KR101310162B1 - 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료, 이의 제조방법 및 이를 이용한 크래쉬패드 - Google Patents

팽창 그라파이트가 분산된 복합재료, 이의 제조방법 및 이를 이용한 크래쉬패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 팽창 그라파이트의 분산성을 높인 전자파 차폐 및 방열 기능이 추가된 복합재료의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 복합재료 및 크래쉬패드의 제공을 위하여, 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물 및 고분자 매트릭스를 포함하는 혼합체를 압출기에서 용융 혼합함으로써, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 상기 팽창 그라파이트가 5 내지 30 중량부를 가지도록, 상기 고분자 매트릭스에 상기 팽창 그라파이트를 분산시키는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 매트릭스는 폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 65:35 내지 75:25의 중량비로 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법을 제공한다.

Description

팽창 그라파이트가 분산된 복합재료, 이의 제조방법 및 이를 이용한 크래쉬패드{Expanded graphite dispersed composite, method for producing the same and crash pad using the same}
본 발명은 복합재료에 관한 것으로서, 더 상세하게는 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료, 이의 제조방법 및 이를 이용한 크래쉬패드에 관한 것이다.
전 세계적으로 전자기기의 보급률이 높아지고, 이동형 전자제품의 사용량이 증가함에 따라, 전자기기의 전자파에 대한 인체 유해성에 대한 문제가 대두되고 있으며, WTO산하 국제암연구소는 휴대전화에서 발생하는 전자파를 암 유발 가능성이 있음을 뜻하는 발암 위험 평가 기준 2B로 분류한다고 발표한 바 있다. 또한 전자기기의 오작동의 발생 원인으로 전자파를 뽑고 있으며 이에 대한 연구 결과가 발표되고 있다.
이러한 전자파는 투과, 반사 및 흡수함으로써 차폐할 수 있는데, 현재 사용되는 전자파 차폐 및 흡수재는 금속입자 즉, 동 또는 은 등을 이용하여 전자파를 차폐하는 방법 등이 있다.
그러나 이러한 종래의 금속을 이용한 전자파 차폐에는 전자파를 단순히 반사 또는 차폐하기 때문에 반사된 전자파는 다시 기기에 영향을 주어 기기의 오작동과 노이즈를 증가시킨다는 문제점이 있다. 특히, 자동차 산업은 전자제어 부품수가 증가하면서 차량 내부의 전자파 밀집도가 증가하여 이에 대한 대처가 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전자파 차폐 및 방열 기능이 있는 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료, 이의 제조방법 및 이를 이용한 크래쉬패드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물 및 고분자 매트릭스를 포함하는 혼합체를 압출기에서 용융 혼합함으로써, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 상기 팽창 그라파이트가 5 내지 30 중량부를 가지도록, 상기 고분자 매트릭스에 상기 팽창 그라파이트를 분산시키는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 매트릭스는 폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 65:35 내지 75:25의 중량비로 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법이 제공된다.
상기 고분자 매트릭스에 상기 팽창 그라파이트를 분산시키는 단계 이전에, 상기 팽창 그라파이트와 유기물을 10:90 내지 30:70의 중량비로 니더기 또는 압출기에서 용융 혼합함으로써, 상기 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 유기물은 유기분산제, 고분자, 중합이 가능한 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유기분산제는 도데실암모늄(dodecylammonium), 하이드로클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(CTAC) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 고분자는 무수말레산 그래프트된 폴리프로필렌(PP-g-MA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌글리콜-올레이트(olate), 폴리에틸렌글리콜-아크릴레이트(acrylate), 폴리비닐아세테이트(PVA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 단량체는 ε-카프로락탐(ε-caprolactam), ε-카프로락톤(ε-caprolactone), 스티렌(styrene), 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 글리세롤 모노 스테아레이트 1 내지 3 중량부 및 탈크 5 내지 25 중량부를 첨가하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 용융 혼합은, 1 내지 5바의 압력 및 150 ℃ 내지 200℃의 온도 조건하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료가 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료를 포함하는 크래쉬패드가 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팽창 그라파이트의 분산성을 높인 전자파 차폐 및 방열 기능이 추가된 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료, 이의 제조방법 및 이를 이용한 크래쉬패드를 구현할 수 있다. 또한, 이를 자동차의 크래쉬패드에 사용하여 차량 내 각종 전자장치로부터 발생되는 전자파를 차단할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료의 제조하는 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료의 제조하는 방법을 도해하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 크래쉬패드의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료의 제조하는 방법을 도해하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물을 고분자 매트릭스에 분산시켜 상기 팽창 그라파이트가 상기 고분자 매트릭스에 분산된 복합재료를 제조할 수 있다(S20).
이 때, 상기 분산물과 상기 고분자 매트릭스를 포함하여 혼합체라 할 수 있으며, 상기 고분자 매트릭스는 폴리프로필렌과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 65:35 내지 75:25의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물 및 고분자 매트릭스를 포함하는 혼합체는 압출기에서 용융 혼합하여 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 상기 팽창 그라파이트를 5 내지 30 중량부를 포함하도록 제조 할 수 있다. 상기 용융 혼합은, 1 내지 5 바(bar)의 압력 및 150℃ 내지 200℃의 온도 조건하에서 수행될 수 있으며 보다 엄격하게는 180℃ 내지 200℃의 온도 조건하에서 수행될 수 있다. 상기 압출기로는 이축압출기를 사용할 수 있다.
이렇게 제조된 팽창 그라파이트가 분산된 고분자 매트릭스는 복합재료로 불릴 수 있으며, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 모노 스테아레이트 1 내지 3 중량부 및 탈크 5 내지 25 중량부를 더 첨가 할 수 있다(S30). 상기 모노 스테아레이트 및 탈크는 고분자 매트릭스의 강성(剛性) 및 고온시의 크립성을 개선시켜 줄 수 있다.
이러한 방법으로 제조된 기계적/전기적 특성 및 방열 특성이 우수한 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료는 폴리프로필렌과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 65:35 내지 75:25의 중량비로 포함된 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 팽창 그라파이트를 5 내지 30 중량부를 포함하고 있을 수 있다. 나아가, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 모노 스테아레이트 1 내지 3 중량부 및 탈크 5 내지 25 중량부를 더 포함하고 있을 수 있다. 따라서 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있으며, 금속을 대체하여 소재의 경량화를 실현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료의 제조하는 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 도 1에서 설명한 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물을 고분자 매트릭스에 분산시키는 단계(S20) 이전에, 팽창 그라파이트의 분산성을 높이기 위해, 상기 팽창 그라파이트와 유기물을 10:90 내지 30:70의 중량비로 니더기 또는 압출기에서 용융 혼합하여 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물을 형성하는 단계(S10)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 유기물로는, 유기분산제, 고분자, 중합이 가능한 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 유기물을 더 첨가하여 팽창 그라파이트의 분산성을 높일 수 있다. 이러한 팽창 그라 파이트와 유기물의 용융 혼합은, 1 내지 5 바(bar)의 압력 및 150℃ 내지 200℃의 온도 조건하에서 수행될 수 있다.
상기 유기분산제는 알킬암모늄 계열의 유기분산제를 포함할 수 있으며, 도데실암모늄(dodecylammonium), 하이드로클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(CTAC) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 고분자는 무수말레산 그래프트된 폴리프로필렌(PP-g-MA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌글리콜-올레이트(olate), 폴리에틸렌글리콜-아크릴레이트(acrylate), 폴리비닐아세테이트(PVA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 단량체는 ε-카프로락탐(ε-caprolactam), ε-카프로락톤(ε-caprolactone), 스티렌(styrene), 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 팽창 그라파이트와 상기 유기물 중 고분자인 무수말레산 그래프트된 폴리프로필렌을 10:90 내지 30:70의 중량비로 니더기 또는 압출기에서 용융 혼합하여 상기 팽창 그라파이트를 포함하는 혼합체를 형성할 수 있다.
이러한 유기물은 팽창 그라파이트의 층간 간격을 더욱 팽창시켜, 그 층간 간격 내에 유기물을 취할 수 있고, 이렇게 유기물을 취한 팽창 그라파이트는 고분자 수지에 삽입 또는 박리되기 쉽게 만드는 역할을 하여 고분자 수지 내에서 분산성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 유기물이 침투된 팽창 그라파이트를 고분자 매트릭스에 분산시킴으로써 다양한 성질을 부가시킬 수 있다. 예를 들어, 고분자 수지의 기계적 성질을 향상시킬 수 있고, 팽창 그라파이트의 첨가로 인해 전자파의 차단 및 방열 기능을 추가할 수 있다.
그 후, 팽창 그라파이트와 유기물을 10:90 내지 30:70의 중량비로 니더기 또는 압출기에서 용융 혼합하여 형성된 상기 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물 및 고분자 매트릭스를 포함하는 혼합체를 압출기에서 용융 혼합함으로써, 상기 팽창 그라파이트가 상기 고분자 매트릭스에 분산된 복합재료를 제조할 수 있다(S20).
이때, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 상기 팽창 그라파이트는 5 내지 30 중량부를 가질 수 있고, 상기 고분자 매트릭스는 폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌을 65:35 내지 75:25의 중량비로 포함할 수 있다. 이러한 상기 고분자 매트릭스에 상기 유기물이 침투된 상기 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 고분자 매트릭스, 팽창 그라파이트 및 유기물의 사용량이 상술한 중량 범위를 벗어나는 경우에는 팽창 그라파이트의 분산이 충분하지 않고, 복합재료의 물성을 저하시켜 생성되는 복합재료의 기계적/전기적 물성 향상을 기대하기 어렵다.
이렇게 제조된 팽창 그라파이트가 분산된 고분자 매트릭스는 복합재료로 불릴 수 있으며, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 모노 스테아레이트 1 내지 3 중량부 및 탈크 5 내지 25 중량부를 더 첨가 할 수 있다(S30). 상기 모노 스테아레이트 및 탈크는 상기 고분자 매트릭스에 첨가되어 고분자 매트릭스의 강성(剛性) 및 고온시의 크립성을 개선시켜 줄 수 있다. 또한, 유연성과 내열성을 더 부여할 수도 있다.
이러한 방법으로 제조된 기계적/전기적 특성 및 방열 특성이 우수한 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료는 팽창 그라파이트와 유기물을 10:90 내지 30:70의 중량비로 니더기 또는 압출기에서 용융 혼합하여 형성한 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물을 폴리프로필렌과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 65:35 내지 75:25의 중량비로 포함된 고분자 매트릭스에 분산시켜, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해, 상기 팽창 그라파이트를 5 내지 30 중량부를 포함하고 있을 수 있다. 나아가, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 모노 스테아레이트 1 내지 3 중량부 및 탈크 5 내지 25 중량부를 더 포함하고 있을 수 있다. 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있으며, 금속을 대체하여 소재의 경량화를 실현할 수 있다.
나아가, 상기 복합재료를 자동차 크래쉬패드(Crash pad)에 적용하여, 차량 내에서 발생하는 전자파를 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 차량의 무게를 줄일수 있으며, 기계적 특성 및 방열 특성이 우수한 자동차 크래쉬패드를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 크래쉬패드의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 크래쉬패드는 스킨층(10), 발포층(20) 및 코어층(30)을 포함할 수 있다. 전자파 차폐 및 방열 기능이 있는 상기 복합재료는 코어층(30)으로 이용할 수 있다. 이러한 자동차 크래쉬패드의 구조는 소프트 패널 및/또는 하드패널의 구조일 수 있으며, 둘 중 어느 것에 적용해도 무방하다. 일반적으로 고급차의 경우 소프트 패널을 사용하며, 이러한 소프트 패널의 구조는 스킨층(10), 발포층(20) 및 코어층(30)을 포함할 수 있다. 상용차의 경우 스킨층(10) 및 발포층(20)이 생략될 수도 있다.
예를 들어, 스킨층(10)은 폴리올레핀계 수지를 사용할 수 있고, 발포층(20)은 상기 고분자 매트릭스와 같은 물질을 사용할 수 있으며, 코어층(30)은 상기 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료를 사용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 스킨층 20: 발포층
30: 코어층

Claims (10)

  1. 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물 및 고분자 매트릭스를 포함하는 혼합체를 압출기에서 용융 혼합함으로써, 상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 상기 팽창 그라파이트가 5 내지 30 중량부를 가지도록, 상기 고분자 매트릭스에 상기 팽창 그라파이트를 분산시키는 단계;를 포함하고,
    상기 고분자 매트릭스는 폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 65:35 내지 75:25의 중량비로 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스에 상기 팽창 그라파이트를 분산시키는 단계 이전에,
    상기 팽창 그라파이트와 유기물을 10:90 내지 30:70의 중량비로 니더기 또는 압출기에서 용융 혼합함으로써, 상기 팽창 그라파이트를 포함하는 분산물을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유기물은 유기분산제, 고분자, 중합이 가능한 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유기분산제는 도데실암모늄(dodecylammonium), 하이드로클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(CTAC) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 고분자는 무수말레산 그래프트된 폴리프로필렌(PP-g-MA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌글리콜-올레이트(olate), 폴리에틸렌글리콜-아크릴레이트(acrylate), 폴리비닐아세테이트(PVA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단량체는 ε-카프로락탐(ε-caprolactam), ε-카프로락톤(ε-caprolactone), 스티렌(styrene), 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스 100 중량부에 대해 글리세롤 모노 스테아레이트 1 내지 3 중량부 및 탈크 5 내지 25 중량부를 첨가하는 단계;
    를 더 포함하는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용융 혼합은, 1 내지 5바의 압력 및 150 ℃ 내지 200℃의 온도 조건하에서 수행되는, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료 제조방법.
  9. 제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료.
  10. 제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된, 팽창 그라파이트가 분산된 복합재료를 포함하는 크래쉬패드.

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