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KR102515115B1 - Pet 기반의 연속 섬유 복합재료 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Pet 기반의 연속 섬유 복합재료 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR102515115B1
KR102515115B1 KR1020190155495A KR20190155495A KR102515115B1 KR 102515115 B1 KR102515115 B1 KR 102515115B1 KR 1020190155495 A KR1020190155495 A KR 1020190155495A KR 20190155495 A KR20190155495 A KR 20190155495A KR 102515115 B1 KR102515115 B1 KR 102515115B1
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KR
South Korea
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continuous fiber
composite material
polyethylene terephthalate
mpa
fiber composite
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이우주
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(주)엘엑스하우시스
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Abstract

본 출원은 PET 기반의 연속 섬유 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 크랙 발생을 획기적으로 저감시킬 수 있는 PET 기반의 연속 섬유 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

PET 기반의 연속 섬유 복합재료 및 이의 제조 방법{PET BASED CONTINUOUS FIBER COMPLEX AND METHOD OF PREPARING SAME}
본 출원은 PET 기반의 연속 섬유 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 크랙 발생을 획기적으로 저감시킬 수 있어 복합시트의 기계적 물성을 증대시킬 수 있는 PET 기반의 연속 섬유 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
섬유강화 복합재료는 두 가지 이상의 재료가 결합하여 이루어진 재료로서, 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 강화재가 고분자 수지 등의 모재에 함침되어 있는 구조로 제조되는 재료를 말한다.
섬유강화 복합재료의 물성을 결정하는 가장 중요한 인자는 강화재인 유리 섬유나 탄소 섬유가 고분자 모재와 잘 혼합되는 것이다. 여기서, 강화재는 제품 전체의 강도나 강성을 포함하는 기계적 물성을 담당하고, 모재는 강화재를 서로 결합시키는 바인더로서 보호(weathering resistance) 역할을 하며, 자체의 물성으로 인해 최종 제품의 기계적 물성에 부수적인 영향을 미친다.
섬유강화 복합재료 중 연속 섬유 강화 복합재료는 기존의 단섬유, 장섬유 강화 복합재료와 다르게 섬유를 모재에 연속적으로 함침시켜 제작하는 복합재료이다. 연속 섬유 강화 복합 재료는 종래의 재료들에 비하여, 좀 더 높은 비율의 강화재가 투입이 가능하며, 섬유가 최대 종횡비 (aspect ratio)를 가질 수 있어, 이를 통하여, 종래의 재료들에 비하여 높은 수준의 기계적 물성을 확보할 수 있다.
동일한 강화재를 사용한 연속 섬유 강화 복합재료의 경우 모재로서 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)이나 폴리아미드(Polyamide, PA)를 주로 사용해왔다. 다만, 최근들어 기계적 물성이 탁월하며, 가격 경재력이 우수하고, 재활용성까지 제공하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)에 대한 연구가 확장되며, 폴리프로필렌이나 폴리아미드를 대체하려는 시도가 지속되고 있다.
일반적으로 연속 섬유 강화 복합재료의 제조 공정은 인발 성형을 통한 일방향 프리프레그(unidirectional prepreg tape)를 제조한 후, 이들을 적층하고, 압축 성형한다. 이 때, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이러한 일반 연속 섬유 강화 복합재료의 제조 공정에 적용하는 경우, 다른 수지에 비하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 결정화 속도가 빠르고, 수축률이 높아서 압축 공정시 섬유 방향으로 크랙이 발생하게 되는 문제점이 발생하였다.
따라서, 이러한 크랙 발생을 방지하거나 최소화할 수 있는 연구가 필요한 시점이다.
대한민국 공개특허공보 10-2019-0107753(2019년 9월20일 공개)
본 출원의 일 실시예에 따르면, 일방향 프리프레그 적층 후 압축공정에서 발생하는 크랙을 획기적으로 저감시킬 수 있는 PET 기반의 연속 섬유 복합재료 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 출원의 일 측면은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법에 관한 것이다.
일 예시로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 기반의 열가소성 수지 및 연속 섬유를 포함하는 일방향 프리프레그(unidirectional prepreg)를 준비하는 단계; 복수의 일방향 프리프레그를 적층하여, 복합 시트를 제조하는 단계; 복합 시트를 가열 및 가압한 후 급냉(quenching)하는 단계; 및 복합 시트를 열처리(annealing)하여, 연속 섬유 복합재료를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예시로서, 연속 섬유와 수지의 성분함량비는 40 내지 70 중량부 : 60 내지 30 중량부일 수 있다.
일 예시로서, 상기 가열은 255 내지 320 ℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.
일 예시로서, 상기 가압은 5 내지 10 MPa 의 압력 조건에서 수행될 수 있다.
일 예시로서, 상기 급냉은 100 ℃/분 이상의 속도 조건에서 수행될 수 있다.
일 예시로서, 상기 열처리는 120 내지 180 ℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.
일 예시로서, 상기 열처리는 0.5 내지 3 MPa의 압력 조건에서 수행될 수 있다.
본 출원의 다른 측면은 연속 섬유 복합재료에 관한 것이다.
일 예시로서, 상기 연속 섬유 복합재료의 인장 강도는 700 내지 1100 MPa일 수 있다.
일 예시로서, 상기 연속 섬유 복합재료의 굴곡 강도는 700 내지 1100 MPa일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료를 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 크랙 발생을 최소화한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료를 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 인장강도가 우수한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료를 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 굴곡강도가 우수한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료를 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2는 일방향 프리프레그를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 종래의 일방향 프리프레그 적층 및 접착 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 일방향 프리프레그 적층 및 접착 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료 및 이의 제조 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 출원의 일 실시예인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 기반의 열가소성 수지 및 연속 섬유를 포함하는 일방향 프리프레그(prepreg)를 준비하는 단계(S10); 복수의 일방향 프리프레그를 적층하여, 복합 시트를 제조하는 단계(S20); 복합 시트를 가열 및 가압한 후 급냉(quenching)하는 단계(S30); 복합 시트를 열처리(annealing)하여, 연속 섬유 복합재료를 제조하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이하, 각 단계별로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 기반의 열가소성 수지 및 연속 섬유를 포함하는 일방향 프리프레그(prepreg)를 준비한다(S10).
특히, 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있다. 다만, 경우에 따라서는 단섬유 또는 장섬유가 포함된 수지일 수 도 있다. 재활용된 수지를 포함할 수 도 있다. 수지의 성분은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전술한 바와 같이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 적용하는 것이 바람직하다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트는 상대적으로 밀도가 높은 폴리에스터 수지로서 결정성 또는 비결정성 열가소성 플라스틱이다. 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 특성은 높은 투명성을 가지지만, 낮은 인장강도와 낮은 슬라이딩 특성을 가지고 있으며, 반면에 엔싱거가 절삭 가공용 반제품으로 사용하는 결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 높은 경도, 강성 및 강도 그리고 우수한 슬라이딩 특성과 내마모성의 특성을 갖는다. 우수한 크리프 강도, 낮은 수분 흡수율 등의 열적특성과 우수한 치수 안정성으로 인해, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재는 복잡한 부품과 치수 정밀도 및 표면 품질이 까다로운 분야에 적합하다.
본 출원의 프리프레그는 이러한 열가소성 수지를 매트릭스로 하여, 연속 섬유를 보강재로서 포함한다. 연속 섬유는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유리 섬유 또는 탄소 섬유일 수 있다.
여기서, 연속 섬유와 수지의 성분함량비는 40 내지 70 중량부 : 60 내지 30 중량부인 것이 바람직하다. 연속 섬유의 함량이 40 중량부 미만인 경우에는 충분한 기계적 물성을 확보하기 어렵다. 반면에, 연속 섬유의 함량이 70 중량부를 초과하는 경우에는 연속섬유 강화 복합재료 제작 공정에서 구현하기 어려운 문제가 있다. 일반적인 복합 재료에 비하여, 연속 섬유의 성분 함량이 높으며, 이를 통하여, 우수한 기계적 물성을 제공할 수 있다. 다만, 연속 섬유의 함량은 바람직하게는 50 중량부 내지 60 중량부이며, 가장 바람직하게는 60 중량부이다.
또한, 본 출원의 프리프레그는 전술한 연속 섬유와 수지 이외에도 사용자의 의도에 따라 다양한 추가 성분을 포함할 수 있다. 이러한 추가 성분은 본 출원이 속한 기술 분야에서 적용될 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 더불어, 이러한 추가 성분에 대해 구체적으로 예시를 제시하지 아니하여도 본 출원이 속한 기술 분야의 당업자에게는 자명한 성분들이다.
프리프레그(prepreg)는 미리 함침된 재료(pre-impregnated materials)의 약어로서 강화섬유(reinforcement fiber)에 미리 수지를 함침시킨 것을 의미하고. 또한, 매트릭스와 섬유의 조합으로서, 제품의 생산공정에 바로 상용할 수 있는 상태의 제품을 의미한다.
일방향 프리프레그는 섬유가 수지에 함침되어 형성된 프리프레그로서, 일방향으로 형성된 테이프 형상의 제품을 의미하는 것으로서, 프리프레그의 하나의 종류이나, 본 출원에서는 프리프레그, 프리프레그 테이프 및 일방향 테이프, 일방향 프리프레그는 상호 교환적으로 사용한다.
도 2는 일방향 프리프레그(테이프)를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 연속 섬유(11)를 수지(13)가 포함된 함침 다이(15)에 함침하고, 인발하여, 절단하여, 일방향 프리프레그(17)를 제조할 수 있다.
도 3은 종래의 일방향 프리프레그 적층 및 접착 방법을 설명하기 위한 개략도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 종래에는 일방향 프리프레그(21)를 준비하고, 준비된 복수의(예를 들어 4 장 내지 30 장) 일방향 프리프레그를 적층한 후 고온 및 고압을 인가함으로써 열접착하여 복합 시트(23)를 형성한 후, 냉각하는 압축공정을 실시하여 최종 제품인 복합 재료(25)를 제조하였다. 그러나, 전술한 바와 같이, 폴리프로필렌이나 폴리이미드의 경우에는 큰 문제가 없이 이러한 공정을 수행할 수 있으나, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 이러한 공정을 적용시 크랙이 발생하는 문제점이 도출되었다.
본 출원인은 이를 해결하기 위하여, 하기와 같은 공정을 고안하였다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 일방향 프리프레그 적층 및 접착 방법을 설명하기 위한 개략도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 일방향 프리프레그(31)를 준비하고, 복수의 일방향 프리프레그를 적층한 후, 고온 및 고압을 인가함으로써 열접착하여 복합 시트(33)를 형성한 후, 급냉(quenching)하는 압축공정 및 열처리(annealing) 공정을 실시하여 최종 제품인 복합 재료(35)를 제조하였다.
이하, 이러한 공정을 구체적인 단계별로 설명한다.
그리고, 복수의 일방향 프리프레그를 적층하여, 복합 시트를 제조한다(S20).
전술한 바와 같이 일방향 프리프레그는 약 0.25 mm 이하의 두께를 갖는 테이프로서, 단독으로 제품에 사용하기에는 두께가 두껍지 않다. 따라서, 이러한 일방향 프리프레그를 적층하여 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 적층되는 일방향 프리프레그의 수는 특별히 한정되는 것은 아니며, 사용자의 의도에 따라 4 장 내지 30 장을 적층하여, 복합 시트를 형성할 수 있다.
그리고, 복합 시트를 가열 및 가압한 후 급냉(quenching)한다(S30).
적층된 복합 시트를 가열하는데, 이 때, 255 내지 320 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 다만, 온도 조건은 270 내지 310 ℃ 또는 280 내지 290 ℃일 수 있다.
또한, 적층된 복합 시트를 가압하는데, 이 때, 5 내지 10 MPa 의 압력 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 압력 조건은 6 내지 9 MPa 또는 7 내지 8 MPa일 수 있다.
전술한 가열 및 가압 공정은 가열 공정을 수행한 후 가압 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이러한 가열 및 가압 공정을 통하여, 복합 시트는 열접착이 되며, 일정한 온도로 유지될 수 있다.
그리고, 상온까지 급냉을 수행하여, 결정화도를 조절한다. 상기 급냉은 100 ℃/분 이상의 속도 조건에서 수행될 수 있다. 속도 조건의 상한은 특별히 한정하는 것은 아니며, 사용자의 의도 또는 작업 공정의 조건에 따라 적절하게 제한할 수 있다. 이러한 급냉을 통하여, 일방향의 섬유 방향으로 크랙이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 급냉을 실시할 경우 결정화가 진행되기 전에 결정화 온도 구간(~120~180℃)을 통과해버리기 때문에 결정이 적게 생성된다. 이로 인해 결정화 과정에서 생기는 크랙(고분자 사슬이 결정화되기 위해 움츠러 들면서 생기는 shrinkage에서 기반)이 생기지 않게 된다.
그리고, 복합 시트를 열처리(annealing)하여, 연속 섬유 복합재료를 제조한다(S40).
상기 열처리는 120 내지 180 ℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.
더불어, 열처리 시, 압력을 인가하면서 수행할 수 도 있다. 이 때, 압력 조건은 0.5 내지 3MPa의 압력조건일 수 있다.
전술한 바와 같이 급냉에 의해서 결정화가 되지 않은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 기계적 물성이 저하되기 때문에 전술한 온도 범위에서 열처리(annealing)를 실시하여, 결정화도를 끌어올려, 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.본 출원의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법은 연속 섬유를 보강재로 포함하는 열가소성 수지 기반의 복합재료를 제조하는 방법의 단계, 조건 등이나, 이를 제조하는 장치의 구성, 구동 조건 등을 추가로 포함할 수 있다. 다만, 이러한 제조하는 방법의 단계, 조건 등이나, 이를 제조하는 장치의 구성, 구동 조건등을 특별히 설명하지 아니하여도 본 출원이 속한 기술분야의 당업자에게는 이러한 제조하는 방법의 단계, 조건 등이나, 이를 제조하는 장치의 구성, 구동 조건을 부가하거나 한정하는 것은 자명한 사항이다.
또한, 본 출원의 일 실시예인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료에 대하여 설명한다.
전술한 방법에 의하여 제조된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합 재료는 크랙이 최소화되어 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
일 예시에서, 상기 연속 섬유 복합재료의 인장 강도는 700 내지 1100 MPa일 수 있다.
일 예시에서, 상기 연속 섬유 복합재료의 인장 강성은 27 내지 35 GPa일 수 있다.
일 예시에서, 상기 상기 연속 섬유 복합재료의 굴곡 강도는 700 내지 1100 MPa일 수 있다.
일 예시에서, 상기 연속 섬유 복합재료의 굴곡 강성은 27 내지 35 GPa일 수 있다.
일 예시에서, 상기 연속 섬유 복합재료의 파단 신율은 1.8 내지 3.5 %일 수 있다.
특히, 본 출원의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료는 물성이 우수하며, 가격경쟁력을 확보하여, 종래의 폴리프로필렌 기반의 섬유 강화 복합재료나 폴리아미드 기반의 섬유 강화 복합재료를 대체할 수 있으며, 전술한 바와 같이, 간단한 추가 공정(?칭+어닐링)을 통하여, 크랙이 없으며, 기존 공정 사용시 보다 약 20% 내지 70%의 물성 향상을 제공할 수 있다.
이하, 실험예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명한다.
[ 실험예 1]
폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 40 중량부와 유리 연속 섬유 60 중량부의 성분 함량비를 갖는 일방향 프리프레그를 제조하였다.
구체적으로, 유리 연속 섬유를 로빙하면서 3 내지 5개의 가이드바를 적용하여, 유리 연속 섬유의 펼치기를 진행한 후 255 내지 320 ℃의 함침 금형에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 공급하면서, 유리 연속 섬유를 함침시켰다. 이를 인발하면서 커터를 이용하여, 절단하여 두께 0.25 mm를 갖는 일방향 프리프레그 샘플을 제조하였다.
[ 실시예 1]
제조된 일방향 프리프레그를 4장 적층하고, 285℃의 온도로 가열한 후, 3분 이상 7 MPa의 압력하에서 100 ℃/분 이상의 냉각속도로 냉각하였다. 이 후 convention oven에 장입한 후 150 ℃에서 1 시간 열처리하여 실시예 1을 제조하였다.
[ 실시예 2]
제조된 일방향 프리프레그를 4장 적층하고, 285℃의 온도로 가열한 후, 3분 이상 7 MPa의 압력하에서 100 ℃/분 이상의 냉각속도로 냉각하였다. 이 후 convention oven에 장입한 후, 0.5 MPa의 압력하에서 150 ℃에서 1 시간 열처리하여 실시예 2를 제조하였다.
[ 비교예 1]
제조된 일방향 프리프레그를 4장 적층하고, 3분 이상 7 MPa로 가압하고 285 ℃의 온도로 가열한 후, 동일한 압력하에서 5 내지 10 ℃/분 의 냉각속도로 냉각하여 비교예 1을 제조하였다.
[평가]
실시예 1 및 2와 비교예 1의 샘플의 인장 물성을 측정하였다. 인장 물성은 ASTM D3039를 기반으로 수행되었다. 샘플의 폭x길이x두께는 15x250x1 mm였으며, 시험 속도는 5mm/분이었다. 각각l의 샘플에 대한 인장 강도, 인장 강성 및 파단 신율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
인장 강도(MPa) 854.9 929.7 743.9
인장 강성(GPa) 35.4 40.0 32.7
파단 신율(%) 2.47 2.62 2.55
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 인장 강도, 인장 강성 및 파단 신율이 비교예 1의 인장 강도, 인장 강성 및 파단 신율보다 우수함을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 2]
폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 40 중량부와 유리 연속 섬유 60 중량부의 성분 함량비를 갖는 일방향 프리프레그를 제조하였다.
구체적으로, 유리 연속 섬유를 로빙하면서 3 내지 5개의 가이드바를 적용하여, 유리 연속 섬유의 펼치기를 진행한 후 255 내지 320 ℃의 함침 금형에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 공급하면서, 유리 연속 섬유를 함침시켰다. 이를 인발하면서 커터를 이용하여, 절단하여 두께 0.25 mm를 갖는 일방향 프리프레그 샘플을 제조하였다.
[ 실시예 3]
제조된 일방향 프리프레그를 16장 적층하고, 3분 이상 7 MPa로 가압하고 285 ℃의 온도로 가열한 후, 동일한 압력하에서 100 ℃/분 이상의 냉각속도로 냉각하였다. 이 후 convention oven에 장입한 후 150 ℃에서 1 시간 열처리하여 실시예 3을 제조하였다.
[ 실시예 4]
제조된 일방향 프리프레그를 16장 적층하고, 285℃의 온도로 가열한 후, 3분 이상 7 MPa의 압력하에서 100 ℃/분 이상의 냉각속도로 냉각하였다. 이 후 convention oven에 장입한 후, 0.5 MPa의 압력하에서 150 ℃에서 1 시간 열처리하여 실시예 4를 제조하였다.
[ 비교예 2]
제조된 일방향 프리프레그를 16장 적층하고, 285℃의 온도로 가열한 후,7 MPa의 압력하에서 10 ℃/분 이상의 냉각속도로 냉각하여 비교예 2를 제조하였다.
[평가]
실시예 3 및 4와 비교예 2의 샘플의 굴곡 물성을 ASTM D790을 기반으로 수행되었다. 샘플의 폭x길이x두께는 12.7x127x3.2 mm였으며, 시험 속도는 2mm/분이었다. 각각의 샘플에 대한 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 파단 신율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 3 실시예 4 비교예 2
굴곡 강도(MPa) 817.8 855.4 501.0
굴곡 강성(GPa) 27.3 27.6 26.9
파단 신율(%) 2.99 3.07 1.97
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 3 및 4의 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 파단 신율이 비교예 2의 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 파단 신율보다 우수함을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11: 연속 섬유
13: 수지
15: 함침 다이
17: 일방향 프리프레그
21: 일방향 프리프레그
23: 복합 시트
25: 복합 재료
31: 일방향 프리프레그
33: 복합 시트
35: 복합 재료

Claims (10)

  1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 기반의 열가소성 수지 및 연속 섬유를 포함하는 일방향 프리프레그(Unidirectional Prepreg)를 준비하는 단계;
    복수의 일방향 프리프레그를 적층하여, 복합 시트를 제조하는 단계;
    복합 시트를 255 내지 320℃의 온도 조건에서 가열 및 5 내지 10 MPa의 압력 조건에서 가압한 후 100℃/분 이상의 속도 조건에서 급냉(quenching)하는 단계; 및
    복합 시트를 120 내지 180℃의 온도 조건 및 0.5 내지 3 MPa의 압력 조건에서 열처리(annealing)하여, 연속 섬유 복합재료를 제조하는 단계를 포함하며,
    연속 섬유와 수지의 성분함량비는 40 내지 70 중량부 : 60 내지 30 중량부인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 연속 섬유 복합재료의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항의 제조 방법에 의하여 제조된 연속 섬유 복합재료.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연속 섬유 복합재료의 인장 강도는 700 내지 1100 MPa인 연속 섬유 복합재료.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연속 섬유 복합재료의 굴곡 강도는 700 내지 1100 MPa인 연속 섬유 복합재료.
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