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KR102720727B1 - Sandwich composite and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102720727B1
KR102720727B1 KR1020220056505A KR20220056505A KR102720727B1 KR 102720727 B1 KR102720727 B1 KR 102720727B1 KR 1020220056505 A KR1020220056505 A KR 1020220056505A KR 20220056505 A KR20220056505 A KR 20220056505A KR 102720727 B1 KR102720727 B1 KR 102720727B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재는 폼재로 구성된 코어층 및 코어층의 양면에 적층되며 둘 이상의 섬유를 니들펀칭하여 형성된 섬유집합체로 구성된 스킨층을 포함하며, 코어층 및 스킨층이 매트릭스 수지에 함침 후 경화된 것으로, 섬유를 니들펀칭 공정을 통해 적층함으로써 섬유 표면 조도 변화로 이종 소재 간의 계면 접착력을 향상시키고 우수한 강성과 경량 특성을 지니며, 니들펀칭 공정으로 형성된 스킨층의 물리적 결합으로 인해, 샌드위치 구조물 적층 및 수지 주입 공정에서의 공정 편의성 향상 효과를 가진다.According to one embodiment of the present invention, a sandwich composite includes a core layer made of a foam material and a skin layer made of a fiber aggregate formed by needle-punching two or more fibers and laminated on both sides of the core layer, wherein the core layer and the skin layer are impregnated with a matrix resin and then cured, and by laminating the fibers through a needle-punching process, the interfacial adhesive force between different materials is improved due to changes in the surface roughness of the fibers, and the composite has excellent rigidity and lightweight characteristics, and due to the physical bonding of the skin layer formed through the needle-punching process, it has the effect of improving process convenience in a sandwich structure lamination and resin injection process.

Description

샌드위치 복합재 및 그의 제조방법{SANDWICH COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}{SANDWICH COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 경량화 소재로 사용되는 샌드위치 복합재(sandwich composite)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 니들펀칭(needle punch) 공정이 적용된 소재를 스킨층에 이용한 샌드위치 복합재에 관한 것이다.The present invention relates to a sandwich composite used as a lightweight material, and more specifically, to a sandwich composite using a material applied with a needle punch process as a skin layer.

종래, 탄소섬유나 유리섬유와 같은 강화섬유를 이용한 복합재는 강화섬유를 매트릭스 수지에 함침 및 경화시켜 형성된 것으로, 우수한 기계적 물성을 가지면서도 무게가 가벼워 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이와 같은 탄소섬유나 유리섬유와 같은 강화섬유를 이용한 복합재는 무게가 가벼우면서도 강도가 우수하지만, 두께의 확보가 어려워 강성이 떨어지는 경우가 일반적이다. Conventionally, composites using reinforcing fibers such as carbon fibers or glass fibers are formed by impregnating and hardening reinforcing fibers in a matrix resin, and are used in various fields because they have excellent mechanical properties and are light in weight. Composites using reinforcing fibers such as carbon fibers or glass fibers are light in weight and have excellent strength, but they are usually low in rigidity because it is difficult to secure thickness.

이를 해소하기 위해 섬유 적층 수를 늘리거나, 구조물을 삽입하는 경우가 일반적이며, 그 중 샌드위치 구조물은 무게를 크게 늘리지 않고 두께를 확보함으로써, 강성을 증가시키는 방법 중 하나로 사용되고 있다.To solve this problem, it is common to increase the number of fiber layers or insert structures, and among them, sandwich structures are used as one of the methods to increase rigidity by securing thickness without significantly increasing weight.

이러한 샌드위치 구조는 이종 소재를 외표면인 스킨층, 내부의 코어층 그리고 다시 외표면인 스킨층 순서로 적층된 구조로, 스킨층과 코어층을 구성하는 소재가 가지는 각각의 특성을 얻을 수 있다. 또한, 샌드위치 구조에서 섬유복합재의 스킨층은 강도를 부여하는 기능을 하며, 코어층은 두께 확보가 용이하고 밀도가 낮은 폼(foam) 소재를 활용하기 때문에, 샌드위치 구조물은 고강성을 가지면서 동시에 경량화 특성을 가진다. This sandwich structure is a structure in which different materials are laminated in the order of a skin layer on the outer surface, a core layer on the inner surface, and then a skin layer on the outer surface again, so that the individual properties of the materials constituting the skin layer and the core layer can be obtained. In addition, in the sandwich structure, the skin layer of the fiber composite material has the function of providing strength, and the core layer utilizes a foam material that is easy to secure thickness and has low density, so the sandwich structure has high strength and lightweight characteristics at the same time.

이러한 샌드위치 복합재의 구조적 특징으로 인해 산업계의 다양한 분야에 샌드위치 복합재가 이용되고 있으며, 분야만큼이나 다양하게 샌드위치 복합재의 강도와 무게가 설계되고 있으며, 예컨대 내연기관 자동차, 전기 및 수소 자동차, 드론, 풍력터빈 블레이드 등 경량화에 따른 에너지 효율 증가가 필요한 분야에서 적극적으로 활용되고 있다.Due to the structural characteristics of these sandwich composites, sandwich composites are used in a variety of industrial fields, and the strength and weight of sandwich composites are designed in a variety of fields, such as internal combustion engine vehicles, electric and hydrogen vehicles, drones, and wind turbine blades, and are actively utilized in fields where increased energy efficiency due to weight reduction is required.

또한 강화섬유로 구성된 스킨층과 폼재로 구성된 코어층은 에폭시 수지와 같은 고분자 수지를 매트릭스 수지로 하여 함침하고 이를 경화시킴으로써, 이종 소재 간의 접합이 이루어지며, 좀 더 자세하게는 스킨층에 프리프레그 소재를 활용하거나 수지를 함침시키는 방법 중 하나인 수지 주입(resin infusion) 공법을 이용하여 스킨층과 코어층을 접합한다.In addition, the skin layer composed of reinforcing fibers and the core layer composed of foam material are impregnated with a polymer resin such as epoxy resin as a matrix resin and hardened, thereby forming a bond between different materials. More specifically, the skin layer and the core layer are bonded using a resin infusion method, which is one of the methods of utilizing prepreg material in the skin layer or impregnating the resin.

그러나 프리프레그를 이용한 샌드위치 복합재는 함지율(resin content, RC) 부족으로 인하여 이종 소재 간 접착력이 떨어지며, 이로 인해 외력에 의해 쉽게 탈착되는 문제가 발생한다. 이를 보완하기 위해 에폭시 필름을 스킨과 코어 사이에 삽입하기도 하지만 이 방법도 충분한 함지율을 확보하지 못하는 문제가 있다.However, sandwich composites using prepreg have poor adhesive strength between different materials due to insufficient resin content (RC), which causes problems in easy detachment by external force. To compensate for this, epoxy films are inserted between the skin and the core, but this method also has the problem of not securing sufficient resin content.

한국등록특허공보 제10-2174302호Korean Patent Publication No. 10-2174302

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수의 섬유집합체를 니들펀칭 공정을 적용하여 표면에 조도 및 밀도를 변화시켜 함지율을 향상시키며 기계적 강도를 개선하기 위한 샌드위치 복합재 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide a sandwich composite and a method for manufacturing the same, which improves the mechanical strength by changing the roughness and density on the surface by applying a needle punching process to a plurality of fiber aggregates.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.The above and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.

상기 목적은 폼재로 구성된 코어층 및 코어층의 양면에 적층되며, 둘 이상의 섬유를 니들펀칭하여 형성된 섬유집합체로 구성된 스킨층을 포함하며, 코어층 및 스킨층은 매트릭스 수지에 함침 후 경화된 샌드위치 복합재에 의해 달성된다.The above object is achieved by a sandwich composite including a core layer composed of a foam material and a skin layer formed of a fiber aggregate by needle-punching two or more fibers, which is laminated on both sides of the core layer, and the core layer and the skin layer are impregnated with a matrix resin and then cured.

바람직하게는, 섬유집합체의 니들펀칭 전후 두께비는 하기 수학식 1을 만족하는 것일 수 있다.Preferably, the thickness ratio of the fiber assembly before and after needle punching may satisfy the following mathematical expression 1.

(수학식 1)(Mathematical formula 1)

1.25≤니들펀칭 후 섬유집합체 두께/니들펀칭 전 섬유집합체 두께≤61.25≤Fiber aggregate thickness after needle punching/Fiber aggregate thickness before needle punching≤6

바람직하게는, 스킨층의 니들펀칭에 의해 형성된 홀의 면적 비율은 스킨층 1cm2 당 0.007 내지 3.5%일 수 있다.Preferably, the area ratio of the hole formed by needle punching of the skin layer may be 0.007 to 3.5% per 1 cm 2 of the skin layer.

바람직하게는, 스킨층의 니들펀칭에 의해 형성된 홀의 X축 및 Y축 간격이 1.5 내지 5mm 일 수 있다.Preferably, the X-axis and Y-axis spacing of the holes formed by needle punching of the skin layer can be 1.5 to 5 mm.

바람직하게는, 스킨층의 니들펀칭에 의해 형성된 홀의 직경은 65 내지 300㎛ 일 수 있다.Preferably, the diameter of the hole formed by needle punching of the skin layer may be 65 to 300 μm.

바람직하게는, 스킨층의 밀도는 1.2 내지 1.6g/cc이고, 코어층의 밀도는 0.08 내지 0.2g/cc인 것일 수 있다.Preferably, the density of the skin layer may be 1.2 to 1.6 g/cc, and the density of the core layer may be 0.08 to 0.2 g/cc.

바람직하게는, 섬유집합체를 구성하는 섬유는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 옥시팬 섬유 및 하이브리드 섬유 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.Preferably, the fibers constituting the fiber assembly may be at least one selected from carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, oxyfan fibers, and hybrid fibers.

바람직하게는, 섬유집합체를 구성하는 섬유의 형태는 직포(woven fabric), 부직포(nonwoven fabric), 편직포(knitted fabric), UD 직물 및 다축 직물 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.Preferably, the form of the fibers constituting the fiber assembly may be at least one selected from a woven fabric, a nonwoven fabric, a knitted fabric, a UD fabric, and a multi-axial fabric.

바람직하게는, 스킨층 및 코어층 사이의 접착력은 95 내지 120gf/cm2인 것일 수 있다.Preferably, the adhesion between the skin layer and the core layer may be 95 to 120 gf/cm 2 .

바람직하게는, 샌드위치 복합재의 굴곡 탄성율은 3GPa 이상인 것일 수 있다.Preferably, the flexural modulus of the sandwich composite may be 3 GPa or greater.

또한, 상기 목적은, 둘 이상의 섬유를 적층하는 제1 단계, 적층된 섬유를 니들펀칭하여 스킨층을 이루는 섬유집합체를 제조하는 제2 단계, 폼재로 구성된 코어층의 양면에 스킨층을 적층하는 제3 단계, 매트릭스 수지를 적층된 코어층 및 스킨층에 주입하여 함침시키는 제4 단계 및 제 4단계 후 열 경화시켜 샌드위치 복합재를 제조하는 제5 단계를 포함하는 샌드위치 복합재의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, the above object is achieved by a method for manufacturing a sandwich composite, which comprises a first step of laminating two or more fibers, a second step of manufacturing a fiber aggregate forming a skin layer by needle punching the laminated fibers, a third step of laminating skin layers on both sides of a core layer composed of a foam material, a fourth step of injecting and impregnating a matrix resin into the laminated core layer and skin layer, and a fifth step of manufacturing a sandwich composite by heat curing after the fourth step.

바람직하게는, 제1 단계는 섬유 배열 방향을 소정의 각도로 배열하여 적층하는 것일 수 있다.Preferably, the first step may be to laminate the fibers by arranging them in a predetermined angle.

본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재 및 그의 제조방법에 따르면, 섬유를 니들펀칭 공정을 통해 적층함으로써 섬유 표면의 조도와 밀도를 변경하여 이종 소재 간의 계면 접착력을 향상시키고, 샌드위치 복합재의 제조 공정 중에 생길 수 있는 섬유 직물 배열의 흐트러짐을 방지할 수 있고, 우수한 강성과 경량 특성을 갖는 등의 효과를 가진다.According to a sandwich composite and a method for manufacturing the same according to one embodiment of the present invention, by laminating fibers through a needle punching process, the roughness and density of the fiber surface are changed, thereby improving the interfacial adhesiveness between different materials, preventing the fiber fabric arrangement that may occur during the manufacturing process of the sandwich composite, and having excellent rigidity and lightweight characteristics, etc.

또한, 니들펀칭 공정으로 형성된 스킨층의 강한 물리적 결합으로 인해 샌드위치 구조물의 적층 편의성 및 수지 주입 공정에서의 공정 편의성을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 가진다.In addition, it has the effect of improving the convenience of laminating sandwich structures and the process convenience in the resin injection process due to the strong physical bonding of the skin layer formed by the needle punching process.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 구성도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 섬유집합체를 니들펀칭하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 실제품을 나타내는 사진이다.
FIG. 1a is a configuration diagram of a sandwich composite according to one embodiment of the present invention.
FIG. 1b is a drawing illustrating a process of needle punching a fiber aggregate of a sandwich composite according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing explaining a method for manufacturing a sandwich composite according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a photograph showing an actual product of a sandwich composite according to one embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thickness is enlarged and shown. Similar parts are designated by the same drawing reference numerals throughout the specification. When a part such as a layer, film, region, or plate is said to be "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" the other part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be "directly on" another part, it means that there is no other part in between.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, this specification, including its definitions, will control. Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described herein.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 구성도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 섬유집합체를 니들펀칭하는 공정을 설명하는 도면이다.FIG. 1a is a diagram illustrating a configuration of a sandwich composite according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1b is a diagram explaining a process of needle punching a fiber aggregate of a sandwich composite according to one embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재는 폼재로 구성된 코어층(120)과 코어층(120)의 양면에 적층되며 둘 이상의 섬유를 니들펀칭하여 형성된 섬유집합체로 구성된 스킨층(110)을 포함하며, 코어층(120)과 스킨층(110)은 매트릭스 수지에 함침 후 경화된 것이다. 이하 각 구성을 분리하여 상세히 설명한다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a sandwich composite according to one embodiment of the present invention includes a core layer (120) composed of a foam material and a skin layer (110) composed of a fiber aggregate formed by needle-punching two or more fibers and laminated on both sides of the core layer (120), and the core layer (120) and the skin layer (110) are impregnated with a matrix resin and then cured. Each component will be described separately in detail below.

1. 스킨층(110)1. Skin layer (110)

스킨층(110)을 구성하는 섬유집합체는 단층뿐만 아니라 둘 이상의 섬유가 적층된 구조를 가진다.The fiber aggregate constituting the skin layer (110) has a structure in which two or more fibers are laminated, not just a single layer.

이때, 섬유집합체를 구성하는 섬유는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 옥시팬 섬유 및 하이브리드 섬유 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 섬유를 포함하는 것이 바람직하며, 탄소섬유를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 섬유의 형태는 직포(woven fabric), 부직포(nonwoven fabric), 편직포(knitted fabric), UD 직물 및 다축 직물 등과 같은 다양한 형태를 포함할 수 있다.At this time, it is preferable that the fibers constituting the fiber assembly include at least one fiber selected from carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, oxyfan fibers, and hybrid fibers, and it is more preferable to use carbon fibers. In addition, the form of the fibers may include various forms such as woven fabrics, nonwoven fabrics, knitted fabrics, UD fabrics, and multi-axial fabrics.

일 실시예에서, 스킨층(110)을 구성하는 섬유집합체는 둘 이상의 섬유를 니들펀칭하여 제조된 것일 수 있다. 일례로서, 평직 탄소섬유(12k) 적층물을 니들펀칭하여 섬유집합체를 제조할 수 있으며, UD 직물과 같이 섬유의 방향성에 따라 물성이 좌우되는 소재는 필요에 따라 각 층의 섬유 배열을 다르게 적층하여 니들펀칭 공정을 통해 섬유집합체를 제조할 수 있다.In one embodiment, the fiber assembly forming the skin layer (110) may be manufactured by needle-punching two or more fibers. As an example, the fiber assembly may be manufactured by needle-punching a laminate of plain-woven carbon fibers (12k), and a material whose properties are determined by the directionality of the fibers, such as a UD fabric, may be manufactured by differently stacking the fiber arrangements of each layer through a needle-punching process as needed.

도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 니들펀칭 공정에 사용되는 바늘(211)은 하부에 돌기(212)가 형성되어 있어, 바늘(211)이 둘 이상의 섬유가 적층된 섬유 적층물(210)을 관통하였을 때, 섬유와 섬유 사이에 Z축 물리적 네트워크(221)를 형성한다. 이때, Z축은 섬유 적층물의 두께 방향을 나타낸다. 예컨대, 바늘(211)이 관통된 탄소섬유 직물은 바늘에 존재하는 돌기(212)에 의해 두께 방향의 네트워크를 형성하기 때문에 각 섬유 층 간의 물리적 결속력을 강화시킬 뿐만 아니라, 섬유집합체의 최외각 표면의 특성을 변화시킬 수 있다. As illustrated in FIG. 1b, the needle (211) used in the needle punching process in the present invention has a protrusion (212) formed at the bottom, so that when the needle (211) penetrates a fiber laminate (210) in which two or more fibers are laminated, a Z-axis physical network (221) is formed between the fibers. At this time, the Z-axis represents the thickness direction of the fiber laminate. For example, since a carbon fiber fabric penetrated by a needle (211) forms a network in the thickness direction by the protrusion (212) present in the needle, it not only strengthens the physical bonding between each fiber layer, but also can change the characteristics of the outermost surface of the fiber aggregate.

일 실시예에서, 니들펀칭 간격은 X축: 1.5 내지 5mm, Y축: 1.5 내지 5mm인 것이 바람직하다. 이때, X축 및 Y축 니들펀칭 간격이 1.5mm 미만인 경우 섬유 손상으로 인해 물성 저하가 발생되고, 5mm 초과인 경우 섬유 간의 물리적 네트워크 형성이 어려운 문제가 있다.In one embodiment, the needle punching interval is preferably 1.5 to 5 mm in the X-axis and 1.5 to 5 mm in the Y-axis. At this time, if the X-axis and Y-axis needle punching interval is less than 1.5 mm, a deterioration in physical properties occurs due to fiber damage, and if it exceeds 5 mm, there is a problem that it is difficult to form a physical network between fibers.

또한, 니들펀칭에 의해 형성된 스킨층의 홀의 직경은 사용하는 바늘에 따라 결정되는 것으로, 65 내지 300㎛인 것이 바람직하다. 이때, 스킨층의 홀의 직경이 65㎛ 미만인 경우 섬유 간의 물리적 네트워크 형성이 어려우며, 300㎛ 초과인 경우 급격한 물성 저하를 일으킨다. In addition, the diameter of the hole of the skin layer formed by needle punching is determined depending on the needle used, and is preferably 65 to 300 ㎛. At this time, if the diameter of the hole of the skin layer is less than 65 ㎛, it is difficult to form a physical network between fibers, and if it exceeds 300 ㎛, a rapid deterioration of the physical properties occurs.

또한, 스킨층의 니들펀칭에 의해 형성된 홀의 면적 비율은 스킨층 1cm2 당 0.007 내지 3.5%인 것이 바람직하다. 이때, 홀의 면적비가 0.007% 미만인 경우 섬유 간의 물리적 네트워크 형성이 어려우며, 3.5%를 초과하는 경우 섬유 손상으로 인한 섬유집합체의 급격한 물성 저하를 유발하는 문제가 생긴다. In addition, it is preferable that the area ratio of the hole formed by the needle punching of the skin layer is 0.007 to 3.5% per 1 cm 2 of the skin layer. At this time, if the area ratio of the hole is less than 0.007%, it is difficult to form a physical network between fibers, and if it exceeds 3.5%, there occurs a problem of rapid deterioration of the physical properties of the fiber aggregate due to fiber damage.

본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재는 니들펀칭 공정을 통해 상술한 물성을 가져 요구되는 물리적 결합을 달성함으로써, 공정 과정에서 섬유집합체가 뒤틀리는 것을 방지하여 공정 과정에서 효율성을 제공한다.A sandwich composite according to one embodiment of the present invention has the above-described properties through a needle punching process to achieve the required physical bonding, thereby preventing the fiber aggregate from twisting during the process, thereby providing efficiency during the process.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재는 니들펀칭 공정을 통해 섬유집합체(220)를 형성함으로써, 섬유집합체 표면의 평균 조도를 증가시킨다. 이와 같이 니들펀칭에 의한 섬유집합체의 표면 조도 증가는 스킨층(110)을 구성하는 섬유집합체(220)와 코어층(120)을 구성하는 폼재 간의 계면 특성에 영향을 미친다.In addition, the sandwich composite according to one embodiment of the present invention forms a fiber aggregate (220) through a needle punching process, thereby increasing the average roughness of the surface of the fiber aggregate. In this way, the increase in surface roughness of the fiber aggregate by needle punching affects the interface characteristics between the fiber aggregate (220) constituting the skin layer (110) and the foam material constituting the core layer (120).

일 실시예에서, 섬유집합체(220)의 니들펀칭 전후 두께비는 하기 수학식 1을에 만족하는 것이 바람직하다.In one embodiment, it is preferable that the thickness ratio before and after needle punching of the fiber assembly (220) satisfies the following mathematical expression 1.

(수학식 1)(Mathematical formula 1)

1.25≤니들펀칭 후 섬유집합체 두께/니들펀칭 전 섬유집합체 두께 ≤61.25≤Fiber aggregate thickness after needle punching/Fiber aggregate thickness before needle punching ≤6

또한, 본 발명에서 스킨층(110)의 밀도는 1.2 내지 1.6g/cc인 것이 바람직하다. Additionally, in the present invention, it is preferable that the density of the skin layer (110) is 1.2 to 1.6 g/cc.

2. 코어층(120)2. Core layer (120)

코어층(120)은 폼재로 구성되며 양면에 스킨층(110)이 위치하고, 샌드위치 복합재의 내부에서 샌드위치 복합재가 필요로 하는 두께를 확보한다.The core layer (120) is composed of foam material and has skin layers (110) positioned on both sides, and secures the thickness required by the sandwich composite within the sandwich composite.

코어층(120)을 구성하는 폼재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메타크릴아미드(PMI) 및 우레탄 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 코어층(120)은 스킨층(110) 내부에 위치하여 스킨층(110)과 함께 매트릭스 수지에 함침 후 경화된다.It is preferable that the foam material constituting the core layer (120) includes at least one selected from polyethylene terephthalate (PET), polymethacrylamide (PMI), and urethane. In addition, the core layer (120) is positioned inside the skin layer (110) and is impregnated with a matrix resin together with the skin layer (110) and then cured.

상술한 스킨층(110)은 코어층(120) 양면에 적층된 상태에서 코어층(120)과 함께 매트릭스 수지에 함침 후 경화시켜 샌드위치 복합재를 제조한다. 이때, 매트릭스 수지는 에폭시 수지 또는 페놀 수지를 포함하는 것이 바람직하며, 에폭시 수지를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.The above-described skin layer (110) is laminated on both sides of the core layer (120) and then impregnated with matrix resin together with the core layer (120) and then cured to produce a sandwich composite. At this time, it is preferable that the matrix resin includes epoxy resin or phenol resin, and it is more preferable to use epoxy resin.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 제조방법을 설명하는 도면이다.FIG. 2 is a drawing explaining a method for manufacturing a sandwich composite according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 제조방법은 둘 이상의 섬유를 적층하는 제1 단계(a), 적층된 섬유를 니들펀칭하여 스킨층을 이루는 섬유집합체를 제조하는 제2 단계(b), 폼재로 구성된 코어층의 양면에 스킨층을 적층하는 제3 단계(c), 매트릭스 수지를 적층된 코어층 및 스킨층에 주입하여 함침시키는 제4 단계(d) 및 제 4단계 후 열 경화시켜 샌드위치 복합재를 제조하는 제5 단계(e)를 포함한다. 이하 각 단계에 대해 설명한다.Referring to FIG. 2, a method for manufacturing a sandwich composite according to one embodiment of the present invention includes a first step (a) of laminating two or more fibers, a second step (b) of manufacturing a fiber aggregate forming a skin layer by needle punching the laminated fibers, a third step (c) of laminating skin layers on both sides of a core layer formed of a foam material, a fourth step (d) of injecting and impregnating a matrix resin into the laminated core layer and skin layer, and a fifth step (e) of heat-curing the fourth step to manufacture a sandwich composite. Each step is described below.

먼저, 제1 단계(a)는 하나의 섬유 상에 적어도 하나의 다른 섬유를 적층하는 단계이다. 도 2에서는 5장의 섬유가 적층된 섬유집합체를 일례로 도시하고 있으나, 적층되는 섬유 직물의 개수는 요구하는 물성에 따라 상이하게 적용이 가능하다. 섬유 직물의 개수가 많아질수록 물성 향상을 기대할 수 있지만, 소재 유연성이 떨어져 곡면과 같은 다양한 형상의 구조물에 적용하는 것에 불리하고, 바늘의 내구성 저하로 인해 공정 효율 감소를 유발한다. 따라서, 필요로 하는 용도의 요구되는 물성을 고려하여 적층될 섬유의 개수를 조절하는 것이 바람직하다.First, the first step (a) is a step of laminating at least one other fiber on one fiber. In Fig. 2, a fiber assembly in which five fibers are laminated is illustrated as an example, but the number of laminated fiber fabrics can be applied differently depending on the required properties. As the number of fiber fabrics increases, improved properties can be expected, but the material flexibility is low, which is disadvantageous for application to structures of various shapes such as curved surfaces, and the durability of the needle decreases, which causes a decrease in process efficiency. Therefore, it is desirable to control the number of fibers to be laminated in consideration of the required properties of the required use.

이때, 섬유가 UD와 같이 섬유의 방향성에 따라 물성이 좌우되는 소재는 필요에 따라 섬유 배열 방향을 직각 또는 45도 각도와 같이 소정의 각도를 가지도록 배열하여 적층할 수 있다. 이때, 사용되는 섬유 종류는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 옥시팬 섬유 및 하이브리드 섬유 중에서 선택된 적어도 하나의 섬유를 포함하는 것이 바람직하며, 탄소섬유를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 섬유의 형태는 직포(woven fabric), 부직포(nonwoven fabric), 편직포(knitted fabric), UD 직물 및 다축 직물 등과 같은 다양한 형태를 포함할 수 있다.At this time, materials whose properties are affected by the direction of the fibers, such as UD, can be laminated by arranging the fiber arrangement direction to have a predetermined angle, such as a right angle or a 45 degree angle, as necessary. At this time, it is preferable that the type of fiber used includes at least one fiber selected from carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, oxyphane fiber, and hybrid fiber, and it is more preferable to use carbon fiber. In addition, the form of the fiber can include various forms, such as woven fabric, nonwoven fabric, knitted fabric, UD fabric, and multi-axial fabric.

다음으로, 제2 단계(b)는 적층된 섬유를 니들펀칭하여 스킨층을 이루는 섬유집합체를 제조하는 단계로, 니들펀칭을 통해 적층된 섬유에 수직방향으로 물리적 네트워크를 형성하여 섬유집합체를 만들어 섬유 표면의 조도 및 밀도를 조절하는 단계이다.Next, the second step (b) is a step of manufacturing a fiber assembly forming a skin layer by needle punching the laminated fibers, and is a step of forming a physical network in a vertical direction to the laminated fibers through needle punching to create a fiber assembly and control the roughness and density of the fiber surface.

이때, 65 내지 300㎛의 직경을 가지는 니들펀칭 바늘을 사용하여 니들펀칭 공정을 수행하여 형성된 홀의 직경이 65 내지 300㎛가 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 니들펀칭 바늘의 간격을 조절하여 니들펀칭에 의해 형성된 홀의 X축 및 Y축 간격이 1.5 내지 5mm가 되도록 하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to perform the needle punching process using a needle punching needle having a diameter of 65 to 300 μm so that the diameter of the hole formed is 65 to 300 μm. In addition, it is preferable to adjust the interval of the needle punching needles so that the interval between the X-axis and Y-axis of the hole formed by the needle punching is 1.5 to 5 mm.

다음으로, 제3 단계(c)는 폼재로 구성된 코어층의 양면에 스킨층을 적층하는 단계로서, 제2 단계에서 니들펀칭에 의해 섬유집합체 형태로 형성된 스킨층을 코어층을 형성하는 폼재의 양면에 위치시켜 적층하는 단계이다. 이때, 폼재의 종류는 PET, PMI, 우레탄 등을 포함할 수 있다.Next, the third step (c) is a step of laminating skin layers on both sides of a core layer composed of a foam material, in which the skin layers formed in the form of a fiber aggregate by needle punching in the second step are positioned and laminated on both sides of the foam material forming the core layer. At this time, the type of foam material may include PET, PMI, urethane, etc.

다음으로, 제4 단계(d)는 매트릭스 수지를 적층된 코어층 및 스킨층에 주입하여 함침시키는 단계로서, 적층된 코어층 및 스킨층을 금형 내에 위치시킨 후 매트릭스 수지를 주입한다. 주입되는 매트릭스 수지는 에폭시 계열의 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 상온, 저온 또는 고온 경화용 수지를 사용할 수 있다. 여기서 상온 경화는 25~30℃, 저온 경화는 40~70℃, 고온 경화는 70~120℃ 수준의 경화 온도를 의미한다.Next, the fourth step (d) is a step of injecting and impregnating the matrix resin into the laminated core layer and skin layer. The laminated core layer and skin layer are positioned in the mold, and then the matrix resin is injected. It is preferable to use an epoxy-based resin as the matrix resin to be injected, and a resin for room temperature, low temperature, or high temperature curing can be used. Here, room temperature curing means a curing temperature of 25 to 30°C, low temperature curing means 40 to 70°C, and high temperature curing means 70 to 120°C.

이때, 사용되는 금형은 스틸, 알루미늄 및 유리 중에서 선택된 어느 하나의 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 금형 내부에 이형제를 통해 이형 처리한 후 적층된 코어층 및 스킨층을 위치시키는 것이 바람직하다. 이러한 이형 처리는 매트릭스 수지가 투입되어 경화되었을 때, 금형에서 잘 떨어지도록 하기 위한 것으로, 일례로서 이형제를 도포하고 60℃에서 건조시키는 과정을 3회 반복하여 실시하면 이형 효과 향상에 더욱 바람직하다.At this time, it is preferable that the mold used is formed of one material selected from steel, aluminum, and glass. In addition, it is preferable that the core layer and skin layer are laminated after performing a release treatment using a release agent inside the mold. This release treatment is to ensure that the matrix resin is easily separated from the mold when injected and cured. As an example, it is more preferable to improve the release effect by repeating the process of applying a release agent and drying at 60°C three times.

보다 구체적으로, 적층된 코어층 및 스킨층에 매트릭스 수지를 주입하는 제4단계(d)에서는 이형 처리된 하판 금형 위에 필 플라이(peel fly)와 제3 단계(c)에서 형성된 적층물(코어층 및 스킨층 적층물)을 적층한 다음, 필 플라이 및 브리더(breather)를 차례로 추가 적층한 후, 배깅 필름(bagging film)을 덮은 다음 실란트 테이프(sealant tape)로 동봉하여 수지 투입 시스템을 준비한다. 만일 수지 투입 시스템에서 진공 상태로 진입할 때 적층물의 두께에 의해 배깅 필름의 찢어짐 현상이 나타난다면 적층물 주변에 뱅크(bank)를 배치하여 상기 현상을 방지해야 하며 뱅크 종류는 폼 형태의 소재를 활용할 수 있다.More specifically, in the fourth step (d) of injecting matrix resin into the laminated core and skin layers, a peel ply and the laminate (core and skin layer laminate) formed in the third step (c) are laminated on the released lower mold, and then a peel ply and a breather are sequentially laminated, and then a bagging film is covered and then sealed with a sealant tape to prepare a resin injection system. If the bagging film is torn due to the thickness of the laminate when entering a vacuum state in the resin injection system, a bank should be arranged around the laminate to prevent the above phenomenon, and the type of bank can utilize a foam-type material.

다음으로, 제5 단계(e)는 제 4단계 후 열 경화시켜 샌드위치 복합재를 제조하는 단계로서, 압력 구배에 의해 매트릭스 수지가 함침된 적층물을 열처리로 경화시켜 샌드위치 복합재(f)를 제조한다.Next, step 5 (e) is a step of manufacturing a sandwich composite by heat curing after step 4, in which a laminate impregnated with a matrix resin is cured by heat treatment by a pressure gradient to manufacture a sandwich composite (f).

상술한 제조방법을 통해 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재는 스킨층(110)과 코어층(120) 사이의 접착력은 95 내지 120gf/cm2인 것이 바람직하다. According to one embodiment of the present invention, a sandwich composite manufactured through the above-described manufacturing method preferably has an adhesive strength between the skin layer (110) and the core layer (120) of 95 to 120 gf/cm 2 .

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재는 굴곡 탄성율이 3GPa 이상인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the sandwich composite according to one embodiment of the present invention has a flexural modulus of 3 GPa or more.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재의 실제품을 나타내는 사진이다.FIG. 3 is a photograph showing an actual product of a sandwich composite according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상술한 도 1a 및 도 1b와 도 2에 기재된 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 복합재는 니들펀칭을 통해 표면 조도를 개선하고 밀도를 변화시켜, 매트릭스 수지의 함지율을 개선하고 스킨층과 코어층 사이의 계면 접착력을 개선하여 강도(굴곡 탄성율)가 우수한 샌드위치 복합재를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 3, the sandwich composite according to one embodiment of the present invention described in FIG. 1A and FIG. 1B and FIG. 2 described above can improve surface roughness and change density through needle punching, thereby improving the loading ratio of the matrix resin and improving the interfacial adhesion between the skin layer and the core layer, thereby providing a sandwich composite having excellent strength (flexural elastic modulus).

보다 구체적으로, 본 발명에 따르면 니들펀칭을 이용하여 섬유집합체를 제조하여 탄소섬유 직물 등의 프리폼 형태로 스킨층을 구성함으로써, 샌드위치 복합재 제조 공정 과정에서 생길 수 있는 섬유 직물 배열의 흐트러짐 현상을 방지할 수 있고, 또한 니들(바늘)이 통과한 탄소섬유 직물 등의 표면 거칠기를 증가시킴으로써 스킨층의 표면 조도가 증가함에 따라 코어층과 접촉 면적을 향상시켜 스킨층과 코어층 사이의 계면 결합력이 향상되며, 또한 니들펀칭으로 형성된 섬유집합체의 Z축 물리적 네트워크 구조로 인해 굴곡 하중 시에 섬유의 층간 사이의 전단력을 가져 계면이 박리되는 것을 방지할 수 있으며, 물리적 교락으로 벌키(Bulky)해진 스킨층에 의해 샌드위치 복합재의 강도가 향상될 수 있다.More specifically, according to the present invention, by manufacturing a fiber assembly using needle punching and forming a skin layer in the form of a preform such as carbon fiber fabric, it is possible to prevent the phenomenon of fiber fabric arrangement disorder that may occur during the manufacturing process of a sandwich composite, and further, by increasing the surface roughness of the carbon fiber fabric through which the needle has passed, the contact area with the core layer is improved as the surface roughness of the skin layer increases, thereby improving the interfacial bonding force between the skin layer and the core layer, and further, due to the Z-axis physical network structure of the fiber assembly formed by needle punching, it is possible to prevent the interface from peeling off by providing a shear force between the layers of fibers under a bending load, and the strength of the sandwich composite can be improved by the skin layer that has become bulky due to physical interlocking.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 설명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically through examples. These examples are intended to explain the present description more specifically, and the scope of the present invention is not limited to the examples.

[실시예][Example]

[실시예 1][Example 1]

(1) 섬유집합체 제조(1) Manufacturing of fiber aggregate

0.45mm 두께의 12k 탄소섬유 직물 5장을 적층한 후, CNC 가공 장치를 이용한 니들 금형을 통해 니들펀칭 공정을 진행하였다. 바늘의 관통 횟수는 1회이며, 바늘 하부에 존재하는 돌기 3개를 모두 관통시키는 방법으로 니들펀칭 공정을 진행하였다. 이때, 니들펀칭 공정에 의해 형성된 홀 직경이 65㎛이고, 홀의 X축 및 Y축 간격이 2.5mm가 되도록 하였다. 이와 같은 공정을 통해 동일한 2개의 섬유집합체를 제조하였다.After laminating five sheets of 12k carbon fiber fabric with a thickness of 0.45 mm, a needle punching process was performed using a needle mold using a CNC machining device. The number of needle penetrations was one, and the needle punching process was performed by penetrating all three protrusions existing at the bottom of the needle. At this time, the diameter of the hole formed by the needle punching process was 65 μm, and the interval between the X-axis and Y-axis of the hole was 2.5 mm. Two identical fiber assemblies were manufactured through this process.

(2) 샌드위치 복합재 제조(2) Manufacturing of sandwich composites

제조된 섬유집합체를 밀도가 0.171g/cc이고 두께가 10mm인 폴리에스테르테레프탈레이트(PET) 폼재의 양면에 위치시켜 적층물을 형성한 다음, 스틸로 형성된 금형 내에 이형제를 도포하고 60℃에서 건조시키는 과정을 3회 반복하여 이형 처리를 진행한 후, 이형 처리된 하판 금형 위에 필 플라이와 적층물을 적층하고 적층물 상에 다시 필 플라이 및 브리더를 차례로 추가 적층하고 배깅 필름을 덮은 다음 실란트 테이프로 처리하였다. 다음으로, 진공 상태에서 저온 경화용 에폭시 수지(resoltech, 1050 resin, 1056S hardener)를 주입한 뒤 60℃에서 2시간 열처리하여 샌드위치 복합재를 제조하였다.The manufactured fiber aggregate was positioned on both sides of polyester terephthalate (PET) foam material having a density of 0.171 g/cc and a thickness of 10 mm to form a laminate, and then the process of applying a release agent inside a steel mold and drying at 60°C was repeated three times to perform a release treatment, and then a peel ply and a laminate were laminated on the lower mold that had undergone the release treatment, and a peel ply and a breather were sequentially laminated again on the laminate, and a bagging film was covered and then treated with a sealant tape. Next, a low-temperature curing epoxy resin (resoltech, 1050 resin, 1056S hardener) was injected in a vacuum, and then heat-treated at 60°C for 2 hours to manufacture a sandwich composite.

[실시예 2] [Example 2]

홀 직경이 65㎛이고 홀의 X축 및 Y축 간격이 5mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 샌드위치 복합재를 제조하였다.A sandwich composite was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the hole diameter was 65 μm and the gap between the holes along the X-axis and Y-axis was 5 mm.

[실시예 3] [Example 3]

홀 직경이 300㎛이고 홀의 X축 및 Y축 간격이 1.5mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 샌드위치 복합재를 제조하였다.A sandwich composite was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the hole diameter was 300 μm and the gap between the holes along the X-axis and Y-axis was 1.5 mm.

[실시예 4] [Example 4]

0.45mm 두께의 12k 탄소섬유 직물을 2ply 적층하고, X축 및 Y 축 간격을 2.5mm로 니들펀칭을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 샌드위치 복합재를 제조하였다.A sandwich composite was manufactured in the same manner as in Example 1, except that two plies of 0.45 mm thick 12K carbon fiber fabric were laminated and needle punched at 2.5 mm intervals along the X and Y axes.

[비교예][Comparative example]

[비교예 1] [Comparative Example 1]

니들펀칭 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 샌드위치 복합재를 제조하였다.A sandwich composite was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the needle punching process was not performed.

[비교예 2] [Comparative Example 2]

홀 직경이 64㎛이고 홀의 X축 및 Y축 간격이 6mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 샌드위치 복합재를 제조하였다.A sandwich composite was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the hole diameter was 64 μm and the gap between the holes along the X-axis and Y-axis was 6 mm.

[비교예 3] [Comparative Example 3]

홀 직경이 301㎛이고 홀의 X축 및 Y축 간격이 1.0mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 샌드위치 복합재를 제조하였다.A sandwich composite was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the hole diameter was 301 μm and the gap between the holes along the X-axis and Y-axis was 1.0 mm.

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 샌드위치 복합재에 대하여, 하기 실험예를 통해 물성을 평가하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The physical properties of the sandwich composites manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated through the following experimental examples, and the results are shown in Table 1.

[실험예][Experimental example]

(1) 홀의 면적 비율 측정(1) Measurement of the area ratio of the hole

제조된 샌드위치 복합재의 경화물 표면을 연마기를 이용하여 연마한 후 광학현미경으로 표면을 관찰하여 홀의 직경과 X축 및 Y축 간격을 측정하여 면적비를 계산한다.After polishing the surface of the cured product of the manufactured sandwich composite using a polisher, the surface is observed using an optical microscope to measure the diameter of the hole and the spacing between the X-axis and Y-axis to calculate the area ratio.

(2) 니들펀칭 전후 두께비 측정(2) Measurement of thickness ratio before and after needle punching

섬유집합체 제조 단계에서 디지털 캘리퍼스(Mitutoyo, 500-500-10)를 사용하여 니들펀칭 공정을 수행하기 전의 적층된 섬유집합체의 두께를 측정하고, 니들펀칭 공정을 수행한 후 섬유집합체의 두께를 측정한 다음 수학식 1(니들펀칭 후 섬유집합체 두께/니들펀칭 전 섬유집합체 두께)에 따라 두께비를 계산한다.In the fiber assembly manufacturing step, the thickness of the laminated fiber assembly before the needle punching process is measured using a digital caliper (Mitutoyo, 500-500-10), the thickness of the fiber assembly after the needle punching process is measured, and the thickness ratio is calculated according to mathematical expression 1 (fiber assembly thickness after needle punching/fiber assembly thickness before needle punching).

(3) 표면 조도 측정(3) Surface roughness measurement

섬유집합체 제조 단계에서 제조된 섬유집합체를 표면 조도 측정기(TOKYO SEMITSU, Surfcom 1500SD3)를 이용하여 섬유집합체 표면의 중심선 평균 조도(Ra)를 10회 측정한 후 평균값을 계산한다.In the fiber assembly manufacturing step, the average roughness (Ra) of the center line of the surface of the fiber assembly is measured 10 times using a surface roughness measuring device (TOKYO SEMITSU, Surfcom 1500SD3), and then the average value is calculated.

(4) 계면 접착력 측정(4) Measurement of interface adhesion

제조된 샌드위치 복합재를 25 X 100mm(폭 X 길이) 크기로 절단하고 박리력 측정기(Cheminstruments, AR-2000)를 이용하여 시험 속도 500cm/min으로 계면 접착력을 측정한다. 이때, 5개 샘플을 측정 후 평균값을 계면 접착력으로 한다.The manufactured sandwich composite is cut into a size of 25 X 100 mm (width X length) and the interfacial adhesion is measured using a peel force measuring device (Cheminstruments, AR-2000) at a test speed of 500 cm/min. At this time, after measuring 5 samples, the average value is used as the interfacial adhesion.

(5) 밀도 측정(5) Density measurement

섬유집합체 제조 단계에서 제조된 섬유집합체를 폼재 없이 단독으로 실시예 1과 동일한 경화조건으로 경화시킨 후 Analytical balance(Sartorious, MSA Model)를 이용하여 밀도를 측정한다.In the fiber aggregate manufacturing step, the fiber aggregate manufactured is cured alone without foam material under the same curing conditions as in Example 1, and then the density is measured using an analytical balance (Sartorious, MSA Model).

(6) 굴곡탄성율(6) Flexural modulus

제조된 샌드위치 복합재를 하기 시험 조건에 따라 표준규격인 ASTM C393으로 4점 굽힘 시험을 진행하여 굴곡탄성율을 측정한다.The manufactured sandwich composite is subjected to a four-point bending test according to the standard ASTM C393 under the following test conditions to measure the flexural modulus.

<시험 조건><Test Conditions>

- 시편 크기(두께 x 폭 x 길이): 13.47 x 30 x 200mm- Dimensions of the specimen (thickness x width x length): 13.47 x 30 x 200mm

- Support span 길이: 150mm- Support span length: 150mm

- Load span 길이: 50mm- Load span length: 50mm

- 시험 속도: 6.0mm/min- Test speed: 6.0mm/min

홀 면적비
(%)
Hole area ratio
(%)
니들펀칭
전후
두께비
Needle punching
order
Thickness ratio
굴곡
탄성율
(GPa)
winding
Elasticity
(GPa)
Ra
(㎛)
Ra
(㎛)
계면
접착력
(gf/cm2)
Interface
Adhesion
(gf/cm 2 )
코어층
밀도
(g/cc)
Core layer
density
(g/cc)
스킨층
밀도
(g/cc)
Skin layer
density
(g/cc)
실시예1Example 1 0.053060.05306 5.955.95 3.743.74 0.340.34 100.53100.53 0.120.12 1.3391.339 실시예2Example 2 0.013260.01326 5.945.94 3.123.12 0.290.29 95.2895.28 0.120.12 1.3551.355 실시예3Example 3 3.46183.4618 5.945.94 4.074.07 0.410.41 118.22118.22 0.120.12 1.3031.303 실시예4Example 4 0.053060.05306 1.251.25 3.023.02 0.310.31 97.4497.44 0.120.12 1.3331.333 비교예1Comparative Example 1 -- -- 2.972.97 0.090.09 91.0291.02 0.120.12 1.5051.505 비교예2Comparative Example 2 0.012860.01286 5.955.95 2.752.75 0.280.28 91.3891.38 0.120.12 1.3521.352 비교예3Comparative Example 3 7.11217.1121 5.945.94 2.692.69 0.550.55 124.26124.26 0.120.12 1.2851.285

표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명의 구성을 만족하는 실시예 1 내지 3은 니들펀칭 공정을 통해 필요로 하는 표면 조도와 밀도를 확보함으로써 우수한 계면접착력과 함지율을 가지는 것을 알 수 있다.As described in Table 1, Examples 1 to 3 satisfying the composition of the present invention can be seen to have excellent interfacial adhesion and containment ratio by securing the required surface roughness and density through the needle punching process.

반면에, 니들펀칭 공정을 수행하지 않은 비교예 1은 니들펀칭 공정을 수행한 실시예 1과 비교하여, 표면 조도가 작아 계면 접착력이 떨어지며, 밀도가 높아 경량화에 불리한 것을 알 수 있다.On the other hand, it can be seen that Comparative Example 1, which did not perform the needle punching process, has a small surface roughness, low interfacial adhesion, and a high density, which is disadvantageous for weight reduction, compared to Example 1, which performed the needle punching process.

또한, 홀의 직경이 작고 홀의 간격이 넓은 비교예 2는 니들펀칭을 수행하지 않은 비교예 1에 비해 계면 접착력이 거의 증가하지 않았으며 오히려 홀의 직경이 너무 작고 간격이 과도하여 굴곡 탄성율과 같은 소재 물성이 저하되는 것을 알 수 있다.In addition, in Comparative Example 2, where the hole diameter is small and the gap between the holes is wide, the interfacial adhesive strength hardly increases compared to Comparative Example 1, where needle punching was not performed. Rather, it can be seen that the material properties, such as the flexural modulus, deteriorate because the hole diameter is too small and the gap is excessive.

또한, 홀의 직경이 크고 홀의 간격이 좁은 비교예 3은 계면 접착력은 증가하지만, 상대적으로 과도한 니들 펀칭으로 인해 소재의 물성이 저하되어 굴곡 탄성율이 떨어진 것을 알 수 있다.In addition, in Comparative Example 3, where the hole diameter is large and the hole spacing is narrow, the interfacial adhesive strength increases, but the material properties deteriorate due to relatively excessive needle punching, resulting in a lower flexural modulus.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

110: 스킨층
120: 코어층
210: 둘 이상의 섬유가 적층된 섬유 적층물
211: 니들펀칭 공정에 사용되는 바늘
212: 바늘 돌기
220: 섬유집합체
221: Z축 물리적 네트워크
110: Skin layer
120: Core layer
210: Fiber laminate in which two or more fibers are laminated
211: Needles used in needle punching process
212: Needle tip
220: Fiber aggregate
221: Z-axis physical network

Claims (12)

폼재로 구성된 코어층; 및
상기 코어층의 양면에 적층되며, 둘 이상의 섬유를 니들펀칭하여 섬유와 섬유 사이에 Z축 물리적 네트워크가 형성된 섬유집합체로 구성된 스킨층;
을 포함하며,
상기 코어층 및 스킨층은 매트릭스 수지에 함침 후 경화되며,
상기 스킨층의 니들펀칭에 의해 형성된 홀의 X축 및 Y축 간격이 1.5 내지 5mm이고, 홀의 직경은 65 내지 300㎛인, 샌드위치 복합재.
a core layer composed of foam material; and
A skin layer formed of a fiber assembly in which a Z-axis physical network is formed between fibers by needle-punching two or more fibers, and which is laminated on both sides of the core layer;
Including,
The above core layer and skin layer are impregnated with matrix resin and then cured.
A sandwich composite material, wherein the X-axis and Y-axis spacing of the holes formed by needle punching of the above skin layer is 1.5 to 5 mm, and the diameter of the holes is 65 to 300 μm.
제1항에 있어서,
상기 섬유집합체의 니들펀칭 전후 두께비는 하기 수학식 1을 만족하는, 샌드위치 복합재.
(수학식 1)
1.25≤니들펀칭 후 섬유집합체 두께/니들펀칭 전 섬유집합체 두께≤6
In the first paragraph,
A sandwich composite material in which the thickness ratio of the fiber assembly before and after needle punching satisfies the following mathematical expression 1.
(Mathematical formula 1)
1.25≤Fiber aggregate thickness after needle punching/Fiber aggregate thickness before needle punching≤6
제1항에 있어서,
상기 스킨층의 니들펀칭에 의해 형성된 홀의 면적 비율은 스킨층 1cm2 당 0.007 내지 3.5%인, 샌드위치 복합재.
In the first paragraph,
A sandwich composite material, wherein the area ratio of holes formed by needle punching of the above skin layer is 0.007 to 3.5% per 1 cm2 of the skin layer.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스킨층의 밀도는 1.2 내지 1.6g/cc이고,
상기 코어층의 밀도는 0.08 내지 0.2g/cc인, 샌드위치 복합재.
In the first paragraph,
The density of the above skin layer is 1.2 to 1.6 g/cc,
A sandwich composite having a density of the core layer of 0.08 to 0.2 g/cc.
제1항에 있어서,
상기 섬유집합체를 구성하는 섬유는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 옥시팬 섬유 및 하이브리드 섬유 중에서 선택된 적어도 하나인, 샌드위치 복합재.
In the first paragraph,
A sandwich composite, wherein the fibers constituting the above fiber assembly are at least one selected from carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, oxyphane fibers, and hybrid fibers.
제1항에 있어서,
상기 섬유집합체를 구성하는 섬유의 형태는 직포(woven fabric), 부직포(nonwoven fabric), 편직포(knitted fabric), UD 직물 및 다축 직물 중에서 선택된 적어도 하나인, 샌드위치 복합재.
In the first paragraph,
A sandwich composite, wherein the form of the fibers constituting the above fiber assembly is at least one selected from a woven fabric, a nonwoven fabric, a knitted fabric, a UD fabric, and a multi-axial fabric.
제1항에 있어서,
상기 스킨층 및 상기 코어층 사이의 접착력은 95 내지 120gf/cm2인, 샌드위치 복합재.
In the first paragraph,
A sandwich composite having an adhesive strength between the skin layer and the core layer of 95 to 120 gf/cm 2 .
제1항에 있어서,
상기 샌드위치 복합재의 굴곡 탄성율은 3GPa 이상인, 샌드위치 복합재.
In the first paragraph,
A sandwich composite having a flexural modulus of 3 GPa or more.
제1항에 따른 샌드위치 복합재의 제조방법에 있어서,
둘 이상의 섬유를 적층하는 제1 단계;
적층된 섬유를 니들펀칭하여 스킨층을 이루는 섬유집합체를 제조하는 제2 단계;
폼재로 구성된 코어층의 양면에 스킨층을 적층하는 제3 단계;
매트릭스 수지를 적층된 코어층 및 스킨층에 주입하여 함침시키는 제4 단계;
제 4단계 후 열 경화시켜 샌드위치 복합재를 제조하는 제5 단계;
를 포함하는, 샌드위치 복합재의 제조방법.
In the method for manufacturing a sandwich composite according to Article 1,
A first step of laminating two or more fibers;
A second step of manufacturing a fiber assembly forming a skin layer by needle punching laminated fibers;
A third step of laminating skin layers on both sides of a core layer made of foam material;
A fourth step of impregnating the laminated core layer and skin layer with matrix resin;
Step 5: heat curing after Step 4 to produce a sandwich composite;
A method for manufacturing a sandwich composite, comprising:
제11항에 있어서,
상기 제1 단계는 섬유 배열 방향을 소정의 각도로 배열하여 적층하는, 샌드위치 복합재의 제조방법.
In Article 11,
The above first step is a method for manufacturing a sandwich composite by arranging the fiber arrangement direction at a predetermined angle and laminating it.
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