KR101442858B1 - 램프 소켓 - Google Patents

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KR101442858B1
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로버트 헨드리크 캐서리나 얀센
반 한스 클라스 디즈크
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디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
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Abstract

본 발명은 0.5 W/m.K 이상의 평면-통과 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물로 적어도 부분적으로 이루어진 램프 소켓에 관한 것이다. 플라스틱 조성물은 열가소성 중합체 및 열 전도성 충전재 및/또는 열 전도성 섬유질 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 플라스틱 조성물은 200℃ 이상의 융점을 갖는 반결정질 폴리아마이드, 유리 섬유 및 질화붕소를 포함할 수 있다. 김서림 경향이 감소된다.

Description

램프 소켓{LAMP SOCKETS}
본 발명은 플라스틱 조성물로 제조된 램프 소켓, 특히 자동차의 외부 조명 용도를 위한 자동차의 램프 조립체에 사용될 수 있는 램프 소켓에 관한 것이다. 보다 더 특별하게, 본 발명은 램프 본체의 반사기 및 렌즈 상에 침착되어 램프 효율을 감소시킬 수 있는 방출기체(outgas) 생성물의 감소된 경향을 갖는 램프 소켓에 관한 것이다. 연무 생성 및 램프 효율의 감소를 야기하는 이러한 침착 형성의 현상은 또한 김서림(fogging)으로서 알려져 있다.
이러한 램프 소켓은 미국 특허 제 2004/0165411 A1 호에 공지되어 있다. 미국 특허 제 2004/0165411 A1 호는 통상적인 백열등 및 다른 열-생성 램프 용도에 사용된 플라스틱이 플라스틱의 연화 또는 열화 없이 승온에서 작동할 수 있는 그의 능력에 대하여 선택되어 왔던 것으로 기재하고 있다. 예를 들면, 에카르트(F. Eckhardt) 등의 미국 특허 제 4,795,939 호는 고압 방전 자동차용 전조등에서의 울템 2300(Ultem 2300: 상표) 및 라이톤(Ryton: 상표)과 같은 내고온성 플라스틱의 용도를 개시하고 있다. 또한, 예컨대 각각 울템(상표)으로 제조된 할로겐 전조등 소켓 또는 램프 홀더를 개시하고 있는 세레디크(D. Seredich) 등의 미국 특허 제 5,239,226 호, 콜리안드리스(C. Coliandris) 등의 미국 특허 제 4,795,388 호 및 브라운(A. Braun) 등의 미국 특허 제 4,751,421 호에 개시된 바와 같이, 울템(상표)과 같은 폴리에터이미드가 다른 운송 수단용 전조등 용도에서 사용되어 왔다. 또다른 예로서, 프레이(M. Frey) 등의 미국 특허 제 5,889,360 호는 폴리에터이미드로 제조된 일체형 소켓을 갖는 아크관(arc tube)을 개시하고 있다.
미국 특허 제 2004/0165411 A1 호에 개시된 바와 같이, 운송 수단의 외부 조명 용도에 사용되는 플라스틱이 갖는 알려진 문제점은 기체 방출로서, 이는 전체 램프 조립체의 외관, 미학 및 광도 측정 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있는 렌즈 및/또는 반사기의 김서림을 유발한다. 예를 들면, 프레져(Frazier)의 미국 특허 제 6,012,830 호는 전조등의 수명에 걸쳐 기체가 방출되지 않는 것으로 기록된 티타늄 카바이드 코팅을 사용하는 운송 수단용 전조등에 대한 차광부를 개시하고 있다. 기체 방출은 일부 수지의 중합 공정의 결과로서 수지로부터 휘발성 물질의 방출에 뒤따른다. 이는 램프의 열 생산량이 소켓의 온도를 200 내지 450℉ 또는 90 내지 230℃까지 상승시킬 수 있기 때문에, 운송 수단용 외부 백열등이 플라스틱 램프 소켓과 함께 사용되는 경우에 특히 그러하다.
미국 특허 제 2004/0165411 A1 호에서 제공한 기체 방출 및 김서림 문제의 해결책은 플라스틱 소켓이 폴리에터이미드로부터 제조되고 백열등의 압력-밀봉된 말단부를 수용하는 개구부를 포함하는 램프 소켓 조립체이다. 복수개의 전기적 접점부가 개구부에 위치하며, 또한 소켓은 복수개의 단자를 포함하고 이들 각각은 접 점부 중 하나에 전기적으로 연결된다. 소켓은 백열등의 압력-밀봉된 말단부를 맞물리게하는 개구부에 위치한 하나 이상의 가요성 유지 부재를 포함하여 이에 의해 개구부내에 램프를 유지시킨다.
이러한 해결책은 매우 복잡하며 램프 소켓 및 램프 소켓 조립체를 자유롭게 설계하는 램프 조립체의 설계자가 몇몇으로 제한된다. 공지된 램프 소켓이 갖는 추가의 단점은 열가소성 중합체로 구성된 폴리에터이미드의 값이 비싸다는 것이다.
본 발명의 목적은 감소된 김서림을 보이고/보이거나 보다 저렴한 물질의 사용을 허용하면서 동시에 램프 조립체 설계에 덜 제한적이거나 또는 심지어 램프 조립체의 설계자의 설계 자유를 완전히 열어두는 램프 소켓을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 램프 소켓이 0.5 W/m.K 이상의 평면-통과(through-plane) 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물로 적어도 부분적으로 이루어진, 본 발명에 따른 램프 소켓에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 램프 소켓에서 0.5 W/m.K 이상의 평면-통과 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물의 효과는 김서림 경향이 감소한다는 것이다. 본 발명에 따른 램프 소켓의 추가의 장점은 보다 덜 중요한 용도에 있어서 보다 싼 중합체가 플라스틱 조성물에 사용될 수 있으며, 보다 싼 중합체는 비-열적으로 전도성인 플라스틱 조성물로 제조된 통상적인 램프 소켓에서 단지 너무 많은 기체 방출 및 김서림을 제공한다. 또다른 장점은 본 발명에 따른 램프 소켓의 감소된 김서림으로 인해, 종래 기술인 미국 특허 제 2004/0165411 A1 호의 해결책과 비교하여 램프 소켓 및 램프 조립체에 대한 설계 자유가 넓어진다는 것이다.
본원의 표현 "램프 소켓은 플라스틱 조성물로 적어도 부분적으로 이루어진다"에서 용어 "적어도 부분적으로 이루어진"은 램프 소켓이 플라스틱 조성물로 완전히 제조되고 완전하게 이루어지거나, 또는 램프 소켓의 일부분이 플라스틱 조성물로 제조되고 완전하게 이루어지지만 램프 소켓의 다른 부분은 다른 조성물로 제조될 수 있는 것으로 이해된다.
바람직하게는, 램프 소켓은 0.5 W/m.K 이상의 평면-통과 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물로 완전히 제조되고 완전하게 이루어진다.
본원에서 플라스틱 조성물의 열 전도율은 물질 특성인 것으로 이해되며, 이는 방위 의존성일 수 있으며 또한 조성물의 이력에 의존한다. 플라스틱 조성물의 열 전도율을 측정하기 위해서, 물질은 열 전도율 측정을 수행하기에 적합한 형태로 성형되어야 한다. 플라스틱 조성물의 조성, 측정을 위해 사용되는 형태의 유형, 성형 공정에 적용되는 조건 및 성형 공정에 따라, 플라스틱 조성물은 등방성 열 전도율 또는 이방성, 즉 방위 의존성 열 전도율을 나타낼 수 있다. 플라스틱 조성물이 평평한 직사각형 형태로 성형되는 경우, 방위 의존성 열 전도율은 일반적으로 3개의 매개 변수(Λ⊥, Λ// 및 Λ±)에 의해 기술될 수 있다. 본원에서 방위적으로 평균한 열 전도율(Λoa)은 하기 수학식 I로 정의된다:
Λoa = 1/3°(Λ⊥ + Λ// + Λ±)
상기 식에서,
Λ⊥는 평면-통과 열 전도율이고,
Λ//는 최대 평면-내(in-plane) 열 전도율 방향의 평면-내 열 전도율이며, 또한 본원에서는 평행 또는 종방향 열 전도율로서도 지칭되고,
Λ±는 최소 평면-내 열 전도율 방향의 평면-내 열 전도율이다.
평면-통과 열 전도율은 다르게는 또한 "횡단" 열 전도율로서도 지칭됨을 주목한다.
매개 변수의 수는 열 전도율이 3개의 방향중 오직 하나에서만 이방성인지 또는 심지어 등방성인지에 따라서 2개 또는 심지어 1개로 감소될 수 있다. 한가지 방위로 열 전도성 섬유의 주요 단향성 방위를 갖는 플라스틱 조성물의 경우, Λ//는 Λ±보다 훨씬 높을 수 있는 반면, Λ±는 Λ⊥에 매우 근접하거나 심지어 같을 수도 있다. 후자의 경우, 방위적으로 평균한 열 전도율(Λoa)의 정의는 하기 수학식 II로 변형된다:
Λoa = 1/3°(2°Λ⊥ + Λ//)
판의 평면 방위를 갖는 평면 내의 판-유사 입자의 주요한 평행 방위를 갖는 플라스틱 조성물의 경우, 플라스틱 조성물은 등방성 평면-내 열 전도율을 나타낸다(즉, Λ//는 Λ±과 같다). 이 경우, Λ//과 Λ±는 하나의 매개 변수, 즉 Λ≡로 표시될 수 있고, 방위적으로 평균한 열 전도율(Λoa)의 정의는 하기 수학식 III으로 변형된다:
Λoa = 1/3°(Λ⊥ + 2°Λ≡)
전체적으로 등방성 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물의 경우, Λ⊥, Λ// 및 Λ±는 등방성 열 전도율 Λ과 모두 동일하다. 이 경우, 방위적으로 평균한 열 전도율(Λoa)의 정의는 하기 수학식 IV로 변형된다:
Λoa = Λ
방위적으로 평균한 열 전도율은 방위 의존성 열 전도율 Λ⊥, Λ// 및 Λ±의 측정에 의해 측정될 수 있다. Λ⊥, Λ// 및 Λ±의 측정을 위해, 적절한 치수를 갖는 사각형 금형 및 상기 사각형 금형의 한쪽 면에 위치한 80mm 너비와 1mm 높이의 필름 게이트가 장착되어 있는 사출 성형기를 사용하여 사출 성형시킴으로써 시험될 물질로부터 80 × 80 × 1mm의 치수를 갖는 샘플을 제조한다. 1mm 두께의 사출 성형된 플라크의 열 확산율(D), 밀도(ρ) 및 열 용량(Cp)을 측정한다.
열 확산율은 네취(Netzsch) LFA 447 레이저플래쉬 장비를 사용하는 ASTM E1461-01에 따라, 평면-통과 방향(D⊥)뿐만 아니라 금형 충전시의 중합체 흐름 방향 에 대해 평면-내이고 평행한 방향(D//) 및 평면-내이고 수직인 방향(D±)에서 측정된다. 평면-내 열 확산율 D// 및 D±은 먼저 플라크로부터 약 1mm 너비의 동일한 폭을 갖는 작은 스트립(strip) 또는 바(bar)를 절단함으로써 측정된다. 바의 길이는 금형 충전시의 중합체 흐름에 대해 각각 수직인 방향에 있다. 이러한 바 중 몇몇은 절단 표면이 바깥쪽을 향하면서 적층되고 매우 단단하게 죄어져 있다. 열 확산율은 적층을 통해 절단 표면의 정렬에 의해 형성된 적층의 한쪽 면으로부터 절단 표면을 갖는 적층의 다른 면까지 측정된다.
판의 열 용량(Cp)은 동일한 네취 LFA 447 레이저플래쉬 장비를 사용하고 문헌[W. Nunes dos Santos, P. Mummery and A. Wallwork, Polymer Testing 14 (2005), 628-634]에 기재된 절차를 이용하여, 공지된 열 용량을 갖는 표준 샘플(파이로세럼(Pyroceram) 9606)과 비교함으로써 측정된다.
열 확산율(D), 밀도(ρ) 및 열 용량(Cp)으로부터, 성형된 플라크의 열 전도율은 하기 수학식 V에 따라 플라크의 평면에 수직인 방향(Λ⊥)뿐만 아니라 금형 충전시의 중합체 흐름 방향에 평행한 방향(Λ//) 및 수직인 방향(Λ±)에서 측정된다:
Ax = Dx *ρ*Cp
상기 식에서,
x는 각각 //, ± 및 ⊥이다.
본 발명에 따른 램프 소켓을 구성하는 플라스틱 조성물의 방위적으로 평균한 열 전도율뿐만 아니라 평면-통과 열 전도율은 넓은 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 플라스틱 조성물이 등방성 열 전도율을 갖는 경우, 방위적으로 평균한 열 전도율은 평면-통과 열 전도율(또한 적합하게는 0.5 W/m.K 이상)과 동일하지만, 플라스틱 조성물이 이방성 열 전도율을 갖는 경우, 방위적으로 평균한 열 전도율은 평면-통과 열 전도율보다 훨씬 더 높을 수 있다.
바람직하게는, 플라스틱 조성물은 0.75 W/m.K 이상, 보다 바람직하게는 1 W/m.K 이상, 심지어 1.5 W/m.K, 가장 바람직하게는 2 W/m.K 이상의 평면-통과 열 전도율을 갖는다. 평면-통과 열 전도율은 3 W/m.K 또는 심지어 그 이상만큼 높을 수도 있지만, 이는 김서림 감소를 추가적으로 거의 개선시키지 않는다. 또한, 바람직하게는 방위적으로 평균한 열 전도율은 1 W/m.K 이상이고, 보다 바람직하게는 2 W/m.K 이상이고, 보다 더 바람직하게는 2.5 W/m.K 이상이다. 보다 높은 최소의 방위적으로 평균한 열 전도율의 장점은 김서림 문제가 더욱 감소된다는 것이다.
플라스틱 조성물의 방위적으로 평균한 열 전도율은 25 W/m.K 및 심지어 그 이상만큼 높을 수도 있지만, 25 W/m.K 이상의 방위적으로 평균한 열 전도율 값은 김서림 감소에 상당히 추가적으로 기여하지 않는다. 또한, 일반적으로 그러한 높은 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물은 낮은 기계적 특성 및/또는 불량한 유동 특성을 가짐으로써 이들 물질이 램프 소켓을 제조하는데 적합하지 않게 된다. 그에 따라, 본 발명에 따른 램프 소켓을 구성하는 플라스틱 조성물은 바람직하게는 25 W/m.K 이하, 보다 바람직하게는 15 W/m.K 이하, 훨씬 더 바람직하게는 10 W/m.K 이 하의 방위적으로 평균한 열 전도율을 갖는다.
보다 낮은 최대의 방위적으로 평균한 열 전도율의 장점은 램프 소켓이 충분한 기계적 강도를 갖는 보다 얇은 부품들로 설계될 수 있다는 것이다. 매우 적합하게는, 방위적으로 평균한 열 전도율은 3 내지 6 W/m.K 범위에 있다. 놀랍게도, 김서림 문제는 상기 제한된 방위적으로 평균한 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물로 램프 소켓을 제조하는 경우 이미 실질적으로 감소된다.
방위적으로 평균한 열 전도율과 유사하게, 평균 평면-내 열 전도율(Λipa)은 하기 수학식 VI에 따라 정의될 수 있다:
Λipa = 1/2°(Λ// + Λ±)
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 플라스틱 조성물은 이방성 열 전도율을 가지며, 이때 평균 평면-내 열 전도율 Λipa은 평면-통과 열 전도율 Λ⊥보다 더 크다. 보다 바람직하게는, 플라스틱 조성물의 평균 평면-내 열 전도율 Λipa은 평면-통과 열 전도율 Λ⊥의 2배 이상, 보다 바람직하게는 3배 이상이다. 그러한 보다 높은 평균 평면-내 열 전도율을 갖는 이방성 열 전도율의 장점 또한 램프 소켓의 김서림이 더욱 감소된다는 것이다.
이방성 열 전도율을 갖는 램프 소켓은 열 전도성 섬유 및/또는 열 전도성 소판을 포함하는 플라스틱 조성물로부터 사출 성형 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 플라스틱 조성물은 이방성 평면-내 열 전도율을 가지며, 이때 최대 평면-내 열 전도율 Λ//은 방위적으로 평균한 열 전도율 Λoa보다 더 높다. 훨씬 더 바람직하게는, 플라스틱 조성물의 최대 평면-내 열 전도율 Λ//은 방위적으로 평균한 열 전도율 Λoa의 2배 이상, 보다 바람직하게는 3배 이상이다. 그러한 보다 높은 최대 평면-내 열 전도율 Λ//의 장점은 램프 소켓의 김서림이 더욱 감소된다는 것이다.
이방성 평면-내 열 전도율(즉, Λ//가 Λ±과 상이함)을 갖는 램프 소켓은 열 전도성 섬유를 포함하는 플라스틱 조성물로부터 사출 성형 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
또한, 보다 바람직하게는 램프 소켓을 구성하는 플라스틱 조성물의 최대 평면-내 열 전도율은 25 W/m.K 이하, 보다 바람직하게는 20 W/m.K 이하이다. 보다 낮은 최대 평면-내 열 전도율의 장점은 보다 적은 열 전도성 물질이 열가소성 조성물에 요구되며, 램프 소켓이 우수한 기계적 특성을 유지하면서 보다 얇은 부품들로 설계될 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 램프 소켓을 제조하기 위해, 열 전도성 플라스틱 조성물을 사용한다. 열 전도성 플라스틱 조성물의 경우 열 전도성 중합체를 사용할 수도 있지만, 이러한 물질은 폭넓게 이용가능하지 않으며 일반적으로 매우 비싸다. 적합하게는, 열 전도성 플라스틱 조성물이 중합체 및 이 중합체에 분산된 열 전도성 물질을 포함한다. 플라스틱 조성물은 중합체 물질 및 열 전도성 물질에 이어 다른 성분들을 포함할 수 있다. 다른 성분들로서, 열 전도성 물질은 성형된 플라스틱 부품들을 제조하기 위해 통상적인 플라스틱 조성물에 사용되는 임의의 보조적인 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 램프 소켓에 사용되는 열 전도성 플라스틱 조성물 중의 중합체는 원칙적으로 열 전도성 플라스틱 조성물을 제조하는데 적합한 임의의 중합체일 수 있다. 적합하게는, 상기 중합체는 의도된 램프 소켓의 사용 온도에서 제한된 기체 방출을 나타낸다. 본 발명에 따른 램프 소켓에서 사용되는 중합체는, 열 전도성 물질 및 선택적인 다른 성분과 함께 조합으로 플라스틱의 상당한 연화 또는 열화없이 승온에서 작동할 수 있고, 램프 소켓에 대한 기계적 그리고 열적인 요건에 따를 수 있는 임의의 열가소성 중합체일 수 있다. 이러한 요건은 램프 소켓의 특이적 용도 및 설계에 따라 다르다. 이러한 요건에 대한 순응도는 성형된 플라스틱 부품을 제조하는 분야의 숙련자에 의한 체계적 연구 및 일상적인 시험에 의해 결정될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 램프 소켓 중의 플라스틱 조성물은 공칭 0.45 Mpa의 응력이 적용된, ISO 75-2에 따라 측정되는 180℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃, 220℃, 240℃, 260℃ 이상, 또는 심지어 280℃ 이상의 열 변형 온도(HDT-B)를 갖는다. 보다 높은 HDT를 갖는 플라스틱 조성물의 장점은 램프 소켓이 승온에서 기계적 특성을 보다 양호하게 유지하고, 기계적 그리고 열적 성능을 보다 많이 요구하는 용도에 램프 소켓을 사용할 수 있다는 점이다.
사용될 수 있는 적합한 중합체는 열가소성 중합체 및 열경화성 중합체, 예컨대 열경화성 폴리에스터 수지 및 열경화성 에폭시 수지를 포함한다.
바람직하게는, 상기 중합체는 열가소성 중합체를 포함한다.
열가소성 중합체는 적합하게는 비정질, 반결정질 또는 액정 중합체, 탄성 중합체 또는 이들의 조합물이다. 액정 중합체는 그의 높은 결정질 특성 및 충전재 물질을 위한 우수한 매트릭스를 제공하는 능력으로 인해 바람직하다. 액정 중합체의 예는 열가소성 방향족 폴리에스터를 포함한다.
매트릭스에 사용될 수 있는 적합한 열가소성 중합체는, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴류, 아크릴로나이트릴, 비닐, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리아마이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리설폰, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리에터에터케톤 및 폴리에터이미드, 및 이들의 혼합물 및 공중합체가 있다.
적합한 탄성중합체는, 예컨대 스티렌-뷰타다이엔 공중합체, 폴리클로로프렌, 아질산염 고무, 뷰틸 고무, 폴리설파이드 고무, 에틸렌-프로필렌 3량체, 폴리실록산(실리콘) 및 폴리우레탄을 포함한다.
바람직하게는, 열가소성 중합체는 폴리에스터, 폴리아마이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리설폰, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리에터에터케톤 및 폴리에터이미드, 및 이들의 혼합물 및 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택된다.
적합한 폴리아마이드는 비정질 및 반결정질 폴리아마이드 둘 다를 포함한다. 적합한 폴리아마이드는 용융-처리될 수 있는 반결정질 및 비정질 폴리아마이드를 포함하는, 당해 분야의 숙련자에게 공지된 모든 폴리아마이드이다. 본 발명에 따른 적합한 폴리아마이드의 예는 지방족 폴리아마이드, 예컨대 PA-6, PA-11, PA-12, PA-4,6, PA-4,8, PA-4,10, PA-4,12, PA-6,6, PA-6,9, PA-6,10, PA-6,12, PA-10,10, PA-12,12, PA-6/6,6-코폴리아마이드, PA-6/12-코폴리아마이드, PA-6/11-코폴리아마이드, PA-6,6/11-코폴리아마이드, PA-6,6/12-코폴리아마이드, PA-6/6,10-코폴리아마이드, PA-6,6/6,10-코폴리아마이드, PA-4,6/6-코폴리아마이드, PA-6/6,6/6,10-터폴리아마이드, 및 1,4-사이클로헥세인다이카복실산 및 2,2,4- 및 2,4,4-트라이메틸헥사메틸렌다이아민으로부터 수득된 코폴리아마이드, 방향족 폴리아마이드, 예컨대 PA-6,I, PA-6,I/6,6-코폴리아마이드, PA-6,T, PA-6,T/6-코폴리아마이드, PA-6,T/6,6-코폴리아마이드, PA-6,I/6,T-코폴리아마이드, PA-6,6/6,T/6,I-코폴리아마이드, PA-6,T/2-MPMDT-코폴리아마이드(2-MPMDT = 2-메틸펜타메틸렌 다이아민), PA-9,T, 테레프탈산, 2,2,4- 및 2,4,4-트라이메틸헥사메틸렌다이아민으로부터 수득된 코폴리아마이드, 아이소프탈산, 라우린락탐 및 3,5-다이메틸-4,4-다이아미노-다이사이클로헥실메테인으로부터 수득된 코폴리아마이드, 아이소프탈산, 아젤라산 및/또는 세바스산 및 4,4-다이아미노다이사이클로헥실메테인으로부터 수득된 코폴리아마이드, 카프로락탐, 아이소프탈산 및/또는 테레프탈산 및 4,4-다이아미노다이사이클로헥실메테인으로부터 수득된 코폴리아마이드, 카프로락탐, 아이소프탈산 및/또는 테레프탈산 및 아이소포론다이아민으로부터 수득된 코폴리아마이드, 아이소프탈산 및/또는 테레프탈산 및/또는 다른 방향족 또는 지방족 다이카복실산, 선택적으로 알킬-치환된 헥사메틸렌다이아민 및 알킬-치환된 4,4-다이아미노다이사이클로헥실아민으로부터 수득된 코폴리아마이드, 및 또한 전술한 폴리아마이드의 코폴리아마이드 및 혼합물이 있다.
보다 바람직하게는, 열가소성 중합체가 반결정질 폴리아마이드를 포함한다. 반결정질 폴리아마이드는 우수한 열 특성 및 금형 충전 특징을 갖는다는 장점을 가진다.
또한 훨씬 더 바람직하게는, 열가소성 중합체는 200℃ 이상, 보다 바람직하게는 220℃, 240℃ 이상, 또는 심지어 260℃, 가장 바람직하게는 280℃ 이상의 융점을 갖는 반결정질 폴리아마이드를 포함한다. 보다 높은 융점을 갖는 반결정질 폴리아마이드는 열 특성이 더욱 개선된다는 장점을 가진다.
본원에서 용어 "융점"은 용융 범위에서 하강하고 가장 높은 용융 속도를 보이는 5℃의 가열 속도를 사용하는 DSC에 의해 측정된 온도로 이해된다.
바람직하게는, 반결정질 폴리아마이드는 PA-6, PA-6,6, PA-6,10, PA-4,6, PA-11, PA-12,, PA-12,12, PA-6,I, PA-6,T, PA-6,T/6,6-코폴리아마이드, PA-6,T/6-코폴리아마이드, PA-6/6,6-코폴리아마이드, PA-6,6/6,T/6,I-코폴리아마이드, PA-6,T/2-MPMDT-코폴리아마이드, PA-9,T, PA-4,6/6-코폴리아마이드, 및 전술한 폴리아마이드의 혼합물 및 코폴리아마이드로 이루어진 군 중에서 선택된다. 보다 바람직하게는, PA-6,I, PA-6,T, PA-6,6, PA-6,6/6T, PA-6,6/6,T/6,I-코폴리아마이드, PA-6,T/2-MPMDT-코폴리아마이드, PA-9,T 또는 PA-4,6, 또는 이의 혼합물 또는 코폴리아마이드가 폴리아마이드로서 선택된다. 훨씬 더 바람직하게는, 반결정질 폴리아 마이드는 PA-4,6을 포함한다. PA-4,6의 장점은 김서림이 더욱 더 감소된다는 것이다.
열 전도성 플라스틱 조성물 중의 열 전도성 물질에 대하여, 열가소성 중합체에 분산될 수 있고 플라스틱 조성물의 열 전도율을 개선시키는 임의의 물질을 사용할 수 있다. 적합한 열 전도성 물질은, 예컨대 알루미늄, 알루미나, 구리, 마그네슘, 황동, 탄소, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화아연, 유리, 운모, 흑연, 세라믹 섬유 등을 포함한다. 상기 열 전도성 물질의 혼합물이 또한 적합하다.
열 전도성 물질은 과립형 분말, 입자, 휘스커(whisker), 단섬유 형태 또는 임의의 적합한 형태일 수 있다. 입자는 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 입자는 박편, 판, 쌀, 가닥, 6각형 또는 구형 형태를 가질 수 있다.
적합하게는, 열 전도성 물질은 열 전도성 충전재 또는 열 전도성 섬유질 물질 또는 이의 조합물이다. 본원에서 충전재는 10:1 미만의 종횡비를 갖는 입자로 이루어진 물질인 것으로 이해된다. 적합하게는, 충전재 물질은 약 5:1 이하의 종횡비를 갖는다. 예를 들면, 약 4:1의 종횡비를 갖는 질화붕소 과립형 입자가 사용될 수 있다. 본원에서 섬유는 10:1 이상의 종횡비를 갖는 입자로 이루어진 물질인 것으로 이해된다. 15:1 이상, 보다 바람직하게는, 25:1 이상의 종횡비를 갖는 입자로 이루어진 열 전도성 섬유가 보다 바람직하다.
열 전도성 플라스틱 조성물 중의 열 전도성 섬유에 대하여, 플라스틱 조성물의 열 전도율을 개선시키는 임의의 섬유를 사용할 수 있다. 적합하게는, 열 전도성 섬유는 유리 섬유, 금속 섬유 및/또는 탄소 섬유를 포함한다. 흑연 섬유로서 또한 공지된 적합한 탄소 섬유는 피치(PITCH)-계 탄소 섬유 및 판(PAN)-계 탄소 섬유를 포함한다. 예를 들면, 약 50:1의 종횡비를 갖는 피치-계 탄소 섬유가 사용될 수 있다. 피치-계 탄소 섬유는 열 전도율에 상당히 기여한다. 반면, 판-계 탄소 섬유는 기계적 강도에 보다 많이 기여한다.
열 전도성 물질의 선택은, 열 전도성 물질의 유형 및 필요한 열 전도율의 수준에 따라 사용되어야 하는 양 및 램프 소켓에 대한 추가의 요건에 좌우될 수 있다. 본 발명에 따른 램프 소켓에서 플라스틱 조성물은 적합하게는 플라스틱 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 90중량%의 열가소성 중합체 및 10 내지 70중량%의 열 전도성 물질, 바람직하게는 40 내지 80중량%의 열가소성 중합체 및 20 내지 60중량%의 열 전도성 물질을 포함한다. 10중량%의 양은 열 전도성 물질의 한 유형, 예컨대 특정 등급의 흑연에 있어서 0.5 W/m.K 이상의 평면-통과 열 전도율에 도달하기에 충분할 수 있지만, 다른 것, 예컨대 피치 탄소 섬유, 질화붕소 및 특히 유리 섬유의 경우 훨씬 더 큰 중량%가 요구됨을 주목한다. 필요한 수준에 도달하기 위해 필요한 양은 열 전도성 중합체 조성물을 제조하는 분야의 숙련자에 의한 일상적인 실험에 의해 결정될 수 있다.
바람직하게는, 맥컬러프(McCullough)의 미국 특허 제 6,251,978 호 및 제 6,048,919 호(이의 내용은 본원에서 참고로서 인용된다)에 기재된 바와 같이, 낮은 종횡비의 열 전도성 물질 및 높은 종횡비의 열 전도성 물질 모두, 즉 열 전도성 충전재 및 열 전도성 섬유 모두는 플라스틱 조성물에 포함된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 열 전도성 충전재는 질화붕소를 포함한 다. 램프 소켓을 구성하는 플라스틱 조성물 중의 열 전도성 충전재로서의 질화붕소의 장점은 우수한 전기 절연 특성을 보유하면서 동시에 높은 열 전도율을 제공한다는 점이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 열 전도성 충전재는 흑연을 포함한다. 램프 소켓을 구성하는 플라스틱 조성물 중의 열 전도성 충전재로서의 흑연의 장점은 매우 낮은 중량 비율에서 이미 높은 열 전도율을 제공한다는 점이다.
또한 바람직하게는, 열 전도성 섬유는 유리 섬유를 포함하거나 또는 심지어 유리 섬유로 이루어진다. 램프 소켓을 구성하는 열 전도성 플라스틱 조성물 중의 유리 섬유의 장점은 램프 소켓이 우수한 열 전도율 및 낮은 김서림을 갖고, 기계적 강도가 개선되고, 우수한 전기 절연이 보유된다는 점이다. 유리가 하나의 가장 효과적인 열 전도성 물질이 아니기 때문에, 열 전도성 충전재와 조합하는 것이 적합하다. 보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 램프 소켓 중의 열 전도성 플라스틱 조성물은 유리 섬유 및 질화붕소 둘 다를 포함한다. 훨씬 더 바람직하게는, 유리 섬유 및 질화붕소는 5:1 내지 1:5, 바람직하게는 2.5:1 내지 1:2.5의 중량비로 존재한다.
본 발명에 따른 램프 소켓을 구성하는 플라스틱 조성물은 열가소성 중합체 및 열 전도성 물질에 이어 본원에서 첨가제로서 지칭된 다른 성분 또한 포함할 수 있다. 첨가제로서, 열 전도성 물질은 중합체 조성물에 통상적으로 사용되는 당해 분야의 숙련자에게 공지된 임의의 보조적인 첨가제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 다른 첨가제는 본 발명을 손상시키지 않거나 현저한 정도로 손상시키지 않아야 한다. 램프 소켓용 중합체 조성물을 제조하는 분야의 숙련자에 의한 일상적인 실험 및 단순한 시험에 의해, 첨가제가 본 발명에 따른 램프 소켓에 사용하기 적합한지 여부를 결정할 수 있다. 이러한 다른 첨가제는, 특히 비전도성 충전재 및 비전도성 보강제, 안료, 분산 보조제, 가공 보조제, 예컨대 윤활제 및 금형 이형제, 충격 개질제, 가소화제, 결정화 촉진제, 핵형성제, UV 안정화제, 산화방지제 및 열 안정화제 등을 포함한다. 특히, 열 전도성 플라스틱 조성물은 비전도성 무기 충전재 및/또는 비전도성 보강제를 함유한다. 당해 분야의 숙련자에게 공지된 모든 충전재 및 보강제, 보다 특히 열 전도성 충전재로서 간주되지 않는 보조 충전재가 비전도성 무기 충전재 또는 보강제로서 사용하기에 적합하다. 적합한 비전도성 충전재는, 예컨대 석면, 운모, 점토, 하소된 점토 및 활석이다.
적합하게는, 이러한 첨가제는, 존재하는 경우, 플라스틱 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 50중량%, 바람직하게는 0.5 내지 25중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 12.5중량%의 총 양으로 존재한다.
바람직하게는, 비전도성 충전재 및 섬유는, 존재하는 경우, 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 40중량%, 바람직하게는 0.5 내지 20중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10중량%의 총 양으로 존재하는 반면, 다른 첨가제는, 존재하는 경우, 플라스틱 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 10중량%, 바람직하게는 0.25 내지 5중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.5중량%의 총 양으로 바람직하게 존재한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 램프 소켓은 (a) 열가소성 중합체의 30 내지 90중량%, (b) 열 전도성 물질의 10 내지 70중량%, 및 (c) 첨가제의 0 내지 50중량%로 이루어진 플라스틱 조성물로 제조되고, 이때 (a), (b) 및 (c)의 중량%는 플라스틱 조성물의 총 중량에 대한 것이며, (a), (b) 및 (c)의 합은 100중량%이다.
보다 바람직하게는, 플라스틱 조성물은 (a) 열가소성 중합체의 30 내지 90중량%, (b) 열 전도성 물질의 50중량% 이상이 5:1 내지 1:5 중량비의 유리 섬유 및 질화붕소로 이루어진 열 전도성 물질의 15 내지 70중량%, 및 (c) (i) 비전도성 충전재 및/또는 비전도성 섬유의 0 내지 40중량% 및 (ii) 다른 첨가제의 0 내지 10중량%로 이루어지고, 이때 (a), (b), (c)(i) 및 (c)(ii)의 중량%는 플라스틱 조성물의 총 중량에 대한 것이며, (a), (b), (c)(i) 및 (c)(ii)의 합은 100중량%이다.
또한 보다 바람직하게는, 플라스틱 조성물은 (a) 200℃ 이상의 융점을 갖는 반결정질 폴리아마이드의 30 내지 90중량%, (b) 열 전도성 물질의 50중량% 이상이 흑연으로 이루어진 열 전도성 물질의 10 내지 70중량%, (c) (i) 비전도성 충전재 및/또는 비전도성 섬유의 0 내지 20중량% 및 (ii) 다른 첨가제의 0 내지 5중량%로 이루어지고, 이때 (a), (b), (c)(i) 및 (c)(ii)의 중량%는 플라스틱 조성물의 총 중량에 대한 것이며, (a), (b), (c)(i) 및 (c)(ii)의 합은 100중량%이다.
이러한 바람직한 실시양태에서, 열 전도성 물질의 최소량은 본원에서 사용되는 플라스틱 조성물의 필요한 최소 열 전도율 및 열 전도성 물질의 유형, 또는 이의 조합에 의해 좌우됨을 주목한다. 직설적인 예로서, 열 전도성 물질을 사용할 수 있는 양은, 특히 사용되는 경우 여러 범위내에서 달라질 수 있으며, 예를 들면 질화붕소는 바람직하게는 15 내지 60중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 45중량%의 범위의 양으로 사용되고, 탄소 피치 섬유는 바람직하게는 15 내지 60중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 60중량%의 범위의 양으로 사용되는 반면, 흑연은 바람직하게는 10 내지 45중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 30중량% 범위의 양으로 사용된다.
본 발명에 따른 램프 소켓을 제조하는데 사용되는 열 전도성 플라스틱 조성물은 플라스틱 조성물을 제조하는데 적합하고 융합 용도용 플라스틱 조성물을 제조하는 분야의 숙련자에게 공지된 통상적인 공정을 포함한 임의의 공정에 의해 제조될 수 있다.
적합한 열 전도성 플라스틱 조성물은 열 전도성 물질을 비전도성 중합체 매트릭스와 밀접하게 혼합시켜 열 전도성 조성물을 형성하는 공정에 의해 제조된다. 열 전도성 물질의 적재는 중합체 조성물에 열 전도율을 부여한다. 바람직한 경우, 혼합물은 하나 이상의 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 혼합물은 당해 분야에 공지된 기법을 사용하여 제조될 수 있다. 바람직하게는, 성분들은 열 전도성 충전재 물질의 구조의 손상을 방지하도록 낮은 전단 조건하에 혼합된다.
본 발명에 따른 램프 소켓은 성형된 플라스틱 부품을 제조하는데 적합하고 성형된 플라스틱 조성물을 제조하는 분야의 숙련자에게 공지된 통상적인 공정을 포함한 임의의 공정에 의해 열 전도성 플라스틱 조성물로부터 제조될 수 있다.
중합체 조성물은 용융물-압출, 사출 성형, 주조 또는 다른 적합한 공정을 사용하여 램프 소켓으로 성형될 수 있다. 사출 성형이 특히 바람직하다. 이러한 공정은 일반적으로 조성물의 펠렛을 호퍼(hopper)로 적재시킴을 포함한다. 호퍼는 펠렛을 압출기로 부으며, 이때 펠렛은 가열되고 용융된 조성물이 형성된다. 압출기는 용융된 조성물을 사출 피스톤을 지닌 챔버로 공급한다. 피스톤은 용융된 조성물을 금형으로 밀어 넣는다. 전형적으로, 금형은 2개의 성형 구역을 함유하며, 이 성형 구역들은 성형 챔버 또는 공동이 상기 구획들 사이에 위치하는 방식으로 함께 정렬된다. 물질은 냉각될 때까지 고압하에 금형에 남아 있다. 이어서, 성형된 램프 소켓이 금형으로부터 제거된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 램프 소켓은 열 전도성 섬유 및 열 전도성 충전재를 포함하는 열 전도성 플라스틱 조성물로부터 사출 성형 공정에 의해 제조된다.
또한, 본 발명의 램프 소켓은 바람직하게는 망상 형태로 성형된다. 이는, 소켓의 최종 형태가 성형 구역의 형태에 의해 결정됨을 의미한다. 램프 소켓의 궁극적인 형태를 제조하는 데에는 어떠한 추가적인 처리 또는 툴링(tooling)도 필요하지 않다. 이러한 성형 공정은 직접적인 램프 소켓으로의 열 방산 요소의 통합을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 본 발명 또는 상기 기재된 그의 임의의 바람직한 실시양태에 따른 램프 소켓을 포함하는 자동차의 램프 조립체에 관한 것이다. 자동차의 램프 조립체는 바람직하게는 자동차의 외부 조명, 예컨대 전방 조명 또는 후방 조명용이다.
본 발명은 하기 실시예 및 비교 실시예로 추가로 설명된다.
물질
표준 용융 컴파운딩(compounding) 공정을 사용하여 압출기에서 각각 폴리아마이드-46 및 탄소 피치 섬유, 및 질화붕소로부터 성형 조성물을 제조하였다. 적절한 치수를 갖는 사각형 금형 및 상기 사각형 금형의 한쪽 면에 위치한 80mm 너비와 1mm 높이의 필름 게이트가 장착되어 있는 사출 성형기를 사용하여 사출 성형시킴으로써 상기 조성물로부터 80 × 80 × 1mm의 치수를 갖는 시험 샘플을 제조하였다. 1mm 두께의 사출 성형된 플라크의 열 확산율(D), 밀도(ρ) 및 열 용량(Cp)을 측정하였다.
네취 LFA 447 레이저플래쉬 장비를 사용하는 ASTM E1461-01에 따라, 평면-통과 방향(D⊥)뿐만 아니라 금형 충전시의 중합체 흐름 방향에 대해 평면-내이고 평행한 방향(D//) 및 평면-내이고 수직인 방향(D±)에서 열 확산율을 측정하였다. 먼저 플라크로부터 약 1mm 너비의 동일한 폭을 갖는 작은 스트립 또는 바를 절단함으로써 평면-내 열 확산율 D// 및 D±을 측정하였다. 바의 길이는 금형 충전시의 중합체 흐름에 대해 각각 수직인 방향에 있다. 이러한 바 중 몇몇은 절단 표면이 바깥쪽을 향하면서 적층되고 매우 단단하게 죄어져 있다. 적층을 통해 절단 표면의 정렬에 의해 형성된 적층의 한쪽 면으로부터 절단 표면을 갖는 적층의 다른 면까지 열 확산율을 측정하였다.
동일한 네취 LFA 447 레이저플래쉬 장비를 사용하고 문헌[W. Nunes dos Santos, P. Mummery and A. Wallwork, Polymer Testing 14 (2005), 628-634]에 기재된 절차를 이용하여, 공지된 열 용량을 갖는 표준 샘플(파이로세럼 9606)과 비교 함으로써 판의 열 용량(Cp)을 측정하였다.
열 확산율(D), 밀도(ρ) 및 열 용량(Cp)으로부터, 하기 수학식 V에 따라 플라크의 평면에 수직인 방향(Λ⊥)뿐만 아니라 금형 충전시의 중합체 흐름 방향에 평행한 방향(Λ//) 및 수직인 방향(Λ±)에서 성형된 플라크의 열 전도율을 측정하였다:
수학식 V
Ax = Dx *ρ*Cp
상기 식에서,
x는 각각 //, ± 및 ⊥이다.
전도율 데이터를 하기 표 1로 가져왔다.
표준 램프 소켓 금형이 장착된 사출 성형 기계를 사용하여 사출 성형시킴으로써 조성물로부터 램프 소켓을 제조하였다. 램프 소켓을 냉각된 시계 접시로 덮은 채로 몇 ℃로 ...시간 동안 가열하는 기구에서 성형된 램프 소켓을 사용하였다. 열 처리 후, 김서림에 대해 시계 접시를 육안으로 검사하고 등급화하였다. 등급화 결과를 또한 하기 표 1로 가져왔다.
비교 실시예 A 및 실시예 I 내지 VIII에 대한 물질 조성(중량%), 열 전도율 데이터(W/mK) 및 연무 평가a)
PA46 CPF EG BN Λ⊥ Λ// Λoa 연무
비교 실시예 A 100 0.3 0.3 0.3 5
실시예 I 85 15 0.5 2.1 1.03 4
실시예 II 70 30 0.6 4.1 1.8 3
실시예 III 55 45 0.9 6.0 2.6 2
실시예 IV 40 60 1.1 8.2 3.5 1-2
실시예 V 85 15 0.5 1.4 1.1 4-5
실시예 VI 70 30 0.7 3.6 2.6 2-3
실시예 VII 55 45 0.9 7.8 5.5 1-2
실시예 VIII 40 60 1.5 13.5 9.5 1
a) 연무 등급: 1 = 뛰어남, 5 = 매우 나쁨

Claims (11)

  1. 0.6 W/m.K 내지 1.5 W/m.K 범위의 평면-통과 열 전도율을 갖는 플라스틱 조성물로 적어도 부분적으로 이루어진, 자동차의 외부 조명 용도를 위한 램프 조립체용 램프 소켓.
  2. 제 1 항에 있어서,
    플라스틱 조성물이 25 W/m.K 이하의 방위적으로 평균한 열 전도율(orientationally averaged thermal conductivity)을 갖는 램프 소켓.
  3. 제 1 항에 있어서,
    플라스틱 조성물이 열가소성 중합체 및 이러한 열가소성 중합체에 분산된 열 전도성 물질을 포함하는 램프 소켓.
  4. 제 1 항에 있어서,
    플라스틱 조성물이 180℃ 이상의 열 변형 온도(HDT-B)를 갖는 램프 소켓.
  5. 제 3 항에 있어서,
    열가소성 중합체가 폴리에스터, 폴리아마이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리설폰, 폴리아릴레이트, 폴리에터에터케톤, 폴리에터이미드 및 이들의 혼합물 및 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택되는 램프 소켓.
  6. 제 3 항에 있어서,
    열 전도성 물질이 열 전도성 충전재, 열 전도성 섬유질 물질 또는 이들의 조합물인 램프 소켓.
  7. 제 3 항에 있어서,
    플라스틱 조성물이 질화붕소를 포함하는 열 전도성 충전재를 포함하는 램프 소켓.
  8. 제 3 항에 있어서,
    플라스틱 조성물이 유리 섬유를 포함하는 열 전도성 섬유질 물질을 포함하는 램프 소켓.
  9. 제 7 항에 있어서,
    플라스틱 조성물이 플라스틱 조성물의 총 중량에 대해 10 내지 70중량%의 총 양으로 유리 섬유 및 질화붕소를 포함하는 램프 소켓.
  10. 제 7 항에 있어서,
    플라스틱 조성물이 200℃ 이상의 융점을 갖는 반결정질 폴리아마이드, 유리 섬유 및 질화붕소를 포함하는 램프 소켓.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 램프 소켓을 포함하는 자동차의 램프 조립체.
KR1020097000443A 2006-07-11 2007-07-09 램프 소켓 KR101442858B1 (ko)

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