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KR102663419B1 - Transparent thermoplastic resin composite reinforced with carbon fiber and method for preparing the same - Google Patents

Transparent thermoplastic resin composite reinforced with carbon fiber and method for preparing the same Download PDF

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KR102663419B1
KR102663419B1 KR1020200170298A KR20200170298A KR102663419B1 KR 102663419 B1 KR102663419 B1 KR 102663419B1 KR 1020200170298 A KR1020200170298 A KR 1020200170298A KR 20200170298 A KR20200170298 A KR 20200170298A KR 102663419 B1 KR102663419 B1 KR 102663419B1
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Abstract

본 발명은 탄소섬유-강화 투명 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특정 함량의 탄소섬유 및 상기 탄소섬유에 함침된 열가소성 수지를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 칩(Chip)들을 열 성형하며 얻어지며, 블랙 마블(black marble) 패턴의 표면 형상을 가짐과 동시에 성형성, 충격 특성 및 광택도가 우수한 탄소섬유-강화 투명 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon fiber-reinforced transparent thermoplastic resin composite and a manufacturing method thereof, and more specifically, to chips of a thermoplastic resin composition containing a specific content of carbon fiber and a thermoplastic resin impregnated in the carbon fiber. The present invention relates to a carbon fiber-reinforced transparent thermoplastic resin composite obtained by thermoforming, having a surface shape of a black marble pattern and excellent formability, impact properties, and gloss, and a method for manufacturing the same.

Description

탄소섬유로 강화된 투명 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법{Transparent thermoplastic resin composite reinforced with carbon fiber and method for preparing the same}Transparent thermoplastic resin composite reinforced with carbon fiber and method for preparing the same}

본 발명은 탄소섬유-강화 투명 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특정 함량의 탄소섬유 및 상기 탄소섬유에 함침된 열가소성 수지를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 칩(Chip)들을 열 성형하며 얻어지며, 블랙 마블(black marble) 패턴의 표면 형상을 가짐과 동시에 성형성, 충격 특성 및 광택도가 우수한 탄소섬유-강화 투명 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon fiber-reinforced transparent thermoplastic resin composite and a manufacturing method thereof, and more specifically, to chips of a thermoplastic resin composition containing a specific content of carbon fiber and a thermoplastic resin impregnated in the carbon fiber. The present invention relates to a carbon fiber-reinforced transparent thermoplastic resin composite obtained by thermoforming, having a surface shape of a black marble pattern and excellent formability, impact properties, and gloss, and a method for manufacturing the same.

탄소섬유-강화 복합재는 강화제(Reinforcement)인 탄소섬유에 기지재(Matrix)를 함침시킨 재료로서 경량화, 고강도 및 고탄성의 우수한 기계적 특성을 지니고 있어 다양한 분야에 응용 및 활용되고 있다. 현재 다수의 탄소섬유 단사를 포함하는 탄소섬유 다발과 매트릭스 수지를 포함하는 탄소섬유 프리프레그(Prepreg)가 제조되어 시판되고 있다. 이러한 프리프레그는 사용하는 매트릭스 수지에 따라 크게 열경화성 복합 재료 및 열가소성 복합 재료로 구분된다. Carbon fiber-reinforced composites are materials in which a matrix is impregnated with carbon fiber, which is a reinforcement, and have excellent mechanical properties of light weight, high strength, and high elasticity, and are applied and utilized in various fields. Currently, carbon fiber prepregs containing a matrix resin and a carbon fiber bundle containing multiple carbon fiber single yarns are being manufactured and sold. These prepregs are largely divided into thermosetting composite materials and thermoplastic composite materials depending on the matrix resin used.

탄소섬유-강화 프리프레그의 경우, 열경화성 복합 재료 타입 수지에 비해 열가소성 복합 재료 타입 수지의 유동성 문제로 인해 다루기 어렵다는 문제가 있기에, 현재 시판되고 있는 프리프레그는 열경화성 수지를 포함하는 탄소섬유-강화 프리프레그가 대부분이다. 그러나 친환경 문제 및 대량 생산 공정이 대두되면서 열가소성 복합 소재 타입에 대한 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.In the case of carbon fiber-reinforced prepreg, there is a problem that it is difficult to handle due to the fluidity problem of thermoplastic composite type resin compared to thermosetting composite type resin, so the prepreg currently available on the market is carbon fiber-reinforced prepreg containing thermosetting resin. Most of them are. However, as eco-friendly issues and mass production processes emerge, the development of thermoplastic composite material types is steadily taking place.

또한, 시판되고 있는 프리프레그는 탄소섬유 다발이 일방향(Unidirection)으로 정렬되어 있거나 직물 타입의 열경화성 연속 섬유 프리프레그가 대부분이다. 이러한 일반적인 모양의 프리프레그가 아닌 독특한 표면 패턴을 가지고 심미적으로 미려한 프리프레그에 대한 소비자의 수요가 계속해서 늘어나고 있는 실정이다. 이와 동시에 일방향으로 정렬된 프리프레그의 경우, 복잡한 구조의 제품 성형 시, 모서리 등 각진 부분이 완벽하게 구현되지 않고 구부러진 형태로 제조되어 복잡한 구조 물품의 성형성이 떨어지고 부품의 결함으로 이어진다는 문제가 있다.In addition, most commercially available prepregs have carbon fiber bundles aligned in one direction or are fabric-type thermosetting continuous fiber prepregs. Consumer demand for aesthetically pleasing prepregs with unique surface patterns, rather than prepregs of this general shape, continues to increase. At the same time, in the case of prepregs aligned in one direction, when molding products with complex structures, angled parts such as corners are not perfectly realized and are manufactured in a bent shape, which reduces the formability of complex structural products and leads to defects in parts. .

따라서, 경량화 소재이며, 충분한 물리적 강도 및 광택성을 가짐과 동시에, 복잡한 성형품 제조가 가능할 정도로 성형성이 향상되고 종전 프리프레그 제품에는 없는 독특한 패턴과 우수한 심미성을 가지며, 제조공정이 간편해 경제성 또한 우수한 탄소섬유-강화 복합재에 대한 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is a lightweight material, has sufficient physical strength and gloss, has improved moldability to the extent that complex molded products can be manufactured, has a unique pattern and excellent aesthetics that are not found in previous prepreg products, and is economical due to the simple manufacturing process. There is a need for development of fiber-reinforced composites.

본 발명의 목적은, 탄소섬유 고유의 심미성을 구현할 수 있고, 독특한 블랙 마블(black marble) 패턴의 표면 형상을 가짐과 동시에, 성형성, 충격 특성 및 광택도가 우수하고, 비중이 낮아 제품 경량화가 가능한 탄소섬유-강화 투명 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to realize the unique aesthetics of carbon fiber, have a surface shape of a unique black marble pattern, have excellent formability, impact properties and gloss, and reduce the weight of the product due to low specific gravity. The object is to provide a possible carbon fiber-reinforced transparent thermoplastic resin composite and a method for manufacturing the same.

상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 탄소섬유 및 상기 탄소섬유에 함침된 열가소성 수지를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 칩(Chip)들을 열 성형하여 얻어지는 것으로서, 상기 열가소성 수지 조성물 내의 상기 탄소섬유 함량이, 열가소성 수지 조성물의 총 부피 기준으로, 19 내지 72 부피%인, 탄소섬유-강화 복합재를 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention is obtained by thermoforming chips of a thermoplastic resin composition containing carbon fiber and a thermoplastic resin impregnated with the carbon fiber, and the carbon fiber content in the thermoplastic resin composition is , based on the total volume of the thermoplastic resin composition, provides a carbon fiber-reinforced composite material, which is 19 to 72% by volume.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (1) 일방향(Unidirection)으로 정렬된 탄소섬유에 열가소성 수지를 함침시켜, 탄소섬유 함량이 19 내지 72 부피%인 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; (2) 상기 열가소성 수지 조성물을 커팅하여 칩 형태로 제작하는 단계; 및 (3) 상기 제작된 칩들을 열 성형하는 단계;를 포함하는, 탄소섬유-강화 복합재의 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (1) impregnating carbon fibers aligned in one direction with a thermoplastic resin to prepare a thermoplastic resin composition having a carbon fiber content of 19 to 72% by volume; (2) cutting the thermoplastic resin composition to form a chip; and (3) thermoforming the manufactured chips. A method of manufacturing a carbon fiber-reinforced composite material is provided, including a step.

본 발명에 따른 탄소섬유-강화 복합재는 탄소섬유 고유의 심미성을 구현할 수 있고, 독특한 블랙 마블(black marble) 패턴의 표면 형상을 가짐과 동시에, 성형성, 충격 특성 및 광택도가 우수하고 비중이 낮아, 특히, 경량화가 요구되는 복잡한 차량용 내ㆍ외장재 및 다양한 부품에 적용 가능하다.The carbon fiber-reinforced composite material according to the present invention can realize the unique aesthetics of carbon fiber, has a surface shape of a unique black marble pattern, has excellent formability, impact properties, and gloss, and has a low specific gravity. , In particular, it can be applied to complex vehicle interior and exterior materials and various parts that require weight reduction.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 탄소섬유-강화 복합재(프리프레그)의 블랙 마블(black marble) 패턴을 나타내는 탄소섬유-강화 복합재의 외관 사진이다.
도 2는 일방향(Unidirection)으로 정렬된 탄소섬유를 포함하는 일반적인 프리프레그의 외관 사진이다.
Figure 1 is a photograph of the exterior of a carbon fiber-reinforced composite material (prepreg) showing a black marble pattern of the carbon fiber-reinforced composite material (prepreg) manufactured in Example 1 of the present invention.
Figure 2 is a photograph of the appearance of a typical prepreg containing carbon fibers aligned in one direction (unidirection).

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 열가소성 수지를 포함한다. The carbon fiber-reinforced composite of the present invention includes a thermoplastic resin.

일 구체예에서, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 수지, 스티렌-아크릴로니트릴(styrene-acrylonitrile, SAN) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene, ABS) 수지, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment, the thermoplastic resin is polycarbonate (PC) resin, styrene-acrylonitrile (SAN) resin, polymethylmethacrylate (PMMA) resin, acrylonitrile-butadiene- It may be selected from styrene (acrylonitrile-butadiene-styrene, ABS) resin, and combinations thereof.

일 구체예에서, 상기 열가소성 수지의 점도평균분자량은 15,000~50,000일 수 있고, 보다 구체적으로는 16,000~30,000일 수 있다.In one embodiment, the viscosity average molecular weight of the thermoplastic resin may be 15,000 to 50,000, and more specifically, 16,000 to 30,000.

일 구체예에서, 상기 열가소성 수지로서 폴리카보네이트 수지가 사용되는 경우, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용할 수 있다.In one embodiment, when polycarbonate resin is used as the thermoplastic resin, thermoplastic aromatic polycarbonate resin commonly used in the art may be used.

일 구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 2가 페놀류, 카보네이트 전구체(precursor) 및 분자량 조절제 등으로부터 제조될 수 있다. 상기 2가 페놀류는 방향족 폴리카보네이트 수지를 구성하는 모노머 중 하나로서, 하기 화학식으로 표시되는 것일 수 있다.In one embodiment, the aromatic polycarbonate resin may be prepared from dihydric phenols, carbonate precursors, molecular weight regulators, etc. The dihydric phenol is one of the monomers constituting the aromatic polycarbonate resin, and may be represented by the following chemical formula.

상기 화학식에서, In the above formula,

X는 작용기를 갖지 않는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기; 또는 설파이드기, 에테르기, 설폭사이드기, 설폰기, 케톤기, 나프틸기 및 이소부틸페닐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 포함하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기를 나타낸다. 바람직하게는, X는 탄소수 1 내지 10의 직선형 알킬렌기 또는 탄소수 3 내지 10의 분지형 알킬렌기이거나, 또는 탄소수 3 내지 6의 환형 알킬렌기일 수 있고,X is a straight, branched or cyclic alkylene group without a functional group; Or it represents a straight, branched or cyclic alkylene group containing one or more functional groups selected from the group consisting of sulfide group, ether group, sulfoxide group, sulfone group, ketone group, naphthyl group and isobutylphenyl group. Preferably,

R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐 원자, 또는 알킬기(예컨대 탄소수 1-20의 직선형, 탄소수 3-20의 분지형 또는 탄소수 3-20(바람직하게는, 3-6)의 환형 알킬기)를 나타내며,R 1 and R 2 each independently represent a halogen atom or an alkyl group (e.g., a straight alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 20 carbon atoms, or a cyclic alkyl group having 3 to 20 carbon atoms (preferably, 3 to 6 carbon atoms). represents,

n 및 m은 각각 독립적으로, 0 내지 4의 정수를 나타낸다.n and m each independently represent an integer from 0 to 4.

상기 2가 페놀류의 비제한적인 예시로는 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 비스(4-히드록시페닐)-(4-이소부틸페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-에틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1-페닐-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-나프틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,10-비스(4-히드록시페닐)데칸, 2-메틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판(비스페놀 A) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀 A를 사용할 수 있다.Non-limiting examples of the dihydric phenols include bis(4-hydroxyphenyl)methane, bis(4-hydroxyphenyl)phenylmethane, bis(4-hydroxyphenyl)naphthylmethane, and bis(4-hydroxyphenyl). Phenyl)-(4-isobutylphenyl)methane, 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1-ethyl-1,1-bis(4-hydroxyphenyl)propane, 1-phenyl-1, 1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1-naphthyl-1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1,2-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1,10-bis (4-hydroxyphenyl)decane, 2-methyl-1,1-bis(4-hydroxyphenyl)propane, and 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane (bisphenol A), etc., Preferably, bisphenol A can be used.

상기 카보네이트 전구체는 방향족 폴리카보네이트 수지를 구성하는 또 다른 모노머로서, 그 비제한적인 예시로는 카보닐 클로라이드(포스겐), 카보닐 브로마이드, 비스할로포르메이트, 디페닐 카보네이트 및 디메틸 카보네이트 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 카보닐 클로라이드(포스겐)를 사용할 수 있다. The carbonate precursor is another monomer constituting the aromatic polycarbonate resin, and non-limiting examples thereof include carbonyl chloride (phosgene), carbonyl bromide, bihaloformate, diphenyl carbonate, and dimethyl carbonate. there is. Preferably, carbonyl chloride (phosgene) can be used.

상기 분자량 조절제로는 당 분야에 이미 공지되어 있는 물질, 즉 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지 제조에 사용되는 모노머와 유사한 단일작용성 물질(monofunctional compound)을 사용할 수 있다. 상기 분자량 조절제의 비제한적인 예시로는 페놀을 기본으로 하는 유도체들(예컨대, 파라-이소프로필페놀, 파라-터트-부틸페놀(PTBP), 파라-큐밀(cumyl)페놀, 파라-이소옥틸페놀, 파라-이소노닐페놀 등) 및 지방족 알콜류 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 파라-터트-부틸페놀(PTBP)을 사용할 수 있다.The molecular weight regulator may be a material already known in the art, that is, a monofunctional compound similar to a monomer used in the production of thermoplastic aromatic polycarbonate resin. Non-limiting examples of the molecular weight regulator include phenol-based derivatives (e.g., para-isopropylphenol, para-tert-butylphenol (PTBP), para-cumyl phenol, para-isooctylphenol, para-isononylphenol, etc.) and aliphatic alcohols. Preferably, para-tert-butylphenol (PTBP) can be used.

이와 같은 2가 페놀류, 카보네이트 전구체 및 분자량 조절제로부터 제조되는 방향족 폴리카보네이트 수지로는, 예를 들어, 선형 폴리카보네이트 수지, 분지화된 폴리카보네이트 수지, 코폴리카보네이트 수지 또는 폴리에스테르카보네이트 수지 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Aromatic polycarbonate resins prepared from such dihydric phenols, carbonate precursors, and molecular weight regulators include, for example, linear polycarbonate resins, branched polycarbonate resins, copolycarbonate resins, or polyester carbonate resins alone. Alternatively, two or more types can be mixed and used.

상기 방향족 폴리카보네이트 수지의 바람직한 점도평균분자량(Mv, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정시)은 15,000 내지 40,000, 더욱 바람직하게는 17,000 내지 30,000, 가장 바람직하게는 20,000 내지 30,000일 수 있다. The preferred viscosity average molecular weight (Mv, when measured in a methylene chloride solution) of the aromatic polycarbonate resin may be 15,000 to 40,000, more preferably 17,000 to 30,000, and most preferably 20,000 to 30,000.

본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 탄소섬유를 또한 포함한다.The carbon fiber-reinforced composite of the present invention also includes carbon fiber.

본 발명의 탄소섬유-강화 복합재에 포함되는 탄소섬유는 단섬유(예컨대, 길이 1 mm 미만의 섬유)가 아닌 섬유 형태이며, 열가소성 수지를 상기 탄소섬유에 함침시켜 수득되는, 탄소섬유 및 상기 탄소 섬유에 함침된 열가소성 수지를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 커팅하여 얻어진 칩들을 열 성형하여 얻어지는 탄소섬유-강화 복합재에 탄소섬유가 포함된다. 따라서, 본 발명의 탄소섬유-강화 복합재에 포함되는 탄소섬유의 길이는, 상기 커팅된 칩의 규격(예컨대, 길이 혹은 폭)에 대응된다.The carbon fibers included in the carbon fiber-reinforced composite material of the present invention are in the form of fibers rather than single fibers (e.g., fibers less than 1 mm in length), and are obtained by impregnating the carbon fibers with a thermoplastic resin, and the carbon fibers. Carbon fiber is included in a carbon fiber-reinforced composite material obtained by thermoforming chips obtained by cutting a thermoplastic resin composition containing a thermoplastic resin impregnated with . Accordingly, the length of the carbon fiber included in the carbon fiber-reinforced composite material of the present invention corresponds to the standard (eg, length or width) of the cut chip.

본 발명에 있어서, 상기 탄소섬유 및 탄소섬유에 함침된 열가소성 수지를 포함하는 열가소성 수지 조성물에 포함되는, 즉, 본 발명의 탄소섬유-강화 복합재에 포함되는 탄소섬유의 함량은, 조성물(또는 복합재) 총 부피를 기준으로, 19 내지 72 부피%이다. 상기 조성물(또는 복합재) 내의 탄소섬유 함량이 19 부피% 미만이면 기계적 특성이 열악해지고, 반대로 탄소섬유 함량이 72 부피%를 초과하면 수지가 섬유의 기지재 역할을 제대로 수행하지 못해 복합재 제조가 어려워지며, 물성이 저하될 수 있다.In the present invention, the content of carbon fiber contained in the thermoplastic resin composition containing the carbon fiber and the thermoplastic resin impregnated with the carbon fiber, that is, contained in the carbon fiber-reinforced composite material of the present invention, is the composition (or composite) Based on total volume, it ranges from 19 to 72% by volume. If the carbon fiber content in the composition (or composite) is less than 19% by volume, the mechanical properties become poor, and conversely, if the carbon fiber content exceeds 72% by volume, the resin does not properly serve as a base material for the fiber, making it difficult to manufacture the composite material. , physical properties may deteriorate.

일 구체예에서, 상기 조성물(또는 복합재) 내의 탄소섬유 함량은 19 부피% 이상, 20 부피% 이상, 25 부피% 이상, 30 부피% 이상, 35 부피% 이상, 40 부피% 이상, 45 부피% 이상 또는 50 부피% 이상일 수 있고, 또한 72 부피% 이하, 70 부피% 이하, 65 부피% 이하, 60 부피% 이하 또는 55 부피% 이하일 수 있다.In one embodiment, the carbon fiber content in the composition (or composite) is 19 vol% or more, 20 vol% or more, 25 vol% or more, 30 vol% or more, 35 vol% or more, 40 vol% or more, 45 vol% or more. Alternatively, it may be 50 volume% or more, and may also be 72 volume% or less, 70 volume% or less, 65 volume% or less, 60 volume% or less, or 55 volume% or less.

일 구체예에서, 상기 탄소섬유는 표면 처리된 탄소섬유일 수 있다.In one embodiment, the carbon fiber may be surface-treated carbon fiber.

일 구체예에서, 상기 표면 처리된 탄소섬유는 실란계 중합체, 티타네이트계 중합체, 폴리아마이드계 중합체, 폴리우레탄계 중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 표면 처리제로 표면 처리된 것일 수 있다. 표면 처리제가 복수로 사용되는 경우, 그 중 적어도 하나는 탄소섬유-강화 열가소성 수지 조성물에 사용된 열가소성 수지와 친화성이 좋은 표면 처리제인 것이 좋다.In one embodiment, the surface-treated carbon fiber may be surface-treated with a surface treatment agent including a silane-based polymer, titanate-based polymer, polyamide-based polymer, polyurethane-based polymer, or a combination thereof. When a plurality of surface treatment agents are used, at least one of them is preferably a surface treatment agent that has good affinity with the thermoplastic resin used in the carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composition.

일 구체예에서, 상기 표면 처리된 탄소섬유는, 탄소섬유 100 중량부 기준으로 0.1 내지 10 중량부의 표면 처리제를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로는, 0.5 내지 8 중량부, 또는 1 내지 5 중량부의 표면 처리제를 포함할 수 있다. In one embodiment, the surface-treated carbon fiber may include 0.1 to 10 parts by weight of a surface treatment agent based on 100 parts by weight of carbon fiber, more specifically, 0.5 to 8 parts by weight, or 1 to 5 parts by weight. It may contain a surface treatment agent.

탄소섬유의 표면 처리는, 예컨대, 용융 함침 방법 및 분말 대전 방식 등 공지된 다양한 방법에 의하여, 표면 처리제에 탄소섬유를 연속적으로 함침시키는 방식으로 수행될 수 있다.Surface treatment of carbon fibers can be performed by continuously impregnating the carbon fibers with a surface treatment agent by various known methods, such as, for example, melt impregnation method and powder charging method.

상기한 성분들 이외에, 본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 필요에 따라, 예컨대 내ㆍ외장재 용도의 열가소성 수지 조성물에 통상 포함되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 그러한 첨가제의 예로는 열 안정제, 산화 방지제 및 내광성 첨가제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition to the above components, the carbon fiber-reinforced composite material of the present invention may further include, if necessary, one or more additives that are usually included in thermoplastic resin compositions for, for example, interior and exterior materials. Examples of such additives include, but are not limited to, heat stabilizers, antioxidants, and light resistance additives.

본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 탄소섬유 및 상기 탄소섬유에 함침된 열가소성 수지를 포함하고, 임의로 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 열가소성 수지 조성물의 칩(chip)들을 열 성형하여 얻어진다.The carbon fiber-reinforced composite material of the present invention is obtained by thermoforming chips of a thermoplastic resin composition comprising carbon fiber and a thermoplastic resin impregnated with the carbon fiber, and optionally further containing one or more additives.

일 구체예에서, 상기 열가소성 수지 조성물의 칩의 길이는 1~80 mm일 수 있고, 보다 구체적으로는 3~60 mm일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 5~50 mm일 수 있다. 열가소성 수지 조성물의 칩의 길이가 상기한 수준보다 짧아지면 탄소섬유의 특성이 줄어들어 복합재의 기계적 물성이 낮아질 수 있고, 반대로 칩의 길이가 상기한 수준보다 길어지면 성형성이 떨어질 수 있다.In one embodiment, the length of the chip of the thermoplastic resin composition may be 1 to 80 mm, more specifically 3 to 60 mm, and even more specifically 5 to 50 mm. If the length of the chip of the thermoplastic resin composition is shorter than the above-mentioned level, the properties of the carbon fiber may be reduced, which may lower the mechanical properties of the composite material. Conversely, if the chip length is longer than the above-mentioned level, the formability may be reduced.

일 구체예에서, 상기 열가소성 수지 조성물의 칩의 폭은 1.5~25 mm일 수 있고, 보다 구체적으로는 3~20 mm일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 5~10 mm일 수 있다. 칩의 폭이 상기한 수준보다 좁아지면 칩 자체를 제조하기가 어려워질 수 있고, 반대로 칩의 폭이 상기한 수준보다 넓어지면 늘어나는 방향으로의 탄소섬유의 결속력이 떨어져 복합재의 물성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.In one embodiment, the width of the chip of the thermoplastic resin composition may be 1.5 to 25 mm, more specifically 3 to 20 mm, and even more specifically 5 to 10 mm. If the width of the chip is narrower than the above-mentioned level, it may become difficult to manufacture the chip itself. Conversely, if the width of the chip is wider than the above-mentioned level, the binding force of the carbon fiber in the stretching direction may decrease, which may cause a problem in which the physical properties of the composite material deteriorate. You can.

상기 열 성형은 가열 성형, 또는 가열 및 가압 성형일 수 있으며, 보다 구체적으로는 가열 프레스 성형일 수 있다.The thermoforming may be heat forming, or heat and pressure forming, and more specifically, may be heat press forming.

일 구체예에서, 상기 가열시 온도 조건은 240~320℃일 수 있고, 보다 구체적으로는 260~300℃일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 260~280℃일 수 있다. 가열 온도가 상기 수준보다 지나치게 낮으면 성형 시 수지의 유동성이 떨어져 성형이 어려워질 수 있고, 반대로 가열 온도가 상기 수준보다 지나치게 높으면 성형 시 수지의 분해가 일어나 물성이 떨어질 수 있다.In one embodiment, the temperature condition during heating may be 240 to 320°C, more specifically 260 to 300°C, and even more specifically 260 to 280°C. If the heating temperature is excessively lower than the above level, the fluidity of the resin may decrease during molding, making molding difficult. Conversely, if the heating temperature is excessively higher than the above level, the resin may decompose during molding and physical properties may deteriorate.

일 구체예에서, 상기 가압시 압력 조건(예컨대, 프레스 압력)은 100 bar 이하일 수 있고, 보다 구체적으로는 50 bar 이하일 수 있다. 가해지는 압력이 상기 수준보다 지나치게 높으면 탄소섬유의 배열이 흐트러져서 물성의 저하를 가져올 수 있고, 표면 외관이 떨어질 수 있다. 가압시 압력 조건의 하한에는 특별한 제한이 없으며, 박리 없이 칩으로부터 복합재가 형성될 수 있는 압력이면 충분하다. 예컨대, 대기압 보다 높은 압력 하에서 열 성형이 이루어지면 된다.In one embodiment, the pressure condition (eg, press pressure) during the pressurization may be 100 bar or less, and more specifically, 50 bar or less. If the applied pressure is excessively higher than the above level, the arrangement of the carbon fibers may be disturbed, resulting in a decrease in physical properties and surface appearance. There is no particular limit to the lower limit of the pressure condition during pressurization, and any pressure that allows the composite material to be formed from the chip without peeling is sufficient. For example, thermoforming may be performed under a pressure higher than atmospheric pressure.

일 구체예에서, 상기 열 성형 시간은 20분 이하일 수 있고, 보다 구체적으로는 10분 이하 일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 5분 이하일 수 있다. 열 성형 시간이 상기 수준보다 길어지게 되면 탄소섬유의 배열이 흐트러지거나, 열을 많이 받아 복합재의 물성이 감소할 수 있다. 열 성형 시간의 하한에는 특별한 제한이 없으며, 칩으로부터 복합재가 형성될 수 있는 시간이면 충분하고, 예컨대, 0.5분 이상 또는 1분 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the thermoforming time may be 20 minutes or less, more specifically 10 minutes or less, and even more specifically 5 minutes or less. If the thermoforming time is longer than the above level, the alignment of the carbon fibers may be disturbed, or the physical properties of the composite may decrease due to excessive heat. There is no particular limitation on the lower limit of the thermoforming time, and any time that allows the composite material to be formed from the chip is sufficient. For example, it may be 0.5 minutes or more or 1 minute or more, but is not limited thereto.

본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 경량화 소재이므로, 알루미늄의 대체용으로 사용될 수 있다. 일 구체예에서, 본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 1.5 g/cm3 미만, 1.49 g/cm3 이하, 1.48 g/cm3 이하, 1.47 g/cm3 이하, 1.46 g/cm3 이하, 또는 1.45 g/cm3 이하의 비중을 나타낼 수 있다. 상기 비중은 ASTM D792 방법으로 측정될 수 있다.Since the carbon fiber-reinforced composite material of the present invention is a lightweight material, it can be used as a replacement for aluminum. In one embodiment, the carbon fiber-reinforced composite of the present invention has a weight of less than 1.5 g/cm 3 , less than or equal to 1.49 g/cm 3 , less than or equal to 1.48 g/cm 3 , less than or equal to 1.47 g/cm 3 , less than or equal to 1.46 g/cm 3 , or It can indicate a specific gravity of 1.45 g/cm 3 or less. The specific gravity can be measured by the ASTM D792 method.

또한, 본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 알루미늄보다 우수한 인장 강도, 굴곡 강도, 우수한 충격 흡수 에너지 및 광택도를 가질 수 있다. 일 구체예에서, 본 발명의 탄소섬유-강화 복합재는 265 MPa 이상, 275 MPa 이상, 285 MPa 이상, 295 MPa 이상, 300 MPa 이상, 310 MPa 이상, 320 MPa 이상, 325 MPa 이상 또는 330 MPa 이상의 인장강도; 400 MPa 이상, 410 MPa 이상, 420 MPa 이상, 430 MPa 이상, 440 MPa 이상, 450 MPa 이상, 460 MPa 이상, 470 MPa 이상, 480 MPa 이상, 490 MPa 이상, 495 MPa 이상 또는 500 MPa 이상의 굴곡 강도; 23.0 J 이상, 23.2 J 이상, 23.4 J 이상, 23.6 J 이상, 24.0 J 이상, 24.5 J 이상, 25.0 J 이상, 25.5 J 이상, 26.0 J 이상, 26.3 J 이상, 26.5 J 이상, 27.0 J 이상, 27.5 J 이상, 28.0 J 이상 또는 28.2 J 이상의 충격 흡수 에너지; 및 80 GU 이상, 82 GU 이상, 84 GU 이상 또는 84.5 GU 이상의 광택도를 나타낼 수 있다. 상기 인장 강도는 ASTM D3039에 의거하여 측정될 수 있고, 상기 굴곡 강도는 ASTM D790에 의거하여 측정될 수 있으며, 상기 충격 흡수 에너지는 ASTM D7136에 의거하여 측정될 수 있고, 상기 광택도는 ASTM D523에 의거하여 측정될 수 있다.Additionally, the carbon fiber-reinforced composite material of the present invention can have superior tensile strength, flexural strength, superior shock absorption energy, and glossiness than aluminum. In one embodiment, the carbon fiber-reinforced composite of the present invention has a tensile strength of at least 265 MPa, at least 275 MPa, at least 285 MPa, at least 295 MPa, at least 300 MPa, at least 310 MPa, at least 320 MPa, at least 325 MPa, or at least 330 MPa. robbery; Flexural strength of at least 400 MPa, at least 410 MPa, at least 420 MPa, at least 430 MPa, at least 440 MPa, at least 450 MPa, at least 460 MPa, at least 470 MPa, at least 480 MPa, at least 490 MPa, at least 495 MPa, or at least 500 MPa; 23.0 J or higher, 23.2 J or higher, 23.4 J or higher, 23.6 J or higher, 24.0 J or higher, 24.5 J or higher, 25.0 J or higher, 25.5 J or higher, 26.0 J or higher, 26.3 J or higher, 26.5 J or higher, 27.0 J or higher, 27.5 J or more, 28.0 J or more or 28.2 J or more impact absorption energy; and a glossiness of 80 GU or more, 82 GU or more, 84 GU or more, or 84.5 GU or more. The tensile strength can be measured according to ASTM D3039, the flexural strength can be measured according to ASTM D790, the impact absorption energy can be measured according to ASTM D7136, and the glossiness can be measured according to ASTM D523. It can be measured based on

일방향으로 정렬된 탄소섬유를 포함하는 일반적인 프리프레그(UD prepreg)는 성형품 제조 시 대형 장비를 사용하고, 적층 공정이 반복되며, 적층 공정과 프레스 공정이 서로 다른 기계 파트로 분리되어 수행되기에 제조 시간이 오래 걸리고 비용이 비싸다. 반면, 본 발명의 불연속 섬유 기반의 탄소섬유-강화 복합재는 제조 공정에 있어, 반복적인 적층 공정이 필요 없어 공정이 간단하고 적층 공정과 프레스 공정이 동시에 이루어져 제조 시간이 1/10 수준으로 단축될 수 있다. 또한 열가소성 수지 적용시 대량 생산 공정에서 제조 시간을 1/6 수준까지 감소시킬 수 있다. 따라서 기존 UD 프리프레그보다 생산성이 우수하며 경제적으로 우수하다.Typical prepreg (UD prepreg) containing carbon fibers aligned in one direction uses large equipment when manufacturing molded products, the lamination process is repeated, and the lamination process and press process are performed separately into different machine parts, which increases the manufacturing time. This takes a long time and is expensive. On the other hand, the discontinuous fiber-based carbon fiber-reinforced composite material of the present invention does not require a repetitive lamination process in the manufacturing process, so the process is simple, and the lamination process and press process are performed simultaneously, so the manufacturing time can be reduced to 1/10. there is. Additionally, when thermoplastic resin is applied, manufacturing time can be reduced by up to 1/6 in the mass production process. Therefore, it is more productive and economical than existing UD prepregs.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (1) 일방향(Unidirection)으로 정렬된 탄소섬유에 열가소성 수지를 함침시켜, 탄소섬유 함량이 19 내지 72 부피%인 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; (2) 상기 열가소성 수지 조성물을 커팅하여 칩 형태로 제작하는 단계; 및 (3) 상기 제작된 칩들을 열 성형하는 단계;를 포함하는, 탄소섬유-강화 복합재의 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (1) impregnating carbon fibers aligned in one direction with a thermoplastic resin to prepare a thermoplastic resin composition having a carbon fiber content of 19 to 72% by volume; (2) cutting the thermoplastic resin composition to form a chip; and (3) thermoforming the manufactured chips. A method of manufacturing a carbon fiber-reinforced composite material is provided, including a step.

일 구체예에서, 상기 (3) 단계는, (2) 단계에서 제작된 칩들을 몰드 위에 랜덤하게 배열한 후, 여기에 열; 또는 열과 압력을 가하여 열 성형하는 단계일 수 있다.In one embodiment, step (3) includes randomly arranging the chips manufactured in step (2) on a mold and then heating them; Alternatively, it may be a step of thermoforming by applying heat and pressure.

본 발명의 탄소섬유-강화 복합재의 제조 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지, 탄소섬유, 칩 형태 및 열 성형에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.In the method for manufacturing a carbon fiber-reinforced composite material of the present invention, the thermoplastic resin, carbon fiber, chip shape, and thermoforming are as described above.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

실시예 1: 탄소섬유가 50 부피%로 포함된 블랙 마블(black marble) 패턴을 갖는 탄소섬유-강화 복합재(프리프레그) 제조Example 1: Manufacturing of carbon fiber-reinforced composite (prepreg) having a black marble pattern containing 50% by volume of carbon fiber

탄소섬유(3k~50k 로 직조된 탄소섬유, 단위 면적당 중량: 50~600 gsm)를 일방향으로 펼친 후, 폴리카보네이트 수지(TRIREX 3020, 삼양사)를 상기 일방향으로 펼쳐진 탄소섬유에 용융 함침(Melt impregnation)하여, 탄소섬유 강화된 열가소성 수지 조성물[UD(Unidirectional) Tape 형태의 복합재]을 제작하였다. 이 때 탄소섬유의 함량은 열가소성 수지 조성물 총 부피 기준으로, 50 부피%(ASTM D3171에 의거)로 유지하였다. After spreading carbon fiber (3k~50k woven carbon fiber, weight per unit area: 50~600 gsm) in one direction, polycarbonate resin (TRIREX 3020, Samyang Corporation) was melt-impregnated into the carbon fiber spread in one direction. Thus, a carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composition [UD (Unidirectional) Tape type composite material] was produced. At this time, the content of carbon fiber was maintained at 50% by volume (based on ASTM D3171), based on the total volume of the thermoplastic resin composition.

다음으로, 상기 제조된 탄소섬유-강화 UD 테이프를 슬리팅/쵸핑(Slitting/Chopping)하여 길이 5~10 mm 및 폭 5~50mm인 칩 형태로 절단하였다. Next, the prepared carbon fiber-reinforced UD tape was cut into chips with a length of 5 to 10 mm and a width of 5 to 50 mm by slitting/chopping.

다음으로, 상기 제조된 칩들을 몰드 위에 랜덤(random)하게 흩뿌려서 배열한 후, 프레스(press) 온도 260~280℃에서 압력 0~50 bar를 1~5분 동안 가하여, 블랙 마블(black marble) 패턴을 갖는 탄소섬유-강화 복합재(프리프레그)를 제조하였다. Next, the manufactured chips were randomly scattered and arranged on the mold, and then a pressure of 0 to 50 bar was applied for 1 to 5 minutes at a press temperature of 260 to 280 ° C to produce black marble. A patterned carbon fiber-reinforced composite (prepreg) was prepared.

ASTM D3039에 의거하여 상기 제조된 탄소섬유-강화 복합재로부터 기계적 물성을 측정하기 위한 시편을 제작하였고, 상기 시편에 대한 기계적 물성을 하기 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.A specimen for measuring mechanical properties was manufactured from the manufactured carbon fiber-reinforced composite in accordance with ASTM D3039, and the mechanical properties of the specimen were measured by the following method, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 2: 탄소섬유가 40 부피%로 포함된 블랙 마블(black marble) 패턴을 갖는 탄소섬유-강화 복합재(프리프레그) 제조Example 2: Manufacturing of carbon fiber-reinforced composite (prepreg) with black marble pattern containing 40% by volume of carbon fiber

탄소섬유 강화된 열가소성 수지 조성물 내의 탄소섬유 함량을 50 부피%에서 40 부피%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유-강화 복합재를 제조하였고, 이를 이용한 시편 제조 후, 하기의 방법으로 시편에 대한 기계적 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. A carbon fiber-reinforced composite material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber content in the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition was changed from 50% by volume to 40% by volume, and after manufacturing a specimen using the same, the following The mechanical properties of the specimen were measured using the method and are shown in Table 1 below.

실시예 3: 탄소섬유가 65 부피%로 포함된 블랙 마블(black marble) 패턴을 갖는 탄소섬유-강화 복합재(프리프레그) 제조Example 3: Manufacturing of carbon fiber-reinforced composite (prepreg) with black marble pattern containing 65% by volume of carbon fiber

탄소섬유 강화된 열가소성 수지 조성물 내의 탄소섬유 함량을 50 부피%에서 65 부피%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유-강화 복합재를 제조하였고, 이를 이용한 시편 제조 후, 하기의 방법으로 시편에 대한 기계적 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. A carbon fiber-reinforced composite material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber content in the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition was changed from 50% by volume to 65% by volume, and after manufacturing a specimen using the same, the following The mechanical properties of the specimen were measured using the method and are shown in Table 1 below.

비교예 1: 탄소 단섬유(Short carbon fiber)-강화 폴리카보네이트 복합재Comparative Example 1: Short carbon fiber-reinforced polycarbonate composite

혼합물 총 부피 기준으로, 탄소 단섬유(평균 길이: 0.2 mm) 15 부피% 및 용융 폴리카보네이트 수지(TRIREX 3020, 삼양사) 85 부피%를 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 압출하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편에 대하여 하기의 방법으로 기계적 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Based on the total volume of the mixture, 15 vol% of carbon short fibers (average length: 0.2 mm) and 85 vol% of molten polycarbonate resin (TRIREX 3020, Samyang Corporation) were mixed to prepare a mixture, and then the mixture was extruded to prepare a specimen. did. The mechanical properties of the manufactured specimens were measured using the following method, and the results are shown in Table 1 below.

비교예 2: 금속 알루미늄 시편Comparative Example 2: Metal Aluminum Specimen

알루미늄(6061-T6)으로 시편을 제조하고 하기의 방법으로 시편에 대한 기계적 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.A specimen was manufactured from aluminum (6061-T6) and the mechanical properties of the specimen were measured using the method below, and the results are shown in Table 1 below.

비교예 3: 열경화성 수지를 사용한 탄소섬유-강화 복합재 제조Comparative Example 3: Manufacturing of carbon fiber-reinforced composite using thermosetting resin

탄소섬유(3k~50k 로 직조된 탄소섬유, 단위 면적당 중량: 50~600 gsm)를 열경화성 에폭시 수지(YD128)에 용융 함침하여 탄소섬유 강화된 열경화성 수지 조성물을 제조하였다. 이때 탄소섬유의 함량은 열경화성 수지 조성물 총 부피 기준으로, 50 부피%(ASTM D3171에 의거)로 유지하였다. A carbon fiber-reinforced thermosetting resin composition was prepared by melt-impregnating carbon fiber (3k~50k woven carbon fiber, weight per unit area: 50~600 gsm) into thermosetting epoxy resin (YD128). At this time, the content of carbon fiber was maintained at 50% by volume (based on ASTM D3171), based on the total volume of the thermosetting resin composition.

다음으로 상기 제조된 열경화성 수지 조성물을 슬리팅/쵸핑(Slitting/Chopping)하여 길이 5~10 mm 및 폭 5~50mm인 칩 형태로 절단하고, 제조된 칩들을 몰드 위에 랜덤(random)하게 흩뿌려서 배열한 후 80~120℃ 온도의 오토클레이브에 40~200분간 두어, 탄소섬유-강화 열경화성 수지 복합재(프리프레그)를 제조하였다. 상기 제조된 탄소섬유-강화 열경화성 수지 복합재로부터 시편을 제조하고, 하기의 방법으로 시편에 대한 기계적 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Next, the prepared thermosetting resin composition is cut into chips with a length of 5 to 10 mm and a width of 5 to 50 mm by slitting/chopping, and the manufactured chips are randomly scattered and arranged on the mold. Then, it was placed in an autoclave at a temperature of 80 to 120°C for 40 to 200 minutes to produce a carbon fiber-reinforced thermosetting resin composite (prepreg). A specimen was prepared from the carbon fiber-reinforced thermosetting resin composite prepared above, and the mechanical properties of the specimen were measured by the method below, and the results are shown in Table 1 below.

비교예 4: 탄소섬유가 18 부피%로 포함된 블랙 마블(black marble) 패턴을 갖는 탄소섬유-강화 복합재(프리프레그) 제조Comparative Example 4: Manufacturing of carbon fiber-reinforced composite (prepreg) with black marble pattern containing 18% by volume of carbon fiber

탄소섬유 강화된 열가소성 수지 조성물 내의 탄소섬유 함량을 50 부피%에서 18 부피%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유-강화 복합재를 제조하였고, 이를 이용한 시편 제조 후, 하기의 방법으로 시편에 대한 기계적 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. A carbon fiber-reinforced composite material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber content in the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition was changed from 50% by volume to 18% by volume, and after manufacturing a specimen using the same, the following The mechanical properties of the specimen were measured using the method and are shown in Table 1 below.

비교예 5: 탄소섬유가 73 부피%로 포함된 블랙 마블(black marble) 패턴을 갖는 탄소섬유-강화 복합재(프리프레그) 제조Comparative Example 5: Manufacturing of carbon fiber-reinforced composite (prepreg) with black marble pattern containing 73% by volume of carbon fiber

탄소섬유 강화된 열가소성 수지 조성물 내의 탄소섬유 함량을 50 부피%에서 73 부피%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유-강화 복합재를 제조하였고, 이를 이용한 시편 제조 후, 하기의 방법으로 시편에 대한 기계적 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.A carbon fiber-reinforced composite material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber content in the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition was changed from 50% by volume to 73% by volume, and after manufacturing a specimen using the same, the following The mechanical properties of the specimen were measured using the method and are shown in Table 1 below.

<물성 측정> <Measurement of physical properties>

- 인장 강도: ASTM D3039에 의거하여 시편의 인장 강도를 측정하였다. - Tensile strength: The tensile strength of the specimen was measured according to ASTM D3039.

- 굴곡 강도 및 굴곡 강성: ASTM D790에 의거하여 시편의 굴곡 강도 및 굴곡 강성을 측정하였다.- Flexural strength and flexural rigidity: The flexural strength and flexural rigidity of the specimen were measured according to ASTM D790.

- 충격 흡수 에너지: ASTM D7136에 의거하여 시편의 충격 흡수 에너지를 측정하였다.- Impact absorption energy: The impact absorption energy of the specimen was measured according to ASTM D7136.

- 비중: ASTM D792 의거하여 시편의 비중을 측정하였다.- Specific gravity: The specific gravity of the specimen was measured according to ASTM D792.

- 광택도: ASTM D523에 의거하여 시편의 광택도를 측정하였다.- Glossiness: Glossiness of the specimen was measured according to ASTM D523.

[표 1][Table 1]

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 탄소섬유-강화 열가소성 수지 복합재의 경우, 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 충격 흡수 에너지 등의 기계적 강도가 우수하였으며, 비중이 1.5 g/cm3 미만으로 경량화 소재로 활용하기에 적합하였고, 광택도가 80 GU 이상으로 우수하였다. As shown in Table 1, the carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composites of Examples 1 to 3 according to the present invention had excellent mechanical strengths such as tensile strength, flexural strength, flexural rigidity, and shock absorption energy, and the specific gravity was It was suitable for use as a lightweight material as it had a weight of less than 1.5 g/cm3, and its glossiness was excellent at over 80 GU.

그러나 종래의 탄소 단섬유로 강화된 복합재인 비교예 1의 경우, 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 충격 흡수 에너지 등의 기계적 강도가 전반적으로 매우 열악하였고, 금속 알루미늄 시편인 비교예 2의 경우, 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 충격 흡수 에너지 등의 기계적 강도가 양호하였으나, 비중이 1.5 g/cm3 이상으로 경량화 소재로 적합하지 않았고, 탄소섬유-강화 열경화성 수지 복합재인 비교예 3의 경우, 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 충격 흡수 에너지 등의 기계적 강도가 우수하였으나, 비중이 1.5 g/cm3 이상이었고, 특히 광택도가 48.5 GU로 매우 열악한 광택성을 나타내었다. However, in the case of Comparative Example 1, which was a composite reinforced with conventional carbon short fibers, the overall mechanical strength such as tensile strength, flexural strength, bending rigidity, and shock absorption energy was very poor, and in the case of Comparative Example 2, which was a metallic aluminum specimen, Although the mechanical strengths such as tensile strength, flexural strength, flexural rigidity, and shock absorption energy were good, the specific gravity was more than 1.5 g/cm 3 and was not suitable as a lightweight material. In the case of Comparative Example 3, which is a carbon fiber-reinforced thermosetting resin composite, Although it had excellent mechanical strengths such as tensile strength, flexural strength, flexural rigidity, and shock absorption energy, its specific gravity was over 1.5 g/cm 3 and, in particular, its glossiness was 48.5 GU, showing very poor gloss.

또한 탄소섬유가 본 발명에서 특정된 함량보다 적게 함유된 비교예 4의 탄소섬유-강화 열가소성 수지 복합재의 경우, 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 충격 흡수 에너지 등의 기계적 강도가 전반적으로 매우 열악하였고, 탄소섬유가 본 발명에서 특정된 함량보다 많이 함유된 비교예 5의 탄소섬유-강화 열가소성 수지 복합재의 경우, 열가소성 수지가 기재로서 역할을 수행하지 못하여 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 강성 및 충격 흡수 에너지 등의 기계적 강도가 전반적으로 매우 열악하였고, 비중 또한 1.5 g/cm3 이상으로 경량화 소재로 적합하지 않았으며, 광택도가 광택도가 38.4 GU로 매우 열악한 광택성을 나타내었다. In addition, in the case of the carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composite of Comparative Example 4, which contained less carbon fiber than the content specified in the present invention, the mechanical strengths such as tensile strength, flexural strength, flexural rigidity, and shock absorption energy were very poor overall. In the case of the carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composite of Comparative Example 5 in which carbon fiber was contained in an amount greater than the content specified in the present invention, the thermoplastic resin did not perform its role as a base material, resulting in tensile strength, flexural strength, flexural rigidity and shock absorption energy. The overall mechanical strength of the back was very poor, the specific gravity was also over 1.5 g/cm 3 , making it unsuitable as a lightweight material, and the glossiness was 38.4 GU, showing very poor gloss.

상기와 같이, 특정 함량의 탄소섬유를 함유한 본 발명에 따른 탄소섬유-강화 열가소성 수지 복합재는 기존 복합재 소재 대비 우수한 기계적 물성 및 광택도를 나타내면서 비중은 보다 낮고, 또한 기존 제조 공정에 비해 적층 공정이 없기 때문에 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있고, 특히 도 1에 도시된 바와 같이, 특유의 블랙 마블을 지닌 표면 외관을 구현할 수 있기 때문에 자동차 및 가전 제품 등의 내ㆍ외장재로 유용하게 활용될 수 있다. As described above, the carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composite according to the present invention containing a specific content of carbon fiber exhibits superior mechanical properties and glossiness compared to existing composite materials, has a lower specific gravity, and also requires a lamination process compared to the existing manufacturing process. Since there is no material, productivity and economic efficiency can be improved, and in particular, as shown in Figure 1, a unique black marble surface appearance can be achieved, so it can be usefully used as interior and exterior materials for automobiles and home appliances.

Claims (9)

탄소섬유-강화 복합재로서,
일방향(Unidirection)으로 정렬된 탄소섬유 및 상기 탄소섬유에 함침된 폴리카보네이트 수지를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 칩들을 열 성형하여 얻어지며,
상기 열가소성 수지 조성물 내의 상기 탄소섬유 함량이 열가소성 수지 조성물 총 부피 기준으로, 40 내지 65 부피%이고,
상기 탄소섬유-강화 복합재가 1.5 g/cm3 미만의 비중 및 ASTM D523에 의거하여 측정시 80 GU 이상의 광택도를 나타내는,
탄소섬유-강화 복합재.
As a carbon fiber-reinforced composite,
It is obtained by thermoforming chips of a thermoplastic resin composition containing carbon fibers aligned in one direction (unidirection) and polycarbonate resin impregnated with the carbon fibers,
The carbon fiber content in the thermoplastic resin composition is 40 to 65% by volume based on the total volume of the thermoplastic resin composition,
The carbon fiber-reinforced composite exhibits a specific gravity of less than 1.5 g/cm 3 and a gloss of 80 GU or more as measured according to ASTM D523,
Carbon fiber-reinforced composite.
제1항에 있어서, 열가소성 수지 조성물의 칩의 길이는 1~80 mm인, 탄소섬유-강화 복합재.The carbon fiber-reinforced composite according to claim 1, wherein the length of the chip of the thermoplastic resin composition is 1 to 80 mm. 제1항에 있어서, 열가소성 수지 조성물의 칩의 폭은 1.5~25 mm인, 탄소섬유-강화 복합재.The carbon fiber-reinforced composite according to claim 1, wherein the width of the chips of the thermoplastic resin composition is 1.5 to 25 mm. 제1항에 있어서, 열 성형은 가열 성형, 또는 가열 및 가압 성형인, 탄소섬유-강화 복합재.The carbon fiber-reinforced composite of claim 1, wherein the thermoforming is heat forming, or heat and pressure forming. 제1항에 있어서, 열 성형은 가열 프레스 성형인, 탄소섬유-강화 복합재.The carbon fiber-reinforced composite of claim 1, wherein the thermoforming is hot press forming. 삭제delete 탄소섬유-강화 복합재의 제조 방법으로서,
(1) 일방향(Unidirection)으로 정렬된 탄소섬유에 폴리카보네이트 수지를 함침시켜 탄소섬유 함량이 40 내지 65 부피%인 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계;
(2) 상기 열가소성 수지 조성물을 커팅하여 칩 형태로 제작하는 단계; 및
(3) 상기 제작된 칩들을 열 성형하는 단계;를 포함하며,
제조된 탄소섬유-강화 복합재가 1.5 g/cm3 미만의 비중 및 ASTM D523에 의거하여 측정시 80 GU 이상의 광택도를 나타내는 것인,
탄소섬유-강화 복합재의 제조 방법.
A method for producing a carbon fiber-reinforced composite, comprising:
(1) Preparing a thermoplastic resin composition with a carbon fiber content of 40 to 65% by volume by impregnating carbon fibers aligned in one direction with a polycarbonate resin;
(2) cutting the thermoplastic resin composition to form a chip; and
(3) thermoforming the manufactured chips;
The manufactured carbon fiber-reinforced composite exhibits a specific gravity of less than 1.5 g/cm 3 and a gloss of 80 GU or more as measured according to ASTM D523,
Method for manufacturing carbon fiber-reinforced composites.
제7항에 있어서, 상기 (3) 단계는, (2) 단계에서 제작된 칩들을 몰드 위에 랜덤하게 배열한 후, 여기에 열; 또는 열과 압력을 가하여 열 성형하는 단계인, 탄소섬유-강화 복합재의 제조 방법.The method of claim 7, wherein in step (3), the chips produced in step (2) are randomly arranged on the mold and then heated; Or a method of manufacturing a carbon fiber-reinforced composite material, which involves thermoforming by applying heat and pressure. 삭제delete
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