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KR100756349B1 - 나일론계 수지 복합재 - Google Patents

나일론계 수지 복합재 Download PDF

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Publication number
KR100756349B1
KR100756349B1 KR1020060129328A KR20060129328A KR100756349B1 KR 100756349 B1 KR100756349 B1 KR 100756349B1 KR 1020060129328 A KR1020060129328 A KR 1020060129328A KR 20060129328 A KR20060129328 A KR 20060129328A KR 100756349 B1 KR100756349 B1 KR 100756349B1
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KR
South Korea
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nylon
composite material
resin composite
fiber
rubber
Prior art date
Application number
KR1020060129328A
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English (en)
Inventor
박정훈
이영준
김태욱
윤범석
Original Assignee
제일모직주식회사
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Publication date
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Abstract

수분 흡수율이 낮아 변형이 쉽게 일어나지 않고 휨특성과 내충격성을 동시에 향상시킬 수 있는 나일론계 수지 복합재가 제공된다. 본 발명에 따른 나일론계 수지 복합재는 주사슬에 벤젠고리를 포함하는 변성 나일론계 열가소성수지 20~80 중량%와, 단면의 가로세율 비율이 1.5 이상인 판상의 보강섬유 80~20 중량%로 된 기초수지 100 중량부에 대하여, 충격보강재 1~30 중량부가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
나일론, 복합재, 휨특성, 충격강도, 주사슬, 벤젠

Description

나일론계 수지 복합재{Composite of nylon polymer}
본 발명은 나일론계 수지 복합재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적 강성이 우수할 뿐만 아니라 휨특성과 내충격특성이 개선된 나일론계 수지 복합재에 관한 것이다.
엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)으로서 나일론의 역사는 이미 40년에 가깝지만 아직도 여전히 수요는 왕성하다. 나일론은 6,66,610,612,11,12, 및 이들의 공중합체, 블렌드 등 기본적으로 종류가 많으며, 제각기 유용한 특징이 있고 다양한 성능을 창출할 수 있으므로 큰 수요를 계속 유지하고 있다.
특히, 나일론계 수지는 유리섬유와 같은 무기질 보강재를 첨가함으로써, 우수한 기계적 강성과 내열성이 크게 향상되어 구조제나 자동차의 내-외장재에 적용이 되고 있다.
그러나, 나일론계 수지는 분자 구조적으로 높은 수분흡수율로 치수안정성 및 휨특성이 좋지 않으며, 또한 무기물이 첨가될 경우 낮은 내충격성을 나타내게 된다.
이러한, 낮은 내충격성은 나일론계 수지와 무기물 간의 계면 결합력이 낮아 일정한 충격이 계속해서 가해질 경우 나일론분자와 무기물의 계면에 스트레스(stress)가 축적되어, 계면으로부터 크랙이 발생하게 되는 것으로 일반적으로 알려져 있다.
또한, 나일론 구조 자체의 특징으로 인해 주사슬에서 결합력이 약한 C-C결합 부분이 끊어지기 쉬워 전체적으로 좋은 휨특성을 얻기 어렵다는 문제가 있는데, 이는 무기물 보강재를 첨가함으로써 어느 정도 극복될 수는 있으나, 여전히 개선 정도가 미미한 수준이다.
또한, 무기질 보강재의 첨가시 휨특성은 다소 개선된다고 하더라도 무기질 보강재와 나일론 분자의 계면 결합력이 낮아 내충격성과 같은 기계적 성질이 나빠지게 되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수분 흡수율이 낮아 변형이 쉽게 일어나지 않고 휨특성과 내충격성을 동시에 향상시킬 수 있는 나일론계 수지 복합재를 제공하는데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 나일론계 수지 복합재는 주사슬에 벤젠고리를 포함하는 변성 나일론계 열가소성수지 20~80 중량%와, 단면의 가로세율 비율이 1.5 이상인 보강섬유 80~20 중량%로 된 기초수지 100 중량부에 대하여, 충격보강재 1~30 중량부가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예에 따른 나일론계 수지 복합재는 기초수지와 충격보강재를 포함한다.
기초수지는 변성 나일론계 열가소성 수지와 보강섬유를 포함한다.
변성 나일론계 수지는 하기 화학식 1에 나타낸 바와 같이 주사슬(main chain)에 벤젠고리가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
Figure 112006093480217-pat00001
(n = 50~500)
상기 화학식 1로 표시되는 변성 나일론은 헥사메틸렌 디아민(hexamethylene diamine)과 테레프탈릭 산(Terephthalic acid)과의 축중합에 의해 제조되는 것으로 이를 간단히 나일론 6T라고도 한다.
상기 변성 나일론계 열가소성 수지의 고유점도는 0.7~0.9 dl/g, 평균분자량은 10,000~100,000, 수분흡수율은 0.1% 이하인 것이 바람직하다.
보강섬유는 휨특성과 내열성 강화를 위하여 사용되는 것으로, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 티탄산 칼리 섬유, 탄화규소섬유 중 선택되는 1종 이상인 것을 사용되는데, 이 중에서 유리섬유가 바람직하다.
보강섬유는 특수하게 제작된 판상(plate) 형태의 것이 사용되며, 판상 보강섬유의 단면의 가로와 세로비율(aspect ratio)이 1.5 이상이고, 길이는 2~13mm의 범위 내의 것이 사용된다.
이 때 상기의 단면의 가로세로비율은 하기 참조도면에 표시된 바와 같이, 보강 섬유의 단면에서 가장 긴 직경(가로, a)과 가장 작은 직경(세로, b)의 비율로 정의된다.
<참조도면>
Figure 112006093480217-pat00002
*단면의 가로세로 비율 = a/b
종래에는 열가소성 수지를 보강하기 위한 보강 섬유로서, 소정 길이, 예를 들어, 3-6 mm의 길이를 가지며, 단면이 원형으로서 단면의 가로세로 비율이 약 1이고, 단면의 직경이 10~20 ㎛인 유리 섬유를 사용하였다. 그러나, 본 발명에서는, 단면의 가로세로비율이 1.5 이상인 보강 섬유, 바람직하게는, 단면의 가로세로비율이 2 내지 8인 보강 섬유를 사용한다.
상기 보강섬유의 표면에는 변성 나일론계 열가소성 수지와의 표면 결합력을 증가시켜 주기 위하여 우레탄 또는 에폭시 중에서 선택되는 1종 이상의 표면 개선제를 코팅하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용되는 보강섬유의 수분흡수율은 0.05% 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기에서 설명한 변성 나일론계 열가소성 수지와 보강섬유를 포함하여 기초수지라고 정의하며, 상기 기초수지는 변성 나일론계 열가소성수지 20~80 중량%와 보강섬유 80~20중량%로 이루어지는 것이 기계적 강성과 생산공정 측면을 고려할 때 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 나일론계 수지 복합재는 충격보강재를 더 포함하는 데 이때 충격보강재로는 반응성 올레핀계 공중합체, 코어-쉘 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 반응성 올레핀계 공중합체는 에틸렌/프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌/옥텐 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원공중합체(EDPM) 등이 사용될 수 있으며, 올레핀 공중합체에 무수말레산(Maleic anhydride), 글리시딜메타크릴레이트(Glycidylmethacrylate), 옥사졸린(Oxaxoline)과 같은 반응성 작용기들 중 선택되는 하나 이상이 0.1~5 중량%로 그라프트 된 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 올레핀계 공중합체에 반응성 작용기를 그라프트 하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 용이하게 실시될 수 있다.
또한 상기 코어-쉘 공중합체는 디엔계 고무, 아크릴레이트계 고무 또는 실리콘계 고무 단량체 중에서 선택한 1종 이상을 중합한 후에, 그라프트 가능한 스티렌, α-메틸스티렌, 할로겐 또는 알킬 치환 스티렌, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, C1-C8 메타크릴산 알킬에스테르류, C1-C8 아크릴산 알킬 에스테르류, 무수말레인산, 및 C1-C4 알킬 또는 페닐 핵치환 말레이미드와 같은 불포화 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택한 1 종 이상의 단량체를 고무질 중합체에 그라프트시켜 제조하며, 고무함량은 30∼90 중량부가 바람직하다.
상기 디엔계 고무로는 부타디엔 고무, 아크릴 고무, 에틸렌/프로필렌 고무, 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원공중합체(EPDM) 등이 있다.
상기 아크릴레이트계 고무로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-프로 필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 등의 아크릴레이트 단량체가 있으며, 이 때 사용되는 경화제는 에틸렌 글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디메타크릴레이트 또는 1,4-부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 알릴메타크릴레이트, 트리알릴시아누레이트 등이 있다.
상기 실리콘계 고무는 시클로실록산으로부터 제조될 수 있으며, 그 예로는 헥사메틸시클로트리실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산, 데카메틸시클로펜타실록산, 도데카메틸시클로헥사실록산, 트리메틸트리페닐시클로트리실록산, 테트라메틸테트라페닐시클로테트로실록산, 옥타페닐시클로테트라실록산 등이 있다.
이들 중에서 1 종 이상의 경화제를 사용함으로써 실리콘계 고무를 제조할 수 있으며, 상기 경화제로는 트리메톡시메틸실란, 트리에톡시페닐실란, 테트라메톡시실란, 또는 테트라에톡시실란이 있다.
상기의 C1-C8 메타크릴산 알킬 에스테르류 또는 C1-C8 아크릴산 알킬 에스테르류는 각각 메타크릴산 또는 아크릴산의 에스테르류로서 1-8 개의 탄소원자를 갖는 모노히드릴 알코올로부터 제조된 에스테르류이다.
이들의 구체예로서는 메타크릴산 메틸에스테르, 메타크릴산 에틸에스테르 또는 메타크릴산 프로필에스테르를 들 수 있으며, 이들 중 메타크릴산 메틸에스테르가 가장 바람직하다.
상기 코어-쉘 형태의 공중합체를 제조하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 실시될 수 있다.
충격보강재는 상기 기초수지 100중량부에 대하여 1~30 중량부를 포함하는 것이 충격보강의 측면과 유동성, 기타 기계적 물성적인 측면을 고려할 때 바람직하며, 2~10 중량부로 사용하는 것이 보다 바람직하다.
더 나아가 본 발명에 따른 나일론계 수지 복합재에는 그 기본물성을 해하지 않는 범위 내에서 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 유동증진제, 활제, 항균제, 이형제, 핵제 등과 같은 첨가제가 첨가될 수도 있으며, 그 첨가량은 기초수지 100 중량부에 대해 30 중량부 이하로 사용할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 수지 조성물을 제조하는 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 구성성분과 기타 첨가제들을 동시에 혼합한 후에, 압출기내에서 용융 압출하고 펠렛 형태로 제조할 수 있다.
본 발명의 조성물은 여러 가지 제품의 성형에 사용될 수 있으며, 특히 자동차 내-외장재, 고내열 전자부품 소재 및 컴퓨터, 가전제품, 휴대폰 등의 전기전자제품의 외장재 제조에 적합하다.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 나일론계 수지 복합재에 의할 경우 굴곡강도, 굴곡 탄성율, 충격강도, 및 휨특성이 우수하다는 것을 구체적인 실시예들과 비교예들을 들어 설명한다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
1. 실시예와 비교예
실시예 및 비교예에서 사용하는 (A) 변성 나일론계 수지, (B)유리 섬유 및 (C)충격보강재의 구체적인 성분 사양은 다음과 같다.
(A) 변성 나일론계 수지 : 주사슬에 벤젠고리가 포함된 고내열 변성나일론(폴리프탈아마이드; Dupont社의 HTN-501)을 사용하였다.
(B) 단면의 가로세로비율이 1.5 이상인 보강섬유
단면의 가로 직경이 28㎛, 단면의 세로 직경이 7㎛로서, 단면의 가로세로비율이 4 인 유리섬유(일본 Nitto Boseki社의 CSG 3PA-820)를 사용하였다.
(B') 단면의 가로세로비율이 약 1 인 유리섬유
단면의 가로세로비율이 약 1인 길이가 3mm, 단면의 직경 10㎛의 원형을 띄는 Vetrotex社의 P952를 사용하였다.
(C) 충격보강재
Dupont社의 Fusabond MN-493D 올레핀계 충격보강재를 사용하였다.
실시예 및 비교실시예에서 사용된 각 성분의 조성은 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
2. 물성 테스트
(1) 굴곡강도
ASTM D-790에 따라 측정하였으며, 단위는 kgf/㎠이다.
(2) 굴곡탄성률
ASTM D-790에 따라 측정하였으며, 단위는 kgf/㎠이다.
(3) 아이조드(Izod) 충격강도
ASTM D-256에 따라 1/8 인치 두께 시편을 이용하여 노치(notched) 시편과 언노치(unnotched) 시편을 아이조드 방식으로 25℃ 상온에서 충격강도를 측정하였으며, 측정단위는 kgf·㎝/㎝이다.
(4) 휨특성
가로-세로 길이가 6인치이고 두께가 1/16 인치인 박막사출 시편의 세 모서리를 지면에 부착시켰을 때 나머지 한쪽 모서리가 지면으로부터 떨어진 길이를 측정하였으며, 단위는 mm이다.
Figure 112006093480217-pat00003
표 1은 상기의 실시예들과 비교실시예들에 대한 함량비와 굴곡강도, 굴곡탄성률, IZOD 충격강도, 휨특성을 측정한 결과를 나타내는 표이다.
상기 표 1을 참조하면, 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 기계적 강도와 내충격성 및 휨특성이 개선되는 것을 알 수 있다.
또한, 유리섬유의 함량이 동일한 실시예 1, 3과 비교실시예 1, 2를 비교하였을 때, 단면의 가로세로 비율이 4 인 유리섬유를 사용한 실시예 1, 3이 우수한 기계적 강도와 내충격성을 나타내고 있으며, 특히, 휨 특성과 언노치(unnotched) 충격강도가 크게 증가됨을 알 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 나일론계 수지 복합재에 의하면 수분 흡수율이 낮아 변형이 쉽게 일어나지 않고 휨특성과 내충격성을 동시에 향상시키는 것이 가능해진다.

Claims (10)

  1. 주사슬에 벤젠고리를 포함하는 변성 나일론계 열가소성수지 20~80 중량%와, 단면의 가로세율 비율이 1.5 이상인 보강섬유 80~20 중량%로 된 기초수지 100 중량부에 대하여, 반응성 올레핀계 공중합체, 코어-쉘 공중합체 중에서 선택되는 1종 이상의 충격보강재 1~30 중량부가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 나일론계 수지 복합재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변성 나일론계 열가소성 수지의 고유점도는 0.7~0.9(dl/g)인 것을 특징으로 하는 나일론계 수지 복합재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변성 나일론계 열가소성 수지의 평균 분자량은 10,000~100,000인 것을 특징으로 하는 나일론계 수지 복합재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유는 단면의 가로세로비율이 2~8 인 나일론계 수지 복합재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 티탄산 칼리 섬유, 탄화규소 섬유 중 선택되는 1종 이상 것을 특징으로 하는 나일론계 수지 복합재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강섬유는 유리섬유인 것을 특징으로 하는 나일론계 수지 복합재
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응성 올레핀계 공중합체는 에틸렌/프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌/옥텐 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원공중합체에, 무수말레산, 그릴세릴메타크릴레이트, 옥사졸린과 같은 반응성 작용기들 중 선택되는 하나 이상이 그라프트되어 있는 것이고,
    상기 코어-쉘 공중합체는 디엔계 고무, 아크릴레이트계 고무 또는 실리콘계 고무 단량체 중에서 선택한 1종 이상을 중합한 고무질 중합체에, 그라프트 가능한 스티렌, α-메틸스티렌, 할로겐 또는 알킬 치환 스티렌, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, C1-C8 메타크릴산 알킬 에스테르류, C1-C8 아크릴산 알킬 에스테르류, 무수말레인산, 및 C1-C4 알킬 또는 페닐 핵치환 말레이미드로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상의 단량체를 그라프트시켜 제조된 것을 특징으로 하는 나일론계 수지 복합재.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 나일론계 수지 복합재에는 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 유동증진제, 활제, 향균제, 이형제, 핵제 중 하나 이상의 첨가제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 나일론계 수지 복합재.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 한 항의 나일론계 수지 복합재를 압출한 펠렛.
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