KR100586577B1 - 가압 유체 도관 - Google Patents

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KR100586577B1
KR100586577B1 KR1020020033193A KR20020033193A KR100586577B1 KR 100586577 B1 KR100586577 B1 KR 100586577B1 KR 1020020033193 A KR1020020033193 A KR 1020020033193A KR 20020033193 A KR20020033193 A KR 20020033193A KR 100586577 B1 KR100586577 B1 KR 100586577B1
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디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
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Abstract

본 발명은 경도가 50 Shore D 내지 65 Shore D이고 150℃에서의 모듈러스가 60 MPa 이상인 반결정질(semi-crystalline) 열가소성 재료의 단층을 포함하는 가압 유체 도관(pressurized fluid conduit)에 관한 것이다. 상기 도관의 장점은 간단히 제조되고 예컨대 실온에서 용이하게 조작(handling) 및 어셈블링(assembling)될 수 있는 한편, 높은 작업 온도(operating temperature)에서 파열 압력(burst pressure) 및 변형(deformation)에 관련된 요건이 충족된다는 것이다. 다른 중요한 장점은 재료 사용의 유의적인 경감 및 보다 양호한 진동 및 노이즈 감쇠(noise damping)를 포함한다.
또한, 본 발명은 압출 성형 공정에 의해 단층 가압 유체 도관을 제조하는데 사용되는 50 Shore D 내지 65 Shore D의 경도 및 60 MPa 이상의 150℃에서의 모듈러스를 갖는 반결정질 열가소성 재료의 용도, 및 상기 도관의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

가압 유체 도관{PRESSURIZED FLUID CONDUIT}
도 1a에는 도관(conduit)의 부분이 도시되어 있는데, 여기서 2개의 반대 축 파형(opposing axial corrugate)은 원주 파형(circumferential corrugate)을 횡단하여 존재하며, 축 파형의 표면은 도관의 매끄러운 벽 부분의 외면 위로 연장되어 있다.
도 1b에는 도 1a에 도시되어 있는 것과 유사한 도관이 도시되어 있지만, 축 파형은 벽면 아래에서 도관 내부로 연장되어 있다.
도 1c의 도관은 2개의 반대 면에서 단지 수 개의 축 파형만을 구비함으로써 2개의 반대 방향으로의 굽힘(bending)을 가능하게 하는 반면에, 다른 방향에서의 강성(stiffness)을 증가시킨다.
도 1d에는 압착된 외관(squeezed appearance)을 갖는 도관이 도시되어 있다. 도관은 2개의 반대 방향(opposite direction)에서의 굽힘을 촉진시키지만 다른 방향에서의 휨(deflection)을 감소시키는 2쌍의 큰 파형을 구비한다.
도 1e 및 1f에는 벽면으로부터 오목하게 들어가 있는 다수의 원형 및 삼각 그리드(grid)를 갖는 도관이 도시되어 있다. 매끄러운 벽 부분은 복수의 통로(path)를 통해 연결되어 있는 것으로 생각될 수 있다. 이러한 기하학적 구조는 모든 방향에서의 개선된 굽힘 가요성(bending flexibility)을 나타내며, 가압하에서 종방향 연신(longitudinal elongation)을 실질적으로 나타내지 않는 도관을 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 가압 유체 도관(pressurized fluid conduit)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 압출 성형 방법에 의해 단층 가압 유체 도관을 제조하는 데 사용되는 특정 성질들을 갖는 반결정질(semi-crystalline) 열가소성 물질의 용도, 및 상기 도관의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 가압 유체 도관은 특히 일본 공개특허공보 제2000-088151호에 공지되어 있다. 상기 일본 공개특허공보에는 다층 관상(管狀, tubular) 성형 물품이 기재되어 있는데, 이는 50 Shore D 내지 70 Shore D의 경도를 갖는 반결정질 에스테르계 탄성중합체(Ⅰ)로 구성된 내부층 및 30 Shore D 내지 50 Shore D의 경도를 갖는 반결정질 에스테르계 탄성중합체(Ⅱ) 구성된 외부층을 포함한다. 상기 탄성중합체(Ⅱ)는 반결정질 폴리에스테르의 경질 블록(hard block) 및 폴리에테르의 연질 블록(soft block)을 포함하는 블록 공중합체(block copolymer)인데, 상기 블록은 우레탄 결합에 의해 서로 연결되어 있다.
본원에 있어서, 가압 유체 도관은 약 70-500 kPa의 압력에서 공기 또는 액체와 같은 유체를 운반하는 다양한 수단을 포함하는 것으로 이해되고, 상기 도관은 또한 종종, 예를 들면 180℃ 이하의 고온에서 작동된다. 상기 가압 유체 도관의 예는 파형(波形) 또는 회선상(回旋狀)의 파이프 또는 호스, 및 매끄러운 벽 표면을 갖는 적어도 하나의 섹션과 선택적으로 예를 들면 자동차 에어-덕트(air-duct) 또는 냉각재 라인(coolant line)과 같은 파형의 벽과 같이 휨에 영향을 주는 벽의 기하학적 형태를 갖는 적어도 하나의 섹션을 포함하는 덕트(duct)를 포함한다. 파형 벽 섹션은 파형 구조, 예를 들면 파이프의 축 방향으로 서로 일정 간격을 두고 다수의 원주 외형의 파이프 또는 튜브의 형태의, 도관의 일부분을 의미하는 것으로 이해된다. 상기 외형은 원형, 계란형, 타원형, 삼각형 또는 다각형 등과 같은 상당히 다른 기하학적 형태를 가질 수 있다. 파형(波形)은 회선상(回旋狀)으로도 언급되고, 상기 두 용어는 호환적으로 사용된다. 파형 섹션의 이점은 도관의 굽힘 가요성(bending flexibility)을 향상시키는 것이다. 휨 또는 굽힘 가요성은 또한 특정의 기하학적 형태의 파형 또는 비(非)-원주형 파형을 선택함으로서 다른 굽힘 방향으로 다르게 만들어질 수 있다. 그러므로, 도관 제조의 물질 선택이 중요하고, 이는 도관이 예를 들면, 높은 작동 온도에서 파열 압력(burst pressure) 및 변형(deformation)에 따른 성능 요건을 만족시킬 뿐만 아니라, 상기 도관이 저온, 특히 실온에서 용이하게 취급(handling) 및 어셈블링(assembling)될 수 있는 양호한 가요성을 보이기 때문이다. 또한, 예를 들면 전형적인 자동차의 유체 및 오일에 대한 내약품성이 높게 요구된다. 공지된 도관에서, 분리된 층의 형태로 다른 물질의 배합이 목적하는 성능을 얻기 위해 적용된다.
그러나, 일본 공개특허공보 제2000-088151호에 공지된 가압 유체 도관의 단점은 상기 다층 도관은 오히려 복잡하고 제조 비용이 과다하게 소요된다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 위와 같은 종래기술의 단점을 보이지 않거나 적어도 매우 적은 범위로 보이는 가압 유체 도관을 제공하는 것이다.
상기 목적은 경도(hardness)가 50 Shore D 내지 65 Shore D이고 150℃에서의 모듈러스(modulus)가 적어도 60 MPa인 반결정질 열가소성 물질의 단층을 포함하는 본 발명에 따른 가압 유체 도관에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 가압 유체 도관은 단층이고, 특정 열가소성 물질을 가해서 쉽게 제조할 수 있고, 어셈블링시 가요성과 내고온성 및 내화학약품성의 조합이 의도한 대로 제공된다.
공지된 도관의 내부층에 물질로 비교되는 Shore D 경도의 특정 열가소성 물질의 단층을 포함하지만, 부드럽고 더 유연한 물질의 외부층은 포함하지 않는 도관이 여전히 실온에서 조립되는 동안 좋은 가요성을 보인다는 것을 발견하였다.
본 발명에 따른 가압 유체 도관의 또 다른 이점은 물질 사용에 중요한 절약 및 이로 인한 추가의 비용 절감이다. 본 발명에 따른 가압 유체 도관의 또 다른 이점은 에어-덕트와 같은 도관을 포함하는 자동차 공기-흡입 시스템이 예를 들면 -35℃와 같이 낮은 온도에서 조차도 냉시동 후 엔진 진동을 더 효과적으로 흡수시킬 수 있다는 것이다. 추가의 이점은 본 발명에 따른 가압 유체 도관이 특히 1500-3200 ㎐ 범위로 개선된 노이즈 감쇠(noise damping)를 초래한다는 것이다.
본 발명의 명세서내에 단층 도관은 도관의 구조층으로 열가소성 물질 또는 조성물의 단일층을 포함하고; 상기는 도관에 기계적 특성을 제공하고, 고온에서 작동할 수 있게 하는 층이다. 도관은 또한 다른 층을 포함하고, 이는 심미적 또는 보호 목적용 코팅 층과 같이 도관의 기계적 특성에 기여하지 않거나 또는 실제로 기여하지 않는다.
단층 가압 유체 도관은 또한 DE 19707518 C에 공지되어있다. 상기 특허 명세서에서 유체 라인으로 사용되는 파형 파이프가 개시되어 있으며, 바람직하게 폴리아미드 또는 다른 중합체와 이의 혼합물로 제조되고; 이는 상기 물질이 단일 층 파이프에서 적당한 기계적 특성, 화학적 특성 및 장벽 특성을 조합하기 때문이다. 고온에서 종방향 연신에 대한 향상된 저항성을 가지고, 열가소성 물질로 제조된 단층 에어-덕트가 또한 US 6056018 A에 기술되어있다. 그러나 상기 공보에서는 본 발명에 따른 특정 열가소성 물질이 조립시 좋은 가요성과 고온에서 변형 저항성이 우수하게 조합된 단층 도관을 제조할 수 있다는 것을 개시하거나 또는 제안하지 못했다.
바람직하게, 본 발명에 따른 가압 유체 도관에서 열가소성 물질은 52 내지 63 사이, 더 바람직하게는 54 Shore D 내지 61 Shore D의 경도를 갖는다. Shore D에 따른 경도는 실온에서 ISO 868의 지침에 따른 방법으로 측정된다. 상기 경도를 갖는 물질의 이점은 특히 실온 근처의 대기 온도에서 도관의 기계적 강도 및 가요성 사이의 좋은 균형이 제공된다는 것이다.
본 발명에 따른 가압 유체 도관내 열가소성 물질로는 충분히 높은 녹는점, 일반적으로 150℃이상, 기계적 특성, 내화학약품성 및 내열성과 같은 목표화된 용도에서 전형적인 요건을 충족시키는 한, 다양한 반결정질 물질이 사용될 수 있다. 적당한 열가소성 물질은 폴리아미드 및 폴리에스테르, 및 특히 블록 공중합체과 같은 폴리아미드계 및 폴리에스테르계 가요성 또는 탄성중합체 물질 또는 낮은 모듈러스의 혼합물 또는 고무 중합체를 포함한다. 폴리에스테르에 기초한 반결정질 열가소성 물질은 상기 언급된 특성 및 가변의 습도 조건에 대한 기계적 특성의 낮은 민감도의 균형잡힌 배합을 고려하면 바람직하다.
본 발명에 따른 가압 유체 도관내 열가소성 물질은 150℃에서의 모듈러스가 바람직하게는 적어도 70 MPa, 더 바람직하게는 적어도 80 MPa이다. 고온에서 더 높은 모듈러스를 갖는 물질을 사용하는 것은 도관이 예를 들면 실온에서 더 높은 가요성을 제공한다는 이점이 있다. 상기 출원의 명세서내에, 모듈러스는 변형 계수를 의미하는 것으로 이해되고, ASTM D5026에 따라, 1 ㎐의 주파수에서 일정 온도 범위로 동적으로 연신되는 시험 시료상에서 동적 기계적 분광계(Dynamic Mechanical Spectrometer, DMS)로 측정된다.
자동차 산업에서 엔진 내부 및 주위에 더 높은 온도에서 사용될 수 있도록 지속적인 개발이 있다. 또한, 공기 및 연료-조절 시스템내에 이러한 경향은 분명하다. 정상 작동 온도, 예를 들면 에어-덕트에서 요즘은 120-140℃의 범위이지만, 140-160℃로 이동하고 있고, 정점 온도는 180℃ 또는 그 이상에 이른다. 이는 특히 작동 온도가 가까운 장래에 160℃를 넘는 디젤 엔진에 사용되는 소위 피드덕트(feed-duct)의 경우이다. 그러므로, 본 발명에 따른 가압 유체 도관내 열가소성 물질은 160℃에서 바람직하게는 적어도 50 MPa, 더 바람직하게는 적어도 60 MPa, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70 MPa의 모듈러스를 갖는다. 훨씬 더 바람직하게, 본 발명에 따른 가압 유체 도관은 170℃에서 적어도 50 MPa, 더 바람직하게는 적어도 60 MPa, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70MPa의 모듈러스를 보이는 열가소성 물질의 단층을 포함한다.
본 발명에 따른 가압 유체 도관은 공지된 용융 처리 단계, 예를 들면 압출 방법을 통하여, 선택적으로 목적하는 기하학적 형태를 형성하기 위해 블로우- 및/또는 흡입-성형 단계에 의해 열가소성 물질로부터 제조될 수 있다. 바람직한 방법은 더 복잡한 3차원 형태의 도관을 제조하기 위해 각각 선택적으로 튜브를 조작하는 흡입 블로우 성형 및 연속적인 블로우 성형을 포함하는 압출 블로우 성형 기술이다. 연속적 블로우 성형 방법으로 예를 들면, 강성(stiffness)이 변화되는 다른 섹션을 포함하며, 이중 하나는 상기 정의된 바와 같이 열가소성 물질의 단층 섹션인 도관이 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 구체예에서, 도관은 상기 정의된 바와 같이 열가소성 물질로 제조된 압출 블로우 성형된 부품이며, 240℃ 및 전단속도 1s-1에서 측정할 때, 8 내지 35 사이, 바람직하게는 9 내지 30 kPa.s 사이의 용융 점도를 갖는다. 상기 용융 점도 측정은 예를 들면 플레이트/플레이트 기하학적 형태를 사용하여 동적 기계적 분광계로 실시된다. 열가소성 물질의 용융점에 따라 측정 온도는 조절된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 가압 유체 도관은 도관의 굽힘 가요성을 추가로 개선시키기 위해, 휨에 영향을 미치는 벽의 기하학적 구조를 갖는 적어도 하나의 섹션을 포함한다. 본원에서, 휨에 영향을 미치는 벽의 기하학적 구조를 갖는 섹션은 도관의 굽힘이 특정 방향으로 이용되거나 또는 제한되는 벽 구조를 갖는 섹션을 의미한다. 통상적인 예로는 다양한 기하학적 구조의 종래의 원주 파형 또는 비-원주 파형을 갖는 섹션을 포함한다. 보다 바람직하게는, 도관의 파형 섹션은 높은 작동 온도에서 압력하에 작업할 때 도관의 종방향 연신이 감소되거나 또는 실질적으로 방지되는 기하학적 구조의 파형; 인접 파형을 연결하는 리브(rib)의 존재 또는 파형이 차단된 세로 섹션을 가지며 실질적으로 파이프의 표면에서 제조되며; DE 19707518 C에 기술되어 있다.
휨에 영향을 미치는 벽의 기하학적 구조를 갖는 다른 가능한 섹션들은 도 1에 도시되어 있으며, 이는 도관 섹션의 투시 대표도이다.
상기 기하학적 구조는 단층 도관(mono-layered conduits)의 경우에 유리할 뿐만 아니라 다층 구조에도 유리하다.
특히 바람직한 구체예에서, 특정 열가소성 물질들이 낮은 사용 온도 및 높은 사용 온도 모두에서 에어-덕트의 우수한 성능을 가능하게 하기 때문에, 본 발명에 따른 가압 유체 도관은 예를 들어, 제1 관상 파이프 섹션, 파형 섹션과 같이 휨에 영향을 미치는 벽의 기하학적 구조를 갖는 섹션, 및 제2 관형 섹션을 포함하는 자동차 에어-덕트이다. 바람직하게는, 상기 에어덕트의 파형 섹션은 높은 작업 온도에서 압력하에 작동할 때 도관의 종방향 연신을 실질적으로 방지하는 기하학적 구조의 파형을 가진다.
본 발명에 따른 바람직한 구체예에서, 가압 유체 도관에서의 열가소성 물질들은 열가소성 블록 코폴리에스테르 탄성중합체, 보다 바람직하게는 블록 코폴리에테르 에스테르 탄성중합체이다.
블록 코폴리에스테르는 가요성 중합체의 연질 블록 및 반결정질 폴리에스테르의 경질 블록을 포함한다. 블록 공중합체 또는 블록은 또한 각각 세그먼트 공중합체 또는 세그먼트라고도 언급한다.
블록 코폴리에스테르에서 경질 폴리에스테르 블록은 적어도 하나의 알킬렌 디올 및 적어도 하나의 방향족 디카르복시산 또는 그의 에스테르로부터 유도된 반복단위체로 조성된다. 알킬렌 디올은 보통 2-6개의 탄소 원자, 바람직하게는 2-4개의 탄소 원자를 함유한다. 그의 예로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 디올 및 부틸렌 디올이 있다. 바람직하게는 프로필렌 디올 또는 부틸렌 디올이 사용되며, 보다 바람직하게는 1,4-부틸렌 디올이 사용된다. 적당한 방향족 디카르복시산의 예로는 테레프탈산, 1,4-나프탈렌 디카르복시산 또는 4,4'-비페닐 디카르복시산이 있다. 경질 세그먼트는 또한, 폴리에스테르의 용융점을 일반적으로 낮추는 다른 디카르복시산, 가령 이소프탈산으로부터 유도된 소량의 단위체도 함유한다. 다른 디카르복시산의 양은 무엇보다 블록 코폴리에스테르의 결정화 거동(crystallization behavior)에 역효과가 미치지 않도록 10 mole% 이하로 제한되는 것이 바람직하다. 경질 블록은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트 및 특히 폴리부틸렌 테레프탈레이트에 기초하는 것이 바람직하다. 그의 장점에는 양호한 결정화 거동 및 높은 용융점이 있으며, 이로써 양호한 가공 특성 및 우수한 내열성 및 내화학약품성을 갖는 반결정질 블록 코폴리에스테르가 생성된다.
블록 코폴리에스테르내 연질 블록은 가요성 중합체, 즉 낮은 유리전이온도(Tg) 및 낮은 강성을 갖는 실질적으로 비결정질의 중합체를 포함한다. 바람직하게는, Tg는 0℃ 이하, 보다 바람직하게는 -20℃ 이하, 가장 바람직하게는 -40℃ 이하이다. 본래, 다양한 다른 중합체들은 연질 블록으로서 사용될 수 있으며, 적당한 예로는 지방족 폴리에테르, 지방족 폴리에스테르 또는 지방족 폴리카르보네이트가 있다. 블록들의 몰 질량은 광범위한 범위내에서 다양하지만, 바람직하게는 400 내지 6000 g/mol, 보다 바람직하게는 500-4000 g/mol에서 선택된다.
적당한 지방족 폴리에테르의 예로는 2-6개의 탄소 원자, 바람직하게는 2-4개의 탄소 원자의 알킬렌 옥시드로부터 유도된 폴리(알킬렌 옥시드)디올 또는 이의 배합물이 있다. 그 예로는 폴리(에틸렌 옥시드)디올, 폴리(테트라메틸렌 옥시드)디올, 폴리(프로필렌 옥시드)디올 및 에틸렌 옥시드-말단 폴리(프로필렌 옥시드)디올을 포함한다. 블록 코폴리에스테르에서 경질 블록에 대한 연질 블록의 비는 광범위한 범위내에서 다양하지만, 목적하는 경도의 블록 코폴리에스테르가 수득되도록 선택된다. 경도는 대략 20 Shore D 내지 80 Shore D일 수 있지만, 본 발명에 따른 가압 유체 도관에서 사용하기 위해서는 50-65 Shore D의 경도가 선택된다.
블록 코폴리에스테르는 또한 사슬연장제 또는 분지쇄화제로서 작용하는, 산기 또는 수산기와 반응할 수 있는 둘 또는 그 이상의 작용기를 갖는 화합물도 포함한다. 적당한 사슬연장제의 예로는 디이소시아네이트 및 비스에폭시드가 있다. 적당한 분지쇄화제의 예로는 트리멜리트산, 트리멜리트산 무수물 및 트리메틸올 프로판이 있다. 사슬연장제 또는 분지쇄화제의 양 및 종류는 목적하는 용융 점도의 블록 코폴리에스테르가 수득되도록 선택된다. 보통, 사슬 가지화제의 양은 블록 공중합체를 나타내는 디카르복시산 100 mole당 6.0 당량 이하일 것이다. 분지쇄화제는 특히 압출 블로우 성형과 같은 처리 기술에 사용할 수 있는 점도 수준의 블록 코폴리에스테르를 제조하는데 특히 유용하다.
블록 코폴리에스테르는 안정화제, 산화방지제, 착색제, 가공 보조제 또는 방염 화합물과 같은 종래의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 바람직하게는, 블록 코폴리에테르 에스테르는 안정화 및 산화방지 패키지(package)를 함유하며, 이는 물질이 연장된 시간 동안 열기에 대한 노출을 견질 수 있도록 하며, 시험 시편은 열순환 오븐내 150℃에서 1000시간 동안 숙성한 후에 100% 이상의 잔류 파단 인장 연신(residual tensile elongation at break)을 나타낸다. 블록 코폴리에스테르는 또한 다른 조성물의 둘 또는 그 이상의 블록 코폴리에스테르의 혼합물 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 그와 혼화가능한 다른 중합체 및 블록 코폴리에스테르의 혼합물일 수도 있다.
블록 코폴리에스테르의 실시예 및 제조예와 블록 코폴리에스테르의 특성은 문헌[Handbook of Thermoplastics, ed. O.Olabishi, Chapter 17, Marcel Dekker Inc., New York 1997, ISBN 0-8247-9797-3], 문헌[Thermoplastic Elastomers, 2nd Ed., Chapter 8, Carl Hanser Verlag(1996), ISBN 1-56990-205-4], 문헌[Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 12, Wiley & Sons, New York (1988), ISBN 0-471-80944, p.75-117] 등에 기술되어 있으며, 상기 문헌들은 본 명세서에 참고로 인용된다.
특히 바람직한 구체예에서, 가압 유체 도관은 폴리부틸렌 테레프탈레이트에 기초한 경질 블록 및 폴리(테트라메틸렌 옥시드)디올, 폴리(프로필렌 옥시드)디올 또는 에틸렌 옥시드-말단 폴리(프로필렌 옥시드)디올에 기초한 연질 블록을 갖는 단층의 블록 코폴리에테르 에스테르를 포함한다. 상기 연질 블록의 몰 질량은 1000 g/mol 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 바람직한 저온 가요성 및 180℃ 이상 또는 200℃ 이상의 용융점을 갖는 블록 코폴리에테르 에스테르가 바람직하다. 폴리(프로필렌 옥시드)디올, 특히 1000 g/mol 또는 그 이상의 몰 질량을 갖는 에틸렌 옥시드-말단 폴리(프로필렌 옥시드)디올에 기초한 연질 블록을 함유하는 블록 코폴리에테르 에스테르가 보다 바람직하다. 상기 폴리에테르내 프로필렌 옥시드와 에틸렌 옥시드 단위체의 수사이의 비는 광범위한 범위내에서 다양하며, 예를 들어 20:1 내지 1:6, 바람직하게는 10:1 내지 1:1이다. 상기 블록 코폴리에스테르의 잇점은 200℃에 가까운 온도까지의 허용되는 수준에서 유지하면서 양호한 기계적 강도를 갖는 저온 가요성을 조합하여 잘 균형된 성질 프로필을 갖는다. 또한 적당한 안정화/산화방지 시스템의 첨가와 함께, 상기 물질은 150℃에서 1000시간 동안 열숙성한 후에도 여전히 충분한 기계적 성질들을 나타낸다.
본 발명은 또한 상기에 기술된 이유로 압출(블로우)성형공정을 통해서 단층 가압 유체 도관을 제조하는데 사용되는 50 내지 65 Shore D 사이의 경도 및 150℃에서 적어도 60MPa의 모듈러스를 갖는 반결정질 열가소성 물질의 용도에 관한 것이다.
바람직하게, 본 용도는 상기에서 기술되고 설명된 바와 같은 부가적 특징의 반결정질 열가소성 물질, 특히 폴리에스테르계 물질에 관한 것이다.
또한 본 발명은 50 내지 70 Shore D사이의 경도를 갖는 반결정질 열가소성 물질의 압출 블로우 성형으로 이루어진 단층 가압 유체 도관의 제조방법에 관한 것이다.
공지된 방법에서, 폴리아미드계 또는 폴리에스테르계 조성물이 사용된다. 폴리아미드계 조성물의 단점은 물을 흡수하는 경향이 있고 이로 인하여 기계적 성질의 변화를 초래한다는 것이다. 낮은 모듈러스를 갖는 폴리아미드계 또는 폴리에스테르계 가요성 혼합물 또는 탄성중합체의 단점은 압출성형에서의 그의 공정거동으로, 예를들면 다이-팽창 현상을 포함하고, 압출된 파리손의 형성을 어렵게 한다.
그러므로 본 발명의 목적은 상기의 단점을 보이지 않거나, 또는 적어도 다소 적은 정도로 보이는 가압 유체 도관의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 목적은 상기 방법으로 이루어지며, 50 내지 65 Shore D사이의 경도 및 150℃에서 적어도 60MPa의 모듈러스를 갖는 블록 코폴리에스테르, 특히 블록 코폴리에테르 에스테르가 사용된다.
바람직하게, 본 발명에 따른 방법은 상기에 기술되고 설명된 바와 같은 부가적인 특징의 블록 코폴리에스테르가 사용된다.
본 발명은 또한 하기의 실시예 및 비교 실험에 의해서 추가적으로 설명될 것이다.
재료
아르니텔(Arnitel, 상표명) P-X6313 및 P-X6400(DSM Engineering Plastics, NL)은 폴리부틸렌 테레프탈레이트 경질 블록 및 에틸렌 옥시드 연질 블록의 약 30질량%을 포함하는 에틸렌 옥시드-말단 폴리(프로필렌 옥시드)디올에 기초한, 경도 57 Shore D의 열안정화된 블록 코폴리에스테르 탄성중합체이다.
히트렐(Hytrel, 상표명) HTR4275(DuPont de Nemours and Co., CH)는 경도 55 Shore D의 열안정화된 블록 코폴리에테르 에스테르이고, 폴리(부틸렌 테레프탈레이트-코-부틸렌 이소프탈레이트) 경질 블록 및 폴리(테트라메틸렌 옥시드)디올 연질 블록에 기초한다.
Shore D에 따른 경도는 ISO 868의 지침에 따라 시료에서 측정한다. 용융점도는 주파수 쓸기(frequency sweep)를 갖춘 다이나믹 작동 모드 및 디스크 및 플레이트 지오메트리를 사용하여 약 15분의 체류 시간 후에 240℃에서 리오메트릭스(Rheometrics) RMS-800 장치로 측정된다. 다른 온도에서 모듈러스(변형(strain)시 측정되는 모듈러스)이 1Hz의 주파수 및 5℃/분의 가열 속도에서 약 2.0mm 나비, 0.09mm 두께 및 약 21.8mm의 크램프들 사이의 길이의 시료에서 리오메트릭스 RSA-II DMS를 사용하여 측정되며, 상기 방법은 ASTM D5026에 따른다.
몇가지 관련 물질의 성질은 하기 표 1에 개시되어 있다. P-X6400은 P-X6313과 같은 조성과 성질을 갖지만, 용융 점도는 26.0kPa.s(240℃ 및 1s-1)를 갖는다.
물질 경도 용융점도 모듈러스(변형(strain)시 측정되는 모듈러스)
240℃, 1rad.s-1 에서 150℃에서 160℃에서 170℃에서
(Shore D) (kPa.s) (MPa) (MPa) (MPa)
P-X6313 57 9.7 88 78 67
HTR4275 55 20.0 35 27 20
실시예 1
P-X6313이 약 150㎝ 길이의 실제 V형 에어-덕트를 제조하는데 사용되며, 밀아크론 머신(Milacron machine)에서 흡입 블로우 성형 기술을 통해서 2개의 파형 섹션을 갖는다. 설정온도는 약 225-235℃(호퍼에서 노즐까지)이고, 약 225℃의 용융온도를 초래한다. 다른 벽두께를 갖는 에어-덕트가 제조되고, 에어-덕트는 150℃에서 실시된 파열 압력 시험에서 450kPa의 최소 압력에 저항하도록 한다. 하기 표 2에서 개시되어 있는 바와 같이, 약 445g의 중량부를 갖는 에어-덕트는 상기 파열 압력 시험을 쉽게 통과한다. 실제 조작 및 장착시 수동 변형으로 판단되는 상기 에어-덕트의 굽힘 가요성은 비교 실험 A의 덕트보다 상당히 높은 것을 알수 있으며, 측정된 폭발 압력은 12% 더 높다. 또한, 비교 실험 A와 비교하여 상기 물질의 사용을 크게 절약할 수 있다.
비교 실험 A
물질 HTR4275가 유사한 조건하에서 실시예 1과 같은 에어-덕트를 제조하는데 사용된다. 150℃에서 실시되는 파열 압력 시험에서 450kPa의 최소 압력을 유지하기위해서, 상기 에어-덕트의 벽두께는 585g의 중량부가 되도록 하는 것이 선택되어야 한다.
물질 중량부 150℃에서 파열 압력 실온에서 에어-덕트의 가요성 상대적 중량 경감
(gram) (kPa) (%)
비교실험 A HTR4275 585 465 불충분 --
실시예 1 P-X6313 445 520 우수 24
실시예 2
P-X6400이 약 50㎝ 길이의 J형 에어-덕트를 제조하는데 사용되며, 피셔 더블유. 뮬러 머신(Fischer W. Muller machine)에서 3-D 조작된 블로우-성형 기술을 통해서 하나의 파형 섹션을 갖는다. 설정온도는 약 225-235℃(호퍼에서 노즐까지)이고, 약 230℃의 용융온도를 초래한다. 다른 벽두께를 갖는 에어-덕트가 제조되고, 에어-덕트는 변형 시험에서 저항하고, 에어-덕트의 내부가 145℃에서 외부의 압력보다 20kPa 낮은 압력을 유지하는 경우 덕트의 붕괴가 일어나지 않는다. 약 269g 이상의 중량부를 갖는 에어-덕트는 상기 시험을 통과하는 것을 알았다. 상기 에어-덕트의 굽힘 가요성은 비교 실험 B의 덕트보다 상당히 높은 것을 알 수 있으며, 상기 물질을 사용하면 26% 이상을 경감할 수 있다.
비교 실험 B
물질 HTR4275가 유사한 조건하에서 실시예 2와 같은 에어-덕트를 제조하는데 사용된다. 지시된 변형 시험을 통과하기 위해서, 상기 에어-덕트의 벽두께는 365g의 중량부가 되도록 하여야 한다.
본 발명은 경도가 50 Shore D 내지 65 Shore D이고 150℃에서의 모듈러스가 적어도 60MPa인 반결정질 열가소성 물질의 단층을 포함하는 가압 유체 도관에 관한 것으로서, 상기 도관의 장점은 간단히 제조되고 예컨대 실온에서 용이하게 조작(handling) 및 어셈블링(assembling)될 수 있는 한편, 높은 작업 온도(operating temperature)에서 파열 압력(burst pressure) 및 변형(deformation)에 관련된 요건이 충족된다는 것이다. 다른 중요한 장점은 재료 사용의 유의적인 경감 및 보다 양호한 진동 및 노이즈 감쇠(noise damping)를 포함한다.

Claims (17)

  1. ASTM D5026에 따라 1 Hz에서 동적으로 연신되는 시험 시료상에서 DMS로 측정시 150℃에서의 모듈러스가 60 MPa 이상이고 경도가 50 Shore D 내지 65 Shore D인 열가소성 물질의 단층(mono-layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관(pressurized fluid conduit).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 물질은 경도가 52 Shore D 내지 63 Shore D인 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 물질은 160℃에서의 모듈러스가 60 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관은 압출 블로우 성형된(extrusion blow-moulded) 부품이고, 상기 열가소성 물질은 240℃ 및 전단 속도 1s-1에서 측정시 9 kPa·s 내지 30 kPa·s의 용융 점도를 나타내는 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관은 도관의 휨(deflection)에 영향을 미치는 파형(波形, corrugation) 또는 회선상(回旋狀, convolute)의 벽 구조를 갖는 하나 이상의 섹션(section)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관은 자동차 에어-덕트(air-duct)인 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 물질은 블록 코폴리에스테르(block copolyester)인 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리에스테르는 블록 코폴리에테르 에스테르(block copolyether ester)인 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 경질 블록들로서 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리에테르 에스테르는 폴리(프로필렌 옥시드)디올을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리에테르 에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 경질 블록들로서 포함하고, 에틸렌 옥시드-말단을 함유하거나 함유하지 않은 폴리(프로필렌 옥시드)디올을 연질 블록들로서 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 유체 도관.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 단층 가압 유체 도관의 제조 방법으로서,
    ASTM D5026에 따라 1 Hz에서 동적으로 연신되는 시험 시료상에서 DMS로 측정시 150℃에서의 모듈러스가 60 MPa 이상이고 경도가 50 Shore D 내지 65 Shore D인 블록 코폴리에스테르(block copolyester)를 열가소성 물질로서 압출 블로우 성형(extrusion blow moulding)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 블록 코폴리에스테르는 제 2 항 내지 제 4 항 및 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 정의된 바와 같은 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 도관은 자동차 에어-덕트인 것을 특징으로 하는 방법.
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