KR101509048B1 - 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드 - Google Patents

유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드에 관한 것으로, 상세하게는 유리섬유, 폴리아미드 및 실란계 커플링에이전트를 균일하게 혼합하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1의 혼합물에 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법 및 이에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드를 제공한다.
본 발명은 유리섬유와 상용성이 있는 무기 관능기와, 폴리아미드와 상용성이 있는 유기 관능기를 모두 지닌 실란계 커플링에이전트를 첨가하여 유리섬유와 폴리아미드를 연결해주고, 복합재의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 비닐기를 포함하는 상기 커플링에이전트가 방사선 조사에 의한 가교반응을 촉진시키는 효과가 있다. 나아가, 상기 혼합물에 방사선을 조사하여, 가교반응에 의해 3차원의 그물을 형성함으로써, 유리섬유와 폴리아미드간의 단순한 상용성에 의한 흡착 거동의 한계를 극복하고 고온 습윤 하에서도 기계적 물성이 향상되는 효과가 있다.

Description

유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드{Method for producing glass fiber-reinforced polyamide and the glass fiber-reinforced polyamide thereby}
본 발명은 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드에 관한 것으로, 상세하게는 실란계 커플링에이전트와 방사선 조사를 사용하여 기계적 강도가 향상된 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드에 관한 것이다.
근래에 와서 산업이 급격하게 발달하고 지구온난화에 따른 환경문제와 에너지 절감, 소재에 대한 신뢰성과 강도의 증대 등과 같은 요구가 여러 산업의 중요한 화두로 작용하고 있다. 또한 생산 제품이 고급화 기능화됨에 따라 강도가 우수하거나 특수한 기능을 발휘할 수 있는 다양한 소재 및 부품의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
산업에 적용되고 있는 여러 가지 소재 중에서도 고분자 소재는 금속 재료에 비하여 가격이 저렴하고, 가벼우며, 화학적 안정성이나 내식성이 우수할 뿐만 아니라 복합소재로의 적용이 용이하기 때문에 많은 관심이 집중되고 있다.
이와 같은 장점을 지닌 플라스틱은 자동차 소재 산업에서 그 비중이 점차 늘어가고 있지만 열적, 기계적 성질이 요구치에 부합하지 않아, 사용영역이 제한되고 있는 실정이다.
이에 대한 해결책으로 섬유강화 복합재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이며 수지의 열적, 기계적 특성을 향상시키기 위해서 기존의 가황 공정이나 열 경화 공정을 대신하여 방사선을 이용한 플라스틱의 제조 기술개발이 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 섬유강화 복합재료에 있어서 섬유강화의 효과는 섬유의 길이와 배향 등의 물리적인 요인과 함께 섬유와 수지간의 계면 성질이 매우 중요한 요인이 되며, 복합재료의 기계적 기능적 물성 향상을 위해 열 표면처리, 화학적 표면처리, 전기 화학적 표면처리, 표면코팅(무기질 또는 유기질코팅) 및 커플링제 처리 등과 같은 충전제 또는 고분자의 표면 처리가 사용되어 왔다.
일반적으로 고무나 플라스틱과 같은 고분자 물질에 방사선을 조사하면 가교, 중합, 그라프팅, 분해 반응 등이 일어난다. 그라프팅 반응의 경우 고분자의 표면 특성을 개질 시키기 위해 널리 쓰이고 있는 방법이다.
가교 반응은 고분자 사슬 내에서 방사선에 의해서 라디칼이 생성되고, 생성되는 라디칼의 결합으로 인하여 3차원의 망상 구조를 이루면서 강하게 결합하여 내열, 내마모 특성을 향상시키는 장점이 있다. 이러한 방사선 가교 기술은 공정 시간이 짧고, 공정 간 수분 침투가 적으며, 상온에서 고분자 가교를 진행할 수 있어서 수치 안정성이 뛰어나 오래전부터 많은 연구가 진행되고 있다.
또한, 제품 생산에 촉매 등의 잔사가 존재하지 않고, 방사선 흡수선량만을 조절하여 재현성 있는 제품의 생산이 가능하여 고품질의 규격 제품을 낮은 손실률로 제조할 수 있기 때문에 산업적으로 많이 응용이 되고 있는 실정이다.
상기 유리섬유 강화 폴리아미드의 제조와 관련된 종래의 기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2010-0079610호에서는 유리섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물이 개시된 바 있다. 구체적으로는 폴리아미드 수지 100 중량부에 대하여, 유리섬유 10 ~ 130 중량부, 열가소성 엘라스토머 3 ~ 26 중량부, 벤조트리아졸계 또는 벤조페논계 자외선 흡수제 0.1 ~ 0.7 중량부, 및 힌더드 아민계 라디칼 스캐빈저로 0.1 ~ 0.7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물이 개시된 바 있다.
다만, 상기와 같은 유리섬유 강화 폴리아미드는 자동차의 엔진 등과 같은 부품에 응용하기에 기계적 강도가 낮은 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하는 방법에 대해 연구를 수행하던 중, 유리섬유 및 폴리아미드를 실란계 커플링에이전트와 혼합하고 방사선을 조사함으로써 기계적 강도가 향상된 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하는 방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은
유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은
상기 방법에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은
상기 유리섬유 강화 폴리아미드를 포함하는 자동차용 엔진 부품을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
유리섬유, 폴리아미드 및 실란계 커플링에이전트를 균일하게 혼합하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 혼합물에 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드를 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 유리섬유 강화 폴리아미드를 포함하는 자동차용 엔진 부품을 제공한다.
본 발명에 따른 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법은, 유리섬유와 상용성이 있는 무기 관능기와, 폴리아미드와 상용성이 있는 유기 관능기를 모두 지닌 실란계 커플링에이전트를 첨가하여 유리섬유와 폴리아미드를 연결해주고, 복합재의 물성을 향상시킬 수 있다.
또한, 비닐기를 포함하는 상기 커플링에이전트가 방사선 조사에 의한 가교반응을 촉진시키는 효과가 있다.
나아가, 상기 혼합물에 방사선을 조사하여, 가교반응에 의해 3차원의 그물을 형성함으로써, 유리섬유와 폴리아미드간의 단순한 상용성에 의한 흡착 거동의 한계를 극복하고 고온 습윤 하에서도 기계적 물성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법에 대한 모식도이고;
도 2는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 유리섬유 강화 폴리아미드의 인장 강도를 나타낸 그래프이고;
도 3은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 유리섬유 강화 폴리아미드의 휨강도를 나타낸 그래프이다.
본 발명은,
유리섬유, 폴리아미드 및 실란계 커플링에이전트를 균일하게 혼합하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 혼합물에 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유리섬유 강화 폴리아미드 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 유리섬유, 폴리아미드 및 실란계 커플링에이전트를 균일하게 혼합하는 단계이다.
상기 단계 1에서는 유리섬유 및 폴리아미드에 실란계 커플링에이전트를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계로서, 상기 실란계 커플링에이전트는 유리섬유와 상용성을 가진 무기 관능기인 실란기, 폴리아미드와 상용성이 있는 유기 관능기인 비닐기를 포함함으로써 유리섬유와 폴리아미드를 연결해주고, 복합재의 물성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실란계 커플링에이전트는 비닐기를 포함하여, 후속 단계 2의 혼합물에 방사선 조사 수행시 가교반응을 촉진시키는 역할을 한다.
상기 단계 1의 폴리아미드는 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 610, 폴리아미드 11 및 폴리아미드 12로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종일 수 있으나, 상기 폴리아미드가 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 단계 1의 유리섬유는, 유리섬유 및 폴리아미드의 혼합물에 대하여 10 내지 50 중량 %의 함량으로 첨가될 수 있고, 바람직하게는 30 내지 45중량 %의 함량으로 첨가될 수 있다.
만약, 유리섬유가 유리섬유 및 폴리아미드의 혼합물에 대하여 10 중량 % 미만의 함량으로 첨가되는 경우에는 굴곡강도를 포함하는 강도 및 열적특성 향상을 기대하기 어려운 문제점이 있고, 유리섬유가 유리섬유 및 폴리아미드의 혼합물에 대하여 50 중량 %를 초과하는 함량으로 첨가되는 경우에는 유리섬유와 폴리아미드의 상분리로 인하여 배합이 어렵고 물성도 저하되는 문제점이 있다.
상기 단계 1의 실란계 커플링에이전트는, 유리섬유 및 폴리아미드의 혼합물에 대하여 1 내지 5 중량% 의 함량으로 혼합될 수 있다.
만약, 상기 실란계 커플링에이전트가 1 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 유리섬유와의 접착성 향상에 의한 기계적 강도의 향상 효과가 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 실란계 커플링에이전트가 5 중량% 초과하여 포함되는 경우에는 상기 첨가제의 가격이 고가이기 때문에 경제적인 측면에서 생산비용이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
이때, 상기 단계 1의 실란계 커플링에이전트는, 유리섬유와 상용성이 있는 실란기 및 폴리아미드와 상용성이 있는 비닐기를 포함할 수 있으며, 이는 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure 112013083666085-pat00001
(여기서, 상기 R1 내지 R3는 각각 독립적으로,
할로겐, C1-C5 직쇄 또는 측쇄 알콕시, C1-C5 직쇄 또는 측쇄 알킬퍼옥시 및
C1-C5 직쇄 또는 측쇄 알킬옥시알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종이거나,
상기 R1이 C1-C5 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로,
할로겐, C1-C5 직쇄 또는 측쇄 알콕시, C1-C5 직쇄 또는 측쇄 알킬퍼옥시 및
C1-C5 직쇄 또는 측쇄 알킬옥시알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종이다).
또한, 상기 단계 1의 실란계 커플링에이전트는 비닐트리메톡시실란, 비닐트리클로로실란(vinyltrichlorosilane), 비닐트리에톡시실란(vinyltriethoxysilane), 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란(vinyltris(2-methoxyethoxy)silane), 비닐트리시소프로폭시실란(vinytrisisopropoxysilane), 비닐트리스(터트-부틸퍼옥시)실란(vinyltris(tert-butylperoxy)silane), 비닐메틸디메톡시실란(vinylmethyldimethoxysilane) 및 비닐메틸디에톡시실란(vinylmethyldiethoxysilane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 실란계 커플링에이전트가 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실란계 커플링에이전트는 액체 및 고체 상태로 존재하기 때문에, 유리섬유 및 폴리아미드와의 혼합(blending)과정에서 고분자 물질과의 상용성이 양호한 장점이 있다.
또한, 방사선에 의해서 자유 라디칼이 생성되어 수지(폴리아미드)와의 가교반응 뿐만 아니라 유리섬유와의 계면 결합력도 증가하기 때문에 방사선을 이용하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 단계 1의 혼합은 마스터 배치 방식으로 이루어질 수 있다.
일반적으로 마스터 배치 방식은 플라스틱이나 고무 사출 및 가공 공정에서 첨가제의 배합비를 정확하게 알 수 있고, 분산성을 높여주며, 작업 중의 흩날림을 방지할 수 있다.
상기 마스터 배치 방식은 물성에 미치는 영향이 적고, 취급이 용이하며, 비오염성, 계량성 등이 우수해지는 장점이 있기 때문에 균일한 방사선 가교 반응을 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 혼합물에 방사선을 조사하는 단계이다.
상기 단계 2에서는 단계 1의 유리섬유 및 폴리아미드와, 실란계 커플링에이전트가 혼합된 혼합물에 방사선을 조사하는 단계로서, 상기 실란계 커플링에이전트의 이중유무기 관능기로 인해 복합재의 물성이 향상된 상태에서, 고분자 사슬 내에 방사선의 조사로 인한 라디칼이 생성되고, 이렇게 생성된 라디칼의 결합으로 인하여 혼합물이 3차원의 망상구조를 이루면서 강하게 결합하여, 내열, 내마모 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 방사선 가교 기술은 공정시간이 짧고, 공정 동안에 수분이 혼합물 내부로 침투하는 것을 상당량 막을 수 있으며, 상온에서 수행할 수 있어 수치 안정성이 뛰어나다.
상기 방사선은 감마선, 전자선, 이온빔, 자외선(UV) 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종일 수 있으나, 상기 방사선의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 방사선 조사는 50 내지 300 kGy의 범위 내에서 수행할 수 있다.
만약, 상기 방사선의 조사량이 50 kGy 미만인 경우에는 폴리아미드의 가교반응이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있으며, 상기 방사선의 조사량이 300 kGy를 초과하는 경우에는 가교반응보다 사슬 절단반응이 우세하게 나타나, 가교 반응의 증가율이 낮기 때문에 경제적 측면에서 불리하게 작용할 수 있는 문제점이 있다.
한편, 상기 단계 2의 수행 전, 상기 단계 1의 혼합물을 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계를 더 포함하는 경우에는, 예를 들어 도 1의 그림과 같은 공정을 통해 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조할 수 있으며, 단계 1의 혼합이 수행된 혼합물을 사용하고자 하는 제품의 형상으로 성형을 수행한 후에도, 방사선을 조사하여 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 성형은 사출 또는 압출성형의 방법으로 수행할 수 있으나, 상기 성형의 방법이 이에 제한되는 것은 아니며 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하고자 하는 형상으로 성형할 수 있는 방법을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드를 제공한다.
본 발명에 따른 유리섬유 강화 폴리아미드는, 실란계 커플링에이전트를 이용하여 유리섬유와 폴리아미드 계면 간의 흡착특성을 향상시키고, 방사선을 조사하여 상기 혼합물 간의 화학적 결합을 유도하여 보다 높은 기계적 강도를 가질 수 있다.
나아가, 본 발명은,
상기 유리섬유 강화 폴리아미드를 포함하는 자동차용 엔진 부품을 제공한다.
상기 유리섬유 강화 폴리아미드는 높은 기계적 강도가 요구되는 페이스 암(face arm), 바디 암(body arm), 가이드 타이밍 체인(guide timing chain) 등과 같은 자동차용 엔진 부품뿐만 아니라, 항공기용 부품 소재, 국방용 부품 소재, 의학용 소재에 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
단계 1: 유리섬유 33.3 중량%, 폴리아미드를 66.6 중량%, 실란계 커플링에이전트로서 비닐트리메톡시실란을 혼합물에 대하여 5 중량%를 마스터 배치 방법을 사용하여 균일하게 혼합시켰다.
단계 2: 상기 단계 1에서 혼합된 유리섬유 강화 폴리아미드를 사출성형하였다.
단계 3: 상기 단계 2에서 성형한 유리섬유 강화 폴리아미드에 전자선 가속기 2.5 MeV를 이용하며, 25 kGy/scan의 조사선량으로, 총 300 kGy의 방사선을 조사하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 3 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 1 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 0.5 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 7 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 1의 단계 1에서 유리섬유 20 중량%, 폴리아미드를 80 중량%로 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 7>
상기 실시예 6의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 3 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 8>
상기 실시예 6의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 1 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 9>
상기 실시예 6의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 0.5 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 10>
상기 실시예 6의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 7 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 11>
상기 실시예 1의 단계 1에서 유리섬유 14.3 중량%, 폴리아미드를 85.7 중량%로 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 12>
상기 실시예 11의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 3 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 11과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 13>
상기 실시예 11의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 1 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 11과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 14>
상기 실시예 11의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 0.5 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 11과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 15>
상기 실시예 11의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 7 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 11과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 16>
상기 실시예 1의 단계 1에서 유리섬유 50 중량%, 폴리아미드를 50 중량%로 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 17>
상기 실시예 16의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 3 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 18>
상기 실시예 16의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 1 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 19>
상기 실시예 16의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 0.5 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 20>
상기 실시예 16의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 7 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 21>
상기 실시예 1의 단계 1에서 유리섬유 11.1 중량%, 폴리아미드를 88.9 중량%로 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 22>
상기 실시예 21의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 3 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 23>
상기 실시예 21의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 1 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 24>
상기 실시예 21의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 0.5 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실시예 25>
상기 실시예 21의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트가 7 중량%로 첨가되는 것을 제외하고는 상기 실시예 16과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1의 단계 3을 수행하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1의 단계 1에서 실란계 커플링에이전트를 첨가하지 않고, 단계 3을 수행하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 유리섬유 강화 폴리아미드를 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 유리섬유 강화 폴리아미드의 인장강도 및 휨강도를 관찰하기 위해 ASTM D 7205 방법에 따라 Instron사의 만능재료시험기를 이용하여 측정하고, 그 결과를 도 2 및 도 3에 도시하였다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 실란계 커플링에이전트를 첨가하고 방사선을 조사한 실시예 1의 경우, 인장강도가 약 1775 kgf/cm2으로 가장 높았고, 방사선을 조사하지 않은 비교예 1의 경우에는 약 1700 kgf/cm2, 실란계 커플링에이전트를 첨가하지 않은 비교예 2의 경우에는 약 1725 kgf/cm2, 실란계 커플링에이전트도 포함하지 않고 방사선도 조사하지 않은 비교예 3의 경우에는 약 1675 kgf/cm2로, 실시예 1의 경우보다 비교예 1 내지 3의 경우 강도가 50 내지 100 kgf/cm2 만큼 낮게 나타났다.
이와 같이, 실란계 커플링에이전트를 첨가하거나 방사선이 조사되면 유리섬유 강화 폴리아미드의 인장강도가 소폭 증가하는 것을 확인할 수 있고, 실란계 커플링에이전트를 첨가하고, 방사선을 조사하는 경우 가장 인장강도가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실란계 커플링에이전트를 첨가하고 방사선을 조사한 실시예 1의 경우, 휨강도가 약 2675 kgf/cm2으로 가장 높았고, 방사선을 조사하지 않은 비교예 1의 경우에는 약 2570 kgf/cm2, 실란계 커플링에이전트를 첨가하지 않은 비교예 2의 경우에는 약 2650 kgf/cm2, 실란계 커플링에이전트도 포함하지 않고 방사선도 조사하지 않은 비교예 3의 경우에는 약 2600 kgf/cm2로, 실시예 1의 경우보다 비교예 1 내지 3의 경우 강도가 25 내지 105 kgf/cm2 만큼 낮게 나타났다.
이와 같이, 방사선이 조사되면 유리섬유 강화 폴리아미드의 휨강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 방사선이 조사되고 실란계 커플링에이전트가 첨가된 비교예 1의 경우, 방사선이 조사되고 실란계 커플링에이전트가 첨가되지 않은 비교예 2의 경우보다 휨강도가 소폭 감소하는 것을 확인할 수 있으나, 방사선을 조사하는 경우에는, 실란계 커플링에이전트가 첨가되었을 때 휨강도의 증가폭이 더 큰 것을 알 수 있다.
결과적으로, 실란계 커플링에이전트가 첨가되며, 방사선이 조사된 경우에 유리섬유 강화 폴리아미드의 기계적 강도 특성이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있으며, 상기와 같이 높은 인장강도 및 휨강도를 나타냄에 따라 페이스 암(face arm), 바디 암(body arm), 가이드 타이밍 체인(guide timing chain) 등과 같은 자동차용 엔진 부품에 매우 효과적으로 적용할 수 있다.
<실험예 2>
상기 실시예 1 내지 실시예 25에서 제조된 유리섬유 강화 폴리아미드의 인장강도 및 휨강도를 관찰하기 위해 ASTM D 7205 방법에 따라 Instron사의 만능재료시험기를 이용하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 도시하였다.
유리섬유
(중량%)		 폴리아미드
(중량%)		 커플링에이전트(중량%) 인장강도
(kgf/cm2)		 휨강도
(kgf/cm2)
실시예 1 33.3 66.6 5 1775 2675
실시예 2 3 1773 2674
실시예 3 1 1773 2672
실시예 4 0.5 1732 2629
실시예 5 7 1765 2664
실시예 6 20 80 5 1762 2660
실시예 7 3 1754 2657
실시예 8 1 1742 2652
실시예 9 0.5 1721 2631
실시예 10 7 1738 2648
실시예 11 14.3 85.7 5 1748 2657
실시예 12 3 1736 2644
실시예 13 1 1724 2638
실시예 14 0.5 1697 2619
실시예 15 7 1720 2634
실시예 16 50 50 5 1544 2444
실시예 17 3 1538 2442
실시예 18 1 1530 2439
실시예 19 0.5 1503 2401
실시예 20 7 1520 2430
실시예 21 11.1 88.9 5 1522 2430
실시예 22 3 1517 2428
실시예 23 1 1515 2420
실시예 24 0.5 1502 2405
실시예 25 7 1511 2415
표 1에 나타낸 바와 같이, 유리섬유가 33.3 중량%로 포함되는 실시예 1 내지 5의 경우에는, 유리섬유가 20 중량 %, 14.3 중량%가 포함된 실시예 6 내지 15, 유리섬유가 50 중량 % 첨가된 실시예 16 내지 20의 경우나, 유리섬유가 11.1 중량% 첨가된 실시예 21 내지 25의 경우보다 인장강도 및 휨강도가 높은 수준으로 나타났다.
또한, 실란계 커플링에이전트가 1 내지 5 중량%로 첨가되는 경우보다, 0.5 또는 7 중량 %로 첨가되는 경우에, 인장강도와 휨강도가 낮은 수준으로 나타났다.
이를 통해, 유리섬유가 30 내지 43 중량%로 첨가되고, 실란계 커플링에이전트가 1 내지 5 중량%로 첨가될 때, 가장 높은 인장강도와 휨강도를 갖는 것을 알 수 있다.

Claims (13)

  1. 유리섬유, 폴리아미드 및 실란계 커플링에이전트를 균일하게 혼합하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1의 혼합물에 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하고,
    상기 단계 1의 실란계 커플링에이전트는, 하기 화학식 1로 표시되며, 유리섬유와 상용성이 있는 실란기 및 폴리아미드와 상용성이 있는 비닐기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법
    [화학식 1]
    Figure 112014109472282-pat00006

    (여기서, 상기 R1 내지 R3는 각각 독립적으로,
    할로겐, C1-C5 직쇄 알콕시, C4-C5 분지쇄 알콕시, C1-C5 직쇄 알킬퍼옥시, C4-C5 분지쇄 알킬퍼옥시, C1-C5 직쇄 알킬옥시알콕시 및 C4-C5 분지쇄 알킬옥시알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종이거나,
    상기 R1이 C1-C5 직쇄 알킬 또는 C4-C5 분지쇄 알킬이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로,
    할로겐, C1-C5 직쇄 알콕시, C4-C5 분지쇄 알콕시, C1-C5 직쇄 알킬퍼옥시, C4-C5 분지쇄 알킬퍼옥시, C1-C5 직쇄 알킬옥시알콕시 및 C4-C5 분지쇄 알킬옥시알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 수행 전, 상기 단계 1의 혼합물을 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 1의 폴리아미드는 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 610, 폴리아미드 11 및 폴리아미드 12로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 1의 유리섬유는, 유리섬유 및 폴리아미드의 혼합물에 대하여 10 내지 50 중량 %의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 1의 유리섬유는, 유리섬유 및 폴리아미드의 혼합물에 대하여 30 내지 45 중량 %의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 1의 실란계 커플링에이전트는, 유리섬유 및 폴리아미드의 혼합물에 대하여 1 내지 5 중량% 의 함량으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 1의 실란계 커플링에이전트는 비닐트리메톡시실란, 비닐트리클로로실란(vinyltrichlorosilane), 비닐트리에톡시실란(vinyltriethoxysilane), 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란(vinyltris(2-methoxyethoxy)silane), 비닐트리시소프로폭시실란(vinytrisisopropoxysilane), 비닐트리스(터트-부틸퍼옥시)실란(vinyltris(tert-butylperoxy)silane), 비닐메틸디메톡시실란(vinylmethyldimethoxysilane) 및 비닐메틸디에톡시실란(vinylmethyldiethoxysilane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 성형은 사출 또는 압출성형인 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방사선은 감마선, 전자선, 이온빔, 자외선(UV) 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방사선 조사는 50 내지 300 kGy의 범위 내에서 수행하는 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 폴리아미드 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항의 제조방법에 따라 제조되는 유리섬유 강화 폴리아미드.
  13. 제12항의 유리섬유 강화 폴리아미드를 포함하는 자동차용 엔진 부품.
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