일반기술

기계적 물성이 개선된 탄소섬유 강화 복합재료의 제조방법

*원리 및 구성본 발명은 기계적 물성이 개선된 탄소섬유 강화 복합재료의 제조방법에 관한 것으로, 산 또는 염기성 용액으로 표면처리된 탄화규소 분말을 고분자 수지 용액에 첨가한 후, 이를 탄소섬유에 함침시키는 것을 포함하는 본 발명의 탄소섬유 강화 복합재료의 제조방법에 따르면, 표면처리되지 않은 탄화규소를 사용하여 제조된 종래의 탄소섬유 강화 복합재료에 비해 열적 성질이 우수하면서도 기계적 성질이 저하되지 않는 탄소섬유 강화 복합재료를 수득할 수 있다.*배경21세기 산업의 주축 분야로 주목 받고 있는 항공우주, 자동차, 산업·건축용 구조재료 및 레저스포츠 분야에서 사용되던 복합재료가 신소재를 이용한 복합재료로 대체됨에 따라, 그 경제적 중요성 및 탁월한 특성으로 인해 소재 분야에 대한 재조명과 새로운 견해를 창출하여, 무한한 응용가능성을 가질 수 있게 하였다.고분자 복합재료의 응용은 고속 수송수단에 있어서 필수 요소인 경량, 고강도 및 고탄성율을 발현할 수 있는 재료 개발로 비약적인 발전을 거듭해왔다. 대표적인 고분자 복합재료로서, 탄소섬유 강화 복합재료(carbon fibers-reinforced composites)가 개발되었으며, 이는 1950년대 이후 항공우주산업의 발달과 더불어 급속하게 발전하기 시작하여 첨단소재로서의 탁월한 특성이 인정됨에 따라, 오늘날 그 응용범위가 점차적으로 확대되어 여러 산업분야, 특히 군사장비 분야 등에서 널리 사용되고 있다. 이러한 탄소섬유 강화 복합재료에 유기 및/또는 무기 충전제를 첨가하여 기계적 물성을 증진시키는 방법이 제안된 바 있다.충전제와 매트릭스, 또는 서로 다른 특성을 갖는 매트릭스들 사이의 계면에서 작용하는 물리적 결합 정도에 따라 복합재료의 물성 및 가공성이 결정된다는 인식으로부터, 충전제에 대한 표면처리 또는 매트릭스의 개질을 통한 물리적, 화학적 물성 향상에 대한 연구가 진행되고 있다.*특징 밍 장점1)표면처리되지 않은 탄화규소를 이용2)종래의 탄소섬유 강화 복합재료에 비해 열적 성질이 우수하면서도 기계적 성질이 저하되지 않음.3)첨단소재로서 유용하게 사용가능. <탄소섬유 강화 복합재료의 제조>본 발명에서 사용될 수 있는 탄소섬유는 일반 탄소섬유를 모두 사용할 수 있으며, 바람직하게는 일방향 탄소섬유를 사용할 수 있다. 본원에서 일방향 탄소섬유란 한쪽 방향으로 배열된 장섬유 형태의 탄소섬유를 의미한다.본 발명에서 사용될 수 있는 고분자 수지로는, 탄화규소와 산-염기 반응을 일으킬 수 있는 수지가 모두 사용될 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지가 사용될 수 있다.본 발명에 따른 탄소섬유 강화 복합재료는, 열경화성 고분자 수지 용액에 상기에서 수득된, 산 또는 염기로 표면처리된 탄화규소를 1 내지 4 중량%의 농도로 첨가하여 교반한 후, 이 혼합용액을 상온에서 탄소섬유에 함침시켜 프리프레그(prepreg)를 제조하고, 수득된 프리프레그를 균일하게 적층하고, 진공하에서 열경화시킴으로써 제조될 수 있다.상기 열경화성 고분자 수지 용액에는 열경화성 수지와 경화제가 대략 1 : 1 당량비로 포함될 수 있으며, 경화제로는 당분야에 공지된 모든 것을 사용할 수 있다.상기 프리프레그를 경화시키는 공정은, 150 내지 180℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하며, 이는 사용되는 열경화성 고분자 수지의 경화온도와 밀접한 관계가 있다. 즉, 프리프레그의 경화 공정은 사용되는 고분자 수지의 경화온도 범위에서 수행될 수 있다.