KR101794393B1 - 섬유 강화 플라스틱 조성물, 이로부터 형성된 충격성능이 향상된 섬유 강화 복합재 - Google Patents

섬유 강화 플라스틱 조성물, 이로부터 형성된 충격성능이 향상된 섬유 강화 복합재 Download PDF

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Abstract

열가소성 수지, 반응형 고무(RTPO: Reactor-made Thermoplastic Poly Olefin) 및 유리섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 조성물 및 상기 섬유 강화 플라스틱 조성물로 형성된 섬유 강화 복합재를 제공한다.
또한, 제 1압출기에 열가소성 수지 및 반응형 고무를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 상기 제조된 열가소성 수지 조성물과 섬유를 제 2압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 섬유 강화 복합재 제조방법를 제공한다.

Description

섬유 강화 플라스틱 조성물, 이로부터 형성된 충격성능이 향상된 섬유 강화 복합재{LONG FIBER REINFORCED PLASTIC COMPOSITION, LONG FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL IMPROVING IMPACT PERFORMANCE FORMED THEREOF}
섬유 강화 플라스틱 조성물, 이로부터 형성된 충격성능이 향상된 섬유 강화 복합재를 제공한다.
일반적으로 열가소성 수지 중 폴리프로필렌을 이용한 섬유 강화 복합재는 프로필렌-에틸렌 공중합체를 포함하는 열가소성 수지와 극성 기능을 그라프트시킨 개질 프로필렌 및 수산기가 함유된 폴리올레핀 폴리올을 유리/카본 등의 연속섬유에 함침시킴으로써 형성되며, 이는 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 강도 및 강성이 우수하다.
이 때, 열가소성 수지와 연속섬유와의 함침성은 상기 장섬유 복합재의 기계적 물성 및 충격 물성 향상에 큰 영향을 주는 인자이며, 두 재료의 함침성이 낮을 경우 연속 섬유가 열가소성 수지 내에서 접착이 되지 않아, 복합재 내부에서 크랙 및 기공 등을 형성할 수 있어 물성에 악영향을 줄 수 있다.
이에, 상기 열가소성 수지와 연속섬유와의 함침성을 높이기 위하여 상용화제를 사용하였으나, 상기 상용화제의 처방은 일정 함량 이상에서는 그 효과가 발현되지 않으며, 과처방의 경우 물성에 악영향을 줄 수 있어 강도, 강성 및 충격 성능을 조절에 한계가 있었다. 이에, 상용화제를 사용하는 것 외에 충격 성능을 향상시킬 수 있는 인자에 대한 연구의 필요성이 대두되었다.
본 발명의 일 구현예는 열가소성 수지 및 유리섬유에 반응형 고무를 포함함으로써, 고무의 특성으로 인해 종래보다 고속 충격성능이 우수한 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 섬유 강화 플라스틱 조성물로 형성된 섬유 강화 복합재 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 열가소성 수지, 반응형 고무(RTPO: Reactor-made Thermoplastic Poly Olefin) 및 섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제공한다.
상기 열가소성 수지 100중량부에 대해서, 상기 반응형 고무를 약 1중량부 내지 약 20중량부, 상기 섬유를 약 5중량부 내지 약 45중량부 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지이고, 상기 폴리프로필렌 수지는 프로필렌 단일중합체 또는 에틸렌-프로필렌 중합체인 상기 반응형 고무는 폴리프로필렌 사슬에 고무 성분이 중합되어 형성 될 수 있다.
상기 고무 성분은 에틸렌-프로필렌계 고무, α-올레핀계 고무, 스티렌계 열가소성 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 섬유는 유리섬유, 바잘트 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 유리섬유의 평균직경이 약 15um 내지 약 20um일 수 있다.
첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 산화방지제, 열안정제, 분산제, 상용화제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 섬유 강화 플라스틱 조성물로 형성된 섬유 강화 복합재를 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 탄성율이 약 5GPa 내지 약 6GPa일 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 충격흡수 에너지는 약 1.5J 내지 약 3J일 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 낙구충격 강도는 약 5J/mm 내지 약 7J/mm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 제 1압출기에 열가소성 수지 및 반응형 고무를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 상기 제조된 열가소성 수지 조성물과 섬유를 제 2압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 섬유 강화 복합재 제조방법을 제공한다.
상기 섬유 강화 플라스틱 조성물을 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계는 상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 압출 다이를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 압출물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 압출물을 프레스 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 섬유 강화 플라스틱 조성물은 열가소성 수지와 섬유 간의 상용성을 향상시킬 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 강도, 강성을 유지함과 동시에 우수한 고속 충격성능을 구현할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 사용함으로써 고강성, 고강도 및 고속 충격강도가 우수하여 자동차 부품소재인 백빔, 시트백, 보닛 루프 등에 적용이 가능한 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예로, 열 가소성 수지 내에 반응형 고무가 분산 및 분배된 형상을 그림으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래기술로 열 가소성 수지 내에 고무 입자가 분산 및 분배된 형상을 그림으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서, 열가소성 수지, 반응형 고무(RTPO: Reactor-made Thermoplastic Poly Olefin) 및 섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제공한다.
상기 섬유 강화 플라스틱 조성물은 반응형 고무(RTPO: Reactor-made Thermoplastic Poly Olefin)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응형 고무는 프로필렌 중합반응시 에틸렌 프로필렌 고무의 함량이 향상된 고무로 별도의 고무 수지 또는 고무 입자의 처방을 최소화한 상태에서 상기 섬유 강화 플라스틱 조성물의 충격 특성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 종래기술로 열 가소성 수지 내에 고무 입자가 분산 및 분배된 형상을 그림으로 나타낸 것이다. 도 2와 같이, 매트릭스로 사용되는 열가소성 수지 외에 고무 수지를 사용하는 경우, 고무 수지로 인해 내충격성을 발현할 수 있으나, 일반적인 고무 수지 또는 고무 입자 등을 첨가하였을 경우 상용성 및 흐름성 저하가 나타나며 가공성에 문제가 될 수 있다. 또한, 폴리프로필렌과 같은 비극성 열가소성 수지 매트릭스 내에 극성인 고무를 분산 및 분배시키는 것이 양자간의 상반되는 극성으로 인해 상분리 현상이 발생할 수 있다.
반면, 도 1은 본 발명의 실시예로, 열 가소성 수지 내에 반응형 고무가 분산 및 분배된 형상을 그림으로 나타낸 것으로, 도 1과 같이 매트릭스로 사용되는 열가소성 수지 외에 반응형 고무를 사용함으로써 상분리 현상이 억제되어 열가소성 수지 내에 반응형 고무가 고르게 분산 될 수 있다. 또한, 열가소성 수지, 반응형 고무 및 섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 조성물의 가공 중 상용성 증대와 함께 내충격성 극대화가 가능해질 수 있다.
반응형 고무(RTPO: Reactor-made Thermoplastic Poly Olefin)는 에틸렌 프로필렌 고무의 함량을 향상시킨 것으로, 이를 사용함으로써 별도의 고무 처방을 최소화한 상태에서 충격 특성을 개질할 수 있다. 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해서, 상기 반응형 고무를 약 1중량부 내지 약 10중량부, 상기 섬유를 약 10중량부 내지 약 50중량부 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 100중량부에 대해서, 상기 반응형 고무를 약 5중량부 내지 약 10중량부, 상기 섬유를 약 25중량부 내지 약 45중량부 포함할 수 있다.
상기 반응형 고무를 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해서 약 1중량부 미만으로 포함하는 경우 고무의 충격 특성이 발현되지 않는 우려가 있고, 약 20중량부를 초과하여 포함하는 경우 충격성능은 향상될 수 있으나, 조성물로 형성된 제품의 강도 및 강성이 저하되는 문제점이 있어, 상기 범위를 유지하는 것이 충격특성을 향상시키고, 강도 및 강성을 보전할 수 있다는 점에서 유리하다. 또한, 상기 섬유를 상기 범위내로 포함함으로써 기존 열가소성 수지에서 발현할 수 없는 높은 기계적 강도 및 강성을 구현할 수 있고, 가공성을 유지할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지이고, 상기 상기 폴리프로필렌 수지는 프로필렌 단일중합체 또는 에틸렌-프로필렌 중합체일 수 있다.
상기 반응형 고무는 폴리프로필렌 사슬에 고무 성분이 중합되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 고무 성분은 에틸렌-프로필렌계 고무, α-올레핀계 고무, 스티렌계 열가소성 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 섬유는 유리섬유, 바잘트 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 폴리올레핀용 표면처리가 되어있는 유리섬유를 사용할 수 있다. 상기 유리섬유의 평균직경 및 길이는 제한되지 않는다.
상기 유리섬유의 평균직경이 약 15um 내지 약 20um, 예를 들어 약 16um 내지 약 19um 일 수 있다. 상기 유리섬유의 평균직경이 상기 범위를 유지함으로써 상기 섬유 강화 복합재 형성시 양산에 유리하고, 제조시 경제성을 극대화 할 수 있다.
상기 섬유 강화 플라스틱 조성물은 상기 열가소성 수지 및 상기 반응형 고무 외에 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 산화방지제, 열안정제, 분산제, 상용화제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해서 상기 첨가제를 약 1중량부 내지 약 10중량부 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 첨가제 중 열안정제 및 상용화제를 사용할 수 있고, 상기 상용화제는 열가소성 수지와 섬유의 상용성을 높여줄 수 있다. 상기 열안정제는 상기 열가소성 수지 100중량부 대비 약 1중량부 내지 약 3중량부, 상기 상용화제는 약 1중량부 내지 약 7중량부를 사용할 수 있다. 상기 상용화제가 상기 범위를 벗어나서 포함되는 경우 섬유 강화 플라스틱 조성물의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 열가소성 수지, 반응형 고무(RTPO: Reactor-made Thermoplastic Poly Olefin) 및 섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 조성물로 형성된 섬유 강화 복합재를 제공한다.
상기 섬유 강화 복합재는 반응형 고무를 포함한 상기 섬유 강화 플라스틱 조성물로 형성됨으로써 고속 충격 성능이 향상될 수 있다.
일반적인 섬유 강화 복합재는 매트릭스로 사용되는 고분자 수지와 유리섬유의 함량을 조절함으로써 높은 강도와 강성을 가지는 장점이 있지만, 충격성능을 향상시키는 방법은 상용화제의 중량을 조절하거나, 매트릭스가 되는 고분자 수지를 변경하는 등으로 제한적이었다.
이에, 상기 섬유 강화 복합재는 열가소성 수지와 고분자 사슬 내에 고무가 중합되어 있는 반응형 고무를 포함하는 조성물을 사용함으로써 반응형 고무와 열가소성 수지 사이에 상용성을 증대시킴으로, 상기 반응형 고무의 내충격성이 섬유 강화 복합재에 적용되어 높은 강도 및 강성과 함께 내충격성을 향상시킬 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재는 굴곡 탄성율이 약 5GPa 내지 약 6GPa일 수 있다. 굴곡 탄성율은 외부로부터 힘을 받아 구부러진 물체가 그 힘이 없어지면 다시 본래의 모양으로 되돌아가려는 정도를 비율로 나타낸 것으로, 상기 복합재는 반응형 고무를 포함함으로써 외부 충격에도 다시 본래의 형상으로 돌아오고자 하는 굴곡 탄성율이 향상되었다. 상기 복합재의 굴곡탄성율은 상기 조성물이 포함하는 반응형 고무 및 섬유의 함량에 의해 조절될 수 있는 것으로, 상기 복합재는 자동차 부품소재로써 사용되는바, 용도에 따라, 상기 반응형 고무 및 섬유의 함량을 조절 할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재의 충격흡수 에너지는 약 1.5J 내지 약 3J일 수 있다. 충격흡수 에너지는 상기 복합재가 어떠한 물체로부터 받는 충격량을 수치화 한 것을 의미하는바, 상기 복합재는 반응형 고무를 포함함으로써 흡수할 수 있는 충격량이 증가하여, 강도 및 강성과 동시에 내충격성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 섬유 강화 플라스틱 복합재의 낙구충격 강도는 약 5J/mm 내지 약 7J/mm일 수 있다. 낙구충격 강도는 물체가 순간적인 집중 외력에 견디는 저항값을 나타낸 것으로, 상기 복합재는 반응형 고무를 포함함으로써 복합재에 가해지는 외력에 견디는 저항값이 향상될 수 있다.
본 발명의 또다른 구현예는, 제 1압출기에 열가소성 수지 및 반응형 고무를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 상기 제조된 열가소성 수지 조성물과 섬유를 제 2압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 섬유 강화 복합재 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 섬유 강화 플라스틱 조성물을 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계는 상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 압출 다이를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 압출물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 압출물을 프레스 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 섬유 강화 복합재 제조방법은 제1 및 제2 압출기로 구성된 LFT-D(Long Fiber Reinforced Thermoplastic - Direct Compounding) 압출기 및 프레스 성형기로 이루어지며 이들의 연속공정이 가능하도록 각 단계가 순차적으로 결합될 수 있다.
상기 제1 압출기는 트윈 스크류를 포함하여 투입되는 열가소성 수지 및 반응형 고무를 용융혼련시킨 다음 제2 압출기로 이송시킨다. 상기 용융혼련시 가공온도 및 회전속도(rpm)는 투입되는 열가소성 수지 및 반응형 고무에 통상적으로 적용되는 가공 온도 및 회전속도이면 특별히 제한되지 않으나, 열가소성 수지 조성물의 열화가 최소화되고, 균일하게 혼련될수 있는 범위 내인 것이 유리하다.
상기 제2 압출기는 트윈 스크류를 포함하여 투입되는 섬유와 제1 압출기로부터 유입된 열가소성 수지 조성물을 혼련시킨 다음 압출다이를 이용하여 일정한 크기 및 형상을 갖는 압출물을 연속적으로 제조하고, 프레스 형성하여 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
상기 섬유는 혼련시 적당한 크기의 장섬유로 잘라져 압출다이를 통해 압출되는 압출물에 충분한 강성을 제공하고, 상기 장섬유는 압출기 내부에서 높은 전단력(shear stress)을 받는다.
상기 섬유 강화 복합재의 제조방법을 사용함으로써 고강성, 고강도 및 고속 충격강도가 우수하여 자동차 부품소재인 백빔, 시트백, 보닛 루프 등에 적용이 가능한 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
< 실시예 비교예 >
실시예 1 및 2
제 1압출기에 폴리프로필렌 수지 및 반응형 고무를 투입하여 용융혼련시킴으로써 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하고, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물과 유리섬유를 제 2압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제조하였다. 상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 압출 다이를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 프레스 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
하기 표 1에 각 성분의 조성비를 나타내었으며, 이때, 반응형 고무는 폴리프로필렌 사슬에 에틸렌-프로필렌계 고무가 20중량% 중합되어 형성된 (EP200R, 폴리미래 제품)이고, 상기 유리섬유는 평균직경이 17um이었다. 나아가, 첨가제로 상용화제(말레익 무수-중합-폴리프로필렌) 및 산화방지제(항산화제)를 포함하였다.
비교예 1
반응형 고무를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
비교예 2
반응형 고무를 대체하여 부타디엔계 고무입자를 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 섬유 강화 복합재를 제조하였다.
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2
공정 LFT-D LFT-D LFT-D LFT-D
폴리프로필렌 수지 60 55 65 55
유리섬유 30 30 30 30
상용화제 2 2 2 2
열안정제 3 3 3 3
반응형 고무 5 10 0 10(고무입자)
총합 100 100 100 100
< 실험예 > - 섬유 강화 플라스틱 조성물의 물리적 특성
1) 낙구 충격 강도: ASTM D3763에 따라 상온 23℃에서 측정하였다.
2) 충격흡수 에너지: ASTM D790에 따라 얻어진 응력 변형도 곡선(Stress-Strain Curve)의 전체 면적을 계산하여 충격흡수 에너지를 측정하였다.
3) 굴곡 탄성율: 만능물성시험기(UTM)를 이용하여 ASTM D790에 따라 측정하였다.
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2
낙구 충격강도(J/mm) 5.80 6.28 4.98 5.51
충격흡수 에너지(J) 2.31 2.22 1.73 1.82
굴곡 탄성률(GPa) 5.76 5.35 5.83 4.84
상기 표 2를 참고하면, 실시예 1 및 2의 충격강도, 충격흡수 에너지 및 굴곡탄성율이 반응형 고무를 포함하지 않고 형성된 비교예 1 및 고무 입자를 포함하여 형성된 비교예 2에 비하여 높게 측정되었는바, 실시예 1 및 2가 비교예 1 및 2에 비해 충격성능이 향상됨을 알 수 있었다.

Claims (16)

  1. 열가소성 수지, 반응형 고무(RTPO: Reactor-made Thermoplastic Poly Olefin) 및 섬유를 포함하고,
    상기 열가소성 수지 100중량부에 대해서, 상기 반응형 고무를 5중량부 내지 10중량부 포함하고,
    상기 반응형 고무는 폴리프로필렌 사슬에 고무 성분이 중합되어 형성된
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 100중량부에 대해서, 상기 섬유를 10중량부 내지 50중량부 포함하는
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 방향족 비닐계 수지, 고무변성 방향족 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 메타크릴레이트계 수지, 폴리아릴렌설파이드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지이고,
    상기 폴리프로필렌 수지는 프로필렌 단일중합체 또는 에틸렌-프로필렌 중합체인
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고무 성분은 에틸렌-프로필렌계 고무, α-올레핀계 고무, 스티렌계 열가소성 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유는 유리섬유, 바잘트 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상인
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 유리섬유의 평균직경이 15um 내지 20um인
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    산화방지제, 열안정제, 분산제, 상용화제, 안료 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는
    섬유 강화 플라스틱 조성물.
  11. 제 1항 내지 제 4항, 제6항 내지 제8항 및 제10항 중 어느 한 항에 기재된 섬유 강화 플라스틱 조성물로 형성된
    섬유 강화 복합재.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재의 굴곡 탄성율이 5GPa 내지 6GPa인
    섬유 강화 복합재.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재의 충격흡수 에너지는 1.5J 내지 3J인
    섬유 강화 복합재.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 섬유 강화 복합재의 낙구충격 강도는 5J/mm 내지 7J/mm인
    섬유 강화 복합재.
  15. 제 1압출기에 열가소성 수지 및 반응형 고무를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계;
    상기 제조된 열가소성 수지 조성물과 섬유를 제 2압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 섬유 강화 플라스틱 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 열가소성 수지 100중량부에 대해서, 상기 반응형 고무를 5중량부 내지 10중량부 포함하고,
    상기 반응형 고무는 폴리프로필렌 사슬에 고무 성분이 중합되어 형성된
    섬유 강화 복합재 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 섬유 강화 플라스틱 조성물을 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계는
    상기 제조된 섬유 강화 플라스틱 조성물을 압출 다이를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 압출물을 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 압출물을 프레스 성형하여 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하는
    섬유 강화 복합재 제조방법.
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CN201580021739.3A CN106232693B (zh) 2014-04-24 2015-04-02 纤维增强塑料组合物、由此形成的提高冲击性能的纤维增强复合材料
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017159921A1 (ko) * 2016-03-17 2017-09-21 도레이첨단소재 주식회사 연료 저장 탱크용 라이너 및 이를 포함하는 연료 저장 탱크
KR101878795B1 (ko) 2017-03-22 2018-08-16 주식회사 효성 내열성이 개선된 폴리케톤 조성물

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100608138B1 (ko) * 2005-02-25 2006-08-02 삼성토탈 주식회사 유동 및 충격 특성이 우수한 자동차 외장재용 폴리프로필렌수지 조성물

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2584663B2 (ja) * 1988-11-08 1997-02-26 宇部興産株式会社 強化ポリプロピレン組成物
US6284833B1 (en) 1997-09-18 2001-09-04 Bp Corporation North America Inc. Olefin polymers with improved paintability
KR100658450B1 (ko) 2001-09-19 2006-12-15 주식회사 코오롱 폴리아미드 수지 조성물
KR20030026675A (ko) 2001-09-26 2003-04-03 현대자동차주식회사 장섬유 강화 폴리프로필렌 수지 조성물
US7901201B2 (en) * 2005-07-25 2011-03-08 Kojima Press Industry Co., Ltd. Press-molding machine and press-molding method
KR100714193B1 (ko) 2006-02-09 2007-05-02 삼성토탈 주식회사 강성 및 내충격특성이 우수한 자동차 내장재용폴리프로필렌 수지조성물
KR100857185B1 (ko) 2006-12-28 2008-09-05 호남석유화학 주식회사 섬유강화 폴리프로필렌 수지조성물
US7605210B2 (en) 2007-12-20 2009-10-20 Exxonmobile Chemical Patents Inc. Fiber-reinforced thermoplastic vulcanizates
KR101144111B1 (ko) * 2009-12-02 2012-07-09 현대자동차주식회사 섬유외관 구현 폴리프로필렌 복합수지 조성물
JP5560034B2 (ja) 2009-12-28 2014-07-23 日本ポリプロ株式会社 軽量自動車内装部品
WO2013035764A1 (ja) * 2011-09-08 2013-03-14 日本ポリプロ株式会社 繊維強化ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体
EP2796497A4 (en) * 2011-12-22 2015-07-01 Toyota Boshoku Kk THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND MOLDED BODY
CN102558628B (zh) 2012-01-19 2014-07-30 北京化工大学 轮胎气密层和内胎用氧化石墨烯/聚合物组合物及制备方法
KR101328296B1 (ko) 2012-10-18 2013-11-14 주식회사 엘지화학 유리섬유 강화 폴리카보네이트 난연 수지 조성물
BR112015021431B1 (pt) 2013-03-19 2020-04-14 Total Res & Technology Feluy composições de polipropileno reforçado com fibras de bambu, metódo para a preparapação de tais composições, uso de tais composições e artigo compreendendo tais composições

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100608138B1 (ko) * 2005-02-25 2006-08-02 삼성토탈 주식회사 유동 및 충격 특성이 우수한 자동차 외장재용 폴리프로필렌수지 조성물

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