KR101714216B1

KR101714216B1 - 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물

Info

Publication number: KR101714216B1
Application number: KR1020150128227A
Authority: KR
Inventors: 김환오
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-08
Also published as: US20170073489A1; CN106519563A; CN106519563B

Abstract

본 발명은 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비스페놀 A 에폭시 및 아크릴 고무 변성 에폭시 수지에 충격흡수용 글라스 버블과 물리적 및 화학적 발포제를 혼합함으로써 열경화 발포시켜 판넬 내부의 빈 공간(CAVITY)을 채워, 차체 강판의 두께를 증대시키지 않고도 차량 충돌 시 차체의 변형 저감 및 파손 저항성을 증대시키고, 발포율을 크게 향상시켜 체적을 증대시키는 동시에 충격을 완화시키고, 이를 이용하여 자동차 차체뿐만 아니라 빈 공간이 있는 다양한 부품 또는 강성 및 강도 보강이 필요한 부품이나 수밀 필요 부품에 적용 가능한 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물에 관한 것이다.

Description

고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물{FOAMING FILLER COMPOSITION HAVING HIGH-RIGIDITY AND HIGH-STRENGTH}

자동차 차체의 강성 보강과 충돌성능을 향상시키기 위해, 초고장력 강판을 적용하거나 구조용 접착제 등을 확대하고 있는 추세이다. 하지만 초고장력 강판을 적용하게 되면 두께 감소로 인해 강성이 열세하며, 강도 보강에 한계가 있는 단점이 있다.

일반적으로 자동차 차체는 구조적으로 빈 공간이 많이 존재하는데, 예를 들면 B-PLR 아우터 판넬과 인너 판넬 사이의 간극 등이 있다. 기존 구조용 접착제는 이러한 판넬 사이의 간극에 도포되어 강도 보강 효과는 있지만, 공간을 채우려면 너무 많은 양이 소모되므로, 차량 중량 및 재료비가 상승되는 단점이 있다.

종래 한국공개특허 제2005-0035845호에서는 액상 비스페놀 A형, CTBN 변성 에폭시 수지, 탄산칼슘, 퓸실리카, 글라스 버블, 카본블랙 및 캡슐형 또는 요소계 발포제를 포함하는 차량 차제구조 보강용 시트용 조성물이 개시되어 있으나, 2액형 재료이어서 기존 1액형에 비해 설비 조건의 제약이 까다로운 문제가 있다.

또한 한국등록특허 제10-0575009호에서는 변성 에폭시 수지 10~23 중량%, 글라스 비드 2~6 중량% 및 희석제 5~12 중량%를 포함하는 차량 패널에 접착할 수 있는 충전제 조성물이 개시되어 있으나, 이종재료의 접착이어서 발포율이 낮아 간극을 채우는데 한계가 있다.

따라서 자동차 차체나, 빈 공간이 있는 다양한 부품의 빈 공간을 발포형 충전제로 채워 적은 양으로도 강판의 두께 증대 없이 강성 및 강도를 보강할 수 있는 기술 개발이 요구된다.

한국공개특허 제2005-0035845호 한국등록특허 제10-0575009호

상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 비스페놀 A 에폭시 및 아크릴 고무 변성 에폭시 수지에 충격흡수용 글라스 버블과 물리적 및 화학적 발포제를 혼합함으로써 열경화 발포시켜 판넬 내부의 빈 공간(CAVITY)을 채워, 차체 강판의 두께를 증대시키지 않고도 차량 충돌 시 차체의 변형 저감 및 파손 저항성을 증대시키고, 발포율을 크게 향상시켜 체적을 증대시키는 동시에 충돌 시 응력을 분산시켜 충격을 완화시킬 수 있다는 사실을 알게 되어 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 차체의 변형 저감 및 파손 저항성을 증대시킬 수 있는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명은 비스페놀 A 에폭시 수지 20~30 중량%; 아크릴 고무 변성 에폭시 수지 30~40 중량%; 평균 버블직경이 30~40 ㎛인 글라스 버블 3~5 중량%; 발포제 1.5~3 중량%; 중탄 및 경탄을 포함하는 체질제 10~20 중량%; 및 디시안디아마이드계 경화제 10~12 중량%;를 포함하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물은 비스페놀 A 에폭시 및 아크릴 고무 변성 에폭시 수지에 충격흡수용 글라스 버블과 체질제, 탄성부여제를 혼합함으로써 열경화 발포시켜 판넬 내부의 빈 공간(CAVITY)을 채워, 차체 강판의 두께를 증대시키지 않고도 차량 충돌 시 차체의 변형 저감 및 파손 저항성을 증대시킬 수 있다.

또한, 물리적 및 화학적 발포제를 혼합함으로써 발포율을 크게 향상시켜 체적을 증대시키고, 충돌 시 응력을 분산시켜 충격을 완화시킬 수 있다.

이를 이용하여 자동차 차체뿐만 아니라 빈 공간이 있는 다양한 부품 등에 적용 가능하며, 강성 및 강도 보강이 필요한 부품 및 수밀 필요 부품에도 적용 가능한 이점이 있다.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 비스페놀 A 에폭시 수지는 발포형 충전제 조성물에 전단강도를 부여하는 역할을 하며, 전체 조성물에 대해 20~30 중량%를 사용할 수 있다. 구체적으로 그 함량이 20 중량% 보다 적으면 전단 강도가 저하되고, 30 중량% 보다 많으면 충돌 저항성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 아크릴 고무 변성 에폭시 수지는 충돌 시 저항성을 부여하는 역할을 하며, 전체 조성물에 대해 30~40 중량%를 사용할 수 있다. 구체적으로 그 함량이 30 중량% 보다 적으면 충돌 저항성이 저하되고, 40 중량% 보다 많으면 전단강도가 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 글라스 버블(Glass bubble)은 충돌 시 버블이 깨지면서 압축강도를 보강하고 충돌 에너지 흡수량(충격흡수성)을 향상시키는 역할을 한다는 것으로 평균 버블직경이 30~40 ㎛인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 평균 버블직경이 30 ㎛ 보다 작으면 충격흡수성이 저하될 수 있고, 40 ㎛ 보다 크면 토출 시 입자 깨짐 등에 의해 물성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 33~37 ㎛인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 35 ㎛인 것이 좋다. 또한 전체 조성물에 대해 3~5 중량%를 사용할 수 있는데, 그 함량이 3 중량% 보다 적으면 충격 흡수성이 저하되고, 5 중량% 보다 많으면 작업성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 발포제는 상기 에폭시 수지를 100~200%로 크게 발포시켜 판넬 간 간극을 채워 충전제 조성물의 체적을 향상시키고, 충돌 시 응력을 분산시킬 수 있다. 이러한 상기 발포제는 화학적 발포제(Chemical blowing agent) 1~2 중량% 및 물리적 발포제(Physical blowing agent) 0.5~1 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 화학적 발포제는 그 함량이 1 중량% 보다 적으면 가스 발생량이 낮아서 발포율이 저하되고, 2 중량% 보다 많으면 물성이 저하되는 문제가 있다. 또한 상기 물리적 발포제는 그 함량이 0.5 중량% 보다 적으면 반응열에 의해 기포 생성율이 저하되고, 1 중량% 보다 많으면 물성이 저하되는 문제가 있다. 상기 발포제는 화학적 발포제 또는 물리적 발포제를 단독 사용할 경우 발포에 따른 전단강도 및 충돌 성능이 저하되므로 화학적 및 물리적 발포제를 혼용하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 화학적 발포제는 옥시비스 벤젠 설폰 히드라지드(4-4'-Oxybis(Benzene-Sulfon-Hydrazide), OBSH), 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide), 및 톨루엔 설포닐 히드라지드(P-tolunene sulfonyl hydrazide)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 물리적 발포제는 사이클로펜탄, 이산화탄소, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 에탄올, 1,1-디플루오로에탄(HFC-152a), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(HFC-134), 에틸클로라이드, 1-클로로-1,1-디플루오로에탄(HCFC-142b) 및 클로로디플루오로메탄(HCFC-22)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 체질제는 체질안료로 토출성, 흐름성 등의 작업성을 부여하는 역할을 하며, 상기 중탄 5~10 중량% 및 상기 경탄 5~10 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 중탄은 그 함량이 5 중량% 보다 적으면 작업성이 저하되고, 10 중량% 보다 많으면 전단강도가 저하되는 문제가 있다. 또한 상기 경탄은 그 함량이 5 중량% 보다 적으면 작업성이 저하되고, 10 중량% 보다 많으면 충돌 성능 등의 물성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 체질제에서 상기 중탄 및 경탄은 방해석이며, 평균 입자크기에서 서로 차이가 있는 것으로 상기 중탄은 평균 입자크기가 60~70 ㎛이고, 상기 경탄은 평균 입자크기가 10~20 ㎛인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 중탄은 평균 입자크기가 60 ㎛ 보다 작으면 작업성이 저하될 수 있고, 70 ㎛ 보다 크면 전단강도 등의 물성이 저하될 수 있다. 또한 상기 경탄은 평균 입자크기가 10 ㎛ 보다 작으면 작업성이 저하될 수 있고, 20 ㎛ 보다 크면 전단강도 등의 물성이 저하될 수 있다. 이러한 상기 체질제는 평균 입자크기가 큰 중탄과 상대적으로 입자크기가 작은 경탄을 혼합하여 사용함으로써 물성 및 작업성을 제어할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 디시안디아마이드계 경화제는 수지를 경화시키는데 사용하는 것으로 전체 조성물 대비 10~12 중량%를 사용할 수 있으며, 그 함량이 10 중량% 보다 적으면 경화되지 않고, 12 중량% 보다 많으면 잔류물로 존재하여 악취를 발생시키는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 충전제 조성물에 탄성부여제 3~5 중량%, 접착부여제 3~5 중량%, 수분흡수제 3~5 중량% 및 안정제 1~2 중량%를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 탄성부여제는 충돌 탄성을 부여하는 것으로 칼슘카보네이트를 사용할 수 있으며, 그 함량이 3 중량% 보다 적으면 충돌 탄성이 저하되고, 5 중량% 보다 많으면 전단강도가 저하되는 문제가 있다.

또한 상기 접착부여제는 강판과의 접착력을 부여하는 것으로 폴리아마이드를 사용할 수 있으며, 그 함량이 3 중량% 보다 적으면 접착력이 저하되고, 5 중량% 보다 많으면 충돌 성능이 저하된다.

또한 상기 수분흡수제는 습기 저항성을 부여하는 것으로 산화칼슘(CaO)을 사용할 수 있으며, 그 함량이 3 중량% 보다 적으면 습기에 의한 부풀음이 발생되고, 5 중량% 보다 많으면 접착력이 저하되는 문제가 있다.

또한 상기 안정제는 내열 안정성을 부여하는 것으로 산화주석(SnO₂)를 사용할 수 있으며, 그 함량이 1 중량% 보다 적으면 내열성이 저하되고, 2 중량% 보다 많으면 접착력이 저하되는 문제가 있다.

따라서 본 발명에 따른 발포형 충전제 조성물은 비스페놀 A 에폭시 및 아크릴 고무 변성 에폭시 수지에 충격흡수용 글라스 버블과 체질제, 탄성부여제를 혼합함으로써 열경화 발포시켜 판넬 내부의 빈 공간(CAVITY)을 채워, 차체 강판의 두께를 증대시키지 않고도 차량 충돌 시 차체의 변형 저감 및 파손 저항성을 증대시킬 수 있다.

또한, 물리적 및 화학적 발포제를 혼합함으로써 발포율(100~200%)을 크게 향상시켜 체적을 증대시키고, 충돌 시 응력을 분산시켜 충격을 완화시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분과 성분비로 발포형 충전제 조성물을 제조하였다.

실험예

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 제조된 발포형 충전제 조성물에 대한 물성을 측정하기 위해 충돌 평가용 시편 170 X 60 X 500 ㎜(강종: SPRC440, SPOT 용접10점)을 사용하였고, 다음과 같은 평가 조건하에서 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.

[충돌 평가 조건(Drop tower test)]

충돌높이(Drop Height): 200 mm

충돌 무게(Drop Weight): 400 kgf

충돌속도(Drop Velocity): 1.98 m/s

상기 표 2의 결과에 의하면, 아크릴 고무변성 에폭시, 글라스 버블 및 발포제가 적정량 첨가된 상기 실시예 1, 2의 경우, 전단강도, 충돌 성능 및 굴곡강도 등에서 요구되는 물성 조건을 모두 만족하였으며, 단품 충돌 평가에서도 충돌 변위량이 약 40~50 %로 크게 감소하였으며, 에너지 흡수량에서도 미도포 대비 30~50 %로 크게 증대된 것을 확인할 수 있었다.

또한 충돌 평가 사진에서도 미도포 대비 충돌을 많이 저감시켰음을 알 수 있었다. 또한 기존의 충돌 평가용 시편은 외판/REINF/내판의 무게가 1.0t/1.2t/1.2t이었으나, 상기 실험예에서는 0.8t/1.0t/1.2t으로 약 4~8%로 강판 두께를 경량화할 수 있음을 확인하였다.

이에 반하여, 아크릴 고무변성 에폭시의 함량이 적고, 글라스 버블 및 물리적 발포제가 미첨가된 상기 비교예 1의 경우 상기 실시예 1, 2 대비 충격 흡수성이 열세하여 충돌에 따른 보강 성능의 발현이 어려운 것을 확인할 수 있었다. 또한, 화학적 발포제만 사용할 경우 발포에 따른 전단강도 및 충돌성능이 저하되어 요구물성 조건을 만족하지 못하는 수준인 것을 알 수 있었다.

또한 글라스 버블 및 수분흡수제의 함량이 소량 첨가된 상기 비교예 2의 경우, 특히 충돌 성능 및 굴곡 강도가 크게 저하되었으며, 수분흡수제의 함량 부족으로 부풀음이 발생하여 이를 적용 시 내구성이 좋지 않음을 확인할 수 있었다.

따라서, 이를 통해 상기 실시예 1, 2에서 제조된 발포형 충전제 조성물은 비스페놀 A 에폭시 및 아크릴 고무 변성 에폭시 수지에 충격흡수용 글라스 버블과 체질제, 탄성부여제를 혼합함으로써 열경화 발포시켜 판넬 내부의 빈 공간(CAVITY)을 채워, 차체 강판의 두께를 증대시키지 않고도 차량 충돌 시 차체의 변형 저감 및 파손 저항성을 증대시킬 수 있음을 확인하였다.

또한, 물리적 및 화학적 발포제를 혼합함으로써 발포율을 크게 향상시켜 체적을 증대시키고, 충돌 시 응력을 분산시켜 충격을 완화시킬 수 있는 효과가 있음을 알 수 있었다.

Claims

비스페놀 A 에폭시 수지 20~30 중량%;
아크릴 고무 변성 에폭시 수지 30~40 중량%;
평균 버블직경이 30~40 ㎛인 글라스 버블 3~5 중량%;
발포제 1.5~3 중량%;
평균 입자크기가 60~70 ㎛인 중탄 및 평균 입자크기가 10~20 ㎛인 경탄을 포함하는 체질제 10~20 중량%; 및
디시안디아마이드계 경화제 10~12 중량%;
를 포함하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 발포제는 화학적 발포제 1~2 중량% 및 물리적 발포제 0.5~1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물.
제2항에 있어서,
상기 화학적 발포제는 옥시비스 벤젠 설폰 히드라지드(4-4'-Oxybis(Benzene-Sulfon-Hydrazide)), 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide), 및 톨루엔 설포닐 히드라지드(P-tolunene sulfonyl hydrazide)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물.
제2항에 있어서,
상기 물리적 발포제는 사이클로펜탄, 이산화탄소, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 에탄올, 1,1-디플루오로에탄(HFC-152a), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(HFC-134), 에틸클로라이드, 1-클로로-1,1-디플루오로에탄(HCFC-142b) 및 클로로디플루오로메탄(HCFC-22)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 체질제는 상기 중탄 5~10 중량% 및 상기 경탄 5~10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 충전제 조성물에 탄성부여제 3~5 중량%, 접착부여제 3~5 중량%, 수분흡수제 3~5 중량% 및 안정제 1~2 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물.
제7항에 있어서,
상기 탄성부여제는 칼슘카보네이트이고, 상기 접착부여제는 폴리아마이드이고, 상기 수분흡수제는 산화칼슘(CaO)이고, 상기 안정제는 산화주석(SnO₂)인 것을 특징으로 하는 고강성 및 고강도 발포형 충전제 조성물.