KR101487310B1 - 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 - Google Patents

기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리페닐렌 설파이드 수지, 액정고분자 수지, 탄소섬유 및 가공조제를 혼합하여 우수한 기계적 강도가 있으면서, 압출 가공성이 안정적이고 연속적인 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물은, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지, 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP) 수지, 탄소섬유(carbon fiber, CF) 및 가공조제로서 아인산(phosphorous acid) 또는 아인산을 포함하는 인계화합물을 포함하여 구성된다.

Description

기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 {Resin composition excellent in mechanical strength and extrusion processibility and Molded article produced therefrom}
본 발명은 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 액정고분자 수지, 탄소섬유 및 가공조제로서 아인산 또는 아인산을 포함하는 인계화합물을 혼합하여 이뤄진 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기에서 디스플레이가 차지하는 부분이 커지고 있고, 터치스크린과 같은 디스플레이를 사용하는 경우가 늘어나고 있다.
상술한 터치스크린과 같은 디스플레이는 내구성이 약하기 때문에 이러한 디스플레이를 보호하기 위하여 내장 브래킷과 같은 보강구조물이 일반적으로 필요하다.
상기 내장 브래킷과 같은 보강구조물은 기존 휴대폰에도 적용되었으나, 최근 디스플레이의 크기가 확대되면서 디스플레이 보호를 위한 보강구조물의 역할이 더욱더 중요시되고 있다.
보강구조물을 제작하기 위한 재료는 디스플레이를 보호하기 위해 강성이 좋아야 하기 때문에 마그네슘(Mg), 스테인레스 스틸(stainless steel), 알루미늄(Al) 등과 같이 굴곡 탄성 계수가 높은 재료가 사용되고 있다.
상술한 보강구조물용 재료 중 가장 많이 사용되는 금속은 마그네슘이지만, 가격이 비싸고, 가공온도가 650˚C이상으로 가공과정의 에너지 소비가 많아 가공비가 증가하는 단점이 있고, 또한, 공기 중에서 부식이 쉽게 발생하기 때문에 부식방지를 위한 방청처리가 요구되는 단점이 있었다.
또한, 상기 마그네슘을 절단가공시 절단 부분의 테두리에 발생하는 버(burr) 등 날카로운 부분을 제거하는 바렐 연마(Barrelling) 등의 후가공으로 인한 비용증가와 생산일정증가로 인해 제품의 가격 경쟁력 및 대량 생산성을 어려운 문제점이 있었다.
상술한 보강구조물용 재료 중 스테인레스 스틸은 마그네슘에 비해 가격은 저렴하지만, 후가공이 필요하고 비중이 6.5 ~ 8.5로 매우 높아 제품 경량화가 어렵다는 문제점이 있었다.
한편, 강화섬유와 열가소성 수지로 이루어진 조성물은 경량이면서 뛰어난 기계적 특성이 있기 때문에 금속 소재를 대체하여 자동차 및 전기 전자 용도로 널리 사용되고 있다.
강화섬유는 그 용도에 따라 여러 가지 형태로 성형품을 강화시키고 있고, 예를 들어, 알루미늄 섬유나 스테인레스 섬유 등의 금속 섬유, 아라미드 섬유나 PBO 섬유 등의 유기 섬유, 실리콘 카바이드 섬유 등의 무기섬유, 탄소섬유 등이 사용되고 있으며, 비강도, 비강성의 관점에서 경량성을 높이는 목적으로 탄소섬유가 널리적용되고 있다.
강화섬유와 열가소성 수지로 이루어진 조성물의 일예로 탄소섬유강화 액정폴리머 수지 조성물이 있다.
상기 탄소섬유강화 액정폴리머 수지 조성물은 기계적 물성이 뛰어나며 박막성형이 가능하여 금속소재 대체에 가장 적합하다고 알려져 있다.
그러나, 상기 탄소섬유강화 액정폴리머 수지 조성물은 이방성으로 인해 배향방향에 따라 물성 차이가 매우 크며, 웰드라인(weld line)의 접합이 좋지 못하여 내장 브래킷과 같은 보강구조물 제조 시 취약부분이 많이 존재한다는 문제점이 있었다.
또한, 상기 탄소섬유강화 액정폴리머 수지 조성물은 액정고분자 압출시 액정고분자의 용융점도가 낮고, 결정화가 빠른 특성으로 인해 탄소섬유의 함량이 늘어날수록 스트랜드(strand)가 거칠어지고, 냉각속도가 빨라 펠레타이징(pelletizing)이 어려워 압출 생산성이 불량하며, 상용화가 어려운 문제점이 있었다.
강화섬유와 열가소성 수지로 이루어진 조성물의 다른 일예로 탄소섬유강화 폴리페닐렌 설파이드 수지 조성물이 있다.
상기 탄소섬유강화 폴리페닐렌 설파이드 수지 조성물도 기계적 물성이 우수하다는 장점이 있지만, 내충격성이 부족하고 사출성형시에 용융장력이 부족하여 사출 성형성이 불량한 문제점이 있었다.
한편, 국제공개특허 제WO2005/000964호에는 폴리페닐렌 황화물 수지를 기재로 하고, 열가소성 수지와 기능성 성분을 더 포함하여 구성됨에 따라 굴곡특성 및 내크리프 특성이 우수하고 도전성이 양호한 도전성 엔드리스 벨트 및 이를 이용한 화상 형성 장치가 제안되었다.
그러나, 상기 도전성 엔드리스 벨트는 보강구조물의 용도로 사용되기에 기계적 강도 특성이 적합하지 않았다.
또한, 일본특허공보 제3034335호에는 폴리아닐렌 설파이드 수지, 액정성 폴리머, 섬유상 충전재 및/또는 분립자상 충전재를 포함하여 구성됨에 따라 기계적 강도, 내열성이 우수하고 사출성형 시 버(burr) 발생이 적은 폴리아닐렌설파이드 수지조성물이 제안되었다.
그러나, 상기 폴리아닐렌설파이드 수지조성물은 보강구조물의 용도로 사용되기에 기계적 강도가 부족하고, 특히, 수지 조성물 제조시 압출 작업성이 불량한 문제점이 있었다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 액정고분자 수지, 탄소섬유 및 가공조제로서 아인산 또는 아인산을 포함하는 인계화합물을 혼합하여 이뤄져 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지, 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP) 수지, 탄소섬유(carbon fiber, CF) 및 가공조제로서 아인산(phosphorous acid) 또는 아인산을 포함하는 인계화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물이 개시된다.
바람직하게, 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지 30 내지 95 중량%, 상기 액정고분자 수지 5 내지 70 중량%를 포함하는 기초 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 탄소섬유 10 내지 100 중량부, 상기 가공조제 0.1 내지 2.0 중량부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는, 316℃, 2.16kg의 하중 조건에서, 용융지수(MI, Melt Index)가 10g/10min 내지 300g/10min일 수 있다.
바람직하게, 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는, 선형 또는 가교형일 수 있다.
바람직하게, 상기 액정고분자 수지는, 전방향족 폴리에스테르계 수지 또는 전방향족 폴리에스테르아미드계 수지일 수 있다.
바람직하게, 전방향족 폴리에스테르계 수지 또는 전방향족 폴리에스테르아미드계 수지는, 0.3 dl/g 이상의 고유 점도를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 탄소섬유는, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 것이 부착될 수 있다.
바람직하게, 상기 탄소섬유는, 직경이 20㎛이하이고, 길이가 1㎜ 내지 60㎜일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 측면에 따르면, 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물로 제조된 성형품이 개시된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 액정고분자 수지, 탄소섬유 및 가공조제를 혼합하여 우수한 기계적 강도가 있으면서, 압출 가공성이 안정적이고 연속적인 수지 조성물을 제공한다는 이점이 있다.
또한, 상기 탄소섬유를 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 것이 부착됨에 따라, 탄소섬유 다발의 집속성을 높여 취급시의 보푸라기 발생을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상술한 바와 같은 수지 조성물로 성형되어 제조되는 성형물을 제공할 수 있다는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물은, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지, 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP) 수지, 탄소섬유(carbon fiber, CF) 및 가공조제로서 아인산(phosphorous acid) 또는 아인산을 포함하는 인계화합물을 포함한다.
한편, 상술한 구현예에 따른 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물의 상기 구성 성분을 각각 상세히 설명한다.
(A) 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지
본 구현예에 사용될 수 있는 폴리페닐렌 설파이드 수지는 하기 화학식 1로 나타나는 반복단위를 70mol% 이상 함유한 폴리페닐렌 설파이드 수지가 바람직하다.
이는, 상기 화학식 1로 나타나는 반복단위가 70 mol% 이상 함유한 것이 결정성 폴리머의 특징인 결정화도가 높고 내열성, 내약품성 및 강도에서 뛰어나기 때문이다.
[화학식 1]
Figure 112012092376600-pat00001
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 제조방법에 따라 선형 또는 가교형으로 제조될 수 있으며, 본 구현예에서는 그 어느 쪽도 유효하다.
상기 선형 폴리페닐렌 설파이드 수지의 제조방법은 일본 특공소 제52-12240에 예시되어 있고, 상기 가교형 폴리페닐렌 설파이드 수지의 제조방법은 일본 특공소 제45-3368호에 예시되어 있다.
한편, 본 구현예의 폴리페닐렌 설파이드 수지는 상기 화학식1의 반복단위와 하기 화학식 2a 내지 2h로 표시되는 다른 공중합 구성 단위 중 어느 하나의 구성 단위로 이뤄진 반복단위를 포함하여 70mol% 이상이 되도록 구성될 수도 있으며, 이때, 화학식 2a 내지 2h 중 어느 하나의 반복단위는 50mol% 미만, 바람직하게는 30mol% 미만으로 포함되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지가 화학식 1의 반복단위와 화학식 2a의 반복단위로 구성되어 80mol%가 되는 경우에, 이때, 상기 화학식 2a의 반복단위가 50mol% 미만, 바람직하게는 30mol% 미만으로 포함되는 것이다.
즉, 화학식 1의 반복단위와 화학식 2a의 반복단위로 구성되어 80mol%인 폴리페닐렌 설파이드 수지라면, 화학식 2a의 반복단위가 20mol%, 화학식 1의 반복단위가 60mol%로 이뤄질 수 있는 것이다.
[화학식 2a]
Figure 112012092376600-pat00002
[화학식 2b]
Figure 112012092376600-pat00003
[화학식 2c]
Figure 112012092376600-pat00004
[화학식 2d]
Figure 112012092376600-pat00005
[화학식 2e]
Figure 112012092376600-pat00006
[화학식 2f]
Figure 112012092376600-pat00007
[화학식 2g]
Figure 112012092376600-pat00008
(상기 'R'은 알킬기, 니트로기, 페닐기, 알콕시기, 카르복실기, 메틸카르복실레이트기 중 어느 하나임)
[화학식 2h]
Figure 112012092376600-pat00009
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 열안정성이나 작업성을 고려하여 용융지수(MI, Melt Index)가 316℃, 2.16kg의 하중 조건에서 10g/10min 내지 300g/10min의 값을 가지는 것이 바람직하다.
용융지수가 10g/10min 미만일 경우에는 혼련성 및 사출공정 시 작업성 저하의 문제가 발생하고, 용융지수가 300g/10min을 초과하는 경우에는 강도 저하의 문제가 발생한다.
(B) 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP) 수지
본 구현예에 사용될 수 있는 액정고분자 수지는 전방향족 폴리에스테르계 수지 또는 전방향족 폴리에스테르아미드계 수지를 사용할 수 있다.
먼저, 본 구현예에 사용될 수 있는 전방향족 폴리에스테르계 수지는, 최소값이 0.3dl/g로 특정 지어지는 고유 점성의 높은 분자량을 가지며, 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5로 이루어지는 군으로부터 최소한 하나 이상 선택되는 반복단위로 이루어질 수 있다.
한편, 설명의 편의상 화학식 3 ~ 5에 의해 정의되는 각 반복단위를 반복단위 3 ~ 5로서 설명한다.
[화학식 3]
Figure 112012092376600-pat00010
(상기 'R1'은 메틸기, 에틸기, 염소 또는 브롬임)
[화학식 4]
Figure 112012092376600-pat00011
[화학식 5]
Figure 112012092376600-pat00012
이때, 반복단위 3, 4, 및 5로 구성된 액정고분자 수지(전방향족 폴리에스테르계 수지)의 바람직한 mol%는 반복단위 3이 반복단위 4 및 5의 합에 대하여 약 50 mol%이다.
여기서 반복단위 4 및 5로 구성된 액정고분자(전방향족 폴리에스테르계 수지)의 바람직한 mol%는 반복단위 4가 0 내지 70 mol%이며, 반복단위 5가 100 내지 30 mol%이다.
다음으로, 본 구현예에 사용될 수 있는 전방향족 폴리에스테르아미드계 수지는, 최소값이 0.3dl/g로 특정 지어지는 고유 점성의 높은 분자량을 가지며, 상기 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5로 이루어진 군으로부터 최소한 하나 이상 선택되는 반복단위와 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위로 이루어질 수 있다.
한편, 설명의 편의상 화학식 6에 의해 정의되는 각 반복단위를 반복단위 6으로서 설명한다.
[화학식 6]
Figure 112012092376600-pat00013
(상기 'A'는 산소 또는 NH임)
이때, 상기 액정고분자(전방향족 폴리에스테르아미드계 수지)의 바람직한 mol%는, 상기 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5로 이루어진 군으로부터 최소한 하나 이상 선택되는 반복단위에 대하여, 반복단위 6의 A가 산소일 경우에 반복단위 6이 10 내지 75 mol%, 반복단위 6의 A가 NH일 경우 5 내지 100 mol%인 것이 바람직하다.
예를 들어, 반복단위 3 및 6으로 구성된 액정고분자(전방향족 폴리에스테르아미드계 수지)의 경우, 바람직한 mol%는 반복단위 6의 A가 산소일 경우 반복단위 3에 대하여 반복단위 6이 10 내지 75 mol%, A가 NH일 경우 5 내지 100 mol%로 이뤄진다.
상술한 바와 같은 전방향족 폴리에스테르계 수지 및 폴리에스테르아미드계 수지는, 예를 들어, 유럽특허출원 제86420013.4호(EP0191705), 유럽특허출원 제87420327.6호(EP0272992), 미국등록특허 제4,161,470호 및 미국등록특허 제4,330,457호에 예시되어 있다.
(C) 탄소섬유(carbon fiber, CF)
본 구현예에 사용될 수 있는 탄소섬유는 직경이 20㎛이하이고, 길이가 1~60㎜인 것을 사용할 수 있다.
탄소섬유의 직경이 20㎛ 초과하는 경우에는 수지 조성물 내의 분산성이 나빠지는 문제점이 있다.
또한, 탄소섬유의 길이를 1~60mm의 범위로 함으로써 보강 효과와 성형시의 유동성을 양립시킬 수 있으며, 탄소섬유의 길이가 3~50mm인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 탄소섬유는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지 및 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 것이 부착(sizing)되는 것이 바람직하다.
이는, 탄소섬유에 상술한 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지 및 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 것이 부착됨에 따라 탄소섬유 다발의 집속성을 높여 취급시의 보푸라기 발생을 억제할 수 있기 때문이다.
(D) 가공조제(아인산 또는 아인산을 포함하는 인계화합물)
본 구현예에 사용될 수 있는 가공조제는 아인산(phosphorous acid, H3PO3) 또는 아인산을 포함하는 인계화합물을 사용할 수 있다.
한편, 상기 아인산을 포함하는 인계화합물은 하기 화학식 7로 이뤄진 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112012092376600-pat00014
(여기서, 상기 R1, R2, R3은 서로 같거나 다르며, 탄소수가 1~12까지인 지방족 알킬기나 1개 이상의 벤젠 고리를 포함하는 탄소수가 1~18까지인 방향족 또는 그 유도체를 나타냄)
한편, 우수한 기계적 강도와 압출 가공성을 제공하기 위하여 본 구현예의 수지 조성물은, 바람직하게, 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지(A) 30 내지 95 중량%, 상기 액정고분자 수지(B) 5 내지 70 중량%를 포함하는 기초 수지 조성물((A) + (B)) 100 중량부에 대하여, 상기 탄소섬유(C) 10 내지 100 중량부, 상기 가공조제(D, 아인산 또는 아인산을 포함하는 인계화합물) 0.1 내지 2.0 중량부를 포함한 형태일 수 있다.
상기 기초 수지 조성물((A) + (B))은 폴리페닐렌 설파이드 수지(A) 30~95 중량%, 액정고분자 수지(B) 5~70 중량%로 이루어지는 것이 바람직하며, 액정고분자 수지(B)가 5 중량% 미만(또는 폴리페닐렌 설파이드 수지(A)가 95 중량%를 초과)인 경우에는 기계적 물성의 증가가 없어 우수한 기계적 강도를 구현할 수 없는 문제점이 있으며, 액정고분자 수지(B)가 70 중량%를 초과(또는 폴리페닐렌 설파이드 수지(A)가 30 중량% 미만)하는 경우에는 압출 가공성이 좋지 못한 문제점이 있다.
상기 기초 수지 조성물((A) + (B)) 100 중량부에 대하여, 상기 탄소섬유(C)는 10 내지 100 중량부가 포함되는 것이 바람직하며, 상기 탄소섬유(C)가 10 중량부 미만으로 포함된 경우에는 섬유상 강화제를 혼합하는 효과(기계적 강도 증가 효과)가 발현되지 않는 문제점이 있으며, 상기 탄소섬유(C)가 100 중량부를 초과하여 포함된 경우에는 조성물의 혼련성, 분산성이 저하되고, 압출가공시의 작업성이 불량하며, 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 기초 수지 조성물((A) + (B)) 100 중량부에 대하여, 상기 가공조제(D)로서 아인산 또는 아인산을 포함하는 인계화합물이 0.1 내지 2.0 중량부가 포함되는 것이 바람직하며, 상기 가공조제(D)가 0.1 중량부 미만으로 포함된 경우에는 압출 가공성 향상이 발현되지 않아 우수한 압출 가공성을 구현할 수 없는 문제점이 있으며, 상기 가공조제(D)가 2.0 중량부를 초과하여 포함된 경우에는 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 본 발명의 수지 조성물은 공지의 수지 조성물 제조 방법으로 제조할 수 있으며, 예를 들어, 본 발명의 구성 성분을 동시에 혼합한 후에 압출기 내에서 용융 압출하고 펠렛 형태로 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 수지 조성물은 상기의 구성 성분 외에도 각각의 용도에 따라 산화방지제, 이형제, 윤활제, 착색제, 소량의 다종 폴리머 등의 기타 첨가제를 첨가할 수도 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 수지 조성물을 제조하기 위하여 사용된 각 구성성분은 다음과 같다.
(A) 폴리페닐렌 설파이드 수지
중국 Sichuan Deyang Special New Material 사의 PPS-hb를 사용하였다.
(B) 열방성 액정고분자수지
일본 Ueno 사의 액정고분자 A5000을 사용하였다.
(C) 탄소섬유
한국 Neochem 사의 CCF-6을 사용하였다.
(D) 가공조제
한국 덕산 사의 아인산을 사용하였다.
실시예 1
PPS-hb 54 중량부, A5000 6 중량부, 아인산 0.30 중량부의 성분을 혼합한 후 통상의 혼합기에서 혼합하였다.
그 다음 이 혼합물을 L/D 41, 직경 40mm 이축압출기에서 투입, 용융, 혼합하면서, 이 혼합 용융물에 CCF-6 40 중량부를 투입, 혼련시켜 스트랜드(Strand)를 압출성형하고, 냉각 탈수, 절단시켜 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다.
기계적 물성 측정을 위해 150톤 사출기에서 ASTM 규격의 시편을 23℃, 상대습도 50%에서 24시간 방치 후, 인장시험은 ASTM D638, 굴곡실험은 ASTM D790, 충격시험은 ASTM D256으로 측정하였다.
압출 가공성은 수지 조성물의 스트랜드(Strand) 압출 성형성을 평가하였으며, 구체적으로, 압출 가공성의 양호, 보통, 불량을 판단하는 기준은 스트랜드(Strand)의 형성 유무, 스트랜드(Strand)의 표면 상태, 커팅(Cutting) 상태로 측정하였다.
그 결과, 기계적 강도는 인장강도 2,136㎏/㎠, 신율 0.79%, 굴곡강도 3,187㎏/㎠, 굴곡탄성률 305,297㎏/㎠, IZOD 충격강도 7.53㎏㎝/㎝로 측정되었고, 압출 가공성은 양호한 것으로 측정되었으며, 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수함을 확인할 수 있었다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 45 중량부, A5000 15 중량부, CCF-6 40 중량부, 아인산 0.30 중량부의 조성비로 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 기계적 강도는 인장강도 2,105㎏/㎠, 신율 0.40%, 굴곡강도 2,948㎏/㎠, 굴곡탄성률 302,452㎏/㎠, IZOD 충격강도 7.60㎏㎝/㎝로 측정되었고, 압출 가공성은 양호한 것으로 측정되었으며, 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수함을 확인할 수 있었다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 38 중량부, A5000 13 중량부, CCF-6 50 중량부, 아인산 0.25 중량부의 조성비로 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 기계적 강도는 인장강도 1,987㎏/㎠, 신율 0.29%, 굴곡강도 3,048㎏/㎠, 굴곡탄성률 367,458㎏/㎠, IZOD 충격강도 6.99㎏㎝/㎝로 측정되었고, 압출 가공성은 양호한 것으로 측정되었으며, 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수함을 확인할 수 있었다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 36 중량부, A5000 24 중량부, CCF-6 40 중량부, 아인산 0.30 중량부의 조성비로 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 기계적 강도는 인장강도 1,631㎏/㎠, 신율 0.37%, 굴곡강도 2,883㎏/㎠, 굴곡탄성률 300,575㎏/㎠, IZOD 충격강도 6.81㎏㎝/㎝로 측정되었고, 압출 가공성은 양호한 것으로 측정되었으며, 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수함을 확인할 수 있었다.
실시예 5
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 42 중량부, A5000 28 중량부, CCF-6 30 중량부, 아인산 0.35 중량부의 조성비로 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 기계적 강도는 인장강도 1,862㎏/㎠, 신율 0.37%, 굴곡강도 2,904㎏/㎠, 굴곡탄성률 254,722㎏/㎠, IZOD 충격강도 7.19㎏㎝/㎝로 측정되었고, 압출 가공성은 양호한 것으로 측정되었으며, 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수함을 확인할 수 있었다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 50 중량부, A5000 10 중량부, CCF-6 40 중량부, 아인산 0.0 중량부의 조성비로 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 기계적 강도는 인장강도 1,727㎏/㎠, 신율 0.90%, 굴곡강도 3,287㎏/㎠, 굴곡탄성률 261,123㎏/㎠, IZOD 충격강도 5.21㎏㎝/㎝로 측정되었고, 압출 가공성은 보통인 것으로 측정되었으며, 기계적 강도는 어느 정도 향상되었으나 압출 가공성이 양호하지 못한 것을 확인할 수 있었다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 45 중량부, A5000 15 중량부, CCF-6 40 중량부, 아인산 0.00 중량부의 조성비로 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 압출 가공시 뚝뚝 끊어지는 현상으로 인하여 연신이 이뤄지지 않음에 따라 펠릿 형성이 불가능하였고, 압출 가공성이 불량한 것으로 확인되었으며, 이에 따라 기계적 강도는 측정할 수 없었다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 12 중량부, A5000 48 중량부, CCF-6 40 중량부, 아인산 0.60 중량부의 조성비로 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 압출 가공시 뚝뚝 끊어지는 현상으로 인하여 연신이 이뤄지지 않음에 따라 펠릿 형성이 불가능하였고, 압출 가공성이 불량한 것으로 확인되었으며, 이에 따라 기계적 강도는 측정할 수 없었다.
비교예 4
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 24 중량부, A5000 16 중량부, CCF-6 60 중량부, 아인산 0.40 중량부의 조성비로 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 압출 가공시 뚝뚝 끊어지는 현상으로 인하여 연신이 이뤄지지 않음에 따라 펠릿 형성이 불가능하였고, 압출 가공성이 불량한 것으로 확인되었으며, 이에 따라 기계적 강도는 측정할 수 없었다.
비교예 5
실시예 1과 동일한 조건하에서, PPS-hb 75 중량부, A5000 25 중량부, CCF-6 0 중량부, 아인산 0.3 중량부의 조성비로 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다.
그 결과, 기계적 강도는 인장강도 170㎏/㎠, 신율 0.49%, 굴곡강도 699㎏/㎠, 굴곡탄성률 37,841㎏/㎠, IZOD 충격강도 2.67㎏㎝/㎝로 측정되었고, 압출 가공성은 양호한 것으로 측정되었으며, 압출 가공성은 좋지만 기계적 강도가 현저하게 낮음을 확인할 수 있었다.
실시예
1 		실시예
2 		실시예
3 		실시예
4 		실시예
5		 비교예
1 		비교예
2 		비교예
3 		비교예
4 		비교예
5
PPS
(PPS-hb)
54
45
38
36
42
50
45
12
24
75
LCP
(A5000)
6
15
13
24
28
10
15
48
16
25
CF
(CCF-6)
40
40
50
40
30
40
40
40
60
0
아인산
(덕산사)
0.30
0.30
0.25
0.30
0.35
0.0
0.00
0.60
0.40
0.3

인장강도
(kg/㎠)

2,136

2,105

1,987

1,631

1,862

1,727 		　

-		 　

-

-　

170

신율
(%)

0.79

0.40

0.29

0.37

0.37

0.90 		　

-		 　

-		 　

-

0.49

굴곡강도
(kg/㎠)

3,187

2,948

3,048

2,883

2,904

3,287 		　

-		 　

-

-

699

굴곡탄성률
(kg/㎠)

305,297

302,452

367,458

300,575

254,722

261,123 		　

-

-

-

37,841

IZOD
충격강도
(kgcm/cm)

7.53

7.60

6.99

6.81

7.19

5.21		 　

-		 　

-		 　

-

2.67

압출가공
성
양호
양호
양호
양호
양호
보통
불량
불량
불량
양호
상기 표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 5의 수지 조성물은 압출 가공성이 양호할 뿐더러 기계적 강도가 우수함을 알 수 있었다.
한편, 가공조제가 첨가되지 않은 비교예 1, 비교예 2는 압출 가공성이 양호하지 않을뿐더러 압출 가공성이 확보되더라도 기계적 강도가 뛰어나지 않은 결과를 보여주었다.
또한, 비교예 3과 같이 액정고분자 수지의 함량이 너무 많거나, 비교예 4와 같이 탄소섬유 함량이 너무 많게 되면 압출 가공성이 불량함을 알 수 있었다.
한편, 비교예 5와 같이 탄소섬유가 혼합되지 않으면 기계적 물성이 양호하지 않으며, 이를 통해 탄소섬유 강화의 필요성을 알 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

Claims (9)

  1. 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지, 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP) 수지, 탄소섬유(carbon fiber, CF) 및 가공조제로서 아인산(phosphorous acid) 또는 아인산을 포함하는 인계화합물을 포함하되,
    상기 폴리페닐렌 설파이드 수지 30 내지 95 중량%, 상기 액정고분자 수지 5 내지 70 중량%를 포함하는 기초 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 탄소섬유 10 내지 100 중량부, 상기 가공조제 0.1 내지 2.0 중량부를 포함하며,
    상기 액정고분자 수지는, 0.3 dl/g 이상의 고유 점도를 갖는 전방향족 폴리에스테르계 수지 또는 전방향족 폴리에스테르아미드계 수지이며,
    상기 탄소섬유는, 직경이 20㎛이하이고, 길이가 1㎜ 내지 60㎜인 것을 특징으로 하는 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는,
    316℃, 2.16kg의 하중 조건에서, 용융지수(MI, Melt Index)가 10g/10min 내지 300g/10min인 것을 특징으로 하는 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는,
    선형 또는 가교형인 것을 특징으로 하는 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유는,
    우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 것이 부착된 것을 특징으로 하는 기계적 강도 및 압출 가공성이 우수한 수지 조성물.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제3항, 제4항, 제7항 중 어느 한 항에 따른 수지 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 성형품.
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