KR101263976B1 - 경제성 및 기계적 물성이 뛰어난 복합시트의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조된 복합시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경제성 및 기계적 물성이 뛰어난 복합시트의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조된 복합시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 a) 이형필름 상부에 제1 고분자 분말을 도포하는 단계; b) 도포된 제1 고분자 분말 위에 강화재료를 적층시키는 단계; c) 적층된 강화재료 위에 제2 고분자 분말을 도포하는 단계; d) 도포된 제1 및 제2 고분자 분말을 가열하여 용융시키는 단계; 및 e) 용융된 고분자 분말과 상기 강화재료를 압착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조된 복합시트에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 기존 고비용의 고분자 필름이나 압출기를 사용하지 않아 경제적이고, 고분자 분말의 사용으로 함침성을 향상시켜 강도 및 강성 등과 같은 기계적 물성이 뛰어난 복합시트 및 이의 제조방법 등을 제공하는 효과가 있다.

복합시트, 이형필름, 고분자, 분말, 도포, 적층, 함침성, 강도

Description

경제성 및 기계적 물성이 뛰어난 복합시트의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조된 복합시트{Method For Preparing Composite Sheet Having Excellent Ecomomical Efficiency And Physical Property, Apparatus Thereof And Composite Sheet Prepared Therefrom}

본 발명은 경제성 및 기계적 물성이 뛰어난 복합시트의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조된 복합시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 고비용의 고분자 필름이나 압출기를 사용하지 않아 경제적이고, 고분자 분말의 사용으로 함침성을 향상시켜 강도 및 강성 등과 같은 기계적 물성이 뛰어난 복합시트 및 이의 제조방법 등에 관한 것이다.

강화용 섬유를 열경화성 또는 열가소성 플라스틱과 결합시킨 고강도 플라스틱 복합재료는 고강도, 고강성, 저비중, 고내피로성 등의 뛰어난 기계적 물성을 가지고 있어, 산업상 폭넓은 용도로의 사용이 기대되고, 또한 중요한 재료로 주목받고 있다.

상기 열경화성 플라스틱은 미경화 상태에서 유동성이 뛰어나 함침되는 강화용 섬유에 균일하게 분산될 수는 있으나, 이후의 경화반응에 장시간의 고온가압 조건이 필요하다는 문제가 있다.

상기 고강도 열가소성 플라스틱 복합재료의 대표적인 예로 유리섬유매트 열가소성 플라스틱 복합재(Glass Mat Thermoplastic, 이하 'GMT'라 함), 장섬유가 보강된 팰릿을 이용한 사출형식의 열가소성 플라스틱 복합재 (Granule-Long Fiber reinforced Thermoplastic, 이하 'G-LFT'라 함), 디렉 컴파운딩(Direct Compounding)을 이용한 열가소성 플라스틱 복합재(Long Fiber reinforced Thermoplastic-Direct Compounding, 이하 'LFT-D'라 함) 등이 있다.

그러나, 상기 GMT는 더블벨트프레스 공법을 이용하여 유리섬유에 고분자의 함침을 유도하나 함침성이 충분하지 않아 기계적 물성 향상에 한계가 있다.

또한, 상기 G-LFT 및 LFT-D는 유리섬유가 절단된 상태로 고분자 매트릭스 상에 분포되어 있어 흐름성은 양호하나, 충격강도가 미흡하고 특정방향으로의 보강이 어려운 한계가 있다.

따라서, 생산원가가 낮고, 함침성이 좋아 기계적 물성이 크게 향상된 복합재료의 개발이 필요한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 기존 고비용의 고분자 필름이나 압출기를 사용하지 않아 경제적이고, 고분자 분말의 사용으로 함침성을 향상시켜 강도 및 강성 등과 같은 기계적 물성이 뛰어난 복합시트, 이의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 복합시트를 포함하는 물품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 이형필름 상부에 제1 고분자 분말을 도포하는 단계; b) 도포된 제1 고분자 분말 위에 강화재료를 적층시키는 단계; c) 적층된 강화재료 위에 제2 고분자 분말을 도포하는 단계; d) 도포된 제1 및 제2 고분자 분말을 가열하여 용융시키는 단계; 및 e) 용융된 고분자 분말과 상기 강화재료를 압착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법 등을 제공한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존 고비용의 고분자 필름이나 압출기를 사용하지 않아 경제적이고, 고분자 분말의 사용으로 함침성을 향상시켜 강도 및 강성 등과 같은 기계적 물성이 뛰어난 복합시트 및 이의 제조방법 등을 제공하는 효과가 있다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 복합시트의 제조방법은 a) 이형필름 상부에 제1 고분자 분말을 도포하는 단계; b) 도포된 제1 고분자 분말 위에 강화재료를 적층시키는 단계; c) 적층된 강화재료 위에 제2 고분자 분말을 도포하는 단계; d) 도포된 제1 및 제2 고분자 분말을 가열하여 용융시키는 단계; 및 e) 용융된 고분자 분말과 상기 강화재료를 압착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이형필름은 상기 제1 및 제2 고분자 분말의 용융온도에서 변형되지 않고, 복합시트의 제조 후 떼어내는 경우에도 고분자가 늘러붙지 않는 필름인 경우 특별히 제한되지 않는데, 구체적인 예로 폴리이미드 필름, 테플론 필름 등이 있다.

상기 제1 및 제2 고분자 분말(이하, '고분자 분말'이라 함)은 동일하거나 다를 수 있고, 열경화성 플라스틱 분말 또는 열가소성 플라스틱 분말인 경우 특별히 제한되지 않는다.

다만, 본 발명의 복합시트의 제조방법은 열경화성 플라스틱과는 달리 용융시에도 점착성이 커 함침조를 사용하기 어려운 열가소성 플라스틱에 보다 유익할 수 있다.

상기 고분자 분말은 입자의 직경이 2 ㎜ 이하에서 0 ㎜ 초과의 범위 내인 것이고, 바람직하게는 1 ㎜ 이하에서 0 ㎜ 초과의 범위 내인 것이며, 보다 바람직하게는 0.5 ㎜ 이하에서 0 ㎜ 초과의 범위 내인 것인데, 이 범위 내에서 상기 강화재료의 틈과 표면 모두에 균일하게 잘 도포된다.

상기 고분자 분말은 안료, 열안정제, UV안정제 등과 같은 첨가제 및 상용화제 등을 필요에 따라 더 포함할 수 있다.

상기 첨가제 및 상용화제 등은 상기 열가소성 플라스틱 분말 또는 열경화성 플라스틱 분말에 분말 형태로 투입되어 혼합되는 것이 생산비용의 절감 측면에서 보다 바람직하다.

상기 열가소성 플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아마이드 및 ABS 수지 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.

상기 고분자 분말은 유동흐름지수(MFI)가 1 내지 100 g/10min이고, 바람직하게는 5 내지 50 g/10min이며, 보다 바람직하게는 10 내지 30 g/10min인데, 이 범위 내에서 용융된 고분자 분말이 강화재료에 균일하게 함침된다.

상기 강화재료는 통상 고강도 플라스틱 복합재료 또는 복합시트 등에 적용될 수 있는 경우 특별히 제한되지 않으나, 유기섬유 또는 무기섬유 등일 수 있고, 바 람직하게는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.

상기 섬유는 연속사인 것이 바람직하고, 그 직경은 5 내지 40 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛이고, 보다 바람직하게는 10 내지 20 ㎛이다.

또한, 상기 섬유는 300 내지 2400 Tex일 수 있고, 바람직하게는 600 내지 2200 Tex이며, 보다 바람직하게는 600 내지 1200 Tex인데, 그 형태로 다발, 얀, 매트, 직물 또는 편물 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 매트, 직물 또는 편물이다.

상기 강화재료는 상기 복합시트에 대하여 20 내지 80 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 40 내지 70 중량%로 포함되는 것이다.

상기 b)단계는 상기 강화재료를 제1 고분자 분말에 적층시키기 직전에 고압의 공기를 강화재료에 쐬어주어 상기 강화재료 사이의 틈을 넓혀주는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 제2 고분자 분말이 상기 강화재료의 틈에 보다 용이하게 많은 양으로 투입될 수 있어, 제2 고분자 분말의 용융시 함침성이 향상된다.

상기 c)단계는 제2 고분자 분말을 상기 강화재료 위에 도포한 다음, 이를 진동시켜 제2 고분자 분말을 상기 강화재료의 틈과 표면에 보다 균일하게 도포시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 진동은 적층구조를 변형시키지 않는 정도 이하의 미세진동을 의미하는데, 통상적으로 미세진동을 발생시킬 수 있는 진동장치에 의하는 경우 특별히 제한되지 않고, 구체적인 예로 초음파 진동장치, 진동모터 등을 사용할 수 있다.

상기 c)단계는, 도포된 제2 고분자 분말 위에(미세진동 처리를 하는 경우에는 미세진동 처리 후) 이형필름을 적층시키는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이형필름을 적층시키는 경우 적층물의 가열압착시 압착장치에 고분자가 늘러붙을 염려가 없어, 압착장치의 재질의 선택이 자유로운 효과가 있다.

상기 b)단계 및 c)단계는 상기 d) 단계를 거치기 전에 1회 이상 반복해서 실시될 수 있다.

참고로, 하기 도 2는 b)단계 및 c)단계를 1회 더 반복하여 제조된 본 발명에 따른 복합시트를 개략적으로 나타내는데, 이를 물품에 적용하는 경우 이형필름은 제거된다.

상기 d)단계의 가열방법은 상기 고분자 분말을 용융시키되, 분해시키지 않는 정도의 온도로 열을 제공하는 경우 특별히 제한되지 않는데, 구체적인 예로 적외선 가열기(적외선 오븐, 패널, 램프 등), 열풍 가열기, 가열 롤, 가열 플레이트 또는 이중벨트 라미네이터 등에 의할 수 있다.

상기 가열로 상기 적층물에 삽입된 고분자 분말은 용융되어 상기 강화재료에 함침된다.

상기 e)단계의 압착방법은 가열된 적층물을 소정 압력으로 압착할 수 있는 경우 특별히 제한되지 않는데, 구체적인 예로 프레스 롤, 핫 프레스 등을 사용하는 방법이 있다.

상기 e)단계의 압착 후 압착된 시트를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있는데, 상기 냉각방법은 통상적으로 복합시트의 제조에 적용될 수 있는 것이면 특별히 제 한되지 않는다.

상기 냉각된 복합시트는 필요 또는 그 특성에 따라 맨드럴에 권취되거나, 일정한 길이로 절단되어 적재될 수 있다.

본 발명의 복합시트의 제조장치는 a) 이형필름을 공급하는 장치; b) 상기 이형필름 위에 제1 고분자 분말을 도포하는 장치; c) 도포된 제1 고분자 분말 위에 강화재료를 공급하는 장치; d) 상기 강화재료 위에 제2 고분자 분말을 도포하는 장치; e) 도포된 제1 및 제2 고분자 분말을 용융시키는 가열장치; 및 f) 용융된 고분자 분말과 상기 강화재료를 압착하는 장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 복합시트의 제조장치는 상기 c)의 강화재료를 제1 고분자 분말 위에 공급하기 전에 그 틈을 확장시키기 위해 고압의 공기로 처리하는 에어블로우 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 복합시트의 제조장치는 상기 d)의 제2 고분자 분말이 강화재료 위에 도포된 후 이를 미세진동시키는 진동장치를 더 포함할 수 있다.

상기 복합시트의 제조장치는 상기 d)의 도포장치에 의하여 도포된 제2 고분자 분말 위에 이형필름을 공급하는 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 복합시트의 제조장치는 상기 f) 압착장치에 의해 압착된 시트를 냉각하는 냉각장치를 더 포함할 수 있는데, 구체적인 예로 냉풍장치, 냉각 테이블, 냉각 플레이트 등이 있다.

상기 복합시트의 제조장치는 상기 복합시트의 제조방법에서 기술된 내용이 동일하게 적용된다.

본 발명의 복합시트는 상기 복합시트의 제조방법 또는 제조장치에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 복합시트는 제조방법에 따라 함침의 정도, 태양 등이 달라지고 물성의 차이가 크게 발생하는데, 본 발명의 복합시트는 함침의 정도 및 균일성이 좋아, 충격강도 등 기계적 물성이 뛰어나다.

본 발명의 물품은 상기 복합시트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 물품은, 구체적인 예로 제품의 운송 또는 저장을 위한 장치, 프로파일 또는 자동차 부품 등일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 복합시트의 제조방법 및 제조장치의 구체적인 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

하기 도 1은 본 발명에 따른 복합시트의 제조장치의 구체적인 일례를 개략적으로 나타내는데, 이 복합시트의 제조장치는 크게 이형필름 공급장치, 이송장치(13), 고분자 분말 도포장치(12), 강화재료 공급장치, 에어블로우 장치(200), 더 블벨트 프레스(300) 및 절단기(250)로 이루어지고, 상기 더블벨트 프레스(300)는 가열 플레이트(220), 프레스 롤(230) 및 냉각 플레이트(240)로 구성된다.

상기 이형필름(10)으로 폴리이미드 필름을 사용하였고, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 분말로 산화안정제, 안료 및 분산제 분말이 혼합된 입경 300 ㎛의 폴리프로필렌 분말을 사용하였으며, 상기 강화재료(11)로 직경 17 ㎛의 유리섬유 직물을 사용하였다.

상기 이송장치(13)로 공급되는 이형필름(10a) 위에 상기 고분자 분말 도포장치(12a)로 제1 고분자 분말을 일정한 두께로 도포하고, 이 도포된 제1 고분자 분말 위에, 상기 에어블로우 장치(200a)로 강풍처리된 강화재료(11a)를 공급하였다.

상기 강화재료(11a) 위에 고분자 분말 도포장치(12b)로 제2 고분자 분말을 도포하고, 그 위에 다시 에어블로우 장치(200b)로 강풍처리된 강화재료(11b)를 공급하였다.

상기 강화재료(11b) 위에 고분자 분말 도포장치(12c)로 제3 고분자 분말을 도포하고, 그 위에 이형필름(10b)을 공급하였다.

상기 이형필름(10b)으로 마감된 적층물을 더블벨트 프레스(300)에 투입하여, 가열 플레이트(220)로 가열하여 고분자 분말을 용융시키고, 프레스롤(230)을 이용하여 압착시킨 다음, 이를 냉각 플레이트(240)로 냉각시켜 복합시트를 연속적으로 제조하였다.

제조된 복합시트를 절단기(250)로 절단하여 복합시트(260)를 적재된 상태로 수득하였다. 이때 수득된 복합시트는 강화재료가 60 중량%로 포함되었다.

하기 도 2는 상기 제조된 복합시트(260)의 단면을 개략적으로 나타내는데, 이 복합시트(260)는 이형필름층(261a), 제1 고분자층(262a), 제1 고분자가 함침된 강화재료층(263a), 제2 고분자층(262b), 제2 고분자가 함침된 강화재료층(263b), 제3 고분자층(262c) 및 이형필름층(261b)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어지고, 상기 이형필름층(261a,b)은 상기 복합시트(260)가 물품에 적용되는 경우 제거된다.

상기 실시예에 따라 제조된 본 발명의 복합시트는 종래의 복합시트와 비교하여 생산원가가 절감되었고, 충격강도가 우수함을 확인(ASTM D256에 의거하여 측정한 결과, Non-Broken으로 나타남)할 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 복합시트의 제조장치의 구체적인 일례를 개략적으로 도시한 개요도이다.

도 2는 실시예에서 제조된 복합시트의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10: 이형필름 11: 강화재료

12: 고분자 분말 도포장치 200: 에어블로우 장치

220: 가열 플레이트 230: 프레스롤

240: 냉각 플레이트 250: 절단기

260: 적재된 복합시트 261: 이형필름층

262: 고분자층 263: 고분자가 함침된 강화재료층

300: 더블벨트 프레스

Claims (20)

1. a) 이형필름 상부에 제1 고분자 분말을 도포하는 단계;

   b) 도포된 제1 고분자 분말 위에 강화재료를 적층시키는 단계;

   c) 적층된 강화재료 위에 제2 고분자 분말을 도포하는 단계;

   d) 도포된 제1 및 제2 고분자 분말을 가열하여 용융시키는 단계; 및

   e) 용융된 고분자 분말과 상기 강화재료를 압착시키는 단계;를 포함하되,

   상기 b)단계는, 상기 강화재료를 제1 고분자 분말에 적층시키기 직전에 고압의 공기를 상기 강화재료에 쐬어주어 강화재료 사이의 틈을 넓혀주는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 고분자 분말은, 열경화성 플라스틱 분말 또는 열가소성 플라스틱 분말인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 열가소성 플라스틱은, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아마이드 및 ABS 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 고분자 분말은, 유동흐름지수(MFI)가 1 내지 100 g/10min인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 고분자 분말은, 입자의 직경이 2 ㎜ 이하에서 0 ㎜ 초과의 범위 내인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 강화재료는, 유기섬유 또는 무기섬유인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 강화재료는, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 섬유는, 직경이 5 내지 40 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 섬유는, 300 내지 2400 Tex인 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방 법.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 강화재료는, 상기 복합시트에 대하여 20 내지 80 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
11. 삭제
12. 제 1항에 있어서,

    상기 c)단계는, 제2 고분자 분말을 상기 강화재료 위에 도포한 다음, 이를 진동시켜 제2 고분자 분말을 상기 강화재료의 틈과 표면에 균일하게 도포시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 c)단계는, 도포된 제2 고분자 분말 위에 이형필름을 적층시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조방법.
14. a) 이형필름을 공급하는 장치; b) 상기 이형필름 위에 제1 고분자 분말을 도포하는 장치; c) 도포된 제1 고분자 분말 위에 강화재료를 공급하는 장치; d) 상기 강화재료 위에 제2 고분자 분말을 도포하는 장치; e) 도포된 제1 및 제2 고분자 분말을 용융시키는 가열장치; 및 f) 용융된 고분자 분말과 상기 강화재료를 압착하는 장치;를 포함하되,

    상기 c)의 강화재료를 제1 고분자 분말 위에 공급하기 직전에 고압의 공기를 상기 강화재료에 쐬어주어 강화재료 사이의 틈을 넓혀주는 에어블로우 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조장치.
15. 삭제
16. 제 14항에 있어서,

    상기 복합시트의 제조장치는, 상기 c) 강화재료 공급장치 및 d) 고분자 분말 도포장치가 1회 이상 반복 설치되는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조장치.
17. 제 14항에 있어서,

    상기 복합시트의 제조장치는, d)의 제2 고분자 분말이 강화재료 위에 도포된 후 이를 진동시키는 진동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조장치.
18. 제 14항에 있어서,

    상기 d)의 도포장치는, 도포된 제2 고분자 분말 위에 이형필름을 적층시키는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시트의 제조장치.
19. 제 1항 내지 제10항, 제12항 및 제 13항 중 어느 하나의 항의 복합시트의 제조방법에 따라 제조된 복합시트.
20. 제 19항의 복합시트를 포함하여 이루어진 물품.

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