KR102204791B1 - 긴 유리 섬유 충전재에서의 발포 기술 - Google Patents

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Abstract

발포 부품은 다음을 포함한다: 발포 부품의 성형 전 초기 길이를 가지며 발포 부품의 성형 후 최종 길이를 갖는 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료. 여기서, 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 가압된 가소화 유닛 없이 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같다.

Description

긴 유리 섬유 충전재에서의 발포 기술{FOAMING TECHNOLOGY IN LONG GLASS FIBER FILLED MATERIALS}
본 발명은 긴 유리 섬유 충전재에서의 발포 기술에 관한 것이다.
형성된 어떤 폴리머 부품, 예를 들어 자동차 부품은 기계적 또는 물리적 특성의 저하 없이 경량인 것이 바람직하다. 발포 사출 성형은 다른 방법으로 형성된 부품과 비교하여 경량의 부품을 제공할 수 있지만, 긴 유리 섬유 충전재로 발포 사출 성형을 사용하는 것은 기계적 특성, 예를 들어 강도, 강성, 및 내충격성의 본질적 손실을 동반한 섬유 파손을 초래할 수 있다.
따라서, 당해 분야에는 긴 유리 섬유가 파손되지 않으면서도 경량인 긴 유리 섬유 충전재로 제조된 부품에 대한 요구가 있다.
상기 기술된 특징 및 다른 특징은 하기 도면들 및 상세한 설명에 의해 예시된다.
발포 부품의 제조 방법은 다음을 포함한다: 성형 전 길이를 갖는 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 사출 성형기의 호퍼(hopper)로 도입하는 것; 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 용융시켜 용융물을 형성하는 것; 발포제를 이용하여 상기 사출 성형기의 가소화 유닛을 가압하며, 밀봉은 상기 가소화 유닛의 회전부 및 고정부 사이에 위치하는 것; 상기 가소화 유닛의 회전부 및 고정부 사이에 밀봉을 갖는 것; 상기 사출 성형기의 배럴(barrel) 및 호퍼 사이에 탑재된 에어록(airlock)으로 상기 가소화 유닛을 밀봉하는 것; 상기 발포제의 압력을 증가시키고 상기 사출 성형기의 배압을 증가시켜, 상기 용융물 및 발포제를 균질화하는 것; 및 발포 부품을 형성하는 것. 여기서, 상기 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 가압된 가소화 유닛 없이 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같다.
발포 부품은 다음을 포함한다: 발포 부품의 성형 전 초기 길이를 갖고 발포 부품의 성형 후 최종 길이를 갖는 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료. 여기서, 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 가압된 가소화 유닛 없이 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같다.
예시적 구현예들인 도면들을 참조하라. 도면들에서, 동일 요소에는 똑같이 번호가 매겨진다.
도 1A 내지 1F는 30% 중량 감소된 셀 구조 및 밀도를 나타내는 발포 플라크(foamed plaque)의 절단면의 사진들이다.
도 2A 내지 2F는 20% 중량 감소된 셀 구조 및 밀도를 나타내는 발포 플라크의 절단면의 사진들이다.
도 3A 내지 3C는 광학 현미경을 통한 절단면의 셀 구조가 관찰되고 밀도 측정이 수행되는 위치들을 도시한 발포 플라크의 사진들이다.
도 4A 및 4B는 감압 샘플 상에서 광학 현미경 관찰이 수행되는 위치들을 도시한 발포 플라크의 사진들이다.
도 5A 내지 5D는 조성물 2호로 성형된 원래 두께의 2.3배인 발포 플라크의 절단면의 사진들이다.
도 6A 및 6B는 조성물 5호로 성형된 원래 두께의 4배인 발포 플라크의 절단면의 사진들이다.
도 7은 성형 부품 내 섬유 길이 측정치를 도시한 그래프이다.
도 8은 고체 사출 성형에 의해 제조된 성형 부품 및 발포 사출 성형에 의해 제조된 성형 부품 내 긴 섬유의 개수를 도시한 그래프이다.
도 9는 고체 부품 및 발포 부품 내 회분 함량을 도시한 그래프이다.
도 10은 본 명세서에 기재된 성형 부품의 유동 길이 대 밀도를 도시한 그래프이다.
도 11은 다양한 성형 샘플들 및 그것들의 해당 섬유 길이를 도시한 그래프이다.
도 12A 내지 12D는 본 명세서에 기재된 다양한 성형 샘플들의 굴곡 강도를 도시한 그래프들이다.
도 13A 및 13B는 본 명세서에 기재된 다양한 성형 샘플들의 충격 강도를 도시한 그래프들이다.
도 14A 및 14B는 본 명세서에 기재된 대체 성형 샘플의 충격 강도를 도시한 그래프들이다.
본 명세서에 개시된 것은 발포 부품 및 발포 부품의 제조 방법이다. 발포 부품은 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료로 만들어질 수 있다. 상기 긴 유리 섬유는 상기 발포 부품의 성형 전 초기 길이를 가질 수 있고 상기 발포 부품의 성형 후 최종 길이를 가질 수 있다. 상기 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 최종 길이는 비-발포 부품 내 긴 유리 섬유의 최종 길이보다 길거나 그와 같다. 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 파손 없이, 어떠한 기계적 특성, 예를 들어 강도, 강성, 및 내충격성은 비-발포(예를 들어, 고체) 부품에 비견할 수 있으며, 고체 부품과 비교하여 중량이 감소된다. 최종 부품 내 섬유의 평균 길이가 다른 발포 기술에 의해, 예를 들어 화학적 발포제 또는 물리적 기포제(foaming agent)를 사용하여 만들어진 최종 부품 내 섬유의 평균 길이보다 덜 감소될 수 있도록 긴 유리 섬유 충전재로부터 부품을 제작하는 기술은 상대적으로 평평한 압력 프로파일을 가지는 압력 하에 사출 스크류를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 제작 공정은 긴 유리 섬유가 제조 공정 중에 파손되지 않도록 도울 수 있다.
발포 기술, 예를 들어 화학적 발포제 또는 물리적 기포제의 사용은 과도한 섬유 파손으로 이어질 수 있으며, 이는 긴 유리 섬유 충전재를 사용하는 방법들로 만들어진 부품의 기계적 및 물리적 특성에 직접적으로 영향을 미친다. 그 결과, 짧은 유리 섬유 충전재 대신에 긴 유리 섬유 충전재를 사용함으로써 관찰되는 성능 향상이 없어질 수 있다. 긴 유리 섬유 파손은 가스(화학적 발포제로부터 생기든 물리적 발포제로부터 생기든)가 용융 폴리머 재료와 균질화되는 공정인 균질화 단계 중에 적용되는 전단 응력으로 인해 발생할 수 있다. 유리 섬유 길이가 다른 공정과 비교하여 사출 발포 공정 중에 일정하게 유지되거나 심지어 덜 감소될 수 있다면, 발포로 인한 내충격성을 포함하는 특성의 저하가 최소화될 수 있으며, 수득한 부품의 중량 감소가 추가로 달성될 수 있다.
폴리머 재료 내 기포제의 사용은 밀도를 감소시킬 수 있고, 따라서 최종 부품의 중량을 또한 감소시킬 수 있다. 기계적이든 물리적이든, 기포제의 추가는 기본 폴리머 재료 내부로의 기포의 분산을 통해 성형 부품 내부에 셀 구조를 형성시킨다. 발포 성형은 중량을 증가시키지 않으면서도 부품의 크기를 증가시키고, 특성에서의 제어된 변화와 함께 부품의 중량을 감소시킬 수 있다. 발포에 관한 다른 가치있는 이점들은 주기 시간의 감소, 개선된 치수 균일성 및 주형 내 증가된 캐비테이션(cavitation)이다.
화학적 발포에서, 가스는 발포제의 화학적 분해에 의해 발생된다. 발포제는 마스터배치(masterbatch) 시스템으로서 추가된다. 분해는 가소화 중에 용융물의 열기에 의해 시작된다. 흡열성 기포제가 사출 성형에 주로 사용된다. 흡열성 기포제는 바이카보네이트(bicarbonate) 및 시트르산 물질을 기반으로 한다. 화학적 발포는 펠릿이 사출 성형기의 공급 스로트(throat)로 공급되기 전에 화학적 발포제를 펠릿과 혼합하는 것을 포함한다. 발포제는 해당 수지가 용융되는 동안 분해되어, 폴리머와 혼합되는 가스, 예를 들어 질소를 방출한다. 흡열성 기포제는 사출 성형에 사용될 수 있다. 흡열성 기포제는 바이카보네이트 및 시트르산 물질을 기반으로 할 수 있다. 폴리머가 주형 내로 사출될 때, 가스가 팽창한다. 형성된 기포는 주형 내 수지의 충전을 돕는다. 화학적 발포는 기존의 어느(any) 성형기에서도 실시될 수 있으며, 유일한 제약은 폴리머의 가공 온도와 호환되는 온도에서 분해되는 발포제가 사용된다는 것이다. 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료로 화학적 발포를 사용하는 것은 공정의 가소화 단계 중에 용융물의 균질화에 적용되는 배압의 증가 때문에, 고체 사출 성형(즉, 비-발포 사출 성형)과 비교하여 약 20%의 긴 유리 섬유의 감소를 초래할 수 있다. 긴 유리 섬유의 길이 감소로 인한 기계적 특성의 손실을 보충하기 위해, 감압 기술이 적용될 수 있다. 감압은 공동(cavity)을 충전한 직후에 주형을 개방함으로써 부품 두께를 증가시키는 것을 의미한다.
발포는 수지가 성형되는 표준 사출 성형 조건을 사용하여 시작될 수 있다. 발포 수준을 조정하기 위해서, 패킹 압력 및/또는 패킹 시간이 변경되어야 한다. 패킹에서의 감소는 발포를 증가시킬 것이고, 패킹에서의 증가는 발포를 감소시킬 것이다. 미성형(short shot)을 생산하도록 스트로크(stroke)를 설정하는 것은 또한 발포의 양을 증가시킬 것이다. 또한, 사용된 기포제의 수준, 사용되는 용융 온도 또는 사용된 기포제의 유형을 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 패킹 시간을 감소시킴으로써 더 빠른 주기 시간이 달성될 수 있다. 이것은 수압이 아니라 부품 내 가스압이 실제로 해당 부품을 패킹하기 때문에 가능하다.
물리적 발포는 한정된 압력 및 온도 범위 내에서 폴리머 용융물에 가스, 예를 들어 질소, 산소 또는 이산화탄소를 추가함으로써 달성될 수 있고, 일반적으로는 스크류의 전방에 위치한 혼합 요소를 구비한 특별한 스크류 디자인이 필요하다. 이러한 범위 내에서, 가스는 초임계 유체가 되고, 가소화 중에 폴리머 용융물 내에서 용해될 수 있다. 용융물에 초임계 유체로서의 가스를 추가하는 데 다양한 기술이 사용될 수 있으며, 이러한 기술은 기계 배럴에서 용융물로의 가스의 추가(기술 1) 및 개조된 핫 러너 시스템(hot runner system)에서 용융물로의 가스의 추가(기술 2)를 포함한다.
기술 1은 배럴을 하향 이동시키는 폴리머 용융물로의 가스, 예를 들어 질소의 스트림을 계량하는 것을 수반한다. 가스는 폴리머에 완전히 혼합되어 폴리머 및 가스의 단일상 용액을 생성한다. 주형에 사출되는 수지의 압력 강하로부터의 핵 형성은 기포 형성을 유발하고, 부품이 냉각되는 동안 기포가 성장하게 되는데, 화학적 발포와 유사하게 수지를 주형 내로 패킹한다. 기술 1을 사용하여 발포를 실시하기 위해, 특별한 가스 전달 장치를 구입할 필요가 있고, 사출 성형기는 변형될 필요가 있다. 전술된 바와 같이, 혼합 요소는 스크류의 전방에 위치한다. 이 혼합 요소는 심각한 유리 섬유 파손을 유발한다.
발포의 수준은 사출 성형 공정을 변화시킴으로써 화학적 발포에서와 같은 정도로 조정될 수 있다. 하지만, 수지 내 가스의 수준은 기술 1에서 더 제어되는 것이고, 주어진 공정에 적절한 온도에서 분해되는 발포제를 발견함으로써 제한되는 것은 아니다. 상기 공정은 가스가 도입되어 용융물과 균질화되어야 하는 배럴 내의 짧은 거리에 의해 제한된다. 결과적으로, 이러한 거리에 걸쳐 적용되는 전단력의 양이 크다. 용융물에 큰 전단 하중을 가할 수 있는 혼합 요소의 유형이 사용됨으로써, 유리 섬유의 파손을 유발하게 된다. 예를 들어, 섬유의 평균 길이는 유사한 치수의 고체 부품과 비교하여 25%, 예를 들어 30%, 예를 들어 40% 만큼 감소될 수 있다.
어느(any) 발포 공정에서, 부품의 표면은 수지와 주형의 표면 사이에서 도말되는 수지 내 가스로 인해 많은 스플레이(splay)를 나타낼 것이다. 스플레이의 양은 가스의 수준 및 중량 감소의 수준에 의존할 것이고, 어느 정도까지 수지는 발포될 것이다.
섬유 길이의 감소 없이 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 사용하여 부품을 제조하는 본 발명의 공정에서, 사출 성형기의 가소화 유닛은 가스상 발포제로 가압될 수 있다. 스크류 말단에서의 발포제의 손실을 방지하기 위해서, 스크류 축과 가소화 실린더 사이에 밀봉이 설치될 수 있다. 가소화 유닛은 배럴 및 재료 호퍼 사이에 탑재된 에어록으로 밀봉될 수 있다. 다른 발포 공정과 유사하게, 가소화 유닛에는 주형에 사출될 때까지 스크류가 압력 하에서 발포제-로딩된 용융물을 유지하기 위한 차단 노즐 및 위치 제어기가 장착될 수 있다.
이러한 가공 기술을 사용함으로써, 성형 후 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 섬유 길이는 고체 성형 내 긴 유리 섬유의 섬유 길이보다 길거나 그와 같을 수 있다. 예를 들어, 섬유 길이는 비-발포 부품과 비교하여 5% 내지 40% 덜 감소될 수 있다. 섬유 길이는 5% 이상 덜 감소될 수 있다. 섬유 길이는 10% 이상 덜 감소될 수 있다. 섬유 길이는 20% 이상 덜 감소될 수 있다. 섬유 길이는 25% 이상 덜 감소될 수 있다. 섬유 길이는 30% 이상 덜 감소될 수 있다. 섬유 길이는 40% 이상 덜 감소될 수 있다.
가스압의 증가가 배압의 증가를 수반하는 경우 바람직한 가공 조건이 달성될 수 있으며, 두 압력 간의 차이는 -1 이상 내지 10 메가파스칼(MPa)이다. 상기 차이는 0 내지 7 MPa일 수 있다. 상기 차이는 0 내지 5 MPa일 수 있다. 상기 차이는 0 내지 0.5 MPa일 수 있다. 상기 차이는 0.1 내지 0.4 MPa일 수 있다. 발포제 압력은 0.1 내지 10 MPa, 예를 들어 0.5 내지 7.5 MPa, 예를 들어 0.75 내지 6 MPa, 예를 들어 1.5 내지 5 MPa, 예를 들어 2.0 내지 4.0 MPa일 수 있다. 사출 성형기의 사출 압력은 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품을 제조하는데 사용되는 사출 압력과 비교하여 긴 유리 섬유를 포함하는 발포 부품을 제조하는데 있어서 10% 이상 감소될 수 있다. 예를 들어, 사출 압력은 20% 이상, 예를 들어 30% 이상, 예를 들어 40% 이상 감소될 수 있다. 사출 성형기의 배압과 발포제 압력 간의 차이는 0 내지 10 MPa, 예를 들어 0 내지 5 MPa, 예를 들어 0 내지 2.5 MPa일 수 있다.
이 설정을 통해, 가소화 유닛은 발포제가 액화되는 압력까지 실온에서 가스상인 임의의 발포제로 가압될 수 있다. 해당 장치에서 사용될 수 있는 발포제 압력은 7.5 MPa 이상, 예를 들어 10 MPa 이상, 예를 들어 15 MPa 이상, 예를 들어 20 MPa 이상이다.
가스상 발포제는 가소화 유닛 내 폴리머 펠릿으로 확산된다. 더 높은 온도에서 확산율이 더 높으므로, 폴리머의 포화에 필요한 시간은 온도를 증가시킴으로써 감소한다. 따라서, 가소화 유닛에서의 확산은 40초 이하의 주기 시간으로 가스를 가지는 폴리머가 사전 로딩되는 연속적인 사출 성형 생산을 가능하게 할 정도로 충분히 빠르다. 주기 시간은 35초 이하일 수 있다. 주기 시간은 30초 이하일 수 있다. 주기 시간은 25초 이하일 수 있다. 상기 발포제는 용융 폴리머에 용해된다. 그 결과, 추가적인 전단으로 인해 폴리머 재료 또는 유리 섬유를 손상시킬 수 있는 추가적인 혼합 요소가 필요하지 않게 된다.
이 공정을 위한 발포제는 0.5 내지 5.0 MPa, 예를 들어 5.0 MPa 이상의 압력에서 이산화탄소 및 질소를 포함할 수 있다. 발포 공정은 단지 두 개의 추가적인 공정 파라미터, 즉 발포제의 유형 및 압력에 의해서만 제어될 수 있기 때문에, 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 사용하여 발포 폴리머 부품을 형성하는 본 발명의 방법은 화학적 발포제를 이용하는 것만큼 쉽게 달성될 수 있다.
이용 가능한 폴리머 수지는 올리고머, 폴리머, 이오노머, 덴드리머, 코폴리머, 예를 들어 그래프트 코폴리머, 블록 코폴리머(예를 들어, 스타 블록(star block) 코폴리머, 랜덤 코폴리머 등) 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이러한 폴리머 수지의 예는 폴리카보네이트(예를 들어, 폴리카보네이트의 블렌드(blend)(예를 들어,폴리카보네이트-폴리부타디엔 블렌드, 코폴리에스터 폴리카보네이트)), 폴리스티렌(예를 들어, 폴리카보네이트 및 스티렌의 코폴리머, 폴리페닐렌 에테르-폴리스티렌 블렌드), 폴리이미드(예를 들어, 폴리에테르이미드), 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔(ABS), 폴리알킬메타크릴레이트(예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트), 폴리에스터(예를 들어, 코폴리에스터, 폴리티오에스터), 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌), 폴리아미드(예를 들어, 폴리아미드이미드), 폴리아릴레이트, 폴리설폰(예를 들어, 폴리아릴설폰, 폴리설폰아미드), 폴리페닐렌 설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르(예를 들어, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 폴리에테르설폰), 폴리아크릴릭, 폴리아세탈, 폴리벤즈옥사졸(예를 들어, 폴리벤조티아지노페노티아진, 폴리벤조티아졸), 폴리옥사디아졸, 폴리피라지노퀴녹살린, 폴리피로멜리티미드, 폴리퀴녹살린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리옥신돌, 폴리옥소아이소인돌린(예를 들어, 폴리디옥소아이소인돌린), 폴리트리아진, 폴리피리다진, 폴리피페라진, 폴리피리딘, 폴리피페리딘, 폴리트리아졸, 폴리피라졸, 폴리피롤리딘, 폴리카보란, 폴리옥사바이사이클로노난, 폴리디벤조푸란, 폴리프탈라이드, 폴리아세탈, 폴리무수물, 폴리비닐(예를 들어, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 티오에테르, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐 니트릴, 폴리비닐 에스터, 폴리비닐클로라이드), 폴리설포네이트, 폴리설파이드, 폴리우레아, 폴리포스파젠, 폴리실라잔, 폴리실록산, 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
더 구체적으로, 상기 폴리머는 폴리카보네이트 수지(예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부(SABIC's Innovative Plastics business)로부터 상업적으로 이용 가능한 LEXAN™ 수지, 예를 들어, LEXAN™ XHT, LEXAN™ HFD 등), 폴리페닐렌 에테르-폴리스티렌 블렌드(예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한 NORYL™ 수지), 폴리에테르이미드 수지(예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한 ULTEM™ 수지), 폴리부틸렌 테레프탈레이트-폴리카보네이트 블렌드(예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한 XENOY™ 수지), 코폴리에스터카보네이트 수지(예를 들어 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한 LEXAN™ SLX 또는 LEXAN™ FST 수지), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 수지(예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한 CYCOLOY™ 수지), 폴리에테르이미드/실록산 수지(예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한 SILTEM™), 폴리프로필렌 수지, 예를 들어 긴 유리 섬유로 충전된 폴리프로필렌 수지(예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한 STAMAX™ 수지), 및 전술된 수지 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 더 구체적으로, 상기 폴리머 수지는 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 에테르의 호모폴리머 및 코폴리머, 또는 전술된 수지 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 폴리카보네이트는 폴리카보네이트의 코폴리머(예를 들어, 폴리카보네이트-폴리실록산 블록 코폴리머와 같은 폴리카보네이트-폴리실록산), 선형 폴리카보네이트, 분지형 폴리카보네이트, PC의 말단 캡핑된(end-capped) 폴리카보네이트(예를 들어, 니트릴 말단 캡핑된 폴리카보네이트) 블렌드, 예를 들어 PC/ABS 블렌드, 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합, 예를 들어 분지형 및 선형 폴리카보네이트의 조합으로 구성될 수 있다.
원하는 경량 발포 부품을 얻기 위해서, 폴리머 재료는 또한 발포제(들)를 포함할 수 있다. 발포제(들)는 분해 유형(화학적 분해시 가스(예를 들어, 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 및/또는 암모니아 가스)를 방출함) 및/또는 증발 유형(화학적 반응 없이 증발됨)의 것일 수 있다. 가능한 발포제는 이산화탄소, 소듐 바이카보네이트, 아지드 화합물, 암모늄 카보네이트, 암모늄 니트라이트, 모노소듐 시트레이트, 물과의 반응 시 수소를 발생시키는 경금속, 염소화 탄화수소, 클로로플루오로카본, 아조디카본아미드, N,N'디나이트로소펜타메틸렌테트라아민, 트리클로로모노플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 메틸렌 클로라이드, 유기 카르복시산(예를 들어, 포름산, 아세트산, 옥살산, 리시놀산 등), 펜탄, 부탄, 에탄올, 아세톤, 질소 가스(N2), 암모니아 등을 포함할 뿐만 아니라, 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다. 압출 및 성형에 유용한 예시의 상업적 발포제는 6257 ID Endo Foam 35 XFC, 5767 ID Endo Foam 100FC, 8812 ID Exo Foam 80, 8861 ID 25, 6851 ID 35 MFC, 6400 ID 35 NA, 6295 ID 70 XFC, 6265 ID 70 MFC, 7800 ID 70 NA, 6905 ID 90 NA, 6906 ID 90 NA FC, 6258 ID 100 XFC 100, 6836 ID 130 MFC, 6950 ID 40 EEFC, 6952 ID 40 EEXFC, 6112 ID 70 EEFC, 6833 ID 70 EEFC, 8085 ID 70 EEMFC, 7236 ID Foam EEFC, 7284 ID 80 2300 EXO, 7285 OD 80 2400 EXO, 71531 ID 100 MFC EXO, 8016 ID 120 EXO, 6831 ID 135 EXO, Palmarole EXP 141/92B, Palmarole BA.K2.S1, Palmarole BA.F4.S, Palmarole BA.F2.S, Palmarole BA.K5.S, Palmarole BA.F4.E.MG, Palmarole BA.K3.EF, Palmarole BA.M4.E, Palmarole MB.BA10, Palmarole MB.BA.13, Palmarole MB.BA.15, Palmarole MB.BA.16, Palmarole MB.BA.18, Palmarole BA.M7.E, Palmarole BA.K2.S1, Palmarole BA.F4.S, Palmarole BA.K4.S, Palmarole BA.F2.S, Palmarole BA.K3.EF, Palmarole BA.K4.C, 및 Bergen International Foamazol™ 시리즈 32, 40, 41, 43, 50, 57, 60, 61, 62, 63, 70, 71, 72, 73, 73S, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 뿐만 아니라 X0-255, X0-256, X0286, X0-330, X0-339, X0-355, X0-379, X0-385, X0-423, X0P-300, X0P-301, X0P-305, 및 X0P-341을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
발포제는 이산화탄소, 소듐 바이카보네이트, 아지드 화합물, 암모늄 카보네이트, 암모늄 니트라이트, 모노소듐 시트레이트, 물과 반응시 수소를 발생시키는 경금속, 염소화 탄화수소, 클로로플루오로카본, 아조디카본아미드, N,N'디나이트로소펜타메틸렌테트라아민, 트리클로로모노플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 메틸렌 클로라이드, 유기 카르복시산(예를 들어, 포름산, 아세트산, 옥살산, 리시놀산 등), 펜탄, 부탄, 에탄올, 아세톤, 산소 가스, 질소 가스, 암모니아 가스, 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합 중 적어도 하나일 수 있다.
몇몇 부류의 발포제, 흡열성 또는 발열성 유형 또는 이것들의 조합을 사용할 경우, CO2 가스가 방출되며, 결국에는 폴리머 용융물 내에 분산된 기포로서 압출기에서 방출된다. 기포는 확장되어 경량 발포 부품을 구성하는 셀을 형성한다. 셀은 개방형 또는 폐쇄형일 수 있지만, 일반적으로는 폐쇄형이다. 셀은 10 이하, 구체적으로 7.5 이하, 더 구체적으로 5 이하, 더욱 더 구체적으로 3 이하의 종횡비를 가질 수 있다. 셀은 5 밀리미터(mm) 이하, 예를 들어 2.5 mm 이하, 예를 들어 1 mm 이하, 예를 들어 500 마이크로미터(μm) 이하의 크기를 가질 수 있다. 셀 크기는 250 마이크로미터 이하, 예를 들어 200 마이크로미터 이하, 예를 들어 100 마이크로미터 이하, 예를 들어 50 마이크로미터 이하, 및 예를 들어 20 마이크로미터 이하일 수 있다. 이용되는 화학적 발포제의 양은 공정, 가공 조건 및 특정 폴리머 재료(들)에 의존적이다.
일부 구현예에서, 발포제의 양은 폴리머 조성물(예를 들어, 폴리머 재료(들), 첨가제(들), 발포제(들), 조핵제(들) 등)의 총 중량을 기준으로, 0.1 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어 0.1 중량% 내지 5 중량%, 예를 들어 1 중량% 내지 4 중량%일 수 있다. 일부 구현예에서, 발포제는 추가적인 다른 발포제(들)의 0.1 중량% 내지 4 중량%, 예를 들어 0.5 중량% 내지 3 중량%, 예를 들어 0.25 중량% 내지 2 중량%, 또는 예를 들어 추가적 발포제(들)의 0.5 중량% 내지 1.5 중량%일 수 있다. 이들 물리적 발포제들은 CO2, N2, H2O, O2, 아세톤, 부탄, 및 아르곤을 포함한다. 오존 고갈성 작용제는 환경적 문제로 인해 사용하지 않을 수 있다.
수지 첨가제 패키지는 발포제에 근거하여 선택될 것으로 예상된다. 즉, 첨가제 패키지는 발포제에 의해 생성된 어느(any) 반대 이온에도 대응하도록 포함될 것이다. 따라서, 첨가제는 반대 이온이 생성된 경우 이것을 중성화시키는 원하는 범위에서 pH가 유지될 수 있도록 해당 조성물에 포함될 수 있다. 원하는 pH는 특정 폴리머 재료에 의존적일 것이다. 완충제는 조성물(폴리머 재료)에 첨가되어, 발포제에 의해 생성되는 반대 이온을 중성화시킬 수 있다. 저온 및 고온 사이클링(cycling) 성능, 상승된 온도 성능, 환경적 효과, 예를 들어 높은 습도에 대한 내성 등을 포함하는 장기 물리적 및 기계적 특성에 대한 경량 시트 성능은 수지 안정성에 의해 영향을 받는다. 수지 첨가제 패키지는, 예를 들어 격렬한 압출 가공 단계 중에 수지 분해가 너무 빠르게 진행되는 것을 방지하는 것과 동일한 방식으로, 화학적 및/또는 물리적 발포제의 성능에 관한 가수분해 안정성, 부산물 및 핵생성 자리를 제공하는 데 필요할 것이다.
경량 발포 부품의 제조 중에, 대부분의 화학적 발포제는 폴리머에게 유해할 수 있는, 예를 들어 폴리머 매트릭스의 내화학성 또는 열수 저항을 저하시킬 수 있는 분해 산물의 잔류물을 폴리머 매트릭스 내에 남긴다. 화학적 발포제의 선택은 중축합 유형 폴리머, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에스터 및 폴리에테르이미드에 유해함을 최소화하는데 중요하다. 예를 들어, 소듐 바이카보네이트가 경량 폴리카보네이트 시트 제조용 화학적 발포제로서 사용되면, 소듐 바이카보네이트는 폴리카보네이트 용융 가공 단계 중에 소듐 카보네이트, 물 및 이산화탄소로 열분해되며, 이것들 중에서 물 및 이산화탄소는 발포제 가스로서 작용하여 폴리카보네이트 시트에서 발포 구조를 형성하지만, 최종 폴리카보네이트 발포 시트 내에 남겨진 소듐 카보네이트 잔류물은 열수 저항 특성 또는 장기 물리적 및 기계적 특성 보유가 바람직한 경우에 폴리카보네이트 매트릭스의 열수 저항을 손상시킬 수 있는 비교적 강염기이다. 다른 측면에서는, 발포 공정의 온도에서의 분해 산물의 잔류물이 중성, 약산성 또는 약염기성인 일부 다른 화학적 발포제는 폴리카보네이트에 친화적일 수 있다. 이러한 예는 모노소듐 시트레이트, 시트르산, 5-페닐-3,6-디하이드로-2H-1,3,4-옥사디아진-2-온(PEDOX), 5-페닐-1H-테트라졸(5-PT)을 포함할 뿐만 아니라, 이 화학적 발포제들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다.
폴리머 재료는 긴 유리 섬유를 포함한다. 본 명세서에 기재된 긴 유리 섬유는 3mm 이상의 초기 길이를 갖는 유리 섬유를 포함한다. 폴리머는 이 유형의 폴리머 조성물에 보통 혼입되는 다양한 첨가제를 포함할 수 있으며, 단 첨가제(들)는 발포 부품의 바람직한 특성, 특히 기계적 특성, 예를 들어 내충격성에 심각한 악영향을 미치지 않도록 선택된다. 이러한 첨가제는 발포 부품용 폴리머 재료의 혼합 중 적절한 시간에 혼합될 수 있다. 예시적 첨가제는 충격 개질제, 충전제, 보강제, 산화방지제, 열 안정화제(heat stabilizer), 광 안정화제, 자외선(UV) 안정화제, 가소제, 윤활제, 이형제, 대전방지제, 착색제(예를 들어, 카본 블랙(carbon black) 및 유기 염료), 표면 효과 첨가제, 오존 분해 방지제, 열 안정화제(thermal stabilizer), 부식 방지제, 유동 촉진제, 피그먼트(pigments), 염료 방사선 안정화제(dyes radiation stabilizers)(예를 들어, 적외선 흡수제), 난연제, 및 적하방지제를 포함한다. 첨가제의 조합, 예를 들어 열 안정화제, 이형제 및 자외선 안정화제의 조합이 사용될 수 있다. 일반적으로, 첨가제는 유효한 것으로 일반적으로 공지되어 있는 양으로 사용된다. (충격 개질제, 충전제 또는 보강제 이외)첨가제의 총량은 폴리머 재료 조성물의 총 중량 기준으로, 일반적으로 0.001 중량% 내지 5 중량%이다.
발포 부품의 제조 방법은, 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 사출 성형기의 호퍼로 도입하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 긴 유리 섬유는 초기(성형 전) 길이를 가질 수 있다. 이후, 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료는 용융될 수 있다. 이후, 상기 사출 성형기의 가소화 유닛은 발포제로 가압될 수 있으며, 여기서 밀봉은 상기 가소화 유닛의 회전부 및 고정부 사이에 위치할 수 있다. 이후, 상기 가소화 유닛은 사출 성형기의 배럴 사이에 탑재된 에어록으로 밀봉되어, 상기 용융물 및 발포제를 균질화할 수 있다. 이어서, 발포 부품이 형성될 수 있다. 이 공정에 의해 제조된 발포 부품에 있어서, 상기 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 가압된 가소화 유닛이 없이 사출 성형에 의해 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같을 수 있다. 상기 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 유사한 치수의 고체(즉, 비-발포) 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같을 수 있다.
발포 부품의 중량은 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품과 비교하여 5% 이상 감소될 수 있다. 예를 들어, 중량 감소는 10% 이상일 수 있다. 중량 감소는 20% 이상일 수 있다. 중량 감소는 30% 이상일 수 있다. 또한, 발포 부품의 두께 수축은 사출 성형기 상의 가압된 유닛을 이용하여 본원에서 개시된 방법을 통해 가공될 때 감소될 수 있다. 예를 들어, 3 mm의 공칭 두께를 가진 발포 사출 플라크(foamed injected plaque)에 대하여, 발포 부품은 고체 부품보다 거의 50% 미만 두께 수축을 가질 수 있다. 예를 들어, 3 mm의 공칭 두께를 가진 발포 사출 플라크에 대하여, 발포 부품은 2.92mm의 두께를 가질 수 있지만, 고체 부품은 2.85mm의 두께를 가질 수 있다. 이 경우에 있어서 발포 부품은 고체 부품보다 거의 50% 미만 두께 수축을 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에서 개시된 공정을 사용하여 제조되어 공칭 두께를 갖는 발포 사출 플라크는 비-발포 사출된 플라크와 비교하여 5% 미만 두께 수축, 예를 들어 10% 미만 두께 수축, 예를 들어 25% 미만 두께 수축, 예를 들어 30% 미만 두께 수축, 예를 들어 50% 미만 두께 수축, 예를 들어 65% 미만 두께 수축을 가질 수 있다.
발포 물품은, 예를 들어 컴퓨터 및 사무 기기 하우징(housings), 가전 제품, 쟁반, 접시, 핸들, 헬멧, 자동차 부품, 예컨대 계기판, 컵 홀더, 글러브 박스(glove boxes), 내부 피복 등을 포함한다. 다양한 추가적 관점에 있어서, 발포 물품은 스냅 핏 커넥터(snap fit connector)로 성형된 장치를 포함하는 식품 서비스 물품, 의료 장치, 동물 우리, 전기 커넥터, 전자 기기용 외피(enclosures), 전기 모터 부품, 동력 분배 장치, 통신 장비, 컴퓨터 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 추가적인 일 관점에 있어서, 본 발명의 물품은 자동차를 포함하는 외부 차량 및 장치용 외부 본체 패널 및 부품, 표지와 같은 보호 그래픽, 텔레커뮤니케이션(telecommunication) 및 전기 접속 상자와 같은 옥외 외피, 및 지붕 부분, 벽 패널 및 글레이징(glazing)과 같은 건설 용품을 포함한다. 특히, 개시된 폴리카보네이트로 제조되는 다층 물품은 사용되는 동안(during their lifetimes) 자연적이든 인공적이든 UV-광에 노출될 물품을 포함하며, 가장 구체적으로 옥외 물품, 즉 옥외 용도로 의도된 물품을 포함한다. 적절한 물품은 옥외 차량 및 장치용의 외피, 하우징, 패널 및 부품; 전기 및 텔레커뮤니케이션 장치용 외피; 옥외 가구; 항공기 부품; 트림(trim), 외피 및 하우징을 포함하는 보트 및 해양 장비; 선외 모터 하우징; 수심 측정기 하우징, 개인 선박; 제트 스키; 수영장; 스파(spas); 핫-튜브(hot-tube); 계단; 계단 피복; 글레이징, 지붕, 창, 바닥, 장식용 창 비품 또는 처리품과 같은 건축 및 건설 용품; 사진, 그림, 포스터 및 이와 유사한 디스플레이 물품용 처리된 유리 커버; 벽 패널 및 도어; 보호 그래픽; 옥외 및 실내 표지; 현금 자동 인출기(ATM)용 외피, 하우징, 패널 및 부품; 잔디 및 정원 트랙터, 잔디 깎이, 및 잔디 및 정원 연장을 포함하는 연장용 외피, 하우징, 패널 및 부품; 창 및 문 트림(door trim); 스포츠 장비 및 장난감; 스노모빌(snowmobiles)용 외피, 하우징, 패널 및 부품; 레저 차량 패널 및 부품; 운동장 장비; 플라스틱-목재 조합으로 제조된 물품; 골프 코스 마커(marker); 공익설비물 구멍덮개(utility pit cover); 컴퓨터 하우징; 데스크 탑 컴퓨터 하우징; 휴대용 컴퓨터 하우징; 랩탑 컴퓨터 하우징; 소형(palm-held) 컴퓨터 하우징; 모니터 하우징; 프린터 하우징; 키보드; 팩시밀리 장치 하우징; 복사기 하우징; 전화기 하우징; 휴대폰 하우징; 휴대 전화 하우징; 라디오 수신기 하우징; 조명 기구; 조명 기기; 네트워크 인터페이스 장치 하우징; 변압기 하우징; 에어컨 하우징; 대중교통용 피복재(cladding) 또는 시트재(seating); 기차, 지하철, 또는 버스용 피복재 또는 시트재; 계량기 하우징; 안테나 하우징; 위성 접시용 피복재; 코팅 된 헬멧 및 개인 보호 장비; 코팅된 합성 또는 천연 직물; 코팅된 사진 필름 및 사진 인쇄물; 코팅된 도색 물품; 코팅 형광 물품; 코팅된 발포 물품; 및 유사한 용품을 들 수 있다.
일 관점에 있어서, 발포 부품은 개시된 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 포함하는 물품을 포함한다. 추가적인 일 관점에 있어서, 개시된 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 포함하는 물품은 자동차 용품으로 사용될 수 있다. 추가적인 일 관점에 있어서, 개시된 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 포함하는 물품은 계기판, 머리 위 콘솔(consoles), 내부 트림, 중앙 콘솔, 패널, 쿼터 패널(quarter panel), 라커 패널(rocker panels), 트림, 흙 받이, 문, 갑판 덮개, 트렁크 덮개, 후드(hood), 본네트(bonnets), 지붕, 범퍼, 페시아(fascia), 그릴, 거울 하우징, 기둥 아플리케(pillar appliques), 클래딩(cladding), 본체 옆 몰딩, 휠 커버(wheel cover), 휠 캡(hubcap), 문 손잡이, 스포일러(spoilers), 창틀, 전조등 베젤(bezel), 전조등, 미등(tail lamps), 미등 하우징, 미등 베젤, 차량번호판 외피, 루프랙(roof rack) 및 발판(running board) 중 선택될 수 있다. 추가적인 일 관점에 있어서, 개시된 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 포함하는 물품은 이동식 장치 내부, 이동식 장치 커버, 전자 및 전기 조립체용 외피, 보호용 헬멧, 가구 및 조이너리(joinery) 패널용 버퍼 엣지(buffer edging), 수하물 및 보호 적재 케이스, 소형 주방기기 및 장난감 중 선택될 수 있다.
일 관점에 있어서, 발포 부품은 개시된 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 포함하는 전기 또는 전자 장치를 포함할 수 있다. 추가적인 일 관점에 있어서, 상기 전기 또는 전자 장치는 휴대 전화, MP3 플레이어, 컴퓨터, 랩탑, 카메라, 비디오 녹화기, 전자 태블릿, 무선 호출기, 수화기, 비디오 게임기, 계산기, 무선 자동차 등록 장치, 자동차 부품, 필터 하우징, 수하물 카트, 사무용 의자, 주방 용품, 전기 하우징, 전기 커넥터, 조명 기구, 발광 다이오드, 전기 부품, 또는 텔레커뮤니케이션 부품일 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법은 발포로 인한 기계적 특성의 손실이 다른 발포 기술(예를 들어, 화학적으로 및 MuCell™ 기술로 발포된 것들)과 비교하여 적고, 고체 성형 내 원래의 섬유 길이와 비교하여 섬유 길이가 유지되거나 증가되기 때문에, 긴 유리 섬유로 충전된 재료의 사용에 대하여 유리한 결과를 제공할 수 있다. 나아가, 추가적인 구성요소로서 단지 가압 유닛만을 요구하므로, 사출 유닛을 조정하기 위한 초기 비용이 적다. 발포 부품의 중량 감소는 동일한 두께를 가진 고체 부품(즉, 비-발포 부품)과 비교하여 65% 이하, 예를 들어 50% 이하, 예를 들어 30% 이하, 예를 들어 20% 이하, 예를 들어 15% 이하, 예를 들어 10% 이하, 예를 들어 5% 이하일 수 있다. 어떠한 어플리케이션에 있어서, 20% 이하의 중량 감소는 또한 바람직한 충격 특성을 제공할 수 있다.
실시예
다양한 긴 유리 섬유 충전된 폴리머 재료를 본원에서 기술된 방법을 사용하여 테스트하였고 고체 재료와 비교하였다. [표 1]은 실시예들에서 사용된 재료를 열거한다. 모든 테스트를 위해, 140 mm x 90 mm x 3 mm 플라크(plaque)를 1.2 mm 필름 게이트(film gate) 및 35 mm 사출 성형기 배럴을 이용하여 성형하였다. 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료의 가공에 사용된 사출 성형기는 Arburg Allrounder 520 A 1500-400이었다. 2.5 mm의 중심 게이트 직경을 갖는 또 다른 도구를 감압 성형(충전 후 해당 도구의 개방)에 사용하였다. 주형은 200 mm x 100 mm의 치수 및 가변적인 두께를 가진다. 조성물 1 내지 5는 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한, 긴 유리 섬유로 충전된 폴리프로필렌 폴리머 재료를 포함하였다. 조성물 6은 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부로부터 상업적으로 이용 가능한, 짧은 유리 섬유로 충전된 폴리프로필렌 화합물(PPC)을 포함하였다. 미량 분석을 사용하여 발포 샘플 내 가스 분포를 평가하였다. 샘플을 띠톱(band saw)을 사용하여 크기에 맞게 잘라냈다. 횡단면 이미지를 위해서, 샘플을 에폭시 수지에 삽입하였다(embedded). 모든 샘플을 연마 장치로 연마하였고, 광학 현미경으로 이미지화하였다. 밀도 측정을 위해서, 치수를 캘리퍼(caliper)로 측정하였고 화학 천칭에서 칭량하였다. 재료 설명에서, "YM"은 폴리프로필렌 모노머를 지칭하며, "YK"는 폴리프로필렌 코폴리머를 지칭한다.
재료 정보
조성물 번호 등급 % 섬유 함량 회사
1 STAMAX™ 20YM240 20% 긴 유리 섬유 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부
2 STAMAX™ 30YM240 30% 긴 유리 섬유 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부
3 STAMAX™ 40YM240 40% 긴 유리 섬유 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부
4 STAMAX™ 20YK270E 20% 긴 유리 섬유 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부
5 STAMAX™ 30YK270E 30% 긴 유리 섬유 사빅 이노베이티브 플라스틱 사업부
실시예 1: 중량 감소
참조 부품(동일한 두께를 갖는, 실시예 1-1, 1-2 및 1-3) 대비 3mm의 두께를 갖는 발포 부품(실시예 1-4 및 1-5)의 중량 감소는, [표 2]에서 알 수 있는 바와 같이, 사용된 STAMAX™의 모든 다른 등급에 대하여 거의 30%였다. 본원에서 개시된 공정을 사용하여, 중량 감소는 사출 감압과 같은 추가적인 공정 요구 없이 달성될 수 있다.
중량 감소 결과
실시예
번호		 조성물 번호 고체 사출 중량 발포 사출 중량 % 중량 감소
1-1 1 43.6
1-2 2 47.2
1-3 3 52
1-4 1 30.5 30
1-5 2 34.6 27
실시예 2: 셀 구조 및 밀도
도 1A 내지 1F는 동일한 크기의 고체 부품(실시예 1-1)과 비교하여 30% 중량 감소를 가지는 실시예 1-4의 발포 플라크 절단면을 도시한 것이다. 최종 부품에서의 발포 셀은 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 잘 분포되었다. 실시예 1-5에 대한 횡단면 및 유입(in-flow) 단면은 20% 초과의 중량 감소를 나타냈다. 도 2A 내지 2F에서 알 수 있는 바와 같이, 게이트에 더 근접하지만, 말단이 더 두꺼운 것으로 표면층을 한정하였다. 셀 구조는 모든 단면에서 유사한 것으로 나타난다. 도 2A 내지 2F는 동일한 크기 고체 부품(실시예 1-2)과 비교하여 20% 중량 감소를 갖는 실시예 1-5의 발포 플라크 절단면을 도시한 것이다.
[표 3]에서 알 수 있는 바와 같이, 20% 중량 감소된 샘플에서 수행된 밀도 측정은 샘플 내 밀도의 변화가 매우 적고 해당 부품의 다른 단면들을 통해서도 거의 같다는 것을 보여주었다. 도 3A 내지 3C는 측정(현미경 분석용 샘플을 포함함)이 이루어지는 샘플 상의 위치들을 도시한 것이며, 게이트는 참조 번호(10)으로 표시되고 흐름의 방향은 화살표(12)로 표시된다.
플라크의 다른 단면을 통한 밀도
실시예 번호 조성물
번호		 위치 평균 치수 (mm) 부피 (cm3) 중량 (g) 밀도 (g/cm3)
길이 너비 두께
2-1 4 G 37.7 20.0 3.0 2.2 1.916 0.86
2-1 4 H 38.0 20.6 3.0 2.3 2.002 0.87
2-1 4 I 38.6 20.6 3.0 2.3 2.035 0.87
2-2 5 G 38.9 20.2 3.0 2.3 2.064 0.88
2-2 5 H 38.7 20.1 3.0 2.3 2.048 0.88
2-2 5 I 38.5 20.3 3.0 2.3 2.039 0.87
2-3 2 G 38.2 20.5 3.0 2.3 1.920 0.82
2-3 2 H 38.4 20.6 3.0 2.4 1.952 0.83
2-3 2 I 38.6 19.9 3.0 2.3 1.916 0.84
STAMAX™ 30YM240으로 성형되고 원래의 두께의 2.3배로 감압한 플라크(실시예 2-3)에 대한 횡단면 및 유입(in-flow) 단면은 도 4A, 4B, 및 도 5A 내지 5D에 도시되며, 이때 도 4A 및 4B는 해당 측정이 이루어진 위치들을 도시한다. 도 5A 내지 5D에서 알 수 있는 바와 같이, 셀 구조는 훨씬 더 불규칙하며, 일부 큰 갭이 감압으로 인해 개방(즉, 해당 도구의 개방)된다. 그럼에도 불구하고, 전체 구조는 여전히 상대적으로 안정해 보이며, 폴리머 용융 강도의 궁극적 개선이 달성되면, 해당 구조는 꽤 균일한 것으로 여겨진다.
STAMAX™ 30YK270E로 성형되고 원래의 두께의 4배로 감압한 플라크(실시예 2-2)에 대한 횡단면 및 유입(in-flow) 단면이 도 6A 및 6B에 도시된다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 셀 구조는 일정하지 않으며, 샘플의 가운데에서 층의 명백한 분리가 관찰된다. 이론적인 것은 아니지만, 부품의 가운데에 폴리머 결합이 존재하지 않은 채로, 단지 유리 섬유가 두 개의 분리된 층 간을 연결하는 것으로 보인다. 이는, 원래의 두께를 2 내지 2.5 배 초과하여 감압함으로써 두께를 증가시키는 것이 높은 기계적 요건을 요구하는 어플리케이션에는 적용될 수 없지만, 음향 및 절연 요건을 요구하는 어플리케이션에서는 유용한 기술일 수 있음을 나타낸다.
코어-쉘(core-shell) 구조가 대부분의 샘플에서 관찰된다. 코어는 폴리머 수지, 유리 섬유 및 보이드(void)를 함유한다. 쉘은 폴리머 수지 및 유리 섬유만을 함유한다. 쉘 두께는 이의 특정 두께를 위해, 0.2 mm 내지 0.5 mm로 다양할 수 있다. 쉘은 게이트로부터 더 멀어질수록 더 두꺼워진다.
실시예 3: 가공
이 실시예에서, 기포제의 추가가 사출 플라크의 수축을 감소시킨 것을 확인하였다. 두께 측정은, 발포되지 않은 플라크가 2.85 mm의 두께를 갖고 발포된 플라크는 2.92 mm 내지 2.96 mm의 두께를 가진 것을 나타냈다.
또한, 사출 압력이 10 내지 20%까지 감소될 수 있는 것을 확인하였다. 가스압이 부품의 발포에 영향을 미치는 것을 추가로 확인하였다. 예를 들어, 가스압의 증가는 또한 배압의 증가도 수반하게 되는데, 이는 가스압이 배압에 대한 반대 압력과 유사한 작용을 하기 때문이며, 배압이 가스압 하에 있으면 가소화가 어려워진다. 이 실시예에서, 0.5 MPa의 갭을 가스압과 배압 사이에 남겨두었다. 각각 더 높은 가스압 및 배압을 사용한 경우에도, 부품의 중량 감소는 더 우수하였다. 3.5 MPa에서 5.0 MPa로 가스압을 변화시키는 것이 중량을 추가적으로 2.5% 감소시킴을 확인하였다. 하지만, 이 경우 섬유 길이에 대해서는 부정적인 영향이 확인되었다.
사출 속도를 더 높인 경우, 중량이 1% 추가 감소하였지만, 섬유 길이 또한 10% 감소함을 나타냈다. 기계적 특성의 감소를 또한 고려해야 한다. 섬유 파손으로 인한 특성의 손실을 고려하면 이 파라미터를 이용하는 중량 감소는 바람직하지 않다.
감압 성형에 있어서, 패킹 시간(주형의 개방이 일어날 때 사출 후 시간)은 성형 부품의 표면 층 두께 및 전체적인 기계적 성능을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 이 시간은 너무 길지 않아야 하는데, 이는 주형이 개방되어 가스가 팽창될 때 내부층이 용융되어야 하기 때문이다. 부품의 두께는 이 시간을 결정하는 데 있어서 주요 인자이다. 이 연구에 사용된 특정 부품에 대하여, 해당 시간은 5초였다.
실시예 4: 섬유 길이
섬유 길이는 긴 유리 섬유로 충전된 재료의 기계적 성능에 있어 관심 파라미터이다. 섬유 길이의 측정을 모든 발포 조건에 대하여, 및 기준으로서 발포되지 않은 조건에 대하여 퍼지(purge) 상에서 수행되었다. 퍼지를 제거한 후 모든 샘플에 대한 측정을 해당 플라크의 반대쪽 20 mm의 유로 말단에서 실시하였고, 대부분의 샘플 섬유에 대한 측정을 게이트 뒤의 위치, 즉 게이트 뒤의 20 mm에서 실시하였다.
고체 STAMAX™ 재료 2 및 발포 STAMAX™ 재료 4를 포함하는 플라크의 반대쪽으로부터 20 mm에서 수거된 표본에서 측정된 섬유 길이가 도 7에 도시된다. 실시예 4-1 및 4-6을 조성물 1호로부터 제조하였으며, 실시예 4-1은 고체이고 실시예 4-6은 발포된 것이다. 실시예 4-2 및 4-7은 조성물 2호로부터 제조하였으며, 실시예 4-2는 고체이고 실시예 4-7은 발포된 것이다. 실시예 4-3 및 4-8을 조성물 3호로부터 제조하였으며, 실시예 4-3은 고체이고 실시예 4-8은 발포된 것이다. 실시예 4-4 및 4-9를 조성물 4로부터 제조하였으며, 실시예 4-4는 고체이고 실시예 4-9는 발포된 것이다. 실시예 4-5 및 4-10을 조성물 5로부터 제조하였으며, 실시예 4-5는 고체이고 실시예 4-10은 발포된 것이다. 발포 샘플 내 유리 섬유 길이는 고체 샘플 내 유리 섬유 길이보다 분명히 더 길다. 이는, 발포 사출 성형 중에 가압된 유닛을 적용함으로써, 발포 샘플 내 유리 섬유 길이가 고체 샘플 내 유리 섬유 길이와 동일하게 유지될 뿐 아니라 실제로는 섬유 길이의 증가가 존재할 수 있음을 나타낸다.
이러한 결과로부터, 발포 가공된 부품은 더 긴 섬유를 가지는 것이 확인된다. [표 3]은 이 이점을 도시한다. 이러한 섬유 길이의 차이는 단지 몇 퍼센트에서 30% 이하까지 다양하다. 섬유 길이 측정에 관한 또 다른 관찰은 유리 함량 의존성이다. 재료 내에 유리 함량이 증가함에 따라 길이 차이가 감소하지만, 20% 및 30%의 유리 함량에 대해서 길이 차이는 여전이 상당하다. 섬유 측정으로부터의 결론은, 이 유형의 발포를 통해서 섬유 길이는 감소하지 않았으며, 심지어 발포 샘플에 대해서는 일부 증가를 관찰하였다는 것이다. 이것은 LGF 재료에 매우 유익한데, 이는 모든 다른 발포 기술이 특정 섬유 파손 및 섬유 길이의 감소를 유발하기 때문이다. 도 8은, 실시예 4-1(고체) 및 실시예 4-2(발포됨)에 대하여, 긴(6 mm 이상) 유리 섬유의 양이 발포 부품에서보다 더 큰 것을 도시한다.
섬유 길이 측정
실시예 번호 4-1 4-6 4-2 4-7 4-3 4-8 4-4 4-9 4-5 4-10
측정* (mm)
게이트 뒤 2.1 2.2 1.8 1.8 - - 1.4 1.9 1.4 1.6
충전의 끝 2.0 2.6 1.7 2.0 1.5 1.5 1.3 2.0 1.5 1.6
*섬유 길이는 샘플의 하소 및 잔류 유리 섬유의 광학적 측정에 의해 측정된다.
도 11은 본원에서 개시된 방법 및 MuCell™ 방법에 대한 발포로 퍼지에서의 섬유 길이의 측정값을 도시한다. 샘플 11-1 및 11-2를 [표 1]의 조성물 1로 제조하였고, 샘플 11-3 및 11-4를 [표 1]의 조성물 2로 제조하였으며, 샘플 11-5 및 11-6을 [표 1]의 조성물 3으로 제조하였고, 샘플 11-7 및 11-8을 [표 1]의 조성물 4로 제조하였으며, 샘플 11-9 및 11-10을 표 1의 조성물 5로 제조하였다. 샘플 11-1, 11-3, 11-5, 11-7 및 11-9를 본원에서 개시된 방법을 사용하여 제조하는 한편(참조 번호 14), 샘플 11-2, 11-4, 11-6, 11-8 및 11-10을 MuCell™ 방법을 사용하여 제조하였다(참조 번호 16). 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 발포 후 퍼지에서의 섬유 길이는 본원에서 개시된 방법으로 테스트된 각 조성물에 대하여 더 길다.
실시예 5: 회분 함량 및 X 선
고체 부품 및 발포 부품에서의 회분 함량을 또한 측정하였다. 실시예 5-1 및 5-3를 조성물 1로 제조하였다. 실시예 5-1은 고체였고, 실시예 5-3은 발포된 것이었다. 실시예 5-2 및 5-4를 조성물 2호로 제조하였다. 실시예 5-2은 고체였고, 실시예 5-4는 발포된 것이었다. 측정을 스프루(sprue) 내의 한 위치 더하기 세 위치에서 실시하였고, 그 결과를 도 9에 도시하였다. 도 9에서 mm로 측정된 유동 길이는 x축에 표시되고, 퍼센트 단위의 회분 함량은 y축에 표시된다. 제1 측정은 스프루에서 이루어지며 -10 mm로 표시된다. 0 지점을 부품의 게이트인 것으로 가정한다.
해당 결과로부터, 충전의 끝에서의 회분 함량이 고체 플라크보다 발포 플라크에서 더 높다는 결론을 내릴 수 있다. 이것은 유동의 끝에서의 발포 부품에 존재하는 더 긴 섬유의 수송과 관련될 수 있다.
실시예 6: 밀도 분포
MuCell™ 기술 및 본원에서 개시된 방법에 대한 유로를 따르는 밀도 분포에 대한 결과가 도 10에 도시되었다. 도 10에서 g/cm3 단위로 측정된 밀도가 mm 단위로 측정된 유동 길이에 대하여 플롯팅된다(plotted). 샘플 10-1 및 10-2를 [표 1]에 열거된 조성물 5를 갖는 동일 등급의 폴리프로필렌으로 제조하는 한편, 샘플 10-3 및 10-4를 [표 1]에 열거된 조성물 2를 갖는 동일 등급의 폴리프로필렌으로 제조하였다. 샘플 10-1 및 10-3을 본원에서 개시된 방법에 따라 초 당 45 입방 센티미터(cm3/s)의 사출 속도로 가공하는 한편, 샘플 10-2 및 10-4를 MuCell™ 방법에 따라 100 cm3/s의 사출 속도로 가공하였다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 샘플 10-1 및 10-3은 유동의 시작과 끝 사이에서 무시해도 될 정도의 차이를 갖는 균일한 밀도 분포를 나타낸다. 반대로, 샘플 10-2 및 10-4는 10% 이하의 차이를 나타내며, 이러한 차이는 샘플 10-2 및 10-4에 대한 사출 속도가 샘플 10-1 및 10-3의 사출 속도를두 배 초과하였던 것을 고려할 때 더욱 극명하다. 밀도 분포는 성형된 물품의 특성 및 최종 성능에 대한 영향을 가질 수 있다.
실시예 7: 굴곡 특성
굴곡 특성을 ISO 178:2001/Amd 1:2004에 따르는 등방성 굴곡 강도에 따라 측정하였고, 제곱 미터 당 뉴튼 (N/m2)으로 측정하였다. 도 12A 내지 12D는 MuCell™ 방법에 따라 가공된 샘플 대비 본원에서 개시된 방법에 따라 가공된 샘플에서 등방성 굴곡 강도가 더 높게 관찰된 결과를 도시한다. 샘플 12A 1 내지 4를 [표 1]의 조성물 1로 제조하였고, 샘플 12B 1 내지 4를 [표 1]의 조성물 2로 제조하였고, 샘플 12C 1 내지 4를 [표 1]의 조성물 4로 제조하였고, 샘플 12D 1 내지 4를 [표 1]의 조성물 5로 제조하였다. 각각의 샘플 12A 1 내지 2, 12B 1 내지 2, 12C 1 내지 2, 및 12D 1 내지 2는 발포되지 않은 반면, 샘플 12A 3 내지 4, 12B 3 내지 4, 12C 3 내지 4, 및 12D 3 내지 4는 발포되었으며 이 경우 20% 중량 감소를 동반하였다. 샘플 12A1, 12A3, 12B1, 12B3, 12C1, 12C3, 12D1 및 12D3을 본원에서 개시된 방법에 따라 제조한 반면, 샘플 12A2, 12A4, 12B2, 12B4, 12C2, 12C4, 12D2 및 12D4를 MuCell™ 방법에 따라 제조하였다. 샘플 12A3, 12A4, 12B3, 12B4, 12C3, 12C4, 12D3 및 12D4 각각은 고체 샘플과 비교하여 20% 중량 감소를 가진다. 도 12A 내지 12D에서 알 수 있는 바와 같이, 굴곡 강도는 본원에서 개시된 방법에 따라 생산된 샘플에서 더 높다. 예를 들어, 굴곡 특성은 MuCell™ 방법에 따라 제조된 발포 샘플보다 본원에서 개시된 방법을 이용한 발포 샘플에서 더 높다.
실시예 8: 충격 특성
충격 특성을 ISO 6603-2:2000(A3)에 따라 측정하였다. 샘플 13A1 내지 13A6을 [표 1]의 조성물 1로 제조하는 한편, 샘플 13B1 내지 13B6을 [표 1]의 조성물 5로 제조하였다. 샘플 13A1, 13A2, 13B1 및 13B2를 발포 없이 제조하였고; 샘플 13A3, 13A4, 13B3 및 13B4를 20% 중량 감소를 동반한 발포를 통해 제조하였으며, 이때 샘플 13A3 및 13B3을 본원에서 개시된 방법에 따라 제조하였고, 샘플 13A4 및 13B4를 MuCell™ 방법에 따라 제조하였다. 샘플 13A5, 13A6, 13B5 및 13B6은 30% 중량 감소를 동반한 발포에 의해 제조하였고, 이때 샘플 13A5 및 13B5를 본원에서 개시된 방법에 따라 제조하였고 샘플 13A6 및 13B6을 MuCell™ 방법에 따라 제조하였다. 밀리미터 당 줄(Joule)(J/mm)로 측정된 17 mm 변위에서의 투과 에너지를 측정하였으며, 이는 도 13A 및 13B에 플롯팅된다. 도 13A 및 13B에서 알 수 있는 바와 같이, 충격 특성은 MuCell™ 방법으로 가공된 샘플과 비교하여 본원에서 개시된 방법으로 가공된 샘플에서 더 높다. 게다가, 샘플 13A3, 13A4, 13B3 및 13B4에 대한 투과 에너지의 감소는 본원에 개시된 방법으로 가공된 샘플 13A3 및 13B3에 대하여 더 낮으며, 이는 각 부품에서의 더 긴 섬유 때문일 것이다.
감압 성형된 샘플에 대한 충격 특성이 또한 ISO 6603-2:2000(A3)에 따라 테스트되었다. 결과는 도 14A 및 14B에서 도시되며, 여기서 모든 샘플을 조성물 2로 제조하였다. 샘플 14A1, 14A2, 14B1 및 14B2가 발포 없이 제조된 한편, 고체 부품 두께의 2.3배의 두께를 갖는 샘플 14A3, 14A4, 14B3 및 14B4는 발포되었다. 샘플 14A1, 14A3, 14B1 및 14B3을 본원에서 개시된 방법에 따라 제조하는 한편, 샘플 14A2, 14A4, 14B2 및 14B4를 MuCell™ 방법에 따라 제조하였다. 도 14A는 J/mm 단위로 측정된 17 mm의 변위에서의 관통 에너지를 도시하고, 도 14B는 뉴튼(N)으로 측정된 최대 힘을 도시한다. 도 14B에서 알 수 있는 바와 같이, 본원에서 개시된 방법에 따라 가공된 샘플에 대하여, 감압 성형의 사용에 관하여, 두께가 증가할 때 최대 충격 힘이 증가하였지만, MuCell™ 방법을 사용하는 샘플 공정에 대해서는, 두께가 증가함에도 불구하고, 최대 힘은 감소한다. 도 14A는 17 mm 변위에서의 충격 에너지가 발포로 인해 감소되지만, MuCell™ 방법보다 본원에서 개시된 방법을 이용하면 더 적게 감소된다는 것을 나타낸다.
구현예 1: 발포 부품의 제조 방법으로서, 상기 방법은 다음을 포함한다: 성형 전 길이를 갖는 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 사출 성형기의 호퍼로 도입하는 것; 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 용융시켜 용융물을 형성하는 것; 발포제를 이용하여 상기 사출 성형기의 가소화 유닛을 가압하며, 밀봉이 가소화 유닛의 회전부 및 고정부 사이에 위치되는 것; 상기 가소화 유닛의 회전부 및 고정부 사이에 밀봉을 갖는 것; 상기 사출 성형기의 배럴 및 호퍼 사이에 탑재된 에어록으로 가소화 유닛을 밀봉하는 것; 상기 발포제의 압력을 증가시키고 상기 사출 성형기의 배압을 증가시켜, 상기 용융물 및 발포제를 균질화하는 것; 및 발포 부품을 형성하는 것. 여기서, 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 가압된 가소화 유닛 없이 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 더 길거나 그와 같다.
구현예 2: 상기 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 유사한 치수의 비-발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같은, 구현예 1의 방법.
구현예 3: 상기 발포제는 가스상 발포제인, 구현예 1 또는 구현예 2의 방법.
구현예 4: 상기 발포제는 이산화탄소, 소듐 바이카보네이트, 아지드 화합물, 암모늄 카보네이트, 암모늄 니트라이트, 모노소듐 시트레이트, 물과 반응시 수소를 발생시키는 경금속, 염소화 탄화수소, 클로로플루오로카본, 아조디카본아미드, N,N'디나이트로소펜타메틸렌테트라아민, 트리클로로모노플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 메틸렌 클로라이드, 유기 카르복시산(예를 들어, 포름산, 아세트산, 옥살산, 리시놀산 등), 펜탄, 부탄, 에탄올, 아세톤, 산소 가스, 질소 가스, 암모니아 가스, 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합 중 하나 이상인, 구현예 3의 방법.
구현예 5: 상기 발포제는 질소 가스, 산소 가스, 이산화탄소 가스, 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합 중 하나 이상인, 구현예 4의 방법.
구현예 6: 상기 발포 부품의 중량은 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품과 비교하여 5% 이상 감소되는, 구현예 1 내지 5 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 7: 발포 사출 플라크(foamed injected plaque)는 비-발포 사출 플라크와 비교하여 10% 미만의 두께 수축을 갖는, 구현예 1 내지 6 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 8: 발포 사출 플라크는 비-발포 사출 플라크와 비교하여 50% 미만 두께 수축을 갖는, 구현예 1 내지 7 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 9: 상기 발포제의 압력 및 상기 사출 성형기의 배압은 0 메가파스칼(MPa) 이상이 차이나는, 구현예 1 내지 8 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 10: 상기 발포제의 압력 또는 상기 사출 성형기의 배압은 0 내지 10 메가파스칼(MPa)인, 구현예 1 내지 9 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 11: 상기 사출 성형기의 배압과 발포제 압력 간의 차이는 0 내지 5 메가파스칼인, 구현예 1 내지 10 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 12: 상기 폴리머 재료는 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리아릴레이트, 폴리에스터, 폴리페닐렌 에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐 클로라이드, 폴리실록산 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합 중 하나 이상인, 구현예 1 내지 11 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 13: 상기 사출 성형기의 사출 압력은 긴 유리 섬유를 포함하는 비-발포 부품의 제조 시 사출 압력과 비교하여 발포 부품의 제조 시 10% 이상인, 구현예 1 내지 12 중 어느 하나에 따른 방법.
구현예 14: 구현예 1 내지 13 중 어느 하나의 방법으로 제조된 폴리머 부품.
구현예 15: 다음을 포함하는 발포 부품: 발포 부품의 성형 전 최초 길이를 가지며 발포 부품의 성형 후 최종 길이를 갖는 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료. 여기서, 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 가압된 가소화 유닛 없이 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같다.
구현예 16: 상기 폴리머 재료는 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리아릴레이트, 폴리에스터, 폴리페닐렌 에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐 클로라이드, 폴리실록산 및 전술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합 중 하나 이상인, 구현예 15의 발포 부품.
구현예 17: 상기 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 최종 길이는 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품과 비교하여 증가된, 구현예 15 또는 구현예 16의 발포 부품.
구현예 18: 상기 발포 부품의 중량은 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품과 비교하여 5% 이상 감소된, 구현예 15 내지 17 중 어느 하나에 따른 발포 부품.
구현예 19: 발포 사출 플라크는 비-발포 사출 플라크와 비교하여 10% 미만의 두께 수축을 갖는, 구현예 15 내지 18 중 어느 하나에 따른 발포 부품.
구현예 20: 상기 발포 부품은, 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품 내 긴 유리 섬유의 수보다 크거나 그와 같은 긴 유리 섬유의 수를 갖는, 구현예 15 내지 19 중 어느 하나에 따른 발포 부품.
구현예 21: 상기 발포 부품의 두께는 긴 유리 섬유를 포함하는 비-발포 부품의 두께의 50% 이상 증가된, 구현예 15 내지 20 중 어느 하나에 다른 발포 부품.
일반적으로, 본 발명은 대안적으로 본원에서 개시된 임의의 적절한 구성요소를 포함하거나, 이것들로 구성되거나, 또는 반드시 이것들로 구성될 수 있다. 본 발명은 추가적으로 또는 대안적으로, 종래 조성물에 사용되거나 그렇지 않으면 본 발명의 기능 및/또는 목적의 달성에 필요하지 않은 임의의 구성요소, 재료, 성분, 보조제 또는 종(species)이 없거나, 또는 실질적으로 없도록 제형화될 수 있다.
본원에서 개시된 모든 범위는 종점(endpoints)을 포함하며, 종점은 독립적으로 서로 결합 가능하다(예를 들어, "25 중량% 이하, 또는 더 구체적으로 5 중량% 내지 20 중량%"의 범위는 "5 중량% 내지 25 중량%"의 범위의 종점 및 모든 중간 값을 포함하는 등). "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응물 등을 포함한다. 또한, 용어 "제1", "제2" 등은 본원에서 어떠한 순서, 양, 또는 중요성을 나타내는 것이 아니고, 그보다는 한 요소를 다른 것과 구별하는데 사용된다. 용어 "a" 및 "an" 및 "the"는 본원에서 양의 제한을 나타내는 것은 아니며, 본원에서 달리 지시되거나 문맥상 분명하게 모순되지 않으면, 단수형 및 복수형 둘 다를 커버하는 것으로 해석되어야 한다. 본원에서 사용된 접미사 "(들)"은 그것이 변형시키는 용어의 단수형 및 복수형 둘 다를 포함하려는 것이며, 이로 인해 상기 용어 중 하나 이상을 포함한다(예를 들어, 필름(들)은 하나 이상의 필름을 포함한다). 명세서 전반에 걸쳐 "일 구현예", "또 다른 일 구현예", "구현예" 등에 대한 지시대상은 해당 구현예와 연관되어 기술된 특정 요소(예를 들어, 특징, 구조, 및/또는 특성)가 본원에서 개시된 하나 이상의 구현예에 포함되는 것을 의미하며, 다른 구현예에 존재할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 또한, 기술된 요소들은 다양한 구현예에서 적절한 방식으로 결합될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 달리 명시되지 않으면, 표준, 규정, 테스트 방법 등에 대한 임의의 지시대상, 예를 들어 ISO 6603 및 ISO 178은 본 발명의 출원 시에 시행 중인 표준, 규정, 안내 또는 방법을 의미한다.
특정 구현예가 기술되었지만, 예측되거나 현재 예측될 수 있는 대안, 변형, 변이, 개선, 및 실질적 등가물이 출원인 또는 다른 당해 분야 기술자에게 발생할 수 있다. 따라서, 출원되고 보정될 수 있는 첨부된 청구범위는 모든 이러한 대안, 변형, 변이, 개선, 및 실질적 등가물을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 발포 부품의 제조 방법으로서, 상기 방법은
    성형 전 길이를 갖는 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 사출 성형기의 호퍼(hopper)로 도입하는 것;
    긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 용융시켜 용융물을 형성하는 것;
    발포제를 이용하여 상기 사출 성형기의 가소화 유닛을 가압하며, 밀봉이 상기 가소화 유닛의 회전부 및 고정부 사이에 위치되는 것;
    상기 가소화 유닛의 스크류 축과 상기 스크류 축 말단의 가소화 실린더 사이에 상기 밀봉을 가져 발포제의 손실을 방지하는 것;
    상기 사출 성형기의 상기 실린더와 호퍼 사이에 탑재된 에어록(airlock)으로 가소화 유닛을 밀봉하는 것;
    상기 발포제의 압력을 증가시키고 상기 사출 성형기의 배압을 증가시켜, 상기 용융물 및 발포제를 균질화하고, 그리하여 상기 스크류는 압력 하에 있어 긴 유리 섬유의 파손을 방지하는 것; 및
    발포 부품을 형성하는 것을 포함하고,
    발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 상기 가소화 유닛을 가압하지 않고 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 더 길거나 그와 같으며, 이는 상기 용융물 및 발포제를 균질화하는 동안 전단 응력으로 인해 상기 가소화 유닛을 가압하지 않고 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 손상이 야기되기 때문인, 발포 부품의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 유사한 치수의 비-발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같은, 발포 부품의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포제는 가스상 발포제인, 발포 부품의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발포제는 이산화탄소, 소듐 바이카보네이트, 아지드 화합물, 암모늄 카보네이트, 암모늄 니트라이트, 모노소듐 시트레이트, 물과 반응시 수소를 발생시키는 경금속, 염소화 탄화수소, 클로로플루오로카본, 아조디카본아미드, N,N'디나이트로소펜타메틸렌테트라아민, 트리클로로모노플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 메틸렌 클로라이드, 유기 카르복시산, 펜탄, 부탄, 에탄올, 아세톤, 산소 가스, 질소 가스, 암모니아 가스, 및 상기한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합 중 하나 이상인, 발포 부품의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발포제는 질소 가스, 산소 가스, 이산화탄소 가스, 및 상기한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합 중 하나 이상인, 발포 부품의 제조 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포 부품의 중량은 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품과 비교하여 5% 이상 감소된, 발포 부품의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포 사출 플라크(foamed injected plaque)는 비-발포 사출 플라크와 비교하여 10% 미만의 두께 수축을 갖는, 발포 부품의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포제의 압력 및 상기 사출 성형기의 배압은 0 메가파스칼(MPa) 이상 차이나는, 발포 부품의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포제의 압력 또는 상기 사출 성형기의 배압은 0 내지 10 메가파스칼(MPa)인, 발포 부품의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포제의 압력 및 상기 사출 성형기의 배압 간의 차이는 0 내지 5 메가파스칼(MPa)인, 발포 부품의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    사출 성형기의 사출 압력은, 긴 유리 섬유를 포함하는 비-발포 부품 제조 시 사출 압력과 비교하여 상기 발포 부품의 제조 시 10% 이상인, 발포 부품의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 발포 부품으로서, 상기 발포 부품은
    발포 부품의 초기 성형 전 길이를 갖고 발포 부품의 최종 성형 후 길이를 갖는 긴 유리 섬유로 충전된 폴리머 재료를 포함하며,
    발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 상기 가소화 유닛을 가압하지 않고 제조된 유사한 치수의 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이보다 길거나 그와 같으며, 이는 상기 용융물 및 발포제를 균질화하는 동안 전단 응력으로 인해 긴 유리 섬유의 손상이 야기되기 때문인, 발포 부품.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리아릴레이트, 폴리에스터, 폴리페닐렌 에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐 클로라이드, 폴리실록산, 및 상기한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합 중 하나 이상인, 발포 부품.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 발포 부품 내 긴 유리 섬유의 성형 후 길이는 유사한 치수의 비-발포 긴 유리 섬유 충전된 부품의 긴 유리 섬유의 성형 후 길이와 비교하여 덜 감소된, 발포 부품.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 발포 부품은, 긴 유리 섬유를 포함하는 유사한 치수의 비-발포 부품 내 긴 유리 섬유의 수 이상의 긴 유리 섬유의 수를 갖고,
    발포 부품 내 긴 유리 섬유의 섬유 길이는 유사한 치수의 비-발포 부품 내 긴 유리 섬유 길이보다 5% 내지 40% 덜 감소된, 발포 부품.
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