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KR102555654B1 - 하이브리드 섬유강화 복합재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 모빌리티 부품 - Google Patents

하이브리드 섬유강화 복합재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 모빌리티 부품 Download PDF

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KR102555654B1
KR102555654B1 KR1020210140045A KR20210140045A KR102555654B1 KR 102555654 B1 KR102555654 B1 KR 102555654B1 KR 1020210140045 A KR1020210140045 A KR 1020210140045A KR 20210140045 A KR20210140045 A KR 20210140045A KR 102555654 B1 KR102555654 B1 KR 102555654B1
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fabric
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hybrid
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배성열
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한국세라믹기술원
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Abstract

본 발명은 하이브리드 섬유강화 복합재에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 금속섬유 직물과 열가소성 섬유 직물을 복합화하여 경량화 및 높은 기계적 물성을 확보한 하이브리드 섬유강화 복합재, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 모빌리티 부품에 관한 것이다.

Description

하이브리드 섬유강화 복합재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 모빌리티 부품{Hybrid-fiber reinforcement complex materials, Manufacturing method thereof and Mobility parts containing the same}
본 발명은 금속섬유 직물과 열가소성 직물을 복합화한 하이브리드 섬유강화 복합재, 이를 제조하는 방법 및 이를 이용한 모빌리티 부품에 관한 것이다.
산업구조의 고도화 및 에너지 효율 향상에 대한 요구로 극한 환경에서 기능을 발휘하는 소재에 대한 요구가 급증하고 있으며, 일반적으로 항공기, 선박, 위그선, 경량자동차, 열차, 스포츠 용품, 풍력발전기의 블레이드 등은 경량 고강도를 요구하기 때문에 대부분 상대적으로 가볍고 강도가 높은 섬유 복합재로 제조되고 있다.
섬유 복합재 제품의 제조방법에는 수적층방법(Hand Lay Up) 예컨대, 직조된 섬유에 수지를 임의의 형상을 가지는 틀에 반복적으로 적층하여 경화시키는 방법, RTM(Resin Transfer molding) 예컨대, 임의의 형상을 가지는 틀에 섬유를 적층하고 이 파이버에 수지를 침투시켜 경화한 뒤 틀에서 분리하는 제조방법 등이 있다.
또한, 기존 섬유 복합재의 부족한 물성을 보강하기 위해 다양한 섬유강화 복합소재가 개발되었으며, 이러한 섬유강화 복합소재는 초고온 등의 극한 환경에서도 고강도, 고인성, 내식성 및 고신뢰도 특성을 유지하는 소재로 자동차용 디젤분진필터, 우주, 항공, 원자력 등의 산업분야에 필수 소재로 인식되고 있으며, 섬유강화 복합소재가 극한 환경에서 우수한 성능을 발휘하기 위해서는 섬유를 원하는 형태로 직조하여 치밀화시키는 방법이 필요하다
또한, 탄소 섬유 및/또는 유리 섬유를 이용한 다양한 섬유강화 세라믹 복합소재가 개발, 상용화 되어 있는데, 기존 복합소재는 내열성은 우수하나 내충격성, 내마모성이 부족하여 응용제품에 한계가 있으며, 특히 모빌리티용 부품에 적용하기에는 한계가 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 10-2018-0136639호(2018.12.26) 대한민국 등록특허 10-2197235호(2020.12.31)
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 내충격성과 내마모성이 우수한 금속섬유을 이용한 섬유강화 복합재로서, 금속섬유를 직물로 적용하여 경량화를 이루면서도, 금속섬유 자체만으로 구성된 직물의 부족한 물성을 보완하기 위해 유리섬유와 함께 가공하여 제조한 하이브리드 금속 섬유사로 제조한 직물을 도입한 발명에 관한 것이다. 또한, 기계적 물성 등의 향상을 위해 복합재를 다층화시키고 이를 위해 특정 열가소성 섬유로 제직된 직물층을 도입한 발명으로서, 본 발명은 높은 물성이 요구되는 모빌리티 부품에 적용할 수 있는 하이브리드 섬유강화 복합재를 제공하고자 한다.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 하이브리드 섬유강화 복합재에 관한 것으로서, 2개의 금속섬유 직물 사이에 2층~3층의 열가소성 섬유 직물을 포함하며, 상기 금속섬유 직물은 하이브리드 금속 섬유사(yarn)를 포함하고, 상기 2개의 금속섬유 직물 및 2층 ~ 3층의 열가소성 섬유 직물은 결합되어 일체화되어 있는 복합재이다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 섬유강화 복합재 제조방법에 관한 것으로서, 금속섬유 직물 및 열가소성 섬유 직물을 각각 준비하는 1단계; 2개의 금속섬유 직물 사이에 적어도 2개 이상의 열가소성 섬유 직물을 적층시켜서 적층체를 제조하는 2단계; 및 상기 적층체를 핫 프레싱 공정을 수행하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 하이브리드 섬유강화 복합재는 금속섬유 직물과 열가소성 섬유 직물로 연결된 이중직 직물을 준비하는 1단계; 상기 이중직 직물의 열가소성 섬유 직물이 마주보는 방향으로 적층시켜서 적층체를 제조하는 2단계; 및 상기 적층체를 핫 프레싱 공정을 수행하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 섬유강화 복합재를 포함하는 모빌리티 부품에 관한 것이다.
본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재는 내충격성, 내마모성 등의 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 경량화된 소재로서, 자동차, 선박, 위그선, 기차, 전철 등의 수송용 모빌리티에 적용되는 부품에 사용하기 매우 적합하다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재의 바람직한 일구현예에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재의 바람직한 일구현예로서, 이중직 직물 형태에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재의 바람직한 일구현예로서, 이중직 직물의 단면에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재를 이용한 반잠수정 선체 제조 방법의 일구현예에 대한 개략도이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재는 2개의 금속섬유 직물 사이에 2층~3층의 열가소성 섬유 직물을 포함하며, 상기 2개의 금속섬유 직물 및 2층 ~ 3층의 열가소성 섬유 직물은 결합되어 일체화되어 있을 수 있다.
본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재 형태의 이해를 돕기 위해 도면을 통해 설명하면, 도 1a에 개략도에 도시한 바와 같이, 본 발명이 하이브리드 섬유강화 복합재는 제1 금속섬유 직물층(101), 제1 열가소성 직물층(201), 제2열가소성 직물층(202) 및 제2 금속섬유 직물층(102)이 차례대로 적층되어 있는 4층 구조의 적층체일 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 섬유강화 복합재는 복합재의 직물층간 결합력 증대 및 내충격성 증대를 위해 열가소성 직물층을 더 추가하여 제조할 수 있으며, 도 2a 개략도에 도시한 바와 같이, 제1 금속섬유 직물층(101), 제1 열가소성 직물층(201), 제3열가소성 직물층(203), 제2열가소성 직물층(202) 및 제2 금속섬유 직물층(102)이 차례대로 적층되어 있는 5층 구조의 적층체일 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재는 도 1c에 개락도에 도시한 바와 같이, 금속섬유 직물(101, 102)과 열가소성 직물(201, 202)을 이중직으로 제직하여 직물간 서로 연결된 이중직 직물(401, 402)로 제조한 후, 이중직 직물의 열가소성 직물간 마주보는 방향으로 적층 및 결합시킨 형태일 수도 있다.
상기 이중직 직물의 금속섬유 직물은 제1 경사 및 제1 위사를 제직하여 제조한 직물이고, 상기 열가소성 직물은 제2 경사 및 제2 위사를 제직하여 제조한 직물이며, 상기 제1 경사 및 제1 위사 중 적어도 일부가 열가소성 직물과 연결되거나, 또는 제2 경사 및 제2 위사 중 적어도 일부가 금속섬유 직물과 연결되거나, 또는 금속섬유 직물과 열가소성 직물이 결합사에 의해 연결되어 일체화된 이중직 직물일 수 있다. 이해를 돕기 위해서, 결합사로 일체화된 이중직 직물의 바람직한 일례는 도 2 및 도 3에 개략도로 도시한 바와 같다. 이때, 상기 결합사는 금속섬유 직물을 구성하는 금속섬유사 또는 열가소성 직물을 구성하는 열가소성 섬유사를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재는, 상기 이중직 직물(401, 402) 사이에 열가소성 직물(층)을 더 포함할 수도 있다(도면 미도시).
본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재는 도 1a, 도 1b와 같이 금속섬유 직물 및 열가소성 직물을 적층시킨 후, 고압 및 고열 하에서 핫프레싱(hot-pressing) 공정을 수행하여 열가소성 직물을 용융, 냉각 및 경화시켜서 일체화된 복합재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재는 도 1c와 같이 금속섬유 직물 및 열가소성 직물로 구성된 이중직 직물을 열가소성 직물간 서로 마주보도록 적층시킨 후, 고압 및 고열 하에서 핫프레싱(hot-pressing) 공정을 수행하여 열가소성 직물을 용융, 냉각 및 경화시켜서 일체화된 복합재를 제조할 수 있다.
이때, 상기 핫프레싱 공정 수행시 고열 조건은 열가소성 직물을 구성하는 열가소성 섬유의 용융온도 보다는 높고, 열가소성 섬유의 열분해온도 보다 낮으며, 또한, 금속섬유 직물 내 유리섬유 및 금속섬유가 용융되지 않는 온도 범위를 의미한다.
본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재를 구성하는 금속섬유 직물은 하이브리드 금속 섬유사(yarn)으로 경사(제1경사) 및 위사(제1위사)를 제직하여 제조한 직물이며, 경사와 위사가 규칙적으로 교차되어 제직된 평직물, 능직물, 수자직 직물일 수 있으며, 또는 경사와 위사가 규칙적으로 교차되어 제직된 아무젠(Amunzens) 직물일 수 있다.
그리고, 상기 하이브리드 금속 섬유사는 금속 도금된 유리섬유사; 또는 금속섬유 및 유리섬유가 복합된 복합섬유사;를 포함할 수 있다.
상기 금속 도금된 유리섬유사 및 복합섬유사의 유리섬유는 SiO2, Al2O3, MgO, CaO, Fe2O3, TiO2 및 불가결한 기타 불순물(ZrO2, MoO3, Cr2O3 등)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 SiO2 64.0 ~ 67.0 중량%, Al2O3 14.0 ~ 17.5 중량%, MgO 13.5 ~ 16.2 중량%, CaO 4.0 ~ 7.6 중량%, Fe2O3 0.5 ~ 0.8 중량%, TiO2 0.3 ~ 0.6 중량% 및 불가결한 기타 불순물을 포함하는 유리섬유일 수 있고, 더욱 바람직하게는 SiO2 65.0 ~ 66.5 중량%, Al2O3 14.0 ~ 16.0 중량%, MgO 14.5 ~ 16.0 중량%, CaO 4.8 ~ 7.2 중량%, Fe2O3 0.50 ~ 0.75 중량%, TiO2 0.45 ~ 0.60 중량% 및 불가결한 기타 불순물을 포함하는 유리섬유일 수 있다.
그리고, 상기 금속 도금 및/또는 금속 섬유는 스테인리스 합금 및 철-크롬-알루미늄계 합금 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 스테인리스 합금은 바람직한 일례로는 SUS316 또는 SUS304을 포함할 수 있다. 또한, 상기 철-크롬-알루미늄계 합금의 바람직한 일례를 들면, Al 8.0 ~ 10.5 중량%, Cr 15 ~ 30 중량%, Y 0.01 중량% 이하, Zr 0.01 중량% 이하, C 0.1 ~ 0.3 중량% 및 나머지 잔량 철을 포함하는 합금일 수 있다. 또한, 상기 철-크롬-알루미늄계 합금은 필수불가결한 불순물을 더 포함할 수도 있다. 이때, Al 함량이 8.0 중량% 미만이면 하이브리드 금속 섬유사의 유연성이 너무 부족하여 직물 제조에 어려움이 있을 수 있고, Al 함량이 10.5 중량%를 초과하면 금속 섬유사의 유연성은 좋으나, 기계적 강도가 부족한 문제가 있을 수 있다.
상기 금속 도금된 유리섬유사는 앞서 설명한 유리섬유사를 상기 금속 합금으로 표면이 도금된 유리섬유사로서 당업계에서 알려진 일반적인 도금 방법으로 도금된 유리섬유사일 수 있다.
그리고, 복합섬유사는 상기 유리섬유와 금속섬유를 서로 꼬아서(intertwisted) 제조한 복합섬유로서, 유리섬유 및 금속섬유를 1 : 2 ~ 4 부피비로, 바람직하게는 유리섬유 및 금속섬유를 1 : 2.5 ~ 3.5 부피비로 포함할 수 있다. 이때, 금속섬유의 부피비가 2 미만이면 하이브리드 섬유강화 복합재의 기계적 강도, 내마모성이 취약할 수 있으며, 부피비가 4를 초과하면 하이브리드 섬유강화 복합재의 경량화에 불리하고, 내충격성이 부족할 수 있으므로, 상기 범위 내의 부피비로 유리섬유와 금속섬유를 포함하는 복합섬유사를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 복합섬유사의 섬도와 필라멘트수는 하이브리드 섬유강화 복합재가 적용되는 모빌리티 부품에 따라 섬도와 필라멘트수를 조절하여 제조한 후, 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재를 구성하는 열가소성 직물은 금속 직물간 결합시켜 일체화시키는 역할 및 복합재의 내충격성 등을 하는 역할을 하며, 경사(제2경사) 및 위사(제2위사)를 제직하여 제조한 직물이며, 경사와 위사가 규칙적으로 교차되어 제직된 평직물, 능직물, 수자직 직물일 수 있으며, 또는 경사와 위사가 규칙적으로 교차되어 제직된 아무젠(Amunzens) 직물일 수 있다.
상기 열가소성 직물은 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함하는 열가소성 수지를 포함하는 열가소성 섬유로 제조된 직물로서, 바람직하게는 사이드-바이-사이드 복합섬유 또는 시스-코어 복합섬유로 제조된 직물일 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 열가소성 직물의 바람직한 일례를 들면, 상기 시스-코어 복합섬유의 코어부는 시스부 보다 높은 용융온도(융점)를 가지는 수지를 포함하고, 상기 시스부는 열가소성 수지를 포함하며, 상기 시스부의 융점은 코어부에 사용되는 수지의 융점 보다 낮은 열가소성 수지로 구성된다. 이와 같이 섬유 직물을 구성하는 시스-코어 복합섬유의 시스부를 코어부 보다 낮은 융점을 가지는 수지로 적용함으로써, 열 처리시, 상기 시스-코어 복합섬유의 시스 부분이 열적으로 용융되어 금속섬유 직물과 결합 및 함께 경화되어서 일체화된 복합재를 용이하게 형성할 수 있게 된다.
상기 시스-코어 복합섬유는 코어부 및 시스부를 1 : 0.2 ~ 0.3 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.25 ~ 0.30 중량비로 포함하는 것이 좋으며, 이때, 시스부가 0.2 중량비 미만이면 섬유강화 수지와의 결합력이 부족할 수 있고, 0.3 중량비를 초과하면 열 경화 후 시스부가 용융되어 코어부로 형성된 직물 내 섬유가 상대적으로 너무 얇게 존재하여 복합재의 기계적 물성을 약화되어 복합재의 응용범위를 줄일 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 시스-코어 복합섬유의 코어부는 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 트리(C2~C5 의 알킬렌)테트라민 10 ~ 20 중량부, 폴리티오에테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 저밀도 충전제 1 ~ 5 중량부를 포함하는 혼합 수지를 중합반응시킨 중합체를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 트리(C2~C5 의 알킬렌)테트라민 12 ~ 18 중량부, 폴리티오에테르 수지 20 ~ 35 중량부 및 저밀도 충전제 2 ~ 4 중량부를, 더욱 바람직하게는 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 트리(C2~C5 의 알킬렌)테트라민 14 ~ 18 중량부, 폴리티오에테르 수지 20 ~ 30 중량부 및 저밀도 충전제 2.5 ~ 4.0 중량부를 포함하는 혼합 수지를 중합반응시킨 중합체를 포함할 수 있다.
코어부 조성 중 상기 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 및 폴리프로필렌 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 PET 수지를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 PET 수지는 고유점도(IV)는 0.60 ~ 0.80 dL/g일 수 있다.
그리고, 트리(C2~C5 의 알킬렌)테트라민은 폴리티오에테르, 저밀도 충전제 등의 조성이 폴리에스테르 수지와의 상용성 증대 역할을 하는 것으로서, 그 사용량이 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만으로 사용하면 이의 사용 효과가 미비하고, 20 중량부를 초과하여 사용하면 섬유의 유연성을 크게 감소시키는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
코어부 조성 중 상기 폴리티오에테르는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있으며, 섬유의 탄력성, 기계적 강도 향상 역할을 한다. 이의 사용량이 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만이거나 50 중량부를 초과하여 사용하면 기계적 강도 향상이 미비하거나 과량 사용시 오히려 섬유 탄력성이 저해되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
[화학식 1]
Figure 112021120058564-pat00001
화학식 1에 있어서, R1은 C4~C10의 직쇄형 알킬렌기 또는 C4~C10의 분쇄형 알킬렌기이며, 바람직하게는 C4~C6의 직쇄형 알킬렌기 또는 C4~C6의 분쇄형 알킬렌기이다. 또한, 화학식 1의 R2는 C6~C10의 아릴렌기이고, 바람직하게는 C6의 아릴렌기이다. 그리고, 화학식 1의 n은 1 ~ 5의 정수이며, 바람직하게는 n은 1 ~ 3의 정수이다.
코어부 조성 중 저밀도 충전제는 섬유의 밀도 감소 및 충격 강도 향상 역할을 하는 것으로서, 섬유의 밀도 증가를 방지하기 위해서 다공성 충전제를 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 다공성 SiO2 에어로겔을 사용할 수 있으며, 상기 다공성 SiO2 에어로겔은 다공률 60 ~ 80%, 밀도 150 g/L 이하이고, 입자 직경(D50)은 0.1 ~ 10μm일 수 있다. 저밀도 충전제의 사용량이 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만이면 이의 사용량이 너무 적어서 섬유 자체의 밀도 감소 효과 및 충격 강도 향상 효과가 미비할 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 오히려 시스-코어 복합섬유의 기계적 강도를 약화시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 시스-코어 복합섬유의 상기 시스부는 주 수지; 인계 난연성 수지; 오르가노폴리실록산; 가소제; 및 산화방지제;를 포함할 수 있다.
시스부 성분 중 상기 주 수지는 고무질계 공중합체 30~60 중량%, 시안화 비닐화합물 10~30 중량% 및 잔량의 방향족 비닐화합물을 포함하는 혼합물을 공중합 반응시켜 제조한 공중합체 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 고무질계 공중합체 30~40 중량%, 시안화 비닐화합물 15~20 중량% 및 잔량의 방향족 비닐화합물을 포함하는 혼합물을 공중합 반응시켜 제조한 공중합체 수지를 포함할 수 있다.
주 수지 조성 중 상기 고무질계 공중합체는 폴리부타디엔 라텍스에 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체가 10 ~ 25 중량% 그라프트된 그라프트 공중합체를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리부타디엔 라텍스에 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체가 10 ~ 18 중량% 그라프트된 그라프트 공중합체를 사용할 수 있다.
또한, 주 수지 조성 중 상기 시안화 비닐화합물은 메타크릴로니트릴 및 에타크릴로니트릴 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며, 바람직하게는 에타크릴로니트릴을 포함할 수 있다.
또한, 주 수지 조성 중 상기 방향족 비닐화합물은 알킬스티렌을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알파-메틸스티렌을 포함할 수 있다.
시스부 조성 중 상기 인계 난연성 수지는 시스부가 용융되어 섬유강화 수지와 혼화 및 결합되면서 복합재의 난연성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 주 수지 100 중량부에 대하여, 2 ~ 8 중량부를, 바람직하게는 3.0 ~ 7.0 중량부를 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112021120058564-pat00002
화학식 2에 있어서, R1 내지 R3 각각은 독립적으로, 수소원자, C1~C5의 직쇄형 알킬기, C3~C5의 분쇄형 알킬기 또는
Figure 112021120058564-pat00003
이며, 바람직하게는
Figure 112021120058564-pat00004
이다. 그리고, 화학식 2의 R4는 C1~C3의 직쇄형 알킬기, -COOH 또는 -COH이며, 바람직하게는 -COOH이다. 그리고, 화학식 2의 n은 0 ~ 3이고, 바람직하게는 1이며, *은 결합부위를 의미한다.
시스부 조성 중 오르가노폴리실록산은 금속직물과의 결합력 증대, 열가소성 섬유 직물간 결합력 증대 역할을 하는 것으로서, 하기 화학식 3으로 표시되는 오르가노폴리실록산을 포함할 수 있다. 그리고, 오르가노폴리실록산의 사용량은 상기 주 수지 100 중량부에 대하여, 4.5 ~ 10.0 중량부를, 바람직하게는 5.0 ~ 8.5 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 오르가노폴리실록산 사용량이 4.5 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 금속섬유 직물 및/또는 다른 섬유직물과의 결합력 증대가 미미할 수 있고, 10 중량부를 초과하여 사용하면 그 사용량이 너무 많아서 복합섬유 제조를 위한 복합방사시 방사조업성을 떨어뜨릴 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
[화학식 3]
Figure 112021120058564-pat00005
화학식 3에 있어서, R1은 CH2=CH-R5-이다. 그리고, 상기 R5는 C2 ~ C10의 직쇄형 알킬렌기이고, 바람직하게는 R5는 C2 ~ C6의 직쇄형 알킬렌기, 더욱 바람직하게는 R5는 C3 ~ C6의 직쇄형 알킬렌기이다. 그리고, 화학식 3의 상기 R2, R3 및 R4 각각은 독립적으로 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 수소원자 또는 C1 ~ C2의 직쇄형 알킬기이고, 더욱 바람직하게는 C1 ~ C2의 직쇄형 알킬기이다.
또한, 화학식 3의 m, n은 몰비를 의미하며, m은 1 ~ 5의 정수이고, n은 3 ~ 10의 정수이며, 바람직하게는 m은 2 ~ 4의 정수이고, n은 4 ~ 8의 정수이다.
시스부 조성 중 가소제는 당업계에서 사용하는 일반적인 가소제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리올 하이드록시스테아레이트, 폴리글리콜산, 폴리부틸아디페이트, 디옥틸 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디옥틸 아디페이트, 디이소노닐아디페이트 및 디옥틸 말레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 가소제의 사용량은 상기 주 수지 100 중량부에 대하여 2 ~ 15 중량부, 바람직하게는 3 ~ 10 중량부, 더욱 바람직하게는 3.5 ~ 9.0 중량부를 사용할 수 있다.
시스부 조성 중 상기 산화방지제는 글리콜-비스-3-(3-터셔리-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트, 1,3,5-트리스(2,6-디메틸-3-히드록시-4-터셔리-부틸벤질)이소시아누레이트, 1,3,5-트리스(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시벤질)-1,3,5-트리아진-2,4,6(1H,3H,5H)-트리온, 2.2-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2.6-디-t-부틸-4-메틸페놀, 트리스(2,4-디터트-부틸페닐)포스파이트, 비스(4-이소시아네이트시클로헥실)메탄, 및 N-N-비스(2-하이드록시에틸)-터셔리-부틸아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 산화방지제의 적정 사용량은 상기 주 수지 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 3.0 중량부, 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 중량부이며, 산화방지제 사용량이 0.5 중량부 미만이면 산화방지 효과가 미비할 수 있고, 3.0 중량부를 초과하여 사용하는 것은 과량 사용으로서 더 이상의 산화방지 효과 증대가 없으므로 비경제적이다.
시스부는 앞서 설명한 조성 외에 상용화제, 강도증진제, 점도 조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 상기 상용화제의 일례를 들면, 산화아연, 스테아르산아연, 붕산아연, 라우르산아연, 타타르산아연, 올레산아연, 유산아연 등이 있다.
앞서 설명한 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합제는 높은 내구성 및 내충격성 등의 높은 기계적 물성이 요구되면서 이와 함께 경량성이 요구되는 부품 소재로 적용될 수 있으며, 특히 모빌리티 부품 소재로 적용하기 적합하다. 모빌리티 부품의 일례를 들면, 선박용 프로펠러와 금속축 간의 결합부, 반잠수정용 선체, 위그선 선체 등 다양한 부품의 소재로 응용될 수 있다.
앞서 설명한 하이브리드 섬유강화 복합재를 이용하여 반잠수정용 선체를 제조하는 일례를 들면 다음과 같다.
도 4에 개략도로 도시한 바와 같이 내부몰드(30), 하형몰드(10), 상형몰드(20), 하부 진공백(21), 상부 진공백(11)을 포함하는 몰드-진공백 일체형 장치 및 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재를 이용하여 반잠수정용 선체를 제조할 수 있으며, 좀 더 구체적으로 설명하면, 하부 진공백(21)이 구비된 하형몰드(10)의 하부 진공백 상부에 섬유 직물(40)을 적층시킨 후, 상기 하이브리드 섬유강화 복합재 상부에 내부몰드를 배치시키는 1단계; 상부 진공백(21)이 구비된 상형몰드(20)의 상부 진공백 상부에 하이브리드 섬유강화 복합재(40)를 적층시키는 2단계; 상형몰드(20)의 상부 진공백(21)과 하형몰드(10)의 하부 진공백(11)이 마주보는 방향으로 상형몰드와 하형몰드를 결합하는 3단계; 결합된 상부 및 하부 진공백의 결합에 의해 형성된 내부 공간을 진공 처리하는 진공백 공정을 수행하는 4단계; 상부 진공백과 하부 진공백이 접합되는 접합부를 통해서 바인더 수지를 주입하는 5단계; 및 열처리하여 바인더 수지를 경화시킨 후, 경화물을 탈형시키는 6단계;를 포함하는 공정을 수행할 수 있다.
이때, 상기 바인더 수지는 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재와 결합력이 우수한 바인더 수지를 사용할 수 있으며, 특별하게 한정하지 않는다.
1단계 및 2단계의 하부 및/또는 상부 진공백의 상부에 섬유 직물을 적층시키는 공정은 기존에는 수작업으로 수행하여 공정 시간이 매우 길었으나, 본 발명은 프리폼 자동화 장비를 통해 로봇팔을 이용하여 수행하기 때문에 매우 빠르고 정확하게 수행할 수 있다.
그리고, 6단계의 경화는 고온, 고압 하에서 수행하게 되며, 바인더 수지가 용융 및 혼합되어 본 발명의 하이브리드 섬유강화 복합재와 결합되어 고르게 코팅되고, 상부의 섬유 직물 형태의 복합재와 하부의 섬유 직물 형태의 복합재의 접합부간 결합되면서 별도의 접착제 없이도 상하부의 섬유 직물이 일체화되는 것이다.
이러한 본 발명의 반잠수정용 선체 제조방법은 기존 선체 제공공정 대비 30 ~ 50%의 공수 절감 효과가 있는 바, 생산성, 경제성이 매우 우수하다.
이하에서는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 권리범위를 한정하여 해석해서는 안된다.
[실시예]
실시예 1 : 섬유직물의 준비
(1) 금속섬유 직물의 준비
하이브리드 금속 섬유사를 이용하여 경사와 위사가 규칙적으로 교차되어 60~62본/inch의 밀도로 제직된 평직물을 금속섬유 직물로 준비하였다. 제조한 금속섬유 직물은 밀도가 4.2~4.3 kg/㎡이고, 두께는 0.85 ~ 0.90mm였다.
상기 하이브리드 금속 섬유사는 하기 표 1의 성분으로 구성된 유리섬유 및 스테인리스 합금인 SUS316으로 제조된 금속섬유를 1: 3.0 부피비로 서로 꼬아서(intertwisted) 제조한 복합섬유사이다.
구분 함량
Al2O3 15.2 ~ 16.0 중량%
MgO 14.5 ~ 15.0 중량%
CaO 5.5 ~ 6.8 중량%
Fe2O3 0.52 ~ 0.63 중량%
TiO2 0.48 ~ 0.55 중량%
기타 불순물 0.05 중량% 이하
SiO2 나머지 잔량 100 중량%
(2) 열가소성 섬유 직물의 제조
코어부와 시스부가 1 : 0.27~0.28 중량비인 시스-코어 복합섬유로 50본/inch의 밀도로 평직으로 직조한 열가소성 섬유직물을 준비하였다. 제조한 열가소성 섬유 직물은 밀도가 2.1~2.2 kg/㎡였고, 두께는 0.35 ~ 0.40mm였다.
섬유직물을 구성하는 상기 시스-코어 섬유는 코어부용 칩과 시스부용 칩을 용융 및 복합방사하여 제조한 것으로서, 상기 코어부용 칩은 고유점도(IV) 0.72 ~ 0.75 dL/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 100 중량부에 대하여, 트리프로필렌테트라민 14 중량부, 하기 화학식 1-1로 표시되는 폴리티오에테르 27 중량부, 저밀도 충전제로서 다공성 SiO2 에어로겔(다공률=72~74%, 밀도=120 g/L 이하, 입자 직경(D50)=0.5 ~ 1.3μm) 2.7 중량부를 포함하는 수지를 칩화한 것이다.
[화학식 1-1]
Figure 112021120058564-pat00006
화학식 1-1에 있어서, R1은 C4의 직쇄형 알킬렌기이고, R2는
Figure 112021120058564-pat00007
이다.
또한, 상기 시스부용 칩은 주 수지 100 중량부에 대하여, 하기 화학식 2-1로 표시되는 인계 난연성 수지 4.5 중량부, 하기 화학식 3-1로 표시되는 오르가노폴리실록산 7.8 중량부, 가소제인 폴리부틸아디페이트 7.0 중량부, 산화방지제인 1,3,5-트리스(2,6-디메틸-3-히드록시-4-터셔리-부틸벤질)이소시아누레이트 0.9 중량부를 포함하는 수지를 칩화한 것이다.
이때, 상기 주 수지는 폴리부타디엔 라텍스에 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체가 14~15 중량% 그라프트된 그라프트 공중합체(고무질계 공중합체) 33 중량%, 시안화 비닐화합물인 에타크릴로니트릴 18 중량% 및 나머지 잔량의 알파-메틸스티렌을 포함하는 혼합물을 용매인 메틸에틸케톤과 혼합한 다음 공중합 반응시켜 제조한 공중합체 수지이다.
[화학식 2-1]
Figure 112021120058564-pat00008
화학식 2-1에 있어서, R1 내지 R3은 모두
Figure 112021120058564-pat00009
이며, n은 1이며, R4는 파라(para)위치에 결합된 -COOH이다.
[화학식 3-1]
Figure 112021120058564-pat00010
화학식 3-1에 있어서, R1은 CH2=CH-R5-이고, R5는 C6의 직쇄형 알킬렌기이며, R2, R3 및 R4는 메틸기이고, m은 2이며, n은 6이다.
(3) 이중직 직물의 제조
도 2 및 도 3에 개략도로 나타낸 바와 같이 결합사를 이용하여 앞서 제조한 금속섬유 직물 및 상기 열가소성 섬유 직물을 이중직 직물로 제조하였다. 상기 결합사는 열가소성 섬유 직물 제조에 사용한 시스-코어 복합섬유를 사용하였다.
비교예 1 : 섬유직물의 준비
실시예 1과 동일한 방법으로 열가소성 섬유 직물의 제조하되, 상기 시스부용 칩 내 오르가노폴리실록산을 포함하지 않는 시스부용 칩을 사용하여 제조한 시스-코어 복합섬유를 이용하여 열가소성 섬유 직물을 제조하였다.
시스-코어 복합섬유의 시스부 내 오르가노폴리실록산을 포함하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시예 1과 동일한 금속섬유 직물 및 열가소성 섬유 직물을 이용하여 이중직 직물을 제조하였다.
제조예 1
도 1c에 개략도로 도시한 것과 같이, 실시예 1의 이중직 직물 2개를 열가소성 섬유 직물이 서로 마주보는 방향으로 적층시켜서 적층체를 제조하였다.
다음으로, 상기 적층체를 고압, 고온 하에서 핫 프레싱 공정을 수행하여 적층체 내 시스-코어 복합섬유의 시스부를 용융 및 경화시켜서 금속섬유 직물-열가소성 섬유 직물-열가소성 섬유 직물-금속섬유 직물이 적층된 구조의 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
제조예 2
도 1c에 개략도로 도시한 것과 같이, 실시예 1의 이중직 직물 2개를 열가소성 섬유 직물이 서로 마주보는 방향으로 적층시키되, 이중직 직물 사이에 실시예 1에서 제조한 열가소성 섬유 직물을 사이에 게재시킨 후, 적층시켜서 적층체를 제조하였다.
다음으로, 상기 적층체를 고압, 고온 하에서 핫 프레싱 공정을 수행하여 적층체 내 시스-코어 복합섬유의 시스부를 용융 및 경화시켜서 금속섬유 직물-열가소성 섬유 직물- 열가소성 섬유 직물-열가소성 섬유 직물-금속섬유 직물이 적층된 구조의 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
제조예 3
실시예 1에서 제조한 금속섬유 직물의 상부에 2개의 열가소성 섬유 직물을 차례대로 적층시킨 후, 최상부 열가소성 섬유 직물 상부에 실시예 1에세 제조한 금속섬유 직물을 더 적층시켜서 적층체를 제조하였다.
다음으로, 상기 적층체를 고압, 고온 하에서 핫 프레싱 공정을 수행하여 적층체 내 시스-코어 복합섬유의 시스부를 용융 및 경화시켜서 금속섬유 직물-열가소성 섬유 직물-열가소성 섬유 직물-금속섬유 직물이 적층된 구조의 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
제조예 4
실시예 1에서 제조한 금속섬유 직물의 상부에 3개의 열가소성 섬유 직물을 차례대로 적층시킨 후, 최상부 열가소성 섬유 직물 상부에 실시예 1에세 제조한 금속섬유 직물을 더 적층시켜서 적층체를 제조하였다.
다음으로, 상기 적층체를 고압, 고온 하에서 핫 프레싱 공정을 수행하여 적층체 내 시스-코어 복합섬유의 시스부를 용융 및 경화시켜서 금속섬유 직물-열가소성 섬유 직물-열가소성 섬유 직물-열가소성 섬유 직물-금속섬유 직물이 적층된 구조의 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
비교제조예 1
비교예 1의 이중직 직물 2개를 열가소성 섬유 직물이 서로 마주보는 방향으로 적층시켜서 적층체를 제조하였다.
다음으로, 상기 적층체를 고압, 고온 하에서 핫 프레싱 공정을 수행하여 적층체 내 시스-코어 복합섬유의 시스부를 용융 및 경화시켜서 금속섬유 직물-열가소성 섬유 직물-열가소성 섬유 직물-금속섬유 직물이 적층된 구조의 하이브리드 섬유강화 복합재를 제조하였다.
실험예 1 : 하이브리드 섬유강화 복합재의 물성 측정
상기 제조예 1 ~ 4 및 비교제조예 1에서 제조한 하이브리드 섬유강화 복합재 각각에 대한 굴곡강도, 굴곡탄성율, 낙구 충격 강도를 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때, 굴곡강도 및 굴곡탄성율은 ASTM D790에 따라 23℃에서 실시하였다. 또한, 낙구 충격 강도는 ASTM D256에 따라 23℃에서 실시하였다. 인장강도는 ASTM D638에 따라 실시하였다.
섬유직물 굴곡강도
(kg/cm2)		 굴곡탄성율
(Gpa)		 낙구
충격강도
(J/mm)		 인장강도
(MPa)
제조예 1 262 24.9 24.3 105.1
제조예 2 278 25.4 25.7 113.7
제조예 3 202 21.3 22.5 98.9
제조예 4 235 22.2 23.4 103.2
비교제조예 1 182 18.5 24.0 95.0
상기 표 2의 물성 측정 결과를 살펴보면, 제조예 1 ~ 4에서 제조한 하이브리드 섬유강화 복합재 모두 매우 높은 기계적 물성을 보였으며, 이중직 직물 형태인 제조예 1 ~ 2가 제조예 3 ~ 4 보도 다소 우수한 기계적 물성 측정 결과를 보였다. 또한, 제조예 1과 제조예 2 및 제조예 3과 제조예 4를 서로 비교해보면, 열가소성 섬유 직물이 2층 형태인 경우 보다 3층인 경우가 상대적으로 더 우수한 물성 향상 효과를 보임을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 비교제조예 1의 경우, 제조예 1과 비교할 때, 충격강도는 큰 차이가 없으나, 굴곡강도, 굴곡탄성율이 상대적으로 크게 낮은 결과를 보였는데, 이는 금속섬유 직물과 열가소성 섬유 직물과의 결합력이 다소 떨어졌기 때문으로 판단된다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 상형몰드 11 : 상부 진공백
20 : 하형몰드 21 : 하부 진공백
30 : 내부몰드 40 : 섬유직물
50 : 진공백 접합부 101, 102 : 금속섬유 직물(또는 직물층)
201,202,203 : 열가소성 섬유 직물(또는 직물층)
401,402 : 이중직 직물(또는 직물층)

Claims (10)

  1. 2개의 금속섬유 직물 사이에 2층~3층의 열가소성 섬유 직물을 포함하며,
    상기 금속섬유 직물은 하이브리드 금속 섬유사(yarn)를 포함하고,
    상기 2개의 금속섬유 직물 및 2층 ~ 3층의 열가소성 섬유 직물은 결합되어 일체화되어 있으며,
    상기 하이브리드 금속 섬유사는 금속 도금된 유리섬유사; 또는 금속섬유 및 유리섬유가 복합된 복합섬유사;를 포함하고,
    상기 복합섬유사는 금속섬유 및 유리섬유를 1 : 0.3 ~ 0.5 중량비로 포함하며,
    상기 복합섬유사의 금속섬유는 스테인리스 섬유 및 철-크롬-알루미늄계 합금 섬유 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 복합섬유사의 유리섬유는 SiO2 64.0 ~ 67.0 중량%, Al2O3 14.0 ~ 17.5 중량%, MgO 13.5 ~ 16.2 중량%, CaO 4.0 ~ 7.6 중량%, Fe2O3 0.5 ~ 0.8 중량%, TiO2 0.3 ~ 0.6 중량% 및 불가결한 기타 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
  2. 제1항에 있어서, 제1 금속섬유 직물층, 제1 열가소성 직물층, 제2열가소성 직물층 및 제2 금속섬유 직물층이 차례대로 적층되어 있는 적층체; 또는
    제1 금속섬유 직물층, 제1 열가소성 직물층, 제3열가소성 직물층, 제2열가소성 직물층 및 제2 금속섬유 직물층이 차례대로 적층되어 있는 적층체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
  3. 제1항에 있어서, 하나의 금속섬유 직물과 하나의 열가소성 직물을 연결되어 이중직 직물을 형성하고 있으며,
    상기 금속섬유 직물은 제1 경사 및 제1 위사를 제직하여 제조한 직물이고,
    상기 열가소성 직물은 제2 경사 및 제2 위사를 제직하여 제조한 직물이며,
    상기 제1 경사 및 제1 위사 중 적어도 일부가 열가소성 직물과 연결되거나, 제2 경사 및 제2 위사 중 적어도 일부가 금속섬유 직물과 연결되거나, 또는 금속섬유 직물과 열가소성 직물이 결합사에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
  4. 제3항에 있어서, 2개의 상기 이중직 직물의 열가소성 직물 사이에 열가소성 직물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 스테인리스 섬유는 SUS316 또는 SUS304를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 직물은 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유강화 복합재.
  9. 삭제
  10. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012139841A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Teijin Techno Products Ltd 繊維強化樹脂複合材料
WO2020031834A1 (ja) * 2018-08-07 2020-02-13 東レ株式会社 多軸織物樹脂基材およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8841222B2 (en) * 2010-06-08 2014-09-23 Nitto Boseki Co., Ltd. Glass fiber
KR101811995B1 (ko) * 2016-04-28 2018-01-26 재단법인 한국탄소융합기술원 금속도금 유리섬유를 포함하는 전기전도성 직물, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 섬유강화복합재용 프리프레그
KR102053791B1 (ko) 2017-06-15 2019-12-09 한국과학기술원 스프레드 토우 탄소섬유 직물을 이용한 전지용 복합재료 분리판의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지용 복합재료 분리판
KR102197235B1 (ko) 2019-08-28 2020-12-31 도레이첨단소재 주식회사 바인더 분말 및 기능성 입자를 포함하는 기능성 탄소섬유 직물 및 그의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012139841A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Teijin Techno Products Ltd 繊維強化樹脂複合材料
WO2020031834A1 (ja) * 2018-08-07 2020-02-13 東レ株式会社 多軸織物樹脂基材およびその製造方法

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