KR101779693B1 - 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱부품 제조용 합성수지의 제조방법 - Google Patents

글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱부품 제조용 합성수지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

글라스울(glass wool)을 보강제로 사용하여 콘솔박스나 맵포켓(map pocket)과 같은 차량 내장부품을 성형하는 수지를 제조하되, 사출 성형이 용이하고 표면 외관과 수축률 및 휨 현상이 개선되며, 내스크래치성이 우수함과 동시에 친환경적인 고감성 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱 부품 제조용 합성수지의 제조방법에 관한 것으로, 폴리프로필렌(PP) 5.5 내지 6.5중량부와, 에틸렌프로필렌고무(EPDM) 1.5 내지 2.5중량부, 활석(Talc) 1.0 내지 1.5중량부, 글라스울(glass wool) 0.5 내지 1.0중량부의 원료를 계량하는 제1공정(S10); 상기 계량된 원료를 반죽기(kneader)에 넣고 혼합 및 혼련하는 제2공정(S20); 상기 제2공정을 통해 혼련된 원료를 압출 성형하여 1차 펠렛을 제조하는 제3공정(S30); 및 상기 1차 펠렛을 열가소성 수지와 함께 압출 성형하여 복합재료를 제조 완료하는 제4공정(S40)을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱부품 제조용 합성수지의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF SYNTHETIC RESINS FOR PLASTIC COMPONENTS OF VEHICLES USING GLASS WOOL AS REINFORCEMENT}
본 발명은 플라스틱 부품 제조용 합성수지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 글라스울(glass wool)을 보강제로 사용하여 콘솔박스나 맵포켓(map pocket)과 같은 플라스틱 부품을 성형하는 수지를 제조하되, 사출 성형이 용이하고 표면 외관과 수축률 및 휨 현상이 개선되며, 내스크래치성이 우수함과 동시에 친환경적인 고감성 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱 부품 제조용 합성수지의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 플라스틱부품을 성형하는 합성수지원료의 제조 시 보강제로 활석(Talc)과 유리섬유(glass fiber)가 널리 사용된다.
먼저, 활석을 보강제로 사용한 수지원료는 폴리프로필렌(PP:polypropylene)과, 에틸렌프로필렌고무(EPDM)과, 활석(20%)을 포함하여 제조되며, 상기 유리섬유를 보강제로 사용한 수지원료는 폴리프로필렌(PP)과, 에틸렌프로필렌고무(EPDM)과, 유리섬유(20%)을 포함하여 제조된다.
그런데 상기 활석을 보강제로 사용한 수지의 경우, 표면 손상에 의해 쉽게 외부로 분리되며, 외부 노출 시 빛 반사에 의해 백화현상이 발생되는 문제점이 있다.
이는 도 6에서와 같이, 활석의 함량이 증가함에 따라 스크래치 성능이 떨어지는 것을 확인할 수 있는 데, 활석은 고분자와의 결합력이 낮아 표면의 손상에 의해 쉽게 분리되어 외관으로 노출될 경우에 빛의 반사에 의해 백화현상을 일으키게 된다. 10% 이상 첨가 시 스크래치 성능이 점차 저하되며 20% 이상 첨가 시 그 성능이 급격하게 저하됨을 확인할 수 있다.
또한 상기 유리섬유를 보강제로 사용한 수지는 종래 차량의 내장부품은 물론 외장재나 엔진부품의 보강제로 널리 사용되는데, 유리섬유의 배향에 의해 수축 특성이 좌우되고 이런 특성에 기인하여 사출 성형 시 성형 수축률 문제나 휨 현상을 일으킬 수 있는 원인으로 작용된다.
등록특허공보 10-1417243, 등록실용신안공보 20-0400529, 공개특허공보10-2014-0092579, 공개특허공보 10-2006-0115719
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 글라스울을 보강제로 사용하여 콘솔박스나 맵포켓과 같은 플라스틱 부품을 성형하는 수지를 제조하되, 사출 성형이 용이하고 표면 외관과 수축률 및 휨 현상이 개선되며, 내스크래치성이 우수함과 동시에 친환경적인 고감성 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱 부품 제조용 합성수지의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폴리프로필렌(PP) 5.5 내지 6.5중량부와, 에틸렌프로필렌고무(EPDM) 1.5 내지 2.5중량부, 활석(Talc) 1.0 내지 1.5중량부, 글라스울(glass wool) 0.5 내지 1.0중량부의 원료를 계량하는 제1공정과; 상기 계량된 원료를 반죽기(kneader)에 넣고 혼합 및 혼련하는 제2공정과; 상기 제2공정을 통해 혼련된 원료를 압출 성형하여 1차 펠렛을 제조하는 제3공정과; 상기 1차 펠렛을 열가소성 수지와 함께 압출 성형하여 복합재료를 제조 완료하는 제4공정을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르자면, 상기 제2공정은 폴리프로필렌 5.5~6.5중량부, 에틸렌프로필렌고무 1.5~2.5중량부, 활석 1.0~1.5중량부로 이루어진 1차 원료를 텐젠셜리형 반죽기에 투입하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 투입된 1차 원료를 혼련하여 용해하는 제2단계와; 상기 텐젠셜리형 반죽기를 통해 1차 원료가 완전 용해되면 용해된 1차 원료를 오버래핑형 반죽기로 옮긴 다음, 상기 오버래핑형 반죽기에 글라스울 0.5~1.0중량부를 분할 투입하면서 2차 혼련하여 주는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르자면, 상기 제3공정은 상기 제2공정을 통해 혼련 제조된 원료를 싱글 스크루 압출기에 투입하여 글라스울을 마스터배치한 펠렛을 압출 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르자면, 상기 제4공정은 트윈 스크루 압출기의 메인피더에 열가소성수지를 주입하는 제1단계와; 상기 트윈 스크루 압출기의 사이드피더에 상기 마스터 배치된 글라스울 펠렛을 투입하는 제2단계와; 상기 열가소성수지 및 마스터 배치된 글라스울 펠렛을 혼합하여 압출 성형하는 제3단계와; 상기 압출 성형된 재료를 냉각 및 탈수 과정을 통해 펠렛 형태로 최종 복합재료를 성형 제조하는 제4단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 콘솔박스나 맵포켓과 같은 차량용 플라스틱 부품을 성형하는 수지 제조 시 글라스울을 보강제로 사용함으로써, 배향의 방향성이 없기 때문에 종래 유리섬유의 문제점들을 상쇄하여 사출 성형이 용이하고, 그에 따라 표면 외관이 개선되며, 성형 수축률 및 휨 문제가 개선되는 장점을 제공한다.
또한 본 발명은 표면이 우수하여 그에 따라 성형성이 우수해지는 장점이 있으며, 이러한 특징 때문에 내스크래치성이 더욱 우수한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱 부품 제조용 합성수지의 제조방법의 공정도,
도 2는 본 발명에 따른 혼합/혼련 과정의 상세 공정도,
도 3은 본 발명에 따른 복합재료 압출성형 과정의 상세 공정도,
도 4a 및 4b는 본 발명에 적용되는 반죽기의 주요부분 구성도,
도 5는 본 발명 글라스울 보강제를 적용한 수지 성형제품의 표면과 종래 제품의 확대 비교 사진,
도 6은 활석의 함량과 스크래치 성능을 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱 부품 제조용 합성수지의 제조방법의 공정도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱 부품 제조용 합성수지의 제조방법은,
원료를 계량하는 제1공정(S10)과, 계량된 원료를 반죽기(kneader)에 넣고 혼합 및 혼련하는 제2공정(S20)과, 상기 제2공정을 통해 혼련된 원료를 압출 성형하여 1차 펠렛을 제조하는 제3공정(S30)과, 상기 1차 펠렛을 열가소성 수지와 함께 압출 성형하여 복합재료를 제조 완료하는 제4공정(S40)을 포함한다.
제1공정(S10)은 원료를 계량하는 공정으로, 본 발명 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱 부품 제조용 합성수지 1차 펠렛은 폴리프로필렌(PP) 5.5 내지 6.5중량부와, 에틸렌프로필렌고무(EPDM) 1.5 내지 2.5중량부, 활석(Talc) 1.0 내지 1.5중량부, 글라스울(glass wool) 0.5 내지 1.0중량부를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명 제1공정(S10)에서는, 폴리프로필렌 5.5~6.5kg, 에틸렌프로필렌고무 1.5~2.5kg, 활석 1.0~1.5kg, 글라스울 0.5~1.0kg을 계량하고 준비한다.
상기 폴리프로필렌은 플라스틱 부품 원료의 기본 소재이고, 에틸렌프로필렌고무는 충격 보강재의 역할을 수행학며, 활석은 내열성, 고강성, 강도개선의 효과를 제공한다. 또한 글라스울은 경량화, 내스크래치성, 단열재 등의 역할을 수행한다.
상기 폴리프로필렌은 PC(Polycarbonate)나 폴리뷰틸렌테레프(PBT수지)와 같은 합성수지로도 대체 가능하다.
여기서 본 발명 합성수지에 보강제로 적용되는 글라스울을 살펴본다.
먼저, 광물 섬유는 크게 천연 광물 섬유와 인조 광물 섬유로 구분되고, 대표적인 천연광물 섬유로는 석면이 있으며 인조 광물 섬유로는 글라스울, 미네랄울 등이 있다.
인조광물섬유(Man-Made Mineral Fiber : MMMF)는 유리, 암석, 기타 광물질을 고온으로 액화시켜 인공으로 섬유화 한 것을 말하며, 천연광물섬유인 석면의 사용영역을 대체하여 사용되고 있다.
천연섬유와는 달리 비결정질의 규산염(Silicate)이고, 대표적인 인조광물섬유로는 글라스울, 미네랄울이 있다.
상기 글라스울과 미네랄울은 발암물류로 규정된 석면과는 원재료의 성분과 물성이 완전히 다른 안전한 물질로 규정되어 있다.
상기 글라스울은 섬유의 평균직경이 5∼10㎛정도이며 횡 방향으로 부러져 직경에는 영향이 전혀 없고 호흡기에 들어간다 하더라도 물리화학적 특성상 격자형태의 결정질 구조와 다른 비결정질의 무정형(Amorphous)형태로써 인체에서 쉽게 용해되어 단기간에 체외로 배출되어 안전하고 친환경적인 물질이다.
제2공정(S20)은 계량된 원료를 반죽기(kneader)에 넣고 혼합 및 혼련하는 공정으로, 도 2에서와 같이 1차 원료를 투입하는 제1단계(S21)와, 투입된 1차 원료를 혼련하는 제2단계(S22)와, 상기 1차 원료가 완전 용해되면 글라스울을 분할 투입하고 2차 혼련하는 제3단계(S23)를 포함한다.
보다 상세하게는 상기 제1단계(S21)는 1차 원료를 투입하는 단계로, 1차 원료는 폴리프로필렌 5.5~6.5kg, 에틸렌프로필렌고무 1.5~2.5kg, 활석 1.0~1.5kg이며, 이를 반죽기(kneader)에 투입하여 준다.
상기 제2단계(S22)는 투입된 1차 원료를 반죽기를 통해 혼련하는 단계로, 여기서 상기 반죽기(Kneader)는 고체와 소량의 액체 혼합물 등 가소성 물질, 고무상 물질, 고점성도 물질을 반죽하여 섞기 위하여 사용 되는 장치이다.
보통 두 개의 반원통을 나란히 한 것같이 되어 있는 사각의 통에 두개의 비틀린 형태의 날개가 서로 반대 방향으로 회전하며 재료를 잡아 늘리고 접어 포개고, 층밀리기, 이동 등 움직이며 반죽하여 섞게 되어 있다.
이러한 반죽기는 도 4a와 같은 텐젠셜리형 반죽기(10)와, 도 4b와 같이는 오버래핑형 반죽기(20)가 있는데, 먼저 텐젠셜리형 반죽기(10)는 믹서부(13) 내부의 두개의 날(11,12)이 경로가 교차하지 않기 때문에 블레이드 종류 및 속도를 임의로 설정할 수 있으며, 이는 초 고점도 물질을 혼련 시 이용된다.
또한 상기 오버래핑형 반죽기(20)는 두개의 블레이드(21,22) 경로가 서로 접촉하지 않도록 배치되어 있어 블레이드 종류는 제한되어 있으며 두 블레이드(21,22)간의 회전비는 1:1 이다. 이는 고점도 물질을 희석 시키거나 혼련시키기에 적합하다.
본 발명에 따르자면, 상기 제2단계(S22)에는 텐젠셜리형 반죽기(10)를 이용한다.
상기 제3단계(S23)는 1차 원료가 완전 용해되면 글라스울을 분할 투입하고 2차 혼련하는 단계로, 상기 반죽기(10)를 통해 1차 원료인 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌고무 및 활석이 완전히 용해되면, 용해된 1차 원료를 오버래핑형 반죽기(20)로 옮긴 다음, 상기 반죽기(20)에 글라스울 0.5~1.0kg을 분할 투입하면서 반죽을 하여준다.
이때 글라스울의 분할 투입은 6회로 나누어하는 것이 바람직하며, 1회에 투입되는 글라스울의 양은, 약 0.83~0.16kg이 된다.
이와 같이 본 발명에 따르자면, 원료 투입을 분리하고, 2번에 걸쳐 2가지 종류의 반죽기로 혼련 및 혼합하는 이유는, 원료의 혼련 시 점도에 따라 가장 최적의 혼련이 될 수 있도록 한 것이다.
제3공정(S30)은 상기 제2공정을 통해 혼련된 원료를 압출 성형하여 1차 펠렛을 제조하는 공정으로, 상기 제2공정을 통해 혼련 제조된 원료를 싱글 스크루 압출기에 투입하여 글라스울을 마스터배치한 펠렛을 압출 성형하여준다.
제4공정(S40)은 상기 제3공정을 통해 제조된 1차 펠렛을 열가소성 수지와 함께 압출 성형하여 복합재료를 제조 완료하는 공정으로, 도 4에서와 같이 트윈 스크루 압출기의 메인피더에 열가소성수지를 주입하는 제1단계(S41)와, 상기 트윈 스크루 압출기의 사이드피더에 상기 마스터 배치된 글라스울 펠렛을 투입하는 제2단계(S42)와, 상기 열가소성수지 및 마스터 배치된 글라스울 펠렛을 압출 성형하는 제3단계(S43)와, 상기 압출 성형된 재료를 냉각 및 탈수 과정을 통해 펠렛 형태로 최종 복합재료를 성형 제조하는 제4단계(S44)로 구성된다.
이와 같이 제조된 본 발명 복합재료에 따른 수지는 종래의 활석 보강제 대비 경량화 효과가 우수하다. 기존 제품 대비 약 7% 중량이 감소하는 특징을 제공한다.
또한 외부 노출 시 백화현상 발생 않아, 표면 외관이 좋으며 내스크래치성 우수하다.
배향의 방향성이 없기 때문에 사출 성형이 용이하고, 수축률 및 휨 현상 개선되며, 활석이나 유리섬유에 비해 인체에 분진이 체류되지 않고 매우 안전한다.
또한 85% 이상의 폐유리를 이용하여 제조하기 때문에 친환경적인 소재이다.
도 6에는 본 발명 글라스울 보강제를 적용한 수지 성형제품의 표면 비교 사진이 도시된다.
도시된 바와 같이, 본 발명 글라스울 보강제를 적용한 복합재료 수지 성형제품의 표면(a)이, 활석(20%)을 보강제로 적용한 수지제품의 표면(b)과, 유리섬유(20)를 보강제로 적용한 수지제품의 표면(c)에 비하여 가장 우수한 것으로 확인되었다.
또한 에릭슨 스크래치 시험기(GMW14688)를 이용하여 본 발명 수지 성형제품에 대한 내스크래성을 시험하였다.
이 스크래치 시험의 평가단위는 ΔL(휘도값 평가)이며, 육안 및 광택 명도뿐만 아니라 휘도값을 객관적으로 색차계를 이용하여 평가하는 방법이다.
상기 스크래치의 시험 결과, 아래의 <표 1>에서와 같이,
소재 내스크래치성(ΔL)
본 발명 폴리프로필렌(PP)+에틸렌프로필렌고무(EPDM)+활석+글라스울(보강제) 0.4
종래기술 폴리프로필렌(PP)+에틸렌프로필렌고무(EPDM)+활석(보강제: 20%) 4.5
폴리프로필렌(PP)+에틸렌프로필렌고무(EPDM)+유리섬유(보강제: 20%) 1.4
본 발명 글라스울을 보강제로 사용한 수지 성형제품의 내스크래치성이 가장 뛰어난 것으로 확인되었다.
또한, 인간의 감성을 관련된 저휘발성유기화합물/냄새(VOCs/Odor)에 대한 평가를 수행하였다.
이 평가결과 아래의 <표 2>에서와 같이, 본 발명 글라스울을 보강제로 사용한 수지 성형제품이 활석을 보강제로 사용한 제품 보다는 높고, 유리섬유를 보강제로 사용한 수지 성형제품보다는 약간 낮은 것으로 확인되었다.
소재 VOCs/Odor
본 발명 폴리프로필렌(PP)+에틸렌프로필렌고무(EPDM)+활석+글라스울(보강제) 6
종래기술 폴리프로필렌(PP)+에틸렌프로필렌고무(EPDM)+활석(보강제: 20%) 4~5
폴리프로필렌(PP)+에틸렌프로필렌고무(EPDM)+유리섬유(보강제: 20%) 7

Claims (4)

  1. 폴리프로필렌(PP) 5.5 내지 6.5중량부와, 에틸렌프로필렌고무(EPDM) 1.5 내지 2.5중량부, 활석(Talc) 1.0 내지 1.5중량부, 글라스울(glass wool) 0.5 내지 1.0중량부의 원료를 계량하는 제1공정(S10); 상기 계량된 원료를 반죽기(kneader)에 넣고 혼합 및 혼련하는 제2공정(S20); 상기 제2공정을 통해 혼련된 원료를 압출 성형하여 1차 펠렛을 제조하는 제3공정(S30); 및 상기 1차 펠렛을 열가소성 수지와 함께 압출 성형하여 복합재료를 제조 완료하는 제4공정(S40)을 포함하며,
    상기 제2공정(S20)은 폴리프로필렌 5.5~6.5중량부, 에틸렌프로필렌고무 1.5~2.5중량부, 활석 1.0~1.5중량부로 이루어진 1차 원료를 텐젠셜리형 반죽기(10)에 투입하는 제1단계(S21); 상기 제1단계를 통해 투입된 1차 원료를 혼련하여 용해하는 제2단계(S22); 및 상기 텐젠셜리형 반죽기(10)를 통해 1차 원료가 완전 용해되면 용해된 1차 원료를 오버래핑형 반죽기(20)로 옮긴 다음, 상기 오버래핑형 반죽기(20)에 글라스울 0.5~1.0중량부를 6회 분할 투입하면서 2차 혼련하여 주는 제3단계(S23)를 포함하고,
    상기 제3공정(S30)은 상기 제2공정을 통해 혼련 제조된 원료를 싱글 스크루 압출기에 투입하여 글라스울을 마스터배치한 펠렛을 압출 성형함으로써 수행되고,
    상기 제4공정(S40)은 트윈 스크루 압출기의 메인피더에 열가소성수지를 주입하는 제1단계(S41); 상기 트윈 스크루 압출기의 사이드피더에 상기 마스터 배치된 글라스울 펠렛을 투입하는 제2단계(S42); 상기 열가소성수지 및 마스터 배치된 글라스울 펠렛을 혼합하여 압출 성형하는 제3단계(S43); 및 상기 압출 성형된 재료를 냉각 및 탈수 과정을 통해 펠렛 형태로 최종 복합재료를 성형 제조하는 제4단계(S44)로 구성되며,
    에릭슨 스크래치 시험기(GMW14688)를 이용하여 측정된 ΔL(휘도값 평가)이 0.4인 내스크래치성을 갖는 수지 성형제품의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 글라스울을 보강제로 이용한 플라스틱부품 제조용 합성수지의 제조방법.


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