KR100577884B1 - 폴리아미드 기재 부품에 조립된 폴리올레핀 기재 부품을포함하는 제품, 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 부품이 폴리올레핀을 기재로 하고 제 2 부품이 폴리아미드를 기재로 하는 2 개 이상의 조립된 열가소성 수지 부품을 포함하는 제품에 관한 것이다. 이들 부품은 함께 용접되어 조립된다.
Description
본 발명은 열가소성 수지로 제조된 서로 결합된 2 개 이상의 부품, 즉 폴리올레핀을 기재로 하는 제 1 부품 및 폴리아미드를 기재로 하는 제 2 부품을 포함하는 제품에 관한 것이다. 이들 제품은 자동차 및 스포츠 용품 부문에서 특히 유용하다.
후자로부터 형성된 제품을 제조하기 위한 열가소성 수지의 선택은 통상적으로 비용 및 성질에 근거한 기준에 의해 좌우된다. 따라서, 제품이 적용되는 용도 및 사용되는 환경에 따라서, 인성, 강성, 유연성, 치수안정성, 하중하의 변형 온도, 내열성, 특정 화학 약품에 대한 불투과성, 특정 물질과의 접촉에 대한 내성 등의 상이한 성질이 요구된다.
사용되는 물질중에서, 열가소성 폴리올레핀은 통상적으로 비용이 저렴하다. 예로서, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 언급할 수 있다.
폴리아미드는 고성능을 가진다. 예를 들면, 이들은 고온에서 보다 양호한 기계적 작용을 나타낸다.
최고의 비용/성질을 발견하기 위해, 상이한 물질로부터 형성된 부품들을 조립하여 제품을 제조하는 것이 알려져 있다. 상기 조립체는 제품의 각각의 기능부에 가장 적합한 물질을 사용하는 것을 가능하게 한다.
다수의 부품을 조립하는 작업은 또한 제품의 디자인도 고려해야 한다: 이것은 추가의 비용을 초래할 수 있으며, 제품의 특성에 영향 (기계적 성질의 저하, 결함부의 생성, 불량한 봉합 등) 을 미칠 수 있다. 따라서, 조립 방식은 제품의 제조에 필수적인 특성일 수 있다.
폴리올레핀 부품과 폴리아미드 부품의 조립체를 제조하기 위해서, 기계적 수단을 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 부품들이 나사로 고정되거나 설치되는 슬리브로 폴리아미드 및 폴리에틸렌 각각의 관상부를 조립하는 것이 알려져 있다. 상기 기계적 조립 작업은 봉합 결함을 초래할 수 있으며, 특정의 경우에는 부적당한 것으로 판명될 수 있다.
또한, 부품들을 접착 결합시키는 것도 알려져 있다. 이 조립 방식은 경우에 따라, 도달하기 어려운 부위에 접착제층의 적용을 필요로 한다. 이것은, 특정의 경우에는 단점이 될 수 있으며, 추가의 비용을 수반할 수 있다.
폴리아미드와 폴리올레핀은 화학적으로 비상용성, 즉 서로 혼합될 수 없는 물질이다. 이러한 비상용성은 이들이 서로에 대해 용접되는 것을 방해한다.
본 발명의 요지는 각각 다른 구조, 특히 다른 조립체를 나타내는 폴리아미드 기재 부품과 폴리올레핀 기재 부품을 포함하는 제품이다. 본 발명에 따른 제품은 우수한 기계적 성질을 나타내며, 조립 지점에서 우수한 봉합을 제공한다.
이 목적을 위해, 본 발명은 열가소성 수지로 제조된 서로 결합된 2 개 이상의 부품, 즉 폴리올레핀을 기재로 하는 물질로부터 형성된 제 1 부품 및 폴리아미드를 포함하는 물질로부터 형성된 제 2 부품을 포함하는 제품에 있어서, 제 2 부품의 물질이 1 종 이상의 폴리아미드와, 폴리아미드 및 폴리올레핀용 상용화제를 포함하는 조성물이고, 조립 작업이 후자의 표면의 일부분 이상에서 2 개의 부품을 서로 용접하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제품을 제안한다.
"부품의 조립" 이란 표현은 2 개 이상의 부품이 각각의 표면의 일부분 이상에서 서로 접촉하여, 접촉면에서 통합되는 임의의 구조를 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명에 따르면, 통합은 용접에 의해서 수득된다.
2 개의 부품은 이들의 표면의 평평한 부분 또는 곡선 부분에서 서로 접촉될 수 있다. 바람직하게는, 서로 접촉하는 표면은 연속 용접선 또는 연속 용접부를 형성하도록 협력한다.
본 발명의 한가지 특별한 양태에 따르면, 서로 접촉하는 부품 부분은 짝 형상을 가진다. 예를 들면, 이들은 소켓화 (socketed) 될 수 있다. 예로서, 하나의 부품의 관형부는 직경이 약간 큰 다른 부품의 관형부에 삽입될 수 있다.
제 1 부품을 제조하는데 사용되는 폴리올레핀은 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 에틸렌과 α-올레핀 기재 공중합체에서 선택된다. 예로서, 폴리에틸렌, 즉 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌을 언급할 수 있다.
본 발명을 수행하는데 사용되는 상용화제는 바람직하게는 아이오노머 (ionomer) 류에서 선택된다. 아이오노머는 하나 이상의 α-올레핀과 하나 이상의 불포화 α,β-카르복실산의 반복 단위를 갖는 이온성 공중합체이며, 이의 산 단위의 일부 이상은 금속 이온에 의해 이온화된다. α-올레핀은 바람직하게는 2∼6 의 탄소 원자를 함유하고, 산은 바람직하게는 3∼6 의 탄소 원자를 함유한다. α-올레핀은 바람직하게는 에틸렌이고, 산은 바람직하게는 아크릴산 또는 메타크릴산이다. 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트와 같은 다른 단량체가 보충 형식으로 사용될 수 있다. 금속 이온은, 예를 들어 나트륨, 아연, 알루미늄 및 칼륨 이온과 같은 1 가, 2 가 또는 3 가일 수 있다. 사용될 수 있는 아이오노머의 예로서, 아연으로 70 % 중화된 (80/10/10) 에틸렌/이소부틸 아크릴레이트/메타크릴산 공중합체를 언급할 수 있다.
본 발명을 수행하는데 사용될 수 있는 아이오노머는 DuPont de Nemours 에서 상품명 SURLYN
으로 시판되는 것들이다.
제 2 부품을 형성하는 조성물은 바람직하게는 폴리아미드 및 상용화제외에, 폴리올레핀계 화합물을 함유한다. "폴리올레핀계 화합물" 이란 올레핀 반복 단위를 포함하는 중합체 유형의 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 이것은, 예를 들면 열가소성 수지 또는 엘라스토머일 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 폴리올레핀계 화합물은 바람직하게는 제 1 부품을 형성하는 것과 동일한 종류의 열가소성 수지이거나, 또는 제 1 부품을 형성하는데 기재가 되는 것과 동일한 종류의 열가소성 수지이다. 폴리올레핀은 바람직하게는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌에서 선택된다. 또한, 이것은 예를 들어 말레산 무수물에 의해 관능화될 수 있다. 또한, 관능화 폴리에틸렌과 비관능화 폴리에틸렌의 혼합물을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 폴리올레핀계 화합물은 엘라스토머 특성을 가진다. 예로서, 에틸렌-프로필렌 고무 (EPR) 및 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 고무 (EPDM) 를 언급할 수 있다. 임의로, 이들 화합물은 말레산 무수물로 관능화될 수 있다.
제 2 부품의 물질을 형성하는 조성물에 포함되는 폴리아미드는 바람직하게는 반결정성 폴리아미드, 예를 들면 C6∼C12 의 포화 지방족 디카르복실산, 예컨대 아디프산, 아젤라산, 세바산, 도데칸산 또는 이의 혼합물과, 디-1 차 (diprimary) 디아민, 바람직하게는 C4∼C12 의 선형 또는 분지형 포화 지방족, 예컨대 헥사메틸렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, m-크실렌디아민 또는 이의 혼합물의 축중합 반응에 의해 수득되는 중합체; C4∼C12 의 탄화수소 사슬을 포함하는 ω-아미노알칸산의 직접 단독축중합에 의해 수득되거나, 또는 상기 산으로부터 유도되는 락탐의 가수분해성 개환 중합에 의해 수득되는 폴리아미드; 전술한 폴리아미드용 출발 단량체로부터 수득한 코폴리아미드 (코폴리아미드의 산 성분은 또한 테레프탈산 및/또는 이소프탈산으로 부분적으로 구성될 수 있음); 및 이들 폴리아미드 또는 이의 공중합체의 혼합물에서 선택된다.
이산 (diacid) 과 디아민의 축중합에 의해 수득되는 폴리아미드의 예로서, 예컨대 다음을 언급할 수 있다:
- 나일론-4,6 (테트라메틸렌디아민과 아디프산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-6,6 (헥사메틸렌디아민과 아디프산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-6,9 (헥사메틸렌디아민과 아젤라산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-6,10 (헥사메틸렌디아민과 세바산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-6,12 (헥사메틸렌디아민과 도데칸디온산으로부터 수득된 중합체).
적합할 수 있는 단독축중합에 의해 수득되는 폴리아미드의 예로서, 다음을 언급할 수 있다:
- 나일론-4 (4-아미노부탄산 또는 δ-부티로락탐으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-5 (5-아미노펜탄산 또는 δ-아밀로락탐으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-6 (ε-카프로락탐으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-7 (7-아미노헵탄산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-8 (카프릴락탐으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-9 (9-아미노노난산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-10 (10-아미노데칸산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-11 (11-아미노운데칸산으로부터 수득된 중합체);
- 나일론-12 (12-아미노도데칸산 또는 라우릴락탐으로부터 수득된 중합체).
코폴리아미드의 예로서, 예컨대 다음을 언급할 수 있다:
- 나일론-6,6/6,10 (헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바산으로부터 수득된 공중합체);
- 나일론-6,6/6 (헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 카프로락탐으로부터 수득된 공중합체);
- 나일론-6/12;
- 나일론-6/11;
- 나일론-6/6,36.
본 발명의 바람직한 폴리아미드는 나일론-6,6 폴리아미드, 나일론-6 폴리아미드, 및 나일론-6,6/6 및 나일론-6/6,36 코폴리아미드이다.
부품을 형성하는 열가소성 수지는 유리하게는 충전제, 예를 들어 유리 섬유, 융점 325 ℃ 초과의 물질 또는 열경화성 합성 물질로 제조된 섬유, 탄소 섬유와 같은 강화 섬유, 및/또는 탈크, 마이카, 카올린 및 탄산칼슘과 같은 무기 분말을 함유할 수 있다. 이들 충전제는 플라스틱 기술 분야에서 널리 사용된다.
열가소성 수지는 또한 안정제, 가소제, 난연제, 산화방지제, 윤활제 또는 기타 통상적인 첨가제와 같은, 열가소성 조성물에 통상적으로 첨가되는 첨가제를 함유할 수 있다.
임의의 공지된 방법이, 각종 성분을 포함하는 열가소성 수지로부터 형성된 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 다음을 언급할 수 있다:
- 모든 성분을 함유하는 조성물의 과립으로부터 형성;
- 상이한 조성물과, 임의로 분말 또는 마스터배치 형태로 도입된 첨가제의 과립, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 아이오노머의 과립의 혼합물로부터 형성;
- 일부가 첨가제 또는 다른 화합물로 코팅된 과립으로부터 형성.
폴리아미드, 상용화제 및 폴리올레핀계 화합물을 포함하는 조성물은 통상적으로 연속상 및 이 연속상내의 분산상을 가진다. 성분들의 성질 및 농도는, 유리하게는 연속상이 폴리아미드로 구성되고 분산상이 폴리올레핀계 화합물로 구성되도록 선택된다. 이러한 구조는, 물질이 폴리아미드의 특성을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 연료에 대한 투과율을 충분히 낮게 유지시킬 수 있다. 제 2 부품을 형성하는 조성물은 바람직하게는 알코올 함유 연료에 대해 양호한 불투과성을 나타낸다.
통상적인 방법을 사용하여 2 개의 부품을 형성시킬 수 있으며, 이들 방법으로는, 사출 성형, 압출 블로우 성형, 기체 주입 성형 및 물 주입 성형을 언급할 수 있다. 부품은 가능하게는 공동 또는 중공부를 가질 수 있다.
한가지 특별한 양태에 따르면, 2 개의 부품은 중공이거나 또는 중공 횡단면을 가지며, 조립하는 경우 각각의 부품의 중공부는 서로 통하게 된다. 이 조립체는 유리하게는 형상 상보성 (相補性) 에 의해 제조된다.
제 2 부품은, 예를 들면 관식 도관일 수 있다.
관식 형상의 제 2 부품을 제조하기 위해서는, 압출 블로우 성형 기술이 바람직할 수 있다. 이 목적을 위해, 폴리아미드 기재 조성물은 바람직하게는 275 ℃ 에서 5 ㎏ 의 하중을 적용하여 측정한 용융 흐름 지수가 0.5∼8 g/10 분이다. 또한, 유리하게는 모듈러스가 1500 MPa 미만, 바람직하게는 1000 MPa 미만일 수 있으며, 이로써 부품에 충분한 유연성이 부여되어, 제품의 설치를 보다 용이하게 할 수 있고, 복잡한 프로파일을 갖는 제품의 형성을 방지할 수 있다. 제 2 부품은 또한 유연성을 더욱 향상시키는 부분을 아래에 가질 수 있다. 다른 이로운 특징에 따르면, 조성물은 23 ℃ 에서 측정한 노치 아이조드 (notched Izod) 충격 강도가 800 J/m 초과일 수 있다.
조립후 부품들의 최종 통합은 용접에 의해 수행된다. 표면들을 서로 접촉시킨 후, 예를 들어 부품을 구성하는 물질의 연화점을 적어도 초과하는 온도, 바람직하게는 융점 근처로 상승시킨다.
본 발명에 적합한 공지의 용접 기술로는, 예를 들어 다음을 언급할 수 있다:
- 초음파 용접: 표면을 초음파에 의해 원하는 온도로 가열함;
- 진동 용접: 표면을 접촉시켜 서로에 대해 진동시킴, 표면 사이의 마찰이 물질을 가열하여 부드럽게 함;
- 열판 용접: 용접 표면 사이에 가열판을 놓은 후, 표면이 원하는 온도에 도달하였을 때 제거함. 이어서, 표면을 정해진 압력하에서 서로 접촉시킴; 열판 용접과 유사한 기술, 적외선 방출 열원;
- 적외선 용접;
- 레이저 용접.
본 발명의 또다른 세부 사항 및 잇점은 단지 예시를 위해서 하기에 주어지는 실시예에 비추어 보다 명확하고 분명해질 것이다.
하기의 조성물들을 제조하였다:
조성물 1:
DuPont 에서 상품명 SURLYN
1652 로 시판되는 아이오노머의 과립 20 중량% 및 하기의 엘라스토머화 폴리아미드 조성물 80 중량% 로 구성되는 혼합물을 압출하여 수득한 조성물:
- Rhodia Engineering Plastics 에서 상품명 TECHNYL C 502 로 시판되는, 상대 점도 5 의 나일론-6 폴리아미드 57.4 중량%;
- Exxon 에서 상품명 EXXELOR VA 1801 로 시판되는 말레산 무수물-그라프트화 에틸렌-프로필렌 엘라스토머 40 중량%;
- 안료 및 윤활제 (카본 블랙 및 칼슘 스테아레이트) 2.6 %.
조성물 2:
하기를 압출하여 수득한 조성물:
- Rhodia Engineering Plastics 에서 상품명 TECHNYL C 502 로 시판되는, 상대 점도 5 의 나일론-6 폴리아미드 57.4 중량%;
- BASF 에서 상품명 LUPONEN ELENAC 로 시판되는 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 30 %;
- DuPont 에서 상품명 SURLYN
1652 로 시판되는 아이오노머 10 %;
- 안료 및 윤활제 (카본 블랙 및 칼슘 스테아레이트) 2.6 %.
조성물 1, 조성물 2, 전술한 엘라스토머화 폴리아미드 및 전술한 고밀도 폴리에틸렌을 사용하여, 사출 성형에 의해 액자를 형성시켰다.
액자를 한쌍으로 서로 용접하고, 열판 용접 기술을 이용하여 320 ℃ 에서 약 10 초간 유지시켰다. 2 개의 액자를 분리하는데 필요한 힘 (N) 을 측정하였다. 이것을 표 1 에 나타낸다.
| 엘라스토머화 PA-6 (비교예) | HDPE (부품 1) | |
| 조성물 1 (부품 2) | 650 | 780 |
| 조성물 2 (부품 2) | 940 | 840 |
| 엘라스토머화 PA-6 (부품 2, 비교예) | 1000 | 0 |
조성물 1 및 2 는 본 발명에 따르지 않는 폴리아미드에 용접되는 능력보다 폴리에틸렌에 용접되는 능력이 크다.
조성물 1 및 2, 엘라스토머화 폴리아미드 및 고밀도 폴리에틸렌의 연료에 대한 투과율을 측정하였다.
정지 방법을 사용하여, 제조된 튜브의 투과성을 평가하였다. 길이 300 ㎜ 의 튜브 견본의 한쪽 끝을 연료-내성 접착제로 피복된 나일론 마개로 막았다. 튜브의 다른쪽 끝을 용적 25 ㎤ 의 연료 탱크에 연결시켜, 튜브내에서 연료의 조성을 일정하게 유지시켰다. 튜브를 온도와 유체 주입의 관점에서 조건화시켜, 투과율의 직접적인 측정값을 수득하였다. 40 ℃ 에서 시험을 수행하고, 정해진 기간에 걸쳐서, 예를 들면 24 시간의 기간 후에 중량 손실에 의해서 확산을 측정하였다. 따라서, 투과율은 연속하는 기간 동안 중량 손실이 일정할 때 측정한 튜브 견본의 중량 손실율에 해당한다. 다수의 연료에 대한 측정값 (g/㎡.일) 을 표 2 에 나타낸다.
| 알코올 비함유 연료 | 6.5 % 알코올 함유 연료 | 22 % 알코올 함유 디젤 연료 | |
| 엘라스토머화 PA-6 | 0 | 11 | 26 |
| HDPE | 40 | 38 | 54 |
| 조성물 1 | 0 | 0 | 0 |
| 조성물 2 | 0 | 0 | 11 |
상기 결과는 조성물이 연료에 대해 우수한 불투과성을 나타냄을 보여준다.
Claims (20)
- 열가소성 수지로 제조된 서로 결합된 2 개 이상의 부품을 포함하고, 제 1 부품은 폴리올레핀을 기재로 하는 물질로부터 형성되며, 제 2 부품은 폴리아미드를 포함하는 물질로부터 형성되는 제품에 있어서, 제 2 부품의 물질이 1 종 이상의 폴리아미드와, 폴리아미드 및 폴리올레핀용 상용화제를 포함하는 조성물이고, 조립 작업이 후자의 표면의 일부분 이상에서 2 개의 부품을 서로 용접시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 1 항에 있어서, 상용화제가 아이오노머인 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 2 부품의 물질이 폴리아미드, 아이오노머 및 폴리올레핀계 화합물을 포함하는 조성물인 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 3 항에 있어서, 폴리올레핀계 화합물이 엘라스토머 또는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 3 항에 있어서, 폴리올레핀계 화합물이 제 1 부품을 생성하는 것과 동일한 종류의 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폴리아미드가 나일론-6, 나일론-11, 나일론-12, 나일론-4,6, 나일론-6,10, 나일론-6,6, 나일론-6,10, 나일론-6,36, 이들 폴리아미드 기재의 공중합체 및 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 조성물이, 275 ℃ 의 온도에서 5 ㎏ 의 하중하에 측정한 0.5∼8 g/10 분의 용융 흐름 지수를 갖는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폴리올레핀이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이들 중합체 기재의 공중합체 및 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 3 항에 있어서, 폴리올레핀계 화합물이 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 3 항에 있어서, 엘라스토머가 말레산 무수물로 관능화된 에틸렌-프로필렌 고무인 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 3 항에 있어서, 조성물이 연속상과 이 연속상내의 분산상을 가지며, 연속상은 폴리아미드로 구성되고, 분산상은 폴리올레핀계 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 부품이 사출 성형, 압출 블로우 성형, 기체 주입 성형 및 물 주입 성형에서 선택되는 기술을 사용하여 성형함으로써 수득되는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 2 개의 부품이 중공이고, 형상 상보성에 의해 조립되어, 각각의 부품의 중공부가 서로 통하게 되는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 13 항에 있어서, 제 2 부품이 관식 도관인 것을 특징으로 하는 제품.
- 열가소성 수지로 제조된 부품들을 형성한 후 이들을 서로 결합시키는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 제품의 제조 방법에 있어서, 부품들을 이들의 표면의 일부분 이상에서 서로 접촉시키고, 이어서 2 개의 부품이 접촉하는 일부분 이상에서 2 개의 부품을, 부품을 구성하는 물질의 연화점 초과의 온도에서 용접하여 조립 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 가열이 레이저에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방 법.
- 제 15 항에 있어서, 용접이 진동 용접 기술에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 용접이 초음파 용접 기술에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 용접이 열판 용접 기술에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 용접이 적외선 용접 기술에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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