KR20140065787A - Method for preparing prepreg - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보강 섬유재인 프리프레그는 섬유강화다발로부터 개섬하고자 하는 섬유를 사이징제가 화학적으로 용해되어 있는 용액에 함침시키고, 초음파 세척기로부터 발생되는 초음파의 진동을 이용하여 상기 사이징제를 화학적으로 분해시켜서 집속력을 저하시키고 섬유에 남아 있는 용제는 건조장치에서 기화시켜 섬유를 건조상태로 복원한 후 수지필름을 상하면에 함침하여서 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 프리프레그의 제조방법은 사이징제 자체를 용융시켜 탄소섬유 필라멘트에서 분리시키는 방법이므로 개섬 장치 통과후에는 사이징제가 탄소섬유에 남아 있지 않아 개섬 효과가 균일하게 나타나고 프리프레그 제조시에 물리적인 방법에 의한 개선의 단점을 최소화할 수 있는 장점이 있다.In the present invention, the prepreg, which is a reinforcing fiber material, is impregnated with a solution in which a sizing agent is chemically dissolved, the fibers to be opened from a fiber reinforced bundle are chemically decomposed using vibration of an ultrasonic wave generated from an ultrasonic washing machine, And the solvent remaining in the fibers is vaporized in a drying apparatus to restore the fibers to a dry state, and then the resin film is impregnated on the upper and lower surfaces.
Since the method of manufacturing the prepreg of the present invention is a method of melting the sizing agent itself and separating it from the carbon fiber filaments, the sizing agent is not remained on the carbon fibers after the carding machine has passed and the carding effect is uniform. It is possible to minimize the disadvantages of improvement by the above-mentioned problems.
Description
본 발명은 프리프레그의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 핫멜트 방법의 프리프레그 제조에서 함침 공정 내에 섬유를 균일하게 펴주는 개섬 공정에서 기존의 물리적인 방법과는 다른 방법으로 프리프레그를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a prepreg. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a prepreg by a method different from the conventional physical method in a carding process for uniformly spreading fibers in an impregnation process in the preparation of a prepreg of a hot melt method.
섬유 강화 복합재료의 중간 기재로서 강화섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료인 프리프레그(prepreg)의 일반적인 제조 방법은 액체 수지 혼합물에 담그는 것과 수지를 고온으로 녹여 사용하는 핫멜트 방법이 많이 사용된다. 그 중에서 핫멜트 방법은 먼저 수지필름을 만드는 공정과 배열된 섬유가 롤러를 통과하면서 수지필름과 합쳐지는 함침 공정으로 나누어진다. A general method of preparing a prepreg, which is a molding material preliminarily impregnated with a matrix resin to a reinforcing fiber as an intermediate substrate of a fiber-reinforced composite material, includes a method of immersing in a liquid resin mixture and a hot melt method in which a resin is melted at a high temperature. Among them, the hot melt method is divided into a process of making a resin film first and a process of impregnating the fibers arranged into the resin film while passing through the rollers.
함침 공정에서는 열과 압력을 받아 수지는 녹거나 점도가 낮아져 섬유 속으로 자리잡게 되고, 다음 상온에서 냉각되어 프리프레그가 만들어진다. 용융점도가 높은 수지에 의한 프리프레그 제조에서는 개섬이 중요하다. 또, 탄소섬유다발 등의 강화섬유다발은 굵은 섬도가 될수록, 재료단가는 낮은 코스트가 되는데, 이러한 굵은 섬유다발을 이용하여 성형품, 시트 등의 개발을 하는 경우에도 개섬공정은 필요하다. In the impregnation process, the resin melts or has low viscosity due to heat and pressure, is settled into the fiber, and then cooled at room temperature to prepare a prepreg. Opening is important in the preparation of a prepreg by a resin having a high melt viscosity. Also, as the bundle of reinforcing fibers such as a carbon fiber bundle becomes thicker, the cost of material becomes low. Even in the case of developing a molded article, a sheet or the like by using such a thick bundle of fibers, carding process is necessary.
종래, 탄소섬유의 개섬은 롤의 상하 좌우 진동을 이용한 마찰법이 주류였다. 일정한 장력으로 주행하는 섬유다발을 롤 등으로 마찰을 주어 섬유다발을 개섬한다. 그러나, 그 개섬의 효과는 미비하며, 또, 단사 끊김 등에 의한 모우가 발생한다.Background Art [0002] Conventionally, in the carding of carbon fibers, a friction method using vibration of up, down, left, and right of a roll has been mainstream. A fiber bundle traveling at a constant tension is rubbed with a roll or the like to open a fiber bundle. However, the effect of carding is insufficient, and mowing occurs due to single yarn breakage or the like.
이에 본 발명은 핫멜트 방법의 프리프레그 제조에서 함침 공정 내에 섬유를 균일하게 펴주는 개섬 공정에서 기존의 물리적인 방법과는 다른 방법으로 프리프레그를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a prepreg in a carding process for uniformly spreading fibers in an impregnation process in the preparation of a prepreg of the hot-melt process, by a method different from the existing physical methods.
본 발명은 기존의 물리적인 방법에 비해 개섬 효과가 뛰어날 뿐 아니라 균일하게 나타나게 할 수 있는 프리프레그의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a prepreg which can exhibit uniformity in not only the carding effect but also uniformity as compared with the conventional physical method.
본 발명의 프리프레그의 제조방법은, 섬유강화다발로부터 개섬하고자 하는 탄소 섬유를 사이징제가 화학적으로 용해되어 있는 용액에 함침시키는 단계; 상기 탄소섬유의 함침 단계에서 초음파 세척기로부터 발생되는 초음파의 진동을 이용하여 상기 사이징제를 화학적으로 분해시켜서 탄소섬유의 집속력을 저하시키는 단계; 상기 초음파 처리된 탄소섬유에 남아 있는 용제를 히터에 의해서 기화시켜 탄소섬유를 건조상태로 복원하는 단계; 상기 건조상태로 복원 탄소섬유의 상하면에 수지를 함침시킨 후 통상의 방법으로 가열, 냉각시켜서 되는 것을 특징으로 한다.The method for producing a prepreg of the present invention comprises the steps of: impregnating a carbon fiber to be opened from a fiber reinforced bundle into a solution in which a sizing agent is chemically dissolved; Chemically decomposing the sizing agent by using ultrasonic vibration generated from the ultrasonic cleaner in the step of impregnating the carbon fiber to lower the holding power of the carbon fiber; Vaporizing the solvent remaining in the ultrasonic treated carbon fiber by a heater to restore the carbon fiber to a dry state; And the resin is impregnated on the upper and lower surfaces of the restored carbon fibers in the dried state, and then heated and cooled in a usual manner.
프리프레그의 제조방법에서, 기존의 물리적인 개섬 공정은 에어나 진동 등으로 물리적인 힘을 가하여 탄소 섬유 필라멘트 간의 사이징제의 접착력을 최소화하고 집속력을 저하시켜 개섬시키는 방법이지만, 본 발명은 사이징제를 용제를 이용하여 용해와 동시에 초음파 세척(울트라 소닉)을 이용한 진동을 이용하므로 사이징제를 화학적으로 분해하는 방법으로서, 기존의 방법에 비해 개섬 효과가 뛰어나다.In the prepreg manufacturing method, the existing physical carding process is a method in which physical force is applied by air or vibration to minimize the adhesive force of the sizing agent between the carbon fiber filaments, Is a method of chemically decomposing a sizing agent by using ultrasonic cleaning (ultrasonics) at the same time as dissolving with a solvent, and is superior in the carding effect as compared with the conventional method.
또한, 본 발명의 프리프레그의 제조방법은 사이징제 자체를 용융시켜 탄소섬유 필라멘트에서 분리시키는 방법이므로 개섬 장치 통과후에는 사이징제가 탄소섬유에 남아 있지 않아 개섬 효과가 균일하게 나타나고 프리프레그 제조시에 물리적인 방법에 의한 개선의 단점이 최소화될 수 있다.Since the sizing agent is melted and separated from the carbon fiber filaments, the sizing agent is not left on the carbon fibers after the carding machine has passed, so that the carding effect is uniform and the physical Can be minimized.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 세척기가 설치된 프리프레그의 제조 방법에 이용되는 제조 장치의 일례를 나타낸 것이다. 1 shows an example of a manufacturing apparatus used in a method of manufacturing a prepreg equipped with an ultrasonic cleaner according to the present invention.
본 발명에 의한 보강 섬유재인 프리프레그는 섬유강화다발로부터 개섬하고자 하는 섬유를 사이징제가 화학적으로 용해되어 있는 용액에 함침시키고, 초음파 세척기로부터 발생되는 초음파의 진동을 이용하여 상기 사이징제를 화학적으로 분해시켜서 집속력을 저하시키고 섬유에 남아 있는 용제는 건조장치에서 기화시켜 섬유를 건조상태로 복원한 후 수지필름을 상하면에 함침하여서 제조하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 한다. The prepreg, which is the reinforcing fiber material according to the present invention, impregnates the fibers to be opened from the fiber reinforced bundle into a chemically dissolved solution of the sizing agent, chemically decomposes the sizing agent using the vibration of the ultrasonic wave generated from the ultrasonic washing machine And the solvent remaining on the fibers is vaporized in a drying apparatus to recover the fibers into a dry state, and then the resin film is impregnated on the upper and lower surfaces.
본 발명에서 섬유로는 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드 섬유, 바람직하게는 탄소섬유 등을 이용할 수 있으며, 결합재료로는 에폭시수지, 폴리에스테르수지, 열가소성 수지등이 사용된다. As the fiber in the present invention, carbon fiber, glass fiber or aramid fiber, preferably carbon fiber or the like can be used. As the bonding material, an epoxy resin, a polyester resin, a thermoplastic resin and the like are used.
이 중 탄소섬유는 탄소원자의 결정구조를 이용한 고강도 섬유로 복합재료 생산에 가장 많이 이용되고 있는 강화섬유이다. 탄소섬유 제조전의 물질에 따라 PAN계와 PITCH계 탄소섬유로 구분하고 있으며, 주로 PAN계 탄소섬유가 많이 이용되고 있다.Among them, carbon fiber is a high strength fiber using a carbon atom crystal structure, and is a reinforcing fiber most widely used for producing a composite material. PAN-based carbon fiber and PITCH-based carbon fiber are classified according to the material before carbon fiber production, and PAN-based carbon fiber is mainly used.
이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 세척기가 설치된 프리프레그의 제조 방법에 이용되는 제조 장치로서, 부호 10은 예를 들면 탄소섬유, 유립섬유, 케블라섬유, 붕소 섬유 중 어느 하나의 섬유강화다발이고, 부호 20은 초음파 세척기가 설치된 함침조이며, 부호 30은 용제 제거를 위한 히터이고, 부호 40과 41은 수지 필름을 공급하는 상부 공급롤러와 하부 공급롤러이며, 부호 50은 가열 영역에 설치된 가열판이고, 부호 60은 냉각 영역에 설치된 냉각판이며, 부호 70은 이형지공급롤러, 부호 80은 보호필름공급롤러, 부호 90은 닙 롤러, 부호 100은 프리프레그 권취롤러이다.FIG. 1 is a perspective view of a manufacturing apparatus used in a method of manufacturing a prepreg equipped with an ultrasonic cleaner according to the present invention, wherein
본 발명에 의하면, 섬유강화다발(10)로부터 탄소섬유(11)가 롤 바(12)(섬유다발을 걸어 평평하게 하는 바)와 회전 롤러(13)를 통해서 초음파 세척기(21)가 설치되어 있는 함침조(20)로 공급된다. 상기 함침조(20)는 종래의 개섬장치에 해당하는 설비로서, 여기에는 상기 회전 롤러(13)가 침지되어 있으며, 탄소섬유 사이징제를 용해시키기 위한 용제로서 아세톤, MEK등의 용제로 채워져 있고, 아울러 초음파 진동에 의해 물리적으로 사이징제를 분해시킬 수 있는 초음파 세척기(21)가 설치 되어 있다.According to the present invention, the
상기 초음파 세척기(21)가 설치되어 있는 함침조(20)를 통과한 탄소섬유(11)는 그 자체에 남아 있는 용제를 제거하기 위하여 예를 들면 지그재그식으로 배열되어 있는 회전 롤러(31)를 통해서 히터(30)가 설치된 영역을 통과하게 된다. 여기서 탄소섬유는 그 자체에 남아 있는 용제가 기화되면서 건조되게 된다. 회전롤러(31)는 마찰력이 없는 세라믹이나 스텐레스 스틸 소재로서 가공될 수 있고 히터(30)는 용제의 빠른 기화를 위하여 200도~400도의 표면온도를 유지하는 것이 바람직하다. The
이에 따라 본 발명에 의하면 개섬장치를 통과한 후에는 탄소섬유에 사이징제가 전혀 남아 있지 않게 되어 개섬효과가 균일하게 나타나게 된다. 이것은 종래의 물리적인 방법에 의해 프리프레그를 제조할 때와 비교해서 개섬의 단점을 최소화할 수 있게 된다. 즉, 종래의 기계적인 요소에 의하여 진동 마찰에 의한 개섬은 섬유 필라멘트의 단사가 일어나서 모우가 많이 발생하는 단점이 있으나 본 발명에 따른 장치에 의한 방법은 1차적으로 초음파 세척기안 용제의 화학적 방법에 의한 사이징제 제거가 이루어지고 2차적으로 보다 효율을 높이기 위하여 초음파를 이용한 진동까지 이루어지므로 탄소섬유의 손상없이 사이징제 제거가 이루어질 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면 이들 장치에 의해 탄소섬유 12K를 기준으로 폭 7mm에서 12mm(종래에는 폭 7mm에서 9mm로 개섬)로 개섬이 가능하게 된다. 본 발명에서 히터(30)에 의한 가열 방법에 대해서는 특별히 제한하지 않으며, 열풍이나 적외선 히터에 의한 비접촉 가열, 파이프 히터나 전자 유도에 의한 접촉 가열 중에서 선택적으로 적용할 수 있다. Thus, according to the present invention, no sizing agent remains on the carbon fiber after passing through the carding machine, and the carding effect is uniformly displayed. This makes it possible to minimize disadvantages of carding as compared with the case where a prepreg is manufactured by a conventional physical method. That is, there is a disadvantage in that the fiber filament is single-stranded due to the vibration of the textile due to the mechanical element of the prior art, resulting in a large number of layers. However, the method according to the present invention is primarily performed by the chemical method of the ultrasonic washing machine Since the sizing agent is removed and the ultrasonic vibration is used to enhance the efficiency, the sizing agent can be removed without damaging the carbon fiber. Particularly, according to the present invention, these devices enable carding with a width of 7 mm to 12 mm (conventionally, opening from 7 mm to 9 mm in width) based on the carbon fiber 12K. The method of heating by the heater 30 in the present invention is not particularly limited, and can be selectively applied to contact heating by hot air or infrared heaters, or contact heating by a pipe heater or electromagnetic induction.
다음에 개섬장치인 초음파 세척기(21)가 설치된 함침조(20)를 통과한 탄소섬유의 상하면에 수지필름이 함침될 수 있도록 수지필름을 공급하는 상부 공급롤러(40)와 하부 공급롤러(41)가 설치되어 있으며, 이들의 전면에는 수지필름이 입혀진 탄소섬유를 1차로 가열하는 가열판(50)이 설치되어 있고, 가열판(50)의 전후에는 탄소섬유에 수지필름을 가열 가압하기 위한 상부 가압 롤러(51)와 하부 가압 롤러(52)가 복수개가 서로 대향되게 설치되어 있다. 상기 가열판(50)의 전방에 냉각 영역으로서 냉각판(60)이 설치되어 있으며, 프리프레그가 후술하는 권취 롤러(100)에 서로 부착되는 것을 방지할 수 있도록 프리프레그의 상측으로 이형지를 공급하는 이형지 롤러(70), 보호필름을 공급하는 보호필름공급롤러(80), 프리프레그에 장력을 걸어 인취할 수 있도록 하는 닙 롤러(90) 그리고 탄소섬유에 수지가 함침되어 된 프리프레그를 권취하는 롤러(100)가 이어서 각각 설치되어 있다. An upper feed roller 40 and a lower feed roller 41 for feeding a resin film so that the resin film is impregnated on the upper and lower surfaces of the carbon fibers having passed through the impregnation tank 20 provided with the ultrasonic cleaner 21, And a
이상, 본 발명의 바람직한 예에 대해 어느 정도 특정적으로 설명했지만, 이것들에 대해 여러 가지의 변경을 할 수 있는 것은 당연하다. 따라서, 본 발명의 범위 및 정신으로부터 이탈하는 일 없이, 본 명세서 중에서 특정적으로 기재된 모양과는 다른 모양으로 본 발명을 실시할 수 있다는 것은 당연한 것으로 이해될 수 있다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail to some extent, it is natural that various modifications can be made to them. It is therefore to be understood that the invention may be practiced otherwise than as specifically described herein without departing from the scope and spirit of the invention.
10 : 섬유강화다발
11 : 탄소섬유
12 : 롤 바
13 : 회전 롤러
20 : 함침조
21 : 초음파 세척기
30 : 히터
31 : 회전 롤러
40 : 상부 공급롤러
41 : 하부 공급롤러
50 : 가열판
51 : 상부 가압 롤러
52 : 하부 가압 롤러
60 : 냉각판
70 : 이형지공급롤러
80 : 보호필름공급롤러
90 : 닙 롤러
100 : 프리프레그 권취롤러10: Fiber reinforced bundle
11: Carbon fiber
12: Roll bar
13:
20: Impregnation tank
21: Ultrasonic washing machine
30: Heater
31:
40: upper feed roller
41: Lower feed roller
50: heating plate
51: Upper pressure roller
52: Lower pressure roller
60: cooling plate
70: Release paper feed roller
80: protective film feed roller
90: Nip roller
100: prepreg winding roller
Claims (4)
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|---|---|---|---|
| KR1020120132666A KR20140065787A (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Method for preparing prepreg |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120132666A KR20140065787A (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Method for preparing prepreg |
Publications (1)
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018147526A1 (en) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 도레이첨단소재 주식회사 | Preparation method and preparation apparatus of carbon fiber sheet molding compound |
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2012
- 2012-11-21 KR KR1020120132666A patent/KR20140065787A/en not_active Ceased
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