KR102620322B1 - 기능성 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법이 제공된다. 상기 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법은, 세라믹 섬유를 포함하는 제1 베이스 섬유를 준비하는 단계, 고분자 수지 섬유에 기능성 입자들이 제공된, 제2 베이스 섬유를 준비하는 단계, 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유를 서로 꼬아 하이브리드 섬유를 제조하는 단계, 상기 하이브리드 섬유를 경사 및 위사 중 적어도 어느 하나로 사용하여, 하이브리드 직물을 제조하는 단계, 및 상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름을 라미네이팅하여, 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 기능성 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
엔지니어링 플라스틱은 강도가 높고 가벼워 공업 재료로 널리 사용되고 있다. 특히, 탄성, 내충격성, 전기절연성이 우수해 생활용품, 전기전자 제품, 자동차, 항공기, 2차 구조재 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
엔지니어링 플라스틱은 미국의 듀퐁(Dupont)사가 1956년 말 '금속에 도전하는 플라스틱'으로 폴리아세탈의 단중합체인 델린(Delrin)을 개발해 1960년부터 생산 판매를 시작했다. 짧은 역사에 비해 산업계에서 응용되는 것은 경이적으로 증가하고 있다.
엔지니어링 플라스틱으로 많이 쓰이는 소재는 크게 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 폴리카보네이트(PC), 변성 폴리페닐렌옥사이드(M-PPO), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)다.
이러한 엔지니어링 플라스틱 중, 폴리아미드 제품은 섬유 분야에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 다양한 물질들과 합성하여 섬유 복합재로서 사용되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 기능성 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 함침성이 향상된 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 경량화된 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 강도 향상이 이루어진 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법은, 세라믹 섬유를 포함하는 제1 베이스 섬유를 준비하는 단계, 고분자 수지 섬유에 기능성 입자들이 제공된, 제2 베이스 섬유를 준비하는 단계, 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유를 서로 꼬아 하이브리드 섬유를 제조하는 단계, 상기 하이브리드 섬유를 경사 및 위사 중 적어도 어느 하나로 사용하여, 하이브리드 직물을 제조하는 단계, 및 상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름을 라미네이팅하여, 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 하이브리드 직물의 제조 방법은, 상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 제2 베이스 섬유의 상기 기능성 입자들이 상기 하이브리드 직물 내에 분산되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 하이브리드 직물의 제조 방법은, 상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 제2 베이스 섬유의 상기 기능성 입자들이 상기 제1 베이스 섬유로 분산되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 하이브리드 직물의 제조 방법은, 상기 하이브리드 직물 및 상기 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 하이브리드 직물 내로 상기 고분자 수지 필름의 고분자 수지가 침투되어 상기 하이브리드 직물의 강도가 향상되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 하이브리드 직물의 제조 방법은, 상기 하이브리드 직물 및 상기 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 하이브리드 직물 내로 상기 제2 베이스 섬유의 고분자 수지가 침투되어 상기 하이브리드 직물의 강도가 향상되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계는, 상기 고분자 수지 필름을 준비하는 단계, 상기 고분자 수지 필름의 상부 및 하부에 각각 상기 하이브리드 직물을 배치하는 단계, 및 상기 하이브리드 직물과 상기 고분자 수지 필름을 프레스로 압착하며 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 하이브리드 직물의 제조 방법은 상기 하이브리드 직물을 제조하는 단계 이후 상기 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계 이전, 상기 하이브리드 직물을 열프레스 하여 상기 하이브리드 직물 내에 상기 제1 베이스 섬유의 고분자 수지를 침투시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유는, 상기 하이브리드 섬유의 길이 1m 기준 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유가 300회 꼬여 제조되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 기능성 세라믹 섬유복합재를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 세라믹 섬유복합재는, 세라믹 섬유를 포함하는 제1 베이스 섬유 및 고분자 수지를 포함하는 제2 베이스 섬유가 서로 꼬인 하이브리드 섬유가 경사 및 위사 중 적어도 어느 하나로 사용되고, 상기 하이브리드 섬유 내에 기능성 입자들이 분산된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 입자는, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), UV 안정화제, 및 기능성 필러 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스 섬유는, 현무암 섬유, 유리 섬유, 및 카본 섬유 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 베이스 섬유는, 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 섬유, 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 섬유, 및 폴리아미드 6(polyamid 6, PA6) 섬유 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법은 세라믹 섬유를 포함하는 제1 베이스 섬유를 준비하는 단계, 고분자 섬유에 기능성 입자들이 제공된, 제2 베이스 섬유를 준비하는 단계, 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유를 서로 꼬아 하이브리드 섬유를 제조하는 단계, 상기 하이브리드 섬유를 경사 및 위사 중 적어도 어느 하나로 사용하여, 하이브리드 직물을 제조하는 단계, 및 상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름을 라미네이팅하여, 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 하이브리드 섬유 내에 상기 기능성 입자의 분산이 균일하게 이루어짐으로써, 상기 기능성 입자에 의한 기능 발현이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 고분자 수지 필름과 라미네이팅 되는 과정에서 고분자 수지의 분산이 용이하게 이루어짐으로 강도 향상이 효율적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제1 베이스 섬유에 의한 경량화까지 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S200 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S300 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법에 사용되는 하이브리드 섬유의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S400 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S400 단계에서 제조된 하이브리드 직물의 열프레스 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S500 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 비교 예 1에 따른 현무암 직물을 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 실험 예에 따른 하이브리드 섬유를 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 1차 열프레스 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 2차 열프레스 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 라미네이팅 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 비교 예 2에 따른 기능성 직물을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S200 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S300 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법에 사용되는 하이브리드 섬유의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S400 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S400 단계에서 제조된 하이브리드 직물의 열프레스 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S500 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 비교 예 1에 따른 현무암 직물을 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 실험 예에 따른 하이브리드 섬유를 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 1차 열프레스 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 2차 열프레스 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 라미네이팅 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 비교 예 2에 따른 기능성 직물을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
실시 예에 따른 기능성 하이브리드 직물 및 그 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S200 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S300 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법에 사용되는 하이브리드 섬유의 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S400 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S400 단계에서 제조된 하이브리드 직물의 열프레스 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 S500 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 세라믹 섬유를 포함하는 제1 베이스 섬유(110)가 준비된다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 세라믹 섬유(100)는 현무암 섬유(basalt fiber), 유리 섬유(glass fiber), 및 카본 섬유(carbon fiber) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상술된 섬유들은 상기 세라믹 섬유(100)의 예시적인 섬유들일 뿐, 상기 세라믹 섬유(100)는 상술된 섬유들 외에 다양한 세라믹 섬유를 포함할 수 있다.
고분자 수지 섬유(100)에 기능성 입자(FP)들이 제공된, 제2 베이스 섬유(120)가 준비된다(S200). 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 베이스 섬유(120)를 준비하는 단계는, 고분자 수지를 준비하는 단계, 상기 고분자 수지에 상기 기능성 입자들을 제공하여 상기 고분자 수지와 상기 기능성 입자들이 혼합된 베이스 용액을 준비하는 단계, 상기 베이스 용액을 용융한 후 방사하여 상기 제2 베이스 섬유(120)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 예를 들어, 상기 고분자 수지 섬유(100)는 엔지니어링 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 수지 섬유(100)는 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 섬유, 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 섬유, 및 폴리아미드 6(polyamid 6, PA6) 섬유 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상술된 섬유들은 상기 고분자 섬유(100)의 예시적인 섬유들일 뿐, 상기 고분자 섬유(100)는 상술된 섬유들 외에 다양한 엔지니어링 고분자 섬유를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 입자(FP)는 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다. 티타늄 산화물(TiO2)은 산화력이 커서 항균 작용, 악취제거 및 살균작용을 할 수 있으며, 자외선을 흡수하여 광촉매 역할도 수행할 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 기능성 입자(FP)는 아연 산화물(ZnO)을 포함할 수 있다. 아연 산화물(ZnO)은 높은 전기 전도도, 높은 열 전도도, 자외선 흡수능력, 고온 안정성, 중성 pH 안정성, 향균 작용 등의 기능이 있고, 독성이 없으므로 인체와 접촉되는 섬유에 용이하게 적용될 수 있다. 이와 달리, 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 기능성 입자(FP)는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. 알루미늄 산화물(Al2O3)은 전기 절연성이 높고, 내마모성을 가지며 화학적 안정성이 높은 특성이 있다. 상술된 기능성 입자들(TiO2, ZnO, Al2O3)은 예시적인 기능성 입자들일 뿐, 상기 기능성 입자(FP)는 다양한 금속 산화물들을 포함할 수 있다.
상기 제1 베이스 섬유(110) 및 제2 베이스 섬유(120)를 서로 꼬아 하이브리드 섬유(200)를 제조할 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유(200)는 상기 하이브리드 섬유(100) 길이 1m 기준 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 300회 꼬여 제조될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유(200)는 상기 하이브리드 섬유(100) 길이 1m 기준 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 300회 초과, 또는 300회 미만으로 꼬여 제조될 수 있다. 즉, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 꼬인 횟수는 제한되지 않는다. 또한, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)는 S 방향 또는 Z 방향으로 꼬일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유(200) 내 상기 제2 베이스 섬유(120)의 함량은 상기 제1 베이스 섬유(110) 대비 1 wt% 내지 10 wt%일 수 있다. 이에 따라, 상기 하이브리드 섬유(200)의 물성 강도가 약 20% 향상될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유(200)는 상기 제2 베이스 섬유(예를 들어, 폴리프로필렌 섬유) 50 데니어와 상기 제1 베이스 섬유(예를 들어, 현무암 섬유) 630 데니어가 서로 꼬여 제조될 수 있다.
상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 베이스 섬유(110), 상기 제2 베이스 섬유(120), 및 제3 베이스 섬유(130)가 서로 꼬여 제조될 수 있다. 상기 제3 베이스 섬유(130)는 상기 제2 베이스 섬유(120)와 같이 고분자 수지를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 하이브리드 섬유(200)를 사용하여 하이브리드 직물(300)을 제조할 수 있다(S400). 일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유(200)는 상기 하이브리드 직물(300)의 제조를 위한 경사(warp yarn, WY) 및 위사(weft yarn, FY) 중 어느 하나로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 하이브리드 직물(300)은 상기 하이브리드 섬유(200)를 경사로 사용하고, 상기 제2 베이스 섬유(120), 즉, 고분자 수지 섬유를 위사로 사용하여 제조될 수 있다. 이와 달리, 다른 예를 들어, 상기 하이브리드 직물(300)은 상기 제2 베이스 섬유(120), 즉, 고분자 수지 섬유를 경사로 사용하고, 상기 하이브리드 섬유(200)를 위사로 사용하여 제조될 수 있다. 이와 달리, 또 다른 예를 들어, 상기 하이브리드 직물(300)은 상기 하이브리드 섬유(200)를 경사와 위사로 모두 사용하여 제조될 수 있다. 이와 달리, 또 다른 예를 들어, 상기 하이브리드 직물(300)은 상기 제2 베이스 섬유(120), 즉, 고분자 수지 섬유를 위사로 사용하고, 상기 제1 베이스 섬유(110), 즉, 세라믹 섬유를 경사로 사용하여 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 하이브리드 직물(300)은 현무암 섬유 630 데니어가 폴리프로필렌 섬유 50 데니어와 합연사된 하이브리드 섬유를 경사로 사용하고, 현무암 섬유 630 데니어를 위사로 사용하여 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 하이드리드 직물(300)은 경사 44본/인치 및 위사 35본/인치의 밀도로 제조될 수 있다.
상술된 바와 같이 제조된 상기 하이브리드 직물(300)은, 후술되는 라미네이팅 과정에서 고분자 수지 필름과의 함침성이 향상될 뿐만 아니라, 세라믹 섬유의 핌 현상이 방지되어 제직 생산성이 향상될 수 있다.
상기 하이브리드 직물(300)이 제조된 후, 상기 하이브리드 직물(300)에 열프레스 공정이 수행될 수 있다. 열프레스 공정이 수행된 상기 하이브리드 직물(300)은 세라믹 섬유복합체로 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하이브리드 직물(300)의 상부 및 하부에서 압력을 인가하여 상기 하이브리드 직물(300)을 압착하는 동시에 상기 하이브리드 직물(300)이 열처리될 수 있다. 또는, 상기 하이브리드 직물(300)의 상부 및 하부에서 압력을 인가하여 상기 하이브리드 직물(300)을 압착한 후, 압착된 상기 하이브리드 직물(300)이 열처리될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 하이브리드 직물(300)에 열프레스 공정이 수행되는 경우, 상기 하이브리드 직물(300) 내에 상기 제2 베이스 섬유(120)의 고분자 수지들이 침투될 수 있다. 즉, 상기 하이브리드 직물(300)에 열프레스 공정이 수행됨에 따라, 상기 하이브리드 직물(300) 내에 상기 제2 베이스 섬유(120)의 고분자 수지들이 균일하게 분산될 수 있다. 이에 따라, 상기 하이브리드 직물(300)은 상기 고분자 수지에 의해 강도가 향상될 수 있다.
이와 달리, 다른 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하이브리드 직물(300) 두 장을 겹친 상태에서, 겹쳐진 상기 하이브리드 직물(300)에 열프레스 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 두 장의 상기 하이브리드 직물(300)들이 합쳐지고, 합쳐진 상기 하이브리드 직물(300) 내에 상기 제2 베이스 섬유(120)의 고분자 수지들이 균일하게 분산될 수 있다. 이에 따라, 상기 하이브리드 직물(300)의 강도가 더욱 향상될 수 있다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 상기 하이브리드 직물(300)에 열프레스 공정이 수행된 후, 상기 하이브리드 직물(300)은 고분자 수지 필름(400)과 라미네이팅(laminating) 될 수 있다(S300). 즉, 상기 세라믹 섬유복합재는 고분자 수지 필름(400)과 라미네이팅 될 수 있다. 이에 따라, 기능성 하이브리드 직물이 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계는, 상기 고분자 수지 필름(400)을 준비하는 단계, 상기 고분자 수지 필름(400)의 상부 및 하부에 각각 상기 하이브리드 직물(300)을 배치하는 단계, 및 상기 하이브리드 직물(300)과 상기 고분자 수지 필름(400)을 프레스로 압착하며 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 직물(300)이 상기 고분자 수지 필름(400)과 라미네이팅 됨에 따라, 상기 하이브리드 직물(300) 내로 상기 고분자 수지 필름(400)의 고분자 수지가 침투될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 직물(300)이 상기 고분자 수지 필름(400)과 라미네이팅 됨에 따라, 상기 하이브리드 직물(300) 내로 상기 제2 베이스 섬유(120)의 고분자 수지 또한 침투될 수 있다. 즉, 상기 하이브리드 직물(300)이 상기 고분자 수지 필름(400)과 라미네이팅 됨에 따라, 상기 하이브리드 직물(300) 내에 상기 고분자 수지 필름의 고분자 수지들과 상기 제2 베이스 섬유(120)의 고분자 수지들이 균일하게 분산될 수 있다. 이로 인해, 상기 하이브리드 직물(300)은 강도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 직물(300)이 상기 고분자 수지 필름(400)과 라미네이팅 됨에 따라, 상기 제2 베이스 섬유(120)의 상기 기능성 입자(FP)들이 상기 제1 베이스 섬유(110)로 분산될 수 있다. 즉, 상기 제2 베이스 섬유(120)의 상기 기능성 입자(FP)들이 상기 하이브리드 직물(300) 내에 균일하게 분산될 수 있다. 이에 따라, 상기 기능성 하이브리드 직물(300)은 상기 기능성 입자(FP)들에 의한 기능이 효율적으로 발현될 수 있다.
상술된 바와 달리, 일반적인 세라믹 섬유를 통해 제조된 직물이 고분자 수지 필름과 라미네이팅 되는 경우, 고분자 수지 필름의 고분자 수지들이 직물에 균일하게 분산되지 못해 강도 향상 효율이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 일반적인 고분자 섬유를 통해 제조된 직물이 고분자 수지 필름과 라미네이팅 되는 경우, 직물의 무게가 무거워지는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 상기 기능성 입자(FP)의 제공이 상기 제2 베이스 섬유(120)를 준비하는 단계에서 이루어지지 않고, 상기 하이브리드 직물(300)이 제조된 상태에서 제공되는 경우, 상기 기능성 입자(FP)가 상기 하이브리드 직물(300) 내에 균일하게 분산되지 못해, 상기 기능성 입자(FP)에 의한 기능 발현이 용이하게 이루어지지 않을 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 하이브리드 직물은, 상기 고분자 섬유(100)에 상기 기능성 입자(FP)가 제공된 상기 제2 베이스 섬유(120)와 상기 제1 베이스 섬유(110)가 꼬여 제조된 상기 하이브리드 섬유(200)를 통해 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 하이브리드 섬유(200) 내에 상기 기능성 입자(FP)의 분산이 균일하게 이루어짐으로써, 상기 기능성 입자(FP)에 의한 기능 발현이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 고분자 수지 필름과 라미네이팅 되는 과정에서 고분자 수지의 분산이 용이하게 이루어짐으로 강도 향상이 효율적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제1 베이스 섬유(110)에 의한 경량화까지 이루어질 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 변형 예들에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법이 설명된다.
제1 변형 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법
본 발명의 제1 변형 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법은, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법과 같되, 상기 하이브리드 섬유(200)를 제조하는 과정(제1 베이스 섬유와 제2 베이스 섬유를 서로 꼬으는 과정)에서 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 열처리되는 차이점이 있다.
상술된 바와 같이 열처리가 이루어지는 경우, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)의 접착력이 향상됨으로, 상기 하이브리드 섬유(200)의 내구성이 향상될 수 있다. 이로 인해, 상기 하이브리드 섬유(200)를 통해 제조되는 상기 하이브리드 직물(300)의 내구성 또한 향상될 수 있고, 상기 하이브리드 직물(300)의 제조가 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라, 세라믹 섬유의 핌 현상이 방지됨으로, 상기 하이브리드 직물(300)의 제조 생산성이 향상될 수 있다.
제2 변형 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법
본 발명의 제2 변형 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법은, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법과 같되, 상기 하이브리드 섬유(200)를 제조하는 단계가 다를 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 변형 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법 중 상기 하이브리드 섬유(200)를 제조하는 단계는, 상기 제2 베이스 섬유(120)에 인장력을 가하여 상기 제2 베이스 섬유(120)를 길이 방향으로 연장시키는 단계, 길이 방향으로 연장된 상기 제2 베이스 섬유(120) 및 상기 제1 베이스 섬유(110)를 서로 꼬으는 단계, 및 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 서로 꼬인 상태에서 상기 제2 베이스 섬유(120)에 인장력을 제거하여 상기 제2 베이스 섬유(120)를 수축시키는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제2 베이스 섬유(120)를 늘린 상태에서 상기 제1 베이스 섬유(110)와 꼬으고, 상기 제1 베이스 섬유(110)와 상기 제2 베이스 섬유(120)가 꼬인 상태에서 상기 제2 베이스 섬유(120)를 수축시킴으로써 상기 하이브리드 섬유(200)가 제조될 수 있다.
상술된 바와 같이 제조되는 경우, 상기 제2 베이스 섬유(120)가 수축되는 과정에서, 상기 제1 베이스 섬유(110)와 상기 제2 베이스 섬유(120) 사이의 접착력이 향상될 수 있다. 이로 인해, 상기 하이브리드 섬유(200)의 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 섬유(200)를 통해 제조되는 상기 하이브리드 직물(300)의 내구성 또한 향상될 수 있고, 상기 하이브리드 직물(300)의 제조가 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.
제3 변형 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법
본 발명의 제3 변형 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법은, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법과 같되, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유를 서로 꼬으는 과정에서 단계적인 열처리가 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유를 서로 꼬으는 과정에서 열처리가 이루어지되, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 제1 횟수까지 꼬이는 과정에서는 제1 온도로 열처리되고, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 제2 횟수까지 꼬이는 과정에서는 제2 온도로 열처리되고, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(130)가 제3 횟수까지 꼬이는 과정에서는 제3 온도로 열처리될 수 있다. 상기 제3 온도는 상기 제2 온도보다 높고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높을 수 있다. 또한, 상기 제3 횟수는 상기 제2 횟수보다 많고, 상기 제2 횟수는 상기 제1 횟수보다 많을 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)가 100회까지 꼬이는 과정에서는 상기 제1 온도(가장 낮은 온도)로 열처리되고, 100회~200회까지 꼬이는 과정에서는 상기 제2 온도(제1 온도보다 높은 온도)로 열처리되고, 200회~300회까지 꼬이는 과정에서는 상기 제3 온도(제2 온도보다 높은 온도)로 열처리될 수 있다.
상술된 바와 같이, 단계적인 열처리가 이루어지는 경우, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120) 사이의 접착력이 향상될 뿐만 아니라, 상기 하이브리드 섬유(200)의 손상이 감소될 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120)를 서로 꼬으는 과정에서 한번의 열처리가 이루어지는 경우 상기 제1 베이스 섬유(110) 및 상기 제2 베이스 섬유(120) 사이의 접착력은 향상되지만, 상기 하이브리드 섬유(200)가 손상되어 물리적 특성 및 화학적 특성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
이상, 본 발명의 변형 예들에 따른 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예가 설명된다.
실험 예에 따른 세라믹 섬유복합제 제조
50 데니아 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 섬유와 68 tex 현무암 섬유를 1m 길이당 300회 꼬아 하이브리드 섬유를 제조하였다. 이후, 상기 하이브리드 섬유를 경사로 사용하고, 현무암 섬유를 위사로 사용하여 하이브리드 직물을 제조하였다.
상기 하이브리드 직물을 200℃의 온도, 15 MPa의 압력으로 1분 동안 열프레스 하여 1차적으로 강도를 향상시켰다. 1차 강도 향상 과정은 1차 열프레스 공정으로 정의된다.
1차 열프레스 공정이 수행된 상기 하이브리드 직물을 두 장 겹친 후 200℃의 온도, 15 MPa의 압력으로 1분 동안 열프레스 하여 2차적으로 강도를 향상시켰다. 2차 강도 향상 과정은 2차 열프레스 공정으로 정의된다.
2차 열프레스 공정이 수행된 상기 하이브리드 직물을 두 장 준비한 후, 준비된 두 장의 상기 하이브리드 직물 사이에 폴리프로필렌 필름을 배치하고, 200℃의 온도, 15 MPa의 압력으로 1분 동안 열프레스 하여 상기 하이브리드 직물과 폴리프로필렌 필름을 라미네이팅 시켜 3차적으로 강도를 향상시켰다. 3차 강도 향상 과정은 라이미네팅 공정으로 정의된다.
비교 예 1에 따른 현무암 직물 제조
현무암 섬유를 경사 및 위사로 사용하여 비교 예에 따른 현무암 직물을 제조하였다.
비교 예 2에 따른 기능성 직물 제조
상기 비교 예 1에 따른 현무암 직물에 기능성 입자들을 스프레이 코팅한 후, 폴리프로필렌 필름과 라미네이팅하여 기능성 직물을 제조하였다.
도 9는 본 발명의 비교 예 1에 따른 현무암 직물을 촬영한 사진이고, 도 10은 본 발명의 실험 예에 따른 하이브리드 섬유를 촬영한 사진이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 비교 예 1에 따른 현무암 직물과 상기 실험 예에 따른 하이브리드 섬유의 색상 차이를 육안으로 확인할 수 있다. 구체적으로, 비교 예에 따른 현무암 직물은 짙은 갈색을 띄는 반면, 상기 실험 예에 따른 하이브리드 섬유는 밝은 회색을 띄는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 1차 열프레스 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이고, 도 12는 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 2차 열프레스 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이고, 도 13 및 도 14는 본 발명의 실험 예에 따른 세라믹 섬유복합재의 제조 과정 중 라미네이팅 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진이다.
도 13은 두 장의 하이브리드 직물 사이에 한 장의 폴리프로필렌 필름을 배치한 상태에서 라미네이팅 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진을 나타내고, 도 14는 두 장의 하이브리드 직물 사이에 두 장의 폴리프로필렌 필름을 배치한 상태에서 라미네이팅 공정이 수행된 상태를 촬영한 사진을 나타낸다.
도 11 내지 도 14에서 확인할 수 있듯이, 1차 열프레스 공정, 2차 열프레스 공정, 및 라미네이팅 공정이 진행됨에 따라 하이브리드 직물 내에 폴리프로필렌이 균일하게 분산됨으로써 색상이 점차적으로 진하게 변화되는 것을 확인할 수 있었다.
도 15는 본 발명의 비교 예 2에 따른 기능성 직물을 촬영한 사진이다.
도 15의 왼쪽 직물은 기능성 입자 없이 현무암 직물과 폴리프로필렌 필름이 라미네이팅된 상태를 나타내고, 오른쪽 직물은 기능성 입자가 코팅된 현무암 직물과 폴리프로필렌 필름이 라미네이팅된 상태를 나타낸다.
도 15에서 확인할 수 있듯이, 직물 상태에서 기능성 입자가 코팅된 경우, 기능성 입자의 분산이 균일하게 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 고분자 수지 섬유
110: 제1 베이스 섬유
120: 제2 베이스 섬유
130: 제3 베이스 섬유
200: 하이브리드 섬유
300: 하이브리드 직물
400: 고분자 수지 필름
110: 제1 베이스 섬유
120: 제2 베이스 섬유
130: 제3 베이스 섬유
200: 하이브리드 섬유
300: 하이브리드 직물
400: 고분자 수지 필름
Claims (12)
- 세라믹 섬유를 포함하는 제1 베이스 섬유를 준비하는 단계;
고분자 수지 섬유에 기능성 입자들이 제공된, 제2 베이스 섬유를 준비하는 단계;
상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유를 서로 꼬아 하이브리드 섬유를 제조하는 단계;
상기 하이브리드 섬유를 경사 및 위사 중 적어도 어느 하나로 사용하여, 하이브리드 직물을 제조하는 단계; 및
상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름을 라미네이팅하여, 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 하이브리드 섬유를 제조하는 단계는,
상기 제2 베이스 섬유에 인장력을 가하여 상기 제2 베이스 섬유를 길이 방향으로 연장시키는 단계;
길이 방향으로 연장된 상기 제2 베이스 섬유 및 상기 제1 베이스 섬유를 서로 꼬으는 단계; 및
상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유가 서로 꼬인 상태에서 상기 제2 베이스 섬유에 인장력을 제거하여 상기 제2 베이스 섬유를 수축시켜 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유 사이의 접착력을 향상시키는 단계를 포함하고,
길이 방향으로 연장된 상기 제2 베이스 섬유 및 상기 제1 베이스 섬유를 서로 꼬으는 단계는,
상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유를 제1 온도로 열처리하며 제1 횟수까지 꼬으는 단계;
상기 제1 횟수로 꼬인 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 열처리하며 상기 제1 횟수보다 많은 제2 횟수까지 꼬으는 단계; 및
상기 제2 횟수로 꼬인 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유를 상기 제2 온도보다 높은 제3 온도로 열처리하며 상기 제2 횟수보다 많은 제3 횟수까지 꼬으는 단계를 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 제2 베이스 섬유의 상기 기능성 입자들이 상기 하이브리드 직물 내에 분산되는 것을 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 하이브리드 직물 및 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 제2 베이스 섬유의 상기 기능성 입자들이 상기 제1 베이스 섬유로 분산되는 것을 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 하이브리드 직물 및 상기 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 하이브리드 직물 내로 상기 고분자 수지 필름의 고분자 수지가 침투되어 상기 하이브리드 직물의 강도가 향상되는 것을 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 하이브리드 직물 및 상기 고분자 수지 필름이 라미네이팅 됨에 따라, 상기 하이브리드 직물 내로 상기 제2 베이스 섬유의 고분자 수지가 침투되어 상기 하이브리드 직물의 강도가 향상되는 것을 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계는,
상기 고분자 수지 필름을 준비하는 단계;
상기 고분자 수지 필름의 상부 및 하부에 각각 상기 하이브리드 직물을 배치하는 단계; 및
상기 하이브리드 직물과 상기 고분자 수지 필름을 프레스로 압착하며 열처리하는 단계를 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 하이브리드 직물을 제조하는 단계 이후 상기 기능성 하이브리드 직물을 제조하는 단계 이전,
상기 하이브리드 직물을 열프레스 하여 상기 하이브리드 직물 내에 상기 제2 베이스 섬유의 고분자 수지를 침투시키는 단계를 더 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 하이브리드 섬유는, 상기 하이브리드 섬유의 길이 1m 기준 상기 제1 베이스 섬유 및 상기 제2 베이스 섬유가 300회 꼬여 제조되는 것을 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 기능성 입자는, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), UV 안정화제, 및 기능성 필러 중 어느 하나를 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 베이스 섬유는, 현무암 섬유, 유리 섬유, 및 카본 섬유 중 어느 하나를 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 베이스 섬유는, 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 섬유, 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 섬유, 및 폴리아미드 6(polyamid 6, PA6) 섬유 중 어느 하나를 포함하는 기능성 세라믹 섬유복합재의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220118042A KR102620322B1 (ko) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 기능성 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220118042A KR102620322B1 (ko) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 기능성 세라믹 섬유복합재 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102620322B1 true KR102620322B1 (ko) | 2024-01-02 |
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ID=89511974
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR (1) | KR102620322B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150124947A (ko) * | 2013-03-06 | 2015-11-06 | 미쯔비시 가스 케미칼 컴파니, 인코포레이티드 | 혼섬사, 직물 및 편물, 복합재료, 그리고, 복합재료의 제조방법 |
| KR20200141725A (ko) * | 2019-06-11 | 2020-12-21 | 주식회사 신흥 | 섬유강화 복합재료 제조용 복합섬유 원단 및 이를 이용한 섬유강화 복합재료의 성형방법 |
| JP2021066974A (ja) * | 2019-10-23 | 2021-04-30 | 国立大学法人岐阜大学 | カバリング糸、カバリング糸の製造方法および成形品の製造方法 |
-
2022
- 2022-09-19 KR KR1020220118042A patent/KR102620322B1/ko active IP Right Grant
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