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KR102063600B1 - 섬유 강화 복합재 및 이를 이용한 자동차용 내·외장재 - Google Patents

섬유 강화 복합재 및 이를 이용한 자동차용 내·외장재 Download PDF

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KR102063600B1
KR102063600B1 KR1020160111940A KR20160111940A KR102063600B1 KR 102063600 B1 KR102063600 B1 KR 102063600B1 KR 1020160111940 A KR1020160111940 A KR 1020160111940A KR 20160111940 A KR20160111940 A KR 20160111940A KR 102063600 B1 KR102063600 B1 KR 102063600B1
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inorganic
fiber reinforced
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resin
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김희준
이희정
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Abstract

중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고, 상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고, 상기 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함하고, 상기 제2 무기섬유의 상기 각각의 표면층 전체 중 중량% 함량이 상기 제1 무기섬유의 상기 중간층 전체 중 중량% 함량 보다 큰 섬유 강화 복합재를 제공한다.

Description

섬유 강화 복합재 및 이를 이용한 자동차용 내·외장재 {FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD OF INTERIOR AND EXTERIOR OFVEHICLES USING THE SAME}
섬유 강화 복합재 및 이를 이용한 자동차용 내·외장재에 관한 것이다.
다양한 용도로 활용되는 복합재는 두 가지 이상의 재료를 결합하여 이루어진 것으로, 일반적으로 고분자 수지에 강화재로서 유리 섬유 또는 탄소 섬유 등을 혼합하여 제조될 수 있다. 또한, 복합재로 섬유상 충진재 및 실리콘 고무를 필수 성분으로 함유하는 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 성형물 등이 있다. 이와 같은 복합재는 높은 강도 및 강성을 요구하는 산업 분야에 활용될 수 있으며, 우수한 유연성과 함께 우수한 강도 및 강성을 가지고, 동시에 경량성을 확보하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 경량성을 유지하면서, 동시에 굴곡 성능이 향상된 섬유 강화 복합재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고, 상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고, 상기 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함하고, 상기 제2 무기섬유의 상기 각각의 표면층 전체 중 중량% 함량이 상기 제1 무기섬유의 상기 중간층 전체 중 중량% 함량 보다 큰 섬유 강화 복합재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 섬유 강화 복합재로부터 형성된 성형물을 포함하는 자동차용 내·외장재를 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재는 경량성을 유지하면서, 동시에 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 성능을 확보할 수 있다. 이에 따라 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내·외장재의 용도로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재(100)의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 구현예에서, 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고, 상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고, 상기 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함하고, 상기 제2 무기섬유의 상기 각각의 표면층 전체 중 중량% 함량이 상기 제1 무기섬유의 상기 중간층 전체 중 중량% 함량 보다 큰 섬유 강화 복합재를 제공한다.
통상적으로, 복합재는 열가소성 수지에 무기섬유 등의 섬유 강화재를 혼합하여 제조될 수 있다. 섬유 강화재의 함량이 높을수록 복합재의 강도 및 강성은 높아지지만, 이와 동시에 취성(brittleness)이 높아지고, 복합재의 비중이 전체적으로 높아지며, 복합재의 품질이 악화되는 등의 문제가 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 전체적으로 낮은 함량의 무기섬유를 포함하여 경량성을 유지하면서도, 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재(100)의 단면도를 개략적으로 나타낸 것으로서, 이를 참조할 때, 상기 섬유 강화 복합재(100)는 상기 중간층(10) 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층(20)을 포함하는 샌드위치 구조를 가진다. 상기 섬유 강화 복합재(100)는 상기 중간층(10) 또는 상기 표면층(20)을 단층으로 포함할 수도 있고, 다층으로 포함할 수도 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 두께는 약 5.5 내지 약 7.5㎜일 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재는 상기 범위의 두께를 가지면서, 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 나타낼 수 있다.
상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고, 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함한다. 상기 섬유 강화 복합재의 각각의 표면층에 포함된 제2 무기섬유 각각의 중량% 함량이 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 중량% 함량보다 크다. 즉, 상기 섬유 강화 복합재는 외각에 위치한 표면층의 제2 무기섬유의 함량을 높게 하여, 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 복합재는 상기 표면층 사이에 위치한 중간층의 제1 무기섬유의 함량을 상기 제2 무기섬유의 함량보다 낮게 하여, 상기 섬유 강화 복합재 전체 중 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량을 낮출 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 경량성을 유지하면서, 동시에 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 각각의 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 함량은 약 60 초과 내지 약 90 wt% 일 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재는 외각에 위치한 표면층 각각에 상기 범위의 제2 무기섬유를 포함함으로써, 상기 제2 무기섬유가 상기 제2 열가소성 수지에 적절히 함침되어, 상기 표면층에 보이드(void)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 함량은 약 30 wt% 내지 약 60 wt% 일 수 있다. 상기 제1 무기섬유가 상기 범위의 함량으로 중간층에 포함됨으로써, 이를 포함하는 상기 섬유 강화 복합재는 경량성를 유지하면서, 동시에 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 굴곡 성능을 나타낼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 섬유 강화 복합재 전체 중 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량은 약 50 ~ 약 70 wt%일 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재 전체에 포함된 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량은 상기 각각의 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 함량보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 경량화를 유지하면서, 동시에 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 성능을 확보할 수 있다. 이에 따라 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내·외장재의 용도로 활용할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡 강도가 약 350 MPa 내지 약 500 MPa 일 수 있다. 굴곡 강도는 굽힘 시험에서 파괴시의 최대 인장 응력을 나타낸 것이다. 상기 섬유 강화 복합재는 상기 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고, 상기 섬유 강화 복합재의 외각에 위치한 상기 각각의 표면층 전체 중에 포함된 제2 무기섬유의 중량% 함량을 상기 중간층 전체에 포함된 제1 무기섬유의 중량% 함량 보다 크게 하여, 상기 범위의 우수한 굴곡 강도를 가질 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡 탄성률이 약 15GPa 내지 약 30GPa일 수 있다. 굴곡 탄성율은 외부로부터 힘이 가해졌을 때, 구부러지지 않으려고 저항하는 힘의 정도를 나타낸 것이다. 상기 섬유 강화 복합재는 굴곡 강도뿐만 아니라, 굴곡 탄성율도 매우 우수한 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 섬유 강화 복합재는 갈라짐이나 부서짐의 현상 없이 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 확보할 수 있으며, 동시에 경량성을 유지할 수 있다.
상기 중간층에 포함된 상기 제1 무기섬유 또는 상기 표면층 각각에 포함된 상기 제2 무기섬유 각각은 동일하거나 상이한 종류 일 수 있다. 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드(aramid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유 각각의 횡단면의 평균 직경은 15㎛ 내지 20㎛ 일 수 있다. 상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유가 상기 범위의 직경을 가짐으로써, 상기 섬유 강화 복합재 내에 높은 함량으로 함유되어 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 강성을 구현할 수 있고, 경량 특성을 확보하기 유리하며, 제조 과정의 가공성 측면에서 유리할 수 있다.
또한, 상기 제1 무기섬유 또는 상기 제2 무기섬유 각각은 연속섬유의 형태로 포함될 수 있다. 이때, 상기 연속섬유는 상기 섬유 강화 복합재의 최종적인 크기에 의존하여 그 내부에서 끊어지지 않고 연속적인 형태로 존재하는 것을 의미한다. 예를 들어, UD 시트 (unidirection sheet) 내의 연속섬유와 같이, 상기 연속 섬유는 연속 공정으로 제조될 수 있고, 이러한 연속 공정에 상기 연속 섬유를 연속적으로 공급함으로써, 연속 섬유를 포함한 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다. 따라서, 상기 섬유 강화 복합재는 시트와 같은 특정 형상의 제품으로 제조될 수 있는데, 이러한 시트와 같은 제품 내에서 상기 연속 섬유는 그 제품의 형상에 따라 특정 범위의 길이를 가지게 된다. 그러나, 이러한 특정 범위의 길이는 연속적으로 연속섬유가 공급되는 제조 공정상 임의 조절이 가능하다는 점에서 상기 연속 섬유는 ‘연속성’을 가지는 것으로 보아야 할 것이고, UD 시트 또는 직물 내의 연속 섬유와 같이 대부분의 경우, 제품 내부에서 끊어지지 않고 연속성을 갖는다.
상기 섬유 강화 복합재는 장섬유 또는 단섬유가 아닌 연속 섬유를 포함하기 때문에 섬유의 분산성의 문제가 없고, 고함량의 섬유를 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 표면 품질이 우수하고, 고르게 물성을 구현하면서, 고강도 특성을 갖는 등의 향상된 기계적 특성을 갖는다. 통상적으로, 단섬유는 약 1mm 이하의 섬유를 의미하고, 장섬유는 약 50mm 이하의 섬유를 의미할 수 있다. 이러한 단섬유 또는 장섬유를 사용하는 경우, 조성물 내에 분산성의 문제가 있어, 섬유를 고함량으로 포함할 수 없다. 또한, 복합재의 표면 품질이 저하되고, 기계적 강도 등의 물성이 떨어지는 문제가 있다.
이와 같이, 상기 섬유 강화 복합재는 무기섬유를 연속섬유의 형태로 포함함으로써, 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율을 부여할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 열가소성 수지를 약 40중량% 내지 약 70중량% 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 제조 과정에서 상기 섬유가 고르게 함침될 수 있고, 상기 섬유 강화 복합재가 일정 수준 이상의 지지 성능을 확보할 수 있다.
상기 중간층은 상기 제1 열가소성 수지를 약 40 중량% 내지 약 70 중량% 포함할 수 있고, 상기 표면층 각각은 상기 제2 열가소성 수지를 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 제조 과정에서 상기 섬유가 고르게 함침될 수 있고, 상기 섬유 강화 복합재가 일정 수준 이상의 지지 성능을 확보할 수 있다.
상기 중간층에 포함된 제1 열가소성 수지 또는 상기 표면층 각각에 포함된 상기 제2 열가소성 수지 각각은 동일하거나 상이한 종류 일 수 있다. 예를 들어, 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 열가소성 수지는 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있고, 구체적으로 폴리프로필렌계 수지를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 경우, 가격 경쟁력 측면에서 유리할 수 있고 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 특성을 향상시키는 데 유리할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 혹은 폴리프로필렌과 다른 종류의 모노머가 공중합된 수지를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리프로필렌 단독 중합 수지, 프로필렌-에틸렌 공중합 수지, 프로필렌-부텐 공중합 수지, 에틸렌-프로필렌-부텐 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 표면층은 상기 제2 무기섬유가 제2 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트이고, 상기 중간층은 상기 제1 무기섬유가 제1 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트일 수 있다.
상기 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트는 기지재인 열가소성 수지 내에 무기섬유가 일 방향으로 배향되어 포함되고 형성된 시트일 수 있다.
상기 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트는 무기섬유를 나란히 배열한 뒤 액상 수지에 함침시키는 방법에 의해 제조되거나 용융 함침법 또는 나란히 배열된 무기섬유와 열가소성 수지 시트를 적층한 뒤 열압착과 같은 방법에 의해 열을 가하여 열가소성 수지가 무기섬유에 함침되게 하여 제조될 수 있으며, 공지된 방법에 의해 제한 없이 제조될 수 있고, 상업적으로 입수도 가능하다.
일 구현예에서, 보통 연속섬유는 섬유 필라멘트 다발로 상업적으로 입수되는데, 이러한 섬유 필라멘트 다발을 원하는 두께가 되도록 펼치고 (이를 '광폭화'로 표현하기도 함), 다시 이러한 펼쳐진 섬유 필라멘트 다발들을 폭 방향으로 연속적으로 배열하면, 섬유 필라멘트들을 폭 방향으로 연속적으로 나란히 배열되어 시트 형상이 되도록 할 수 있다. 시트 형상으로 나란히 배열된 연속 섬유의 위, 아래 또는 위아래로, 수지 시트를 적층시킨 후, 열을 가하여 수지 시트로부터 용융된 수지가 무기섬유로 스며들어 함침되게 하여 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 제조할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 UD 시트와 같이 연속섬유가 단일 배향성을 가지도록 연속 섬유를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재(100)의 평면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 섬유 강화 복합재(100)는 연속섬유(30)를 포함하며, 이때, 상기 연속섬유는 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가질 수 있다. 상기 연속섬유가 상기 섬유 강화 복합재 내에서 단일 배향성을 가짐으로써 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율의 확보에 유리하며, 상기 섬유 강화 복합재 내의 열가소성 수지와 적절하게 혼합되어, 상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 성능을 향상시키기에 더욱 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유 및 상기 표면층에 포함된 제2 무기섬유는 단일의 동일한 배향성을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하는 상기 섬유 강화 복합재는 보다 향상된 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 특성을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 연속섬유가 단일 배향성을 갖는다는 것은 상기 열가소성 수지 내의 연속섬유 중 특정 섬유 가닥 하나를 정했을 때, 상기 특정 연속섬유가 다른 임의의 연속섬유와 이루는 각도가 약 10°이하, 구체적으로 약 5 °이하인 경우를 포함하는 것으로, 상호간 완전하게 평행한 상태뿐만 아니라, 육안으로 관찰했을 때 식별하기 어려운 정도의 오차 범위로 평행하지 않은 경우도 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 섬유 강화 복합재로부터 형성된 성형물을 포함하는 자동차용 내?외장재를 제공한다. 상기 섬유 강화 복합재는 전술한 바와 같이, 경량성을 유지하면서 동시에 현저히 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율 등의 우수한 굴곡 성능을 확보할 수 있다. 이에 따라 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내·외장재의 용도로 활용할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 Extruder를 통한 Compounding 방법, Pultrusion 방법 또는 Extruder와 함침 금형을 통한 방법에 의해 성형물로 제조될 수 있다. 상기 성형물은 예를 들어, 백빔(back beam), 시트백(seat back), 보닛(bonnet), 루프(roof) 등의 외장재 및 스티어링 컬럼 커버, 콘솔, 도어 패널, 기둥, 지지대, 손잡이, 버튼, 핸들, 및 안전 스크린 등의 내장재와 같이 우수한 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율과 함께, 경량성이 요구되는 자동차용 내?외장재의 용도로 활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
< 실시예 및 비교예 >
실시예 1
폴리프로필렌 단독 중합 수지로 구성된 열가소성 수지 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 열가소성 수지에 대하여, 유리 섬유를 로빙(roving) 형태로부터 연속 섬유의 형태로 복합재 내에 포함되도록 투입하였다. 이때, 유리 섬유는 복합재 내에서 단일 배향성을 나타내도록 투입되었다. 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 유리 섬유에 함침시키고, 카렌다(Calendar) 공정으로 압착하여 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 제조하였다.
이때, 제2 무기섬유로 유리섬유 65 중량 % 및 폴리프로필렌 35 중량%를 포함하는 1㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 표면층으로 제조하고, 제1 무기섬유로 유리섬유 55 중량 % 및 폴리프로필렌 45 중량%를 포함하는 4.4㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 중간층으로 제조하였다. 상기 제1 무기섬유 및 제2 무기섬유가 동일한 단일 방향의 배향성을 갖도록, 중간층의 양면에 각각의 표면층을 적층시켜 6.4 ㎜ 의 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
실시예 2
제2 무기섬유로 유리섬유 70 중량 % 및 폴리프로필렌 30 중량%를 포함하는 1㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 표면층으로 제조하고, 제1 무기섬유로 유리섬유 50 중량 % 및 폴리프로필렌 50 중량%를 포함하는 4.4㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 중간층으로 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 6.4 ㎜ 의 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
실시예3
제2 무기섬유로 유리섬유 75 중량 % 및 폴리프로필렌 25 중량%를 포함하는 1㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 표면층으로 제조하고, 제1 무기섬유로 유리섬유 45 중량 % 및 폴리프로필렌 55 중량%를 포함하는 4.4㎜ 두께의 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 중간층으로 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 6.4 ㎜ 의 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
비교예1
폴리프로필렌 단독 중합 수지로 구성된 열가소성 수지 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 열가소성 수지에 대하여, 유리 섬유를 로빙(roving) 형태로부터 연속 섬유의 형태로 복합재 내에 포함되도록 투입하였다. 이때, 유리 섬유는 복합재 내에서 단일 배향성을 나타내도록 투입되었다. 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 유리 섬유에 함침시키고, 카렌다(Calendar) 공정으로 압착하여 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트를 제조하였다.
이 때, 상기 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트는 유리섬유 60 중량% 및 폴리프로필렌 40 중량% 를 포함하고 6.4 ㎜ 두께를 갖도록 하여, 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
무기섬유 함량(중량%)
(유리섬유) 		제2무기섬유
(표면층)		 65 70 75
제1무기섬유
(중간층)		 55 50 45
제2무기섬유
(표면층)		 65 70 75
섬유 강화 복합재의 무기섬유 60 60 60 60
섬유강화복합재의 두께(㎜) 6.4
<평가>
상기 실시예 및 비교예의 섬유 강화 복합재에 대하여, 후술하는 실험예에 따라 섬유 강화 복합재의 물성을 평가하였다.
실험예 1: 굴곡 강도의 측정
상기 섬유 강화 복합재에 대하여 ASTM D790에 의해 굴곡 강도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
실험예 2: 굴곡 탄성율의 측정
상기 섬유 강화 복합재에 대하여 ASTM D790에 의해 굴곡 탄성율을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
굴곡 강도(MPa) 360 370 400 307
굴곡 탄성율(GPa) 27 28 30 24.1
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 상기 실시예 및 비교예의 섬유 강화 복합재는 유리 섬유를 거의 동일한 함량으로 포함하고 있음에도 불구하고, 실시예의 섬유 강화 복합재가 굴곡 강도뿐만 아니라, 굴곡 탄성율에 있어서도 현저히 우수한 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 섬유 강화 복합재
10: 중간층
20: 표면층
30: 연속 섬유

Claims (13)

  1. 중간층 및 상기 중간층의 양면에 적층된 표면층을 포함하고,
    상기 중간층은 제1 열가소성 수지 및 제1 무기섬유를 포함하고,
    상기 표면층은 제2 열가소성 수지 및 제2 무기섬유를 포함하고,
    상기 중간층의 일면에 배치된 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 중량%가 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 중량% 보다 크고,
    상기 중간층의 타면에 배치된 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 중량%가 상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 중량% 보다 큰
    섬유 강화 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유 각각은 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    섬유 강화 복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유는 연속섬유인
    섬유 강화 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면층은 상기 제2 무기섬유가 제2 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트이고,
    상기 중간층은 상기 제1 무기섬유가 제1 열가소성 수지에 함침되어 형성된 단일방향 연속섬유 보강 플라스틱 함침 시트인
    섬유 강화 복합재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유의 횡단면의 평균 직경 및 상기 제2 무기섬유의 횡단면의 평균 직경이 15㎛ 내지 20㎛ 인
    섬유 강화 복합재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중간층의 일면에 배치된 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 함량은 60 내지 90 wt% 이고,
    상기 중간층의 타면에 배치된 표면층에 포함된 제2 무기섬유의 함량은 60 내지 90 wt% 인
    섬유 강화 복합재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중간층에 포함된 제1 무기섬유의 함량은 30 내지 60wt% 인
    섬유 강화 복합재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재 전체 중 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 함량은 50 ~ 70 wt%인
    섬유 강화 복합재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 수지 및 제2 열가소성 수지 각각은 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    섬유 강화 복합재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재의 두께는 5.5 내지 7.5㎜인
    섬유 강화 복합재.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡탄성률이 15GPa 내지 30GPa인
    섬유 강화 복합재.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재는 ASTM D790에 의한 굴곡 강도가 350MPa 내지 500MPa 인
    섬유 강화 복합재.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 섬유 강화 복합재로부터 형성된 성형물을 포함하는 자동차용 내·외장재.

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