KR101964291B1

KR101964291B1 - 자동차용 섬유강화 고내열 복합소재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101964291B1
Application number: KR1020170143465A
Authority: KR
Inventors: 정우석
Original assignee: 주식회사 우성케미칼
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-07-31

Abstract

본 발명은 열가소성 폴리아미드 38~89중량%, 내충격제 10~60중량%, 유동성첨가제 0.1~2.0중량%로 이루어지고, 상기 유동성첨가제는 이소프탈아미드와 테트라메틸피페리딘의 혼합물로 이루어진 자동차용 섬유강화 고내열 복합소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 섬유강화 고내열 복합소재 및 그 제조방법{composite materials fiber reinforced with high heating resistant and manufacturing method threreof}

자동차용 엔지니어링 플라스틱은 폴리아마이드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아세탈(POM), 폴리부틸테레프탈레이트(PBT) 등을 주로 사용하고 있으며, 엔지니어링 플라스틱의 물성 향상을 위하여 보강재가 투입된다.

또한, 특수한 경우를 제외하고는 일반적으로 단일 소재 사용이 아닌 보강재가 함유된 복합소재 형태로 적용되고 있는 실정이다.

그리고, 보강재는 다양한 형태가 존재하나, 가격 및 성능 측면에서 유리섬유(GF)가 가장 많이 사용되고 있는 실정이다.

GF 강화 엔지니어링 플라스틱의 경우 기계적인 강도와 내열성을 향상시키는데 크게 기여를 하나, 전체적인 흐름성(M.I)을 저하시켜 실제 제품 성형시 미성형(불량) 제품의 발생율이 높아짐과 동시에 제품의 표면에 GF 돌출로 인하여 외관품질을 저해하는 요소도 가지고 있다.

그리고, GF 강화 엔지니어링 플라스틱 가공시 투입되는 첨가제가 개발이 되어 있기는 하나, 일정 수준 이상 투입시 기본적인 물성이 유지되기 힘들어 상용화되고 있지가 아니하다.

또한, 폴리아마이드-GF 복합소재는 크게 2 분류로 나누어져 기술개발이 이루어지고 있다. 하나는 장섬유를 활용한 복합소재(LFT) 기술이고 다른 하나는 일반 단섬유 복합소재 기술이다.

더하여, LFT는 기계적 물성이 뛰어나 구조재 금속을 대체하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있으나 투자비 및 공정가공비가 높아지는 단점이 있어 일반 중소기업에서 기술개발하기 어려운 측면이 있다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제1777446호에 유리섬유 보강 폴리아미드 수지 조성물이 제시되고 있으며 그 구성은, 분자쇄절단(chain scission) 첨가제 0.1 내지 0.4 중량%; (a1) 폴리헥사메틸렌아디프아미드(nylon 6,6) 50~70.2중량% 및 (a2) 폴리카프로락탐(nylon 6) 29.8~50중량%를 포함하는 폴리아미드 수지 30 내지 69 중량%; 및 (b) 유리섬유 30 내지 69중량%; 를 포함하되, 상기 (a1) 폴리헥사메틸렌아디프아미드(nylon6,6)는 25 ℃에서 포름산 85 %에 용해시켜 측정한 상대점도가 2.0내지 3.8 cp이며, 수평균 분자량(Mn)이 16,000 내지 200,000 g/mol이고, 상기 (a2) 폴리카프로락탐 (nylon6) 25 ℃에서 포름산 85 %에 용해시켜 측정한 상대점도가 2.0 내지 3.8cp이며, 수평균 분자량(Mn)이 16,000 내지 200,000 g/mol이며, 상기 (b)유리섬유는 아미노실란계 커플링제를 유리섬유 100 중량부 대비 0.1 내지 1.0 중량부 범위 내로 사용하여 표면처리되는 구성으로 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 수지조성물은, 목표로 하는 유동성을 구현하기 위해 다량의 첨가제 투입으로 소재 물성이 저하되고, 유동성의 저하로 수율의 향상을 가져오기가 힘들되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 복합소재의 물성 저하를 방지하면서 유동성을 확보할 수 있도록 하고, 핵심소재 국산화 기술개발로 복합소재 가격경쟁력 확보 및 수입대체 효과를 달성할 수 있도록 하며, 생산성 향상을 위한 고유동성 엔지니어링 플라스틱 소재를 제공하여 다양한 산업에서 활용할 수 있도록 하고, 작업온도를 높혀 고온에서 핸들링 되는 복합소재의 가공에 적용할 수 있도록 하는 자동차용 섬유강화 고내열 복합소재 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 열가소성 폴리아미드 38~89중량%, 내충격제 10~60중량%, 유동성첨가제 0.1~2.0중량%로 이루어지고, 상기 유동성첨가제는 이소프탈아미드와 테트라메틸피페리딘의 혼합물로 이루어지는 자동차용 섬유강화 고내열 복합소재 및 그 제조방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은 열가소성 폴리아미드는 PA6가 사용되며, 상기 내충격제는 유리섬유로 이루어지고, 상기 유동성첨가제는, Isophthaloly chloride(이소프탈아미드 염화물) 1몰에 4-Amino-2,2,6,6-Tetramethylpiperidin(테트라메틸피페리딘) 2몰을 THF(용매)에 첨가하여 25℃에서 반응 시켜 합성되는 1,3-benzene dicarboxamide, N,N'-bis(2,2,6,6,-teramethyl-4-piperdinyl)로 이루어지는 자동차용 섬유강화 고내열 복합소재 및 그 제조방법을 제공한다.

더하여, 본 발명은, 열가소성 폴리아미드 38~99 중량％, 내충격제 10~60중량%, 유동성첨가제 0.1~2.0중량%의 혼합물을 사출기에 투입하고, 상기 사출기는 240~250℃의 온도, 스크류 400~500RPM, 스크류의 형상은 SERK 20개 이면서 KB 8이하, 투입되는 열가소성 폴리아미드의 측면에서 유리섬유가 투입토록 하는 자동차용 섬유강화 고내열 복합소재 및 그 제조방법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 복합소재의 물성 저하를 방지하면서 유동성을 확보하고, 핵심소재 국산화 기술개발로 복합소재 가격경쟁력 확보 및 수입대체 효과를 달성하며, 생산성 향상을 위한 고유동성 엔지니어링 플라스틱 소재를 제공하여 다양한 산업에서 활용하고, 작업온도를 높여 고온에서 핸들링 되는 복합소재의 가공에 적용하는 효과가 있는 것이다.

도1은 본 발명에 의해 제조되는 수지 조성물의 사진이다.
도2는 본 발명에 따른 수지조성물의 사출상태도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 의해 제조되는 수지 조성물의 사진이고, 도2는 본 발명에 따른 수지조성물의 사출상태도이다.

본 발명의 복합소재(100)은, 열가소성 폴리아미드(205)와 내충격제(201) 및 유동성첨가제(205)의 혼합물로 이루어진다.

바람직하게로는, 상기 수지조성물은 열가소성 폴리아미드 38~89중량%, 내충격제 10~60중량%, 유동성첨가제 0.1~2.0중량%로 이루어진다.

이때, 상기 열가소성 폴리아미드는 PA6(Polyamide 6)이며, 상기 내충격제는 유리섬유가 사용되고, 상기 유동성첨가제는, 이소프탈아미드와 테트라메틸피페리딘의 혼합물로 이루어진다.

그리고, 상기 유동성첨가제는, Isophthaloly chloride(이소프탈아미드 염화물) 1몰에 4-Amino-2,2,6,6-Tetramethylpiperidin(테트라메틸피페리딘) 2몰을 THF(용매)에 첨가하여 25℃에서 반응 시켜 합성되는 1,3-benzene dicarboxamide, N,N'-bis(2,2,6,6,-teramethyl-4-piperdinyl)이며,

상기 유동성첨가제는,

화학식

이다.

도2에서와 같이 본 발명의 복합소재(100)는 스크류(210)가 부착되는 사출기(200)를 사용하여 제조되고, 상기 사출기(200)의 호퍼를 통하여 공급되는 복합소재(100)는 사출기가 240~250℃의 온도, 스크류 400~500RPM, 스크류의 형상은 SE 20개 이면서 KB 8이하의 조합이고, 투입되는 열가소성 폴리아미드의 측면에서 유리섬유가 투입토록 배치된다.

상기와 같은 조성을 갖는 본 발명의 혼합물 특성을 설명한다.

도1의 사진에 나타난 바와같은 복합소재(100)은, 유리섬유 투입량별 물성을 아래의 표1에서와 같은 물성표를 도출하였다.

[표1].

유동성첨가제의 투입조건에 따른 물성변화표(wt %)

또한, 상기 유동성첨가제의 투입함량 별 도크를 살표보면 표2와 같다.

[표2]

이상과 같이 본 발명의 유동성첨가제는, 투입량이 2%이상일 때 흐름이 너무 좋아져 사출상의 조건을 제어하기 힘들어 졌음은 물론 유동성첨가제의 함량이 높을 수록 토크가 저하되는 단점이 있어 0.1~2중량%로 한정하였다.

그리고, 상기 복합소재를 제조하기 위한 조건을 살펴본다.

먼저, 본 발명의 복합소재는, 사출기(200)에서 제조시 일정한 조건하에서 제조하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 사출기(200)는, 사출기가 240~250℃의 온도, 스크류 400~500RPM, 스크류의 형상은 SE 20개 이면서 KB 8이하의 조합이고, 투입되는 열가소성 폴리아미드의 측면에서 유리섬유가 투입토록 배치되는 것이 바람직하다.

더하여, 상기 사출기는 아래의 표3과 같이 복합소재를 투입할 때 일정한 조건을 유지토록 하는 것이 바람직하다.

[표3]

이때, 상기 사출기의 온도는 PA6로 이루어진 수지의 안정화를 위하여 240~250℃의 온도를 유지한다.

그리고, 상기 사출기의 스크류 회전속도는 표4와 같다.

[표4]

이때, 상기 사출기의 스크류 조건은 RPM이 상승할 수록 유동성은 증가하나 분해등의 이유로 400~500RPM으로 조정하는 것이 바람직하다.

더하여, 상기 스크류는 KB 엘리먼트의 수가 증가할 수록 유동성은 좋아지나 반대로 토크가 상승되어 KB의 갯수는 8개 이하가 바람직하며, 8개 이상에서는 작업이 불가능하게 된다.

또한, 유리섬유를 포함한 복합소재(100)의 사출조건은 반드시 유리섬유를 측면에서 투입하는 것이 바람직하며, 이때의 특성은 표5와 같다.

[표5]

즉, 상기와 같이 유리섬유를 측면에서 투입하여야만 물성의 저하를 최소화 하게 되는 것이다.

100...수지 조성물
200...사출기
210...스크류

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PA6가 사용되는 열가소성 폴리아미드 38~89 중량％, 유리섬유가 사용되는 내충격제 10~60중량%, 이소프탈아미드와 테트라메틸피페리딘의 화합물로 이루어진 유동성첨가제 0.1~2.0중량%의 혼합물을 사출기에 투입하고,
상기 사출기는 240~250℃의 온도, 스크류 400~500RPM, 스크류의 형상은 SE 20개 이면서 KB 8의 조합이고, 투입되는 열가소성 폴리아미드의 측면에서 유리섬유가 투입토록 하는 자동차용 섬유강화 고내열 복합소재의 제조방법.
여기에서,
상기 유동성첨가제는, Isophthaloly chloride(이소프탈아미드 염화물) 1몰에 4-Amino-2,2,6,6-Tetramethylpiperidin(테트라메틸피페리딘) 2몰을 THF(용매)에 첨가하여 25℃에서 반응 시켜 합성되는 1,3-benzene dicarboxamide, N,N'-bis(2,2,6,6,-teramethyl-4-piperdinyl)이며,
화학식

의 구성으로 이루어진다.