KR20200075197A - 투명 복합재료 및 이를 이용한 유리섬유 강화 복합시트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리섬유와 유사한 굴절률 및 아베수를 갖는 수지를 조성하여 이용하여 투명하면서 강화유리 대비 경량화시킨 투명 복합재료 및 이를 이용한 유리섬유 강화 복합시트에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 투명 복합재료는 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와; 상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 상기 유리섬유보강재와의 아베수(Abbe Number) 차이가 ±0.005인 에폭시 수지재를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 투명 복합재료는 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와; 상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 상기 유리섬유보강재와의 아베수(Abbe Number) 차이가 ±0.005인 에폭시 수지재를 포함한다.
Description
본 발명은 투명 복합재료 및 이를 이용한 유리섬유 강화 복합시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리섬유와 유사한 굴절률 및 아베수를 갖는 수지를 조성하여 유리섬유에 함침시킴으로써 투명하면서 강화유리 대비 경량화시킨 투명 복합재료 및 이를 이용한 유리섬유 강화 복합시트에 관한 것이다.
자동차 선루프에 사용되는 강화 유리 소재는 특성상 무겁고, 불순물이 존재하는 경우 자연 파손이 발생할 수 있거나, 차량 전복 시 파손 및 파편으로 인한 상해 가능성이 큰 문제가 있었다.
그래서, 강화 유리의 대안으로 이중접합 유리를 이용하는 경우도 있었으나, 이는 제조 공정이 복잡하여 원가 상승의 문제와 여전히 무겁다는 한계가 존재한다.
또한, 강화 유리의 대안으로 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 소재 등의 플라스틱 소재를 이용하는 경우도 있었으나, 폴리카보네이트(PC)를 적용하는 경우 강성이 부족하고, 두께 증대, 스크래치 및 내후성이 취약한 문제가 있었다. 또한, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 경우 내충격성의 부족으로 인해 종래의 유리 소재를 대체하는데 여전히 한계가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 유리섬유와 유사한 굴절률 및 아베수를 갖는 수지를 조성하여 유리섬유에 함침시킴으로써 투명하면서 강화유리 대비 경량화시킨 투명 복합재료 및 이를 이용한 유리섬유 강화 복합시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 투명 복합재료는 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와; 상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 에폭시 수지재를 포함한다.
상기 유리섬유보강재는 유리섬유가 직조(Woven), 일방향(Non-Crimp Fabric), 부직포(Non-woven), 단섬유 또는 이들의 조합의 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시 수지재는 기지 수지, 아베수 조정제 및 반응성 희석제가 배합된 주제와 경화제가 100 : 74 ~ 75의 배합비로 배합된 것을 특징으로 한다.
상기 주제는 기지 수지: 85 ~ 88wt%, 아베수 조정제: 10 ~ 12wt% 및 반응성 희석제 2 ~ 3wt%가 배합된 것을 특징으로 한다.
상기 기재 수지는 변성실란 비스페놀 A(Silane Modified Bisphenol A)이고, 상기 아베수 조정제는 다관능 지환식 에폭시 수지(Multifunctional Cycloaliphatic Epoxy Resin)이며, 상기 반응성 희석제는 트리메틸올 프로판 트리글리시딜 에테르(trimethylol propane triglycidyl ether)인 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시 수지재는 굴절률이 1.5351 ~ 1.5378인 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시 수지재는 아베수(Abbe Number)가 45 이상인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리섬유 강화 복합시트는 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와; 상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 에폭시 수지재를 포함하는 시트타입의 프리프레그와; 상기 프리프레그의 양면에 적층되는 에폭시 수지 필름층을 포함한다.
상기 에폭시 수지 필름층은 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 것을 특징으로 한다.
상기 엑포시 수지 필름층은 상기 프리프레그를 형성하는 엑폭시 수지재와 동일한 소재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 에폭시 수지재의 성분 및 배합비를 조정하여 유리섬유와 유사한 수준의 굴절률 및 아베수가 구현되도록 하고, 이렇게 조성된 에폭시 수지재를 유리섬유에 함침시킴으로써, 투명하면서 강화유리 대비 경량화시킨 투명 복합재료를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 비교예 및 실시예에 따른 에폭시 수지재의 성분 함량 및 물성을 보여주는 표이다.
도 2는 본 발명에 따른 투명 복합소재와 종래재들의 물성을 비교한 표이다.
도 2는 본 발명에 따른 투명 복합소재와 종래재들의 물성을 비교한 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 복합재료는 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와; 상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 에폭시 수지재를 포함한다.
부연하자면, 유리섬유보강재는 유리섬유의 다양한 형태를 의미하는 것으로서, 유리섬유가 직조(Woven), 일방향(Non-Crimp Fabric), 부직포(Non-woven), 단섬유 또는 이들의 조합 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어 투명 복합재료를 자동차 선루프에 적용하는 경우에는 적용되는 면적이 크고, 인가 하중이 크기 때문에 유리섬유보강재로 후물 형태의 유리섬유 직물(50 ~ 200 g/㎡)이 적용될 수 있다.
한편, 유리섬유의 굴절률은 약 1.536 정도 수준이고, 아베수(Abbe Number)는 38 정도 수준이다. 이때 유리섬유보강재는 투명도를 보장하기 위하여 굴절률의 편차가 0.005 이내인 것이 바람직하다.
에폭시 수지재는 상기 유리섬유보강재와 굴절률 및 아베수를 유사하게 매칭시키기 위하여 주제와 경화제의 성분 및 배합비를 조정한다. 그래서, 에폭시 수지재의 굴절률은 1.531 ~ 1.541 정도인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 에폭시 수지재의 굴절률은 1.5351 ~ 1.5378 일 수 있다.
또한, 에폭시 수지재의 아베수는 투명 복합재료의 투명도를 확보하기 위하여 38 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 에폭시 수지재의 아베수는 45 이상인 것이 좋다.
상기와 같은 수준의 굴절률 및 아베수를 구현하기 위하여 에폭시 수지재는 기지 수지, 아베수 조정제 및 반응성 희석제가 배합된 주제와 경화제가 100 : 74 ~ 75의 배합비로 배합되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 주제는 기지 수지: 85 ~ 88wt%, 아베수 조정제: 10 ~ 12wt% 및 반응성 희석제 2 ~ 3wt%가 배합하여 준비할 수 있다.
이때 기지 수지는 변성실란 비스페놀 A(Silane Modified Bisphenol A)가 사용될 수 있다.
변성실란 비스페놀 A(Silane Modified Bisphenol A)는 페닐기가 다량 함유되어있는 실리콘의 중합을 통해 고굴절률 특성을 나타내며, 광범위한 온도 범위에서 투명한 색상을 유지할 수 있고 내황변성 기능을 부여할 수 있다.
아베수 조정제는 에폭시 수지재의 아베수를 조정하기 위하여 배합되는 성분으로서, 다관능 지환식 에폭시 수지(Multifunctional Cycloaliphatic Epoxy Resin)가 사용될 수 있다. 예를들어 아베수 조정제로는 Poly[(2-oxiranyl)-1,2-cyclohexanediol]-2-ethyl-2(hydroxymethyl)-1,3-propanediol ether)가 사용될 수 있다.
반응성 희석제는 3관능성 반응성 희석제로서, 수지와 혼합 사용 시 저점도, 저온경화, 비결정성 및 에폭시 수지의 대표적인 단점인 황변을 방지할 수 있다. 예를 들어 반응성 희석제로는 트리메틸올 프로판 트리글리시딜 에테르(trimethylol propane triglycidyl ether)가 사용될 수 있다.
한편, 경화제(Curing Agent)는 주제를 경화시키는 재료로서, 전술된 주제를 경화시키는데 사용되는 다양한 재료가 사용될 수 있다.
예를 들어 경화제로는 일반적인 알리타틱계 아민계 경화제 대비 내열도 및 기계적 강도가 우수한 산무수물계 경화제인 Me-HHPA(Methylhexahydrophthalic anhydride) 및 MeTHPA (Methyltetrahydrophthalic anhydride)를 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 경화제로는 고굴절율 및 뛰어난 내열 투명 안전성 유지를 위하여 광경화 모노머(Photocuring Monomer)인 Polythiol를 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 Me-HHPA, MeHHPA 및 Poly Thiol를 24:56:20의 중량비로 혼합하여 경화제로 사용할 수 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 투명 복합재료는 적층 시트에 적용하기 위하여 시트 타입으로 제조되는 것이 바람직하다. 시트 타입의 투명 복합재료는 적층 시트용 프리프레그(Prepreg)로 사용될 수 있다.
한편, 상기와 같은 투명 복합재료를 이용한 유리 섬유 강화 복합시트는 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와; 상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 에폭시 수지재를 포함하는 시트타입의 프리프레그와; 상기 프리프레그의 양면에 적층되는 에폭시 수지 필름층을 포함한다.
이때 시트타입의 프리프레그는 전술된 투명 복합재료를 이용한다.
한편, 에폭시 수지 필름층은 프리프레그의 표면 품질을 보완하기 위하여 적층되는 층으로서, 프리프레그를 형성하는 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 에폭시 수지재를 필름 타입으로 제작하여 사용한다.
바람직하게는 유리 섬유 강화 복합시트의 투명도를 확보하기 위하여 에폭시 수지 필름층은 프리프레그를 형성하는 에폭시 수지재와 동일한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때 에폭시 수지 필름층의 두께는 프리프레그의 표면 품질을 향상시키면서 투명도를 유지하기 위하여 20 ~ 50 ㎛ 정도를 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같이 구성되는 투명 복합재료 및 이를 이용한 유리섬유 강화 복합시트를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
시트 타입의 투명 복합재료는 먼저, 전술된 바와 같은 배합비로 주제와 경화제를 배합하여 혼합한다.
그리고 주제와 경화제가 혼합된 혼합액을 이용하여 필름 형태의 에폭시 수지재를 준비한다. 이때 필름 형태의 에폭시 수지재는 20 ~ 70 g/㎡ 정도의 수준으로 준비한다.
한편, 유리섬유보강재는 유리섬유를 직물 형태로 직조하여 준비한다.
이때 유리섬유보강재, 즉 유리섬유 직물은 50 ~ 200 g/㎡ 정도의 수준으로 준비한다.
이렇게 직물 형태의 유리섬유보강재가 준비되고 주제와 수지 필름 형태의 에폭시 수지가 준비되면, 유리섬유보강재의 양측 면에 에폭시 수지를 배치한 다음 가열공간을 통과시켜 에폭시 수지를 유리섬유보강재에 함침시킨다. 이때 가열공간을 통과하는 유리섬유보강재와 에폭시 수지는 롤러 사이를 통과하면서 압착되어 시트 타입의 투명 복합재료가 준비된다.
한편, 유리섬유 강화 복합시트를 위해서는 전술된 필름 형태의 에폭시 수지재와 마찬가지로 전술된 바와 같은 배합비로 주제와 경화제를 배합하여 혼합한다. 그리고 주제와 경화제가 혼합된 혼합액을 이용하여 에폭시 수지 필름을 준비한다. 이때 에폭시 수지 필름은 20 ~ 50 ㎛ 정도의 두께로 준비하는 것이 바람직하다.
이렇게 시트 타입의 투명 복합재료와 에폭시 수지 필름이 준비되면 투명 복합재료의 양면에 준비된 에폭시 수지 필름을 적층하고 접합시킨다.
다음으로, 비교예와 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 비교예 및 실시예에 따른 에폭시 수지재의 성분 함량 및 물성을 보여주는 표이다.
에폭시 수지재를 준비하는데 있어, 도 1과 같이 비교예와 실시예의 각 성분에 대한 함량을 변경하여 배합하였고, 그에 따른 굴절률 및 아베수를 측정하였고, 투명도에 대한 육안검사를 실시하여 그 결과를 도 1에 함께 나타내었다.
도 1에서 알 수 있듯이, 기재 수지, 아베수 조정제 및 반응석 희석제의 배합비를 만족하는 동시에 주제와 경화제의 배합비를 만족하는 경우에 유리섬유와 유사한 굴절률 및 아베수를 갖는 에폭시 수지재를 얻을 수 있었다.
특히 기재 수지와 아베수 조정제의 배합비에 따라 아베수에 차이가 발생하였으며, 이러한 결과에 의해 육안으로도 실시예들과 비교예들의 투명도에 차이가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 투명 복합소재와 종래재들에 대한 물성을 비교하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 이때 종래재들은 CF-SMC, GF-SMC, 알루미늄 및 강화유리에 대한 물성을 비교하였다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 투명 복합소재는 강화유리에 비하여 비중은 80% 수준이지만, 인장강도가 3 ~ 7배 정도 높은 것을 확인할 수 있다. 이렇게 본 발명에 따른 투명 복합소재는 기계적 물성의 개선으로 인해 두께를 동일 물성 기준 강화유리보다 두께를 얇게 형성할 수 있고, 경량화 효과를 20% 이상 기대할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 투명 복합소재는 비중면에서 CF-SMC 및 GF-SMC 보다 높고, 인장강도면에서 알루미늄 보다 낮지만, 본 발명에 따른 투명 복합소재는 CF-SMC, GF-SMC 및 알루미늄에서 기대할 수 없는 투명도를 확보할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
Claims (10)
- 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와;
상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 에폭시 수지재를 포함하는 투명 복합재료.
- 청구항 1에 있어서,
상기 유리섬유보강재는 유리섬유가 직조(Woven), 일방향(Non-Crimp Fabric), 부직포(Non-woven), 단섬유 또는 이들의 조합의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 투명 복합재료.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지재는 기지 수지, 아베수 조정제 및 반응성 희석제가 배합된 주제와 경화제가 100 : 74 ~ 75의 배합비로 배합된 것을 특징으로 하는 투명 복합재료.
- 청구항 3에 있어서,
상기 주제는 기지 수지: 85 ~ 88wt%, 아베수 조정제: 10 ~ 12wt% 및 반응성 희석제 2 ~ 3wt%가 배합된 것을 특징으로 하는 투명 복합재료.
- 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 기재 수지는 변성실란 비스페놀 A(Silane Modified Bisphenol A)이고,
상기 아베수 조정제는 다관능 지환식 에폭시 수지(Multifunctional Cycloaliphatic Epoxy Resin)이며,
상기 반응성 희석제는 트리메틸올 프로판 트리글리시딜 에테르(trimethylol propane triglycidyl ether)인 것을 특징으로 하는 투명 복합재료.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지재는 굴절률이 1.5351 ~ 1.5378인 것을 특징으로 하는 투명 복합재료.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지재는 아베수(Abbe Number)가 45 이상인 것을 특징으로 하는 투명 복합재료.
- 소정의 굴절률을 갖는 유리섬유보강재와; 상기 유리섬유보강재에 함침되고, 상기 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 에폭시 수지재를 포함하는 시트타입의 프리프레그와;
상기 프리프레그의 양면에 적층되는 에폭시 수지 필름층을 포함하는 유리섬유 강화 복합시트.
- 청구항 8에 있어서,
상기 에폭시 수지 필름층은 유리섬유보강재와의 굴절률 차이가 ±0.005이고, 아베수(Abbe Number)가 38이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 복합시트.
- 청구항 9에 있어서,
상기 엑포시 수지 필름층은 상기 프리프레그를 형성하는 엑폭시 수지재와 동일한 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 복합시트.
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