KR101472499B1 - 자동차 선루프 프레임 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리아미드 수지 50 내지 80 중량부, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 5 내지 25 중량부, 탄소섬유 10 내지 25 중량부를 포함하고, 비중이 1.2 이하인, 자동차 선루프 프레임에 관한 것이다. 상기 자동차 선루프 프레임은 낮은 비중을 가지면서도 인장강도 및 굴곡 탄성률이 우수하며, 우레탄 소재와의 접착력 및 치수 안정성이 뛰어나다.

Description

자동차 선루프 프레임{SUNROOF FRAME FOR AUTOMOBILE}
본 발명은 자동차 선루프 프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저비중 고강성의 특성을 가지며, 우레탄 소재와의 접착력 및 치수 안정성이 우수한 자동차 선루프 프레임에 관한 것이다.
최근 자동차 및 IT 산업의 발전에 따라 경량화, 낮은 제조 원가, 설계 자유도 향상, 제조 공정의 간단화 측면에서 플라스틱 대체 연구가 활발히 진행되고 있다. 폴리아미드 수지는 이러한 플라스틱 대체화 소재 중 하나로서 강성, 인성, 내마모성, 내약품성, 내유성, 및 보강재 첨가 효과 등이 우수하여 자동차는 물론 산업 전반에 광범위하게 사용되고 있다.
다만, 폴리아미드 수지의 단독 사용은 제한적이며, 특히 자동차의 내외장재의 경우에는 우레탄 소재와 접착력 및 치수 안정성, 내흡습성, 내광성, 내후성, 내화학성, 내열성 등이 보강되어야 한다.
특히, 자동차 지붕에 설치하는 보조 창틀을 포함하는 구성부를 의미하는 차량용 선루프는 상부프레임, 하부프레임, 글라스의 이동을 위한 레일 및 전동모터가 결합되는 레일셋 어셈블리 등 많은 프레임들로 이루어져 있다. 이러한 차량용 선루프의 프레임이 높은 비중을 가지면, 자동차의 무게중심이 높게 형성되어 자동차의 운동성능이나 주행안정성이 저하된다.
이에 따라, 비중을 낮게 유지할 수 있으면서도, 인장강도 및 굴곡 탄성률이 우수하며, 우레탄 소재와의 접착력 및 치수 안정성이 뛰어난 자동차 선루프 프레임에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 낮은 비중을 가지면서도 인장강도 및 굴곡 탄성률이 우수하며, 우레탄 소재와의 접착력 및 치수 안정성이 뛰어난 자동차 선루프 프레임을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 폴리아미드(polyamide) 수지 50 내지 80 중량부, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 5 내지 25 중량부, 탄소섬유 10 내지 25 중량부를 포함하고, 비중이 1.2 이하인, 자동차 선루프 프레임을 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 자동차 선루프 프레임에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, 자동차 선루프는 내부 환기와 탁 트인 개방감 등 쾌적한 운전에 도움을 주기 위해 자동차 지붕에 설치하는 보조 창틀을 포함하는 구성부를 의미하며, 이러한 자동차 선루프는 특수 열처리를 한 고강도 유리를 사용하여 자외선과 적외선을 차단하는 효과를 갖는다.
이러한 자동차 선루프는 통상 자동차의 루프 판넬에 고정 설치되는 선루프 프레임과, 상기 선루프 프레임에 설치되는 강화 유리와, 상기 강화 유리를 이동(슬라이딩)시키기 위한 전동식 작동부를 포함한다.
상기 전동식 작동부의 작동에 따라, 상기 강화 유리는 상기 선루프 프레임을 따라(또는 상기 선루프 프레임에 설치된 안내 레일 등의 부재를 따라) 선루프의 안쪽으로 또는 선루프의 뒤쪽으로 이동할 수 있다.
그리고, 상기 자동차 선루프 프레임은 상부프레임, 하부프레임, 글라스의 이동을 위한 레일 또는 전동모터가 결합되는 레일셋 어셈블리 등을 구성 요소를 포함할 수 있으며, 강화유리와 우레탄 접착제를 사용하여 접착될 수 있고, 차체와도 우레탄 접착제를 사용하여 접착될 수 있다.
발명의 일 구현예에 따르면, 폴리아미드(polyamide) 수지 50 내지 80 중량부, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 5 내지 25 중량부, 탄소섬유 10 내지 25 중량부를 포함하고, 비중이 1.2 이하인, 자동차 선루프 프레임이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 종래의 폴리아미드 수지 및 이를 이용한 부품보다 우수한 내후성, 내광성, 내열성, 내크랙성, 접착성 등을 가지는 자동차 선루프 프레임에 대한 연구를 진행하여, 폴리아미드 수지를 바인더 수지로 적용하고, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌, 및 탄소 섬유를 각각 최적의 함량 범위로 첨가함으로써, 상기 물성들이 우수하면서도, 낮은 비중과, 높은 인장강도, 굴곡 탄성률 및 치수안정성을 확보할 수 있는 자동차 선루프 프레임을 개발하였다.
특히, 상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌을 포함함에 따라서 폴리아미드 수지와 폴리프로필렌 수지간의 상용성이 개선되며, 폴리프로필렌의 영향으로 선루프 프레임의 비중을 낮출 수 있다. 또한, 상기 자동차 선루프 프레임은 탄소섬유 및 폴리아미드 수지를 포함함에 따라서 강성이 향상되고 우레탄 수지와의 접착력이 개선되며, 치수안정성을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 이러한 자동차 선루프 프레임의 1.2 이하의 낮은 비중은 선루프 장착에 따른 차체의 무게 중심의 변화를 최소화하여 주행 안정성 및 운동 성능을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있으며, 자동차의 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 프레임의 탁월한 치수 안정성은 스틸과 플라스틱 조성물의 온도 변화에 따른 수축율차에 의하여 발생되는 크랙 현상을 방지 할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 자동차 선루프 프레임은 우레탄 접착제가 열에 의하여 경화 될 때, 폴리아미드 수지와 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌의 디카르복실산 또는 산무수물과 화학적 결합을 이루게 되기 때문에 우레탄 소재와의 접착력이 뛰어나, 우레탄 접착제를 이용하여 강화유리 및 차체와 결합되는 부위의 수밀성이 현저히 높게 나타날 수 있다.
상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은 폴리아미드 수지에 탄소 섬유를 첨가하여 기계적 강성을 향상시킬 수 있고, 가공시 흐름성을 강화하여 표면 특성을 향상 시킬 수 있다. 또한, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌을 최적 범위로 포함하여 상기 프레임의 비중을 낮출 수 있고, 추가적인 상용화제의 사용 없이도 현저히 향상된 가공성, 생산성을 확보할 수 있으며, 장기 사용시의 기계적 물성의 저하를 최소화 할 수 있다.
구체적으로, 상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은, 상기 폴리아미드(polyamide) 수지 및 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 간의 가교 반응물 또는 중합 반응물을 포함하는 바인더 수지와 상기 바인더 수지 상에 분산 또는 함침된 탄소섬유를 포함할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 탄소 섬유는 상기 폴리아미드 수지에 함침된 상태로 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 바인더 수지 중 주로 폴리아미드(polyamide) 수지로부터 유래한 부분에 주로 분포 또는 함침되어 있을 수 있다.
상기 폴리아미드(polyamide) 수지의 구체적인 예로는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 6/66의 공중합체, 나일론 6/66/610 공중합체, 나일론 MXD6, 나일론 6T, 나일론 6/6T 공중합체, 나일론 66/PP 공중합체 또는 나일론 66/PPS 공중합체를 들 수 있다. 상기 폴리아미드 수지로 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 610, 나일론 612, 또는 나일론 6/66의 공중합체를 사용하는 것이 바람직하고, 나일론 6, 나일론 66, 또는 나일론 6/66의 공중합체를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 폴리아미드 수지는 2.0 내지 4.0, 바람직하게는 2.5 내지 3.5의 상대점도(황산96% 용액)를 가질 수 있다. 상기 폴리아미드 수지의 상대 점도는 상온에서 황산 96% 용액을 사용하여 측정한 상대 점도를 의미한다. 구체적으로, 일정한 폴리아미드 수지의 시편(예를 들어, 0.025g 의 시편)을 상이한 농도로 황산 96% 용액에 녹여서 2이상의 측정용 용액을 제조한 후(예를 들어, 폴리아미드 수지 시편을 0.25g/dL, 0.10g/dL, 0.05 g/dL의 농도가 되도록 96% 황산에 녹여서 3개의 측정용 용액 제작), 25℃에서 점도관을 이용하여 상기 측정용 용액의 상대 점도(예를 들어, 황산 96%용액의 점도관 통과시간에 대한 상기 측정용 용액의 평균 통과 시간의 비율)를 구할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지의 상대점도가 4.0을 초과하면 강성, 치수안정성 향상 측면에서 우수한 효과를 얻을 수 있으며, 2.0 미만에서는 유동성의 저하로 인한 표면 불량 및 미성형 현상 등을 방지할 수 있다.
또한, 상기 폴리아미드 수지의 평균 중합도는 150 내지 18,000, 바람직하게는 200 내지 15,000 인 것을 사용하여 자동차 선루프 프레임의 우수한 기계적 강성, 치수안정성, 표면 특성 및 내열 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 '디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌'은 폴리프로필렌 주쇄에 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트되어 분지쇄를 이루는 고분자를 의미한다.
상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 탄소 섬유, 폴리아미드 수지와의 상용성이 우수한 특성을 가지는 것으로, 안료 및 충진제 등과 상용성이 없으며, 비극성 물질로써 다른 종류의 폴리머와의 친화성이 낮아 다른 종류의 폴리머와 블렌드하기 어려운 한계를 가진 폴리프로필렌을 대체하기 위하여 사용할 수 있다.
상기 디카르복실산은 말레인산, 프탈산, 이타콘산, 씨트라콘산, 알케닐숙신산, 씨스-1,2,3,6 테트라하이드로프탈산, 4-메틸-1,2,3,6 테트라하이드로프탈산 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있으며, 상기 디카르복실산의 산무수물은 상술한 예의 디카르복실산 산무수물 일 수 있다. 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 바람직하게 무수말레인산이 그라프트 된 폴리프로필렌일 수 있다.
상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 상기 폴리아미드 수지 또는 탄소 섬유 등과의 상용성을 높여 가공성을 향상 시켜주는 역할을 할 수 있다.
특히, 상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임의 충격 특성을 향상시키고 장기 사용시 기계적 물성의 저하를 방지할 수 있다. 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 5 내지 25 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌의 함량이 5 중량부 미만이면 상용화제로서의 효과가 미미하며, 25 중량부를 초과하여 과량으로 첨가하게 되면 제조되는 자동차 선루프 프레임의 기계적 물성 또는 유연성이 저하될 수 있다.
그리고, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 디카르복실산 또는 이의 산무수물의 그라프트율이 1.0 내지 3.0 중량%인 폴리프로필렌일 수 있다. 디카르복실산 또는 이의 산무수물의 그라프트율이 1.0 중량% 미만이면 폴리아미드 수지와의 상용성이 떨어질 수 있고, 3.0 중량%를 초과하면 높은 점도 상승을 수반하여 혼련이 어려울 수 있다.
이러한 디카르복실산 또는 이의 산무수물의 그라프트율은 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌을 산-염기 적정하여 얻어진 결과로부터 측정할 수 있다.
예를 들어, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 약 1g을 물로 포화된 150㎖의 크실렌에 넣고 2시간정도 환류한 다음, 1중량부 티몰블루-디메틸포름아미드용액을 소량 가하고, 0.05N 수산화나트륨-에틸알콜용액으로 약간 초과 적정하여 군청색의 용액을 얻은 후, 이러한 용액을 다시 0.05N의 염산-이소프로필알콜용액으로 노란빛을 나타낼 때까지 역적정하여 산가를 구하고, 이로부터 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌에 그라프트된 디카르복실산의 양을 산출할 수 있다.
또한, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌에서 디카르복실산 또는 이의 산무수물을 그라프팅하는 방법은 당 기술분야에서 사용되는 것으로 알려진 방법을 큰 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 30,000 내지 800,000의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌의 중량평균분자량이 너무 낮은 경우 상용화제로서의 효과가 미미하며, 중량평균분자량이 너무 높은 경우 제조되는 자동차 선루프 프레임의 기계적 물성 또는 유연성이 저하될 수 있으며, 270℃의 성형온도에서 미반응물에 의해 외관에 문제가 생길 수 있다.
또한, 상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은 기계적 강성을 우수하게 유지하면서도 외관 특성을 향상시키기 위하여, 다른 성분들과 높은 상용성을 가지는 탄소 섬유(carbon fiber)를 포함할 수 있다.
상기 탄소 섬유는 폴리아미드 수지에 함침된 상태로 혼합되어 자동차 선루프 프레임이 제조될 수 있으며, 구체적으로 탄소 섬유는 폴리아미드 수지에 일정한 배열로 함침될 수 있다. 상기 탄소 섬유가 폴리아미드 수지에 함침됨으로써 제조되는 자동차 선루프 프레임의 기계적 강성이 향상될 수 있으며, 우수한 유연성을 확보할 수 있다.
상기 탄소 섬유는 5 내지 40 중량부, 바람직하게는 10 내지 25 중량부를 포함할 수 있다. 상기 탄소 섬유의 함량이 10 중량부 미만이면 최종 제품의 기계적 강성이 자동차 선루프로 사용하기에 충분치 않을 수 있고, 상기 탄소 섬유의 함량이 25중량부를 초과할 경우에는 가공상에 있어 흐름성 및 표면성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 탄소 섬유는 유기섬유를 불활성기체 속에서 적당한 온도로 열처리해 탄화, 결정화시킨 섬유로, 상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은 당 기술분야에서 사용되는 것으로 알려진 탄소 섬유를 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 탄소 섬유는 0.1mm 내지 20 mm, 또는 1 내지 10 mm의 길이를 가질 수 있고, 0.1μm 내지 20 μm, 또는 1μm 내지 10 μm 의 단면 직경을 가질 수 있다. 이러한 탄소 섬유는 폴리아크리로니트릴(PAN) 섬유 또는 피치 섬유를 1000 내지 3000℃로 소성하여 얻어진 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 탄소 섬유는 다른 성분들과 높은 상용성을 가질 수 있어서, 제조되는 자동차 선루프 프레임의 인장 강도, 굴곡강도, 굴곡탄성, 열변형온도 및 충격 강도 등의 물성의 저하 없이, 외관 특성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 탄소 섬유의 표면에는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 또는 이들의 혼합물이 결합되어 있을 수 있다. 상기 탄소 섬유(Carbon fiber)는 탄소를 주요 성분으로 포함하기 때문에, 다른 고분자와 반응성 및 접착성이 낮을 수 있다. 이에 따라, 상기 자동차 선루프 프레임에는 다른 고분자와의 반응성이 우수하고, 접착력이 높은 폴리에스테르 수지 또는 폴리우레탄 수지가 표면에 결합된 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 이에 따라, 상기 탄소 섬유는 상기 자동차 선루프 프레임에 포함되는 다른 성분들에 대하여 높은 상용성, 접착성 및 반응성을 가질 수 있다.
한편, 상기 자동차 선루프 프레임은 폴리아미드 수지, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 및 탄소 섬유 이외에, 금속 기재를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 기재는 스틸, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 스칸듐, 이트륨, 코발트, 크롬, 니켈, 탄탈륨, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 합금일 수 있다.
즉, 상기 자동차 선루프 프레임은 상기 폴리아미드 수지, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 및 탄소 섬유를 포함하는 수지 조성물과 상기 금속 기재를 포함할 수 있다.
상기 수지 조성물과 상기 금속 기재는 혼합된 상태이거나 적층된 상태 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 조성물 내에 상기 금속 기재가 함침되거나, 상기 수지 조성물 외부에 상기 금속 기재가 결합되어 있거나, 상기 금속 기재 외부에 상기 수지 조성물이 결합 또는 적층된 상태일 수 있다.
또한, 상기 자동차 선루프 프레임은 상기 폴리아미드 수지, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 및 탄소 섬유 등의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 다양한 첨가제를 적정량 범위에서 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착성 증진제, 열안정제, 이형제, 대전방지제, 중화제, UV 안정제, Slip제, 산화방지제 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은 비중이 1.2 이하일 수 있다. 상기 자동차 선루프 프레임의 비중은 차량 상단부의 중량과 밀접한 관련이 있는 것으로, 상기와 같이 선루프 프레임의 비중을 1.2이하로 낮춰, 선루프 장착에 따른 차체의 무게 중심의 변화를 최소화하여 주행 안정성 및 운동 성능을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
그리고, 상기 자동차 선루프 프레임은 인장 강도가 1,900 kg·f/㎠ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 1,900 내지 100,000 kg·f/㎠일 수 있다. 또한, 상기 선루프 프레임은 굴곡 탄성률이 100,000 kg·f/㎠ 이상일 수 있고, 바람직하게는 100,000 내지 150,000 kg·f/㎠ 일 수 있다. 상기 인장 강도와 굴곡 탄성률은 기계적 물성을 나타내는 특성으로, 상기 범위의 물성을 갖는 자동차 선루프 프레임은 인장 강도와 굴곡 강도, 굴곡탄성률이 우수하여 기존에 사용되던 스틸 프레임을 대체하여 적용 할 수 있다.
이에 더하여, 상기 자동차 선루프 프레임은 10℃, 20℃, 및 30℃ 에서의 선팽창 계수의 표준편차가 1 이하일 수 있다. 상기 선팽창 계수는 열팽창에 따른 길이의 변화의 비율을 나타내는 것으로, 상기 자동차 선루프 프레임은 온도 변화에 따른 선팽창 계수의 변화가 적어 온도의 변화에 따른 프레임의 수축률과 팽창률이 낮게 나타날 수 있다. 특히, 상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은 10℃, 20℃, 및 30℃ 에서의 선팽창 계수의 표준편차가 1 이하를 나타내어, 치수 안정성이 매우 우수할 수 있고, 온도 변화에 따른 프레임의 수축, 팽창에 의해 나타날 수 있는 크랙의 발생률을 큰 폭으로 감소 시킬 수 있다.
상기 자동차 선루프 프레임은 폴리아미드 수지 50 내지 80 중량부, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 5 내지 25 중량부, 탄소섬유 10 내지 25 중량부를 포함하는 수지 조성물을 제조하고, 당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것으로 알려진 수지 조성물의 가공 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 일 구현예의 자동차 선루프 프레임은 스틸 인서트 사출 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명은 낮은 비중을 가지면서도 인장강도 및 굴곡 탄성률이 우수하며, 우레탄 소재와의 접착력 및 치수 안정성이 뛰어난 자동차 선루프 프레임을 제공할 수 있다.
상기 자동차 선루프 프레임은 수밀성, 내후성, 내광성, 치수안정성, 내열성, 내크랙성, 접착성 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라, 비중이 낮으면서도, 우수한 우레탄 소재와의 접착력 및 내열내한 싸이클 평가시에도 크랙이 발생하지 않을 만큼의 치수 안정성 등을 확보할 수 있어, 자동차 선루프 프레임 이외에 자동차 내외장재로도 사용될 수 있으며, 특히 저비중 및 고강성을 요하는 엔지니어링 플라스틱(PBT/ASA) 또는 알루미늄 등의 steel소재로도 적용 할 수 있다.
도1은 자동차 선루프 프레임 사진이다.
도2는 자동차 선루프 사진이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예1 ]: 자동차 선루프 프레임의 제조 및 물성 평가
무수말레인산이 2.226 중량% 그라프트된 폴리프로필렌 15중량%, 나일론 6(EN 200) 60중량%, 탄소섬유 25 중량%를 포함하는 조성물을 제조하였다. 그리고, 텀블러를 이용하여 상기 조성물을 20~40 rpm 으로 30분간 교반시키고, 스크류 직경 40 mm의 twin screw extruder를 이용하여 혼합한 후 함침 다이를 통하여 탄소섬유를 함침시켜 장섬유 형태의 펠렛으로 제조하였다. 완성된 펠렛 샘플을 전동사출기를 이용하여 280 내지 300℃에서 사출하여 자동차 선루프 프레임 물성분석 시편을 얻었다. 이와 같은 시편을 다음과 같은 평가 방법에 의하여 각각의 물성을 평가하여 하기 표1 및 표2에 그 결과를 나타내었다.
[ 실시예2 ]: 자동차 선루프 프레임의 제조 및 물성 평가
무수말레인산이 2.226 중량% 그라프트된 폴리프로필렌 15중량%, 나일론 6(EN 200) 65중량%, 탄소섬유 20 중량%를 포함하는 조성물을 제조하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 선루프 프레임 시편을 제조하고, 물성을 평가하여 하기 표1및 표2에 그 결과를 나타내었다.
[ 실시예3 ]: 자동차 선루프 프레임의 제조 및 물성 평가
무수말레인산이 2.226 중량% 그라프트된 폴리프로필렌 15중량%, 나일론 6(EN 200) 70중량%, 탄소섬유 15 중량%를 포함하는 조성물을 제조하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 선루프 프레임 시편을 제조하고, 물성을 평가하여 하기 표1및 표2에 그 결과를 나타내었다.
[ 실시예4 ]: 자동차 선루프 프레임의 제조 및 물성 평가
무수말레인산이 2.226 중량% 그라프트된 폴리프로필렌 15중량%, 나일론 6(EN 200) 75중량%, 탄소섬유 10 중량%를 포함하는 조성물을 제조하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 선루프 프레임 시편을 제조하고, 물성을 평가하여 하기 표1및 표2에 그 결과를 나타내었다.
[ 비교예1 ]: 자동차 선루프 프레임의 제조 및 물성 평가
PBT/ASA 소재(Blend Of Polybutylene Terephthalate and Acrylonitrile /Butadiene/Styrene, PBT/ASA/GF)를 이용하여 자동차 선루프 프레임을 제조하고, 물성을 평가하여 하기 표1 및 표2에 그 결과를 나타내었다.
[물성 측정 방법]
상기 실시예 및 비교예에서는 다음과 같은 방법으로 실험을 진행하였다.
1. 인장강도
(1) 시험방법 : ASTM D 638 에 준함
(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)
(2) 시험기기 : WL2100 (WITHLAB 사, 한국)
(3) 시험속도 : 5 mm/min
(4) 로드셀 : 10 000 N
(5) 지간거리 : 115 mm
(6) 시험단위 : SI(MKS) 단위계, CGS 단위계
(7) 시험환경 : (23 ± 2) ℃, (50 ± 5) % RH
2. 굴곡시험 조건
(1) 시험방법 : ASTM D 790 (Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials)
(2) 시험기기 : WL2100 (WITHLAB 사, 한국)
(3) 시험속도 : 10 mm/min
(4) 로드셀 : 3 000 N
(5) 지간거리 : 100 mm
(6) 시험단위 : SI(MKS) 단위계, CGS 단위계
(7) 시험환경 : (23 ± 2) ℃, (50 ± 5) % RH
(8) 탄성조건 : 0.05 mm ~ 0.25 mm
3. 비중시험 조건
(1) 시험방법 : ASTM D 792 에 준함(Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement)
(2) 시험기기 : MD-300S (MIRAGE 사, 일본)
(3) 시험환경 : (23 ± 2) ℃, (50 ± 5) % RH
4. IZOD 충격저항시험 조건
(1) 시험 방법 : ASTM D 256 (Standard Test Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics)
(2) 시험 기기 : WL2200 (WITHLAB 사, 한국)
(3) 시편 형상 : IZOD specimen (Notched)
(4) 추(Pendulum)무게 : 709 g
(5) 각도(Angle of hammer) : 130 도
(6) 충격속도 : 3.5 m/sec
(7) 시험환경 : (23 ± 2) ℃, (50 ± 5) % RH
5. 열변형온도시험 조건
(1) 시험 방법 : ASTM D 648 (Standard Test Method for Deflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the Edgewise Position)
(2) 시험 기기 : 6M-2 (TOYOSEKI 사, 일본)
(3) 하중 조건 : 1.8 MPa
비중 인장강도 굴곡강도 굴곡탄성률 충격강도(상온) 열변형온도
단위 - kg·f/㎠ kg·f/㎠ kg·f/㎠ kg·f/㎠ ℃
실시예 1 1.175 2681 2942 122523 14.6 200
실시예 2 1.164 2532 2814 119127 14.5 200
실시예 3 1.158 2387 2756 112174 14.2 200
실시예 4 1.149 1970 2550 102150 15 200
비교예 1 1.43 1300 1800 81000 9 195
선팽창 계수 평균 표준편차
단위:㎛/(m·℃) 10℃ 20℃ 30℃
실시예 1 7.712 8.014 8.527 8.084 0.412027
실시예 2 7.794 8.507 8.731 8.344 0.489305
실시예 3 10.99 11.31 11.9 11.4 0.461628
실시예 4 16.46 17.63 17.74 17.27667 0.709389
비교예 1 7.102 22.55 29.17 19.60733 11.32447
상기 실시예 및 표1에 나타난 바와 같이, 상기 실시예의 자동차 선루프 프레임은 비중이 1.2 이하로 낮으면서도, 인장강도가 1,970 또는 2,300 kg·f/㎠ 이상으로 높고, 굴곡 탄성률 또한 100,000 kg·f/㎠ 이상을 나타내어, 기존의 자동차 선루프 프레임에 비하여 비중은 낮으면서도 기계적 강성은 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 표2에 나타난 바와 같이, 상기 실시예의 자동차 선루프 프레임은 온도 변화에 따른 선팽창 계수의 변화가 적어 온도의 변화에 따른 프레임의 수축률과 팽창률이 낮으므로 치수 안정성이 매우 우수함을 확인할 수 있었으며, 실제 자동차 선루프 프레임으로 적용시 크랙의 발생률이 매우 적을 것임을 유추할 수 있다.
이에 반하여, 기존에 사용되던 소재로 제조한 선루프 프레임인 비교예 1은 비중이 1.43으로 매우 높아 이를 적용하는 경우 차량 상단부의 중량이 높아져 주행 안정성이 매우 낮아질 수 있으며, 자동차 연비 효율에 있어서 저해 요소로 작용 할 수 있다. 또한, 상기 비교예 1은 선팽창 계수가 온도가 증가함에 따라 현저히 증가하여, 선루프 프레임이 온도 변화에 따라 수축과 팽창을 반복하여 크랙이 발생할 수 있음을 유추할 수 있다.

Claims (13)

  1. 폴리아미드(polyamide) 수지 50 내지 80 중량부; 중량평균분자량이 30,000 내지 800,000인 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌 5 내지 25 중량부; 및 탄소섬유 10 내지 25 중량부;를 포함하고,
    비중이 1.2 이하이며, 10℃, 20℃, 및 30℃ 에서의 선팽창 계수의 표준편차가 1 이하인 자동차 선루프 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아미드 수지는, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 6/66의 공중합체, 나일론 6/66/610 공중합체, 나일론 MXD6, 나일론 6T, 나일론 6/6T 공중합체, 나일론 66/PP 공중합체, 및 나일론 66/PPS 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는, 자동차 선루프 프레임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아미드 수지는 2.0 내지 4.0의 상대점도(황산96% 용액)를 가지는, 자동차 선루프 프레임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 디카르복실산 또는 이의 산무수물의 그라프트율이 1 내지 3 중량%인, 자동차 선루프 프레임.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 상기 폴리아미드 수지에 함침되어 있는, 자동차 선루프 프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 0.1mm 내지 20 mm 의 길이 및 0.1μm 내지 20 μm 의 단면 직경을 갖는, 자동차 선루프 프레임.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 섬유의 표면에는 폴리에스테르 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자가 결합되어 있는, 자동차 선루프 프레임.
  9. 제1항에 있어서,
    금속기재를 더 포함하는, 자동차 선루프 프레임.
  10. 제1항에 있어서,
    접착성 증진제, 열안정제, 이형제, 대전방지제, 중화제, UV 안정제, Slip제, 및 산화방지제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는, 자동차 선루프 프레임.
  11. 제1항에 있어서,
    인장 강도가 1,900 kg·f/㎠ 이상인, 자동차 선루프 프레임.
  12. 제1항에 있어서,
    굴곡 탄성률이 100,000 kg·f/㎠ 이상인, 자동차 선루프 프레임.
  13. 삭제
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