상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
300℃(10분 경과후)에서의 TGA 분석 결과 무게감소가 5% 이하이고,
ASTM 평가법 D1238에 의한 유동성은 20 g/10 min 이상이고,
제논 아크에 의한 조사조도 65 W/㎡로 126 MJ/㎡을 조사한 후의 그레이스케일이 3등급 이상이고,
ASTM 평가법 D790에 의한 굴곡강도는 1,300 내지 3,000kg/㎡인 물성을 가지도록 하는 폴리아미드 강화 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 수지 조성물은 폴리아미드 수지 60.0 내지 93.5 중량%, 강화재 5.0 내지 30.0 중량%, 내열제 0.2 내지 2.0 중량%, 카본 1.0 내지 5.0 중량%, 및 몬탄산 화합물 0.3 내지 3 중량%를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리아미드 강화 수지 조성물로부터 제조된 폴리아미드 수지 성형품을 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
최근 자동차는 높은 성능뿐만 아니라 고급스러운 내,외장 디자인이 요구되고 있으며 그 흐름의 한 형태로 각종 자동차 부품들에 대해 복잡한 디자인들이 많이 적용되고 있다. 특히 도어 트림 부분에서는 실내 고급화를 위해서 금속 바디를 덮는 커버류들이 많이 적용되고 있는데 그 적용되는 형태를 보면 길이가 길면서도 가는 형상으로 인하여 우수한 유동성이 요구되어지고, 형태가 가늘고 길다보니 가스 발생 가능성도 커 저가스 소재에 대한 요구도 강하다. 특히 특성에 따라 도장용 및 미도장용 나누어 지고 있는데, 미도장 사양은 탑승객의 시야에 그대로 노출되어 도장사양 보다 훨씬 표면 특성이 뛰어나야 하고 자동차사의 품질 강화 정책으로 인하여 내장용 부품이지만 장기적인 내광특성을 발현하여야 한다. 또한 다른 부품들과 조립된 형태로 도어트림에 적용되기 때문에 치수안정성이 요구되어지며, 그 탈부착이 가능한 부품이어야 하기 때문에 탈부착시 깨짐 현상이 없는 적정 강성을 발현하여야 한다. 이러한 기능들로 소재가 요구하는 특징은 기본적으로 우수한 유동성을 지니면서도 가스 발생이 적어야 하며, 적정 강성이 유지되고, 변형이 적어 조립하기 쉬워야 하며, 내장용 디자인 부품으로 특히 표면 특성 및 내광성이 아주 우수하여야 한다.
이에, 본 발명자는 상기와 같은 자동차 내장용 부품의 요구 특성에 부합되는 우수한 표면 특성, 유동성, 강성, 내광성, 치수안정성 특징을 갖는 기술을 개발하고자, 차량 내장용 부품에 적합한 수지 조성물에 대하여 연구 노력하던 중, 폴리아미드 수지가 갖는 강성, 첨가효과 등을 기본으로 하여 유리섬유 또는 층상점토화합물을 강화재로 하면 기계적 강성, 내충격성, 치수안정성을 확보할 수 있으며, 내열제와 카본으로 내광 특성을 강화하고, 또한 몬탄산 화합물을 적용하여 우수한 표면 특성 및 유동성 증가 효과를 나타내어 내광 특성 또한 강화할 뿐 아니라 디자인이 다양하고 복잡한 모양의 성형품에서도 상기와 같은 특성을 발현하는 특징을 갖는 폴리아미드 수지 조성물을 개발함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 강화재, 내열제, 카본, 몬탄산 화합물을 특정 함량비율로 사용함으로써, 우수한 표면 특성, 강성, 내광성, 치수안정성을 동시에 향상시켜, 다양한 제품 형태에 맞게 효과적인 물성과 요구 성능을 모두 만족시킬 수 있는 폴리아미드 강화 수지 조성물에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 유동성이 좋고 가스 발생이 적어 복잡, 다양한 디자인에도 우수한 표면특성, 내광성 및 치수안정성을 발현하는 것을 기술의 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 유동성이 우수하면서도 가스 발생이 적어 제품의 표면특성 및 내광성이 뛰어난 폴리아미드 강화 수지 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 폴리아미드 강화 수지 조성물에서 폴리아미드 수지는 전체 조성물에 대하여 60.0 내지 93.5 중량%로 포함하는 특징이 있다. 이때, 그 함량이 60.0 중량% 미만인 경우 제품의 표면과 성형성이 좋지 않으며, 93.5중량% 초과인 경우 조립에 필요한 적정 강성을 확보할 수 없다.
본 발명에서 사용되는 폴리아미드 수지는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 나일론 6, 나일론 66, 또는 그의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 나일론 6, 나일론 66은 상대점도 2.3 내지 3.6(20℃, 96% 황산 100㎖ 중 나일론 6 수지 1g 용액으로 측정한 값을 기준으로 함)인 것을 사용할 수 있으며, 상대점도가 2.3 이상이며 강성, 치수안정성 향상 측면에서 우수한 효과를 얻을 수 있으며 3.6 이하에서는 유동성의 불량으로 인한 유리섬유의 표면 표출 및 미성형 현상 등을 방지할 수 있다. 또한, 상기 나일론 6, 나일론 66, 또는 그의 혼합물의 평균 중합도는 200 내지 15,000인 것을 사용하여 최종 수지 조성물의 우수한 기계적 강성, 치수안정성, 표면 특성 및 내광성 부여 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리아미드 수지는 최종 수지 조성물 제조를 위하여, 칩(chip) 형태로 만들어 제습형 건조기에서 충분히 건조하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 강화재는 전체 조성물에 대하여 5.0 내지 30.0 중량%를 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 강화재의 함량이 5 중량% 이상일 경우에는 강성 부여 효과가 우수하여 강성, 치수안정성이 향상되고 30중량% 이하인 경우에는 유동성 저하로 인한 표면 불량 및 미성형의 문제를 예방할 수 있다. 즉, 상기 강화재의 첨가량이 5 중량% 미만인 경우 성형품에 요구되어지는 강성 부족 문제를 야기할 수 있고, 30 중량%를 초과하면 표면이 나빠져 무도장 성형품으로 사용되는데 문제가 있다.
상기 강화재는 유리섬유 및 층상점토화합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 바람직하게, 강화재는 유리섬유를 사용할 수 있으며, 상기 유리섬유는 이 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으므로 특별히 한정되지는 않으나, 촙형태를 가지는 것으로 평균 직경이 10 내지 13㎛이고 평균 길이는 3 내지 5㎜인 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 유리섬유로는 흔히 G 또는 K 글래스라고 불리고 산화칼슘(CaO), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3)을 주성분으로 하고, 통상 산화칼슘이 10~20 중량%, 이산화규소가 50~70 중량%, 산화알루미늄이 2~15 중량% 포함되어 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 층상점토화합물은 탈크(talc), 클레이(clay), 울라스토나이트 (wollastonite), 몬모릴로나이트, 스멕타이트, 벤토나이트 및 마이카(mica)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 사용할 수 있다. 또한, 층상점토 화합물은 제조공정 및 조성 성분에 따라 원하는 크기의 다양한 미네랄 성분을 사용할 수 있는데, 일반적으로는 침상 또는 판상 형태를 갖는 것이나 100 내지 400 mesh의 평균 크기를 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 층상점토화합물 중 대표적인 상용 제품으로는, 탈크는 상품명 Magsil Diamond Talc (제조사: Colin Stewart Minchem Ltd)를, 클레이는 상품명 Tonsil L80 FF(제조사: Sud-Chemie AG)를, 울라스토나이트는 상품명 Vansil W-10(제조사: R.T. Vanderbilt Co. Inc)를 마이카는 Sericite SL(제조사: Presperse Inc)를 들 수 있다.
또한, 본 발명의 강화재는 선택적으로 비닐기, 에폭시기, 머캅탄기, 및 아민기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 관능기를 갖는 실란계 커플링제로 더욱 코팅된 것을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실란계 커플링제의 코팅에 따라 폴리아미드와 상용성을 향상시켜 좀더 우수한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물에 있어서, 내열제는 내열 특성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 가공 도중에 발생될 수 있는 열에 대한 특성 저하를 막아주며 내광성 강화에 시너지 효과를 발현할 수 있다. 이러한 내열제의 함량은 전체 조성물에 대하여 0.2 내지 2.0 중량%로 사용한다. 상기 내열제의 함량이 0.2 중량% 이상이면 내열 및 내광특성 부여 효과 및 저가스 발생을 극대화 할 수 있으며 2.0 중량% 이하에서는 첨가 효과의 증진을 크게 하며 제조원가를 최적화할 수 있고 우수한 표면 특성을 얻을 수 있다. 즉, 그 함량이 0.2 중량% 미만이면 가공도중 또는 성형품의 내열 및 내광 특성의 저하 문제가 있고, 2 중량%를 초과하면 표면 특성에 문제가 있고 경제적이지 못하다.
상기 내열제로는 방향족 아민계, 힌더드 페놀계, 및 포스파이트계 내열제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 내장용 부품 소재로 기존의 경우 내광 특성 발현을 위해서, 내후제로서 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 및 할스계 내후제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 그 이상의 혼합물을 사용하는 것에 대한 기술이 대부분이었지만, 본 발명은 내후제 없이 카본과 몬탄산 화합물의 혼합물로써 자동차 내장용 부품으로 요구되어지는 내광 특성을 발현할 수 있다. 또한, 폴리아미드 강화 수지 조성물에 있어서, 내광성은 기본적으로 사용되는 내후제의 종류 및 그 조합과 첨가량에 따라 내광 특성 발현이 대부분 결정된다. 하지만, 본 발명은 내후제 없이 카본과 몬탄산 화합물 첨가만으로도 자동차 내장부품용 소재의 요구되어지는 내광 특성을 만족할 수 있고, 몬탄산 화합물을 첨가하여 최종 수지 조성물의 유동성을 증진시킴으로써 복잡한 구조의 성형품을 쉽게 가공할 수 있게 만들며 아주 우수한 표면 특성을 발현할 수 있다. 이와 같은 표면 특성은 성형품의 내광 특성 또한 우수하게 만드는 효과까지 부여할 수 있다.
따라서, 본 발명의 조성물에 있어서, 내광 특성을 부여하기 위해선 카본을 사용하는데, 전체 조성물에 대하여 1.0 내지 5.0 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 내장용 부품으로 우수한 내광 특성을 발현하기 위해서는 그 첨가량이 1.5 중량% 이상 되어야 하지만 본 발명에서는 몬탄산 화합물과 함께 사용하므로 1.0 중량%까지 함량을 줄여도 우수한 내광 특성 발현이 가능하다. 상기 카본의 총 첨가량이 1.0 중량% 이상이면 우수한 내광 특성이 발현될 수 있으며 5.0 중량% 이하이면 첨가 효과의 증진을 크게 하며 제조원가를 최적화하고 우수한 표면 특성을 얻을 수 있다. 즉, 그 함량이 1 중량% 미만이면 내광특성 효과가 미비하고, 5 중량%를 초과하면 첨가량 대비 효과 발현이 증진되지 못하여 경제적이지 않고 표면에 문제가 있다.
상기 카본은 통상적으로 폴리아미드 수지 조성물의 컬러 발현, 표면 특성 및 내광성을 향상시키기 위해 사용되는 모든 그라파이트 제품을 사용할 수 있으며, 그 종류가 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 상기 카본은 30 내지 400 메쉬의 평균 크기를 갖는 그라파이트 화합물을 사용할 수 있다. 상기 카본 중 대표적인 상용 제품으로는, 상품명 MG100-94-99 (제조사: Infrazone)을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물에 있어서, 몬탄산 화합물은 유동성 증진을 통한 우수한 표면 특성 및 내광 특성 발현을 위하여 사용하며, 그 함량은 전체 조성물에 대하여 0.3 내지 3.0 중량%로 사용하는 특징이 있다. 이때, 상기 몬탄산 화합물의 첨가량이 0.3 중량% 이상인 경우 첨가 효과를 극대화할 수 있으며 3 중량% 이하인 경우에 가스 발생에 의한 표면 특성 및 성형성 저하를 방지할 수 있다. 즉, 그 함량이 0.3 중량% 미만이면 유동성 증진 효과가 적어 표면 및 내광 특성에 문제가 있고, 3 중량%를 초과하면 가스 발생에 의해서 우수한 표면 발현을 나타내지 못한다.
본 발명의 몬탄산 화합물은 통상적으로 폴리아미드 수지 조성물의 유동성을 증진시켜 표면 특성 및 내광성을 향상시키기 위해 사용되는 모든 제품을 사용할 수 있으며, 몬탄산 유도체, 그 코폴리머 또는 왁스로 구성된 것을 사용할 수 있다. 상기 몬탄산 화합물 중 대표적인 상용 제품으로는, 상품명 Bruggolen®P12 (제조사: Bruggemann Chemical)을 들 수 있다.
이러한 본 발명의 폴리아미드 강화 수지 조성물의 제조방법은, 특별히 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있다.
바람직한 일예를 들면, 본 발명은 폴리아미드 수지 60.0 내지 93.5 중량%에 강화재 5.0 내지 30.0 중량%, 내열제 0.2 내지 2.0 중량%, 카본 1.0 내지 5.0 중량%, 및 몬탄산 화합물 0.3 내지 3 중량%를 첨가한 후에 용융 혼련하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 각 구성 성분은 압출기를 사용하여 압출함으로써 폴리아미드 수지 조성물을 제조할 수 있다. 혼합기로는 2축 스크류 압출기를 사용하여 255℃ 내지 270℃에서 혼련하여 제조될 수 있는데, 수지 조성물의 혼련을 최대화하기 위하여 투입구가 2개인 압출기를 이용하여 1차 투입구에 폴리아미드 수지, 내열제, 카본 및 몬탄산 화합물을 투입하고, 2차 투입구에는 유리섬유 또는 층상점토화합물 등의 강화재를 투입할 수 있다. 또한, 용융 혼련시에 조성물의 열분해를 방지하기 위해 체류시간을 최소화할 수 있으며, 본 조성물에서 분산성을 고려하여 최적의 스크류 회전수 조절이 필요한데 200 ~ 300 rpm 정도의 회전수로 실시할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 폴리아미드 강화 수지 조성물은 300℃(10분 경과후)에서의 TGA 분석 결과 무게감소가 5% 이하이고, ASTM 평가법 D1238에 의한 유동성은 20 g/10 min 이상이고, 제논 아크에 의한 조사조도 65 W/㎡로 126 MJ/㎡을 조사한 후의 그레이스케일이 3등급 이상이고, ASTM 평가법 D790에 의한 굴곡강도는 1,300 내지 3,000kg/㎡인 물성을 가지도록 하는 특징이 있다. 바람직하게, 본 발명의 폴리아미드 강화 수지 조성물은 300℃에서 10분 경과한 후 TGA 분석 결과 무게감소가 0 내지 5% 이하가 될 수 있다. 또한, ASTM 평가법 D1238에 의한 유동성은 20 내지 60 g/10 min이 될 수 있으며, 제논 아크(Xenon arc)에 의해 조사조도 65W/㎡로 126MJ/㎡을 조사한 후 육안으로 평가하면 그레이스케일 3 내지 5 등급이 될 수 있고 ASTM 평가법 D790에 의한 굴곡강도가 1,300 내지 3,000 kg/㎠이 될 수 있다. 이때, TGA 분석 결과 무게감소가 5%를 초과하면 다량의 가스가 발생하여 성형품의 외관이 상당히 불량해진다. 또한, 유동성이 20 g/10 min미만인 것은 얇고 넓거나 긴 성형품인 경우 표면 불량 및 성형성이 좋지 않고, 60 g/10 min 초과인 것은 성형품의 버(burr)가 많이 발생하여 작업하기 어렵다. 또한, 내광성 그레이스케일 등급이 3미만이면 내광 특성이 좋지 않아 시간 경과시 변색의 가능성이 크다. 또한, 굴곡강도가 1,300 kg/㎠ 미만이면 조립성에 필요한 적정 강도가 나오지 않아 조립성 및 치수안정성이 부족하고 3,000 kg/㎠ 초과이면 너무 딱딱해 조립하기 힘들다.
또한, 본 발명은 상기 폴리아미드 수지 조성물을 포함하는 폴리아미드 수지 성형품을 제공할 수 있다. 상기 성형품은 자동차 내장용 부품 소재인 것이 바람직하다.