KR100702401B1

KR100702401B1 - 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료, 그 수지재료를 사출성형하여 성형된 사출성형품 및 그 수지재료를 이용한 성형방법

Info

Publication number: KR100702401B1
Application number: KR1020017015288A
Authority: KR
Inventors: 도치오카다카히로; 도가즈히사; 모리와키겐지
Original assignee: 마츠다 가부시키가이샤
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2007-04-02
Also published as: CN1215111C; US20020052440A1; WO2001072511A2; EP1198507A2; CN1380890A; KR20020030274A; WO2001072511A3; JP2002220538A

Abstract

본 발명에 의하면, 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 폴리프로필렌 성분을 갖고, 멜트 플로 레이트(JIS K7210, 온도 230℃, 하중 21.18N)가 100∼300g/10min인 매트릭스 폴리머와, 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50% 포함되는 유리 장섬유와, 상기 매트릭스 폴리머와 상기 유리 장섬유 사이에 친화성을 부여하는 친화성 부여 성분을 갖고, 적어도 상기 매트릭스 폴리머와 상기 유리 장섬유가 복합체를 형성함으로써 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 구성하고, 그것에 의해 성형가공시의 유리 장섬유의 파손을 억제하여, 높은 굴곡탄성률과 높은 충격강도를 갖는 성형품을 성형할 수 있다.

Description

성형용 유리 장섬유 강화 수지재료, 그 수지재료를 사출성형하여 성형된 사출성형품 및 그 수지재료를 이용한 성형방법{Long glass fiber filler reinforced resin material for molding, injection-molded article molded by injection - molding the resin material, and method for molding the resin material}

본 발명은 사출성형 등에 사용되는 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료, 그 수지재료를 사출성형하여 성형된 사출성형품 및 그 수지재료를 이용한 성형방법에 관한 것이다.

자동차용 부품 등의 각종 공업용품의 재료로서, 기계적 특성, 성형가공성 등이 매우 우수하기 때문에, 길이 10㎜ 정도의 유리 장섬유와 수지가 복합한 유리 장섬유 강화 수지재료가 널리 사용되고 있다.

이러한 유리 장섬유 강화 수지재료로서, 특개평 7-232324호 공보에는 멜트 플로 레이트(이하,「MFR」이라고 칭한다)가 70∼300g/10min인 변성 폴리프로필렌수지를 용융시켜, 그것을 유리 섬유다발에 함침시킨 후, 길이 2∼50㎜로 절단하여 얻어지는 펠릿을 마스터배취(masterbatch)로 하여, 이것을 폴리프로필렌 수지로 희석한 것이 기재되어 있고, 이러한 구성에 의해, 드로잉법(drawing method)으로 제조되는 마스터배취 중의 유리 장섬유의 분산성 향상 등을 꾀하여, 마스터배취를 폴리프로필렌 수지로 희석함으로써 성형품의 강도 저하를 방지하는 것이 개시되어 있다.

또한, 특공평 3-25340호 공보에는 저분자량 열가소성 폴리머와 체적 백분율로 30% 이상의 강화용 유리 필라멘트를 포함하는 유리 장섬유 강화 펠릿과, 이 펠릿을 구성하는 열가소성 폴리머보다도 고분자량인 열가소성 폴리머를 블렌드한 것이 기재되어 있고, 이러한 구성에 의해, 유리 장섬유의 수지에 의한 습윤성의 향상을 꾀하여, 성형품의 굴곡탄성률을 향상시키는 것이 개시되어 있다.

특개평 11-152062호 공보에는 열가소성 수지(폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등)를 매트릭스로 하여, 서로 평행하게 배열된 유리 섬유를 20∼80질량% 함유하는 전체 길이 2∼100㎜의 유리 섬유 함유 열가소성 수지 펠릿을 원재료에 포함하여, 그 원재료를 사출성형하여 제조된 자동차용 프런트 엔드(front end)에 있어서, 유리 섬유의 함유율이 15∼50질량%이고 또한 그 중량평균섬유길이가 1∼20㎜인 것이 개시되어 있고, 이러한 구성에 의해, 우수한 진동피로특성 및 내충격성이 확보됨과 동시에, 굴곡변형이 억제된다는 내용이 기재되어 있다.

그리고, 제2721702호 특허공보에는 폴리프로필렌 중합체(프로필렌 단독 중합체 등)와 보강재(유리 섬유 등)을 블렌드한 조성물에서, 폴리프로필렌은 약 55∼430g/10min의 MFR를 갖고, 보강재는 폴리프로필렌 및 보강재의 전체 질량을 기준으로 하여 약 20∼65% 포함되는 것이 개시되어 있고, 이러한 구성에 의해, 저 MFR의 중합체로 제조된 섬유 강화 조성물보다 양호한 유동 특성을 갖고, 동시에 성형품의 강도 및 강성에 관해, 그것들의 특성의 저하가 억제된다는 내용이 기재되어 있다.

특개평 6-340784호 공보에는 실질적으로 모두가 적어도 3㎜ 이상의 길이를 갖고, 직경이 20㎛ 이하인 강화용 유리 섬유 20∼80질량부와, 적어도 일부가 불포화 카복실산 또는 그 유도체로 변성되며, 또한 중합체 전체의 MFR이 50g/10min 이상인 결정성 프로필렌계 중합체(프로필렌 단독 중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체등) 80∼20질량부로 이루어지고, 강화용 유리 섬유가 중합체 성분 중에 서로 거의 평행한 상태로 배열하여 존재하고 있는 유리 섬유다발 구조물 3∼97질량%와, MFR이 50g/10min 이상인 결정성 프로필렌계 중합체(프로필렌 단독 중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등) 97∼3질량%로 구성된 프로필렌계 내열수지 성형재료가 개시되어 있고, 이러한 구성에 의하면, 사출성형 등에 의해 얻어지는 성형품은 내열성, 성형성, 내성형굴곡성이 우수하고, 또한 경량이기 때문에, 예컨대 경량으로 고도의 내열성, 성형치수안정성이 요청되는 자동차 부품에 적용할 수 있다는 내용이 기재되어 있다. 또한, 에틸렌계 엘라스토머(에틸렌-프로필렌 이원 공중합 고무(EPM), 에틸렌-프로필렌-비공액 디엔 삼원 공중합 고무(EPDM) 등) 및 스티렌계 엘라스토머(수소첨가 스티렌-부타디엔 블록 공중합체 등) 중에서 선택된 1종 이상의 엘라스토머를 첨가함으로써, 성형품의 충격강도나 내성형굴곡성을 향상시킬 수 있다는 내용도 기재되어 있다.

특개평 11-228759호 공보에는 MFR이 1∼1000g/10min이고, 프로필렌 단독 중합체 부분의 펜타드 이소택틱 분율(pentad isotactic index) 분율이 95% 이상이며, 또한 크로마토그래프에 의한 40℃이하의 용출량이 2.0질량% 이하인 프로필렌계 수지(프로필렌 단독 중합체, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등) 90∼30질량%와, MFR이 0.1∼100g/10min인 엘라스토머(에틸렌-프로필렌 공중합체 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합 고무(EPDM) 등) 10∼70질량%와, 그 프로필렌계 수지 및 엘라스토머의 총질량에 대하여 5∼75질량%의 무기 필러(유리 섬유 등)가 혼련되어서 이루어진 프로필렌계 수지 조성물이 개시되어 있고, 이러한 구성에 의하면, 사출성형에 의해 성형된 성형품은 내스크래치성 및 굴곡탄성률이 현저하게 개량된다는 내용이 기재되어 있다.

그런데, 수지 성형품의 성형방법으로서, 프레스 성형법과 사출성형법 들 수 있다. 이들을 비교하여 보면, 프레스 성형법으로는 복잡한 형상을 성형하는 것이 곤란한데 대하여, 복잡한 형상도 용이하게 성형할 수 있는 사출성형법으로는 성형 자유도가 높다. 또한, 프레스 성형법에서는 개구부 등은 스탬핑(stamping) 등에 의해 후가공해야 하는데 대하여, 이러한 후가공이 불필요한 사출성형법에서는 가공성이 양호하다. 또한, 프레스 성형법에서는 수지판(blank)의 금형으로의 세팅, 가열 및 압축이라는 공정을 거쳐야 하는데 대하여, 다만 용융수지를 금형에 사출하여 연속적으로 성형을 할 수 있는 사출성형법으로는 생산성이 높다. 따라서, 이상의 각 관점으로부터는 사출성형법 쪽이 프레스 성형법에 비하여 우수하다고 할 수 있다.

그렇지만, 동일한 유리 장섬유 강화 수지재료를 사용하여 성형을 행한 경우, 도 21에 도시한 바와 같이, 사출성형법으로 성형된 성형품과 프레스 성형법에 의해 성형된 성형품은 동등한 레벨의 굴곡탄성률을 갖지만, 전자는 후자에 비교하여 충격강도(아이조드(Izod) 충격치)가 현저하게 낮다는 문제가 있다. 수지 성형품의 굴곡탄성률은 함유하는 유리 장섬유량에 의존하는데 대하여, 충격강도는 함유하는 유리 장섬유의 섬유길이에 의존하는 것으로 알려져 있지만, 상기 현상은 사출성형법에 있어서의 재료 투입에서 성형에 이르기까지의 공정시에 유리 장섬유가 파손되어 짧아지는 것을 의미하는 것이다. 사실, 프레스 성형법에서는 긴 섬유 길이가 10㎜보다 다소 큰 유리 장섬유를 갖는 수지재료를 사용하여 성형한 경우, 성형품에서 추출한 유리 장섬유의 길이가 약 10㎜인데 대하여, 사출성형법에서는 섬유 길이가 약 10㎜인 유리 장섬유를 갖는 수지재료를 사용하여 성형한 경우, 성형품으로부터 추출한 유리 장섬유의 길이가 약 0.9㎜로 된 실험결과가 얻어졌다. 그리고, 이러한 유리 장섬유의 파손은 도 22a 및 도 22b에 도시한 바와 같이, 사출성형기의 실린더내에 수지의 고체상(7) 용융상(8)이 형성되어, 그 고체상(7)과 용융상(8)의 계면에서의 수지상 사이의 전단에 의해 유리 장섬유가 구부려지기 때문에 일어나거나, 또는 용융상(8)에 있어서의 수지의 전단 유동 중의 버클링(buckling)에 의해 유리 장섬유가 구부려지기 때문에 일어나는 것으로 추정된다.

이러한 문제에 대하여, 상기 특개평 7-232324호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 유리 장섬유의 분산성 및 접착성을 향상시킴으로써 충격강도를 향상시킬 수 있지만, 도 23에 도시한 바와 같이, 프레스 성형품 수준의 것을 얻을 수 없다. 또한, 폴리프로필렌 엘라스토머나 폴리에틸렌 엘라스토머를 첨가함으로써 충격강도를 향상시킬 수도 있지만, 도 23에 도시한 바와 같이, 이러한 수단으로는 굴곡탄성률이 저하하는 문제가 생긴다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 성형가공시에 유리 장섬유의 파손을 억제할 수 있고, 높은 굴곡탄성률과 높은 충격강도를 갖는 성형품을 성형할 수 있는 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료, 그 수지재료를 사출성형하여 성형된 사출성형품, 및 그 수지재료를 사용한 성형방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료의 매트릭스 폴리머로서 펜타드 이소택틱 분율이 높은 폴리프로필렌 성분을 갖는 폴리머를 사용하여 결정화도를 높임과 동시에 저용융점도의 것을 사용하여 성형가공시에 있어서의 유리 장섬유의 파손을 억제함으로써, 높은 굴곡탄성률과 높은 충격강도를 갖춘 성형품의 성형을 가능하게 한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 측면은 상대적으로 저점도인 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유가 복합한 마스터배취에 상대적으로 고점도인 희석 폴리머를 혼합하여 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 구성하여, 매트릭스 폴리머로 유리 장섬유를 피복보호하여 그 파손을 억제함과 동시에 희석 폴리머로 수지 부분의 고강도화를 도모함으로써, 높은 굴곡탄성률과 높은 충격강도를 갖춘 성형품의 성형을 가능하게 한 것이다.

구체적으로는, 본 발명은 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 폴리프로필렌 성분을 갖고, 멜트 플로 레이트(JIS K7210, 온도 230℃, 하중 21.18N)가 100∼300g/10min인 매트릭스 폴리머와, 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50% 포함되는 유리 장섬유와, 상기 매트릭스 폴리머와 상기 유리 장섬유 사이에 친화성을 부여하는 친화성 부여 성분을 갖고, 적어도 상기 매트릭스 폴리머와 상기 유리 장섬유가 복합체를 형성하여 이루어진 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 제공한다.

상기 구성에 의하면, 매트릭스 폴리머의 MFR이 적절히 높은 수준에 있기 때문에(분자량이 낮다), 예컨대 사출성형기의 실린더내에서 수지재료의 용융점도는 전체적으로 낮아지고, 그 때문에 매트릭스 폴리머의 고체상과 용융상의 점도차가 작아져, 그것들의 상호작용에 의한 유리 장섬유의 파손이 유효하게 억제되어 충격강도가 높은 성형품을 얻을 수 있다. 게다가, 매트릭스 폴리머의 용융점도가 낮기 때문에, 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유 사이의 습윤성이 양호한 것으로 된다. 또한, 매트릭스 폴리머 중의 폴리프로필렌 성분은 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상이다. 즉, 폴리프로필렌 성분에 있어서의 메틸기의 대부분이 폴리머쇄를 따라 동일한 입체배치로 되어 있기 때문에, 폴리프로필렌 성분끼리는 가능한한 밀접하게 배열하여 결정화도가 높은 상태로 고화되어, 저분자량 매트릭스 폴리머에 있어서도 높은 굴곡탄성률을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

여기서, MFR은 폴리머의 용융점도의 지표가 되는 것으로, JIS K7210(ASTM D1238)에 준하는 원통관 압출류 10분간당 폴리머 배출량의 그램수이다. 원통관 압출의 조건은 각 폴리머 종에 의해 시험온도 및 시험하중이 선정되지만, 본 발명에 있어서의 MFR은 시험온도가 230℃, 시험하중이 21.18N의 조건하에서 계측된다. 또한, 폴리머의 용융점도는 일반적으로 분자량에 의존하지만, MFR이 100g/10min인 폴리프로필렌에서는 분자량이 약 125000에, 300g/10min에서는 약 70000에 각각 상당하는 것이다. 본 발명에 있어서는 MFR이 100∼30Og/1Omin인 것을 요하지만, 이것이 1OOg/1Omin 보다 낮은 경우, 매트릭스 폴리머의 용융점도가 높아지기 때문에, 유리 장섬유의 파손을 억제할 수 없어, 충격강도가 높은 성형품을 얻을 수 없다. 한편, MFR이 300g/10min 보다 높은 경우, 에어가 인입되어 성형품에 공극이 생겨, 성형품의 충격강도가 오히려 낮아진다.

또한, 펜타드 이소택틱 분율은 폴리머의 입체규칙성(tacticity)의 지표가 되는 것이다. 폴리프로필렌은 모노머 단위에 1개의 메틸기를 갖기 때문에 입체이성체가 생긴다. 그리고, 폴리머 쇄를 메틸기의 입체배치가 랜덤한 것을 어택틱(atactic), 교대로 입체배치가 다른 것을 신디오택틱(syndiotactic), 입체배치가 같은 것을 이소택틱(isotactic)이라고 한다. 또한, 폴리프로필렌에 있어서의 연속하는 2개의 모노머 단위, 즉, 디애드(diad)에 관해서는, 이들 메틸기의 입체배치가 동일한 것을 메소(m), 다른 것을 라세미(r)라고 한다. 펜타드 이소택틱 분율은 임의의 5개의 연속하는 모노머 단위, 즉, 펜타드(pentad)에서의 메틸기의 입체배치가 모두 같은(메소가 4개 연속하여 배열(mmmm)한 상태) 비율을 말하며, mmmm 분율이라고도 한다. 따라서, 이 펜타드 이소택틱 분율이 높은 폴리프로필렌은 고화시에 분자가 규칙적으로 배열하여 결정화도가 높아지고, 그것에 의하여 성형품의 굴곡탄성률도 높아진다. 펜타드(pentad)에 있어서의 메틸기의 입체배치에 관해서는 고분해능 ¹³CNMR 스펙트럼의 공명 영역에 의해 각 입체배치의 귀속이 명확화됨과 동시에, 그 강도에 의해 비율이 정량화되는 것으로 되어, 펜타드 이소택틱 분율은 하기식에 의해 산출된다.

(식 1)

본 발명에 있어서는 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 것을 요하지만, 이것이 95% 보다 낮은 경우, 높은 굴곡탄성률의 성형품을 얻을 수 없다.

또한, 유리 장섬유는 전체 질량에 대하여 질량백분율이 30∼50%인 것을 요하지만, 이것이 30% 보다 낮은 경우, 높은 굴곡탄성률의 성형품을 얻을 수 없다. 한편, 질량백분율이 50% 보다 높은 경우, 성형품에서의 유리 장섬유 함유량이 높아지므로, 높은 굴곡탄성률과 높은 충격강도를 갖춘 성형품을 얻는 것도 가능하지만, 수지재료의 점도가 상승하여 유동성이 저하하게 되어, 저용융점도의 매트릭스 폴리머를 적용함으로써 유리 장섬유의 파손을 억제한다는 본 발명의 작용이 적절히 달성되지 않아, 성형품의 내구성 등의 면에서 지장을 가져올 우려가 있다. 특히, 대형 성형품을 성형하기 위해 수지재료를 고압으로 성형용 금형에 압입하는 경우, 성형기 중 및 금형 내에서 유리 장섬유가 파손할 확률이 높아진다. 본 발명의 특징은 유리 장섬유 함유량이 질량백분율로 30∼50%인 범위에 있어서 높은 굴곡탄성률과 높은 충격강도를 갖춘 성형품이 실현될 수 있다는 점에 있는 것이다.

본 발명에 관한 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료에서는 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유의 복합체를 마스터배취로 하여, 이것을 호모 폴리프로필렌 등으로 희석하여 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 구성하도록 해도 되고, 또한 이 복합체 자체를 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료로서 구성하도록 해도 된다.

또한, 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유 사이에 친화성을 부여하는 친화성 부여 성분은 유리 장섬유의 표면처리에 사용되고 있는 커플링제와 화학결합하는 관능기를 갖는 산변성 폴리프로필렌인 구성이어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 산변성 부분이 유리 장섬유 표면의 커플링제와 화학결합함과 동시에, 폴리프로필렌 부분이 매트릭스 폴리머의 폴리프로필렌 성분에 확산하게 되어, 유리 장섬유와 매트릭스 폴리머 사이에 강고한 결합이 형성된다. 그리고, 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유 사이에 높은 친화성이 부여되고, 그것에 매트릭스 폴리머의 용융점도가 작은(분자량이 작은) 것과 함께, 유리 장섬유 사이에 매트릭스 폴리머가 충분히 함침하여, 매트릭스 폴리머 중에서의 유리 장섬유의 분산성이 양호한 것으로 된다. 여기서, 산변성 폴리프로필렌은 매트릭스 폴리머와 함께 용융시켜 유리 장섬유와 복합시키도록 하여 함유시켜도 되고, 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유의 복합체와 함께 성형기에 투입하여 혼합해도 된다. 이러한 산변성 폴리프로필렌의 예로는 무수 말레인산, 아크릴산, 또는 카복실산과 변성된 것 이외에, 관능기로서 수산기를 갖는 것이어도 된다. 이들 중, 바람직하게는 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 및 아크릴산 변성 폴리프로필렌 중 적어도 하나를 구성성분으로 하는 것이 사용될 수 있다.

매트릭스 폴리머와 유리 장섬유의 복합체, 또는 이들과 친화성 부여 성분의 복합체의 형태는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 길이 10∼12㎜의 봉상 펠릿이고, 유리 장섬유가 그 긴 쪽 방향으로 배향된 구성인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 성형품의 유리 장섬유 함유량에 불균일이 생기지 않고, 또한 충분한 충격강도를 유효하게 확보할 수 있기 때문이다. 즉, 펠릿의 길이가 1O㎜ 미만에서는 성형품에 포함되는 유리 장섬유도 짧아서, 충분한 충격강도를 얻을 수 없다. 또한, 펠릿의 길이가 12㎜ 보다 길어지면, 사출성형기의 재료 투입구인 호퍼에서 분급이나 브리지가 생겨, 성형품의 유리 장섬유 함유량에 불균일이 발생된다. 이러한 봉상 펠릿은 매트릭스 폴리머 등을 용융시킨 욕 중에 유리 섬유다발을 침지하여 유리 섬유 사이에 용융물을 함침시켜, 이것을 고화시킨 후에 세로방향으로 절단하는 소위 드로잉법에 의해 제조될 수 있다.

매트릭스 폴리머는 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 폴리프로필렌성분을 갖고, 또한 MFR이 100∼300g/10min인 것이면, 특별히 한정되는 아니며, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등이어도 되고, 물론 호모 폴리프로필렌이어도 된다.

그리고, 매트릭스 폴리머가 호모 폴리프로필렌인 경우에는, 그것에 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 혼합되어 있는 구성이어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 에틸렌-프로필렌 블록공중합체가 폴리프로필렌 성분 중에 폴리에틸렌 성분의 도메인이 형성된 바다-섬 구조로 되어 있기 때문에, 가해지는 충격이 폴리프로필렌 성분과 폴리에틸렌 성분의 경계부분에서 에너지 흡수되어, 충격강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 여기서, 이 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 매트릭스 폴리머와 함께 용융시켜 유리 장섬유와 복합시키도록 하여 혼합해도 되거나, 또는 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유의 복합체의 마스터배취와 함께 성형기에 투입하여 혼합해도 된다. 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 것을 요하는 것은 상기와 같이 95% 보다 낮으면 높은 굴곡탄성률의 성형품을 얻을 수 없기 때문이다.

본 발명의 다른 한 측면은 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 폴리프로필렌 성분을 포함하는 매트릭스 폴리머와, 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50% 포함되는 유리 장섬유와, 이 매트릭스 폴리머와 이 유리 장섬유 사이에 친화성을 부여하는 친화성 부여 성분을 갖고, 적어도 이 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유가 복합체를 형성하여 이루어지는 마스터배취와, 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 폴리프로필렌 성분을 갖는 희석 폴리머를 포함하고, 상기 마스터배취의 매트릭스 폴리머의 멜트 플로 레이트(MFR)가 상기 희석 폴리머의 멜트 플로 레이트(MFR)의 2배 보다도 큰 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료이다.

상기 구성에 의하면, 마스터배취의 매트릭스 폴리머의 MFR이 희석 폴리머의 MFR의 2배 보다도 크기 때문에, 양자는 큰 점도차를 갖고, 더구나 전자가 후자보다도 점도가 낮으므로 전자쪽이 유리 장섬유에 대한 습윤성이 보다 높고, 예컨대 사출성형기 내로 수지재료가 가열 및 혼련될 때에는 유리 장섬유가 매트릭스 폴리머로 피복보호된 상태가 유지되어 그 파손이 유효하게 억제되므로, 충격강도가 높은 성형품을 얻을 수 있다. 또한, 매트릭스 폴리머 및 희석 폴리머의 어느 쪽의 폴리프로필렌 성분도 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인, 즉, 메틸기의 대부분이 폴리머 쇄을 따라 동일한 입체배치로 되어 있고, 폴리프로필렌 분자끼리는 될 수 있는 한 밀접하게 배열하여 결정화도가 높은 상태로 고화하는데다가, MFR이 매트릭스 폴리머 보다도 높은 희석 폴리머가 수지성분의 고강도화에 기여하기 때문에, 그것에 의하여 높은 굴곡탄성률을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

또한, 매트릭스 폴리머의 MFR이 희석 폴리머의 MFR의 2배 보다도 크기 때문에, 양자가 큰 점도차를 갖는 것에 따라 유리 장섬유가 매트릭스 폴리머에 의해 피복보호되어, 그 과도 분산이 억제되어 성형품 표면에 노출하는 것이 적어지고, 더구나, 매트릭스 폴리머가 희석 폴리머 보다도 저점도로 유동속도가 높기 때문에, 유동로 내벽에 매트릭스 폴리머층을 형성하면서 유동하며, 따라서, 수지재료가 금형 공동(cavity) 내에 충전되는 때에도 금형 공동 내벽에 매트릭스 폴리머층이 형성되고, 그 결과, 성형품에 매트릭스 폴리머에 의한 두꺼운 스킨층이 형성되어, 외관 의장성이 상당히 양호한 성형품을 얻을 수 있다.

여기서, 마스터배취의 매트릭스 폴리머 및 희석 폴리머로는 호모 폴리프로필렌이나 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 바람직하게 사용된다.

또한, 이 경우, 마스터배취의 매트릭스 폴리머는 그 MFR이 100∼300g/10min인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 매트릭스 폴리머의 MFR이 적절히 높은 수준으로 되기 때문에(분자량이 낮다), 예컨대 사출성형기의 실린더 내에서 수지재료의 용융점도는 전체적으로 낮아지고, 그 때문에 매트릭스 폴리머의 고체상과 용융상의 점도차가 작아져, 이들의 상호작용에 의한 유리 장섬유의 파손이 유효하게 억제된다. 게다가, 매트릭스 폴리머의 용융점도가 낮기 때문에, 그 유리 장섬유에 대한 습윤성이 보다 양호한 것으로 된다.

이상의 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료는 프레스 성형, 단축압출성형, 이축압출성형, 사출성형 등 어느 쪽의 성형방법에도 적용될 수 있는 것이지만, 실린더 내에서 수지성분을 가열용융시켜, 혼련용 스크루에 의해서 그 용융물을 전단유동시키면서 혼련하는 압출성형이나 사출성형과 같이, 수지재료에 심한 이력을 주는 성형방법에 있어서, 상당히 유리한 작용효과를 나타내는 것이다.

또한, 유리 장섬유의 함유율이 3O∼5O질량%인 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 사출성형하여 얻어지는 성형품으로서 요구되는 특성으로는 함유하는 유리 장섬유의 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상이고, 또한 굴곡탄성률이 5GPa 이상, 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상이며, 이러한 레벨은 종래에는 달성할 수 있지 않은 것이다. 그러나, 이러한 사출성형품을 얻기 위한 한 수단으로서, 본 출원의 발명에 관한 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 사출성형에 적용하는 것을 들 수 있다. 그리고, 그와 같이 하여 성형할 수 있는 것으로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 차량의 슈라우드 모듈, 도어 모듈, 리프트게이트 모듈, 범퍼 모듈, 스텝 부재 및 구조 인스트루먼트 패널 부재 등을 들 수 있다.

여기서, 중량평균섬유길이란 성형품으로부터 소정 개수(500∼1500개)의 유리 장섬유를 추출하여, 이들 각 섬유길이를 측정하여 하기식에 따라 산출되는 것이다.

(식 2)

또한, 아이조드 충격치는 JIS K7110(ASTM D256)에 준하는 아이조드 충격 시험방법에 있어서 시험편을 파괴하는데 필요한 흡수 에너지를 시험편의 절결부(notch)의 원 단면적으로 나눈 값으로, 충격강도의 지표가 되는 것이다.

그리고, 수지가열수단, 혼련용 스크루 및 성형용 금형을 갖춘 사출성형기를 사용하여 이러한 사출성형품을 성형하는 방법으로는 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상이고 멜트 플로 레이트가 100∼300g/10min인 호모 폴리프로필렌과 유리 장섬유가 복합형성되어 유리 장섬유가 긴쪽방향으로 배향된 길이 10∼12㎜의 봉상 펠릿을 갖는 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 사출성형기에 투입하는 스텝과, 사출성형기에 투입한 수지재료를 수지가열수단으로 가열함으로써 그 수지성분을 용융시킴과 동시에 혼련용 스크루를 회전시켜 혼련하는 스텝과, 가열 및 혼련한 수지재료를 성형용 금형으로 사출함으로써, 유리 장섬유가 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50% 포함됨과 동시에 그 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상이고, 또한 굴곡탄성률이 5GPa 이상, 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상인 사출성형품을 성형하는 스텝을 구비한 것을 들 수 있다. 여기서, 수지가열수단은 통상 사출성형기의 실린더에 장비된 히터에 의해 그 기능이 달성된다.

이 방법에 있어서, 유리 장섬유의 파손을 억제하기 위해서는, 혼련용 스크루의 회전속도를 20∼40rpm으로 하는 것이 바람직하고, 또한 성형용 금형으로의 수지재료의 사출충전시간을 2.5∼7.0초로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 방법에 의해서, 높은 충격강도를 요하는 차량의 슈라우드 모듈을 이루는 사출성형품을 성형할 수도 있고, 그 경우도 상기 혼련용 스크루의 회전속도및 성형용 금형으로의 수지재료의 사출충전시간의 조건이 만족되는 것이 바람직하다.

이 방법에 있어서, 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 혼합된 것으로 함으로써, 사출성형품의 충격강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 폴리프로필렌 성분을 갖고, 멜트 플로 레이트가 100∼300g/10min인 매트릭스 폴리머와, 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50% 포함되는 유리 장섬유와, 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유 사이에 친화성을 부여하는 친화성 부여 성분을 포함하고, 적어도 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유가 복합체를 형성하여 이루어지는 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료를 사용하는 보다 상세히 조건설정한 성형방법으로는 이러한 수지재료를 준비하는 스텝과, 그 수지재료를 사출성형기에 투입하는 스텝과, 사출성형기에 투입한 수지재료를 수지가열수단으로 가열함으로써 그 수지성분을 용융시킴과 동시에 혼련용 스크루를 회전속도 20∼60rpm으로 회전시킴으로써 혼련하는 스텝과, 가열 및 혼련한 수지재료를 배압(back pressure) 2.94 ×10⁵∼3.92 ×10⁵Pa, 사출충전시간 2.0∼7.0초, 사출률 70∼90% 및 사출압력 1.86∼3.24MPa의 조건에서 성형용 금형으로 사출하는 스텝과, 성형용 금형 내에 사출된 수지재료를 사출압력의 20∼45%의 압력으로 9∼20초간 보압(dwelling)하는 스텝과, 성형용 금형을 개방하여 사출성형품을 꺼내는 스텝을 구비한 것을 들 수 있다.

여기서, 배압이란 사출성형기의 실린더 선단에서 유로가 좁아짐에 따라 용융한 수지재료에 이 수지재료를 실린더 상류로 되돌리도록 작용하는 압력을 말한다. 사출충전시간이란 용융한 수지재료의 성형용 금형으로의 유입 개시로부터 충전완료까지의 시간을 말한다. 사출률이란 사출성형기의 실린더 선단에 모인 용융한 수지재료 중, 1회의 사출로 성형용 금형에 사출충전되는 수지재료의 질량백분율을 말한다. 사출압력이란 사출성형기에 있어서, 성형용 금형에 사출충전될 때에 용융한 수지재료에 작용하는 압력을 말한다. 보압이란 성형용 금형에 수지재료를 사출충전한 후, 그대로 잠시 소정압력을 유지하는 것을 말한다.

또한, 배압이 2.94 ×1O⁵Pa 보다도 작으면, 수지재료가 성형용 금형의 게이트부에서 고화하여 완전한 사출성형품이 얻어지지 않는 한편, 배압이 3.92 ×1O⁵Pa보다도 크면 수지재료의 사출충전과정에 있어서 유리 장섬유의 파손이 현저해진다. 마찬가지로, 사출률이 70%보다도 작으면 수지재료가 성형용 금형의 게이트부에서 고화하여 완전한 사출성형품이 얻어지지 않는 한편, 사출률이 90% 보다도 크면 수지재료의 사출충전과정에 있어서 유리 장섬유의 파손이 현저해진다. 또한, 보압이 사출압력의 20% 보다도 낮으면 사출성형품에 싱크 마크(sink mark)가 생기기 쉬워지는 한편, 보압이 사출압력의 45% 보다도 높으면 유리 장섬유 파손이 생기기 쉬워진다.

본 발명의 상기 이점 및 다른 이점은 첨부도면과 관련하여 하기 상세한 설명으로부터 당해 기술분야의 숙련가에게 명백해질 것이다.

도 1은 펠릿의 매트릭스 폴리머 중에서의 유리 장섬유의 분산상태를 도시하는 설명도이다.

도 2는 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 구조를 도시하는 설명도이다.

도 3은 사출성형된 슈라우드 모듈의 사시도이다.

도 4는 실시형태 2에 있어서의 수지재료의 유동상태를 나타내는 설명도이다.

도 5는 매트릭스 폴리머의 MFR의 희석 폴리머의 MFR에 대한 비와, 사출성형품의 충격강도 및 외관 의장성의 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 6 및 도 7은 실험예 1에서 사용한 시험평가 샘플의 구성을 나타내는 표이다.

도 8은 실험예 1의 시험평가결과를 나타내는 표이다.

도 9a 내지 도 9c는 실험예 1의 시험평가결과에 기초를 둔 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌의 펜타드 이소택틱 분율과, 사출성형품의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 10a 내지 도 10c는 실험예 1의 시험평가결과에 기초를 둔 매트릭스 폴리머의 MFR과, 사출성형품의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 11a 내지 도 11c는 실험예 1의 시험평가결과에 기초를 둔 친화성 부여 성분의 유무에 의한 사출성형품의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 특성을 비교한 그래프도이다.

도 12a 내지 도 12c는 실험예 1의 시험평가결과에 기초를 둔 아크릴산 변성 폴리프로필렌의 함유량과, 사출성형품의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 13a 내지 도 13c는 실험예 1의 시험평가결과에 기초를 둔 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌의 함유량과, 사출성형품의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 14a 내지 도 14c는 실험예 1의 시험평가결과에 기초를 둔 마스터배취에 혼합하는 희석 폴리머를 호모 폴리프로필렌로 한 것과, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체로 한 것에 관해, 사출성형품의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 특성을 비교한 그래프도이다.

도 15a 내지 도 15c는 실험예 1의 시험평가결과에 기초를 둔 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 공중합체의 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율과, 사출성형품의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 16a 내지 도 16c는 실험예 2의 시험평가결과에 기초를 둔 유리 장섬유의 질량백분율과 사출성형품의 굴곡특성 및 아이조드 충격치의 각 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 17은 실험예 3에서 사용한 시험평가 샘플의 사출성형조건을 나타내는 표이다.

도 18은 실험예 3에서 사용한 시험평가 샘플의 성형시의 사출성형기의 온도설정을 나타내는 표이다.

도 19는 실험예 3에 있어서의 100℃에서의 굴곡피로시험 결과를 나타내는 그래프도이다.

도 20은 실험예 3에 있어서의 120℃에서의 굴곡피로시험 결과를 나타내는 그래프도이다.

도 21은 종래의 사출성형품 및 프레스 성형품의 아이조드 충격치와 굴곡탄성률의 관계를 나타내는 그래프도이다.

도 22a 내지 도 22b는 사출성형기 내에 있어서의 매트릭스 폴리머 및 유리 장섬유의 상태를 나타내는 설명도이다.

도 23은 유리 장섬유의 분산성 개량 및 엘라스토머 첨가에 의한 충격강도 향상을 꾀한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지의 아이조드 충격치와 굴곡탄성률의 관계를 나타내는 그래프도이다.

(실시형태 1)

유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료:

실시형태 1에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료는 매트릭스 폴리머, 유리 장섬유, 및 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유 사이에 친화성을 부여하는 친화성 부여 성분으로 이루어지는 복합체인 펠릿상 마스터배취에 펠릿상 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 희석 폴리머로서 혼합되어 구성되어 있다.

매트릭스 폴리머는 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상이고, 또한 MFR이 100∼300g/10min(분자량 70000∼125000)인 호모 폴리프로필렌이다.

유리 장섬유는 E 유리 등의 무 알칼리 유리이고, 그 표면은 아미노실란 등의 커플링제로 처리되어 있다.

친화성 부여 성분은 유리 장섬유에 표면처리되어 있는 커플링제와 화학반응하는 관능기를 갖고, 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌에 확산용이한 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 또는 아크릴산 변성 폴리프로필렌 등의 산변성 폴리프로필렌이다. 여기서, 호모 폴리프로필렌과 산변성 폴리프로필렌의 혼합비율은 전자가 5∼95%인데 대하여, 후자가 95∼5%이다.

마스터배취의 펠릿은 길이 10∼12㎜의 봉상이고, 유리 장섬유가 그 긴쪽방향으로 배향한 형태로 되어 있다. 이러한 펠릿상 마스터배취는 호모 폴리프로필렌과 산변성 폴리프로필렌을 용융시킨 욕 중에 유리 섬유다발을 침지하여 유리 섬유 사이에 그 용융물을 함침시켜, 이것을 고화시킨 후에 세로방향으로 절단하는 소위 드로잉법에 의해 제조될 수 있다.

마스터배취에 희석 폴리머로서 혼합된 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상이다. 그리고, 이 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 공중합체가 마스터배취에 혼합됨으로써, 유리 장섬유의 함유량이 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50%가 되도록 되어 있다.

상기 구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료에 의하면, 매트릭스 폴리머의 MFR이 적절히 높은 수준에 있기 때문에(분자량이 낮다), 사출성형기의 실린더 내에서 수지재료의 용융점도는 전체적으로 낮아지고, 그 때문에 매트릭스 폴리머의 고체상과 용융상의 점도차가 작아져, 이들 상호작용에 의한 유리 장섬유의 파손이 유효하게 억제되어 충격강도가 높은 성형품을 얻을 수 있다. 게다가, 매트릭스 폴리머의 용융점도가 낮기 때문에, 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유의 습윤성은 양호하다. 또한, 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌은 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상이다. 즉, 메틸기의 대부분이 폴리머쇄를 따라 동일한 입체배치로 되어 있기 때문에, 분자끼리는 될 수 있는 한 밀접하게 배열하여 결정화도가 높은 상태로 고화되어, 저분자량 매트릭스 폴리머에 있어서도 높은 굴곡탄성률을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

또한, 친화성 부여 성분으로서, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 또는 아크릴산 변성 폴리프로필렌 등의 산변성 폴리프로필렌이 사용되기 때문에, 산변성 부분이 유리 장섬유표면의 커플링제와 화학결합하는 동시에, 폴리프로필렌 부분이 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌에 확산되어, 유리 장섬유와 매트릭스 폴리머 사이에 강고한 결합이 형성되도록 되어 있다. 흔히, 드로잉법에 의한 마스터배취의 제조상, 매트릭스 폴리머의 유리 섬유로의 함침이 충분하지 않는 경우, 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 매트릭스 폴리머(2a) 중에 유리 장섬유(3a)가 충분히 분산되지 않는 펠릿(1a)이 얻어지지만, 실시형태 1에서는 상기 산변성 폴리프로필렌이 사용됨으로써, 매트릭스 폴리머와 유리 섬유 사이에 높은 친화성이 부여되고, 또한 매트릭스 폴리머의 용융점도가 작기(분자량이 작은) 때문에, 유리 섬유 사이에 매트릭스 폴리머가 충분히 함침하여, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 펠릿(1b)의 매트릭스 폴리머(2b) 중에서의 유리 장섬유(3b)의 분산성이 양호한 것으로 되어 있다.

그리고, 마스터배취의 형태가 길이 10∼12㎜의 봉상 펠릿으로, 유리 장섬유가 그 긴쪽방향으로 배향하고 있기 때문에, 얻어지는 성형품의 유리 장섬유 함유량에 불균일이 생기지 않고, 또한 충분한 충격강도를 유효하게 확보할 수 있다.

또한, 마스터배취에 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 희석 폴리머로서 혼합되어 있고, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 도 2에 나타낸 바와 같이, 폴리프로필렌 성분(4) 중에 폴리에틸렌 성분(5)의 도메인이 형성된 바다-섬 구조로 되어 있기 때문에, 가해지는 충격이 폴리프로필렌 성분(4)과 폴리에틸렌 성분(5)의 경계부분에서 에너지 흡수됨으로써, 얻어지는 성형품의 충격강도가 더욱 향상될 수 있다.

사출성형기:

상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지는 사출성형기에 의해 사출성형된다.

이 사출성형기에서는 혼련용 스크루에 형성되는 플라이트(flight)의 피치 및 플라이트 홈이 종래의 것에 비하여 크게 설정되어 있기 때문에, 플라이트부에서의 유리 장섬유에 걸리는 전단력이 저감되도록 되어 있다. 또한, 역류방지밸브에서의 수지재료의 유로가 종래의 것에 비하여 크게 설정되어 있고, 스프루(sprue)에 스플라인(spline)이 형성되어 있지 않기 때문에, 사출성형기의 헤드부에서의 유리 장섬유에 걸리는 전단력이 저감되도록 되어 있다. 이들 특성에 의해, 사출성형기의 개량에 의한 수지재료의 유리 장섬유의 파손 억제가 도모된다.

이와 같은 사출성형기를 사용한 사출성형품의 성형은 이하와 같은 순서에 의해 행해진다.

우선, 실시형태 1에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 준비한다.

이어서, 준비한 수지재료를 호퍼로부터 사출성형기에 투입한다.

이어서, 사출성형기에 투입한 수지재료를 사출성형기의 실린더 내에서 가열함으로써 그 수지성분을 용융시킴과 동시에 혼련용 스크루를 회전시켜 혼련한다.

이어서, 가열 및 혼련한 수지재료를 성형용 금형 내의 공동으로 사출한다.

이어서, 성형용 금형 내에 사출된 수지재료를 소정시간 보압한다.

최후에, 성형용 금형을 개방하여 사출성형품을 꺼낸다.

이 때의 성형조건으로는 수지온도를 240∼260℃, 금형온도를 50∼80℃, 스크루 회전속도를 20∼60rpm, 배압을 0∼9.80 ×10⁵Pa(보다 바람직하게는 2.94 ×1O⁵∼3.92 ×1O⁵Pa), 사출속도(사출충전시간)를 2.0∼7.0초, 사출률을 70∼90%, 사출압력을 1.86∼3.24MPa, 보압시의 압력을 사출압력의 20∼45%, 보압시간을 9∼20초 사이로 하는 것이 바람직하다.

사출성형품:

도 3은 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 상기 사출성형기에 투입하여 성형한 슈라우드 모듈(6)을 도시한다. 이 슈라우드 모듈(6)은 슈라우드 어퍼(upper), 슈라우드 사이드 부재, 헤드 램프 지지부, 라디에이터 및 콘덴서 지지부, 냉각팬 모터 지지부, 보닛 래치(bonnet latch) 지지부 등이 일체로 성형된 것이다.

이 슈라우드 모듈(6)을 형성하는 수지재료에 있어서, 마스터배취의 매트릭스 폴리머는 펜타드 이소택틱 분율 95% 이상이고, 또한 MFR이 100∼300g/10min인 호모 폴리프로필렌이다. 또한, 유리 장섬유의 전체 질량에 대한 질량백분율은 30∼50%으로 되어있다. 따라서, 이 슈라우드 모듈(6)은 유리 장섬유의 파손이 유효하게 억제되어, 높은 굴곡탄성률과 높은 충격강도를 갖춘 사출성형품으로 되어 있다. 구체적으로는, 함유하는 유리 장섬유의 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상이고, 또한 굴곡탄성률이 5GPa 이상, 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상으로 되어 있다. 이러한 레벨은 유리 장섬유의 함유율이 30∼50%인 수지재료를 사출성형하여 성형된 슈라우드 모듈로는 종래에는 달성할 수 없었던 것이다.

또한, 종래에 23개 부품으로 구성되어 있는 슈라우드 모듈이 사출성형에 의해 일체화한 것을 얻을 수 있기 때문에, 부품수 저감, 비용 저감 등을 도모할 수 있게 된다.

(실시형태 2)

유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료:

실시형태 2에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료는 매트릭스 폴리머, 유리 장섬유, 및 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유 사이에 친화성을 부여하는 친화성 부여 성분으로 이루어지는 복합체인 펠릿상 마스터배취에 펠릿상 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 희석 폴리머로서 혼합되어 구성되어 있다.

유리 장섬유는 E 유리 등의 무알칼리 유리이고, 표면은 아미노실란 등의 커플링제로 처리되어 있다.

마스터배취의 펠릿은 길이 10∼12㎜의 봉상이고, 유리 장섬유가 그 긴쪽방향으로 배향된 형태로 되어 있다. 이러한 펠릿상 마스터배취는 호모 폴리프로필렌과 산변성 폴리프로필렌을 용융시킨 욕 중에 유리 장섬유다발을 침지하여 유리 섬유 사이에 그 용융물을 함침시켜, 이것을 고화시킨 후에 세로방향으로 절단하는 소위 드로잉법에 의해 제조할 수 있다.

마스터배취에 희석 폴리머로서 혼합된 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상이다. 그리고, 이 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 마스터배취에 혼합됨으로써, 유리 장섬유의 함유량이 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50%가 되도록 되어 있다.

상기한 바와 같이, 마스터배취의 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌의 MFR은 100∼300g/10min이지만, 이것은 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 MFR의 2배 보다 크다. 즉, 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌과 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 점도차를 가지며, 전자가 후자보다도 저점도로 되어있다.

이 실시형태 2에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료도, 또한 실시형태 1과 동일한 사출성형기를 사용하여, 슈라우드 모듈 등의 사출성형품을 성형하기 위해 사용된다.

상기 구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료에 의하면, 마스터배취의 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌의 MFR이 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 MFR의 2배 보다도 크기 때문에, 양자는 큰 점도차를 가지며,게다가 전자가 후자보다도 점도가 낮으므로 전자쪽이 유리 장섬유에 대한 습윤성이 보다 높고, 예를 들면 사출성형기 내에서 수지재료가 가열 및 혼련된 때에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 유리 장섬유(9)가 호모 폴리프로필렌(10)으로 피복보호된 상태가 유지되어 그 파손이 유효하게 억제되어, 도 5에 도시한 바와 같이, 충격강도가 높은 성형품을 얻을 수 있다. 더구나, 호모 폴리프로필렌의 MFR이 100∼300g/10min이기 때문에, 예컨대 사출성형기의 실린더 내에서 수지재료의 용융점도가 전체적으로 낮아지고, 그 때문에 호모 폴리프로필렌의 고체상과 용융상의 점도차가 작아져, 그것들의 상호작용에 의한 유리 장섬유의 파손도 유효하게 억제되어, 그 작용에 의해서도 훨씬 더 충격강도가 높은 성형품을 얻을 수 있다. 또한, 호모 폴리프로필렌 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 폴리프로필렌 성분은 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상이다, 즉, 메틸기의 대부분이 폴리머쇄를 따라 동일한 입체배치로 되어 있고, 폴리프로필렌 분자끼리는 될 수 있는 한 밀접하게 배열하여 결정화도가 높은 상태로 고화되는데다가, MFR이 호모 폴리프로필렌의 것보다도 낮은 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 수지성분의 고강도화에 기여하기 때문에, 그것에 의하여 높은 굴곡탄성률을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

또한, 호모 폴리프로필렌의 MFR이 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 MFR의 2배 보다도 크기 때문에, 양자가 큰 점도차를 가짐에 따라 유리 장섬유가 호모 폴리프로필렌에 의해 피복보호되고, 그 과도 분산이 억제되어 성형품 표면에 노출하는 것이 적어지고, 게다가 도 4에 도시한 바와 같이, 호모 폴리프로필렌(10)이 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(11) 보다도 저점도로 유동속도가 높기 때문에, 호모 폴리프로필렌(10)이 유동로 내벽(12)에 호모 폴리프로필렌층(1Oa)을 형성하면서 유동하므로, 수지재료가 공동내에 충전될 때에도 공동 내벽에 호모 폴리프로필렌층이 형성되며, 그 결과 성형품에 호모 폴리프로필렌에 의한 두꺼운 스킨층이 형성되어, 도 5에 도시한 바와 같이 외관 의장성이 매우 양호한 성형품을 얻을 수 있다.

그 밖의 작용효과는 실시형태 1과 동일이다.

(그 밖의 실시형태)

상기 실시형태 1에서는 마스터배취에 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 혼합하여 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 구성하였지만, 유리 장섬유의 질량백분율을 30∼50%로 하는 마스터배취를 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 혼합하지 않고 그대로 수지재료로서 적용해도 된다.

또한, 상기 실시형태 1 및 2에서는 마스터배취에 희석 폴리머로서 에틸렌ㆍ프로필렌 블록 공중합체를 혼합하여 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 구성하였지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니고, 펜타드 이소택틱 분율이 95% 이상인 호모 폴리프로필렌을 희석 폴리머로서 혼합해도 된다.

또한, 상기 실시형태 1에서는 사출성형에 의해 슈라우드 모듈(6)을 성형하였지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니고, 도어 이너 패널(door inner panel)로서 글래스 승강부재 지지부, 트림(trim) 지지부 등이 일체성형된 도어 모듈, 리프트게이트 이너 패널로서 리어 와이퍼 구동부재 지지부, 트림 지지부 등이 일체성형된 리프트게이트 모듈, 강화재(reinforcement), 충격흡수부재 등이 일체성형된 범퍼(bumper) 모듈, 차량의 사이드 도어 아래쪽 또는 리프트게이트쪽에 형성되는 승강용 스텝 부재, 및 인스트루먼트 패널 크로스 멤버, 스티어링 브래킷, 에어 덕트 및 센터 콘솔 멤버 등이 일체성형된 구조 인스트루먼트 패널 부재 등을 성형해도 강도적으로 적용가능한 성형품을 얻을 수 있다.

(실험예 1)

< 시험평가 샘플 >

이하의 각 예에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 시험평가 샘플로서 준비하였다. 또한, 각 예의 구성에 관해서 도 6 및 도 7에 나타낸다.

- 예 1 -

펜타드 이소택틱 분율이 98%이고, MFR이 120g/10min(중량평균분자량 Mw=101200)인 호모 폴리프로필렌과, 아크릴산 변성 폴리프로필렌의 용융물에 유리 섬유다발을 침지한 후에 고화시켜, 이것을 길이방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 펠릿상 마스터배취를 준비하였다. 이 마스터배취는 호모 폴리프로필렌 47%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 5% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

그리고, 이 마스터배취 100질량부에 대하여, 희석 폴리머로서 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95%이고, MFR이 30g/10min인 펠릿상 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 20질량부 혼합하여, 이렇게 하여 구성된 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 1로 하였다. 또한, 희석에 의해 유리 장섬유의 전체 질량에 대하여 차지하는 질량백분율은 40%로 되었다.

- 예 2 -

호모 폴리프로필렌으로서 펜타드 이소택틱 분율이 95%이고, MFR이 120g/10min(Mw=106500)인 것을 사용한 것 외에는 예 1과 동일 구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 2로 하였다.

- 예 3 -

호모 폴리프로필렌으로서 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%이고, MFR이 120g/10min(Mw=112000)인 것을 사용한 것 이외에는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 3으로 하였다.

- 예 4 -

호모 폴리프로필렌으로서 펜타드 이소택틱 분율이 92%이고, MFR이 120g/10min(Mw=119000)인 것을 사용한 것 외에는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 4로 하였다.

- 예 5 -

펜타드 이소택틱 분율이 98%이고, MFR이 60g/10min(Mw=171000)인 호모 폴리프로필렌과, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 폴리머의 용융물에 유리 섬유다발을 침지한 후에 고화시켜, 이것을 긴쪽방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 펠릿상 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 준비하여, 이것을 예 5로 하였다. 이 수지재료는 호모 폴리프로필렌 50%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 폴리머 10% 및 유리 장섬유 40%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

- 예 6 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 80g/10min(Mw=150100)인 것을 사용한 것 외에는 예 5와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 6으로 하였다.

- 예 7 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 100g/10min(Mw=120000)인 것을 사용한 것 외에는 예 5와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 7로 하였다.

- 예 8 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 120g/10min(Mw=101200)인 것을 사용한 것 외에는 예 5와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 8로 하였다.

- 예 9 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 150g/10min(Mw=93400)인 것을 사용한 것 외에는 예 5와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 9로 하였다.

- 예 10 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 300g/10min(Mw=70100)인 것을 사용한 것 외에는 예 5와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 10으로 하였다.

- 예 11 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 400g/10min(Mw=65100)인 것을 사용한 것 외에는 예 5와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 11로 하였다.

- 예 12 -

호모 폴리프로필렌으로서 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%이고, MFR이 60g/10min(Mw=184000)인 것을 사용한 것 외에는 예 5와 동일구성의 유리 장섬유강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 12로 하였다.

- 예 13 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 80g/10min(Mw=159000)인 것을 사용한 것 외에는 예 12와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 13으로 하였다.

- 예 14 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 100g/10min(Mw=136000)인 것을 사용한 것 외에는 예 12와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 14로 하였다.

- 예 15 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 120g/10min(Mw=126200)인 것을 사용한 것 외에는 예 12와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 15로 하였다.

- 예 16 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 150g/10min(Mw=110400)인 것을 사용한 것 외에는 예 12와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 16로 하였다.

- 예 17 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 300g/10min(Mw=70100)인 것을 사용한 것 외에는 예 12와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 17로 하였다.

- 예 18 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 400g/10min(Mw=65100)인 것을 사용한 것 외에는 예 12와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 18로 하였다.

- 예 19 -

마스터배취를 호모 폴리프로필렌 52% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 19로 하였다. 즉, 예 19는 마스터배취에 산변성 폴리프로필렌 폴리머가 포함되어 있지 않은 것으로 하였다.

- 예 20 -

펜타드 이소택틱 분율이 98%이고, MFR이 120g/10min(중량평균분자량 Mw=101200)인 호모 폴리프로필렌과, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머의 용융물에 유리 섬유다발을 침지한 후에 고화시켜, 이것을 긴쪽방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 펠릿상 마스터배취를 준비하였다. 이 마스터배취는 호모 폴리프로필렌 45%, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머 7% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

그리고, 이 마스터배취 100질량부에 대하여, 희석 폴리머로서 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95%이고, MFR이 30g/10min인 펠릿상 에틸렌ㆍ프로필렌 블록 공중합체를 20질량부 혼합하고, 이렇게 하여 구성된 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 20으로 하였다. 또한, 희석에 의해 유리 장섬유의 전체질량에 대하여 차지하는 질량백분율은 40%가 되었다.

- 예 21 -

마스터배취를 호모 폴리프로필렌 42%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 폴리머 10% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 21로 하였다.

- 예 22 -

마스터배취를 호모 폴리프로필렌 32%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 20% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 22로 하였다.

- 예 23 -

마스터배취를 호모 폴리프로필렌 47%, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머 5% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성한 것을 제외하고는 예 20과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 23으로 하였다.

- 예 24 -

마스터배취를 호모 폴리프로필렌 42%, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머 10% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성한 것을 제외하고는 예 20과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 24로 하였다.

- 예 25 -

마스터배취를 호모 폴리프로필렌 32%, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머 20% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성한 것을 제외하고는 예 20과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 25로 하였다.

- 예 26 -

희석 폴리머로서 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 96%인 펠릿상 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 사용한 것 외에는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 26으로 하였다.

- 예 27 -

희석 폴리머로서 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 92%인 펠릿상 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 사용한 것 외에는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 27로 하였다.

- 예 28 -

펜타드 이소택틱 분율이 95%이고, MFR이 120g/10min(Mw=106500)인 호모 폴리프로필렌과, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머의 용융물에 유리 섬유다발을 침지한 후에 고화시켜, 이것을 긴쪽방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 펠릿상 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 준비하여, 이것을 예 28로 하였다. 이 수지재료는 호모 폴리프로필렌 45%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 폴리머 7% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

- 예 29 -

호모 폴리프로필렌 42%, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머 10% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성한 것을 제외하고는 예 28과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 29로 하였다.

- 예 30 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 100/10min(Mw=123000)인 것을 사용한 것 외에는 예 28과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 30으로 하였다.

- 예 31 -

펜타드 이소택틱 분율이 95%이고, MFR이 60g/10min(Mw=182000)인 호모 폴리프로필렌과, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌의 용융물에 유리 섬유다발을 침지한 후에 고화시켜, 이것을 긴쪽방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 펠릿상 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 준비하여, 이것을 예 31로 하였다. 이 수지재료는 호모 폴리프로필렌 32%, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 폴리머 20% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

- 예 32 -

호모 폴리프로필렌으로서 MFR이 150g/10min(Mw=95000)인 것을 사용한 것 외에는 예 31과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 32로 하였다.

- 예 33 -

희석 폴리머로서 펜타드 이소택틱 분율이 96%인 펠릿상 호모 폴리프로필렌을 사용한 것 외에는 예 1과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 33으로 하였다.

- 예 34 -

희석 폴리머로서 펜타드 이소택틱 분율이 96%인 펠릿상 호모 폴리프로필렌을 사용한 것 외에는 예 20과 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 34로 하였다.

- 예 35 -

폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%이고, MFR이 60g/10min (Mw=178000)인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체와, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 폴리머의 용융물에 유리 섬유다발을 침지후에 고화시켜, 이것을 긴쪽방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 펠릿상 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 준비하여, 이것을 예 35로 하였다. 이 수지재료는 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 50%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 폴리머 10% 및 유리 장섬유 40%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

- 예 36 -

에틸렌-프로필렌 블록 공중합체로서 MFR이 80g/10min(Mw=153000)인 것을 사용한 것 외에는 예 35와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 36으로 하였다.

- 예 37 -

에틸렌-프로필렌 블록 공중합체로서 MFR이 100g/10min(Mw=120100)인 것을 사용한 것 외에는 예 35와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 37로 하였다.

- 예 38 -

에틸렌-프로필렌 블록 공중합체로서 MFR이 120g/10min(Mw=111800)인 것을 사용한 것 외에는 예 35와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 38로 하였다.

- 예 39 -

에틸렌ㆍ프로필렌 블록 공중합체로서 MFR이 150g/10min(Mw=103200)인 것을 사용한 것 외에는 예 35와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 39로 하였다.

- 예 40 -

에틸렌ㆍ프로필렌 블록 공중합체로서 MFR이 300g/10min(Mw=70000)인 것을 사용한 것 외에는 예 35와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 40으로 하였다.

- 예 41 -

에틸렌ㆍ프로필렌 블록 공중합체로서 MFR이 400g/10min(Mw=65100)인 것을 사용한 것 외에는 예 35와 동일구성의 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 41로 하였다.

- 예 42 -

펜타드 이소택틱 분율이 98%이고, MFR이 120g/10min(중량평균분자량 Mw= 107000)인 호모 폴리프로필렌과, 아크릴산 변성 폴리프로필렌의 용융물에 유리 섬유다발을 침지한 후에 고화시켜, 이것을 긴쪽방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 되는 펠릿상 마스터배취를 준비하였다. 이 마스터배취는 호모 폴리프로필렌 50.1%, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 1.9% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

그리고, 이 마스터배취 100질량부에 대하여, 희석 폴리머로서 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 96%이고, MFR이 30g/10min인 펠릿상 에틸렌ㆍ프로필렌 블록 공중합체를 20질량부 혼합하고, 이렇게 하여 구성된 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 예 42로 하였다. 또한, 희석에 의해 유리 장섬유의 전체 질량에 대하여 차지하는 질량백분율은 48%로 되었다.

< 시험평가방법 >

- 중량평균섬유길이 -

조정한 각 예에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료로 판상 시험편을 사출성형하였다. 이어서, 성형한 시험편으로부터 약 1000개의 유리 장섬유를 추출하는 동시에, 각각의 길이를 계측하였다. 그리고, 하기식에 따라 중량평균섬유길이를 각 샘플마다 산출하였다.

(식 3)

- 굴곡탄성률 -

조정한 각 예에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료로 판상 시험편을 사출성형하였다. 이어서, 이 시험편을 사용하여, JIS K7171(ASTM D790)에 준하여 굴곡시험을 실시하였다.

그리고, 얻어진 시험챠트로부터 굴곡탄성률을 구하였다.

- 아이조드 충격치 -

조정한 각 예에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료로 한 변이 12.7㎜인 정방형 단면으로, 길이가 64.0㎜인 봉상체를 사출성형하였다. 그리고, JIS K7110(ASTM D256)의 아이조드 충격 시험방법에 나타낸 바와 같이, 각 봉상체에 절결부를 형성하여 2호 A 시험편을 작성하였다. 이 때, 각 시험편의 절결부의 폭 등을 계측하였다. 이어서, 이 시험편을 사용하여, JIS 규격에 준하여 아이조드충격 시험을 실시하였다.

그리고, 해머의 회전축 주위의 모멘트(WR)와, 해머의 리프팅 각도(α)와, 시험편 파괴후에 해머가 번쩍 들리는 각도(β) 와, 충격시험시의 에너지 손실(L)로부터, 하시식에 의해 시험편을 파괴하는데 필요한 흡수 에너지(E)를 산출하였다.

(식 4)

또한, 이 흡수 에너지(E)와, 시험편의 절결부의 폭(b)과, 시험편의 절결부 부근의 두께(t)와, 시험편의 절결부 깊이(d)로부터, 하기식에 따라 아이조드 충격치(α_kI)를 산출하였다.

(식 5)

< 시험평가결과 >

시험결과는 도 8에 나타낸다.

- 매트릭스 폴리머인 폴리프로필렌의 펜타드 이소택틱 분율의 영향 -

도 9a 내지 도 9c는 호모 폴리프로필렌의 펜타드 이소택틱 분율과, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 예 1∼4에 관해서의 시험결과에 따라 나타낸 것이다.

도 9a 내지 도 9c에 의하면, 호모 폴리프로필렌의 펜타드 이소택틱 분율이 높아짐에 따라, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치가 향상되는 것을 알 수 있다.

여기서, 중량평균섬유길이가 길어지는 이유에 관해서는 분명하지 않다. 그러나, 예 1∼4에 관해서는, MFR이 120g/10min인 호모 폴리프로필렌을 갖는 마스터배취에 희석 폴리머로서 MFR이 30g/10min인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 혼합되어 있고, 전자의 MFR이 후자의 4배이기 때문에, 양자는 큰 점도차를 갖고, 더구나, 전자가 후자보다도 점도가 낮으므로, 전자쪽이 유리 장섬유에 대한 습윤성이 보다 높고, 사출성형기 내에서 수지재료가 가열 및 혼련될 때에는, 유리 장섬유가 저점도 호모 폴리프로필렌으로 피복보호된 상태가 유지되어 그 피손이 유효하게 억제되는 효과가 예상된다.

굴곡탄성률이 향상되는 것은 펜타드 이소택틱 분율이 높아짐에 따라, 폴리프로필렌에 있어서의 메틸기가 폴리머쇄를 따라 동일한 입체배치가 되는 비율이 높아지고, 그 때문에 폴리프로필렌 분자끼리가 될 수 있는 한 밀접하게 배열하여, 보다 결정화도가 높은 상태로 고화하기 때문인 것으로 추정된다.

아이조드 충격치가 향상되는 것은 중량평균섬유길이가 길어지는 것에 기인하는 동시에 폴리프로필렌 성분의 결정화도가 높아지기 때문인 것으로 추정된다.

이들 예의 비교에 의하면, 펜타드 이소택틱 분율이 95%인 예 3 및 98%인 예 1에 있어서, 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상, 굴곡탄성률이 5GPa 이상 및 아이조드 충격치가 30KJ/㎡ 이상인 사출성형품이 얻어질 수 있다.

- 매트릭스 폴리머의 MFR의 영향 -

도 10a 내지 도 10c는 매트릭스 폴리머의 MFR과, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 예 5∼18 및 예 35∼41에 관해서의 시험결과에 따라 나타낸 것이다. 또한, 예 28과 예 30, 및 예 31과 예 32의 시험결과에 관해서도 도 10a 내지 도 10c에 나타낸다.

도 10a 내지 도 10c에 의하면, 펜타드 이소택틱 분율이 98%인 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 한 예 5∼11, 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%인 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 한 예 12∼18 및 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 매트릭스 폴리머로 한 예 35∼41의 어느 것이나 MFR의 증가(분자량의 감소)에 무관하게 중량평균분자량, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 거동은 동일하다.

즉, 중량평균섬유길이는 MFR이 150g/10min이 될 때까지는 그 증대에 따라 길어진다. 이것은 매트릭스 폴리머의 분자량이 작아짐에 따라 그 용융점도가 저하하여, 이것에 의해 사출성형과정에 있어서의 유리 장섬유의 파손이 유효하게 억제될 수 있기 때문인 것으로 추정된다. 또한, 중량평균섬유길이는 MFR이 150g/l0min을 넘으면, 약간의 향상 경향은 있지만, 그 향상도는 작다.

굴곡탄성률은 MFR이 150g/10min으로 될 때까지는 그 증대에 따라 저하한다. 이것은 매트릭스 폴리머의 분자량이 작아지는데 기인한 것으로 추정된다. 또한, 굴곡탄성률은 MFR이 150g/10min을 넘으면 거의 동일수준을 추이하는 경향이 있다.

아이조드 충격치는 MFR이 300g/10min로 될 때까지는 그 증대에 따라 향상된다. 이것은 상기와 같이 유리 장섬유의 파손이 유효하게 억제될 수 있기 때문인 것으로 추정된다. 또한, 아이조드 충격치는 MFR이 300g/10min을 넘으면 저하한다. 이것은 매트릭스 폴리머의 용융점도가 지나치게 낮기 때문에, 에어가 인입되어 성형품에 공극이 생기기 때문인 것으로 추정된다.

이들 예의 비교에 의하면, 펜타드 이소택틱 분율이 98%이고, MFR이 100∼300g/10min인 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 하는 예 7∼10에 있어서, 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상, 굴곡탄성률이 5GPa 이상 및 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상의 사출성형품이 얻어질 수 있다.

예 28과 예 30은 매트릭스 폴리머인 폴리프로필렌의 MFR만을 다르게 한 것이다. 도 10a 내지 도 10c에 나타낸 바와 같이, 각 특성이 상기와 같은 거동을 나타내는 경향이 있다. 굴곡탄성률이 다른 예보다도 높은 수준에 있는 점이 특징으로 되어 있다.

예 31과 예 32는 매트릭스 폴리머인 폴리프로필렌의 MFR만을 다르게 한 것이다. 도 10(b)에 나타낸 바와 같이, MFR이 60g/10min인 예 31보다도 MFR이 150g/10min인 예 32 쪽이 굴곡탄성률이 높고, 상기와는 반대의 경향이 보인다. 그 렇지만, 도 1O(a) 및 도 10(c)에 나타낸 바와 같이, 중량평균섬유길이 및 아이조드 충격치의 결과에 관한 한에 있어서는, 예 31 및 예 32가 특이한 거동을 나타내는 것은 아니라고 추정된다.

또한, 펜타드 이소택틱 분율이 98%인 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 한 예 5∼11과, 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%인 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 한 예 12∼18를 비교하면, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 어느 것에 있어서도 전자쪽이 높은 수준에 있는 것을 확인할 수 있다. 이 이유에 관해서는 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 하여 펜타드 이소택틱 분율을 변량한 경우와 마찬가지일 것이다.

또한, 매트릭스 폴리머를 호모 폴리프로필렌으로 한 예 11∼18과, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체로 한 예 35∼41의 비교에 관해서는 후술한다.

- 친화성 부여 성분인 산변성 폴리프로필렌의 영향 -

도 11a 내지 도 11c는 예 19, 예 1 및 예 20의 시험결과에 따라, 그것들의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치를 비교한 것이다. 여기서, 예 19는 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌과 유리 장섬유 사이에 친화성 부여 성분을 포함하지 않은 구성이고, 예 1은 아크릴산 변성 폴리프로필렌을, 예 20은 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌을 각각 친화성 부여 성분으로서 포함하는 구성이다.

도 11a 내지 도 11c에 의하면, 친화성 부여 성분을 포함하지 않은 예 19는 친화성 부여 성분을 포함하는 예 1 및 예 20과 동일한 중량평균섬유길이를 나타내고, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치는 매우 낮은 수준을 나타낸다. 이것은 예 1 및 예 20에서는 친화성 부여 성분의 산변성 부분이 유리 장섬유표면의 커플링제와 화학결합하는 동시에, 폴리프로필렌 부분이 매트릭스 폴리머인 호모 폴리프로필렌에 확산하여, 유리 장섬유와 매트릭스 폴리머 사이에 강고한 결합을 형성하는데 대하여, 예 19에서는 이러한 결합이 형성되지 않고, 굴곡변형이나 충격이 가해질 때에 매트릭스 폴리머와 유리 장섬유표면의 계면에서 박리가 생기기 때문인 것으로 추정된다.

이들 예의 비교에 의하면, 친화성 부여 성분을 포함하는 예 1 및 예 20에 있어서, 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상, 굴곡탄성률이 5GPa 이상 및 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상의 사출성형품이 얻어질 수 있다.

- 친화성 부여 성분인 산변성 폴리프로필렌의 함유량의 영향 -

도 12a 내지 도 12c는 마스터배취에 있어서의 아크릴산 변성 폴리프로필렌 함유량과, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 관계를 예 1, 예 19, 예 21 및 예 22의 시험결과에 따라 나타낸 것이다. 또한, 도 13a 내지 도 13c는 마스터배취에 있어서의 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌 함유량과, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 관계를 예 19, 예 20 및 예 23∼25의 시험결과에 따라 나타낸 것이다. 또한, 도 13a 내지 도 13c는 예 28 및 예 29의 시험결과도 나타낸다.

도 12(a) 및 도 13(a)에 의하면, 중량평균섬유길이는 산변성 폴리프로필렌의 혼합량에 의하지 않고, 대체로 4㎜ 보다 약간 긴 수준으로 추이하고 있다.

도 12(b) 및 도 12(c)에 의하면, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치는 아크릴산 변성 폴리프로필렌의 함유량이 5%에 이르기 까지는 그 증대에 따르는 향상효과를 확인할 수 있지만, 5% 이상 함유시켜도 그 이상의 향상효과는 볼 수 있지 않다. 마찬가지로, 도 13(b) 및 도 13(c)에 나타낸 바와 같이, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌의 경우, 그것을 10% 이상 함유시켜도 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 그 이상의 향상효과는 볼 수 있지 않다.

예 28 및 예 29는 펜타드 이소택틱 분율이 95%인 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 하여, 친화성 부여 성분으로서의 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌의 함유량 만을 다르게 한 것이지만, 도 13a 내지 도 13c에 나타낸 바와 같이, 상기와 같은 경향이 나타난다. 즉, 중량평균섬유길이 및 아이조드 충격치에 관해서는 동일한 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌의 함유량을 갖는 예 20및 예 24와 거의 같은 수준이고, 굴곡탄성률에 관해서는 예 20 및 예 24 보다는 높은 수준이지만, 무수 말레인산 변성 폴리프로필렌의 함유량의 다소에 관계없이 동일수준을 나타낸다.

- 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 매트릭스 폴리머로 하거나, 또는 에틸렌ㆍ프로필렌 블록 공중합체를 희석 폴리머로 하는 것에 의한 영향 -

도 10a 내지 도 10c에 있어서, 매트릭스 폴리머를 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%인 호모 폴리프로필렌으로 하는 예 12∼18과, 펜타드 이소택틱 분율이 94.5%인 폴리프로필렌 성분을 갖는 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체로 하는 예 35∼41을 비교하면, 각 해당하는 MFR에 대하여 중량평균섬유길이 및 굴곡탄성률은 가까운 값을 나타내고 있는데 대하여, 아이조드 충격치는 후자쪽이 3∼9KJ/㎡ 높게 되어 있고, 그 수준은 펜타드 이소택틱 분율이 98%인 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 하는 예 5∼11과 동등 또는 그 이상이다. 이것은 후자에서는 매트릭스 폴리머인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 폴리프로필렌 성분 중에 폴리에틸렌 성분의 도메인이 형성된 바다-섬 구조로 되어 있기 때문에, 가해지는 충격이 폴리프로필렌 성분과 폴리에틸렌 성분의 경계부분에서 에너지 흡수되기 때문인 것으로 추정된다.

다음에, 호모 폴리프로필렌을 마스터배취의 매트릭스 폴리머로 하여, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 희석 폴리머로서 사용한 경우에 관해서 고찰한다.

도 14a 내지 도 14c는 예 1과 예 33 및 예 20과 예 34의 시험결과에 따라, 그것들의 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치를 비교한 것이다. 여기서, 예 1과 예 33는 마스터배취에 혼합되는 희석 폴리머 종이 각각 다르고, 예 1은 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체가 사용되고, 예 33은 호모 폴리프로필렌이 사용된 것이다. 예 20 및 예 34의 구성 상이도 상기와 동일하다.

도 14a 내지 도 14c에 의하면, 중량평균섬유길이 및 굴곡탄성률은 에틸렌-프로필렌 공중합체를 희석 폴리머로 한 예 1의 쪽이 호모 폴리프로필렌을 희석 폴리머로 한 예 33 보다도 약간 높은 값을 나타내고 있다. 이 점은 예 20과 예 34의 비교에 있어서도 마찬가지이다. 아이조드 충격치는 예 1 쪽이 예 33 보다도 약간 높지만, 예 20은 반대로 예 34 보다도 낮게 되어 있고, 도 10a 내지 도 10c에 나타낸 바와 같이 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 내충격성 향상 효과는 확인할 수 없 다. 이 점은 희석 폴리머에 있어서의 폴리프로필렌성분의 펜타드 이소택틱 분율의 상이에 기인하는 것으로 추측된다.

- 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체에 있어서의 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율의 영향 -

도 15a 내지 도 15c는 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 공중합체의 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율과, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치의 각 관계를 예 1, 예 26 및 예 27에 관해서의 시험결과에 관해 나타낸 것이다.

도 15a 내지 도 15c에 의하면, 희석 폴리머인 에틸렌-프로필렌 공중합체의 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 높아짐에 따라, 중량평균섬유길이, 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치가 향상하는 경향이 있다. 즉, 폴리프로필렌 성분을 포함하는 희석 폴리머로 마스터배취를 희석하는 경우에 있어서도, 그 펜타드 이소택틱 분율이 성형품의 특성에 큰 영향을 미치게 한다는 것이 확인되었다.

여기서, 각 특성이 펜타드 이소택틱 분율이 커짐에 따라 향상 경향을 나타내는 이유에 관해서는, 호모 폴리프로필렌을 매트릭스 폴리머로 하여 펜타드 이소택틱 분율을 변량한 경우와 마찬가지인 것으로 추정된다.

이들 예의 비교에 의하면, 펜타드 이소택틱 분율이 95%인 예 1 및 96%인 예 26에 있어서, 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상, 굴곡탄성률이 5GPa 이상 및 아이조드 충격치가 30KJ/㎡ 이상인 사출성형품이 얻어질 수 있다.

예 42는 예 19를 제외한 다른 예에 비하여 친화성 부여 성분인 산변성 폴리 프로필렌의 함유량이 적고, 질량백분율로 2.0% 이하이다. 그러나, 예 42는 중량평균섬유길이가 4.56㎜, 굴곡탄성률이 5.6GPa 및 아이조드 충격치가 38KJ/㎡로, 어느 것이나 매우 높은 수준을 나타낸다. 이것은 예 42에서는 친화성 부여 성분인 산변성 폴리프로필렌의 함유량이 적고, 매트릭스 폴리머 및 희석 폴리머가 차지하는 비율이 커서, 수지 본체의 강도가 높아졌기 때문인 것으로 추정된다.

또한, 도 9a 내지 도 9c 및 도 10a 내지 도 10c는 산변성 폴리프로필렌의 함유량이 소정량까지는 그 증대에 따라 굴곡탄성률 및 아이조드 충격치가 향상하지만, 그 함유량이 소정량 이상이 되면 더 이상 향상되지 않는다. 예 42의 시험결과로부터 판단하면, 예 42의 구성에서는 그 소정량이 전체 질량에 대하여 2.0% 정도라고 추정되고, 그 정도의 산변성 폴리프로필렌을 함유시키면, 유리 장섬유와 매트릭스 폴리머의 친화성을 충분히 확보할 수 있는 것으로 추측된다.

(실험예 2)

유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료에 함유되는 유리 장섬유의 질량백분율과, 그 사출성형품의 굴곡특성 및 아이조드 충격치의 관계에 관해 조사하였다.

< 시험평가 샘플 >

펜타드 이소택틱 분율이 98%이고, MFR이 120g/10min(중량평균분자량 Mw=101200)인 호모 폴리프로필렌과, 아크릴산 변성 폴리프로필렌의 용융물에 유리 섬유다발을 침지한 후에 고화시켜, 이것을 긴쪽방향으로 평균길이 1O㎜로 절단하여 펠릿상 마스터배취를 준비하였다. 이 마스터배취는 호모 폴리프로필렌 25%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 5% 및 유리 장섬유 70%의 각 질량백분율로 구성되어 있는 것이었다.

그리고, 이 마스터배취를 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 96%인 펠릿상 호모 폴리프로필렌로 적절히 희석하여, 유리 장섬유의 전체 질량에 대한 질량백분율이 10, 20, 30, 40 및 50%로 되는 유리 장섬유 섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 각각 조정하였다. 또한, 비교재료로서, 마스터배취를 구성하는 호모 폴리프로필렌만으로 이루어지는 펠릿도 준비하였다.

< 시험평가방법 >

조정한 각 수지재료 및 비교재료의 각각에 관해서 판상 시험편을 사출성형하였다. 이어서, 이들 시험편을 사용하여, JIS K7171(ASTM D790)에 준하여 굴곡시험을 실시하였다. 그리고, 얻어진 시험챠트로부터 굴곡탄성률을 구하였다.

또한, 각 수지재료 및 비교재료의 각각의 아이조드 충격치를 JIS K7110(ASTM D256)에 준하여 측정하였다.

< 시험평가결과 >

- 굴곡탄성률 -

유리 장섬유의 질량백분율과 굴곡탄성률의 관계를 도 16(a)에 나타낸다. 도 16(a)으로부터 명백한 바와 같이, 유리 장섬유 함유량이 많아지면, 그것에 비례하게 굴곡탄성률도 높아진다. 이것은 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지 성형품의 굴곡탄성률이 유리 장섬유의 함유량에 의존한다는 것을 뒷받침하는 결과이다. 구체적으로는, 유리 장섬유의 함유량이 30% 이상일 때 5GPa 이상의 굴곡탄성률이 발현된다.

- 굴곡강도 -

유리 장섬유의 질량백분율과 굴곡강도의 관계를 도 16(b)에 나타낸다. 도 16(b)로부터 명백한 바와 같이, 유리 장섬유 함유량이 커짐에 따라 굴곡강도도 높아진다. 이것은 굴곡탄성률의 결과에 준하는 것으로 추정된다.

- 아이조드 충격치 -

유리 장섬유의 질량백분율과 아이조드 충격치의 관계를 도 16(c)에 나타낸다. 도 16(c)로부터 명백한 바와 같이, 유리 장섬유 함유량이 많아짐에 따라 아이조드 충격치도 높아진다. 주목되는 것은 유리 장섬유의 질량백분율이 30% 또는 40%에 있어서 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상의 수준으로 되는 점에 있고, 이것은 동등한 유리 섬유의 질량백분율을 갖는 종래의 사출성형품에서는 실현할 수없는 수준이다.

한편, 상기 실험예 1 및 2의 데이터는 실성형품에서 절단한 봉상체에 후가공으로 절결부를 형성한 시험편을 사용한 시험에서 아이조드 충격치를 구하고, 또한 실성형품에서 절단한 시험편으로 굴곡탄성률을 계측한 것이다. 따라서, 실성형품에서 절출하지 않은 성형품(시험편) 그 자체에서는 유리 장섬유의 배향에 의해, 더욱 높은 아이조드 충격치 및 굴곡탄성률을 기대할 수 있다.

(실험예 3)

유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료 및 유리 장섬유 강화 폴리아미드 수지재료의 굴곡피로특성을 비교하는 시험평가를 행하였다.

< 시험평가 샘플 >

펜타드 이소택틱 분율이 95%이고 MFR이 120g/10min(중량평균분자량 Mw=101200)인 호모 폴리프로필렌 47%, 아크릴산 변성 폴리프로필렌 5% 및 유리 장섬유 48%의 각 질량백분율로 구성된 평균길이 1O㎜의 펠릿상 마스터배취에, 희석 폴리머로서 폴리프로필렌 성분의 펜타드 이소택틱 분율이 95%이고 MFR이 30g/1Omin인 펠릿상 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체를 마스터배취 100질량부에 대하여 20질량부 혼합하여, 유리 장섬유의 전체 질량에 대하여 차지하는 질량백분율을 40%로 한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료, 즉 실험예 1에서 사용한 예 2에 관한 수지재료를 준비하였다.

또한, 유리 장섬유를 30질량% 함유하는 상기 수지재료의 마스터배취와 동일형태의 펠릿상 유리 장섬유 강화 폴리아미드 수지재료를 준비하였다.

< 시험평가방법 >

준비한 각 수지재료를 사출성형기에 투입하여, 판상 시험편과 아령상 시험편을 수매씩 사출성형하였다. 이 때, 예 2에 관한 폴리프로필렌제 수지재료의 판상 시험편의 사출성형조건은 스크루 회전속도를 45rpm, 배압을 2.94 ×1O⁵∼3.92 ×10⁵Pa, 사출률을 70∼90%, 사출압력을 2.06∼2.16MPa, 보압시의 압력을 사출압력의 25∼20%, 사출속도(사출충전시간)를 5.0초, 보압시간을 10초간 및 냉각시간을 50초간으로 한다(도 17 참조). 또한, 사출성형기의 호퍼를 55℃ 및 성형용 금형을 50∼55℃로 각각 온도설정하는 동시에, 호퍼측으로부터 성형용 금형측을 향해 실린 더를 6분할하고, 각각 순차로 190℃, 220℃, 230∼240℃, 240∼250℃, 240∼250℃ 및 220℃로 온도설정한다(도 18 참조). 예 2에 관한 폴리프로필렌제 수지재료의 아령상 시험편의 사출성형조건은 스크루 회전속도를 45rpm, 배압을 2.94 ×10⁵∼3.92 ×10⁵Pa, 사출률을 70∼90%, 사출압력을 2.84∼3.24MPa, 보압시의 압력을 사출압력의 45∼40%, 사출속도(사출충전시간)를 2.4초, 보압시간을 9.6초간 및 냉각시간을 50초간으로 한다(도 17 참조). 또한, 사출성형기의 호퍼의 온도설정은 판상 시험편의 경우와 동일하게 한다(도 18 참조). 판상 및 아령상 어느 쪽의 시험편도 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상이었다.

또한, 폴리아미드제 수지재료의 판상 시험편의 사출성형조건은 사출압력을 1.86∼1.96MPa로 한 것을 제외하고는 예 2의 판상 시험편의 성형조건과 동일하게 한다(도 17 및 도 18 참조). 폴리아미드제 수지재료의 아령상 샘플의 사출성형조건은 사출압력을 2.55∼2.84MPa, 사출속도(사출충전시간)를 2.3초 및 보압시간을 9.7초간으로 한 것을 제외하고는 예 2의 아령상 샘플의 성형조건과 동일하게 한다(도 17및 도 18 참조). 또한, 판상 및 아령상 어느 쪽의 샘플도 중량평균섬유길이가 1㎜ 이하이었다.

폴리프로필렌제 또는 폴리아미드제 각각의 수지재료를 사출성형한 아령상 샘플을 사용하여, ASTM D671(JIS K7118 및 7119)에 준하여 일정응력 굴곡피로시험을 실시하였다. 굴곡피로시험은 100℃ 및 120℃의 각각의 온도조건하에서 행하였다. 또한, 응력은 각 수지재료의 각 시험온도마다 20∼50MPa의 범위로 4개의 수준으로 설정하였다.

그 다음에, 설정응력에 해당하는 각 시험편의 파괴까지의 굴곡회수를 수지재료 마다 기록하였다.

< 시험평가결과 >

100℃ 및 120℃의 조건하에서의 시험결과를 도 19, 도 20에 각각 나타낸다. 이들 그래프에 의하면, 예 2에 관한 폴리프로필렌제 수지재료를 사용한 사출성형품은 온도조건 100℃에서는 폴리아미드제 수지재료를 사용한 것과 동등한 내굴곡피로특성을 갖고, 온도조건 120℃에서는 폴리아미드제 수지재료를 사용한 것 보다 높은 내굴곡피로특성을 갖는 것을 알 수 있다. 이것은 예 2에 관한 폴리프로필렌제 수지재료의 사출성형품에서는 함유되는 유리 장섬유의 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상이기 때문에(도 8 참조), 시험온도가 높아져도 그 보강효과가 유지되므로 내굴곡피로특성의 저하가 작은데 대하여, 폴리아미드제 수지재료를 사용한 것에서는 함유되는 유리 장섬유의 중량평균섬유길이가 1㎜ 이하이기 때문에, 시험온도가 높아지면 유리 장섬유에 의한 보강효과의 저하가 현저하게 되어, 그것에 따라 내굴곡피로특성의 저하도 커진 것으로 추정된다.

자동차의 슈라우드 모듈이 형성되는 부위는 100℃ 근방까지 온도가 올라가기 때문에, 그것을 구성하는 수지재료로서, 염해(salt damage), 부식성의 문제가 있고, 또한 흡수에 의해 형상이 변하기 때문에 정밀도가 나쁘다는 결점이 있지만, 사출성형품의 고온하에서의 내피로성이 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료를 사용한 것보다도 우수하므로 유리 장섬유 강화 폴리아미드 수지재료가 종래 부터 사용되어 왔다. 그러나, 본 발명에 관한 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지재료는 그것을 사용한 사출성형품에 함유되는 유리 장섬유의 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상이 되고, 그 때문에 고온하에서의 내피로성이 유리 장섬유 강화 폴리아미드 수지재료를 사용한 것보다도 우수하며, 또한 염해 등의 결점이 없기 때문에, 자동차의 슈라우드 모듈을 구성하는 수지재료로서의 적용이 가능하다.

본 발명은 본 발명의 의도 또는 기본 특성을 이탈하지 않고서 다른 형태로 실시될 수 있다. 본 발명에 예시된 실시형태는 예로서 고려되어야 하고 이에 한정되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명 보다 오히려 청구의 범위에 나타내어지고, 본 발명의 청구의 범위와 동등한 범위내에 속하는 모든 변경을 포함한다.

Claims

이소택틱 팬타드 분율이 95%이상이고, 또한 중량평균분자량이 70000 ~ 125000인 호모폴리프로필렌의 매트릭스 폴리머와, 전체질량에 대해 질량백분율로 30 ~ 50% 포함되고, 또한 커플링제에 의해 표면처리가 된 유리장섬유와, 상기 유리장섬유의 표면처리에 이용된 커플링제와 화학결합하는 관능기를 갖는 무수말레인산변성 폴리프로필렌 및 아크릴산변성폴리프로필렌 중에 적어도 하나를 구성성분으로 하는 친화성 부여성분을 갖고, 적어도 상기 매트릭스 폴리머와 상기 유리장섬유가 복합체를 형성하여 이루어지는 마스터배취와,

폴리프로필렌 성분중에 폴리에틸렌 성분의 도메인이 형성된 바다-섬 구조가 구성된 에틸렌ㆍ프로필렌블록공중합체를 함유하는 희석 폴리머를 구비하고,

상기 마스터배취의 매트릭스 폴리머는 JIS K7210에 있어서 온도를 230℃, 하중을 21.18N으로 하여 측정한 멜트플로레이트가 100 ~ 300g/10분이고, 또한, 상기 멜트플로레이트가 상기 희석폴리머의 멜트플로레이트의 2배 보다 큰 성형용 유리장섬유강화 수지재료.
제1항에 있어서, 상기 복합체는 이의 형태가 길이 10 ~ 12mm의 봉상의 펠릿이고, 유리장섬유가 이의 긴쪽방향으로 배향되어 있는 성형용 유리장섬유강화 수지재료.
제1항에 있어서, 사출성형에 사용되는 성형용 유리 장섬유 강화 수지재료.
이소택틱 팬타드 분율이 95%이상이고, 또한 중량평균분자량이 70000 ~ 125000인 호모폴리프로필렌의 매트릭스 폴리머와, 전체질량에 대해 질량백분율로 30 ~ 50% 포함되고, 또한 커플링제에 의해 표면처리가 된 유리장섬유와, 상기 유리장섬유의 표면처리에 이용된 커플링제와 화학결합하는 관능기를 갖는 무수말레인산변성폴리프로필렌 및 아크릴산변성폴리프로필렌 중에 적어도 하나를 구성성분으로 하는 친화성 부여성분을 갖고, 적어도 상기 매트릭스 폴리머와 상기 유리장섬유가 복합체를 형성하여 이루어지는 마스터배취와,

폴리프로필렌 성분중에 폴리에틸렌 성분의 도메인이 형성된 바다-섬 구조가 구성된 에틸렌ㆍ프로필렌블록공중합체를 함유하는 희석 폴리머를 구비하고,

상기 마스터배취의 매트릭스 폴리머는 JIS K7210에 있어서 온도를 230℃, 하중을 21.18N으로 하여 측정한 멜트플로레이트가 100 ~ 300g/10분이고, 또한, 상기 멜트플로레이트가 상기 희석폴리머의 멜트플로레이트의 2배 보다 큰 성형용 유리장섬유강화 수지재료를 사출성형하여 이루어지고,

함유하는 유리장섬유의 중량평균섬유길이가 4mm이상이고, 또한 굴곡탄성률이 5 GPa이상, 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상인 사출성형품.
제4항에 있어서, 차량의 슈라우드 모듈, 도어 모듈, 리프트게이트 모듈, 범퍼 모듈, 스텝 부재 및 구조 인스트루먼트 패널 부재 중 어느 하나인 사출성형품.
이소택틱 팬타드 분율이 95%이상이고, 또한 중량평균분자량이 70000 ~ 125000인 호모폴리프로필렌의 매트릭스 폴리머와, 전체질량에 대해 질량백분율로 30 ~ 50% 포함되고, 또한 커플링제에 의해 표면처리가 된 유리장섬유와, 상기 유리장섬유의 표면처리에 이용된 커플링제와 화학결합하는 관능기를 갖는 무수말레인산변성폴리프로필렌 및 아크릴산변성폴리프로필렌 중에 적어도 하나를 구성성분으로 하는 친화성 부여성분을 갖고, 적어도 상기 매트릭스 폴리머와 상기 유리장섬유가 복합체를 형성하여 이루어지는 마스터배취와,

폴리프로필렌 성분중에 폴리에틸렌 성분의 도메인이 형성된 바다-섬 구조가 구성된 에틸렌ㆍ프로필렌블록공중합체를 함유하는 희석 폴리머를 구비하고,

상기 마스터배취의 매트릭스 폴리머는 JIS K7210에 있어서 온도를 230℃, 하중을 21.18N으로 하여 측정한 멜트플로레이트가 100 ~ 300g/10분이고, 또한, 상기 멜트플로레이트가 상기 희석폴리머의 멜트플로레이트의 2배 보다 큰 성형용 유리장섬유강화 수지재료에서의 수지성분을 가열 용융시켜, 이 용융물을 전단유동시키면서 혼련한 후, 소정형상으로 성형하는 것을 특징으로 하는 유리장섬유강화수지 성형품의 성형방법.
제6항에 있어서, 상기 성형용 유리장섬유강화 수지재료를 수지가열수단, 혼련용 스크류 및 성형용금형을 구비한 사출성형기에 투입하는 스텝과,

상기 사출성형기에 투입한 수지재료를 상기 수지가열수단으로 가열하는 것에 의해 그 수지성분을 용융시킴과 동시에 상기 혼련용 스크루를 회전속도 20∼40rpm으로 회전시킴으로써 혼련하는 스텝과,

상기 가열 및 혼련한 수지재료를, 상기 성형용 금형에 사출충전시간 2.5∼7.0초로 사출함으로써, 유리 장섬유가 전체 질량에 대하여 질량백분율로 30∼50% 포함됨과 동시에 그 중량평균섬유길이가 4㎜ 이상이고, 또한 굴곡탄성률이 5GPa 이상, 아이조드 충격치가 25KJ/㎡ 이상인 사출성형품을 성형하는 스텝을 포함하는 사출성형품의 성형방법.
제6항에 있어서, 상기 사출성형품은 차량의 슈라우드 모듈인 사출성형품의 성형방법.
제7항에 있어서,

성형용 유리장섬유강화 수지재료를 준비하는 스텝과,

상기 수지재료를 수지가열수단, 혼련용스크루 및 성형용 금형을 구비한 사출성형기에 투입하는 스텝과,

상기 사출성형기에 투입한 수지재료를 상기 수지가열수단으로 가열하여 그 수지성분을 용융시킴과 동시에 상기 혼련용 스크루를 회전속도 20∼40rpm으로 회전시킴으로써 혼련하는 스텝과,

상기 가열 및 혼련한 수지재료를, 배압 2.94 ×10⁵∼3.92 ×10⁵Pa, 사출충전시간 2.5∼7.0초, 사출률 70∼90% 및 사출압력 1.86∼3.24 MPa의 조건에서 상기 성형용 금형으로 사출하는 스텝과,

상기 성형용 금형내에 사출된 수지재료를 상기 사출압력의 20∼45%의 압력으로 9∼20초간 보압하는 스텝과,

상기 성형용 금형을 개방하여 사출성형품을 꺼내는 스텝을 포함하는 사출성형품의 성형방법.
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