KR101655475B1 - 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지 100 질량부에 대하여, (a) 불포화 폴리에스테르 수지 25∼50 질량부; (b) 중합성 단량체 25∼50 질량부; 및 (c) 열가소성 수지 5∼35 질량부를 포함하는 매트릭스 수지와, 상기 매트릭스 수지에 유리 중공체, 무기 충전재, 보강재, 경화제, 고상 이형제 및 액상 이형제가 포함된 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드에 관한 것이다.

Description

램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드{Bulk molding compound used for lamp reflector}
본 발명은 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드에 관한 것이다.
이륜이나 사륜 자동차 등에 설치되는 헤드램프, 안개등에 적용되는 램프 반사경은 표면에 알루미늄이 증착되어 경면을 형성하여 제조된다. 자동차 헤드램프의 설계 기술은 최근 10년 사이에 크게 발전하였다. 이전에는 포물경이나 구면경 또는 2차원 곡면들이 반사경 형상 설계를 위하여 사용되었으나, 최근에는 B-spline 곡면을 사용한 반사경에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있고, 램프 반사경의 재질은 금속재에서 합성수지로 대체되어 현재 불포화 폴리에스테르 수지에 유리섬유, 증량재, 저수축재 및 이형제 등으로 구성되며, 이들이 첨가된 성형용 컴파운드를 사출성형하여 반사경을 제조한다.
본 발명의 목적은 표면에 알루미늄 증착에 의해 경면을 형성한 램프 반사경의 경우 저비중 반사경의 제조에서 발생하는 내마모성 및 강성 등의 저하가 발생하지 않고 램프 표면에 발생하는 김서림(forgging) 현상이 발생하지 않는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 매트릭스 수지 100 질량부에 대하여, (a) 불포화 폴리에스테르 수지 25∼50 질량부; (b) 중합성 단량체 25∼50 질량부; 및 (c) 열가소성 수지 5∼35 질량부를 포함하는 매트릭스 수지와, 상기 매트릭스 수지에 유리 중공체, 무기 충전재, 보강재, 경화제, 고상 이형제 및 액상 이형제가 포함된다.
상기 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드 조성물에 대하여 매트릭스 수지 20∼25 중량%, 유리 중공체 10∼14 중량%, 무기 충전재 40∼50 중량%, 보강재 16∼20 중량%, 경화제 1~2 중량%, 고상 이형제 0.3 중량% 이하 및 액상 이형제 0.3∼1.0 중량%이다.
상기 불포화 폴리에스테르 수지는 프로필렌 글리콜/무수말레인산(PG/MA), 프로필렌 글리콜/포름아미드(PG/FA), 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/무수말레인산(HBPA/PG/MA) 또는 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/포름아미드(HBPA/PG/FA)이다.
상기 불포화 폴리에스테르 수지는 분자량이 6,000∼30,000 범위이다.
상기 중합성 단량체는 스티렌 모노머, 비닐 톨루엔, 디비닐 벤젠, 메틸 메타크릴레이트, 파라메틸스티렌, 디알릴프탈레이트 및 디알릴이소프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다.
상기 열가소성 수지는 폴리메타크릴산메틸, 폴리아세트산 비닐 또는 스티렌-아세트산 비닐 공중합체이다.
상기 무기 충전제는 탄산칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물이다.
상기 보강재는 유리섬유이다.
상기 경화제는 과산화물 또는 테트라부틸 포스포늄 브로마이드이다.
상기 고상 이형제는 스테아린산아연(Zn-St)이다.
상기 액상 이형제는 포화 지방산계 코폴리머이다.
본 발명에 따른 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드(BMC)는 기존 BMC 성형체에서 나타나는 강성도 저하에 의한 짧은 수명과 내마모성의 저하가 나타나지 않으며, 유리 중공체를 사용함으로써 BMC 성형체의 비중이 1.2∼2.1 범위로 경량화가 향상되며, 램프 표면이 뿌옇게 되는 김서림(fogging) 현상이 발생하지 않으므로, 헤드램프, 안개등 등에 유용하게 이용할 수 있다.
본 발명은 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지 100 질량부에 대하여, (a) 불포화 폴리에스테르 수지 25∼50 질량부; (b) 중합성 단량체 25∼50 질량부; 및 (c) 열가소성 수지 5∼35 질량부를 포함하는 매트릭스 수지와,
상기 매트릭스 수지에 유리 중공체, 무기 충전재, 보강재, 경화제, 고상 이형제 및 액상 이형제가 포함된 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드를 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드(BMC, bulk molding compound)는 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지에 보강재를 첨가하고, 유리 중공체, 무기 충전재, 경화제, 고상 이형제 및 액상 이형제를 포함하고, 이를 사출성형함으로써 BMC 성형체를 제조할 수 있다.
상기 매트릭스 수지는 불포화 폴리에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 경화시 가교제로 사용되는 1 분자 중에 2 중합 결합을 갖는 중합성 단량체 및 불포화 폴리에스테르 수지 경화시 수축을 억제하는 열가소성 수지로 구성되며, 매트릭스 수지 100 질량부에 대하여, (a) 불포화 폴리에스테르 수지 25∼50 질량부; (b) 중합성 단량체 25∼50 질량부; 및 (c) 열가소성 수지 5∼35 질량부를 포함한다.
상기 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드는 벌크 몰딩 컴파운드에 대하여 매트릭스 수지 20∼25 중량%, 유리 중공체 10∼14 중량%, 무기 충전재 40∼50 중량%, 보강재 16∼20 중량%, 경화제 1~2 중량% 이하, 고상 이형제 0.3 중량% 이하 및 액상 이형제 0.3∼1.0 중량%로 포함한다.
상기 매트릭스 수지가 20 중량% 미만인 경우에는 제품의 점도와 경화성에 문제가 있고, 25 중량%를 초과하는 경우에는 비중 및 제품의 흐름성, 그리고 단가 상승으로 경제성에도 문제가 있다.
상기 유리 중공체가 10 중량% 미만인 경우에는 BMC 성형체의 경량화 효과가 미미한 문제가 있고, 14 중량%를 초과하는 경우에는 저장 안정성이 저하되는 문제가 있다.
상기 무기 충전재가 40 중량% 미만인 경우에는 소재의 마모성이 저하되는 문제가 있고, 50 중량%를 초과하는 경우에는 경량화 효과가 미미한 문제가 있다.
상기 보강재가 16 중량% 미만인 경우에는 BMC 성형체의 보강 효과가 미미한 문제가 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 불포화 폴리에스테르 수지 조성물의 함침성이 저하되고 BMC 성형체에 섬유목, 크랙, 핀홀 등의 결함이 발생하는 문제가 있다.
경화제가 1 중량% 미만이면 소재 경화속도가 떨어져서 생산 사이클 타임이 길어지고 생산성이 낮아지며, 2 중량%를 초과하면 과경화되어 사출기 노즐부가 막히는 문제가 발생할 수 있다.
상기 고상 이형제가 0.3 중량%를 초과하는 경우에는 BMC 성형체에서 김서림 현상이 발생하는 문제가 있다.
상기 액상 이형제가 0.3 중량% 미만인 경우에는 BMC 성형체에 금형이 달라붙어 탈형이 어렵고 성형체에 크랙이 발생하는 문제가 있고, 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 BMC 성형체의 강도가 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 불포화 폴리에스테르 수지는 프로필렌 글리콜/무수말레인산(PG/MA), 프로필렌 글리콜/포름아미드(PG/FA), 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/무수말레인산(HBPA/PG/MA) 또는 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/포름아미드(HBPA/PG/FA) 등을 사용할 수 있고, 분자량이 6,000∼30,000 범위인 것이 바람직하다. 만약, 상기 불포화 폴리에스테르 수지의 분자량이 6,000 미만인 경우에는 BMC 성형체의 내마모성과 강도가 저하되는 문제가 있고, 30,000을 초과하는 경우에는 불포화 폴리에스테르 수지가 과량으로 반응하여 BMC 성형체가 굳어지는 문제가 있다.
상기 중합성 단량체는 1 분자 중에 2 중합 결합을 갖는 것으로, 불포화 폴리에스테르 수지의 경화시 가교제로 사용되며 사슬모양고분자의 사슬 사이에서 다리 역할을 하여 기계적 강도와 화학적 안정성을 향상시킨다. 상기 중합성 단량체는 스티렌 모노머, 비닐 톨루엔, 디비닐 벤젠, 메틸 메타크릴레이트, 파라메틸스티렌, 디알릴프탈레이트 및 디알릴이소프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리메타크릴산메틸, 폴리아세트산 비닐, 스티렌-아세트산 비닐 공중합체 등을 사용할 수 있다.
상기 유리 중공체는 화학적으로 안정된 불용성 유리로 만들어진 것으로, 구체적인 형태는 유리 미소 중공체 분말이 해당될 수 있다.
유리 중공체의 평균 입경은 15~45㎛이다. 유리 중공체의 평균 입경은 클수록 유리 중공체의 비중이 작아지므로 BMC 성형체의 경량화에 유리하다. 하지만 평균입경이 45㎛를 초과하면 유리 중공체가 이물로서 존재하여 성형체의 굽힘 탄성률 및 이형성이 저하된다. 반면, 유리 중공체의 평균 입경이 15㎛ 미만이면 본 발명의 비중 기준을 만족하기 어렵다.
상기 무기 충전제는 탄산칼슘, 수산화나트륨, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있고, 상기 보강재는 유리섬유 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 경화제는 과산화물, 테트라부틸 포스포늄 브로마이드 등을 사용할 수 있고, 상기 고상 이형제는 스테아린산아연(Zn-St) 등을 사용할 수 있으며, 상기 액상 이형제는 포화 지방산계 코폴리머를 사용할 수 있다.
상기에서 제조되는 BMC 성형체는 김서림(fogging) 현상의 가장 큰 원인이 되는 고상 이형제의 사용량을 줄이고 액상 이형제를 첨가함으로써 반사경이 뿌옇게 흐려지는 김서림 현상을 방지할 수 있도록 구성되며, 유리 중공체를 첨가하여 내마모성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드는 치수안정성, 내열성, 강성, 내마모성 등의 BMC 성형체의 주된 특성을 유지하면서, 유리 중공체를 사용하여 BMC 성형체의 비중을 1.2∼2.1로 하여 경량화가 향상되며, 액상 이형제를 사용하여 램프 표면이 뿌옇게 되는 김서림(fogging) 현상이 발생하지 않는다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 6: 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 성형체의 제조
불포화 폴리에스테르 수지의 종류, 중합성 단량체 및 열가소성 수지로 구성되는 매트릭스 수지와, 유리 중공체, 무기 충전재, 보강재, 경화제, 고상 이형제 및 액상 이형제를 포함하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드를 제조한 후 사출성형하여 BMC 성형체를 제조하였다.
참고로, 매트릭스 수지 100 질량부에 대하여, (a) 불포화 폴리에스테르 수지 25∼50 질량부; (b) 중합성 단량체 25∼50 질량부; 및 (c) 열가소성 수지 5∼35 질량부를 포함하는 매트릭스 수지는,
상기 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드 조성물에 대하여 불포화 폴리에스테르 수지 5~13 중량%; (b) 중합성 단량체 5~13 중량%; 및 (c) 열가소성 수지 1∼9 중량%로 환산된다.
구분 배　 합 비(%) 불포화폴리에스테르수지의 분자량
불포화폴리에스테르수지 열가소성수지(PMMA 가교제(SM) 유리중공체(평균입경 30㎛) 탄산칼슘(평균입경 6㎛) 유리섬유(길이:6mm) 경화제(TBPB) 고상이형제(Zn-st) 액상 이형제
실시예1 PG/MA 10 4 9 12 45 18 1 0 1 9,000
실시예2 PG/HBPA/MA 10 4 9 12 45 18 1 0.3 0.5 11,000
실시예3 PG/MA 10 4 9 12 45 18 1 0.2 0.5 12,000
비교예1 PG/MA 9 3 8 0 60 18 1 1 0 11,000
비교예2 PG/MA 10 4 9 12 45 18 1 1 0 11,000
비교예3 PG/MA 9 3 8 0 60 18 1 0.4 0.6 9,000
비교예4 IPA/MA/PG 10 4 9 12 45 18 1 1 0 11,000
비교예5 IPA/MA/PG 10 4 9 12 45 18 1 1 1 3,000
비교예6 IPA/MA/PG 10 4 9 12 45 18 1 1 1 7,000
비교예7 PG/MA 10 4 9 12 45 18 1 0 1 35.000
[PG:프로필렌 글리콜, MA:무수말레인산, HBPA:수소첨가 비스페놀A, IPA:(이소 프탈산)]
실험예: 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 성형체의 굽힘 강도, 굽힘 탄성율, 내마모성, 이형성, 비중 및 김서림(fogging) 현상 유무 실험
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 램프 반사경용 BMC 성형체의 굽힘 강도, 굽힘 탄성율, 내마모성, 이형성, 비중 및 김서림 현상 유무 실험을 수행하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 굽힘 강도
(MPa)		 굽힘 탄성율
(GPa)		 내마모성 이형성 비중 김서림 현상
기준 50 이상 8 이상 ○ 이상없음 1.6 이하 없음
실시예1 100 11.2 ○ 이상없음 1.42 없음
실시예2 95 10.8 ○ 이상없음 1.40 없음
실시예3 105 11.4 ○ 이상없음 1.41 없음
비교예1 130 13.2 ○ 이상없음 1.99 발생
비교예2 110 11.2 ○ 이상없음 1.43 발생
비교예3 132 13.4 ○ 이상없음 1.99 발생
비교예4 75 10.5 ○ 이상없음 1.42 발생
비교예5 70 9.2 × 이상없음 1.42 발생
비교예6 75 10.5 × 이상없음 1.43 발생
비교예7 성형체가 굳음, 사출불가
[기준:본 발명에서 요구하는 기준 임]
표 1과 표 2를 참조하면, 유리 중공체가 투입되고 투입되지 않느냐에 따라 20% 이상의 비중 차이가 있음을 알 수 있다.(비교예1, 비교예2)
그리고, 유리 중공체가 포함되어 있는 램프 반사경용 BMC 성형체에 첨가되는 불포화 폴리에스테르 수지의 분자량이 6,000 이하인 경우에는 BMC 성형체의 내마모성, 강도와 같은 물성이 현저하게 떨어지는 것을 알 수 있다.(비교예5)
또한, 불포화 폴리에스테르 수지의 분자량이 30,000을 초과하는 경우에는 불포화 에스테르 수지가 과반응하여 성형체가 굳는 현상이 발생한다. 따라서, 불포화 폴리에스테르 수지의 분자량은 6,000∼30,000 범위인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.(비교예7)
한편, 불포화 폴리에스테르 수지의 분자량이 6,000∼30,000 범위인 경우에도 불포화 폴리에스테르 수지에 첨가되는 원료의 배합이 맞지 않을 경우 BMC 성형체의 강성 및 내마모성이 떨어지는 것을 알 수 있다.(비교예4, 비교예6)
고상 이형제가 0.3 중량%를 초과하는 BMC성형체에서 김서림 현상이 발생되는 것을 알 수 있다.(비교예1 내지 비교예6)
고상 이형제가 0.3 중량%를 초과하여 이형성에 문제가 없으나 액상 이형제의 함량이 부족하여 김서림이 발생함을 알 수 있다.(비교예1, 비교예2, 비교예4)
그러므로 프로필렌 글리콜/무수말레인산(PG/MA), 프로필렌 글리콜/포름아미드(PG/FA), 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/무수말레인산(/BPA/PG/MA), 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/포름아미드(HBPA/PG/FA)와 같은 불포화 폴리에스테르 수지로 이루어지며, 유리 중공체를 첨가하여 저비중으로 제조된 BMC 성형체에서 우수한 강성 및 내마모성을 나타내는 것을 알 수 있다.
상기 불포화 폴리에스테르 수지 분자량 범위와 상기 매트릭스 수지에 보강재로 유리섬유를 첨가하고 무기충전재와 유리 중공체를 첨가하여도 스테아린산아연(Zn-St) 계열의 고상 이형제만 사용한 경우의 BMC 성형체로 제조된 램프 반사경을 160 ℃ 이상의 온도에서 100 시간 이상 가열시 표면이 뿌옇게 변하는 김서림(fogging) 현상이 발생하였다. 이를 개선하기 위해서는 중합체인 액상 이형제를 첨가해야하는 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 매트릭스 수지 100 질량부에 대하여, (a) 불포화 폴리에스테르 수지 25∼50 질량부; (b) 중합성 단량체 25∼50 질량부; 및 (c) 열가소성 수지 5∼35 질량부를 포함하는 매트릭스 수지와,
    상기 매트릭스 수지에 유리 중공체, 무기 충전재, 보강재, 경화제, 고상 이형제 및 액상 이형제가 포함되고,
    상기 액상 이형제는 포화 지방산계 코폴리머인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드 조성물에 대하여 매트릭스 수지 20∼25 중량%, 유리 중공체 10∼14 중량%, 무기 충전재 40∼50 중량%, 보강재 16∼20 중량%, 경화제 1~2 중량%, 고상 이형제 0.3 중량% 이하 및 액상 이형제 0.3∼1.0 중량%인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 불포화 폴리에스테르 수지는 프로필렌 글리콜/무수말레인산(PG/MA), 프로필렌 글리콜/포름아미드(PG/FA), 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/무수말레인산(HBPA/PG/MA) 또는 수소첨가 비스페놀A/프로필렌 글리콜/포름아미드(HBPA/PG/FA)인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 불포화 폴리에스테르 수지는 분자량이 6,000∼30,000 범위인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합성 단량체는 스티렌 모노머, 비닐 톨루엔, 디비닐 벤젠, 메틸 메타크릴레이트, 파라메틸스티렌, 디알릴프탈레이트 및 디알릴이소프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리메타크릴산메틸, 폴리아세트산 비닐 또는 스티렌-아세트산 비닐 공중합체인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기 충전제는 탄산칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강재는 유리섬유인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화제는 과산화물 또는 테트라부틸 포스포늄 브로마이드인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 고상 이형제는 스테아린산아연(Zn-St)인 것을 특징으로 하는 램프 반사경용 벌크 몰딩 컴파운드.
  11. 삭제
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