KR100876199B1 - 나일론/보강 섬유 조성물 - Google Patents
나일론/보강 섬유 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 나일론/보강 섬유 조성물에 관한 것으로서, 이 조성물은 (A) 변성 나일론계 수지 25 내지 75 중량부; (B) 단면 종횡비가 1.5 이상인 보강 섬유 25 내지 75 중량부; (C) 비반응성 충격 보강제를 포함하며, 비반응성 충격 보강제의 함량은 상기 변성 나일론계 수지 수지 및 보강 섬유의 혼합 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부이다.
본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물은 내충격성의 감소없이 유동 향상을 통하여, 균일한 표면을 갖는 사출물을 제조할 수 있다.
나일론,유리섬유,고유동성,고강성,복합합제,기계적물성,내충격성,충격보강제
Description
본 발명은 나일론/보강 섬유 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휨(Warpage) 현상이 없으며, 내충격성이 우수하고, 유동성이 향상되어, 균일한 표면을 갖는 사출물을 제조할 수 있는 나일론/보강 섬유 조성물에 관한 것이다.
나일론계 수지는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로서, 자동차의 내외장재로 널리 사용되고 있다. 그러나 나일론계 수지는 수분 흡수성이 높아 치수 불안정성 및 휨(Warpage)이 발생하는 등의 문제가 있어, 이를 개선하기 위해 유리섬유와 같은 무기 보강제를 첨가하여 우수한 기계적 강성과 내열성을 필요로 하는 구조제나 자동차의 내외장재에 널리 사용되고 있다.
그러나 무기 보강제를 첨가함에 따라 내충격성이 저하되는 문제가 있어 최근에는 주사슬에 벤젠 고리가 있는 변성 나일론을 사용하여 기존 나일론의 높은 수분흡수성을 개선하고, 또한 충격 보강제를 더욱 사용하여 나일론 및 무기 보강제의 혼합물의 내충격성을 개선하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 변성 나일론을 사용하여도 수분흡수성 개선 효과가 미미하여, 치수 불안정성과 휨 문제가 발생하였으며, 내충격성을 향상시키기 위한 충격 보강제를 사용하여도 기계적 강성이 하 락하고 또한 유동성이 저하되어, 나일론/보강 섬유 조성물로 사출 공정으로 성형품을 제조시 사출물의 표면이 균일하지 못한 한계를 극복하지 못하였다.
본 발명은 휨 현상이 발생하지 않고, 내충격성 및 유동성이 우수하여, 사출 성형으로 성형품 제조시 균일한 표면을 갖는 사출물을 제조할 수 있는 나일론/보강 섬유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 조성물로 제조된 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
본 발명의 일 구현예는 (A) 변성 나일론계 수지 25 내지 75 중량부; (B) 단면 종횡비가 1.5 이상인 보강 섬유 25 내지 75 중량부 및 비반응성 충격 보강제를 포함하고, 상기 비반응성 충격 보강제의 함량은 상기 변성 나일론계 수지 및 보강 섬유의 혼합 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인 나일론/보강 섬유 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구현예는 또한 상기 조성물을 이용하여 제조된 성형품을 제공하는 것이다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물은 휨 현상이 없고, 내충격성 및 유동성이 우수하여, 표면이 균일한 성형품을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는 나일론/보강 섬유 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 수지 조성물은 휨 현상이 없고, 또한 종래 내충격성을 향상시키는 경우 유동성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는, 즉 내충격성 및 유동성이 모두 우수한 나일론/보강 섬유 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 수지 조성물은 유동성이 우수하므로, 이를 이용하여 성형품을 제조시 표면이 균일한 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명에서, 비반응성 충격보강제를 사용하여 기계적 물성을 유지하면서 유동성을 향상시킬 수 있었으며, 단면 종횡비가 1.5 이상인 판상 형태의 유리섬유를 보강재를 사용하여 휨(warpage) 현상을 개선할 수 있었다.
이하 각 구성 성분에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
(A) 변성 나일론계 수지
본 발명에서 사용한 변성 나일론계 수지는 수분 흡수율이 낮고, 강성이 우수 한 효과가 있다. 상기 변성 나일론계 수지는 고유 점도가 0.7 내지 0.9dl/g인 것이 바람직하다.
본 발명의 변성 나일론계 수지는 주사슬에 벤젠 고리가 함유된 고내열 변성 나일론 수지로서, 대표적인 예로 헥사메틸렌 디아민(hexamethylene diamine)과 테레프탈 산(terephthalic acid)와 축합 중합으로 제조되는 하기 화학식 1로 표현되는 나일론 6T를 들 수 있다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, n은 50 내지 500임)
본 발명에서 변성 나일론계 수지는 헥사메틸렌 디아민과 테레프탈 산을 축합 반응시켜 제조하여 사용할 수도 있고, 상업적으로 시판되는 것을 사용할 수도 있다.
또한 본 발명의 변성 나일론계 수지는 가공성을 향상시키기 위해 이소프탈 산(isophthalic acid), 아디프산(adipic acid) 또는 이들의 혼합물을 전체 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 35 중량부의 양으로 더욱 포함할 수도 있다. 이소프탈산, 아디프산 또는 이들의 혼합물을 상기 범위로 포함하는 경우 적절한 열변형 온도를 유지하면서, 가공 온도는 저하시킬 수 있다.
본 발명의 변성 나일론계 수지는 수분 흡수율이 0.1 중량% 이하인 것이 바람 직하다. 변성 나일론계 수지의 수분 흡수율이 0.1 중량%를 초과하는 경우에는 가공성이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물에서, 변성 나일론계 수지의 함량은 25 내지 75 중량부가 바람직하며, 40 내지 60 중량부가 더욱 바람직하다.
상기 변성 나일론계 수지의 함량이 25 내지 75 중량부에 포함되면, 생산공정이 안정하고, 기계적 강성이 우수하므로 바람직하다.
(B) 보강 섬유
본 발명에서 사용된 보강 섬유는 섬유 단면의 장축 길이를 단축 길이로 나눈 종횡비가 1.5 이상인 것이 바람직하며, 2 내지 8이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 보강 섬유의 예로는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 티탄산 칼리(K2TiO3) 섬유, 탄화 규소 섬유 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
또한 보강 섬유의 길이가 2 내지 13mm로서, 판상 형태의 보강 섬유를 사용한다.
상기 판상형태의 보강섬유는 단면의 종횡비(aspect ratio)가 1.5 이상인 것을 사용하는데, 이 때 상기 단면의 가로세로비율은, 보강 섬유의 단면에서 가장 긴 직경(가로)을 a, 가장 작은 직경(세로)을 b로 정의할 때 a/b로 정의된다. 상기 단면의 종횡비는 2 내지 8인 것이 기계적 특성과 휨 특성의 물성밸런스 면에서 보다 바람직하다.
상기 보강 섬유로는 변성 나일론계 수지와의 결합력을 증가시키기 위하여 표면에 표면 개선제가 코팅된 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이 표면 개선제로는 우레탄 또는 에폭시 수지를 들 수 있다. 표면 코팅 공정은 침지 코팅, 스프레이 코팅 등 일반적인 코팅 공정은 어떠한 것도 적용할 수 있다.
본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물에서, 보강 섬유의 함량은 25 내지 75 중량부가 바람직하며, 40 내지 60 중량부가 더욱 바람직하다.
상기 보강 섬유의 함량이 25 내지 75 중량부 범위이면, 기계적 강성이 우수하고, 생산공정이 안정해지므로 바람직하다.
(C) 비반응성 충격 보강제
본 발명의 비반응성 충격 보강제로는 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체를 사용할 수 있다. 상기 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체는 말단에 비반응성 금속을 갖는 올레핀계 공중합체를 예를 들 수 있다.
상기 올레핀계 공중합체로는 에틸렌/프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌/옥텐 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원공중합체(EPDM), 에틸렌-메타아크릴 엑시드(EMAA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 비반응성 금속으로는 아연(Zn), 철(Fe) 또는 망간(Mn)을 사용할 수 있다. 상기 비반응성 금속은 혼용하여 사용할 수 있으며, 이 중 아연(Zn)이 보다 바람직하다.
기존의 반응성 올레핀계 충격보강제는 말레산 무수물(maleic anhydride)와 같은 반응성 화합물을 반응시켜 얻은 것을 사용하였으나 이러한 반응성 충격보강제는 충격 강도 및 유동 특성이 저하되어 본 발명에서는 비반응성 충격보강제를 사용하는 것이 충격강도, 유동성, 굴곡강도의 물성 밸런스면에서 바람직하다
상기 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체를 제조하는 방법은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 실시될 수 있으므로, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명에서 비반응성 충격 보강제로는 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체를 제조하여 사용할 수도 있고, 상업적으로 시판되는 것을 사용할 수도 있다.
본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물에서 상기 비반응성 충격 보강제의 함량은 변성 나일론계 수지 및 보강 섬유 혼합의 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부가 바람직하고, 3 내지 7 중량부가 더욱 바람직하다. 상기 비반응성 충격 보강제의 함량이 1 내지 10 중량부 범위이면, 충분한 충격 보강의 효과를 얻을 수 있고, 유동성 및 기계적 물성이 우수하며, 사출 성형시 박리 문제가 발생하지 않아 바람직하다.
본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물은 상기 구성요소 외에 그 물성을 해하지 않는 범위 내에서 안료, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 유동증진제, 활제, 항균제, 이형제, 핵 형성제 등의 일반적인 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 그 사용량은 변성 나일론계 수지와 보강섬유 100 중량부에 대하여 30 중량부 이하로 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 나일론/보강 섬유 조성물을 이용하여 제조된 성형품에 관한 것으로서, 상기 성형품은 여러 가지 제품에 사용될 수 있고, 특히 우수한 기계적 강도 및 내열성을 필요로 하는 구조제나 자동차의 내외장재 등에 유용하게 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예
하기 실시예 및 비교예에 사용된 각 성분의 사양은 다음과 같다.
(A) 변성 나일론계 수지
주사슬에 벤젠 고리를 지니고 있는 변성 나일론 수지인 폴리프탈아마이드(Dupont社의 HTN-501)를 사용하였다.
(B) 보강 섬유
섬유 단면의 종횡비가 4이고, 유리섬유(일본 Nitto Boseki社의 CSG 3PA-820)을 사용하였다.
(C) 비반응성 충격 보강제
Zn 비반응성 금속을 포함하는 Dupont 사 Surlyn 9020를 사용하였다.
(C-1) 반응성 충격보강제
Dupont社의 Fusabond MN-493D 올레핀계 충격보강재를 사용하였다.
* 실시예 1-2 및 비교예 1-3
상기 구성성분을 하기 표 1의 함량(단위: 중량부)에 따라 혼합하고, L/D=45, Φ=45mm인 이축 압출기를 이용하여 250℃(실시예)와 320℃(비교예)의 고정 온도, 150rpm의 스크류 회전 속도 및 60 kg/hr의 자가 공급 속도의 조건 하에서 압출하여 펠렛상으로 제조하였다. 제조된 펠렛을 100℃에서 4 시간 동안 건조시킨 뒤, 10 oz 사출기에서 사출온도 3300℃의 조건으로 사출하여 물성 측정 평가용 시편을 제조한 후, 그 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 | 비교예 | |||||||
| 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | ||||
| 조 성 (중량부) | (A) 변성 나일론계 수지 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | ||
| (B) 단면의 종횡비가 4인 보강 섬유 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | |||
| (C) 비반응성 충격 보강제 | 3 | 5 | - | - | - | |||
| (C-1) 반응성 충격 보강제 | - | - | 1 | 3 | 5 | |||
| 물 성 | ① 굴곡강도 (kgf/cm2) | ASTM D790 | 3200 | 2900 | 300 | 2800 | 2500 | |
| ② 굴곡탄성률 (kgf/cm2) | ASTM D790 | 150,000 | 140,000 | 160,000 | 130,000 | 120,000 | ||
| ③ 아이조드(Izod) 충격강도 (kgfcm/cm) | 노치(Notched) | ASTM D256 | 13 | 16 | 13 | 14 | 14 | |
| 언노치(Un-notched) | 107 | 120 | 70 | 106 | 110 | |||
| ④ 유동 지수(MI)(g/min) | ASTM D1238 | 25 | 20 | 30 | 12 | 7 | ||
* 물성측정방법
상기 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 시편은 ASTM D3641에 따라 23℃, 상대습도 50%에서 48시간 방치한 후 측정하였다.
(1) 굴곡강도
굴곡강도는 ASTM D790에 따라 가로 x 세로 x 두꼐 = 127 x 12.7 x 6.4 (단위:mm) 크기를 갖는 시편을 사용하여 측정하였으며, 단위는 kgf/cm2이다.
(2) 굴곡탄성률
굴곡탄성률은 ASTM D790에 따라 가로 x 세로 x 두꼐 = 127 x 12.7 x 6.4 (단위:mm) 측정하였으며, 단위는 kgf/cm2이다.
(3) 아이조드(Izod) 충격 강도
ASTM D256에 따라 1/8 인치 두께 시편을 이용하여 노치된(notched) 시편을 측정하였으며, 언노치된(Un-notched) 시편도 상기와 같은 방법으로 측정하였다.
(4) 유동지수 (MI: Melt index, 용융 유동 지수(Melt Flow Index)라고 하기도 함)
유동지수는 ASTM D1238에 따라 측정하였으며, 단위는 g/10min이다.
상기 표 1의 결과에서 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 2의 수지 조성물이 비교예 1 내지 3에 비해 물성저하가 없으며 유동특성이 우수하게 나타났다. 또한, 충격 보강제의 함량이 동일한 실시예 1과 비교예 2를 비교해 보았을 때, 비반응성 충격 보강제를 사용한 실시예 1이 반응성 충격 보강제를 사용한 비교예 2에 비하여 굴곡강도와 굴곡탄성율을 유지하면서도 유동성이 현저히 향상되는 우수한 결과를 나타내고 있다.
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.
Claims (7)
- (A) 변성 나일론계 수지 25 내지 75 중량부;(B) 단면 종횡비가 1.5 이상인 보강 섬유 25 내지 75 중량부;(C) 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체인 비반응성 충격 보강제를 포함하며, 상기 충격 보강제의 함량은 상기 변성 나일론계 수지 및 보강 섬유 혼합의 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인나일론/보강 섬유 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 변성 나일론계 수지는 하기 화학식 1로 표현되는 것인 나일론/보강 섬유 조성물.[화학식 1](상기 화학식 1에서, n은 50 내지 500임)
- 제1항에 있어서,상기 보강 섬유는 판상의 형태인 나일론/보강 섬유 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 보강 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 티탄산 칼리 섬유, 탄화 규소 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 나일론/보강 섬유 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 비반응성 금속은 아연(Zn), 철(Fe), 망간(Mn) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고,상기 올레핀계 공중합체는 에틸렌/프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌/옥텐 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체(EPDM), 에틸렌-메타아크릴산 공중합체(EMAA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 나일론/보강 섬유 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 나일론/보강 섬유 복합제 조성물은 안료, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 유동증진제, 활제, 항균제, 이형제, 핵제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 더욱 포함하는 것인 나일론/보강 섬유 조성물.
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| KR1020070139058A KR100876199B1 (ko) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | 나일론/보강 섬유 조성물 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS61200165A (ja) | 1985-02-28 | 1986-09-04 | Karupu Kogyo Kk | ポリアミド系樹脂組成物 |
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- 2007-12-27 KR KR1020070139058A patent/KR100876199B1/ko active IP Right Grant
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Legal Events
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