[go: up one dir, main page]

KR102163898B1 - 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents

섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102163898B1
KR102163898B1 KR1020170050542A KR20170050542A KR102163898B1 KR 102163898 B1 KR102163898 B1 KR 102163898B1 KR 1020170050542 A KR1020170050542 A KR 1020170050542A KR 20170050542 A KR20170050542 A KR 20170050542A KR 102163898 B1 KR102163898 B1 KR 102163898B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mixture
fiber
weight
parts
compatibilizer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020170050542A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180117432A (ko
Inventor
조수정
김희준
이희정
홍정기
류승희
정서정
명석한
Original Assignee
(주)엘지하우시스
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 (주)엘지하우시스 filed Critical (주)엘지하우시스
Priority to KR1020170050542A priority Critical patent/KR102163898B1/ko
Publication of KR20180117432A publication Critical patent/KR20180117432A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102163898B1 publication Critical patent/KR102163898B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/16Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/045Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • C08J5/08Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials glass fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/04Oxygen-containing compounds
    • C08K5/09Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • C08K7/04Fibres or whiskers inorganic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • C08K7/04Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14Glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/002Physical properties
    • C08K2201/003Additives being defined by their diameter

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

열가소성 수지 및 제1 상용화제를 포함하는 제1 혼합물; 및 무기섬유 및 제2 상용화제를 포함하는 제2 혼합물을 포함하는 혼합 조성물의 압출물을 포함하는 섬유 강화 복합재를 제공한다.

Description

섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법{FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법에 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 있다. 이에, 우수한 유연성과 함께 우수한 강도 및 강성을 가지고, 동시에 경제성을 확보하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 그리고 경제적으로 확보할 수 있는 섬유 강화 복합재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 열가소성 수지 및 제1 상용화제를 포함하는 제1 혼합물; 및 무기섬유 및 제2 상용화제를 포함하는 제2 혼합물을 포함하는 혼합 조성물의 압출물을 포함하는 섬유 강화 복합재 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 열가소성 수지 및 제1 상용화제를 포함하는 제1 혼합물을 제조하는 단계; 무기섬유 및 제2 상용화제를 포함하는 제2 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1 혼합물을 제1 투입구를 통하여 압출기에 1차 투입하고 제2 투입구 방향으로 이동시키면서 점차적으로 열을 가해 용융시키는 단계; 적어도 일부 용융된 상기 제1 혼합물에 상기 제2 투입구를 통하여 상기 제2 혼합물을 투입하여 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물이 혼합된 혼합 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 조성물로부터 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계;를 포함하는 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재는 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 그리고 경제적으로 확보할 수 있는 것으로, 다양한 용도로 널리 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재의 제조방법에 사용되는 압출기를 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.
본 발명의 일 구현예에서, 열가소성 수지 및 제1 상용화제를 포함하는 제1 혼합물; 및 무기섬유 및 제2 상용화제를 포함하는 제2 혼합물을 포함하는 혼합 조성물의 압출물을 포함하는 섬유 강화 복합재를 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재는 열가소성 수지와 무기섬유의 높은 계면 접착력으로 우수한 함침성을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 강화 복합재는 보다 경제적으로 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 확보할 수 있다.
상기 제1 혼합물은 열가소성 수지를 포함하여, 상기 열가소성 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxidel; PPO), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 나일론(Nylon) 6.6, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate; PMMA) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 혼합물은 열가소성 수지로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 경우, 가격 경쟁력을 가지고, 우수한 열적, 기계적 물성을 부여할 수 있다.
한편, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 다른 수지와 비교하여, 예를 들어, 폴리프로필렌 수지와 비교하여 상대적으로 느린 결정화 속도를 가지고, 물에 민감하여 가수분해가 되기 쉽다는 점에서 상대적으로 기계적 물성이 높지 않을 수 있다. 그러나, 상기 섬유 강화 복합재는 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 제1 상용화제를 포함하는 제1 혼합물에 무기섬유 및 제2 상용화제를 포함하는 제2 혼합물을 포함하여 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도 등의 우수한 기계적 물성을 동시에 확보할 수 있다.
상기 제1 혼합물은 상기 열가소성 수지와 함께 제1 상용화제를 포함하며, 상기 제1 상용화제는 무수프탈산 또는 이의 유도체를 포함할 수 있다. 상기 제1 상용화제는 열가소성 수지, 무기섬유 및 제2 상용화제와 친화성이 높아, 상기 열가소성 수지 및 무기섬유의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 상용화제는 무수트리멜리트산클로라이드(Trimellitic anhydride acid chloride, TAAC) 테트라클로로무수프탈산(Tetrachlorophthalic anhydride), 클로로아세틱 안하이드라이드(Chloroacetic anhydride) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있다.
상기 제1 혼합물은 상기 열가소성 수지 100 중량부 대비, 상기 제1 상용화제를 약 1.5 중량부 내지 약 12.5 중량부 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 상용화제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 열가소성 수지 및 무기섬유와 충분히 반응하지 못하여 낮은 계면결합력으로 기계적 물성을 충분히 향상시키지 못 할 수 있다. 그리고, 상기 제1 상용화제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 제1 상용화제 및 제2 상용화제간의 부반응으로 인해 부산물이 생성될 수 있고, 이에 따라 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 투입되는 제1 상용화제의 함량 대비 기계적 물성 증대 효과가 미미할 수 있다.
제2 혼합물은 무기섬유를 포함하여, 상기 섬유 강화 복합재의 강도 및 강성을 높일 수 있으며, 경량화와 내부식성을 부여하고, 내피로성 및 내충격성을 부여할 수 있다. 본 명세서에서 내피로성은 시편에 고정된 하중과 변동하는 하중을 가하면서 시료의 파단이 발생하는 데 필요한 가하는 하중의 반복 회수를 기록한 것으로서, 횟수가 많을수록 내피로성이 우수한 것을 의미한다.
구체적으로, 상기 무기섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 무기섬유는 단면의 평균 직경이 약 15㎛ 내지 약 20㎛일 수 있고, 예를 들어 약 16㎛ 내지 약 19㎛일 수 있다. 상기 무기 섬유의 단면이 약 15㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 경우에는 섬유 강화 복합재의 강도가 현저히 저하될 우려가 있고, 약 20㎛를 초과하는 평균 직경을 갖는 경우에는 상기 열가소성 수지와의 계면 접착력이 저하될 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 상기 무기섬유를 약 30 중량부 내지 약 145 중량부 포함할 수 있다. 상기 무기 섬유가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우에는 복합재가 요구되는 강도 및 강성을 확보하기 어려울 수 있다. 그리고, 상기 무기섬유의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 무기섬유 간의 상호작용이 지나치게 증가하여 상기 무기섬유의 길이가 상대적으로 감소할 수 있고, 섬유의 배향성이 감소할 수 있다. 이에 따라, 이를 포함하는 섬유 강화 복합재의 기계적 물성이 오히려 떨어질 수 있다
상기 무기섬유는 표면처리제에 의해 개질될 수 있다. 상기 제2 혼합물은 표면처리제에 의해 개질된 무기섬유를 제2 상용화제와 함께 포함하여, 상기 무기섬유와 제2 상용화제의 반응과 가공성을 용이하게 하여, 열가소성 수지와 무기섬유 간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있고, 섬유 강화 복합재의 기계적 물성을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 표면처리제에 의해 개질된 유리섬유는 제2 상용화제와 함께 화학 결합을 통하여 열가소성 수지와의 계면 접착력을 쉽게 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 표면처리제는 히드록시기를 갖는 실란계 화합물일 수 있다. 상기 무기섬유는 히드록시기를 갖는 실란계 화합물에 의해 표면 개질됨으로써, 열가소성 수지와 무기섬유, 무기섬유와 제2 상용화제 간의 화학적 반응을 유도할 수 있다. 예를 들어, 무기섬유인 유리섬유에 포함된 히드록시기가 실란계 화합물의 히드록시기와 접촉해 결합이 용이하고, 접착 강도가 보다 쉽게 향상될 수 있다. 그리고, 상기 열가소성 수지 및 상기 무기섬유 간의 계면 접착력을 보다 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 원하는 물성을 얻을 수 있다.
상기 제2 혼합물은 상기 무기섬유와 함께 제2 상용화제를 포함하고, 이때 상기 제2 상용화제는 방향족 폴리이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, '방향족 폴리이소시아네이트 화합물'은 적어도 2개의 이소이아네이트기를 가지면서 방향족 화학 구조를 포함하는 화합물을 총칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상기 제2 혼합물은 방향족 폴리이소시아네이트 화합물을 제2 상용화제로 포함하여, 상기 제2 상용화제는 상기 열가소성 수지 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 상기 무기섬유 및 상기 제1 상용화제와 쉽게 반응할 수 있다. 이에 따라, 경제적으로 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 확보할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 상용화제는 메틸렌디페닐디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐 디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 3,3'-메틸렌디톨릴렌-4,4'-디이소시아네이트, 트리페닐메탄 트리이소시아네이트, 4,4'-디페닐에테르 디이소시아네이트, 테트라클로로페닐렌 디이소시아네이트, 3,3'-디클로로-4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트 페닐티오포스페이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 혼합물은 상기 무기섬유 100 중량부 대비, 상기 제2 상용화제를 약 1.7 중량부 내지 약 13.6 중량부 포함할 수 있다. 제2 상용화제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 제 2 상용화제 첨가에 따른 계면접착력 증대 효과가 부족한 문제가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 제1 상용화제와 제2 상용화제 간의 반응으로 인한 부가 생성물이 발생하여 기계적 물성 증대효과가 충분하지 않을 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 상기 제1 혼합물 및 상기 제2 혼합물을 포함하는 혼합 조성물의 압출물을 포함하고, 상기 혼합 조성물은 상기 제1 혼합물 및 상기 제2 혼합물을 순차적으로 혼합하여 형성될 수 있다. 후술하는 제조방법에 의하여 상기 제1 혼합물 및 상기 제2 혼합물을 순차적으로 혼합하여 혼합 조성물을 형성할 수 있다
상기 섬유 강화 복합재는 상기 제1 혼합물 및 상기 제2 혼합물을 순차적으로 혼합하여 형성된 혼합 조성물의 압출물을 포함하여, 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 경제적으로 동시에 확보할 수 있다.
상기 제2 혼합물에 포함되는 상기 제2 상용화제가 상기 제1 혼합물에 포함되는 상기 제1 상용화제보다 높은 반응성을 가진다. 따라서, 상기 반응성이 다른 상기 제1 상용화제와 상기 제2 상용화제를 각각 포함하는 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 동시에 혼합하고 압출하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 경우에는 원하는 물성을 얻을 수 없다. 예를 들어, 상기 제2 상용화제는 반응성이 높은바, 상기 제1 상용화제 보다 먼저 상기 열가소성 수지, 상기 무기섬유와 반응을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 포함하는 혼합 조성물의 압출물은 상이한 구조로 가질 수 있고, 이로부터 원하는 물성을 충분히 얻지 못할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 반응성이 높은 상기 제2 상용화제를 포함하는 상기 제2 혼합물을 상기 제1 혼합물보다 늦게 혼합할 수 있다. 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 상기와 같이 순차적으로 혼합함으로써, 상기 혼합 조성물의 압출물의 구조를 적절히 조절하여, 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 확보할 수 있다.
상기 혼합 조성물은 산화방지제, 열안정제, 분산제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 상기 혼합 조성물 중 약 1 중량% 내지 약 10 중량% 포함될 수 있고, 예를 들어, 상용화제를 약 1 중량% 내지 약 7 중량% 포함하고, 열안정제를 약 1 중량% 내지 3 중량% 포함할 수 있다.
상기 제1 상용화제 100 중량부 대비 상기 제2 상용화제를 약 20 중량부 내지 약 300 중량부 포함할 수 있다. 상기 제2 상용화제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 관능기 수가 충분하지 못하여 제2 상용화제 첨가에 따른 물성 증대 효과가 충분하지 않을 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 제2 상용화제끼리의 반응이 우세적으로 발생하여 제1 상용화제 및 제2 상용화제 간의 반응성이 저하될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 섬유 강화 복합재의 제조방법을 제공한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 강화 복합재의 제조방법에 사용되는 압출기를 개략적으로 나타낸 것으로서, 상기 섬유 강화 복합재의 제조방법은 열가소성 수지 및 제1 상용화제를 포함하는 제1 혼합물을 제조하는 단계; 무기섬유 및 제2 상용화제를 포함하는 제2 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1 혼합물을 제1 투입구(14)를 통하여 압출기에 1차 투입하고 제2 투입구(15) 방향으로 이동시키면서 점차적으로 열을 가해 용융시키는 단계; 적어도 일부 용융된 상기 제1 혼합물에 상기 제2 투입구(15)를 통하여 상기 제2 혼합물을 투입하여 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물이 혼합된 혼합 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 조성물로부터 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계;를 포함한다.
상기 섬유 강화 복합재 제조방법을 통하여, 경제적으로 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 확보할 수 있는 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유 강화 복합재 제조방법은 열가소성 수지 및 제1 상용화제를 포함하는 제1 혼합물을 제조하는 단계; 및 무기섬유 및 제2 상용화제를 포함하는 제2 혼합물을 제조하는 단계; 를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지 및 상기 제1 상용화제, 상기 무기섬유 및 상기 제2 상용화제 등에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
그리고, 상기 섬유 강화 복합재 제조방법은 상기 제1 혼합물을 제1 투입구(14)를 통하여 압출기에 1차 투입하고 제1 투입구(15) 방향으로 이동시키면서 점차적으로 열을 가해 용융시키는 단계; 적어도 일부 용융된 상기 제1 혼합물에 상기 제1 투입구(15)를 통하여 상기 제2 혼합물을 투입하여 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물이 혼합된 혼합 조성물을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 제2 혼합물에 포함되는 상기 제2 상용화제가 상기 제1 혼합물에 포함되는 상기 제1 상용화제보다 높은 반응성을 가진다. 따라서, 상기 반응성이 다른 상기 제1 상용화제와 상기 제2 상용화제를 각각 포함하는 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 동시에 혼합하고 압출하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 경우에는 원하는 물성을 얻을 수 없다. 예를 들어, 상기 제2 상용화제는 반응성이 높은바, 상기 제1 상용화제 보다 먼저 상기 열가소성 수지, 상기 무기섬유와 반응을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 포함하는 혼합 조성물의 압출물은 상이한 구조로 가질 수 있고, 이로부터 원하는 물성을 얻지 못할 수 있다.
이에, 상기 섬유 강화 복합재는 상기 제1 혼합물을 제1 투입구(14)를 통하여 압출기에 1차 투입하고 제1 투입구(15) 방향으로 이동시키면서 점차적으로 열을 가해 용융시키고, 이에 따라, 적어도 일부 용융된 상기 제1 혼합물에 상기 제1 투입구(15)를 통하여 상기 제2 혼합물을 투입하여, 반응성이 높은 상기 제2 상용화제를 포함하는 상기 제2 혼합물을 상기 제1 혼합물보다 늦게 혼합할 수 있다. 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 상기와 같이 순차적으로 혼합함으로써, 상기 혼합 조성물의 압출물의 구조를 적절히 조절하여, 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 확보할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재 제조방법은 상기 혼합 조성물로부터 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 혼합 조성물을 압출 다이를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 압출물을 제조할 수 있다. 그리고, 상기 압출물을 프레스 성형하여 상기 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재 제조방법을 통하여 제조된 섬유 강화 복합재는 경제적으로 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도를 동시에 확보할 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 비교예 >
실시예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 100 중량부 대비 무수트리멜리트산클로라이드(Trimellitic anhydride acid chloride, TAAC)를 8 중량부 및 산화방지제를 포함하는 제1 혼합물을 제조하였다. 그리고, 유리섬유 및 상기 유리섬유 100 중량부 대비 메틸렌디페닐디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI)를 9 중량부 포함하는 제2 혼합물을 제조하였다.
상기 제1 혼합물을 제1 투입구(14)에 투입하고 제2 투입구(15) 방향으로 이동시키면서 점차적으로 열을 가해 용융시키고, 적어도 일부 용융된 제1 혼합물에 상기 제2 투입구(15)를 통하여 상기 제2 혼합물을 투입하여 혼합 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 제2 혼합물은 상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트가 상기 무수트리멜리트산클로라이드 100 중량부 대비 60 중량부의 함량으로 포함되도록 투입하였다. 이어서, 상기 혼합 조성물을 압출 다이를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 프레스 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
비교예 1
상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI)를 포함하지 않는 제2 혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
비교예 2
상기 무수트리멜리트산클로라이드(Trimellitic anhydride acid chloride, TAAC)를 포함하지 않는 제1 혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
비교예 3
상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 제1 투입구(14)에 함께 투입하여 혼합 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
<평가>
실험예 1:굴곡 탄성율 (kg/㎠)
실시예 및 비교예의 시편을 ASTM D790에 따라 상온 23°C에서 3mm/min 의 속도로 Instron 사의 5569A, 만능시험기(UTM)을 이용하여 굴곡 탄성율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.
실험예 2:인장강도(MPa)
실시예 및 비교예의 시편을 ASTM D638에 따라 시편의 크기는 Type 1을 따르며, 5mm/min의 인장속도로 Instron 사의 5569A, 만능시험기(UTM)을 이용하여 인장강도를 측정 하여 그 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.
굴곡 탄성률(kg/㎠) 인장강도(MPa)
실시예 1 11.2 162
비교예 1 8.6 148
비교예 2 8.9 150
비교예 3 9.0 153
10: 압출기
11: 배럴
12: 회전축
13: 스크류
14: 제1 투입구
15: 제2 투입구

Claims (13)

  1. 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 및 무수트리멜리트산클로라이드(Trimellitic anhydride acid chloride, TAAC)를 포함하는 제1 혼합물; 및
    무기섬유 및 메틸렌디페닐디이소시아네이트를 포함하는 제2 혼합물을 포함하는 혼합 조성물의 압출물을 포함하고,
    상기 무기섬유는 유리섬유, 탄소섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    섬유 강화 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 혼합물은 열가소성 수지를 포함하지 않는
    섬유 강화 복합재.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무수트리멜리트산클로라이드 100 중량부 대비 상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트를 20 중량부 내지 300 중량부 포함하는
    섬유 강화 복합재.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무기섬유는 표면처리제에 의해 개질된
    섬유 강화 복합재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 표면처리제는 히드록시기를 갖는 실란계 화합물인
    섬유 강화 복합재.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무기섬유는 단면의 평균 직경이 15㎛ 내지 20㎛인
    섬유 강화 복합재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 혼합물은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 100 중량부 대비, 상기 무수트리멜리트산클로라이드를 1.5 중량부 내지 12.5 중량부 포함하는
    섬유 강화 복합재.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 혼합물은 상기 무기섬유 100 중량부 대비, 상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트를 1.7 중량부 내지 13.6 중량부 포함하는
    섬유 강화 복합재.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 조성물은 상기 제1 혼합물 및 상기 제2 혼합물을 순차적으로 혼합하여 형성되는
    섬유 강화 복합재.
  13. 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 무수트리멜리트산클로라이드를 포함하는 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    무기섬유 및 메틸렌디페닐디이소시아네이트를 포함하는 제2 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 제1 혼합물을 제1 투입구를 통하여 압출기에 1차 투입하고 제2 투입구 방향으로 이동시키면서 점차적으로 열을 가해 용융시키는 단계;
    적어도 일부 용융된 상기 제1 혼합물에 상기 제2 투입구를 통하여 상기 제2 혼합물을 투입하여 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물이 혼합된 혼합 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합 조성물로부터 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 무기섬유는 유리섬유, 탄소섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    섬유 강화 복합재의 제조방법.
KR1020170050542A 2017-04-19 2017-04-19 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법 Expired - Fee Related KR102163898B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170050542A KR102163898B1 (ko) 2017-04-19 2017-04-19 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170050542A KR102163898B1 (ko) 2017-04-19 2017-04-19 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180117432A KR20180117432A (ko) 2018-10-29
KR102163898B1 true KR102163898B1 (ko) 2020-10-12

Family

ID=64101330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170050542A Expired - Fee Related KR102163898B1 (ko) 2017-04-19 2017-04-19 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102163898B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102101421B1 (ko) 2019-12-24 2020-04-17 재단법인 한국섬유기계융합연구원 폴리올레핀 수지 조성물

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120029137A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-02 Basf Se Long-fiber reinforced polyesters
JP2017019889A (ja) 2015-07-07 2017-01-26 第一工業製薬株式会社 樹脂補強用混合物、繊維強化樹脂混合物、並びに、繊維強化樹脂及びその製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101283827B1 (ko) * 2011-06-27 2013-07-08 (주)엘지하우시스 고화 및 가수분해를 방지할 수 있는 압출/사출 동시 성형 장치 및 이를 이용한 열가소성 장섬유 강화 복합재의 제조 방법
KR101782197B1 (ko) * 2014-06-09 2017-09-27 (주)엘지하우시스 함침성이 우수한 연속섬유 보강 복합재 및 그 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120029137A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-02 Basf Se Long-fiber reinforced polyesters
JP2017019889A (ja) 2015-07-07 2017-01-26 第一工業製薬株式会社 樹脂補強用混合物、繊維強化樹脂混合物、並びに、繊維強化樹脂及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180117432A (ko) 2018-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101466278B1 (ko) 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품
EP3209713B1 (en) Reinforced polymer molding composition
CN109485881B (zh) 一种高强电子防护服用tpu薄膜材料及其制备方法
KR20160094724A (ko) 탄소 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이에 의해 제조된 성형품
CN102702666A (zh) 钛酸钾晶须与abs改性的高抗冲复合材料及其制备方法
KR20160083518A (ko) 우수한 충격성 및 굴곡 탄성율과 낮은 비중을 갖는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품
CN111548600A (zh) 一种改性碳纤维增强热塑性树脂复合材料
KR101526690B1 (ko) 고내열 내충격성 폴리유산 복합재료 조성물
Vasanthkumar et al. Influence of Seashell addition on thermo-mechanical properties of Nylon 66 polymer matrix composite
KR20150091928A (ko) 탄소섬유 강화 열가소성 수지 조성물, 이를 이용한 탄소섬유 강화 열가소성 수지 성형품 및 이의 제조방법
KR102163898B1 (ko) 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법
KR20170043720A (ko) 경량성이 우수한 열가소성 수지 복합체 조성물
CN103724929B (zh) 一种高机械强度聚甲醛复合材料及其制备方法
KR101952621B1 (ko) 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법
Ünal et al. Determination of mechanical performance of glass fiber reinforced and elastomer filled polyamide 6 composites
KR101790577B1 (ko) 섬유강화플라스틱 펠릿의 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 이종펠릿에 의해 성형된 수지 성형품
JP6968597B2 (ja) ポリアセタール樹脂組成物
KR101304098B1 (ko) 연성 폴리락틱산 수지 조성물 및 그 제조방법
KR101621000B1 (ko) 폴리아마이드 수지 조성물, 이를 이용한 성형품 및 그 제조방법
CN104312089B (zh) 抗静电聚酰胺复合材料及其制备方法
KR20170076869A (ko) 섬유 강화 복합재용 조성물, 섬유 강화 복합재 및 섬유 강화 복합재의 제조방법
KR101551970B1 (ko) 폴리프로필렌 수지 조성물
JPH0737577B2 (ja) 自己強化重合体複合物及びその製法
KR20150076619A (ko) 폴리아미드 수지 조성물
CN112745658B (zh) 一种玻纤增强tpu材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20170419

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20181224

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20170419

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200515

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20200926

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20201005

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20201005

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20240716