KR101286970B1 - 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 자동차용 부품 - Google Patents

전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 자동차용 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물은 폴리프로필렌계 수지 55 내지 75 중량%; 금속이 코팅된 섬유상 충전재 15 내지 25 중량%; 열가소성 탄성체 5 내지 10 중량%; 비전도성 충전재 0.1 내지 5 중량%; 및 상용화제 1 내지 5 중량%를 포함하며, 경량이고, 기계적 물성이 우수하고, 저가이면서 전자파 차폐효과가 우수하다.

Description

전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 자동차용 부품{Polypropylene Resin Composition for Shielding Electromagnetic Waves and Parts for Automobile Manufactured Using the Same}
본 발명은 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 자동차용 부품에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 엔진룸 및 각종 전장품으로부터 발생되는 전자파를 차단하여, 승객에게 유해한 전자파를 도달하지 못하게 하는 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 자동차용 부품에 관한 것이다.
자동차 부품 중에 크래쉬 패드는 자동차의 각종 전기 장치나 전자 조립체를 감싸고 있는 단면적이 큰 자동차용 부품이지만, 타 부품들과는 달리 전자파차폐에 대한 시도가 거의 전무한 상태이다.
기존의 전자파 차폐용 소재는 전자파 차단이라는 기능적 역할을 수행하는 데에는 적합하나, 대형의 성형 구조물에 적용시키기 위해 요구되는 성형 기술적 어려움이 있을 뿐만 아니라 경량화, 열적/기계적 물성을 확보하기에 매우 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 이를 만족시키는 소재도 가격적인 제약으로 인해 그 적용에 한계가 있다.
구체적으로, 기존의 전자파 차폐용 제품은 통상적으로 탄소계 분말, 탄소계 섬유, 금속계 분말, 금속계 섬유 및 금속 코팅된 무기 분말이 함유된 열가소성 및 열경화성 조성물을 사용하여 제조된다.
하지만, 탄소계 충전재들은 전자파차폐 성능을 유지하기 위해 고함량 처방이 필수적이지만, 수지와의 상용성 부재로 인해 인장강도 및 충격 물성의 저하를 유발하여 대형 부품 제작에 큰 제약이 따를 뿐만 아니라, 탄소나노튜브 및 탄소 섬유 같은 탄소계 충전재는 고가의 가격으로 인해 그 적용이 쉽지 않다.
또한, 금속계 첨가제들은 전자파차폐 성능을 향상시키기가 용이하나, 일반적인 비금속계 무기 첨가제 대비 비중이 높아 최종 제품의 무게가 급격히 증가하는 단점을 보유하고 있다.
산업용 유리 섬유는 열가소성 및 열경화성 수지와 혼합하여 유리섬유 강화 플라스틱을 만드는 주요 원료로 사용되어 여러 용도로 응용되고 있으나, 우수한 기계적 물성에도 불구하고 전기적으로 절연이기 때문에 대전방지 또는 전자파 차폐용으로 적용하기가 불가능한 실정이다.
위에서 상술한 종래 기술들은 플라스틱 보강제로서의 역할과 차폐 효과를 동시에 달성하기 못하거나, 비용 증가로 인한 경제적 부담이 매우 커 산업적 파급효과가 크지 못하다. 더욱이, 자동차 부품으로의 응용을 위해 주요한 소재 경량화 측면에서도 한계가 큰 실정이다.
본 발명의 목적은 경량이고, 기계적 물성이 우수하고, 저가이면서 전자파 차폐효과가 우수한 폴리프로필렌계 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물은 폴리프로필렌계 수지 55 내지 75 중량%; 금속이 코팅된 섬유상 충전재 15 내지 25 중량%; 열가소성 탄성체 5 내지 10 중량%; 비전도성 충전재 0.1 내지 5 중량%; 및 상용화제 1 내지 5 중량%를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리프로필렌계 수지는 프로필렌 단일 중합체 또는 프로필렌 단일 중합체와 프로필렌-에틸렌 공중합체의 블렌딩 수지이다.
본 발명의 일 구현예에서, 프로필렌-에틸렌 공중합체의 크실렌 추출물의 극한 점도는 3.0 dl/g 이상이고, 에틸렌 함량은 3 내지 15 중량%이다.
본 발명의 일 구현예에서, 섬유상 충전재에 코팅되는 금속은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 본 발명은 섬유상 충전재의 표면에 전기 전도성을 보유한 금속 물질을 코팅함으로써, 전자파차폐 성능을 부여할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 섬유상 충전재는 유리섬유, 휘스커(Whisker), 탄소섬유, 현무암 섬유(Basalt Fiber) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 바람직하게는 산업적으로 가장 이용이 용이하고, 가격이 저렴한 유리 섬유를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 섬유상 충전재는 금속 코팅 이전에 비닐기, 메타크릴기, 에폭시기, 또는 아미노기를 갖는 실란계 성분으로 표면 처리된다.
본 발명의 일 구현예에서, 섬유상 충전재의 직경은 5 내지 100 ㎛이다.
본 발명의 일 구현예에서, 금속 코팅의 두께는 0.2 내지 15 ㎛이다.
본 발명의 일 구현예에서, 금속이 코팅된 섬유상 충전재의 표면 전도도는 104 S/cm이상이다.
본 발명의 일 구현예에서, 열가소성 탄성체는 올레핀(Olefin) 블록, 스티렌(Styrene) 블록 및 디엔(Diene) 블록을 포함하고 5 내지 15 g/10분(230℃)의 용융지수를 갖는 열가소성 탄성체 20 내지 40 중량%, 및 올레핀(Olefin) 블록, 스티렌(Styrene) 블록 및 디엔(Diene) 블록을 포함하고 30 내지 60 g/10분(230℃)의 용융지수를 갖는 열가소성 탄성체 60 내지 80 중량 % 를 포함한다. 본 발명에서, 열가소성 탄성체를 도입함으로써, 자동차 부품용으로 적용하기 위해 충분히 우수한 강성과 충격 물성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 비전도성 충전재는 탈크, 탄산칼슘, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알미늄, 수산화마그네슘, 마이카, 아스베스토스, 제오라이트, 규산백토, 유리섬유, 휘스커 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 본 발명에서, 비전도성 충전제를 도입함으로써, 굴곡탄성율 및 굴곡강도를 현저히 개선할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상용화제는 실란(silane)계 기능기, 카르복실기, 또는 말레산 기능기를 포함한다. 본 발명에서 상용화제를 첨가함으로써 폴리프로필렌계 수지와 섬유상 충전재에 코팅된 금속 물질 사이의 다소 열악한 상용성으로 인해 기계적 물성이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물의 제조시, 혼련과정에서 섬유상 충전재에 코팅된 금속이 벗겨지지 않도록 하고 섬유상 충전재의 형상을 유지시킬 수 있으며, 사출 후에도 섬유상 충전재가 제품 내에 균일하게 분포될 수 있도록 하는 장치를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물은 경량이고, 기계적 물성이 우수하고, 저가이면서 전자파 차폐효과가 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물의 구성을 개략적으로 표현한 그림이다.
실시예 1-6 및 비교예 1-8
실시예 및 비교예에서 사용된 각 성분의 조성은 표 1에 나타난 바와 같다. 표 1에 따른 조성에 따라 각 성분을 혼합하여, 각 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물을 제조하고, 이축 압출기를 사용하여 펠렛을 제조하였다. 이후 250톤 사출기에서 사출온도 230~250℃의 정해진 사출 조건하에서 사출하여 각종 물성 및 전자파 차폐 성능 측정을 위한 시편을 제조하였다. 상기 시편을 23±2℃, 상대 습도 50±5% 하에서 48 시간 이상 방치한 후 아래 절차에 따라 물성 및 전자파차폐 성능을 측정하였다. 실시예에서 사용한 성분 및 물성 측정기준은 다음과 같다.
1)폴리프로필렌 : 극한점도가 3.5dl/g 인 단일 중합체
2)Al-코팅된 유리섬유 : 평균직경 17㎛, 평균길이 5mm
3)열가소성 엘라스토머 : Dow사의 Engage8130
4)비전도성 충전재 : 코츠사의 KC-2000
5)실란계 커플링제 : 다우코닝사의 Z-6076
(1) 멜트인덱스(Melt Index)
ASTM D1238 법에 따라 230℃, 2.16kg의 하중에서 측정하였다.
(2) 인장강도 및 신율
ASTM D638 법에 따라 측정하였다
(3) 굴곡탄성율 및 굴곡강도
ASTM D790 법에 따라 측정하였다.
(4) Izod 충격 강도
ASTM D256 법에 따라 상온(23℃)에서 Notched 시험편으로 측정하였다.
(5) 열변형온도(Heat Distortion Temperature)
ASTM D648 법에 따라 6.4 kgf/cm2의 하중에서 측정하였다.
(6) 전자파차폐 성능
ASTM D4935-10 법을 준용하되, 두께 3mm 원판형 시편을 이용하였다.
[표 1]
Figure 112013000253312-pat00001
[표 2]
Figure 112013000253312-pat00002
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 폴리프로필렌계 수지를 본원발명의 함량 범위를초과하여 사용하고 금속 코팅된 섬유상 충전재를 본원발명의 함량 범위 미만으로 사용하는 경우에 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 전자파차폐성능이 현저히 저하되었음을 알 수 있으며(비교예 1), 열가소성 탄성체를 사용하지 않은 경우에 충격강도 및 열변형온도가 저하되었음을 알 수 있다(비교예 2).
또한, 상용화제를 사용하지 않은 경우에 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성율이 저하되었음을 알 수 있으며(비교예 3), 비전도성 충전재를 사용하지 않은 경우에 굴곡강도가 저하되었음을 알 수 있다(비교예 4).
또한, 금속 코팅된 섬유상 충전재를 본원발명의 함량범위를 초과하여 사용한 경우에 비중이 높아지고 용융지수가 저하되고 생산원가가 매우 높아졌음을 알 수 있으며(비교예 5), 금속 코팅된 섬유상 충전재를 본원발명의 함량범위 미만으로 사용하고 상용화제를 본원발명의 함량범위를 초과하여 사용한 경우에 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 전자파차폐성능이 현저히 저하되었음을 알 수 있다(비교예 6).
또한, 폴리프로필렌계 수지를 본원발명의 함량범위 미만으로 사용한 경우에 비중이 높아지고 신율이 저하되고 생산원가가 매우 높아졌음을 알 수 있으며(비교예 7), 금속 코팅된 섬유상 충전재를 본원발명의 함량범위 미만으로 사용하고 열가소성 탄성체를 본원발명의 함량범위를 초과하여 사용한 경우에 인장강도, 충격강도 및 전자파 차폐성능이 저하되었음을 알 수 있다(비교예 8).

Claims (14)

  1. 폴리프로필렌계 수지 55 내지 75 중량%;
    금속이 코팅된 섬유상 충전재 15 내지 25 중량%;
    열가소성 탄성체 5 내지 10 중량%;
    비전도성 충전재 0.1 내지 5 중량%; 및
    실란(silane)계 기능기를 포함하는 상용화제 1 내지 5 중량%
    를 포함하는 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌계 수지가 프로필렌 단일 중합체 또는 프로필렌 단일 중합체와 프로필렌-에틸렌 공중합체의 블렌딩 수지인 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프로필렌-에틸렌 공중합체의 크실렌 추출물의 극한 점도가 3.0 dl/g 이상이고, 에틸렌 함량이 3 내지 15 중량%인 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속이 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 충전재가 유리섬유, 휘스커(Whisker), 탄소섬유, 현무암 섬유(Basalt Fiber) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 충전재가 금속 코팅 이전에 비닐기, 메타크릴기, 에폭시기, 또는 아미노기를 갖는 실란계 성분으로 표면 처리되는 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 충전재의 직경이 5 내지 100 ㎛인 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속 코팅의 두께가 0.2 내지 15 ㎛인 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속이 코팅된 섬유상 충전재의 표면 전도도가 104 S/cm이상인 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 탄성체가 올레핀(Olefin) 블록, 스티렌(Styrene) 블록 및 디엔(Diene) 블록을 포함하고 5 내지 15 g/10분(230℃, 2.16 kg)의 용융지수를 갖는 열가소성 탄성체 20 내지 40 중량%, 및 올레핀(Olefin) 블록, 스티렌(Styrene) 블록 및 디엔(Diene) 블록을 포함하고 30 내지 60 g/10분(230℃, 2.16 kg)의 용융지수를 갖는 열가소성 탄성체 60 내지 80 중량 % 를 포함하는 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비전도성 충전재가 탈크, 탄산칼슘, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알미늄, 수산화마그네슘, 마이카, 아스베스토스, 제오라이트, 규산백토, 유리섬유, 휘스커 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물.
  12. 삭제
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물을 이용하여 제조한 자동차용 부품.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물을 이용하여 제조한 자동차용 크래쉬 패드.
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