特許 6643467 繊維強化樹脂複合材の製造方法、繊維強化樹脂複合材及び成形品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6643467

(24)【登録日】2020年1月8日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】繊維強化樹脂複合材の製造方法、繊維強化樹脂複合材及び成形品

(51)【国際特許分類】

   D06M 15/227 20060101AFI20200130BHJP

   D06M 13/513 20060101ALI20200130BHJP

   C08J 5/04 20060101ALI20200130BHJP

   C08J 5/08 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   D06M15/227

   D06M13/513

   C08J5/04CER

   C08J5/08CEZ

【請求項の数】14

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-515492(P2018-515492)

(86)(22)【出願日】2016年9月26日

(65)【公表番号】特表2018-529851(P2018-529851A)

(43)【公表日】2018年10月11日

(86)【国際出願番号】KR2016010728

(87)【国際公開番号】WO2017052315

(87)【国際公開日】20170330

【審査請求日】2018年3月23日

(31)【優先権主張番号】10-2015-0136693

(32)【優先日】2015年9月25日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】513132586

【氏名又は名称】ジーエス カルテックス コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110002321

【氏名又は名称】特許業務法人永井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ソ，ジョンテ

(72)【発明者】

【氏名】イ，スンジェ

(72)【発明者】

【氏名】ブ，ウンジェ

【審査官】 春日 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２８９６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１８８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１３７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１４５７４６６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１８７７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７０６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３８９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１４７７０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１６６１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０９５４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５１２３３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ０６Ｍ１３／００−１５／７１５

Ｂ０５Ｄ１／００−７／２６

Ｂ２９Ｂ１１／１６

１５／０８−１５／１４

Ｃ０８Ｊ５／０４−５／１０

５／２４

Ｄ０１Ｆ１１／００−１３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

繊維フィラメントを紡糸する段階；
前記紡糸される繊維フィラメントに、粘度が２５℃で３００ｃＰ〜１０，０００ｃＰである、含浸樹脂エマルジョンを噴射して、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階；及び、
前記表面がコーティングされた繊維フィラメントをバンドリングして繊維ストランドを形成する段階；を含み、
バンドリングされた前記繊維ストランドを再び開繊または広幅化した後に別の樹脂含浸槽に通すか浸漬する段階を有しない繊維強化樹脂複合材の製造方法。

【請求項2】

前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記繊維フィラメントの表面は、０．０３μｍ〜５．５μｍの厚みでコーティングされる、請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材の製造方法。

【請求項3】

前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記含浸樹脂エマルジョンは、３０゜〜１５０゜の噴射角度で噴射される、請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材の製造方法。

【請求項4】

前記繊維ストランドを形成する段階の前に、前記表面がコーティングされた繊維フィラメントに再び含浸樹脂エマルジョンを噴射して、これの表面をコーティングする段階をもう１回行うか、又は数回さらに繰り返して行う段階；をさらに含む、請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材の製造方法。

【請求項5】

前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記含浸樹脂エマルジョンは、集束剤を含まないか、又は集束剤をさらに含む、請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材の製造方法。

【請求項6】

請求項１〜請求項５のいずれかによる製造方法によって製造されて、含浸樹脂内に存在する繊維フィラメント間の離隔距離が０．０６μｍ〜１１μｍである繊維ストランドを含む繊維強化樹脂複合材。

【請求項7】

前記含浸樹脂対前記繊維フィラメントの重量比が１：３．７〜１：９９８である、請求項６に記載の繊維強化樹脂複合材。

【請求項8】

前記繊維フィラメントの含量が７９重量％〜９９．８重量％である、請求項６に記載の繊維強化樹脂複合材。

【請求項9】

集束剤を含まないか、又は集束剤をさらに含む、請求項６に記載の繊維強化樹脂複合材。

【請求項10】

前記繊維ストランドを巻き取って整理した連続繊維強化樹脂複合材であるか、又は前記繊維ストランドを切断して形成した長繊維強化樹脂複合材である、請求項６に記載の繊維強化樹脂複合材。

【請求項11】

請求項６による繊維強化樹脂複合材が射出成形して製造された成形品。

【請求項12】

引張り強度が４０ＭＰａ〜１７５ＭＰａである、請求項１１に記載の成形品。

【請求項13】

衝撃強度が５ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ〜３５ｋｇ・ｃｍ／ｃｍである、請求項１１に記載の成形品。

【請求項14】

前記繊維強化樹脂複合材に熱可塑性樹脂の混合した混合物が射出成形して製造された、請求項１１に記載の成形品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維強化樹脂複合材の製造方法、繊維強化樹脂複合材及び成形品に関する。

【背景技術】

【0002】

繊維強化樹脂複合材は例えば、樹脂を基材として含み、繊維を強化材として含む複合材を意味し、いわゆる繊維強化プラスチックとも言える。

【0003】

普通、繊維フィラメントは、飛散しやすくて絡み合う性質があり、バインダー又は集束剤などによって繊維ストランド又は繊維束から形成して使用しているが、前述した繊維強化樹脂複合材は、繊維ストランド又は繊維束の間に樹脂を浸透または含浸させる工程によって製作されている。

【0004】

このとき、かかる繊維ストランド又は繊維束の間に樹脂がより容易に浸透または含浸されるほど、すなわち、含浸工程の効率が増加するほど、製造する繊維強化樹脂複合材内に含まれた繊維の含量を増加するだけでなく、繊維の分散性も向上させることができるため、これから製作される成形品は例えば、引張り強度、衝撃強度などのような物性にさらに優れている。

【0005】

但し、前述したように、繊維ストランド又は繊維束は、バインダー又は集束剤によって集束されており、含浸工程を行う時に樹脂がこれらの間へ浸透または含浸しにくく、そのため、繊維ストランド又は繊維束の外部面上に樹脂層を比較的に厚く形成して繊維強化樹脂複合材を製造するしかないが、この場合、繊維の分散性などを考慮すると、このような繊維強化樹脂複合材内に含まれる繊維の含量を一定水準以上に増加させることができない。

【0006】

このため、最近、繊維ストランド又は繊維束を開繊または広幅化した後に樹脂を含浸させる方法によって含浸工程の効率を増加させる方法が用いられており、具体的には、繊維ストランド又は繊維束を形成する時に使用される集束剤などの含量が高いほど、開繊または広幅化しにくいため、これの含量を最小化することで、これらをより幅広く開繊または広幅化しようとする研究を続けている。

【0007】

しかし、このように、開繊または広幅化して含浸させる方法だけでは、含浸工程の効率が足りず、繊維強化樹脂複合材内に含まれる繊維の含量を所望の水準に増加し難い問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の一具現例において、繊維ストランドの内部に樹脂が含浸される程度、すなわち、繊維ストランドに対する樹脂の含浸効率を効果的に向上させるとともに、製造工程を単一化して時間及び費用をさらに節減できる繊維強化樹脂複合材の製造方法を提供する。

【0009】

本発明の他の具現例において、繊維フィラメントの間に含浸樹脂が足りながら、より均一に含浸することができ、繊維をさらに高い含量含む繊維強化樹脂複合材を提供する。

【0010】

本発明のさらに他の具現例において、引張り強度及び衝撃強度などの物性をより広い範囲で好適に調節して、さらに多様な用途に利用することができながら、優れた生産効率及び経済性を具現する成形品を提供する。

【0011】

しかし、本発明が達成しようとする技術的課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記の記載から通常の技術者に明確に理解される。

【課題を解決しようとする手段】

【0012】

本発明の一具現例において、繊維フィラメントを紡糸する段階；前記紡糸される繊維フィラメントに含浸樹脂エマルジョンを噴射して、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階；及び前記表面がコーティングされた繊維フィラメントをバンドリング（ｂｕｎｄｌｉｎｇ）して繊維ストランドを形成する段階；を含む繊維強化樹脂複合材の製造方法を提供する。

【0013】

前記製造方法が繊維ストランドを形成する前である、繊維フィラメントを紡糸する過程において、含浸樹脂エマルジョンを噴射して、前記繊維フィラメントの表面をコーティングし、次いで、前記表面がコーティングされた繊維フィラメントから繊維ストランドを形成してもよい。

【0014】

それによって、前記製造方法によって形成される繊維ストランドは、前記繊維フィラメントの間に前記含浸樹脂が十分に含浸されるため、前記繊維ストランド内における繊維がさらに高い含量含まれる利点がある。

【0015】

また、前記製造方法では、集束した繊維ストランドを再び開繊または広幅化した後に別の樹脂含浸槽などに通すか浸漬する段階を省略してもよく、それによって、全体的に製造工程が単一化されることで、生産効率及び経済性が効果的に向上する。

【0016】

前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記繊維フィラメントの表面は、約０．０３μｍ〜約５．５μｍの厚みでコーティングされる。

【0017】

前記範囲内の厚みでコーティングされることで、前記繊維ストランド内における前記含浸樹脂が前記繊維フィラメントの間に足りる含量で存在することになり、優れた含浸効率を具現しながら、前記繊維フィラメントが均一な間隔で離隔して存在するため繊維の分散性も効果的に向上する。

【0018】

本発明の他の具現例において、前記製造方法によって製造されて、含浸樹脂内に存在する繊維フィラメント間の離隔距離が約０．０６μｍ〜約１１μｍである繊維ストランドを含む繊維強化樹脂複合材を提供する。

【0019】

前記範囲内の離隔距離で存在することで、前記繊維ストランド内における前記含浸樹脂が繊維フィラメントの間に十分に、且つ均一な水準で存在するため、繊維を相対的に高い含量含むことができ、また、繊維の分散性も向上させることができる。また、それによって、これから製造される成形品の物性をより広い範囲で好適に調節することができ、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【0020】

具体的には、前記離隔距離が約０．０６μｍ未満である場合、前記繊維フィラメント１２０の表面のコーティングが十分に行われず、含浸樹脂の含浸程度が低下しながら作業過程において繊維が飛散する場合があり、前記離隔距離が約１１μｍを超える場合には繊維の含量が相対的に低くなりすぎる問題がある。

【0021】

また、前記繊維強化樹脂複合材内において、前記繊維フィラメントの含量は例えば、約７９重量％〜約９９．８％であってもよいし、具体的には、約９２．３重量％〜約９９．８重量％であってもよい。

【0022】

前記範囲内の高い水準の含量で前記繊維フィラメントを含むことで、前記繊維強化樹脂複合材によって形成された成形品は、これの物性をより広い範囲で好適に調節することができ、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【発明の効果】

【0023】

前記繊維強化樹脂複合材の製造方法は、繊維ストランドに対する樹脂の含浸効率を効果的に向上させるとともに、製造工程を単一化して時間及び費用をさらに節減することができる。

【0024】

また、前記繊維強化樹脂複合材は、繊維フィラメントの間に含浸樹脂が足りながら、より均一に含浸することができ、繊維をさらに高い含量含む。

【0025】

また、前記成形品は、引張り強度及び衝撃強度などの物性がより広い範囲で好適に調節されて、さらに多様な用途に利用するとともに、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一具現例による繊維強化樹脂複合材の製造方法の概略的な工程流れ図である。

【図2】本発明の他の具現例による繊維強化樹脂複合材の概略的な断面図である。

【図3】一噴射装置の噴射角度を説明する概略的な模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に、添付の図面を参考して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳説する。本発明は、異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。

【0028】

本発明を明確に説明するため説明と関係ない部分は省略しており、全明細書における同一または類似の構成要素に対しては、同じ参照符号を付する。

【0029】

図面において、複数の層及び領域を明確に表現するため厚みを拡大して示した。また、図面において、説明の便宜のため一部の層及び領域の厚みを誇張して示した。

【0030】

図１は、本発明の一具現例による繊維強化樹脂複合材の製造方法の工程流れ図を概略的に示す。

【0031】

前記製造方法は、繊維フィラメントを紡糸する段階（Ｓ１）；前記紡糸される繊維フィラメントに含浸樹脂エマルジョンを噴射して、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階（Ｓ２）；及び前記表面がコーティングされた繊維フィラメントをバンドリング（ｂｕｎｄｌｉｎｇ）して繊維ストランドを形成する段階（Ｓ３）；を含む。

【0032】

普通、繊維ストランド又は繊維束は、バインダー又は集束剤によって集束されており、含浸工程を行う時に樹脂がこれらの間へ浸透または含浸しにくく、そのため、繊維ストランド又は繊維束の外部面上に樹脂層を比較的に厚く形成して繊維強化樹脂複合材を製造するしかないが、この場合、繊維の分散性などを考慮すると、このような繊維強化樹脂複合材内に含まれる繊維の含量を一定程度水準以上に増加させることができない。

【0033】

このため、最近、繊維ストランド又は繊維束を開繊または広幅化した後に樹脂を含浸させる方法によって含浸工程の効率を増加する方法が用いられており、具体的には、繊維ストランド又は繊維束を形成する時に使用される集束剤などの含量が高いほど、開繊または広幅化しにくいため、これの含量を最小化することで、これらをより幅広く開繊または広幅化しようとする研究を続けている。

【0034】

しかし、このように、開繊または広幅化して含浸させる方法だけでは、含浸工程の効率が足りず、繊維強化樹脂複合材内に含まれる繊維の含量を所望の水準に増加し難い問題がある。

【0035】

さらに、前述した開繊または広幅化して含浸させる方法を利用する繊維強化樹脂複合材の製造工程は、繊維フィラメントをバンドリングして繊維ストランド又は繊維束を形成する工程；及びこれを再び開繊または広幅化した後に液状の含浸樹脂を含有した含浸槽に通すか浸漬する工程；を必ず伴っており、全体的には、製造工程が２段階に二元化して分離されることによって、時間及び費用が一層かかり、生産効率及び経済性が低下する。

【0036】

このため、本発明の一具現例では、前記製造方法によって繊維ストランドを形成する前である、繊維フィラメントを紡糸する過程において、含浸樹脂エマルジョンを噴射して、前記繊維フィラメントの表面をコーティングし、次いで、前記表面がコーティングされた繊維フィラメントをバンドリングして繊維ストランドを形成する。

【0037】

それによって、前記製造方法によって形成される繊維ストランドは、前記繊維フィラメントの間に前記含浸樹脂が十分に含浸されるため、前記繊維ストランド内における繊維がさらに高い含量含まれる利点がある。

【0038】

また、前記製造方法では、集束された繊維ストランドを再び開繊または広幅化した後に別の樹脂含浸槽などに通すか浸漬する段階を省略してもよく、それによって、全体的に製造工程が単一化されることで、生産効率及び経済性が効果的に向上する。

【0039】

前記製造方法において、繊維フィラメントを紡糸することができる。前記繊維フィラメントの紡糸は、この技術分野で公知された繊維紡糸機を用いて紡糸してもよいし、例えば、ブッシング（ｂｕｓｈｉｎｇ）などを用いて紡糸してもよいが、これに制限されるものではない。

【0040】

前記繊維フィラメントは例えば、約４００ｍ／ｍｉｎ〜約７００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で紡糸してもよい。

【0041】

前記範囲内の紡糸速度で紡糸することで、前記繊維フィラメントの直径を好適に調節することができるとともに、前記繊維フィラメントの断糸発生を防止して、作業性を向上させることができる。

【0042】

また、前記繊維フィラメントは、断面直径が例えば、約１０μｍ〜約３０μｍであってもよいが、これに制限されるものではない。

【0043】

また、前記繊維フィラメントは、有機繊維、無機繊維、又はこれら全てを含んでいてもよいし、具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ナイロン繊維、天然繊維、玄武岩繊維（ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも１つを含む材質であってもよいが、これに制限されるものではない。

【0044】

前記製造方法において、前記紡糸される繊維フィラメントに含浸樹脂エマルジョンを噴射して、前記繊維フィラメントの表面をコーティングしてもよい。また、前記表面がコーティングされた繊維フィラメントをバンドリングして繊維ストランドを形成してもよい。

【0045】

このように、前記繊維フィラメントをバンドリングする前に含浸樹脂エマルジョンで表面をコーティングすることによって、前記繊維ストランドを形成した後、これを再び開繊するか広幅化して、液状の含浸樹脂を含有した別の含浸槽などに通すか浸漬する工程を追加して適用する必要がない。

【0046】

また、従来の繊維ストランドの間に含浸樹脂が浸透しにくく、含浸工程の効率が非常に低かったこととは違って、前記製造方法によれば、前記繊維ストランド内における前記含浸樹脂が繊維フィラメントの間に十分に、且つ均一な水準で存在し、それによって、前記繊維ストランドは、繊維をさらに高い含量含んでいてもよい。

【0047】

一具現例において、前記繊維ストランドを形成する段階の前に、前記表面がコーティングされた繊維フィラメントに再び含浸樹脂エマルジョンを噴射して、これの表面をコーティングする段階をもう１回行うか、又は数回さらに繰り返して行う段階；をさらに含んでいてもよい。

【0048】

それによって、前記繊維ストランドの間に含浸される含浸樹脂の含量を発明の目的及び用途によって好適に増加することができるため、前記繊維ストランドの物性を容易に調節することができ、さらに多様な用途に適用することができる。

【0049】

例えば、前記表面がコーティングされた繊維フィラメントに再び含浸樹脂エマルジョンを噴射して、これの表面をコーティングする段階を総２回〜５回さらに繰り返して行ってもよい。

【0050】

前記範囲内の回数で繰り返して行うことで、前記繊維ストランド内における前記含浸樹脂の含量を好適に増加させるとともに、相対的に前記繊維の含量を依然として高い水準に維持することができる。

【0051】

前記含浸樹脂エマルジョンは、含浸樹脂を含み、前記含浸樹脂は、熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。

【0052】

前記熱可塑性樹脂は例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエテル樹脂、ポリプロピレン−ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリブチレンテレフタラート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、ナイロン樹脂、ポリエテルイミド樹脂、及びこれらの組み合わせを含む群から選択された少なくとも１つを含んでいてもよいが、これに限定されない。

【0053】

また、前記熱可塑性樹脂は例えば、粒子状に形成されて、熱可塑性樹脂の粒子であってもよいし、前記熱可塑性樹脂の粒子の平均粒度は、約１００ｎｍ〜約１００μｍであってもよい。

【0054】

前記範囲内の平均粒度を有することで、前記熱可塑性樹脂の粒子の大きさが好適に調節されて、優れたコーティング性を具現することができ、それによって、製品の物性をさらに均一な水準で形成し、信頼性を向上させることができる。

【0055】

前記繊維フィラメントの表面をコーティングするに利用する前記含浸樹脂エマルジョンは、例えば、前記含浸樹脂を約１．７５重量％〜約７．０重量％含んでいてもよいが、これに制限されるものではない。

【0056】

前記範囲内の含量で含むことによって、前記繊維フィラメントの表面に前記含浸樹脂を十分にコーティングさせながらも、前記含浸樹脂エマルジョンの粘度を好適に調節して噴射装置から容易に噴射することができる。

【0057】

前記含浸樹脂エマルジョンの粘度は、約２５℃で約３００ｃＰ〜約１０，０００ｃＰであってもよい。前記範囲内の粘度を有することで、前記繊維フィラメントの表面に十分にコーティングされながら、噴射装置から容易に噴射される。

【0058】

また、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記噴射される含浸樹脂エマルジョンの温度は、例えば、約５℃〜約５０℃であってもよい。

【0059】

前記含浸樹脂エマルジョンは例えば、希釈剤、カップリング剤、界面活性剤、帯電防止剤、酸化防止剤、熱安定剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも１つをさらに含んでいてもよい。

【0060】

前記希釈剤は例えば、水であってもよいが、これに制限されない。

【0061】

前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記含浸樹脂エマルジョンは、集束剤を含まないか、又は集束剤をさらに含んでいてもよい。

【0062】

一具現例において、前記繊維フィラメントの表面にコーティングされる含浸樹脂は、所定の粘度を有しているため、別途集束剤を処理しなくても、前記繊維フィラメントをバンドリングすることができる。

【0063】

具体的には、前記繊維フィラメントをバンドリングする過程において、これを集束剤で処理する別の集束工程を適用する必要がなく、前記表面がコーティングされた繊維フィラメントを容易にバンドリングして、前記繊維ストランドを形成してもよい。

【0064】

また、発明の目的及び用途によって、前記含浸樹脂エマルジョンは、前記集束剤をさらに含んでいてもよいし、このとき、含まれる集束剤の含量は、低含量に限らず、低含量から高含量までより広い範囲内で好適に選択して含んでいてもよい。

【0065】

前記集束剤の含量を増加させるほど、作業過程において、繊維フィラメントが飛散するか絡み合う傾向が減少し、繊維材料の損失を防止しながらも作業環境を向上させることができる。

【0066】

前記集束剤は例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−Ｎ’−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びこれらの加水分解物を含む群から選択された少なくとも１つを含んでいてもよいが、これに制限されるものではない

【0067】

前記含浸樹脂エマルジョンの噴射方法は、この技術分野で公知された噴射装置を用いて行うことができ、例えば、噴射ノズルを備えた噴射装置を用いて噴射してもよいが、特に限定されるものではない。

【0068】

また、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記含浸樹脂エマルジョンは、約３０゜〜約１５０゜の噴射角度で噴射されて、具体的には、約８０゜〜約１２０゜の噴射角度で噴射されてもよい。

【0069】

前記噴射角度は、図３のように示すことができ、例えば、噴射ノズルから噴射される噴射液の描くパターンが広くなる角度を意味し、いわゆる噴霧角とも言える。

【0070】

前記範囲の噴射角度（θ）で噴射されることで、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする時に冷却効果を向上させながら、噴射ノズルが詰まることを防止して、噴射装置の寿命をさらに延長することができる。

【0071】

具体的には、前記噴射角度が約３０゜未満である場合、前記含浸樹脂エマルジョンが固まる現象が発生して、コーティング性が著しく低下し、約１５０゜を超える場合、冷却効率が著しく低下する問題がある。

【0072】

一具現例において、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする段階において、前記繊維フィラメントの表面は、約０．０３μｍ〜約５．５μｍの厚みでコーティングされてもよいし、具体的には、約０．１０μｍ〜約２．０μｍの厚みでコーティングされてもよい。

【0073】

前記範囲内の厚みでコーティングされることで、前記繊維ストランド内における前記含浸樹脂が前記繊維フィラメントの間に足りる含量で存在することになり、優れた含浸効率を具現することで、繊維を高含量含み、また、前記繊維フィラメントが均一な間隔で離隔して存在するため、繊維の分散性も向上する。

【0074】

前述したように、表面がコーティングされた繊維フィラメントをバンドリング（ｂｕｎｄｌｉｎｇ）して繊維ストランドを形成することができ、それによって、前記繊維ストランドは、含浸樹脂及び前記含浸樹脂内に存在する繊維フィラメントを含むように形成される。

【0075】

また、前記含浸樹脂内に存在する繊維フィラメント間の離隔距離は、例えば、約０．０６μｍ〜約１１μｍとなるように形成してもよいし、具体的には、約０．２０μｍ〜約４．０μｍとなるように形成してもよい。前記離隔距離とは、隣り合う繊維フィラメントが相互離れた平均距離または平均間隔を意味する。

【0076】

前記範囲内の離隔距離になるように形成することで、前記繊維ストランド内における前記含浸樹脂が繊維フィラメントの間に十分に、且つ均一な水準で存在するため、繊維を相対的に高い含量含み、また、繊維の分散性も向上する。

【0077】

また、前記繊維ストランドを形成する段階において、前記繊維ストランドは、これに含まれた前記含浸樹脂対前記繊維フィラメントの重量比が約１：３．７〜約１：９９８となるように形成されてもよい。

【0078】

前記範囲内の重量比になるように形成することで、前記含浸樹脂が前記繊維フィラメントの間に十分に存在することになり、前述したように、含浸効率を効果的に向上させることができる。

【0079】

また、前記繊維ストランドは、これに含まれた繊維フィラメントの含量が例えば、約７９重量％〜約９９．８％となるように形成されて、具体的には、約９２．３重量％〜約９９．８重量％となるように形成されてもよい。

【0080】

前記範囲内の高い水準の含量で前記繊維フィラメントを含むように形成することで、前記繊維強化樹脂複合材によって形成された成形品は、これの物性をより広い範囲で好適に調節することができ、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【0081】

前記繊維ストランド１つ当たりバンドリングされた繊維フィラメントは、５００個〜６，０００個であってもよいが、これに制限されるものではない。

【0082】

前記製造方法において、前記繊維ストランドを巻き取って整理し、連続繊維強化樹脂複合材として利用するか、又は、前記繊維ストランドを切断して長繊維強化樹脂複合材に形成する段階；をさらに含む。

【0083】

すなわち、前記繊維ストランドをそのまま連続繊維強化樹脂複合材として利用することができ、この場合、所定のボビン（ｂｏｂｂｉｎ）に巻き取って整理して保管した後、発明の目的及び用途によって好適な長さに利用することができる。また、前記繊維ストランドを前記連続繊維強化樹脂複合材として利用する場合に比べて、より短い長さに切断して長繊維強化樹脂複合材に形成することもできる。

【0084】

前記長繊維強化樹脂複合材は、ペレット状であってもよい。

【0085】

前記繊維ストランドを切断して、前記長繊維強化樹脂複合材に形成する場合、約３ｍｍ〜約１００ｍｍの長さとなるように切断してもよく、それによって、前記繊維強化樹脂複合材内に含まれた長繊維フィラメントの長さを好適に調節することができる。

【0086】

前記長繊維強化樹脂複合材に含まれた前記長繊維強化フィラメントの長さは、例えば、約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍとなるように形成してもよい。前記範囲内の長さとなるように製造することで、前記繊維強化樹脂複合材の機械的、熱的物性を好適に調節することができる。

【0087】

図２は、本発明の他の具現例による繊維強化樹脂複合材１００の断面図を概略的に示す。

【0088】

本発明の他の具現例において、前記製造方法によって製造されて、含浸樹脂１１０内に存在する繊維フィラメント１２０間の離隔距離（ｄ）が約０．０６μｍ〜約１１μｍである繊維ストランドを含む繊維強化樹脂複合材１００を提供する。前記離隔距離（ｄ）は、具体的には約０．２０μｍ〜約４．０μｍであってもよい。

【0089】

前記範囲内の離隔距離（ｄ）で存在することで、前記繊維ストランド内における前記含浸樹脂１１０が繊維フィラメント１２０の間に十分に、且つ均一な水準で存在するため、繊維を相対的に高い含量含むことができ、また、繊維の分散性も向上させることができる。また、それによって、これから製造される成形品の物性をより広い範囲で好適に調節することができ、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【0090】

具体的には、前記離隔距離（ｄ）が約０．０６μｍ未満である場合、前記繊維フィラメント１２０の表面のコーティングが十分に行われず、含浸樹脂１１０の含浸程度が低下しながら作業過程において繊維が飛散する場合があり、前記離隔距離（ｄ）が約１１μｍを超える場合には繊維の含量が相対的に低くなりすぎる問題がある。

【0091】

前記含浸樹脂１１０及び前記繊維フィラメント１２０は、一具現例において前述したとおりである。

【0092】

前記繊維強化樹脂複合材１００内において、前記含浸樹脂１１０対前記繊維フィラメント１２０の重量比は、約１：３．７〜約１：９９８であってもよい。前記範囲内の重量比を有することで、前記含浸樹脂１１０が前記繊維フィラメント１２０の間に十分に存在することになり、前述したように、含浸効率を効果的に向上させることができる。

【0093】

また、前記繊維強化樹脂複合材１００内において、前記繊維フィラメント１２０の含量は、例えば、約７９重量％〜約９９．８％であってもよく、具体的には、約９２．３重量％〜約９９．８重量％であってもよい。

【0094】

前記範囲内の高い水準の含量で前記繊維フィラメント１２０を含むことで、前記繊維強化樹脂複合材１００によって形成された成形品は、これの物性をより広い範囲で好適に調節することができ、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【0095】

前記繊維強化樹脂複合材１００は、集束剤を含まないか、又は集束剤をさらに含んでいてもよい。前記集束剤は、一具現例において前述したとおりである。

【0096】

このように、前記繊維強化樹脂複合材１００は、発明の目的及び用途によって前記集束剤の含有有無及びこの含量を好適に調節することができ、このとき、含まれる集束剤の含量は、低含量に限らず、低含量から高含量までより広い範囲内で好適に選択して含んでいてもよい。

【0097】

前記集束剤の含量を増加するほど、作業過程における繊維フィラメント１２０が飛散するか絡み合う傾向が減少し、繊維材料の損失を防止しながらも作業環境を向上させることができる。

【0098】

前記繊維強化樹脂複合材１００は、前記繊維ストランドを巻き取って整理した連続繊維強化樹脂複合材であるか、又は前記繊維ストランドを切断して形成した長繊維強化樹脂複合材であってもよい。

【0099】

すなわち、前記繊維ストランドをそのまま連続繊維強化樹脂複合材として利用することができ、この場合、所定のボビンに巻き取って整理して保管した後、発明の目的及び用途によって好適な長さに利用することができる。また、前記繊維ストランドを前記連続繊維強化樹脂複合材として利用する場合に比べて、より短い長さに切断して、長繊維強化樹脂複合材に形成してもよい。

【0100】

前記繊維強化樹脂複合材１００が前記長繊維強化樹脂複合材である場合、約３ｍｍ〜約１００ｍｍの長さを有してもよい。それによって、前記繊維強化樹脂複合材内に含まれた長繊維フィラメントの長さを好適に調節することができる。

【0101】

前記長繊維強化樹脂複合材に含まれた前記長繊維強化フィラメントの長さは、例えば、約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍであってもよい。前記範囲内の長さを有することで、前記繊維強化樹脂複合材の機械的、熱的物性を好適に調節することができる。

【0102】

また、前記長繊維強化樹脂複合材は、ペレット状であってもよいが、これに制限されるものではない。

【0103】

前記繊維強化樹脂複合材１００は例えば、自動車内外装材用、家電製品の内外装材用、建築内外装材用、又はその他産業分野における多様な用途に適用される。

【0104】

本発明のさらに他の具現例において、前記繊維強化樹脂複合材が射出成形して製造された成形品を提供する。

【0105】

前述したように、前記繊維強化樹脂複合材は、前記繊維フィラメントの間に前記含浸樹脂が十分に含浸されるため、繊維をさらに高い含量含む利点があり、それによって、前記繊維強化樹脂複合材から製造された成形品は、これの物性をより広い範囲で好適に調節することができ、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【0106】

また、前記成形品は、前記繊維強化樹脂複合材に熱可塑性樹脂の混合した混合物が射出成形して製造されてもよいし、例えば、前記繊維強化樹脂複合材及び前記熱可塑性樹脂の混合した混合組成物が射出成形して製造されてもよい。

【0107】

例えば、所定の射出成形機に前記繊維強化樹脂複合材及び熱可塑性樹脂ペレットを投入する場合、これらが前記射出成形機内で溶融混合して、混合組成物を形成しながら、前記混合組成物が射出成形して前記成形品を製造する。

【0108】

前記熱可塑性樹脂は、一具現例において、前記含浸樹脂に対して前述した熱可塑性樹脂の種類を用いてもよいが、これに限定されるものではない。

【0109】

このように、前記繊維強化樹脂複合材に熱可塑性樹脂の混合した混合物を射出成形して成形品を製造する場合、混合する熱可塑性樹脂の含量を好適に調節することで、前記成形品の引張り強度及び衝撃強度などの物性を比較的に低い範囲から高い範囲までより広い範囲で、発明の目的及び用途によって好適に調節することができ、また、それによって、さらに多様な用途に利用することができる。

【0110】

また、前記混合物を射出成形して成形品を大量に製造する場合、生産効率及び経済性がさらに向上する。

【0111】

具体的には、前記繊維強化樹脂複合材が繊維を高含量含むことによって、前記成形品を大量に製造する場合、全体的に消耗する前記繊維強化樹脂複合材の含量を減らしながら、前記熱可塑性樹脂の含量を増加することができ、このとき、前記熱可塑性樹脂は、前記繊維強化樹脂複合材に比べて、製造工程がさらに単純であり費用も少なくかかるため、結果として、費用及び時間がさらに節減されて、優れた生産効率及び経済性を具現することができる。

【0112】

例えば、前記成形品は、前記繊維強化樹脂複合材１００重量部に対し、前記熱可塑性樹脂約６重量部〜約１８９５重量部がさらに混合した混合物を射出成形して製造することができる。

【0113】

それによって、前記混合物が射出成形して製造された前記成形品は、引張り強度が例えば、約４０ＭＰａ〜約１７５ＭＰａであってもよいし、衝撃強度が例えば、約５ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ〜約３５ｋｇ・ｃｍ／ｃｍであってもよい。

【0114】

このように、比較的に低い範囲から高い範囲までより広い範囲で、前記成形品の物性をさらに容易に調節することができるため、発明の目的及び用途によって、さらに多様な用途に適用することができる。

【0115】

以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。但し、下記に記載した実施例は、本発明を具体的に例示するか説明するためのものに過ぎず、これをもって本発明が制限されてはならない。

【0116】

実施例
［実施例１］
含浸樹脂として重量平均分子量７０，０００であるポリプロピレン樹脂、及び重量平均分子量２０，０００であるポリプロピレン樹脂を１：１で混合したポリプロピレン樹脂３．０重量％、加水分解したγ−アミノプロピルトリエトキシシラン２．０重量％及び水を混合して、含浸樹脂エマルジョンを準備しており、前記含浸樹脂エマルジョンの粘度は２５℃で６，０００ｃＰであった。

【0117】

ガラス繊維フィラメントを紡糸装置を用いて６００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で紡糸しながら、前記紡糸されるガラス繊維フィラメントに前記含浸樹脂エマルジョンを噴射装置を用いて１１０°角度で噴射することで、前記ガラス繊維フィラメントの表面を約１．８２μｍの厚みでコーティングした。

【0118】

次いで、前記表面がコーティングされたガラス繊維フィラメントをバンドリングすることで、ガラス繊維ストランドを形成しており、前記ガラス繊維ストランドを１０ｍｍの長さに切断して、繊維強化樹脂複合材を製造した。

【0119】

前記繊維強化樹脂複合材において、全体的に前記ガラス繊維フィラメントは、前記含浸樹脂内において、３．６２μｍの離隔距離で相互離隔して存在しており、前記ガラス繊維フィラメントの含量は９３．０重量％であり、前記含浸樹脂の含量は４．２重量％で、前記加水分解したγ−アミノプロピルトリエトキシシランの含量は２．８重量％であった。

【0120】

［実施例２］ （実施例１に比べてガラス繊維の含量がさらに高い場合）
含浸樹脂として重量平均分子量７０，０００であるポリプロピレン樹脂、及び重量平均分子量２０，０００であるポリプロピレン樹脂を１：１で混合したポリプロピレン樹脂５．０重量％、加水分解したγ−アミノプロピルトリエトキシシラン３．３重量％及び水を混合して、含浸樹脂エマルジョンを準備しており、前記含浸樹脂エマルジョンの粘度は、２５℃で７，０００ｃＰであった。

【0121】

ガラス繊維フィラメントを紡糸装置を用いて６００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で紡糸しながら、前記紡糸されるガラス繊維フィラメントに前記含浸樹脂エマルジョンを噴射装置を用いて１１０°角度で噴射することで、前記ガラス繊維フィラメントの表面を約０．２５μｍの厚みでコーティングした。

【0122】

次いで、前記表面がコーティングされたガラス繊維フィラメントをバンドリングすることで、ガラス繊維ストランドを形成しており、前記ガラス繊維ストランドを１０ｍｍの長さに切断して、繊維強化樹脂複合材を製造した。

【0123】

前記繊維強化樹脂複合材において、前記ガラス繊維フィラメントは、前記含浸樹脂内において、０．５μｍの離隔距離で相互離隔して存在しており、前記ガラス繊維フィラメントの含量は９９．０重量％であり、前記含浸樹脂の含量は０．６重量％で、前記加水分解したγ−アミノプロピルトリエトキシシランの含量は０．４重量％であった。

【0124】

［比較例１］（繊維ストランドを開繊するか広幅化して、別の含浸槽などに通すか浸漬する工程を適用した場合）

【0125】

前記実施例１において使用したものと同じガラス繊維フィラメントを紡糸する過程において、これの表面を含浸樹脂エマルジョンでコーティングせず、紡糸されたガラス繊維フィラメントを集束剤として加水分解したγ−アミノプロピルトリエトキシシランで処理して集束することで、ガラス繊維ストランドを形成した。

【0126】

また、水を混合せず、含浸樹脂として重量平均分子量７０，０００であるポリプロピレン樹脂、及び重量平均分子量２０，０００であるポリプロピレン樹脂を１：１で混合したポリプロピレン樹脂１００重量％を２３０℃の温度で熱処理して、液状の含浸樹脂を準備した。

【0127】

次いで、前記ガラス繊維ストランドで熱処理を行いながら、ローラーを用いて圧力を適用し、前記ガラス繊維ストランドの幅が約５倍となるように開繊した。

【0128】

また、前記開繊したガラス繊維ストランドを前記液状の含浸樹脂が満たされた含浸槽に通して、次いで、冷却及び乾燥過程を経て得た結果物を１０ｍｍの長さに切断して、繊維強化樹脂複合材を製造しており、具体的には、前記含浸槽の排出ノズル（ｏｕｔｌｅｔ ｎｏｚｚｌｅ）の直径は２．０ｍｍであった。

【0129】

前記繊維強化樹脂複合材において、前記ガラス繊維フィラメントが互いに一部接した状態で存在するため、これらの離隔距離を測定することができなかったし、前記ガラス繊維フィラメントの含量は７８重量％であり、前記含浸樹脂の含量は２２重量％であった。

【0130】

［比較例２］
含浸槽の排出ノズルの直径を１．５ｍｍにしたことを除いては、比較例１と同じ条件及び方法によって繊維強化樹脂複合材を製造した。

【0131】

前記繊維強化樹脂複合材において、前記ガラス繊維フィラメントが互いに一部接した状態で存在するため、これらの離隔距離を測定することができなかったし、前記ガラス繊維フィラメントの含量は９０重量％であり、前記含浸樹脂の含量は１０重量％であった。

【0132】

評価
前記実施例１、２及び前記比較例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材の複数の物性を評価して下表１に記載した。

【0133】

また、射出成型機（ＬＳエムトロン、ＬＧＥ２２０II）内において、前記実施例１、２及び前記比較例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材及びポリプロピレン樹脂ペレット（ＧＳカルテックス、Ｈ５５０）をそれぞれ好適に混合して、結果としてガラス繊維の含量が６０重量％である混合組成物を形成し、これを射出成形することで、シート状の成形品をそれぞれ製作して、次いで、これらの複数の物性を評価して下表１に共に記載した。

【0134】

［実験例１：隔離距離］
測定方法：前記実施例１、２及び前記比較例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材の断面を走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）（ＥＤＸ社、×８０００）を用いて撮影した後、ガラス繊維フィラメント間の距離を測定した。

【0135】

［実験例２：作業性］
測定方法：前記実施例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材の製造工程において、ガラス繊維ストランドを切断する間、前記ガラス繊維フィラメントが飛散する程度を肉眼で観察して作業性を評価した。

【0136】

また、前記比較例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材の製造工程では、開繊したガラス繊維ストランドを前記液状の含浸樹脂内に通した後、冷却及び乾燥過程を経て得た結果物を１０ｍｍの長さに切断する間、前記ガラス繊維フィラメントが飛散する程度を肉眼で観察して作業性を評価した。

【0137】

具体的には、前記ガラス繊維フィラメントの飛散する程度がひどい場合を作業性に劣ると評価して「×」に表示しており、前記ガラス繊維フィラメントがほとんど飛散しない場合を作業性に優れると評価して「○」に表示しており、これらの中間水準に該当する場合を作業性が普通であると評価して「△」に表示した。

【0138】

［実験例３：ペレットの外観］
測定方法：ペレット状に製造された前記実施例１、２及び前記比較例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材の外観の形状を肉眼で観察してペレットの外観を評価した。

【0139】

具体的には、それぞれの切断過程において、本来の柱状をそのまま維持しながら、繊維フィラメントが外部にさらされない場合をペレットの外観に優れると評価して「○」に表示しており、本来の柱状を維持できないか、繊維フィラメントが外部にさらされて飛散する場合をペレットの外観に劣ると評価して「Ｘ」に表示した。

【0140】

［実験例４：引張り強度］
測定方法：前記実施例１、２及び前記比較例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材で成形したそれぞれのシートに対し、ＡＳＴＭ Ｄ６３８の条件に従って引張り強度測定機（ＺｗｉｃｋＲｏｅｌｌ、Ｚ０１０）を用いて測定した。

【0141】

［実験例５：衝撃強度］
測定方法：前記実施例１、２及び前記比較例１、２によるそれぞれの繊維強化樹脂複合材で成形したそれぞれのシートに対し、ＡＳＴＭ Ｄ２５６の条件に従って衝撃強度測定機（ＺｗｉｃｋＲｏｅｌｌ、ＨＩＴ２５Ｐ）を用いて測定した。

【0142】

【表1】

【0143】

前記表１に示したように、実施例１及び２による繊維強化樹脂複合材は、繊維ストランドを形成する前である、繊維フィラメントを紡糸する過程において、含浸樹脂エマルジョンを噴射して、前記繊維フィラメントの表面をコーティングする工程に従って製造されて、ここに含まれたガラス繊維フィラメントが十分に離隔して存在しており、ガラス繊維フィラメントをさらに高い含量含むとともに、ペレットの外観及び作業性に優れた。

【0144】

それによって、前記実施例１及び２による繊維強化樹脂複合材は、繊維ストランドに対する樹脂の含浸効率が効果的に向上し、優れた生産効率及び経済性を具現することができながら、これの製造工程が単一化されて時間及び費用をさらに節減することを確かに予想することができる。また、前記実施例１及び２による繊維強化樹脂複合材から形成した各シートの引張り強度または衝撃強度が比較的に高く測定されて、前記ガラス繊維フィラメントの分散性に優れることを確認することができる。

【0145】

一方、比較例１による繊維強化樹脂複合材は、別の含浸槽などに通すか浸漬する工程に従って製造されて、ここに含まれたガラス繊維フィラメントが一部接した状態で存在するため、離隔距離を測定することができなかったし、また、ガラス繊維フィラメントの含量が低かった。

【0146】

それによって、前記比較例１による繊維強化樹脂複合材は、繊維ストランドに対する樹脂の含浸効率が低くて、生産効率及び経済性に劣り、これの製造工程が二元化されて時間及び費用がさらにかかることを確かに予想することができる。また、前記比較例１による繊維強化樹脂複合材から形成したシートの引張り強度または衝撃強度が比較的に低く測定されて、前記ガラス繊維フィラメントの分散性が低いことを確認することができる。

【0147】

また、比較例２による繊維強化樹脂複合材も別の含浸槽などに通すか浸漬する工程に従って製造したが、含浸槽に備えた排出ノズルの直径を非常に小さく調節することで、ここに含まれたガラス繊維フィラメントの含量を９０％形成することはできたが、ペレットの外観及び作業性に著しく劣れており、通常の製品として生産または利用し難い水準であった。

【0148】

さらに、前記比較例１による繊維強化樹脂複合材から形成したシートは、ガラス繊維フィラメントが固まるか凝集する現象が大きく発生して、引張り強度や衝撃強度を測定する時に容易に壊れて、これら物性を測定することができなかった。

【符号の説明】

【0149】

１００ 繊維強化樹脂複合材
１１０ 含浸樹脂
１２０ 繊維フィラメント
３３０ 噴射ノズル
ｄ 隔離距離
θ 噴射角度

【図1】

【図2】

【図3】