KR101822144B1 - 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물 - Google Patents

자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 내장 또는 외장 부품의 제조에 사용될 수 있으며 발포성이 우수한 폴리올레핀계 복합 수지 조성물, 이를 포함하여 표면 품질이 우수한 자동차 부품 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물{A polyolefin-based composite resin composition for automobile parts}
본 발명은 자동차 내장 또는 외장 부품의 제조에 사용될 수 있으며 발포성이 우수한 폴리올레핀계 복합 수지 조성물, 이를 포함하여 표면 품질이 우수한 자동차 부품 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
자동차의 실내에서 좌석 앞쪽 및 도어의 내측 등에는 내장재가 부착되는데, 내장재를 구성하는 층을 형성함에 있어서 탄성을 갖는 발포 제품을 사용함으로써, 자동차의 실내 미감을 향상시키고 차량의 사고 시 탑승자에게 가해지는 충격을 완화할 수 있다.
일반적으로 상기한 발포 제품으로 많이 사용되는 플라스틱은 폴리스티렌 수지와 폴리우레탄 수지이다. 상기 수지들은 용융 시에 높은 용융 장력으로 인하여 발포성 제어가 용이하기 때문에, 연질의 완충재부터 경질의 단열재까지 매우 다양하게 사용되고 있다. 하지만, 폴리스티렌 수지는 유리전이온도가 100℃이기 때문에 내열성이 떨어지는 단점이 있고, 폴리우레탄 수지는 2차 성형 또는 재활용성이 용이하지 않은 단점이 있다. 특히 상기 플라스틱들에 의하여 제조되는 발포 제품들은 기계적 강성이 부족하기 때문에, 자동차, 전기 및 전자 제품 등의 사출 제품에 대하여는 그 사용이 제한되었다.
반면에 폴리프로필렌 수지는 기계적 물성, 내열성이 우수하고, 2차 성형 및 재활용이 가능하기 때문에, 자동차, 전기 및 전자 제품 등의 사출 제품에 대하여 폭넓게 사용할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 폴리프로필렌 수지는 녹는점 이후부터 급격히 저하되는 용융 장력으로 인하여, 발포 시 수지 내에 존재하는 가스를 잡아줄 수 없는 문제가 있어, 가스가 외부로 분출되거나 발포 셀이 터져 큰 기공을 형성하는 등 발포의 제어가 어려운 단점이 있다.
이러한 이유로 대한민국 등록특허 제10-1007763호는 "발포 사출성형용 폴리프로필렌 수지 조성물 및 그를 이용하여 제조되는 발포체"를 제안한 바 있다. 구체적으로 용융지수가 3~50g/10분이고, 분자량 분포(PI)가 7 이상인 프로필렌계 혼합상 수지와 발포제를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물로, 이를 사용하여 발포체를 제조하는 경우, 발포체 셀(cell)의 밀도가 제어되어 우수한 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 성형성을 갖는 발포체가 제공되며, 동일한 사출 조건에서 경량화할 수 있다고 개시하고 있다.
하지만, 상기 등록특허에서 사용하고 있는 프로필렌계 혼합상 수지는 분자량 분포가 너무 넓어 기계적 물성이 저하되고 저분자량 프로필렌으로 인해 발포 특성이 떨어지는 단점이 있다.
(특허문헌 1) KR10-1007763 B1
본 발명의 일 목적은 발포 품질이 매우 우수하여 발포 성형 후 표면 품질이 우수한 자동차 부품을 제조할 수 있는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 발포성이 매우 우수하여 발포 사출 성형 공정을 통해 표면 품질이 우수한 자동차 부품을 제조할 수 있는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 표면 품질이 우수하여 무도장 구현이 가능한 자동차 내장 또는 외장용 부품을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재 및 자동차 부품을 간단하고 용이한 공정으로 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 포함하는, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제공한다.
상기 폴리스티렌 수지의 용융 흐름 속도(melting flow rate, MFR)는 30 내지 60g/10min 이하(200℃, 5㎏)일 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지는 호모-폴리프로필렌(Homo-PP); 프로필렌, 에틸렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 공단량체가 중합된 랜덤공중합체; 폴리프로필렌에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체; 및 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 α-올레핀의 공중합체;로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 무기필러는 탈크, 탄산칼슘, 황산칼슘, 산화마그네슘, 칼슘스테아레이트, 월라스토나이트, 마이카, 실리카, 규산칼슘, 나노클레이, 휘스커, 유리섬유, 탄소섬유, 그라파이트, 그라핀 및 카본 블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 조성물은 고무 0 초과 30중량% 이하를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 포함하는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 제공한다.
상기 복합재는 폴리올레핀계 복합 수지 조성물 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 10 중량부로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 상기 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 발포 사출 성형하여 얻어진 자동차 부품을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 혼합하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제조하는 단계; 및
상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 용융 압출하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 제조하는 단계를 포함하는, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리스티렌 수지의 용융 흐름 속도(melting flow rate, MFR)는 30 내지 60g/10min 이하(200℃, 5㎏)일 수 있다.
상기 용융 압출하기에 앞서, 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에 고무 0 초과 30중량% 이하를 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 혼합하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제조하는 단계;
상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 용융 압출하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 제조하는 단계; 및
상기 폴리올레핀계 복합재를 발포 사출 성형하는 단계를 포함하는 자동차 부품의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리스티렌 수지의 용융 흐름 속도(melting flow rate, MFR)는 30 내지 60g/10min 이하(200℃, 5㎏)일 수 있다.
상기 용융 압출하기에 앞서, 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에 고무 0 초과 30중량% 이하를 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용융 압출 후, 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 10 중량부를 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 폴리올레핀계 복합 수지 조성물은 발포성이 매우 우수하며, 상기 복합 수지 조성물을 이용하여 발포 사출 성형을 통해 제조되는 자동차 부품은 표면 품질이 우수해 무도장 구현이 가능하다.
도 1은 평가예 1에서 실시예 1의 발포 사출 시편의 단면을 광학 현미경으로 20배 확대 관찰한 사진을 도시한 것이다.
도 2는 평가예 1에서 비교예 1의 발포 사출 시편의 단면을 광학 현미경으로 20배 확대 관찰한 사진을 도시한 것이다.
도 3은 평가예 1에서 실시예 1의 발포 사출 시편의 표면을 광학 현미경으로 관찰한 사진을 도시한 것이다.
도 4는 평가예 1에서 비교예 1의 발포 사출 시편의 표면을 광학 현미경으로 관찰한 사진을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한 본 발명은 산업원천 1과제(996700)에서 개발된 내용을 기초로 하여 이루어진 것이다.
자동차, 특히 그 실내에는 내장재가 부착되는데, 상기 내장재를 구성하는 층을 형성함에 있어서 탄성을 갖는 발포 제품을 포함되도록 하여, 자동차의 실내 미감을 향상시키고 차량의 사고 시 탑승자에게 가해지는 충격을 완화할 수 있다.
종래부터 다양한 조성의 자동차 부품 제조용 조성물이 제안되었지만, 발포 품질이 다소 떨어져 제조되는 자동차 부품의 표면 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 발명자들은 자동차 내장 또는 외장 부품의 제조에 사용될 수 있으며 발포성이 우수한 폴리올레핀계 복합 수지 조성물과 이를 포함하여 표면 품질이 우수해 무도장 구현까지 가능한 자동차 부품을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 포함하는, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제공한다.
일반적으로 상업화된 폴리프로필렌은 반결정성 폴리프로필렌으로, 녹는점 부근에서 점도가 급격히 증가하기 때문에 발포성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 조성물은 흐름성이 높은 폴리스티렌 수지를 사용함으로써 발포성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 고흐름성의 폴리스티렌 수지는 분자량이 낮아 폴리프로필렌과의 상용성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 흐름성이 우수하기 때문에 사출품 전체의 발포셀 균일도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 폴리스티렌의 용융 흐름 속도가 30g/10min 미만일 경우 분자량이 너무 높아 폴리올레핀계 수지와의 상용성 및 기계적 물성 향상에 한계가 있을 수 있으며, 용융 흐름 속도가 60g/10min을 초과하는 경우 분자량 및 용융 장력이 너무 낮아 이를 포함하는 조성물을 용융 압출하여 제조되는 폴리올레핀계 복합재의 발포성 향상에 한계가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 폴리스티렌 수지의 용융 흐름 속도(melting flow rate, MFR)는 30 내지 60g/10min (200℃, 5㎏)인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 35 내지 55g/10min (200℃, 5㎏)일 수 있다.
본 발명의 조성물에서 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지 및 무기필러의 함량이 상기 한정한 범위를 벗어난 경우, 발포성과 외관 품질 및 인장강도, 굴곡탄성률 및 충격강도 등의 기계적 강도가 현저히 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물에서 상기 폴리올레핀 수지의 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어 호모-폴리프로필렌(Homo-PP); 프로필렌, 에틸렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 공단량체가 중합된 랜덤공중합체; 폴리프로필렌에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체; 및 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 α-올레핀의 공중합체;로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
바람직하게는 상기 폴리올레핀 수지로는 호모-폴리프로필렌(Homo-PP); 프로필렌과 0 초과 12몰% 이하의 에틸렌의 공중합체; 및 프로필렌과 C4~C10 올레핀계 단량체와의 공중합체;로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 강성과 내충격성을 향상시킬 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 폴리올레핀 수지로 프로필렌과 0 초과 12몰% 이하의 에틸렌의 공중합체, 더욱 바람직하게는 프로필렌과 0 초과 10몰% 이하의 에틸렌의 공중합체를 사용하는 경우 상분리가 적어 발포 특성을 보다 개선시킬 수 있다.
본 발명의 조성물에서 상기 무기필러는 기계적 물성 향상 및 발포 가스의 외부 유출을 억제하기 위해 사용되는 성분으로, 그 종류를 특별히 한정하지 않으며 일반적으로 사용되는 무기필러라면 제한없이 사용될 수 있다. 다만, 바람직하게는 상기 무기필러로 탈크, 탄산칼슘, 황산칼슘, 산화마그네슘, 칼슘스테아레이트, 월라스토나이트, 마이카, 실리카, 규산칼슘, 나노클레이, 휘스커, 유리섬유, 탄소섬유 및 카본 블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 고무를 0 초과 30 중량% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 고무의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 고무라면 제한없이 사용할 수 있다. 다만, 바람직하게는 에틸렌과 C2 ~ C10의 α-올레핀의 공중합체가 사용될 수 있다. 이 때, 상기 α-올레핀의 종류를 역시 한정하지 않으나, 예를 들면, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센, 프로펜, 옥텐 등이 사용될 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 고무로는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌-부텐 공중합체(EBR) 에틸렌-옥텐 공중합체(EOR), 및 스티렌-부타디엔(SBR)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 열가소성 탄성체 고무를 사용할 수 있다.
여기서, 상기 에틸렌-옥텐 공중합체(EOR)의 경우 장측쇄의 옥텐기에 의해 충격강도 개선효과가 가장 우수하며, 상대적으로 저하되는 강성을 최대한 줄일 수 있어 바람직하다. 또한, 상기 에틸렌-부텐 공중합체로서는 부텐 CO-모노머의 함량이 50% 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 용융 흐름 속도가 0.5 내지 150g/10분(190℃, 2.6kgf)이고, 밀도가 0.868 내지 0.885g/cc인 에틸렌-부텐 공중합체(EBR)를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 필요에 따라 산화방지제, UV안정제, 난연제, 착색제, 가소제, 열안정제, 슬립제, 및 대전방지제로 이루어진 군에서 1 종 이상 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 사용량은 폴리올레핀계 복합재를 제조하는 데 사용 가능한 것으로 알려진 범위 내에서 전체 제조량 및 제조 공정 등을 고려하여 최적 범위로 조절하여 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법에서 상기 폴리스티렌 수지로는 용융 흐름 속도가 30 내지 60g/10min (200℃, 5㎏), 보다 바람직하게는 35 내지 55g/10min (200℃, 5㎏)인 것을 사용하는 것이 낮은 분자량으로 인해 폴리프로필렌과의 상용성을 향상시킬 수 있고, 흐름성이 우수하여 사출품 전체의 발포셀 균일도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리스티렌의 용융 흐름 속도가 30g/10min 미만일 경우 분자량이 너무 높아 폴리올레핀계 수지와의 상용성 및 기계적 물성 향상에 한계가 있을 수 있으며, 용융 흐름 속도가 60g/10min을 초과하는 경우 분자량 및 용융장력이 너무 낮아 상기 조성물을 용융 압출하여 제조되는 폴리올레핀계 복합재의 발포성 향상에 한계가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기 조성물에 고무를 0 초과 30 중량% 이하의 양으로 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기 조성물 100 중량부에 대하여 발포제를 1 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 5 중량부의 양으로 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 필요에 따라 산화방지제, UV안정제, 난연제, 착색제, 가소제, 열안정제, 슬립제, 및 대전방지제로 이루어진 군에서 1 종 이상 선택되는 첨가제를 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 상기 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, 무기필러 및 고무의 종류와 그 사용량의 한정 이유에 관하여는 본 발명의 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에서 기재하여 그 기재를 생략한다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 본 발명에서 제공하는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 포함하는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 제공한다.
본 발명에서 제공하는 자동차 부품용 복합재는 본 발명의 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 용융 압출하여 제조될 수 있는 것으로, 우수한 굴곡 탄성율 및 인장강도와 낮은 열변형의 특성을 갖는다. 구체적으로 상기 복합재의 ASTM 평가법 D790에 의한 굴곡탄성율은 10,000 kg/cm2 이상, 바람직하게는 15,000 kg/cm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 복합재의 ASTM 평가법 D638에 의한 인장강도는 100 kg/cm2 이상이고, 바람직하게는 200 kg/cm2 이상이며, ASTM 평가법 D648에 의한 열변형 온도는 80℃ 이상, 바람직하게는 110℃ 이상일 수 있다.
본 발명의 복합재는 추후 발포 사출 성형을 통하여 자동차의 내장 또는 외장용 부품을 제조하는 경우, 필요에 따라 발포제를 추가로 더 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 발포제의 종류는 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면 아조디카본아미드(azodicarbonamide), 디니트로소펜타 메틸렌 테트라민(N,N'-dinitrosopentamethylenetetramine), 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)(P,P'-oxybis(benzenesulfonyl hydrazide), 톨루엔 설포닐 하이드라지드(P,P'-toluenesulfonylhydrazide), 이산화탄소(carbon dioxide), 질소(nitrogen) 및 탄산 수소 나트륨(Sodium Bicarbonate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 발포제는 폴리올레핀계 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 5 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 발포제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 충분한 발포 효과를 기대하기 어렵고, 함량이 10 중량부를 초과하는 경우, 과발포로 인하여 발포 품질이 오히려 저하될 수 있고, 경제적인 점에서 문제가 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 혼합하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 용융 압출하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 제조하는 단계를 포함하는, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법에서 상기 폴리스티렌 수지로는 용융 흐름 속도가 30 내지 60g/10min (200℃, 5㎏), 보다 바람직하게는 35 내지 55g/10min (200℃, 5㎏)인 것을 사용하는 것이 낮은 분자량으로 인해 폴리프로필렌과의 상용성을 향상시킬 수 있고, 흐름성이 우수하여 사출품 전체의 발포셀 균일도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리스티렌의 용융 흐름 속도가 30g/10min 미만일 경우 분자량이 너무 높아 폴리올레핀계 수지와의 상용성 및 기계적 물성 향상에 한계가 있을 수 있으며, 용융 흐름 속도가 60g/10min을 초과하는 경우 분자량 및 용융장력이 너무 낮아 폴리올레핀 복합재의 발포성 향상에 한계가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기 용융 압출하기에 앞서 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에 고무를 0 초과 30 중량% 이하의 양으로 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 필요에 따라 상기 용융 압출하기에 앞서 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에 산화방지제, UV안정제, 난연제, 착색제, 가소제, 열안정제, 슬립제, 및 대전방지제로 이루어진 군에서 1 종 이상 선택되는 첨가제를 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 상기 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, 무기필러, 고무 및 발포제의 종류와 그 사용량의 한정 이유에 관하여는 본 발명의 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에서 기재하여 그 기재를 생략한다.
본 발명의 제조방법에서 상기 용융 압출하는 공정은 일축 압출기, 이축 압출기, 니더(kneader) 또는 이들의 조합을 이용하여 수행될 수 있고, 스크류 회전 속도가 5 내지 500 rpm인 조건 하에서 체류시간 5 내지 90 sec 동안 수행될 수 있다. 또한, 상기 용융 압출 공정의 수행 온도는 폴리프로필렌 및 수지 열화 방지 측면에서 150℃ 이상 200℃ 이하가 바람직하다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 본 발명에서 제공하는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 사출 성형하여 얻어진 자동차 부품으로, 보다 상세하게는 자동차의 내장 또는 외장용 성형 부품을 제공한다.
또한 본 발명에서 제공하는 자동차 부품은 흐름성이 높은 폴리스티렌 수지를 포함하는 폴리올리핀계 복합 수지 조성물 또는 복합재를 사용함으로써 발포 사출 시 발포성이 우수하고, 사출품 전체의 발포셀 균일도 또한 뛰어나며 표면 품질 또한 우수하여 무도장 구현이 가능하다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 혼합하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제조하는 단계; 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 용융 압출하여 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 제조하는 단계; 및 상기 폴리올레핀계 복합재를 발포 사출 성형하는 단계를 포함하는 자동차 부품의 제조방법을 제공한다.
단, 본 발명에서 자동차 부품 제조 시 용융 압출 후 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물 100 중량부에 대하여 발포제를 1 내지 10 중량부의 양으로 추가로 혼합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서 사용되는 발포제의 종류는 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면 아조디카본아미드(azodicarbonamide), 디니트로소펜타 메틸렌 테트라민(N,N'-dinitrosopentamethylenetetramine), 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)(P,P'-oxybis(benzenesulfonyl hydrazide), 톨루엔 설포닐 하이드라지드(P,P'-toluenesulfonylhydrazide), 이산화탄소(carbon dioxide), 질소(nitrogen) 및 탄산 수소 나트륨(Sodium Bicarbonate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 발포제는 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 5 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 발포제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 충분한 발포 효과를 기대하기 어렵고, 함량이 10 중량부를 초과하는 경우, 과발포로 인하여 발포 품질이 오히려 저하될 수 있고, 경제적인 점에서 문제가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 필요에 따라 상기 용융 압출하기에 앞서 상기 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에 고무를 0 초과 30 중량% 이하의 양으로 추가로 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에서 사출 성형하는 공정은 외관 품질 및 강성 보강을 위한 순차 압출(Count Pressure) 사출 성형 공정에 의하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 본 발명에서 얻어지는 폴리올레핀계 복합재를 사출 금형에 사출물을 주입한 후 금형을 순차적으로 미세하게 닫아줌으로써 사물의 고형 과정에 강도 및 발포셀의 팽창을 고르게 분산시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 사출 성형하는 공정을 수행하는 온도는 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어 150 내지 250℃, 보다 바람직하게는 200 내지 220℃에서 수행할 수 있고, 수행 압력은 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어 100 내지 150kg/cm2로 수행하는 것이 바람직하며, 사출 압력 역시 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어 30 내지 150%, 보다 바람직하게는 40 내지 120%로 수행할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
[실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6]
폴리프로필렌 (MFR 30g/10min, 230℃, 2.16kg); 폴리스티렌 #1 (MFR 7g/10min, 200℃, 5kg), 폴리스티렌 #2 (MFR 35g/10min, 200℃, 5kg), 폴리스티렌 #3 (MFR 55g/10min, 200℃, 5kg) 또는 폴리스티렌 #4 (MFR 35g/10min, 200℃, 5kg); 탈크 (d50 5㎛); 및 고무 (EOR) 를 하기 표 1에 기재된 조성으로 혼합하여 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 제조한 뒤, 이축 압출기 (screw diameter 30mm, L/D 40)를 이용해 스크류 회전속도 400 rpm, 압출 온도 160~200℃의 압출 조건으로 용융 압출하여 폴리올레핀계 복합재를 제조하였다. 이 후, 발포제 (H-3510, 소듐방디카보네이트, EIWA)를 하기 표 1에 기재된 조성으로 혼합한 뒤 사출 성형기에 주입하고 금형을 순차적으로 미세하게 닫아 2mm 두께로 사출한 후 2mm 형개를 해서 발포 사출 시편을 제작하였다.
구분 조성
폴리프로필렌
(중량%)		 폴리스티렌 #1
(중량%)		 폴리스티렌 #2
(중량%)		 폴리스티렌 #3
(중량%)		 폴리스티렌 #4
(중량%)		 탈크
(중량%)		 고무
(중량%)		 발포제
(phr)
실시예1 62 - 3 - - 15 20 3
실시예2 53 - 12 - - 15 20 3
실시예3 62 - - 3 - 15 20 3
실시예4 53 - - 12 - 15 20 3
비교예1 65 - - - - 15 20 3
비교예2 62 3 - - - 15 20 3
비교예3 53 12 - - - 15 20 3
비교예4 62 - - - 3 15 20 3
비교예5 53 - - - 12 15 20 3
비교예6 45 - 20 - - 15 20 3
[평가예 1]
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 폴리올레핀계 복합재에 대하여 인장강도, 굴곡탄성률, IZOD 충격강도(23℃), 외관 품질 및 발포셀 평균 직경을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었고, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 발포 사출 시편의 단면을 광학 현미경으로 관찰한 사진을 각각 도 1 및 2에 나타내었고, 표면을 관찰한 사진을 각각 도 3 및 4에 나타내었다. 단, 상기 인장강도, 굴곡탄성률, IZOD 충격강도, 외관 품질 및 발포셀 평균 직경의 평가 기준은 다음과 같다.
① 인장강도(항복): ASTM 평가법 D638에 따라 측정하였다.
② 굴곡탄성율: ASTM 평가법 D790에 따라 측정하였다.
③ IZOD충격강도: ASTM 평가법 D256에 따라 측정하였다.
④ 외관 품질: 품질평가자 5인이 1 내지 5점 중 품질이 우수할수록 높은 점수를 얻도록 평가한 뒤 평균값을 측정하였다.
⑤ 발포셀 평균 직경: 광학현미경을 이용하여 1x1cm 범위에서 발포셀 평균 직경 측정하였다.
구분 물성
인장강도
(Kg/cm2)		 굴곡탄성률
(Kg/cm2)		 IZOD 충격강도
(kg·cm/cm)		 외관 품질
 발포셀 평균 직경
(㎛)
실시예1 235 23,500 25 5 70
실시예2 230 22,600 22 4.8 55
실시예3 232 21,400 20 4.8 50
실시예4 295 21,000 18 5 40
비교예1 235 24,400 30 1 480
비교예2 225 20,800 13 1.4 375
비교예3 185 18,600 8 2 305
비교예4 205 18,100 3 3.2 173
비교예5 185 16,800 3 3.2 150
비교예6 195 16,000 5 4.8 55
상기 표 2에서 보는 바와 같이, MFR 30 내지 60g/10min 이하 (200℃, 5㎏)인 폴리스티렌을 사용한 실시예 1 내지 4의 폴리올레핀 복합재의 경우 발포셀이 균일하게 형성되었고, 인장강도, 굴곡탄성률, 충격강도, 외관품질이 모두 뛰어난 것을 볼 수 있다.
반면, 폴리스티렌을 사용하지 않은 비교예 1은 발포셀의 평균직경이 매우 크고, 외관 품질이 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이는 도 1 내지 4를 보더라도 실시예 1의 발포 사출 시편은 발포셀 평균 직경이 조밀하고 균일하며, 표면 품질이 우수한 반면, 비교예 4의 발포 사출 시편은 발포셀 평균 직경이 매우 크고 불균일하며, 표면 품질이 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다.
한편, MFR이 30g/10min 미만 (200℃, 5㎏)인 폴리스티렌을 사용한 비교예 2 및 3의 폴리올레핀 복합재의 경우 발포셀 평균 직경이 조대하고, 특히 굴곡탄성률, 충격강도 및 외관품질이 모두 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있다.
또한, MFR이 60g/10min 초과 (200℃, 5㎏)하는 폴리스티렌을 사용한 비교예 4 및 5의 폴리올레핀 복합재의 경우 발포셀 평균 직경이 조대하고, 특히 인장강도, 굴곡탄성률 및 충격강도가 모두 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있다.
또한, MFR은 30 내지 60g/10min 이하 (200℃, 5㎏)인 폴리스티렌을 사용하였으나, 사용량이 본원발명에서 한정한 범위를 벗어나는 비교예 6의 폴리올레핀 복합재의 경우 인장강도, 굴곡탄성률 및 충격강도의 기계적 물성이 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (15)

  1. 폴리올레핀 수지 45 내지 98중량%, 폴리스티렌 수지 1 내지 15중량% 및 무기필러 1 내지 40중량%를 포함하며,
    이때 상기 폴리올레핀 수지의 용융흐름속도(melting flow rate, MFR)는 30g/10min(230℃, 2.16㎏)이고, 상기 폴리스티렌 수지의 용융흐름속도(melting flow rate, MFR)는 35g/10min~ 55g/10min(200℃, 5㎏) 이하이며,
    235~295Kg/cm2의 인장강도, 21000~23500Kg/cm2의 굴곡탄성률 및 40~70㎛의 발포셀 평균직경을 갖는 것을 특징으로 하는,
    자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지는 호모-폴리프로필렌(Homo-PP); 프로필렌, 에틸렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 공단량체가 중합된 랜덤공중합체; 폴리프로필렌에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체; 및 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 α-올레핀의 공중합체;로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무기필러는 탈크, 탄산칼슘, 황산칼슘, 산화마그네슘, 칼슘스테아레이트, 월라스토나이트, 마이카, 실리카, 규산칼슘, 나노클레이, 휘스커, 유리섬유, 탄소섬유, 그라파이트, 그라핀 및 카본 블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 고무 0 초과 30중량% 이하를 더 포함하는, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물.
  6. 제1항의 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 포함하는 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조성물은 폴리올레핀계 복합 수지 조성물 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 10 중량부로 더 포함하는, 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재.
  8. 제6항의 자동차 부품용 폴리올레핀계 복합재를 발포 사출 성형하여 얻어진 자동차 부품.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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