KR100950217B1 - 복합성형체의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합성형체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 및 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체에 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅하는 단계를 포함하는 복합성형체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합성형체는 바퀴 허브의 주물 대신 사용되어 바퀴 무게를 최소화하고, 재료비용이 저렴할 뿐만 아니라 대량생산이 가능하며, 코팅용 조성물과의 접착력이 매우 우수하고, 주철, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 등의 금속 주물과 상응되는 강도 및 내구성을 갖는 효과가 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트, 복합성형체, 바퀴 허브

Description

복합성형체의 제조방법{Manufacturing method of composite formed article}
본 발명은 복합성형체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 및 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체에 반응성 코팅용 조성물, 즉, 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅하는 단계를 포함하는 복합성형체의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 물체의 이동을 용이하게 하는 장치인 바퀴의 종류는 그 용도에 따라 구분할 수 있는데, 예컨대, 최대 허용하중 135 kg 정도의 바퀴는 고급 가전제품, 진열대, 사무기기 및 실내장식용 가구, 경량물 및 산업용 운반구 등에 사용되며, 최대 허용하중 200 kg 정도인 중, 하중용 바퀴는 각종 중량물 운반구 등에 사용되고, 최대 허용하중 820 kg 정도인 고하중용 바퀴는 산업용 비품, 소형설비, 경하중 운반구 등에 사용된다.
일반적으로 바퀴는 주물에 2액형 폴리우레탄 조성물을 코팅한 것과 나일론을 사출 성형하여 제작한 강성의 플라스틱 사출재 등이 사용 되고 있다. 이 중에서도 플라스틱 사출재는 접착에 의한 이중사출이 아니고, 바퀴 허브에 홈 또는 단을 주 어 두 가지 물질이 서로 엉켜있는 결합 형태이다.
이 중 플라스틱 사출재는 접착성 및 내구성의 문제로 인해 2액형 폴리우레탄 조성물을 코팅하는 데에 한계가 있으며, 쉽게 깨지는 문제가 있다.
한편, 종래 주철, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 등의 금속 주물을 이용하여 제조된 바퀴는 이동 시 소음이 심하며, 주물 무게(비중 7.5 이상)로 인해 운반비용이 많이 들어 바퀴 가격에 영향을 줄 뿐만 아니라, 생산성이 떨어지며, 취급이 용이하지 않고, 제조에 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복합성형체의 제조 시 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물과의 접착성을 높이며, 금속 주물과 상응되는 강도 및 내구성을 갖는 성형체의 조성과, 이 조성을 이용하여 제조된 성형체의 외부를 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물로 코팅한 복합성형체 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
보다 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 및 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체에 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅하는 단계를 포함하는 공정으로, 종래 금속 주물을 이용하여 제조된 바퀴가 갖는 제조방법의 곤란성 및 제조에 많은 비용이 소요되는 단점을 개선한 복합성형체의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 및 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체에 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅하는 단계를 포함하는 복합성형체의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 복합성형체의 제조방법에 관한 것으로,
a) 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephtalate), 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌(ABS, acrylonitrile-butadiene-styrene) 및 유리섬유(GF, glass fiber) 또는 탄소섬유를 포함하는 성형체를 제조하는 단계;
b) 상기 성형체에 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅하는 단계;
를 포함한다.
본 발명에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 ‘PET’이라 함)는 해당분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있으나, 최근 플라스틱 산업의 발달로 플라스틱 제품이 범람함에 따라 폐기물의 처리가 큰 환경문제로 대두됨에 따라 본 발명에서는 재활용 PET의 사용으로 환경오염 문제를 줄이고, 경제적인 복합성형체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌(이하 ‘ABS'라 함) 및 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 성형체를 제조하여 접착성을 높이고, 주물과 상응되는 강도 및 내구성을 갖는 복합성형체를 제조할 수 있다.
상기 a) 단계의 성형체는 폴리에틸렌테레프탈레이트와 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌이 혼합된 혼합물 100 중량부에 대하여 유리섬유(이하 ‘GF’라 함) 또는 탄소섬유(이하 ‘CF’라 함) 1 ~ 30 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 유리섬유 또는 탄소섬유가 1 중량부 미만일 경우에는 강도 및 내구성이 취약해지는 문제가 있으며, 30 중량부를 초과할 경우에는 내충격성이 나빠지는 문제가 있다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트와 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌이 혼합된 혼합물은 폴리에틸렌테레프탈레이트 30 ~ 70 중량%, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 30 ~ 70 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트와 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌이 혼합된 혼합물 및 유리섬유 또는 탄소섬유가 상기 범위일 경우 내충격성, 내구성, 내열성 및 접착성이 우수한 성형체를 제조할 수 있다.
또한 상기 a) 단계의 성형체는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT, polybutyleneterephthalate), 나일론(nylon), 열가소성폴리우레탄(TPU, thermoplastic polyurethane), 스타이렌-부타다이엔-스타이렌(SBS, styrene-butadiene-styrene)에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지를 더 포함하여 제조될 수 있다.
상기 a) 단계의 성형체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타 다이엔-스타이렌 및 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론, 열가소성폴리우레탄, 스타이렌-부타다이엔-스타이렌에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지가 혼합된 혼합물 100 중량부에 대하여 유리섬유 또는 탄소섬유 1 ~ 30 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 유리섬유 또는 탄소섬유가 1 중량부 미만일 경우에는 강도 및 내구성이 취약해지는 문제가 있으며, 30 중량부를 초과할 경우에는 내충격성이 나빠지는 문제가 있다.
또한 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 및 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론, 열가소성폴리우레탄, 스타이렌-부타다이엔-스타이렌에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지가 혼합된 혼합물은 폴리에틸렌테레프탈레이트 30 ~ 60 중량%, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 20 ~ 60 중량% 및 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론, 열가소성폴리우레탄, 스타이렌-부타다이엔-스타이렌에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지 1 ~ 50 중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 범위일 경우 내충격성, 내구성, 내열성 및 접착성이 우수한 성형체를 제조할 수 있다.
상기 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론, 열가소성폴리우레탄, 스타이렌-부타다이엔-스타이렌에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지가 상기 성형체에 1 중량% 미만으로 포함될 경우에는 강도 및 내구성에 변화가 없고, 50 중량%를 초과할 경우에는 접착성이 떨어지는 문제가 있으며, 가격 또한 높아져 상용화되는데 어려움이 있다.
상기 b) 단계는 성형체에 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅 한 후, 경화하는 단계를 더 포함하여 복합성형체를 제조할 수 있으며, 경화 시 복합성형체의 강도 및 내구성의 향상에 효과가 있다.
상기 반응성 폴리우레탄 조성물은 폴리올을 포함하는 제1용액과 이소시아네이트를 포함하는 제2용액의 2액형 조성물을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 반응성 폴리우레탄 조성물은 본 발명의 성형체와 접착성이 우수할 뿐만 아니라 비용면에서도 저렴하여 복합성형체의 상용화에 효과적이다.
또한 상기 고무 조성물은 복합성형체의 강도 및 내구성 향상에 효과적이며, 구체적인 예를 들어, 나이트릴 부타다이엔 고무(nitrile butadiene rubber, NBR), 스타이렌 부타다이엔 고무(styrene butadiene rubber, SBR), 열가소성 고무(thermoplastic rubber, TPR), 실리콘 고무 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 복합성형체는 바퀴 허브의 주물 대신 사용가능하며, 바퀴 무게를 최소화하고, 재료비용이 저렴할 뿐만 아니라 대량생산이 가능하며, 코팅용 조성물과의 접착력이 매우 우수하고, 주철, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 등의 금속 주물과 상응되는 강도 및 내구성을 갖는 바퀴를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 복합성형체는 바퀴 허브의 주물 대신 사용가능하며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephtalate), 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌(ABS, acrylonitrile-butadiene-styrene) 및 유리섬유(glass fiber) 또는 탄소섬유를 포함하는 구성으로 바퀴 무게를 최소화하였으며, 재료비용이 저렴할 뿐만 아니라 대량생산이 가능하며, 코팅용 조성물과의 접착력이 매우 우수하고, 주철, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 등의 금속 주물과 상응되는 강도 및 내구성을 갖는 효과가 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이는 발명의 구성 및 효과를 이해시키기 위한 것 일뿐, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[시험예 1] 바퀴 접착 시험
본 발명에 따른 복합성형체의 시편을 사출(호성케멕스)하여 일반적인 접착제(동성화학, 5100#)를 사용하여 우레탄(TPU)을 접착시킨 후, 인장강도 측정기로 박리(접착력시험)되는 상태에 따라 복합성형체의 접착성을 확인하였다.(○;박리가 전혀 없는 경우, △;박리가 일어날 조짐이 보이는 경우, × ; 박리가 일어난 경우)
[시험예 2] 내구성, 주행성, 내열성 및 내충격성 시험
바퀴 4개를 1조로 하여 750 kg의 하중을 싣고, 2 Km를 운행하여 허브와 우레탄코팅부분의 이탈이 없어야 하며, 베어링 삽입부분에 늘어나는 현상도 없어야 한다. 이와 같은 방법으로 내구성 및 주행 상태를 확인하였으며(○; 이탈 및 늘어남이 전혀 없는 경우, △; 이탈 및 늘어남이 일부 일어날 조짐이 보이는 경우, ×; 이탈 및 늘어남이 일어난 경우), 내열성은 드라이 오븐에서 90 ~ 120 ℃로 온도를 조절하면서 5분 단위로 바퀴 상태를 확인하였다(○; 변형이 전혀 없는 경우, △; 110 ℃이상에서 일부 변형이 일어날 조짐이 보이는 경우, ×; 변형이 일어난 경우). 또한, 내충격성은 바퀴 4개를 1조로 하여 750kg을 싣고 높이 1 m 상에서 바퀴를 낙하하여 그 상태를 확인하였다(○; 허브부분에 크랙이 전혀 없는 경우, △;허브부분에 크랙이 일부 일어날 조짐이 보이는 경우, × ; 허브부분에 크랙이 일어난 경우).
[실시예 1 ~ 실시예 12]
재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(SK케미칼, 4080), 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌(LG화학, Hi100) 및 유리섬유(한국화이바, 유리섬유 촙) 또는 탄소섬유를 혼합기를 사용하여 30분간 혼합하였다. 필요에 따라 폴리에틸렌(재활용), 폴리카보네이트(LG화학, Calibre 201), 폴리부틸렌테레프탈레이트(LG화학, 5011), 나일론(코오롱, 듀퐁), 열가소성폴리우레탄(호성케멕스, 5190AP), 스타이렌-부타다이엔-스타이렌에서(금호석유화학, KT201) 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지를 더 포함할 수 있으며, 각 조성과 함량은 하기 표 1에 나타내었다. 상기 혼합물을 220 ~ 250 ℃로 온도가 조절된 60m/m 싱글압출기를 사용하여 1,400 rpm으로 혼련한 후, 사출 성형기(유진유압, 20온스)를 사용해 금형온도를 220 ~ 240℃로 조절하여 일정량을 금형에 사출하여 40초간 냉각하여 성형체를 얻었다. 상기 성형체에 2액형 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅하여 경화하는 공정으로 복합성형체를 제조하였으며, 각각의 실시예에 따른 복합성형체의 접착성, 내구성, 주행성 및 내충격성 시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 1]
재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(SK케미칼, 4080), 폴리카보네이트(LG화학, PC201) 및 유리섬유(한국화이바, 유리섬유 촙)를 혼합기를 사용하여 30분간 혼합하였다. 각 조성과 함량은 하기 표 1에 나타내었다. 상기 혼합물을 220 ~ 250 ℃로 온도가 조절된 60m/m 싱글압출기를 사용하여 1,400 rpm으로 혼련한 후, 사출 성형기(유진유압, 20온스)를 사용해 금형온도를 220 ~ 240℃로 조절하여 일정량을 금형에 사출하여 40초간 냉각하여 성형체를 얻었다. 상기 성형체에 2액형 반응성 폴리우레탄 조성물을 코팅하여 경화하는 공정으로 복합성형체를 제조하였으며, 비교예 1에 따른 복합성형체의 접착성, 내구성, 주행성 및 내충격성 시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 2]
재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트(SK케미칼, 4080), 폴리부틸렌테레프탈레이트(LG화학, 5011) 및 유리섬유(한국화이바, 유리섬유 촙)를 혼합기를 사용하여 30분간 혼합하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였으며, 각 조성과 함량은 하기 표 1에 나타내었고, 비교예 2에 따른 복합성형체의 접착성, 내구성, 주행성 및 내충격성 시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112009052969486-pat00001
[표 2]
Figure 112009052969486-pat00002
이상의 실시예 1 ~ 12, 비교예 1 및 비교예 2에서 보여 지는 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 복합성형체는 주물과 상응되는 우수한 내구성, 주행성, 내열성 및 내충격성을 가지며, 플라스틱 사출재 제품보다 향상된 물성을 가지게 되었다.
또한 비교예 1 및 비교예 2를 통하여 알 수 있듯이, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 및 유리섬유 또는 탄소섬유가 함께 사용될 때 복합성형체의 물성이 극대로 향상되는 것을 확인 할 수 있었다.
본 발명에 의해 제조된 복합성형체는 종래의 금속 주물 제품보다 1/5 정도의 가벼움 때문에 운반비용이 절감될 뿐만 아니라 제조 공정수가 획기적으로 단축되고, 이동 시 발생하는 소음을 줄였으며, 취급이 용이하여 다양한 제품으로 상용화 되는데 매우 효과적이다.

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  8. a) 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 및 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 성형체를 제조하는 단계;
    b) 상기 성형체에 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅하는 단계;
    를 포함하는 복합성형체의 제조방법으로 제조된 바퀴.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 a) 단계의 폴리에틸렌테레프탈레이트는 재활용 폴리에틸렌테레프탈레인 것을 특징으로 하는 복합성형체의 제조방법으로 제조된 바퀴.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 a) 단계의 성형체는 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론, 열가소성폴리우레탄, 스타이렌-부타다이엔-스타이렌에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지를 더 포함하는 복합성형체의 제조방법으로 제조된 바퀴.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 b) 단계는 성형체에 반응성 폴리우레탄 조성물 또는 고무 조성물을 코팅 한 후, 경화하는 단계를 더 포함하는 복합성형체의 제조방법으로 제조된 바퀴.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 반응성 폴리우레탄 조성물은 폴리올을 포함하는 제1용액과 이소시아네이트를 포함하는 제2용액의 2액형 조성물인 것을 특징으로 하는 복합성형체의 제조방법으로 제조된 바퀴.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 a) 단계의 성형체는 폴리에틸렌테레프탈레이트와 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌이 혼합된 혼합물 100 중량부에 대하여 유리섬유 또는 탄소섬유 1 ~ 30 중량부를 포함하는 복합성형체의 제조방법으로 제조된 바퀴.
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