KR101335165B1 - 치수안정성이 우수한 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 및 그 제조방법 - Google Patents

치수안정성이 우수한 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 폴리페닐렌에테르계 수지 50~92중량%; 탄소섬유 5~30중량%; 및 폴리올레핀계 상용화제 3~20중량%;를 포함하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 및 그 제조방법을 개시하여, 폴리페닐렌에테르와 탄소섬유의 계면접착력 및 분산성을 향상시킴으로써 기존 소재 대비 기계적 물성, 치수안정성 및 표면 품질이 우수할 뿐만 아니라 균일한 전착 도장이 가능한 자동차용 외판 소재를 제조할 수 있도록 한다.

Description

치수안정성이 우수한 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 및 그 제조방법{ENHANCED DIMENSIONAL STABILITY OF MODIFIED POLYPHENYLENE ETHER/CARBON FIBER AND MANUFACTURING METHOD THE SAME}
본 발명은 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계면접착력 향상되어 경량화된 자동차 외판용 소재로 적용 가능한 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 소재나 전기, 전자 재료 분야에서 경량화, 치수안정성, 내열성등이 우수한 고분자 복합재 사용 및 그 용도가 확대되고 있어, 우수한 기계적 물성 및 치수안정성을 가진 경량화된 고분자 복합소재 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 일환으로 기존 고분자 복합재의 향상된 물성은 유지하면서 경량화 및 치수안정성을 향상시키는 방법으로 최근 고분자-탄소섬유 복합재가 부각되고 있으며, 다양한 접근 방법이 제시되고 있다.
한편, 자동차 차체 외판의 경우 기존에 강판을 사용하고 있었으나, 강판 재질을 사용할 경우 강판의 성형 특성상 3~4단계의 프레스 성형 공정을 거쳐야하므로 금형 제작비 및 시설 투자비가 많이 소요되고, 강판 코일에서 블랭킹 공정을 거치면서 원재료의 손실량이 커지는 문제가 있다. 또한, 일정 하중 이상에서 영구 변형을 일으키므로 오일 캐닝 현상이 발생하는 문제가 있으며, 강판은 비중이 7.8 정도로 두께를 얇게 하더라도 부품 중량이 커지는 문제와 강판의 고유 특성인 부식 문제를 극복하기 어려운 한계가 있다.
상기 문제점 극복을 위한 자동차 외판용 복합재 개발을 위한 종래기술로서 한국공개특허 제2010-0071713호는 폴리페닐렌에테르 수지에 전기전도도를 부여하기 위해 탄소나노튜브와 카본블랙을 사용하는 기술을 개시하고 있으나, 강성이 부족하고 전기 전도도가 낮아 전착 도장성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 한국등록특허 제0366587호는 열경화성 수지를 이용한 자동차 외판 제조방법을 제시하고 있으나, 생산성이 떨어지고 재활용이 불가능한 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 자동차 외판용으로 적용시 기계적 물성, 치수안정성, 표면 품질(클래스 A급), 디자인 자유도 등이 우수하면서, 무게는 기존 철강 소재 대비 50% 이상 경량화가 가능한 복합소재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제 해결을 위하여 본 발명은, 폴리페닐렌에테르계 수지 50~92중량%; 탄소섬유 5~30중량%; 및 폴리올레핀계 상용화제 3~20중량%;를 포함하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리페닐렌에테르계 수지는 폴리페닐렌에테르 수지 단독으로 이루어지거나 폴리페닐렌에테르 수지 이외의 중합체를 상기 폴리페닐렌에테르계 수지 총 중량에 대하여 50중량% 이하 포함하는 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리페닐렌에테르 수지는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-에틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디페닐-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체 및 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리에틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리페닐렌에테르 수지 이외의 중합체는 비닐 방향족 중합체, 폴리올레핀 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 비닐 방향족 중합체는 폴리스티렌, 고충격(high impact) 폴리스티렌, 폴리스티렌-폴리부타디엔, 폴리스티렌-폴리이소프렌, 폴리알파메틸스티렌-폴리부타디엔, 폴리스티렌-폴리부타디엔-폴리스티렌(SBS), 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌(SIS), 폴리알파메틸스티렌-폴리부타디엔-폴리알파메틸스티렌, 폴리알파메틸스티렌-폴리이소프렌-폴리알파메틸스티렌 및 이들의 수소 첨가된 형태의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리올레핀은 호모-폴리프로필렌(Homo-PP), 프로필렌, 에틸렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 공단량체가 중합된 랜덤공중합체, 폴리프로필렌에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체, 폴리프로필렌 가지가 달린 고용융장력 폴리프로필렌(high melt strength PP; HMS PP) 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11, 나일론 12, 나일론6과 나일론 66의 혼합물, 나일론 6과 나일론 11의 혼합물, 나일론 6과 나일론 12의 혼합물, 나일론 66과 나일론 11의 혼합물, 나일론 66과 나일론 12의 혼합물 및 나일론 11과 나일론 12의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 및 레이온계 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리올레핀계 상용화제는 폴리올레핀의 주쇄 또는 말단에 상기 탄소섬유와 반응성이 있는 반응기를 포함하는 변성 폴리올레핀계 수지인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 반응기는 상기 변성 폴리올레핀계 수지 총 중량에 대하여 0.5~40중량% 포함된 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 반응기는 말레산, 무수말레산, 카르복실산, 히드록실기, 비닐아세테이트, 글리시딜메타크릴레이트, 비닐옥사졸린 및 아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 변성 폴리올레핀계 수지는 중량평균분자량이 10,000~300,000인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재는 굴곡탄성율(ASTM D790)이30,000㎏f/㎠ 이상, 인장강도(ASTM D638)가 600㎏f/㎠ 이상 및 열변형온도(ASTM D648)가 150℃ 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
또한, 상기 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재는 자동차 외판 소재 성형품으로 사용되기 위한 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공한다.
상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, 폴리페닐렌에테르계 수지 50~92중량%, 탄소섬유 5~30중량%, 및 폴리올레핀계 상용화제 3~20중량%를 혼합하고 압출기로 용융 압출하여 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 용융 압출은 상기 압출기의 스크류 회전 속도 200~1000rpm 및 체류 시간 5~90초의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 탄소섬유는 상기 압출기의 사이드피더로 투입되는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 탄소섬유는 길이가 2~12㎜인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 폴리올레핀계 상용화제가 첨가된 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제공하여, 폴리페닐렌에테르와 탄소섬유의 계면접착력 및 분산성을 향상시킴으로써 기존 소재 대비 기계적 물성, 치수안정성 및 표면 품질이 우수할 뿐만 아니라 균일한 전착 도장이 가능한 자동차용 외판 소재를 제조할 수 있도록 한다.
도 1 및 도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재에 대하여 전자 현미경으로 촬영한 사진.
이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명자들은 폴리페닐에테르 수지가 고온에서의 기계적 성질과 전기적 성질이 우수하여 자동차용 소재 등 여러 분야에서 사용되고 있으나, 내약품성, 치수안정성 등이 양호하지 못하고, 이를 개선하고자 하는 종래기술들에서도 강성, 전착 도장성 등이 여전히 만족스럽지 않은 사실에 직시하고 예의 연구를 거듭한 결과, 적정 함량의 폴리올레핀계 상용화제를 첨가하여 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조할 경우 놀랍게도 종래기술들에서의 우수한 물성은 그대로 유지하면서도 기계적 물성, 치수안정성, 표면 품질 및 전착 도장성이 더욱 향상된 복합소재를 제공할 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 본 발명은 폴리페닐렌에테르계 수지 50~92중량%; 탄소섬유 5~30중량%; 및 폴리올레핀계 상용화제 3~20중량%; 를 포함하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 개시한다.
본 발명에서 상기 폴리페닐렌에테르계 수지는 예를 들면, ⅰ) 폴리페닐렌에테르 수지 단독으로 이루어지거나, ⅱ) 폴리페닐렌에테르 수지 이외의 중합체를 상기 폴리페닐렌에테르계 수지 총 중량에 대하여 50중량% 이하 포함하는 혼합물일 수 있다.
상기 ⅰ) 및 ⅱ)에서 상기 폴리페닐렌에테르 수지는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-에틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디페닐-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리에틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르가 선택될 수 있다.
또한, 상기 폴리페닐렌에테르 수지 이외의 중합체로는 예를 들면, 비닐 방향족 중합체, 폴리올레핀 폴리아미드 등을 들 수 있다.
상기 비닐 방향족 중합체로는 폴리스티렌, 고충격(high impact) 폴리스티렌, 폴리스티렌-폴리부타디엔, 폴리스티렌-폴리이소프렌, 폴리알파메틸스티렌-폴리부타디엔, 폴리스티렌-폴리부타디엔-폴리스티렌(SBS), 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌(SIS), 폴리알파메틸스티렌-폴리부타디엔-폴리알파메틸스티렌, 폴리알파메틸스티렌-폴리이소프렌-폴리알파메틸스티렌 및 이들의 수소 첨가된 형태의 공중합체 중에서 선택될 수 있고, 상기 폴리올레핀은 호모-폴리프로필렌(Homo-PP), 프로필렌, 에틸렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 공단량체가 중합된 랜덤공중합체, 폴리프로필렌에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체, 폴리프로필렌 가지가 달린 고용융장력 폴리프로필렌(high melt strength PP; HMS PP) 및 폴리에틸렌 중에서 선택될 수 있으며, 상기 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11, 나일론 12, 나일론6과 나일론 66의 혼합물, 나일론 6과 나일론 11의 혼합물, 나일론 6과 나일론 12의 혼합물, 나일론 66과 나일론 11의 혼합물, 나일론 66과 나일론 12의 혼합물 및 나일론 11과 나일론 12의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.
이때, 상기 폴리페닐렌에테르 수지 이외의 중합체를 상기 폴리페닐렌에테르계 수지 총 중량에 대하여 50중량%를 초과하여 포함할 경우에는 내열성, 기계적 물성 및 상용성 면에서 바람직하지 않다. 즉, 폴리페닐렌에테르 수지가 적어도 50중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 탄소섬유는 상기 폴리페닐렌에테르계 수지 상에 균일하게 분산되어 복합재의 기계적 물성, 내열성 등을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 총 중량에 대하여 5~30중량% 포함되며, 바람직하게는 5~15중량% 포함될 수 있다. 상기 탄소섬유 함량은 물성 향상 측면에서 5중량% 이상이어야 하며, 경제적 효과를 고려할 때 30중량% 이하인 것이 바람직하다.
상기 탄소섬유로 예를 들면, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유, 레이온계 탄소섬유 등을 적당한 길이로 절단한 것일 수 있으며, 섬유의 길이는 후술하는 압출 과정에서 원활한 피딩을 위해 2~12㎜인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 폴리올레핀계 상용화제는 폴리페닐렌에테르계 수지와 탄소섬유의 상용성을 증가시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재 총 중량에 대하여 3~20중량% 포함되며, 바람직하게는 3~5중량% 포함될 수 있다. 상기 폴리올레핀계 상용화제 함량이 3중량% 미만일 경우 폴리페닐렌에테르계 수지와 탄소섬유의 계면접착력 및 분산 효율 저하로 인해 기계적 물성, 치수안정성 및 표면 품질 향상에 한계가 발생할 수 있고, 20중량%를 초과할 경우 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재의 내열성이 현저히 저하되어 자동차 외판 전착 도장 공정 등에서 문제가 발생할 수 있다.
여기서, 상기 폴리올레핀계 상용화제는 폴리올레핀의 주쇄나 말단에 탄소섬유와의 반응성이 있는 반응기를 포함하는 변성 폴리올레핀계 수지인 것이 바람직하다. 이때, 상기 반응기의 함량은 상기 변성 폴리올레핀계 수지 총 중량에 대하여 0.5~40중량% 포함되는 것이 바람직한데, 상기 반응기 함량이 0.5중량% 미만일 경우 상용성 정도가 미비할 수 있고, 함량 대비 상용성 증가 효율 면에서 40중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 반응기로는 예를 들면, 말레산, 무수말레산, 카르복실산, 히드록실기, 비닐아세테이트, 글리시딜메타크릴레이트, 비닐옥사졸린, 아크릴산 등을 들 수 있다.
또한, 폴리올레핀계 상용화제로 사용되는 상기 변성 폴리올레핀 수지는 중량평균분자량이 10,000~300,000인 것이 바람직하고, 40,000~100,000인 것이 더욱 바람직하다. 상기 중량평균분자량이 10,000 미만일 경우 변성 폴리올레핀의 분자량이 너무 낮아 물성 저하 현상이 발생될 수 있고, 300,000을 초과할 경우 반응기의 치환량이 작아 폴리페닐렌에테르계 수지와 탄소섬유의 계면접착력 및 분산 효율이 현저히 떨어질 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재는 굴곡탄성율(ASTM D790)이30,000㎏f/㎠ 이상, 인장강도(ASTM D638)가 600㎏f/㎠ 이상 및 열변형온도(ASTM D648)가 150℃ 이상의 물성을 갖도록 하여, 기존 소재 대비 기계적 물성, 치수안정성 및 표면 품질이 우수할 뿐만 아니라 균일한 전착 도장이 가능하여 자동차용 외판 소재 성형품으로 사용하기 위한 용도로서 매우 적합하다고 할 수 있다.
본 발명에서는 폴리페닐렌에테르계 수지, 탄소섬유 및 폴리올레핀계 상용화제와 함께, 산화방지제, UV 안정제, 난연제, 착색제, 가소제, 열안정제, 슬립제 등의 첨가제를 1종 이상 추가로 첨가할 수 있으며, 이러한 첨가제들의 사용량은 각각 본 발명에 따른 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재의 특성에 영향을 미치지 않고 복합재를 제조하는 데 사용 가능한 것으로 알려진 범위 내에서 전체 제조량 및 제조 공정 등을 고려하여 최적 범위로 조절할 수 있다. 상기 첨가제들은 폴리페닐렌에테르, 탄소섬유 및 폴리올레핀계 상용화제를 혼합하는 단계에서 추가로 첨가할 수 있으며, 별도의 추가 단계에서 혼련하여 첨가할 수도 있다.
이상 설명한 본 발명에 따른 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재는 폴리페닐렌에테르계 수지, 탄소섬유 및 폴리올레핀계 상용화제를 전술한 함량 범위에서 일반적으로 알려진 방법으로 혼합 및 용융 압출하여 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명은 폴리페닐렌에테르계 수지 50~92중량%, 탄소섬유 5~30중량%, 및 폴리올레핀계 상용화제 3~20중량%를 혼합하고 압출기로 용융 압출하여 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법을 개시한다.
상기 용융 압출은 상기 압출기의 스크류 회전 속도 200~1000rpm 및 체류 시간 5~90초의 조건으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 스크류 회전 속도 300~800rpm 및 체류 시간 10~60초의 조건으로 수행될 수 있다. 즉, 압출기 내부에서 탄소섬유 분산에 필요한 전단 흐름(shear flow) 및 신장 흐름(elongational flow)을 효과적으로 유도하기 위해서는 스크류 회전 속도를 300rpm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 폴리페닐렌에테르, 폴리올레핀계 상용화제의 열화 방지 및 탄소섬유 손상 방지 측면에서 스크류 회전 속도를 1000rpm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리페닐렌에테르, 탄소섬유 및 폴리올레핀계 상용화제가 충분히 혼련되기 위해서는 압출기 내부 체류 시간이 5초 이상 되도록 해야 하고, 폴리페닐렌에테르 및 폴리올레핀계 상용화제의 열화 방지 및 생산성 향상을 위해서는 체류 시간이 90초 이하가 되도록 해야 한다.
여기서, 상기 탄소섬유는 폴리페닐렌에테르계 수지 및 폴리올레핀계 상용화제와 함께 혼합하여 압출할 수도 있으나, 보다 향상된 분산성을 얻기 위해 압출기의 사이드피더를 통해 별도 투입할 수도 있다. 이때, 압출 과정에서의 원활한 피딩을 위해 상기 탄소섬유는 길이가 2~12㎜인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예 1
폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르 90중량부, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 10중량부 및 무수말레산 반응기가 1중량% 함유되고 중량평균분자량이 80,000인 변성 폴리프로필렌 5중량부를 혼합하고, 2축 압출기(screw diameter 30㎜, L/D 40)를 이용하여 압출 온도 260~300℃, 스크류 회전 속도 400rpm 및 체류 시간 30초의 압출 조건으로 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조한 후 사출 성형기를 이용하여 시편 성형을 하였다.
실시예 2
실시예 1에서 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르 85중량부 및 탄소섬유 15중량부로 조정하여 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시편 성형을 하였다.
비교예 1
실시예 1에서 변성 폴리프로필렌을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시편 성형을 하였다.
비교예 2
실시예 2에서 변성 폴리프로필렌을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 시편 성형을 하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재에 대하여 하기 방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었고, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재에 대하여 전자 현미경으로 촬영한 사진을 도 1 및 도 2에 나타내었다.
[물성 측정 방법]
(1) 밀도: ASTM 평가법 D1505에 따라 2㎜ 두께의 시편을 제조하여 측정하였다.
(2) 인장강도(항복): ASTM 평가법 D638에 따라 측정하였다.
(3) 굴곡탄성율: ASTM 평가법 D790에 따라 측정하였다.
(4) IZOD 충격강도(23℃): ASTM 평가법 D256에 따라 측정하였다.
(5) 열변형온도: ASTM 평가법 D648에 따라 측정하였다.
(6) 수축율: HPC법에 따라 사출 후 인장 시편의 흐름 방향의 길이 변화를 측정하였다.
(7) 표면저항: 4-probe 방식을 이용하여 측정 시편에 100V의 전압을 가하여 측정하였다.
Figure 112011094110719-pat00001
상기 표 1을 참조하면, 폴리올레핀계 상용화제를 첨가하여 제조한 실시예 1 및 2에 따른 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재와 동일 성분 및 조성이나 폴리올레핀계 상용화제를 첨가하지 않은 비교예 1 및 2에 따른 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재에 비하여, 인장강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 열변형온도 및 표면저항 등의 주요 물성이 향상되었음을 알 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따른 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재가 비교예 1에 따른 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재에 비해 폴리페닐렌에테르와 탄소섬유가 매우 효과적으로 결합하고 있음을 알 수 있어, 이러한 폴리올레핀계 상용화제를 사용하여 제조된 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재는 폴리페닐렌에테르와 탄소섬유의 계면접착력 및 분산성을 향상시킴으로써 기존 소재 대비 기계적 물성, 치수안정성 및 표면 품질이 우수할 뿐만 아니라 균일한 전착 도장이 가능한 자동차용 외판 소재로의 적용에 적합한 것을 확인할 수 있다.

Claims (18)

  1. 폴리페닐렌에테르계 수지 50~92중량%;
    탄소섬유 5~30중량%; 및
    폴리올레핀계 상용화제 3~20중량%;
    를 포함하고,
    상기 폴리올레핀계 상용화제는 상기 탄소섬유의 상기 폴리페닐에테르계 수지 상에서의 분산성 향상을 위해 폴리올레핀의 주쇄 또는 말단에 상기 탄소섬유와 반응성이 있는 반응기를 포함하는 중량평균분자량이 40,000~100,000인 변성 폴리올레핀계 수지이고,
    상기 반응기는 상기 변성 폴리올레핀계 수지 총 중량에 대하여 0.5~40중량% 포함된 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌에테르계 수지는 폴리페닐렌에테르 수지 단독으로 이루어지거나 폴리페닐렌에테르 수지 이외의 중합체를 상기 폴리페닐렌에테르계 수지 총 중량에 대하여 50중량% 이하 포함하는 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌에테르 수지는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-에틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디페닐-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체 및 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리에틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌에테르 수지 이외의 중합체는 비닐 방향족 중합체, 폴리올레핀 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비닐 방향족 중합체는 폴리스티렌, 고충격(high impact) 폴리스티렌, 폴리스티렌-폴리부타디엔, 폴리스티렌-폴리이소프렌, 폴리알파메틸스티렌-폴리부타디엔, 폴리스티렌-폴리부타디엔-폴리스티렌(SBS), 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌(SIS), 폴리알파메틸스티렌-폴리부타디엔-폴리알파메틸스티렌, 폴리알파메틸스티렌-폴리이소프렌-폴리알파메틸스티렌 및 이들의 수소 첨가된 형태의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 호모-폴리프로필렌(Homo-PP), 프로필렌, 에틸렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 공단량체가 중합된 랜덤공중합체, 폴리프로필렌에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체, 폴리프로필렌 가지가 달린 고용융장력 폴리프로필렌(high melt strength PP; HMS PP) 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11, 나일론 12, 나일론6과 나일론 66의 혼합물, 나일론 6과 나일론 11의 혼합물, 나일론 6과 나일론 12의 혼합물, 나일론 66과 나일론 11의 혼합물, 나일론 66과 나일론 12의 혼합물 및 나일론 11과 나일론 12의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 및 레이온계 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반응기는 말레산, 무수말레산, 카르복실산, 히드록실기, 비닐아세테이트, 글리시딜메타크릴레이트, 비닐옥사졸린 및 아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재는 굴곡탄성율(ASTM D790)이30,000㎏f/㎠ 이상, 인장강도(ASTM D638)가 600㎏f/㎠ 이상 및 열변형온도(ASTM D648)가 150℃ 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재는 자동차 외판 소재 성형품으로 사용되기 위한 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재.
  15. 폴리페닐렌에테르계 수지 50~92중량%, 탄소섬유 5~30중량%, 및 상기 탄소섬유의 상기 폴리페닐에테르계 수지 상에서의 분산성 향상을 위해 폴리올레핀의 주쇄 또는 말단에 상기 탄소섬유와 반응성이 있는 반응기를 0.5~40중량% 포함하는 중량평균분자량이 40,000~100,000인 변성 폴리올레핀계 수지인 폴리올레핀계 상용화제 3~20중량%를 혼합하고 압출기로 용융 압출하여 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 용융 압출은 상기 압출기의 스크류 회전 속도 200~1000rpm 및 체류 시간 5~90초의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 탄소섬유는 상기 압출기의 사이드피더로 투입되는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 탄소섬유는 길이가 2~12㎜인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르/탄소섬유 복합재를 제조하는 방법.
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