KR101308165B1 - 고분자 재료의 용접법 및 이에 의해 형성된 구조체 - Google Patents

고분자 재료의 용접법 및 이에 의해 형성된 구조체 Download PDF

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KR101308165B1
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 고분자 재료의 용접법 및 이러한 용접에 의해 형성된 구조체에 관한 것이다. 재료는 바람직하게는 1종 이상의 열가소성 폴리올레핀 및 1종 이상의 엘라스토머의 블렌드인 열가소성 재료이다. 한 바람직한 용접 기술은 진동 용접이다.
열가소성 폴리올레핀, 용접법

Description

고분자 재료의 용접법 및 이에 의해 형성된 구조체{WELDING OF POLYMERIC MATERIAL AND STRUCTURES FORMED THEREBY}
<출원일의 우선권 주장>
본 출원은 본원에서 전체가 다목적용 참고문헌으로 인용되는, 2007년 1월 11일에 출원된 미국 출원 번호 제11/622,191호의 이권을 청구한다.
본 발명은 고분자 재료의 용접법 및 이러한 용접에 의해 형성된 구조체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 열가소성 재료가 1종 이상의 열가소성 폴리올레핀 및 1종 이상의 엘라스토머의 블렌드인 열가소성 재료의 용접법(예를 들면, 진동 용접)에 관한 것이다.
고분자 재료의 용접, 예를 들면 진동 용접은 다양한 제품의 가공 및 제조에 유용하다. 예를 들면, 용접은 자동차, 가정용품, 전기기구, 전자제품(예를 들면, 라디오, 컴퓨터, 전화기), 하우징, 건물, 우주선, 가구 등의 구조체의 성형 및 제조에 사용될 수 있다. 대표적으로는 한 고분자 부재가 적어도 어느 정도까지, 거의 임의의 제2 고분자 재료에 용접될 수 있지만, 상이한 고분자 재료의 용접 감수성(感受性)은 매우 중대하게 변화할 수 있다. 이러한 가변성은 용접되는 재료, 사용된 용접 기술, 이들의 조합 등에 따라 역시 변화하는 용접 강도, 용접 인성 등과 같은 특성들을 나타내는 용접부를 생성시킬 수 있다.
해당 산업은 용접 용이성, 양호한 용접 강도, 양호한 용접 인성, 이들의 조합 또는 그 밖의 것들과 같은 바람직한 특성을 나타내는 용접부를 형성할 수 있는, 고분자 재료 및/또는 용접 기술에 대한 요망 및 요구를 나타내어 왔다. 게다가, 상기 재료는 재료 그 자체가 추가적으로 용접성과 관련될 수도 또는 관련되지 않을 수도 있는 구조적 일체성, 연성(延性), 바람직한 미관, 내스크래치성, 이들의 조합 등과 같은 다른 바람직한 성질을 나타내는 경우 특히 바람직할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 재료가 예상밖으로 바람직한 특성들을 나타내는 용접부를 형성할 수 있고, 재료가 용접성 외에 하나 이상의 바람직한 특성들을 나타낼 수 있는, 고분자 재료, 재료의 용접 기술 및 재료의 용접에 의해 형성된 구조체를 제공한다.
도 1은 본 발명의 한 측면에 따라 수행되는 예시적인 용접 공정의 예시이다.
도 1A는 본 발명에 따른 용접부를 갖는 예시적인 구조체의 예시이다.
도 2는 본 발명의 한 측면에 따라 용접되는 부재들의 예시이다.
도 2A는 본 발명의 한 측면에 따른 용접에 적합한 방식으로 서로 접촉되는 도 2의 부재들의 예시이다.
도 3은 본 발명의 한 측면에 따라 용접 강도를 시험하기에 적합한 예시적인 시험 장치의 투시도이다.
도 3A는 도 2 및 2A의 부재들을 함께 고정시키고 있는, 용접부의 용접 강도를 시험하는 도 3의 예시적인 시험 장치의 투시도이다.
본 발명은 고분자 재료가 하나 이상의 바람직한 특성들을 갖는 용접부를 형성할 수 있는 고분자 재료의 용접(예를 들면, 진동 용접) 공정에 관한 것이다. 본 발명은 또한 고분자 재료로 형성된 하나 이상의 용접부를 포함하는 구조체에 관한 것이다. 고분자 재료는 대표적으로는 열가소성 폴리올레핀, 엘라스토머 및 비제한적으로 충전제, 항산화제, 성형제, 아민, 아미드, 이들의 조합물 또는 다른 것들을 포함할 수 있는 1종 이상의 첨가제로 구성된다. 열가소성 폴리올레핀은 1종 이상의 열가소성수지로 구성될 수 있지만, 대표적으로는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 둘 모두(폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌 중 적어도 일부분이 비교적 높은 결정도를 가짐)를 포함한다. 엘라스토머는 각종 엘라스토머를 포함할 수 있지만, 바람직하게는 1종 이상의 선형 에틸렌 공중합체 또는 상호중합체(또는 "LEPs"로도 알려져 있음) 및/또는 1종 이상의 실질적으로 선형 에틸렌 공중합체 또는 상호중합체(또한 "SLEPs"로도 알려져 있음)를 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, SLEPs는 전형적으로 LEPs를 포함한다.
고분자 재료는 각종 중합체, 예를 들면 열가소성 중합체, 열경화성 중합체, 엘라스토머 또는 이들의 임의의 조합물을 포함할 수 있다. 적합한 가소성 재료는 비제한적으로 열경화성 가소성수지, 예를 들면 폴리우레탄, 에폭시 또는 열경화성 실리콘 및 열가소성수지, 예를 들면 폴리카보네이트("PC"), ABS, 폴리프로필렌("PP"), 고충격 폴리스티렌("HIPS"), 폴리에틸렌("PE"), 폴리에스테르, 폴리아세틸, 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄("TPU"), 나일론, 이오노머(예를 들면, 설린(Surlyn)), 폴리비닐 클로라이드("PVC") 및 이들 열가소성수지 및/또는 열경화성수지 중 2종 이상의 블렌드. 예를 들면 PC 및 ABS를 포함할 수 있다. 물론, 고분자 재료는 본 발명의 범위 내에서 기타 중합체 또는 첨가제를 포함할 수 있다.
고분자 재료
바람직한 실시태양에 따라, 고분자 재료는 상당 부분의 열가소성 폴리올레핀을 포함하고, 보다 구체적으로는 상당 부분의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 둘 다를 포함한다. 고분자 재료 또는 조성물은, 비록 더 적은 값이 가능하더라도, 전형적으로는 약 40 중량% 이상, 보다 전형적으로는 약 60 중량% 이상, 및 더욱 더 전형적으로는 약 75 중량% 이상의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합물을 포함한다. 고분자 재료는 또한, 비록 더 높은 값이 가능하더라도, 대표적으로는 약 95 중량% 미만, 보다 대표적으로는 약 90 중량% 미만, 및 가능하게는 약 85 중량% 미만의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(예를 들면, HDPE 또는 LDPE) 또는 이들의 조합물을 포함한다.
고분자 조성물의 상당 부분의 열가소성 폴리올레핀은 전형적으로는 비교적 매우 결정질이다. 따라서, 비교적 높은 %의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합물이 이소택틱이고/이거나 특정 소정의 값보다 더 큰 결정도를 갖는다. 열가소성 폴리올레핀은 전형적으로는 50 중량%(더 낮은 값도 가능) 이상, 보다 전형적으로는 70 중량% 이상 및 더욱 더 전형적으로는 85 중량% 이상의 열가소성 폴리올레핀이 약 40 %보다 큰, 보다 전형적으로는 약 50 %보다 큰 및 더욱 더 전형적으로는 약 60 %보다 큰, 더 전형적으로는 약 65 %보다 크고, 심지어는 약 75 %보다 클 수도 있는 결정도를 갖는 성분들(예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 둘 다)로 구성될 것이다. 결정도 %는 ASTM D3417에 따라 시차 주사 열량계에 의해 측정된다. 밀리그램 크기의 중합체 샘플을 알루미늄 DSC 팬에 밀폐시킨다. 샘플을 분 당 25 입방 센티미터 질소 퍼지를 갖는 DSC 셀에 넣고 -100 ℃로 냉각시킨다. 10 ℃/분으로 225 ℃까지 가열하여 샘플에 대한 표준 열이력을 확립한다. 이어서 샘플을 -100 ℃로 냉각(10 ℃/분으로)시키고 10 ℃/분으로 225 ℃까지 재가열한다. 제2 주사에 대해 관찰된 융합열을 기록한다(ΔH관찰치 ). 관찰된 융합열은 하기 등식에 의해 폴리프로필렌 샘플의 중량에 기초한 중량% 단위의 결정도와 관련된다:
Figure 112009041986630-pct00001
상기에서, 문헌[B. Wunderlich, Macromolecular Physics, Volume 3, Crystal Melting, Academic Press, New York, 1980, p. 48]에 보고되어 있는 바와 같이 이소택틱 폴리프로필렌의 융합열은 165 J/g 중합체이다.
전형적으로, 열가소성 폴리올레핀의 비교적 고 결정도 부분의 경우 60 % 이상, 보다 전형적으로는 75 % 이상, 더욱 더 전형적으로는 95 % 이상, 또는 실질적으로 전체 또는 전체가 1종 이상의 폴리프로필렌(예를 들면, 한 가지 유형의 폴리프로필렌 또는 2, 3, 4 또는 그 이상의 폴리프로필렌의 블렌드)로 구성되는 것을 선호한다. 그러나, 열가소성 폴리올레핀의 비교적 고 결정질 부분 또는 다른 부분 중 일정 %는 폴리에틸렌(예를 들면, HDPE)일 수 있다. 폴리에틸렌이 포함될 때 전형적으로 열가소성 폴리올레핀의 약 1 % 내지 약 15 %를 구성한다.
폴리올레핀의 비교적 고 결정도 부분은, 전체가 1종 이상의 폴리프로필렌으로 이루어지거나 또는 폴리에틸렌 또는 다른 것을 포함하거나 여부에 관계없이, 전형적으로는 소정의 범위 내에 속하는 용융 유량(MFR)을 갖는다. 그 MFR은 전형적으로는 약 29 g/10 분 미만, 보다 전형적으로는 약 22 g/10 분 미만 및 더욱 더 전형적으로는 약 20 g/10 분 미만이지만, 전형적으로는 약 0.1 g/10 분 초과, 보다 전형적으로는 약 0.5 g/10 분 초과 및 가능하게는 약 4 g/10 분 초과이고, 달리 언급되지 않는 한 더 높거나 또는 더 낮은 값이 가능할 수 있다.
한 실시태양에서, 열가소성 폴리올레핀이 제1 또는 더 낮은 MFR을 갖는 제1 폴리프로필렌 및 제2 또는 더 높은 MFR을 갖는 제2 폴리프로필렌을 포함하는 것이 바람직하다. 제1 폴리프로필렌은 약 50 g/10 분 미만의 용융 유량(MFR)(230 ℃, 2.16 ㎏에서)(예를 들면, 약 1 내지 약 50 g/10 분, 보다 구체적으로는 약 3 내지 약 20 g/10 분, 더욱 더 구체적으로는 약 6 g/10 분 내지 약 13 g/10 분)을 갖는다. 제1 폴리프로필렌은 순수 폴리프로필렌 또는 블렌딩된 폴리프로필렌일 수 있지만, 대표적으로는 폴리프로필렌 단일중합체이나, 달리 언급되지 않는 한 필수 요건은 아니다. 제1 폴리프로필렌은 포함될 때, 전형적으로는 고분자 재료의 약 1 중량% 이상, 보다 전형적으로는 약 10 중량% 이상, 및 더욱 더 전형적으로는 약 25 중량% 이상이지만, 전형적으로는 약 95 중량% 미만, 보다 대표적으로는 약 85 중량% 미만, 및 더욱 더 전형적으로는 약 70 중량% 미만이다.
제2 폴리프로필렌은 포함될 때, 전형적으로 약 70 g/10 분 미만의 용융 유량(MFR)(230 ℃, 2.16 ㎏에서)(예를 들면, 약 1 내지 약 55 g/10 분, 보다 구체적으로는 약 5 내지 약 45 g/10 분, 더욱 더 구체적으로는 약 25 g/10 분 내지 약 40 g/10 분)을 갖는다. 제2 폴리프로필렌은 순수 폴리프로필렌 또는 블렌딩된 폴리프로필렌일 수 있지만, 대표적으로는 폴리프로필렌 단일중합체이나, 달리 언급되지 않는 한 필수 요건은 아니다. 제2 폴리프로필렌은 포함될 때, 전형적으로는 고분자 재료의 약 0.1 중량% 이상, 보다 전형적으로는 약 5 중량% 이상, 및 더욱 더 전형적으로는 약 8 중량% 이상이지만, 전형적으로는 약 60 중량% 미만, 보다 전형적으로는 약 40 중량% 미만, 및 더욱 더 전형적으로는 약 22 중량% 미만이다.
열가소성 폴리올레핀은 이소택틱, 신디오택틱 또는 어택틱일 수 있는, 1종 이상의 저 결정도 등급의 폴리프로필렌. 폴리에틸렌 또는 둘 모두(즉, 제1 및 제2 폴리프로필렌의 결정도보다 낮은 결정도를 갖는 폴리프로필렌 등급)를 포함할 수 있을 것으로 또한 예측된다. 상기 저 결정도 물질은, 포함될 때 전형적으로는 전체 고분자 재료의 약 0.5 % 이상, 보다 전형적으로는 약 2.0 % 이상 및 더욱 더 전형적으로는 약 6 % 이상이지만, 전형적으로는 전체 고분자 재료의 약 25 % 미만(더 큰 값도 가능), 보다 전형적으로는 약 16 % 미만, 및 더욱 더 전형적으로는 약 10 중량% 미만을 구성하게 된다.
고 결정도 폴리프로필렌, 제1 또는 제2 폴리프로필렌, 이들의 조합물 또는 저 결정도 폴리프로필렌으로 적합한 몇몇 폴리프로필렌이 본원에 열거되고, 이하 PP-1, PP-2 및 PP-3로 논의된다. 물론, 다른 것들도 본원에 설명된 바와 같이 또는 다른 방식으로 사용될 수 있다.
고분자 재료의 엘라스토머는 각종 엘라스토머를 포함할 수 있으나, 전형적으로는 상당 부분의 열가소성 엘라스토머를 포함하며, 열가소성 엘라스토머는 전형적으로는 1종 이상의 폴리올레핀 및/또는 알파-올레핀 엘라스토머(예를 들면, SLEPs, LEPs 또는 둘 다)를 포함한다. 열가소성 엘라스토머는 순수 엘라스토머이거나 또는 블렌드일 수 있다. 실질적으로 선형 및 선형 에틸렌 중합체(SLEPs)가 특히 바람직하다. 실질적으로 선형 에틸렌 중합체 및 선형 에틸렌 중합체 및 이들의 제조 방법은 전체가 본원에서 참고문헌으로 인용되는, 미국 특허 제5,272,236호; 제5,278,272호; 제3,645,992호; 제4,937,299호; 제4,701,432호; 제4,937,301호; 제4,935,397호; 제5,055,438호; 및 EP 129,368; EP 260,999; 및 WO 90/07526호에 상세하게 설명되어 있다.
본원에서 사용된 "선형 또는 실질적으로 선형 에틸렌 중합체"는 선형 주쇄(즉, 무 가교결합), 특정 및 제한된 양의 장쇄 분지화 또는 무 장쇄 분지화, 좁은 분자량 분포, 좁은 조성 분포(예를 들면, 알파-올레핀 공중합체의 경우) 또는 이들의 조합을 갖는, 1종 이상의 알파-올레핀 공단량체 및 에틸렌의 공중합체 또는 에틸렌의 단일중합체를 의미한다. 상기 중합체에 대한 더 많은 설명은 본원에서 다목적용 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제6,403,692호에 논의되어 있다.
바람직한 실시태양에서, 1종 이상의 폴리올레핀 엘라스토머는 각각 알파-올레핀 공단량체를 포함할 것이다. 예시적인 알파-올레핀은 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-헥사도데센, 4-메틸-1-펜텐, 2-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-부텐, 3,3-디메틸-1-부텐, 디에틸-1-부텐, 트리메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 에틸-1-펜텐, 프로필-1-펜텐, 디메틸-1-펜텐, 메틸에틸-1-펜텐, 디에틸-1-헥센, 트리메틸-1-펜텐, 3-메틸-1-헥센, 디메틸-1-헥센, 3,5,5-트리메틸-1-헥센, 메틸에틸-1-헵텐, 트리메틸-1-헵텐, 디메틸옥텐, 에틸-1-옥텐, 메틸-1-노넨, 비닐시클로펜텐, 비닐시클로헥센 및 비닐노르보르넨(여기서 알킬 분지화 위치가 명시되어 있지 않은 경우, 일반적으로는 알켄 및 스티렌의 위치 3 이상에 있다)을 포함한다. 알파-올레핀은 바람직하게는 C3-C2O 또는 C3-C10 알파-올레핀이다. 바람직한 공중합체는 EP, EB, 에틸렌/헥센-1(EH) 및 EO 중합체를 포함한다. 예시적인 삼원공중합체는 에틸렌/프로필렌/옥텐 삼원공중합체 뿐만 아니라 에틸렌, C3-C20 알파-올레핀 및 디엔의 삼원공중합체, 예를 들면 디시클펜타디엔, 1,4-헥사디엔, 피페릴렌 또는 5-에틸리덴-2-노르보르넨을 포함한다. 폴리올레핀 엘라스토머는 약 0.9 g/cc 미만의 밀도, 약 0.1 내지 약 30 g/10 분(190 ℃ 2.16 ㎏에서), 더욱 구체적으로는 약 0.5 내지 약 25 g/10 분(190 ℃ 2.16 ㎏에서)의 용융 유량을 가질 수 있고, 약 -30 ℃ 미만의 유리 전이 온도, 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다. 본원에서 사용된 재료는 임의로 실질적으로 EPDM 고무가 없다.
고분자 재료에서, 엘라스토머는 전형적으로 고분자 재료의 약 60 중량% 미만, 보다 구체적으로는 약 50 중량% 미만, 및 더욱 구체적으로는 약 25 중량% 미만이지만, 전형적으로는 약 1 중량% 초과, 보다 전형적으로는 약 7 중량% 초과 및 더욱 더 전형적으로는 약 10 중량% 초과의 양으로 존재하게 된다. 달리 명시하지 않는 한 보다 많은 또는 보다 적은 양의 엘라스토머가 또한 사용될 수 있다. 엘라스토머의 구성은 전형적으로는 엘라스토머가 상당량의 또는 전적으로 폴리올레핀 엘라스토머로 구성되도록 하는 것이다. 비록 더 적은 값도 가능하지만, 전형적으로는 엘라스토머의 50 중량% 이상, 보다 전형적으로는 약 70 중량% 이상 및 더욱 더 전형적으로는 약 90 중량% 이상이 1종 이상의 상기 논의된 폴리올레핀 엘라스토머(예를 들면, SLEP, LEP 또는 둘 모두의 조합물)로 구성된다. 엘라스토머가 전적으로, 실질적으로 전체가 또는 필수적으로 본원에서 논의된 바와 같은 1종 이상의 SLEPs, LEPs 또는 이들의 조합물로 구성될 수 있을 것으로 또한 예측된다. 엘라스토머를 포함하거나 또는 필수적으로 엘라스토머로 구성되는 적합한 재료의 예는 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)로부터 상표명 인게이지(ENGAGE)® 하에 상업적으로 입수가능하다(예를 들면, EG-8100, EG-8150 및/또는 EG-8200 포함).
바람직한 결과를 달성하기 위해, 특정 실시태양에서는, 열가소성수지 또는 폴리올레핀 엘라스토머(예를 들면, SLEPs, LEPs 또는 둘 다)의 양을 일정 범위 내로 하는 것이 바람직할 수 있으며, 여기서 이 범위는 고분자 재료의 열가소성 폴리올레핀의 비교적 매우 결정질 부분의 용융 유량에 의존한다. 고분자 재료 내 폴리올레핀 엘라스토머(W)의 중량%(W)가 하기 등식에 따라 열가소성 폴리올레핀의 고 결정질 부분의 MFR(M)과 함께 변한다는 것을 발견하였다:
W = 0.43(M) + 15.8
따라서, 고 결정질 부분의 MFR이 주어진 경우, 열가소성 엘라스토머, 더욱 구체적으로는 폴리올레핀 엘라스토머의 중량%는 전형적으로는 상기 등식에 따른 (W)에 의해 구해지는 범위 및 그것의 약 ±30 %, 보다 전형적으로는 ±20 %, 및 더욱 더 전형적으로는 ±10 % 및 심지어 가능하게는 ±5 % 내에 속한다. 예를 들어, MFR(M)이 8인 경우, 폴리올레핀 엘라스토머의 중량%(W)는 고분자 재료의 19.24 중량% ± 그의 10% 또는 약 17.316 중량% 내지 약 21.164 중량%이다. 이러한 관계는 충전제의 양 및 유형이 본원에서의 가르침에 따라 사용될 때 특히 유용한 것으로 밝혀졌으나, 이러한 관계는 또한 다르게 유용할 수 있다.
유리하게는, 바람직한 성질(예를 들면, 스크래치 및 표면상처 저항 및 본원에서 또는 다른 방식으로 논의된 기타 등등)이, 특히 성분들이 그래프팅된 중합체에 대한 요구없이 적절하게 선택된 경우, 열가소성 폴리올레핀 및 폴리올레핀 엘라스토머의 적절한 균형을 통해 달성될 수 있음을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 고분자 재료가 실질적으로 임의의 그래프팅된 중합체 없이 있거나 또는 필수적으로 그래프팅되지 않은 중합체로 이루어질 수 있을 것으로 예측된다. 그러나, 상기 성분들은 달리 지시하지 않는 한 고분자 재료 내에 포함될 수 있을 것으로 또한 예측된다.
이 때문에, 열가소성 폴리올레핀 및 특히 1종 이상의 폴리프로필렌은 순수 중합체, 단일중합체 또는 둘 다일 수 있을 것으로 예측된다. 그러나, 추가적으로 상기 용어 및 상기 재료는 명시되는 어떤 성분의 5 중량% 미만, 보다 전형적으로는 2 중량% 미만 및 더욱 더 전형적으로는 0.8 중량% 미만의 어느 정도의 불순물을 허용할 수 있을 것으로 예측된다.
달리 서술되지 않는 한, 본원에서의 "용융 유량" 및 "용융 지수"는 ISO 1133에 의해 결정된다. 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합물의 경우, 시험들은 230 ℃에서 2.16 ㎏ 웨이트로 한다. 엘라스토머의 경우, 시험들은 190 ℃에서 2.16 ㎏로 한다.
고분자 재료는 또한 충전제를 포함할 수 있다. 충전제는 비록 더 적은 값도 가능하지만, 고분자 재료의 약 4 중량% 이상, 보다 전형적으로는 약 9 중량% 이상, 더욱 더 전형적으로는 약 14 중량% 이상 및 더욱 더 전형적으로는 약 17 중량% 이상일 수 있으며, 역시 비록 더 많은 값도 가능하지만 전형적으로는 약 50 중량% 미만, 보다 전형적으로는 약 35 중량% 미만, 더욱 더 전형적으로는 약 25 중량% 미만 및 더욱 더 전형적으로는 약 22 중량% 미만이다.
충전제는 복수 개의 상이한 충전제 물질 또는 한 가지 단수 개의 충전제 물질을 포함할 수 있다. 적합한 충전제 물질의 예는 비제한적으로, 점토, 아라미드, 탄산칼슘, 활석, 고령토, 운모, 규회석, 중공 유리 비드, 산화티탄, 실리카, 카본 블랙, 유리 섬유, 티탄산칼륨, 실리케이트 물질, 이들의 조합물 또는 기타 분말, 소판, 등의 형태를 취할 수 있는 것들을 포함한다. 한 바람직한 충전제 물질은 활석이고, 바람직한 실시태양에서, 충전제는 약 50 % 이상, 보다 전형적으로는 약85 % 이상 및 더욱 더 전형적으로는 약 95 % 이상의 활석을 포함한다. 충전제가 고분자 재료 내에 임의의 다른 충전제 물질을 갖지 않고서 전적으로 활석으로 구성될 수 있을 것으로 또한 예측된다. 한 바람직한 활석은 오크빌(Oakville, ON) 바이에크로프트 로드 423 루제낙 인크.(Luzenac Inc.)로부터 상업적으로 입수가능한, 상품명 젯필(JETFIL) 7C 하에 시판되는 분말 활석이다.
충전제가 소성 충전제 물질을 포함할 수 있다고 예측되지만, 고분자 재료의 바람직한 실시태양에서, 충전제는 실질적으로 임의의 소성 충전제 물질을 갖지 않거나, 또는 소성되지 않은 충전제 물질로 구성되거나 또는 본질적으로 소성되지 않은 충전제 물질로 구성된다. 따라서, 고분자 재료, 충전제 또는 둘 모두는 약 5 중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 1 중량% 미만 및 더욱 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 미만의 임의의 소성된 충전제 물질을 포함하고 가능하게는 전적으로 임의의 소성된 충전제 물질을 포함하지 않는 것으로 생각된다.
고분자 재료는 각종의 다른 첨가제, 예를 들면 계면활성제, 유연제, 보강제, 발화 방지 첨가제, 안정제, 착색제, 항산화제, 대전방지제, 슬립-조제(즉, 미끄럼을 예방하기 위한), 유동 증진제, 핵제, 청전제 등을 포함할 수 있는 것으로 역시 예측된다. 첨가제의 바람직한 예는 발화 방지 첨가제이고, 예를 들면, 이들로 제한되는 것은 아닌 할로겐화 탄화수소, 할로겐화 카보네이트 올리고머, 할로겐화 디글리시딜 에테르, 유기인 화합물, 플루오르화 올레핀, 산화안티몬 및 방향족 황의 금속 염 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 추가로, 이들로 제한되는 것은 아니지만 열, 빛 및 산소 또는 이들의 조합에 의해 야기되는 분해에 대해 열가소성 조성물을 안정화시키는 화합물이 사용될 수 있다. 한 바람직한 첨가제는 항산화제이고, 이것은 포함될 때, 전형적으로는 전체 고분자 재료의 비교적 작은 중량%로(예를 들면 약 1 또는 2 % 미만으로) 포함된다. 한 바람직한 항산화제는 시바 스페셜티 케미칼즈 코포레이션(Ciba Specialy Chemicals Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능한 이르가녹스(IRGANOX) B225 항산화제이다. 이르가녹스 B225 항산화제는 1부의 이르가녹스 1010 항산화제 및 1부의 이르가포스(lrgafos) 168 트리스(2,4-t-부틸페닐)포스파이트의 블렌드이다. 다른 바람직한 첨가제는 성형제(예를 들면, 왁스, 이형제 또는 슬립-조제)이다. 한 바람직한 성형제는 질소 또는 암모니아기 함유 화합물, 예를 들면 아민 또는 아미드이다. 왁스인 한 바람직한 질소 함유 화합물은 컨넥티컷주 미들베리의 켐튜라 코포레이션(Chemtura Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능한, 상품명 케나미드 울트라(KENAMIDE ULTRA) E 하에 시판되는 에루카미드이다.
고분자 재료의 각종 성분들을 각종 프로토콜에 따라 혼합 및/또는 배합할 수 있다. 본 발명의 충전된 고분자 재료의 제조는 개별 성분들을 건식 블렌딩하고 이어 직접적으로 완제품(예를 들면, 자동차 부품) 제조에 사용된 압출기에서 용융 혼합 또는 별도의 압출기(예를 들면, 밴버리(Banbury) 혼합기)에서 사전-혼합하는 것을 포함하여 당 업계에 공지된 임의의 적합한 혼합 수단에 의해 달성될 수 있다. 조성물의 건식 블렌드는 또한 사전-용융 혼합없이 직접 사출 성형될 수 있다.
열의 인가에 의해 연화 또는 용융될 때, 본 발명의 충전된 열가소성 조성물은 압축 성형, 사출 성형, 가스 보조 사출 성형, 칼렌더링, 진공 성형, 열성형, 압출 및/또는 블로 성형과 같은 종래의 기술을 단독으로 또는 조합하여 사용하여 물품의 부재 또는 부품으로 2차가공될 수 있다. 충전된 열가소성 조성물은 또한 필름, 섬유, 다충 라미네이트 또는 압출된 시트로 성형, 방사 또는 연신될 수 있거나, 또는 상기 목적에 적합한 임의의 기계 상에서 1종 이상의 유기 또는 무기 물질과 배합될 수 있다. 본 발명의 충전된 열가소성 조성물은 바람직하게는 사출 성형된다.
한 바람직한 실시태양에서, 고분자 재료의 성분들은 열가소성 폴리올레핀의 비교적 매우 결정질인 부분 이외의 모든 또는 실질적으로 모든 성분들이 함께 배합되어 혼합물을 형성한 후 이어서 이 혼합물과 매우 결정질인 부분을 배합하는 방식으로 합쳐지는 것으로 계획된다. 예를 들면, 혼합물은 저 결정도 폴리프로필렌, 엘라스토머(예를 들면, LEPs, SLEPs 또는 둘 다), 충전제(예를 들면, 활석), 성형제(예를 들면, 에루카미드 왁스), 항산화제 또는 이들의 임의의 조합물로 형성될 수 있다. 이어서, 이 혼합물은 물품의 성형시와 같은 나중에(예를 들면, 고분자 재료의 사출 성형 동안 또는 직전에) 매우 결정질 부분과 합쳐(예를 들면, 용융 혼합 또는 블렌딩)질 수 있다.
본 발명의 고분자 재료는 각종 제품의 일부분으로 사용될 수 있지만, 그러나 자동차 부품, 예를 들면 패널, 페시아(fascia)(예를 들면, 범퍼 페시아), 자동차 내장, 자동차 엔진커버(cowling), 콘솔(예를 들면, 중앙 머리위 및/또는 바닥 조립체) 범퍼 가로들보, 기둥, 계기반, 글로브 박스 조립체(도어, 니 볼스터(knee bolster) 조립체 포함) 또는 계기반 보유 조립체 또는 구조 부품을 성형하는데 특히 적합한 것으로 이미 밝혀져 있다. 고분자 재료는 또한 물품, 예를 들면 설상차 엔진커버 또는 보디 커버, 개인 선박 엔진커버 또는 보디 커버, 모든 지형 차량 엔진커버, 바퀴덮개(fender), 패널 또는 보디 커버, 전기 장비 소자 하우징, 전기기구 하우징, 냉동고 컨테이너; 잔디 및 정원 가구, 건물 및 건축 시트, 신발, 부츠, 스키 부츠 외피, 스케이트 외피 등을 형성하는데 사용될 수도 있다.
한 바람직한 실시태양에서, 고분자 재료는 완전히 제조된 차량의 내부에서 보이는 표면을 갖는 자동차의 계기반 및/또는 계기판을 형성하도록 성형된다. 부품 또는 성분들이 컬러로 성형("molded-in-color")될 수 있도록 고분자 재료에 1종 이상의 안료 또는 착색제가 첨가될 수 있음이 이해될 것이다. 유리하게는, 계기반 또는 계기판은 본 발명의 고분자 재료로 만들어질 때 스크래치 및 표면손상 저항과 같은 다수개의 바람직한 성질들을 가질 수 있다.
본 발명의 고분자 재료로 만들어진 어떠환 부품 또는 물품이든지, 성분들은 그 재료를 특정 용도에 맞출 수 있도록 첨가될 수 있음(예를 들면, 차량의 외장재 성분을 형성하는데 사용될 때 재료에 UV 안정제를 첨가하는 것이 바람직할 수 있음)을 이해할 수 있을 것이다. 본원에서 설명된 고분자 재료로 만들어지고 용접될 부품들은 특정 제품의 사용 동안에 눈에 보이지 않을 수도 있음을 역시 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 구조 성분(예를 들면, 자동차의 구조 HVAC 덕트)은 눈에 보이지 않을 수 있으며, 본 발명의 고분자 재료로 만들어 질 수도 있거나 또는 아닐 수도 있는 눈에 보이는 성분(예를 들면, 계기판 또는 계기반)의 후면에 용접될 수도 있다.
하기 실시예는 본 발명의 다양한 측면들을 예시한다. 나타낸 값들은 근사치이며 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 가공 파라미터에 있어서의 변동은 명세서 전반에 걸쳐 개시된 바와 같이 가능하다. 또한, 나타낸 결과 역시 변할 수 있다(예를 들면, 언급된 값의 +/- 10% 또는 +/- 25% 또는 더 높은 값 만큼).
본원에서의 설명에 나오는 재료, 부품, 부재 또는 그의 표면은 하기하는 성질들 중 적어도 하나, 둘(및 더욱 구체적으로는 3 이상 또는 전체)의 임의의 조합을 가질 것이다; 즉, 약 1300 내지 약 3000 MPa, 보다 구체적으로는 약 1700 내지 약 2500 MPa, 및 더욱 더 구체적으로는 약 1900 내지 약 2300 MPa 범위의 굴곡 모듈러스; 샘플의 약 90% 초과 및 더욱 구체적으로는 대략 100 %(-40 ℃, -30 ℃ 또는 0 ℃)의 연성 모드에서의 파괴(예를 들면, 다축 다트 충격 시험(인스트루멘티드 다트 임팩트(Instrumented Dart Impact)); 약 7 뉴튼 이상, 보다 전형적으로는 약 10, 12 또는 14 뉴튼 이상(예를 들면, 약 15 뉴튼 이상)의 FLTM BN 108-13에 따른 내스크래치성; 및 약 180 ℉ 초과 및 더욱 전형적으로는 약 203 또는 211 ℉ 초과의 ISO 75에 따른 하중 하 열 변형(HDT).
본 발명에 따른 고분자 재료(그의 성분들은 표 아래 문단에서 보다 자세하게 설명되어 있다)에 대한 배합물의 예 뿐만 아니라 하기 고분자 재료 중 하나에 대해 측정된 성질 또한 표 I 및 II에 제공된다.
펠릿 중량%
PP-2 59.5
S/LEP-1 17
PP-1 6
분말
탈크-1 17
에루카미드 0.3
항산화제 0.2
성질 값
IDI 32F 수 연성 파손 10/10
IDI 32F 총 에너지 in-lbs 417
피크 에너지 in-lbs 257
ISO DTUL 66 psi 플랫(F) 219
Lt. 캐쉬미어 포운(Cashmere Fawn)2 그레인(grain) 5 핑거 스크래치 (뉴튼) 12
MFR g/10분 6.9
굴곡 모듈러스 MPa 2203
굴곡 강도 MPa 37
성분 중량%
PP-2 25-85 %
PP-3 1-40 %(보다 전형적으로는 1-30 %)
PP-1 1-10 %
S/LEP-1 10-25 %
탈크-1 5-20 %
항산화제 0.01-0.5 %
슬립-조제(예를 들면, 에루카미드) 0.01-0.5 %
본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서도 상기 배합물에서 다양한 성분들이 대체되거나, 첨가되거나 또는 제거될 수도 있음을 알아야 한다. 게다가, 상기 성분들의 중량% 및 열거된 성질들의 값은 열거된 값의 최대 ±5%, ±10%, ±25% 또는 ±50%까지 또는 그 이상으로 변할 수 있다. 예를 들어, 10±10%의 값은 9 내지 11 범위를 가져온다.
고분자 재료의 용접
본 발명에 따른 고분자 재료 또는 조성물의 용접은 전형적으로는 제1 부재를 제2 부재에 부착시키는 하나 이상의 용접부의 형성을 포함할 것이다. 제1 부재 및 제2 부재는 용접 전에 서로 일체식(예를 들면, 서로 부착되어 있는)일 수 있거나, 또는 용접 전에 별개의 것일 수 있다. 잠재적으로 적합한 용접 기술은 비제한적으로, 레이저 용접, 화염 용접, 초음파 용접, 전기 저항 용접, 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 바람직한 실시태양에서는, 진동 용접을 사용하여 용접부를 형성한다.
제1 부재 및 제2 부재는 본원에서 설명된 고분자 재료로 만들어질 수 있다. 다르게는, 단지 제1 부재만이 본원에서 설명된 고분자 재료로 만들어지는 반면에 제2 부재는 다른 재료, 예를 들면 금속, 유리, 다른 고분자 재료, 이들의 조합물 등으로 만들어질 수 있는 경우가 있을 수 있다. 본원에서 사용된, 제1 부재, 제2 부재 또는 둘 모두가 특정 재료 또는 조성물로 만들어진다는 것은 그 부재가 부분적으로, 실질적으로 전체적으로 또는 전체적으로 특정 재료로 만들어질 수 있음을 의미한다는 것을 알아야 한다.
본 발명에 따른 용접은 전형적으로는 제1 부재의 적어도 일부분 또는 실질적으로 전체가 가열되고 연화(예를 들면, 용융)되어 연화된 또는 용융된 부분을 형성하는 것을 의미한다. 제1 부재의 그 부분 또는 구역은 본원에서 설명된 고분자 재료로 만들어지고 제2 부재의 일부분과 접촉한다. 이러한 접촉은 가열 및/또는 연화 전, 후 또는 동안에 일어날 수 있다. 이어서 전형적으로는 연화 또는 용융된 부분을 냉각시켜 제1 부재를 제2 부재에 부착시키는 용접부를 형성한다. 용융된 부분은 부착 및 용접부 형성을 위해 제2 부재의 연화 및/또는 용융 없이 제2 부재의 표면을 적셔서 그 표면에 부착될 수 있지만, 그러나 제2 부재 역시 연화 및/또는 용융되고 제1 부재의 연화된 부분과 상호혼합되는 부분을 갖는 경우 역시 가능하다. 따라서, 각각의 경우, 용접부는 적어도 부분적으로 본원에서 설명된 고분자 재료(즉, 제1 부재의 고분자 재료 및 잠재적으로는 제2 부재가 상기 재료를 포함할 때의 제2 재료의 고분자 재료)로 만들어진다.
본 발명의 용접 공정, 특히 진동 용접 공정의 한 예로서, 도 1을 참고로 살펴보자. 제1 부재(12)의 표면(10)이 제2 부재(16)의 표면(14)와 접촉하여 표면(10, 14)에서 계면(18)을 형성한다. 부재(12, 16) 중 하나 또는 둘 모두에 힘을 인가하여 제1 부재(12)의 표면(10) 및 제2 부재(16)의 표면(14)가 계면(18)에서 서로를 향해 눌러지게 한다. 표면들을 서로를 향해 누르는데 사용된 압력의 양은 변할 수 있다. 상기 압력은 전형적으로는 약 0.01 MPa 이상이지만 더 낮을 수도 있으며, 더욱 전형적으로는 약 0.1 MPa 이상 및 더욱 더 전형적으로는 약 1 MPa 이상이고, 상기 압력은, 비록 더 높은 값도 가능하지만 전형적으로는 약 50 MPa 미만, 보다 전형적으로는 약 10 MPa 미만 및 더욱 더 전형적으로는 약 5 MPa 미만이다.
나타낸 실시태양에서, 제1 부재(12) 및 그의 표면(10), 뿐만 아니라 제2 부재(16) 및 그의 표면(14)는 동일한 재료(즉, 본원에서 설명된 바와 같은 재료)로 만들어진다. 그러나, 부재(들)(12, 16) 중 어느 하나, 부재(들)(12, 16)의 일부분 또는 부재(들)(12,16)의 표면(들)(10,14)는 본원에서 논의되는 배치에 따라 상이한 재료로 만들어질 수 있다.
상기 압력의 인가 동안, 용접기(34)(예를 들면, 진동 용접기)의 하나 이상의 접촉부(예를 들면, 주로 상부 및 하부 보유 고정구인 제1 접촉부(30) 및 제2 접촉부(32))가 부재(12, 16)와 접촉한다. 이어서 하나 이상의 접촉부(30, 32)가 부재(12, 16) 중 하나 또는 둘 모두를 진동시켜, 표면들(10, 14) 중 적어도 하나 또는 둘 모두가 서로에 대해 이동하여(즉, 서로에 대하여 횡방향으로 진동하여) 계면(18)에서 마찰열을 발생시키고, 이에 의해 부재(12, 16) 중 하나 또는 둘 모두의 일부분(들)(즉, 점선으로 나타낸 부분)(38, 40) 및 표면(10, 14) 중 하나 또는 둘 모두의 재료를 부재(12, 16)의 깊이까지 연화(예를 들면, 용융)시킨다. 그 후, 도 1A에 나타낸 바와 같이 연화 또는 용융된 부분(들)(38, 40)이 냉각되어 용접부(42)를 형성한다. 용융된 부분의 깊이는 사용된 용접 기술의 특색 및 용접되는 부재의 크기 및 형태에 따라 변할 수 있지만, 전형적인 용접부 깊이는 약 0 ㎜ 내지 약 5 ㎜, 더욱 전형적으로는 약 0.5 ㎜ 내지 약 2 ㎜일 것이다.
용접 공정(특히 진동 용접 공정)을 보조하기 위하여, 접촉되고 용접되는 표면들 중 하나 이상은 하나 이상의 리브(rib)를 포함할 수 있다. 상기 리브(들)의 예가 도 2 및 2A에 나타나 있고, 이와 관련하여 논의되는데, 이 도면은 함께 용접되고 강도 시험되는 부재들을 나타낸다. 상기 리브가 사용될 때, 진동 용접 동안에 부재들의 진동은 리브가 리브의 길이를 따라 앞뒤로 및 리브의 길이에 대해 일정 각으로 움직이게 만들 수 있음을 알 수 있을 것이다. 한 예로서, 부재는 서로에 대해 직각인 리브(예를 들면, 상자 형태 리브)를 포함할 수 있고, 진동은 그 리브에 대해 45도 각일 수 있다.
다양한 용접기 및 장치들이 본 발명의 실행에 사용될 수 있다. 바람직한 진동 용접기의 예는 비제한적으로, 일리노이주 60174 세인트 챨스 두칸 드라이브 2900의 두칸 코포레이션(Dukane Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능한, 상품명 VWB3900 진동 용접기(Vibration Welder), VWB3500 진동 용접기 및 VWB3700 진동 용접기; 미네소타주 55321 코카토 젱스 애비뉴 260의 포워드 테크놀로지(Forward Technology)로부터 상업적으로 입수가능한, 상품명 DLVW-3648 디지탈(서보 드라이브)(Digital (Servo Drive)) 직선 진동 용접기(Linear Vibration Welder), DLVW-2020 디지탈(서보 드라이브) 직선 진동 용접기 및 DLVW-2046 디지탈(서보 드라이브) 직선 진동 용접기; 및 컨넥티컷주 06813-1961 댄버리 이글 로드 41의 브랜슨 울트라소닉스 코포레이션(Branson Ultrasonics Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능한 상품명 VW/6UH 및 VW/4L-1 초음파 모델 하에 시판되는 기계들을 포함한다.
일반적으로, 본 발명에 따라 용접되는 표면 및 부분들은 실질적으로 또는 전체적으로 평면일 수 있거나 또는 윤곽을 가질 수 있으며, 본 발명의 용접부는 각종 연결부를 형성하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다. 예로서, 본 발명의 용접부는 맞대이음, 은촉이음, 저촉이음, 겹쳐잇기, 플랫식 이음(flat joints), 이들의 조합 등을 형성할 수 있거나 또는 이의 일부분일 수 있다. 게다가, 용접될 수 있는 예시적인 표면은 각진 표면들, 대향하는 표면, 모서리를 둥글게 한 (chamfered) 표면, 오목한 표면, 볼록한 표면, 상호맞물리는 표면, 활모양의 표면, 기하형태를 갖는 표면, 이들의 조합 등을 포함한다.
본원에 개시된 고분자 재료 또는 조성물로 만들어진 용접부는 바람직한 용접 강도를 나타낼 수 있음을 발견하였다. 본 발명에 따른 시험은 ASTM D-638에 따라 시험될 수 있으며, 이 표준 기술은 본원에 설명된 바와 같이 변형된다. 도 2 및 2A를 살펴보면, 제1 부재(50) 및 제2 부재(52)는 중공부(60)을 형성하는 중앙 벽(54) 및 측벽(56, 58)을 포함하도록 본원에 설명된 고분자 재료로 만들어진다. 각 부재(50, 52)는 추가로 측벽(56, 58)로부터 연장되는 플랜지(64, 66)을 포함한다. 제1 부재(50)의 플랜지(64, 66)은 용접 위치 웰(72)를 형성하는 보호 벽(70)을 포함하며, 여기서 보호 벽(70)은 용접 플래쉬로부터 보호할 수 있다. 제2 부재(52)의 플랜지(64)는 각각 길이 2 인치 x 높이 1/8 인치 x 폭 1/8 인치인 용접 리브(74)를 포함한다. 도 2A에 나타낸 바와 같이, 제2 부재(52)의 리브(74)(즉, 리브 각각의 표면)는 용접 웰(72)에서 제1 부재(50)의 플랜지(64, 66)의 표면과 접촉한다. 그 후, 도 2A에 나타낸 모습의 부재들(50, 52)은 100 파운드의 용접력, 0.070 인치의 진동 폭, 1.0 ㎜의 용융물, 100 파운드의 보유력, 3.0 초의 보유 시간 및 5.0 초의 용접 시간을 사용하여 함께 진동 용접되어 도 3A의 용접부(78)를 형성한다.
일단 부재(50, 52)가 함께 용접되면, 이들은 도 3 및 3A에 금속 후크 형태 부재로 나타낸 변형된 고정구(80, 82)가 부재(50, 52)의 중공부(60) 내로 연장되어 부재(50, 52)의 돌기(84)가 부재(50, 52)의 개구(88, 90) 내에 위치하는 것을 제외하고는 표준 인장 시험기를 사용하여 ASTM D-638의 파라미터에 따라 인장 시험된다. 부재(50, 52)는 이어서 용접부(78)이 파손(즉, 파열, 파단, 소성 변형을 일으킴)될 때까지 서로로부터 멀어지게 단단히 고정되어 이동될 수 있다. 이러한 조건 하에서, 용접부는 약 2.0 쥬울 이상, 보다 전형적으로는 약 2.5 쥬울 이상, 더욱 더 전형적으로는 약 3.0 쥬울 이상, 및 더욱 더 전형적으로는 약 3.5 쥬울 이상의 파단 에너지를 나타내었다. 용접부는 또한 약 8 ㎜ 이상, 보다 전형적으로는 약 8.8 ㎜ 이상, 더욱 더 전형적으로는 약 9.6 ㎜ 이상 및 더욱 더 전형적으로는 약 10.5 ㎜ 이상의 최대 변위를 나타내었다. 용접부는 또한 약 400 뉴튼 이상, 보다 전형적으로는 약 480 뉴튼 이상, 더욱 더 전형적으로는 약 510 뉴튼 이상 및 더욱 더 전형적으로는 약 535 뉴튼 이상의 최대 하중을 견뎠다. 본 발명의 용접부에 대한 바람직한 성질들을 본원에서 개시하였지만, 달리 구체적으로 인용하지 않는 한 특정 성질들이 필수적인 것은 아님을 알아야 한다.
제안한 바와 같이, 본 발명의 용접 기술 및 고분자 재료는 각종 제품의 다양한 구조를 형성하는데 사용할 수 있지만, 특히 기술, 재료 또는 둘 모두로부터 이익을 얻은 구조의 부분집합만이 구체적으로 확인되었다. 예로는 글로브 박스 도어 조립체, 니 볼스터 조립체 및 구조 덕트, 예를 들면 차량 HVAC 덕트를 포함한다. 물론, 달리 구체적으로 서술되지 않는 한 본 발명이 임의의 특정 구조물로 제한되지 않음을 알아야 한다.
"PP-1"은 약 12 %의 에틸렌 함량, 0.89 g/㎤의 밀도, 230 ℃ 및 2.16 ㎏의 인가된 하중에서의 용융 유량 1.2를 갖는 고충격 폴리프로필렌 공중합체이다.
"PP-2"는 0.90 g/㎤의 밀도, 및 230 ℃ 및 2.16 ㎏의 인가된 하중에서의 용융 유량 8을 갖는, 더 다우 케미칼 캄파니로부터 D118.01 다우 프로필렌으로 입수가능한 이소택틱 폴리프로필렌 단일중합체이다.
"PP-3"은 0.90 g/㎤의 밀도, 230 ℃ 및 2.16 ㎏의 인가된 하중에서의 용융 유량 35를 갖는, 더 다우 케미칼 캄파니로부터 D221로 입수가능한 이소택틱 폴리프로필렌 단일중합체이다.
"S/LEP-1"은 대략 0.87 g/㎤의 밀도, 5 g/10분의 190 ℃ 및 2.16 ㎏의 인가된 하중에서 측정된 용융 유량, 2.1의 분자량 분포 및 50 초과의 CBDI를 갖는, 더 다우 케미칼 캄파니로부터 인게이지® EG 8200으로 입수가능한 실질적으로 선형 에틸렌/옥텐 공중합체이다.
"탈크(TALC) 1"은 1.5 미크론의 중간 입자 크기 및 10 내지 12 미크론의 최대 입자 크기를 갖는 루제낙으로부터 젯필TM 7C로 입수가능한 상업적으로 입수가능한 미소성 미네랄 활석이다.
"에루카미드"는 식 C22H43NO를 갖는 불포화 지방 아미드로 이루어진 슬립 또는 스크래치 방지제로서 또한 시스-13-도코센산 아미드, (Z)-13-도코센아미드, 에루실아미드, (Z)-도코스-13-에나미드로도 언급되며, 위트코(Witco)로부터 케마미드(KEMAMIDE).TM로 입수가능하고; 및
"이르가녹스(IRGANOX).TM. B 225 FF"는 시바 가이기(Ciba Geigy)로부터 플레이크 형태로 입수가능한 이르가녹스 1010 및 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐 포스파이트 항산화제의 1:1 혼합물이다.
달리 서술하지 않는 한 시험은 바람직하게는 하기하는 규격에 따라 수행된다:
"MFR" 용유 유량은 ISO 1133에 따라 230 ℃ 및 2.16 ㎏의 인가된 하중에서 작동되는 케이네스(Kayness) 장치 상에서 측정되고;
"굴곡 접선 모듈러스(Flexural Tangent Modulus)"은 ISO 178에 따라 측정된다. 시험은 유나이티드(United) 기계 시험기를 사용하여 수행되고;
"밀도"는 ISO 1183에 따라 측정되고;
"HDT" 하중 하 열 변형은 시험편을 어닐링시키지 않고 0.45 MPa의 인가된 압력 하에 시험하는 ISO 75에 따라 시스트(Ceast) HDT 300 비캣(Vicat) 기계 상에서 측정되고;
"다트(Dart)" 기기장치 충격은 ASTM D 3763에 따라 MTS 810 기기장치 충격 시험기를 사용하여 15 마일/시(MPH) 충격에서 측정된다. 시험 결과는 0 ℃에서 구한다. 시험편을 관찰하여 취성(脆性) 또는 연성 파괴로 판단하고, 시험 결과를 연성 거동을 갖는 시험편의 수로 기록하고; 및
"내스크래치성" 수준은 포드 랩 시험 방법(Ford Lab Test Method) (FLTM BN108-13)에 따라 측정된다. 장치는 5개의 비임(250 ㎜ 길이)에 연결된 이동가능한 플랫포옴으로 이루어진다. 스크래치 핀을 각 비임의 한 단부에 부착한다. 각 핀 상의 끝에는 고도로 연마된 경화된 강 볼(1.0+/-0.1 ㎜ 직경)이 있다. 시험 플라크의 표면 상에 힘을 가하는 웨이트를 각 핀에 부하시켰다. 다음과 같은 4개의 힘 수준이 선택될 수 있다: 15 뉴튼(N), 12 N, 10 N, 및 7 N과 3 N. 압축 공기로 구동하였을 때, 비임은 플라크의 표면을 가로질러 핀을 당기고, 이것이 스크래치 또는 스크래치 화이트닝을 생성시킨다. 대략 100 ㎜/s의 슬라이딩 속도가 유지된다. 모든 시험은 시험 전에 25 ℃에서 24 시간 이상 동안 컨디셔닝된 시험 플라크 상에서 실온에서 수행된다. 스크래치 화이트닝을 생성시키지 않는 최고 힘 값을 기록한다.
상기 설명은 예시하기 위한 것으로 비제한적임을 알아야 한다. 제공된 실시예 외의 많은 실시태양 뿐만 아니라 많은 적용분야들이 상기 설명을 읽을 때 당업자들에게 자명하게 드러날 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 설명을 참고로 하여 결정되어서는 안되며, 대신에 첨부된 특허 청구의 범위와 상기 첨구범위가 부여하는 전체 등가물 범위를 함꼐 참고로 하여 결정되어야 한다. 특허 출원 및 공개를 포함하는 모든 논문 및 참고문헌들의 내용은 다목적으로 참고문헌으로 인용된다. 본원에서 개시된 주제의 임의의 측면에 대한 하기의 청구범위에서 생략된 것은 상기 주제를 청구하지 않는 것이 아니며, 본 발명자들이 상기 주제를 개시된 본 발명의 주제의 일부로서 고려하지 않은 것으로 간주되어서도 안된다.

Claims (15)

  1. 제1 부재 및 표면이 부분적으로 또는 전체적으로
    i. 고 결정질 단일중합체로 이루어진 제1 폴리프로필렌을 포함하고, 50 중량% 이상이 40% 초과의 결정도를 갖는 열가소성 폴리올레핀 및
    ii. 10 중량% 초과 50 중량% 미만의 폴리올레핀 엘라스토머
    의 혼합물을 포함하고 1 중량% 미만의 소성된 충전제를 포함하거나 또는 소성된 충전제를 포함하지 않는 고분자 블렌드 조성물로 형성된, 표면을 갖는 제1 부재를 제공하는 단계;
    표면을 갖는 제2 부재를 제공하는 단계;
    제1 부재의 고분자 블렌드 조성물의 적어도 일부를 가열 및 연화시키는 단계;
    고분자 블렌드 조성물 부분을 가열 단계 전, 동안 또는 후에 제2 부재와 접촉시키는 단계;
    상기 부분을 냉각시켜 경화시키고, 이에 의해 제1 부재를 제2 부재에 용접 연결시키는, 적어도 부분적으로 고분자 블렌드 조성물로 형성된 용접부를 형성하는 단계
    를 포함하는, 고분자 재료의 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 블렌드 조성물 부분의 가열 및 연화 단계가 제1 부재를 제2 부재에 진동 용접하는 것을 포함하며, 제1 부재가 부분적으로 고분자 블렌드 조성물로 형성된 것인 용접 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고분자 블렌드 조성물 부분의 가열 및 연화 단계가 제1 부재를 제2 부재에 진동 용접하는 것을 포함하며, 제1 부재가 완전히 고분자 블렌드 조성물로 형성된 것인 용접 방법.
  4. 제1항에 있어서, 고분자 블렌드 조성물의 적어도 일부의 가열 및 연화 단계가 제1 부재의 표면을 제2 부재의 표면과 접촉시키고, 제1 부재를 제2 부재에 대하여 또는 제2 부재를 제1 부재에 대하여 진동시키고, 이에 의해 제1 부재의 고분자 블렌드 조성물을 용융시키는 마찰열을 형성하는 것을 포함하는 용접 방법.
  5. 제1항에 있어서, 고분자 블렌드 조성물이
    i. 80 중량% 이상의 활석을 포함하는 충전제 5 중량% 내지 40 중량%;
    ii. 항산화제; 및
    iii. 슬립 또는 스크래치 방지 첨가제
    를 포함하는 것이고,
    열가소성 폴리올레핀이 제1, 제2 및 제3 폴리프로필렌을 포함하고,
    제1 및 제2 폴리프로필렌이 40% 초과의 결정도를 갖고,
    제3 폴리프로필렌이 낮은 결정도의 폴리프로필렌이고,
    폴리올레핀 엘라스토머가 1종 이상의 SLEPs, LEPs 또는 둘 모두를 포함하는 용접 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 폴리프로필렌의 용융 유량이 0.1 g/10 분 초과 내지 29 g/10 분 미만이고;
    고분자 블렌드 조성물이 EPDM 고무를 포함하지 않고;
    고분자 블렌드 조성물이 10 중량% 초과 내지 25 중량% 미만의 1종 이상의 SLEPs, LEPs, 또는 둘 모두를 포함하고, SLEPs 및 LEPs는 에틸렌 및 1종 이상의 α-올레핀 공단량체로 구성된 것인 용접 방법.
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