KR102239881B1 - 내마찰성능이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents

내마찰성능이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내마찰성능이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 아이오노머 수지, 및 고종횡비 탈크를 특정 함량으로 포함함으로써 내마찰성능 및 굴곡탄성률이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.

Description

내마찰성능이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품{HIGH RIGIDITY POLYAMIDE RESIN COMPOSITION WITH IMPROVED FRICTION RESISTANCE}
본 발명은 내마찰성능이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 아이오노머 수지, 및 고종횡비 탈크를 특정 함량으로 포함함으로써 내마찰성능 및 굴곡탄성률이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
폴리아미드 수지는 내열성, 기계적 물성, 내약품성 등이 우수하여 전기전자 산업 부품 및 자동차 산업 부품 등에 폭 넓게 사용되고 있다.
폴리아미드 수지의 내마찰성능을 향상 시키는 방법으로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 첨가하는 방법, 초고분자량 폴리에틸렌을 첨가하는 방법, 흑연(Graphite)를 첨가하는 방법 등이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, PTFE는 가격이 비싸며 폴리아미드 수지에 첨가하면 기계적 강도가 저하되는 문제가 있으며, 초고분자량 폴리에틸렌의 경우 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다. 흑연의 경우 폴리아미드 수지 내의 분산 문제가 있으며, 이 역시 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 폴리아미드 수지의 내마찰성능을 향상 시킴과 동시에 우수한 기계적 강도를 갖는 소재에 관한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 한 것으로, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 아이오노머 수지, 고종횡비 탈크를 특정 함량으로 포함함으로써 내마찰성능 및 굴곡탄성률이 향상된 고강성 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 조성물 총 100 중량부 기준으로, 폴리아미드 수지 35 내지 80 중량부, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 15.5 내지 55 중량부, 아이오노머 수지 1.2 내지 9.5 중량부 및 탈크 3 내지 26 중량부를 포함하며, 상기 탈크는 종횡비(Lamellarity index)가 2.8 내지 10.0인, 폴리아미드 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 폴리아미드 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 아이오노머 수지 및 고종횡비 탈크를 특정 함량으로 포함함으로써 향상된 내마찰성능을 가지며 종래의 폴리아미드 수지 조성물보다 향상된 기계적 강도를 가지므로, 내마찰성능이 요구되는 부품에 적합하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제조된 시편의 마찰계수를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은 조성물 총 100 중량부 기준으로, 폴리아미드 수지 35 내지 80 중량부, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 15.5 내지 55 중량부, 아이오노머 수지 1.2 내지 9.5 중량부 및 탈크 3 내지 26 중량부를 포함하며, 상기 탈크는 종횡비가 2.8 내지 10.0이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 폴리아미드 수지는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 일 구체예에서, 폴리아미드 수지의 상대점도는 2.3 내지 3.0의 범위일 수 있고, 보다 구체적으로는 2.5 내지 2.9의 범위일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 2.6 내지 2.8의 범위일 수 있다. 폴리아미드 수지의 상대점도가 2.3 미만이면 인장강도, 충격강도 및 내열성이 저하되며, 상대 점도가 3.0를 초과하면 성형시 유동성이 부족하여 사출성형 가공성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 폴리아미드 수지 조성물 내의 폴리아미드 수지의 함량은, 조성물 총 100 중량부 기준으로 35 중량부 이상, 37 중량부 이상, 39 중량부 이상, 40 중량부 이상, 42 중량부 이상 또는 44 중량부 이상일 수 있고, 80 중량부 이하, 75 중량부 이하, 72 중량부 이하, 70 중량부 이하, 68 중량부 이하 또는 65 중량부 이하일 수 있으며, 예를 들어 35 내지 80 중량부, 40 내지 75 중량부 또는 44 내지 65 중량부일 수 있다. 본 발명의 폴리아미드 수지 조성물 100 중량부 내의 폴리아미드 수지 함량이 35 중량부 미만이면 기계적 강도(인장강도 및 굴곡탄성률 등)가 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 80 중량부를 초과하면 내마찰성이 저하될 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET) 수지를 포함한다. 일 구체예에서, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 25℃에서의 고유 점도(IV)가 0.45 내지 1 dl/g일 수 있고, 예를 들면 0.6 내지 0.85 dl/g 일 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 폴리아미드 수지 조성물 내의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지의 함량은, 조성물 총 100 중량부 기준으로 15.5 중량부 이상, 16 중량부 이상, 18 중량부 이상, 20 중량부 이상, 22 중량부 이상 또는 25 중량부 이상일 수 있고, 55 중량부 이하, 52 중량부 이하, 50 중량부 이하, 48 중량부 이하,45 중량부 이하 또는 42 중량부 이하일 수 있으며, 예를 들어 15.5 내지 55 중량부, 18 내지 50 중량부 또는 25 내지 42 중량부일 수 있다. 15.5 중랑부 미만이면 내마찰성이 향상되지 않을 수 있으며, 55 중량부를 초과하는 경우 기계적 강도(인장강도 및 굴곡탄성률 등)가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은 아이오노머 수지를 포함한다. 상기 아이오노머는 α-올레핀과 메틸아크릴산을 공중합하여 작용기 함유 올레핀을 형성하고, 이어서 얻어진 상기 공중합체에 포함되는 카르복실기 등의 작용기의 일부를 금속 이온으로 치환함으로써 얻을 수 있다. 상기 카르복실기의 치환에 사용되는 금속이온의 금속으로는 Zn, Na, Mg, Li 등을 들 수 있으며， 바람직하게는 Na를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 폴리아미드 수지 조성물 내의 아이오노머 수지의 함량은, 조성물 총 100 중량부 기준으로 1.2 중량부 이상, 1.5 중량부 이상, 1.8 중량부 이상, 2 중량부 이상 또는 2.5 중량부 이상일 수 있고, 9.5 중량부 이하, 9 중량부 이하, 8.8 중량부 이하, 8.5 중량부 이하 또는 8 중량부 이하일 수 있으며, 예를 들어 1.2 내지 9.5 중량부, 1.5 내지 9 중량부 또는 2 내지 8 중량부일 수 있다. 1.2 중량부 미만이면 내마찰성이 향상되지 않을 수 있으며, 9.5 중량부를 초과하는 경우 기계적 강도(인장강도 및 굴곡탄성률 등)가 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은 고종횡비 탈크(High aspect ratio talc(HAR) talc), 즉 종횡비(Lamellarity index)가 2.8 이상, 예를 들어 2.8 내지 10, 2.8 내지 8 또는 2.8 내지 5인 탈크를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 폴리아미드 수지 조성물 내의 고종횡비 탈크의 함량은 조성물 총100 중량부 기준으로, 3 중량부 이상, 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 8 중량부 이상 또는 10 중량부 이상일 수 있고, 26 중량부 이하, 25 중량부 이하, 24 중량부 이하, 22 중량부 이하, 20 중량부 이하 또는 18 중량부 이하일 수 있으며, 예를 들어 3 내지 26 중량부, 5 내지 22 중량부 또는 10 내지 18 중량부일 수 있다. 3 중량부 미만이면 내마찰성 및 기계적 강성의 향상 효과가 미미할 수 있으며, 26 중량부를 초과하는 경우 마찰계수가 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은, 사슬 연장제(Chain extender)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 사슬 연장제는 글리시딜 메타아크릴레이트기, 말레익언하이드라이드기(Maleic anhydride) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기를 포함하는 것일 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 폴리아미드 수지 조성물 내의 사슬 연장제의 함량은 조성물 총100 중량부 기준으로, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상 또는 0.5 중량부 이상일 수 있고, 3 중량부 이하, 2.5 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1.5 중량부 이하, 1 중량부 이하일 수 있으며, 예를 들어 0.2 내지 3 중량부, 0.3 내지 2.5 중량부 또는 0.4 내지 1 중량부일 수 있다. 0.2 중량부 미만이면 내마찰성이 열악해질 수 있고, 3 중량부를 초과하는 경우 추가적인 굴곡탄성률 및 저마찰계수 향상 효과를 기대하기 어려울 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은, 통상적으로 첨가되는 핵제, 열안정제, 산화방지제, 활제, 난연제, 난연보조제 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 조성물 100 중량부 기준으로, 총 0.1 내지 20 중량부, 또는 1 내지 10 중량부 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 폴리아미드 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품을 제조하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 사용되는 장비 및 다른 공정 요소에 따라 적절히 선택될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 원료물질들을 혼합하여 압출기 호퍼에 투입하고, 이 때의 용융온도를 250 내지 300℃로, RPM을 150 내지 250으로 하여 압출함으로써 폴리아미드 수지 펠렛을 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 수지 조성물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 및 아이오노머 수지 및 고종횡비 탈크를 특정 함량으로 포함함으로써, 내마찰성능을 향상시켰으며, 종래의 폴리아미드 수지 조성물과 비교하여 높은 기계적 강도를 가지므로, 내마찰성능이 요구되는 부품에 적합하게 활용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 본 발명의 폴리아미드 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 75 MPa이상 90 MPa이하일 수 있으며, ASTM D790에 의거하여 측정한 굴곡탄성률이 2900 MPa이상, 3000 MPa이상, 또는 4100 Mpa이하, 4000 MPa이하일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 본 발명의 폴리아미드 조성물은 ASTM D1894에 의거하여 측정한 마찰계수가 0.180 이하, 또는 0.170 이하일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
<성분 설명>
(1) 폴리아미드 수지: 상대점도(R.V) 2.7인 폴리아미드66.
(2) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지: 고유점도(I.V)가 0.8인 PET.
(3) 아이오노머 수지: Dupont社 Surlyn 8920
(4) 고종횡비(HAR) 탈크: Imrys社 HAR 3G 84L
(5) 사슬 연장제: BASF社 Joncryl ADR 4370
(6) PTFE: DuPont社 Zonyl PTFE MP1300
(7) 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE): 대한유화㈜ U010 PE500
(8) 일반 탈크: 종횡비(Lamellarity index) 가 2.8 미만인 talc
(9) 기타: 열안정제, 산화방지제, 활제 등을 전체 조성물 100 중량부에 대해 1 중량부로 하여 각각의 실시예 및 비교예에 첨가함.
<폴리아미드 수지 조성물의 제조>
실시예 1 및 2 , 및 비교예 1 내지 12
하기 표 1에 나타낸 조성으로 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물을 제조하였다. 즉, 하기 성분 설명에 명시된 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 아이오노머 수지 등으로 이루어진 원료들을 슈퍼 믹서에서 약 2분간 혼합하고, 이를 압출기 메인호퍼에 투입하였으며 동시에 사이드 호퍼에 고종횡비 탈크(High aspect ratio talc)를 투입하여 펠렛을 제조하였다. 압출기는 12배럴의 30 mm 압출기 (Japan Steel Works)를 이용하였다. RPM은 200으로 하고 용융온도는 265℃를 기준으로 하여 부분별 설정하였다. 압출 과정을 거친 조성물은 냉각조에서 냉각시킨 후, 폴리아미드 수지 조성물의 펠렛을 제조하였다.
[표 1]
Figure 112019134728762-pat00001
<물성 측정 및 평가>
상기와 같이 제조된 폴리아미드 수지 조성물에 대하여, 다음과 같은 물성 항목들을 측정 및 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
(1)인장강도: ASTM D638에 의거하여 시편 제작하여 인장강도를 측정하였다.
(2)굴곡탄성률: ASTM D790에 의거하여 시편 제작하여 굴곡 탄성률을 측정하였다.
(3)마찰계수: ASTM D1894를 기준으로 하며, 도 1과 같이 세팅하여 마찰계수를 측정하였다.
[표 2]
Figure 112019134728762-pat00002
상기 표 2로부터 알 수 있듯이, 비교예1(폴리아미드 66)과 비교하여, 폴리아미드에 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아이오노머 수지 및 고종횡비(HAR) 탈크를 혼합한 실시예 1 및 2에서는 기존 물성을 유지하면서 굴곡탄성률이 높아지고 저마찰계수를 가지는 폴리아미드 조성물을 얻을 수 있다. 또한, 실시예 1 및 2는 PTFE, UHMWPE, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 등을 포함하는 비교예 2 내지 4와 비교하더라도, 비교적 높은 3240 MPa이상의 굴곡탄성률을 가지면서도 0.170 이하의 일정 수준의 저마찰계수를 가진다.
비교예4에서는 본 발명에서 사용하는 HAR 탈크가 아닌 일반 탈크를 사용하는 경우 굴곡탄성률 상승 효과 및 마찰계수 저하 효과가 떨어짐을 알 수 있다. 또한, 비교예 5 내지 12에서는 혼합물들의 구성성분이 최적 수치 함량 범위를 벗어나거나 일부 구성성분을 미포함할 경우, 기계강도가 저하되거나 마찰계수가 높아지는 문제점이 발생함을 확인할 수 있었다.
이로부터, 폴리아미드 수지 조성물의 제조에 있어서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아이오노머 수지 및 고종횡비 탈크를 특정 함량으로 혼합할 경우, 내마찰성 및 고강성이 요구되는 부품의 소재로써 매우 유리한 폴리아미드 수지가 제조됨을 확인하였다.

Claims (7)

  1. 조성물 총 100 중량부 기준으로,
    폴리아미드 수지 47.7 내지 51.5 중량부,
    폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 31.8 내지 33 중량부,
    아이오노머 수지 4 내지 6 중량부 및
    탈크 10 내지 13 중량부를 포함하며,
    상기 탈크는 종횡비가 2.8 내지 10.0인,
    폴리아미드 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리아미드 수지의 상대점도는 2.3 내지 3.0인, 폴리아미드 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 25℃에서의 고유 점도(IV)가 0.45 내지 1 dl/g인, 폴리아미드 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 아이오노머 수지는, α-올레핀과 메틸아크릴산을 공중합하여 작용기 함유 올레핀 공중합체를 형성하고, 얻어진 상기 공중합체에 포함되는 작용기를 Zn, Na, Mg, Li 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 이온으로 치환하여 제조된 것인, 폴리아미드 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 글리시딜 메타아크릴레이트기, 말레익언하이드라이드기 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기를 포함하는 사슬 연장제를 조성물 총 100 중량부 기준으로 0.2 내지 3 중량부 포함하는, 폴리아미드 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 핵제, 열안정제, 산화방지제, 활제, 난연제, 난연보조제 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는, 폴리아미드 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 폴리아미드 수지 조성물을 포함하는 성형품.
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