KR101039616B1 - 에프알피 조성물 및 이를 이용한 에프알피 패널, 그리고 에프알피 조성물을 이용한 에프알피 조형물의 제조방법 - Google Patents

에프알피 조성물 및 이를 이용한 에프알피 패널, 그리고 에프알피 조성물을 이용한 에프알피 조형물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

에프알피 조성물 및 이를 이용한 에프알피 패널, 그리고 에프알피 조성물을 이용한 에프알피 조형물의 제조방법이 개시되어 있다.
개시된 에프알피 조성물은, 비닐에스터수지, 저온경화제, 고온경화제, 내부이형제, 표면처리제, 저수축제, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 멜라민, 유리섬유, 탄소섬유 및 폴리아미드를 포함하는 것이다.
또한, 개시된 에프알피 패널은 상기 에프알피 조성물을 이용한 것이다.
또한, 에프알피 조형물의 제조방법은, 점토를 이용하여 원하는 조형물을 형성하는 단계; 점토 조형물의 표면에 실리콘층을 형성하는 단계; 실리콘의 표면에 보강용 거즈를 덧대는 단계; 보강용 거즈의 표면에 이형제를 바르는 단계; 이형제 상에 FRP층을 형성하는 단계 및 FRP층이 경화된 이후에, 보강용 거즈로 부터 FRP층을 탈거하는 단계로 구성된다.

Description

에프알피 조성물 및 이를 이용한 에프알피 패널, 그리고 에프알피 조성물을 이용한 에프알피 조형물의 제조방법{FRP composition and FRP panels using the same, and composition for FRP manufacturing method of using the FRP Sculpture}
본 발명은 에프알피 조성물 및 이를 이용한 에프알피 패널, 그리고 에프알피 조성물을 이용한 에프알피 조형물의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고 내구성과 고 내열성을 갖는 에프알피 조성물 및 이를 이용한 에프알피 패널, 그리고 에프알피 조성물을 이용한 에프알피 조형물의 제조방법에 관한 것이다.
통상 조형물은 FRP(Fiber glass reinforced plastic:유리섬유강화 플라스틱)소재에 의해 제작된다. FRP(이하 '에프알피'라 함)는 원하는 형상을 자유롭게 제작 가공할 수 있고 융통성 있는 설계가 가능하며 가볍고 변형이 없고 내식성, 내열성, 내후성이 우수하며 외관이 미려하고 파손시 수리 보수가 간편하다는 장점이 있다.
이와 같은 여러 장점이 있어 항공기, 선박, 자동차 등의 산업분야에 뿐아니라 지붕, 기둥, 벽과 같은 건축물의 내외장재를 비롯하여 풍물, 사물, 고전건축물, 현대건축물, 과학기자재 등의 모형 부분 및 공원이나 정원 등에 설치되는 각종 조형물 그리고 대형 광고판이나 안내표지판 등에 폭넓게 사용되고 있다.
이러한 에프알피 소재를 이용한 조형물은 그 기계적 강도의 우수성에도 불구하고 충격력에 취약점이 있다. 즉 일반적인 공간조형물이나 과학기자재와 같은 에프알피를 사용하는 조형물이 높은 곳에서 지면을 낙하하는 경우 그 충격을 견디지 못하고 쉽게 파손되는 폐단이 있었다.
또한, 에프알피 소재는 수지 함량이 낮기 때문에 화재에 매우 강한 것으로 인식되고 있으나, 에프알피가 가열될 경우 섬유 자체는 열에 매우 안정적이나 이 섬유의 매우 가는 필라멘트가 가열될 경우 그 열을 바로 방출하지 못하고 품고 있는 심지효과에 의해서 가연성 수지의 연소가 오히려 쉽게 일어나는 현상이 발생함은 물론, 난연성을 부여하는데 큰 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 충격력에 강한 고강도의 에프알피 조성물을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 수지에 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 멜라민, 적인, 유리섬유 등의 난연제를 배합하여 화재에 강한 난연성의 에프알피 조성물을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 에프알피 조성물을 이용하는 에프알피 패널을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 에프알피 조성물을 이용하는 에프알피 조형물의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에프알피 조성물은, 비닐에스터수지 38~54중량%, 저온경화제 0.5~2.8중량%, 고온경화제 0.3~2.5중량%, 내부 이형제 0.9~1.5중량%, 표면처리제 0.3~0.8중량%, 저수축제 0.7~2.5중량%, 수산화알루미늄 0.4~4.2중량%, 수산화마그네슘 0.4~3.9중량%, 멜라민 2.8~5.2중량%, 유리섬유 15~24중량%, 탄소섬유 12~18중량% 및 폴리아미드 8~15중량%를 포함할 수 있다.
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상기 폴리아미드가 디아민 및 디카르복실산 및 락탐으로 부터 제조될 수 있는 반결정질 폴리아미드일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 기재의 에프알피 조성물을 포함하는 에프알피 패널을 더 포함할 수 있다.
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또한, 본 발명은 상기 기재의 에프알피 조성물을 포함하는 에프알피 조형물의 제조방법으로서, 점토를 이용하여 원하는 조형물을 형성하는 단계; 점토 조형물의 표면에 실리콘층을 형성하는 단계; 실리콘층의 표면에 보강용 거즈를 덧대는 단계; 보강용 거즈의 표면에 이형제를 바르는 단계; 이형제 상에 상기 에프알피 조성물을 포함하는 에프알피층을 형성하는 단계 및 에프알피층이 경화된 이후에, 보강용 거즈로 부터 에프알피층을 탈거하는 단계;를 포함할 수 있다.
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이상의 본 발명은 경량이면서도 내충격성이 향상된 에프알피 조성물을 제공할 수 있다. 나아가, 이러한 에프알피 조성물을 이용하는 에프알피 패널을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 수지조성물에 각종 난연제를 적절하게 배합함으로써 우수한 난연효과를 갖는 에프알피 조성물 및 에프알피 패널을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 장점들을 갖는 에프알피 조형물 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에프알피 조형물의 제조방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 발명은 에프알피 조성물 및 이를 이용한 에프알피 패널, 그리고 에프알피 조성물을 이용한 에프알피 조형물 제조방법의 실시예들이 개시된다.
실시예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.
구체적인 설명에 앞서, 본 명세서 상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 '조성물'은 원래 혼합물과 화합물의 의미를 포함하는 용어로써, 본 발명에 있어서 '바인더 조성물'의 '조성물'은 특별한 언급이 없거나 발명의 전체적인 내용에 반하지 않는 한 '혼합물'의 의미로 사용된다.
① 먼저, 본 발명에 따른 에프알피 조성물에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 에프알피 조성물은, 비닐에스터수지, 저온경화제, 고온경화제, 내부이형제, 표면처리제, 저수축제, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 멜라민, 유리섬유, 탄소섬유 및 폴리아미드가 적정함량으로 조성되어 이루어진다.
상기 각 성분의 바람직한 배합비(백분율)은 비닐에스터수지 38~54중량%, 저온경화제 0.5~2.8중량%, 고온경화제 0.3~2.5중량%, 내부이형제 0.9~1.5중량%, 표면처리제 0.3~0.8중량%, 저수축제 0.7~2.5중량%, 수산화알루미늄 0.4~4.2중량%, 수산화마그네슘 0.4~3.9중량%, 멜라민 2.8~5.2중량%, 유리섬유 15~24중량%, 탄소섬유 12~18중량% 및 폴리아미드 8~15중량%로 배합될 수 있다.
보다 바람직하게는, 비닐에스터수지 35~41중량%, 저온경화제 1.2~2.1중량%, 고온경화제 0.8~1.9중량%, 내부이형제 1.1~1.4중량%, 표면처리제 0.5~0.8중량%, 저수축제 0.9~1.7중량%, 수산화알루미늄 2.3~3.7중량%, 수산화마그네슘 1.9~2.8중량%, 멜라민 3.4~4.5중량%, 유리섬유 17~22중량%, 탄소섬유 15~18중량% 및 폴리아미드 9~13중량%로 배합될 수 있다.
가장 바람직하게는 비닐에스터수지 40중량%, 저온경화제 1.8중량%, 고온경화제 1중량%, 내부이형제 1.3중량%, 표면처리제 0.6중량%, 저수축제 1.1중량%, 수산화알루미늄 2.8중량%, 수산화마그네슘 2중량%, 멜라민 3.6중량%, 유리섬유 18.8중량%, 탄소섬유 17중량% 및 폴리아미드 10중량%로 배합될 수 있다.
본 발명의 에프알피 조성물로 사용되는 폴리알킬렌테레프탈레이트로 대표되는 방향족 비닐에스터수지(또는 폴리에스터수지)는 테레프탈산 또는 디알킬테레이프탈레이트와 같은 디카르본산 또는 그의 에스테르형성이 가능한 유도체와 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 2,4-부탄디올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜과 같은 디올 성분 또는 그의 에스테르형성이 가능한 유도체를 주성분으로 하여 직접 에스테르화 또는 에스테르 교환 반응을 통해 얻어진 중합체이다.
본 발명의 에프알피 조성물로 사용되는 수산화알루미늄은 대표적인 무기계 난연제로 가격이 저렴하며 무독성, 저발연성으로 부식이 적고 절연성이 우수하여 난연 충전제로 많이 사용된다. 분해온도가 낮아 가공온도가 230℃ 정도로 낮은 플라스틱에만 사용 가능하다.
본 발명의 에프알피 조성물로 사용되는 수산화마그네슘은 배합당량 난연효과는 수산화알루미늄보다 우수하며 적당한 가격과 사용의 편리성, 낮은 부식성과 연기의 발생이 적으며 환경적인 측면에서 안전하다. 분해온도가 수산화알루미늄보다 약 100℃ 정도 높아 수산화알루미늄은 약 230℃에서 분해하는 반면 수산화마그네슘은 약 330℃에서 분해된다. 분해 시 증기를 방출해서 기체상의 탈 수 있는 연료의 농도를 희석시킨다. 적인과 병용하면 난연효과의 향상을 가져온다.
<난연 실시예>
비닐에스터수지 1,000g, 저온경화제 10g, 고온경화제 10g, 내부이형제 15g, 표면처리제 6g, 저수축제 20g, 수산화마그네슘 8g, 멜라민 8g 및 적인 50g을 배합하여 제조된 비닐에스터 조성물을 제조하였다. 이어 유리섬유, 탄소섬유 및 폴리아미드를 배합하여 에프알피 조성물을 제조하였다.
상기 에프알피 조성물을 가지고 아래의 방법과 기준으로 난연성을 시험한 결과는 아래와 같다.
(1) 난연 시험방법
- UL-94V
- 불꽃의 기준 : 메탄가스, 파란색 단일 불꽃의 3/4" 지점에서 가열
- 시험방법 : 시편에 불꽃을 10초간 접촉시킨 후, 연소 불꽃이 꺼지면 다시 10초간 불꽃을 접촉시킴. 5개의 시편을 동일한 방법으로 시험하여 연소시간, glowing시간, 5개 시편의 연소시간의 합, 불꽃의 떨어짐 등을 적용하여 난연등급 산정
- 시편의 크기 : 두께 3.18~12.7mm, 길이 127mm, 폭 12.7mm
기준
등급 각 시편의 1, 2차 연소시간 각 시편 2차 연소시간과 glowing 시간의 합 5개시편 1,2차 연소시간의 총합 불꽃 떨어짐으로 인한 인화
난연 1급 10초 이내 30초 이내 50초 이내 없어야 됨
난연 2급 30초 이내 30초 이내 250초 이내 없어야 됨
난연 3급 30초 이내 30초 이내 250초 이내 없어야 됨
시험결과
시편 1 시편 2 시편 3 시편 4 시편 5 시편 6 시편 7
1차 2차 1차 2차 1차 2차 1차 2차 1차 2차 1차 2차 1차 2차
0(6) 0(7) 0(5) 2(9) 0(4) 1(5) 0(4) 2(8) 0(6) 3(9) 0(6) 2(6) 0(4) 1(5)
*표기방법 : 연소시간(glowing 시간)
시험결과 본 발명의 에프알피 조성물에 의한 시편은 난연 1등급에 해당되었다.
한편, 본 발명에 따른 에프알피 조성물의 하나인 폴리아미드는 유리섬유 또는 탄소섬유 또는 유사한 강화물질을 사용하기에 적당한 임의의 열가소성 물질로서 적합하다. 시판 중인 열가소성 물질은 폴리아미드, 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 시판 중인 열가소성 물질의 혼합물, 또는 시판 중인 열가소성 물질과 충격 완화 혼합 파트너와의 혼합물이 특히 적합하다.
이러한 폴리아미드는 디아민 및 디카르복실산 및 5개 이상의 고리 원을 갖는 락탐 또는 상응하는 아미노산으로 부터 제조될 수 있는 반 결정질 폴리아미드로 되는 것이 바람직하다.
지방족 및(또는) 방향족 디카르복실산, 예컨대, 아디프산 2,3,4- 및 2,4,4-트리메틸아디프산, 세바스산, 이소프탈산, 테레프탈산, 지방족 및(또는) 방향족 디아민, 예컨대, 헥사메틸렌디아민, 1,9-노난디아민, 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 디아미노-디시클로헥실메탄 이성질체, 이다노디시클로헥실프로판, 비스-아미노메틸-시클로헥산, 페닐렌디아민, 크실렌디아민, 아미노카르복실산, 예컨대, 아미노카프론산 또는 상응하는 락탐이 출발 물질로 고려된다. 복수의 상기 언급된 단량체로 구성된 코폴리아미드가 포함될 수 있다.
여기서, 상기 폴리아미드는 다른 폴리아미드 또는 부가의 중합체와 혼합되어 사용되어질 수 있다.
<내구성 실시예>
에프알피 조성물에 대한 폴리아미드의 배합비
실시예 1 10 중량%
실시예 2 15 중량%
실시예 3 8 중량%
실시예 4 19 중량%
(1) 굴곡강도
상기 실시예 1 내지 4에 따른 성형체를 ASTM A790의 방법에 의하여 나비 10mm, 두께 4mm 및 길이 80mm의 시편으로 가공하여 Universial Testing Machine (UTM, 영국 LLOYD사)을 사용하여 굴곡 강도를 시험하였다.
(2) 충격강도
KSM 3015 기준에 의해서 제조된 시료를 가로 2.5in, 세로 0.5in으로 가공한 후 가로 길이의 3분의 2정도(4㎝)에 V자 형태(2㎜)로 홈을 내어 가공하고 이 시편을 아이조드 충격강도 시험기(Model-SJ-50)에 고정시킨 후, 회전축을 이용하여 충격을 주어 나타난 치수를 시료의 단면적으로 나누어 충격강도를 계산하였다.
(3) 파괴 강도
KSF 4011의 하중 시험기를 이용하여 뚜껑을 몸체와 조립 고정한 상태에서 하중 인가점을 길이방면 측면 중앙부 위에 전체를 R15의 봉으로 가압하여 파괴가 최초 일어나는 시점의 수치를 파괴 강도로 측정하였다.
(4) 하중변형온도 시험
KSM 3065 B의 규정에 의해 나비 4.0㎜, 높이 10㎜, 길이 110㎜의 시험편을 4.6㎏f/㎠의 응력을 가한 상태에서 가온하여 시험편에 따른 표준변형에 도달했을 때의 전열매체 온도를 측정하였다.
시험명 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
굴곡강도 ASTM D790 2.3 KJ/m2 2.1KJ/m2 1.9 KJ/m2 2.5 KJ/m2
충격강도 KS M 3015 3.2 KJ/m2 3.3 KJ/m2 2.8 KJ/m2 3.2 KJ/m2
파괴강도 KS F 4011 13.5 KN 13.0 KN 12.9 KN 13.4KN
하중변형온도 KS M 3065 129℃ 122℃ 113℃ 121℃
위의 표 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 시료가 실시예 2 내지 실시예 4의 경우에 비해 굴곡강도, 충격강도, 파괴강도, 하중변형온도 등에서 우월한 것으로 결론되어진다. 다만, 실시예 4는 실시예 1에 준하는 강도를 가지고 있으나, 배합량에 대한 손실이 크기 때문에 경제성이 떨어진다 할 것이다.
② 한편, 상기한 에프알피 조성물을 포함하여 에프알피 패널을 제조할 수 있다. 에프알피 패널을 형성하는 에프알피 조성물은 앞서 설명된 바 있으므로 생략한다.
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③ 다음, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 에프알피 조형물의 제조방법에 대해 설명한다.
1 단계로, 점토를 이용하여 형틀을 형성한다(S10).
점토를 이용하여 원하는 점토 조형물을 조형한다.
2 단계로, 점토 조형물의 표면에 실리콘층을 도포한다(S20).
원하는 형상의 점토 조형물을 완성한 후, 그 표면에 소정 두께로 실리콘층을 도포한다. 그러면, 실리콘은 점토 조형물의 표면 형태에 따라 변형되면서 점토 조형물의 표면을 복제할 수 있게 된다.
3 단계로, 실리콘을 보강한다(S30).
실리콘은 그 자체의 물성이 무르기 때문에 형태를 보존하기 위해서는 보형재로 보강해야 한다. 일예로, 실리콘의 겉면에 거즈를 덧대어 응고시킴으로서 형태를 보존할 수 있게 된다. 여기서, 보다 강력한 보형을 위해서 상기 거즈 위에 실리콘 및 거즈를 교대로 수 개 층을 더 증착할 수 있음은 물론이다. 다만, 최외곽층에는 거즈가 위치할 수 있도록 증착하여야 한다.
4 단계로, 보강제의 표면에 이형제를 도포한다(S40).
보강제의 외면에는 후술될 과정에서 에프알피 조성물이 도포될 예정이므로, 에프알피 조성물과 보강제의 원활한 탈거를 위해 미리 이형제를 도포하는 것이 바람직하다.
5 단계로, 이형제 상에 에프알피 조성물을 도포한다(S50).
이형제 상에 에프알피 조성물을 도포한다. 이때, 에프알피 조성물의 도포 두께는 10~ 30mm로 설정하는 것이 바람직하며, 그 이유는 에프알피 조성물의 두께가 이보다 얇으면 강도가 약하고, 이보다 두꺼우면 강도는 강화되나 필요 이상의 재료가 소모되어 경제적이지 못하다.
6 단계로, 에프알피 조성물을 탈거한다(S60).
5 단계에서 도포된 에프알피 조성물이 응고되면, 실리콘과 에프알피 조성물을 분리하게 되는데, 이때, 이들 사이에 이형제가 도포되어 있어서 손쉬운 분리가 가능하다. 분리된 에프알피 조성물은 점토 조형물의 모양이 복제된 상태가 되므로 이를 이용하여 조형물을 제작하게 된다.
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본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 내에 있는 것으로 보아야 할 것이다.
삭제

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 비닐에스터수지 38~54중량%, 저온경화제 0.5~2.8중량%, 고온경화제 0.3~2.5중량%, 내부이형제 0.9~1.5중량%, 표면처리제 0.3~0.8중량%, 저수축제 0.7~2.5중량%, 수산화알루미늄 0.4~4.2중량%, 수산화마그네슘 0.4~3.9중량%, 멜라민 2.8~5.2중량%, 유리섬유 15~24중량%, 탄소섬유 12~18중량% 및 폴리아미드 8~15중량%를 포함하는 에프알피 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 폴리아미드는 디아민 및 디카르복실산 및 락탐으로 부터 제조될 수 있는 반 결정질 폴리아미드인 것을 특징으로 하는 에프알피 조성물.
  6. 제2항 기재의 에프알피 조성물을 포함하는 에프알피 패널.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제2항 기재의 에프알피 조성물을 포함하는 에프알피 조형물의 제조방법으로서,
    점토를 이용하여 원하는 조형물을 형성하는 단계;
    점토 조형물의 표면에 실리콘층을 형성하는 단계;
    실리콘층의 표면에 보강용 거즈를 덧대는 단계;
    보강용 거즈의 표면에 이형제를 바르는 단계;
    이형제 상에 상기 에프알피 조성물을 포함하는 에프알피층을 형성하는 단계 및
    에프알피층이 경화된 이후에, 보강용 거즈로 부터 에프알피층을 탈거하는 단계;
    를 포함하는 에프알피 조형물 제조방법.
  12. 삭제
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