
| CN109071838B (zh) | 2022-01-18 |
| US20190160762A1 (en) | 2019-05-30 |
| EP3444294A1 (en) | 2019-02-20 |
| EP3444294A4 (en) | 2019-12-11 |
| JP2017190439A (ja) | 2017-10-19 |
| JP6521895B2 (ja) | 2019-05-29 |
| CN109071838A (zh) | 2018-12-21 |
| US11065829B2 (en) | 2021-07-20 |
| KR20180125160A (ko) | 2018-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102285655B1 (ko) | 섬유 강화 수지 중간재, 섬유 강화 수지 성형체, 및 섬유 강화 수지 중간재의 제조 방법 | |
| CN112223789B (zh) | 纤维增强树脂中间材料及其制造方法 | |
| CN108472879B (zh) | 作为复合材料中的夹层的混合面纱 | |
| CN104903104B (zh) | 连续碳纤维增强热塑性预浸料的制造方法 | |
| AU2015301894B2 (en) | Hybrid woven textile for composite reinforcement | |
| KR20120078345A (ko) | 섬유보강 복합재료의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 섬유보강 복합재료 | |
| CN105437563B (zh) | 控制复合材料中渗透性和纤维体积分数的聚合物纳米颗粒 | |
| EP3585607B1 (en) | Fiber composite with reduced surface roughness and method for its manufacture | |
| JPWO2020031771A1 (ja) | 強化繊維テープ材料およびその製造方法、強化繊維テープ材料を用いた強化繊維積層体および繊維強化樹脂成形体 | |
| CN116438229A (zh) | 纤维增强树脂基材、预制件、一体化成型品及纤维增强树脂基材的制造方法 | |
| KR20220102639A (ko) | 몰딩 재료 | |
| CN111699210B (zh) | 纤维铺放用干式带材料及其制造方法、以及使用其的增强纤维层叠体及纤维增强树脂成型体 | |
| EP3000839B1 (en) | Polymer nanoparticles for improved distortion capability in composities | |
| JP6819276B2 (ja) | 強化繊維基材および繊維強化プラスチック | |
| JP2016203585A (ja) | 繊維強化成形品の成形方法 | |
| JP2019111710A (ja) | 炭素繊維テープ材及びその積層シート基材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20181012 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
|
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20181012 Comment text: Request for Examination of Application |
|
| AMND | Amendment | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200310 Patent event code: PE09021S01D |
|
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20201015 Patent event code: PE09021S01D |
|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20210407 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20201015 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I Patent event date: 20200310 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
|
| AMND | Amendment | ||
| PX0901 | Re-examination |
Patent event code: PX09011S01I Patent event date: 20210407 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20201215 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20200511 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20181016 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20181012 Comment text: Amendment to Specification, etc. |
|
| PX0701 | Decision of registration after re-examination |
Patent event date: 20210520 Comment text: Decision to Grant Registration Patent event code: PX07013S01D Patent event date: 20210506 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I Patent event date: 20210407 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX07011S01I Patent event date: 20201215 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I Patent event date: 20200511 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I Patent event date: 20181016 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I Patent event date: 20181012 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I |
|
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20210729 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20210730 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240702 Start annual number: 4 End annual number: 4 |