KR102335100B1 - 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치 - Google Patents

나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치 Download PDF

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Abstract

구조가 점차적으로 미세해지고 복잡해지는 IC 트레이와 같은 정밀 성형품의 물성을 만족시키는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치를 제시한다. 그 장치는 적어도 하나의 스크류를 포함하는 압출기와, 압출기에 연결되며 압출기에 원재료를 공급하는 다수의 공급부 및 압출기의 단부를 배치되며 나노 티탄산칼륨이 포함되어 혼련된 수지조성물을 배출시키는 토출부를 포함하고, 스크류는 이송부 및 혼련부를 포함하며 이송부 및 혼련부 각각에는 원재료를 토출부에 대하여 반대방향으로 유동시키는 역회전 부분이 적어도 하나를 포함한다.

Description

나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치{Apparatus of manufacturing of resin having nano potassium titanate}
본 발명은 수지조성물 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 티탄산칼륨 분말을 활용하고 압출기를 개선하여 물성을 획기적으로 개선한 수지조성물의 제조장치에 관한 것이다.
강화섬유와 수지조성물을 포함하는 섬유강화 수지조성물로 제작된 성형품은 강도, 치수안정성 등과 같은 물성이 우수하여, 다양한 분야에 활용되고 있다. 섬유강화 수지조성물은 국내등록특허 제10-0855367호 등에서와 같이 2축 스크류 압출기를 이용하여 혼련하여 얻어진다. 한편, 종래의 압출기는 구조가 미세하고 복잡한 성형품을 제조하는 데에는 한계가 있다. 최근, 집적도 향상으로 집적회로(IC)의 크기가 작아짐에 따라, IC 트레이의 포켓(pocket)의 구조는 미세해지고 복잡해지고 있다. 그런데, 종래의 압출기는 점차적으로 미세하고 복잡해지는 IC 트레이와 같은 정밀한 성형품을 제조하기 어려운 실정이다.
국내등록특허 제10-0839173호는 IC 트레이의 물성을 개선하기 위한 수지조성물을 제시하고 있다. 상기 특허는 도전성을 부여하기 위하여 탄소섬유를 첨가하고, 더불어 인장강도, 신율, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도, HDT, 마모도 등과 같은 물성을 증가시키려고 유리섬유와 같은 충진재를 첨가한다. 그런데, 종래의 수지조성물은 최근 구조가 점차적으로 미세해지고 복잡해지는 IC 트레이의 물성을 만족시키기에는 미흡한 점이 있다. 상기 IC 트레이의 물성은 수지조성물 자체를 개질하여 만족시키기에는 어려운 실정이어서, 충진재를 이용하여 해결하는 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구조가 점차적으로 미세해지고 복잡해지는 IC 트레이와 같은 정밀 성형품의 물성을 만족시키는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치는 적어도 하나의 스크류를 포함하는 압출기와, 상기 압출기에 연결되며 상기 압출기에 원재료를 공급하는 다수의 공급부 및 상기 압출기의 단부를 배치되며 나노 티탄산칼륨이 포함되어 혼련된 수지조성물을 배출시키는 토출부를 포함한다. 이때, 상기 스크류는 이송부 및 혼련부를 포함하며, 상기 이송부 및 혼련부 각각에는 상기 원재료를 상기 토출부에 대하여 반대방향으로 유동시키는 역회전 부분이 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 공급부는 상기 수지조성물을 이루는 수지와 나노 티탄산칼륨이 투입되는 제1 공급부, 무기충진재가 투입되는 제2 공급부, 나노 티탄산칼륨이 투입되는 제3 공급부, 탄소섬유 및 유리섬유가 투입되는 제4 공급부를 포함할 수 있다. 상기 토출부는 토출부 몸체, 고정부 및 노즐부를 포함하고, 상기 노즐부는 측벽이 라운딩된 컵 모양의 제1 영역 및 상기 제1 영역과 연결되며 원뿔대 형상을 가지는 제2 영역을 포함할 수 있다. 상기 제2 영역은 각각 제1 노즐 및 제2 노즐과 연결되며, 상기 제1 노즐 및 제2 노즐은 높이차(H)를 가지는 2단 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 노즐 및 제2 노즐은 상기 토출부 몸체에 대하여 경사지도록 배치될 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 수지조성물은 전체 중량에 대하여, 폴리아미드계 수지 55중량% 내지 70중량%, 무기충진재 및 유리섬유 15중량% 내지 30중량%, 탄소섬유 5중량% 내지 20중량%, 나노 티탄산칼륨 5중량% 내지 10중량% 및 기타 첨가제 5중량% 이하를 포함할 수 있다. 상기 나노 티탄산칼륨의 형상은 섬유 강화효과를 발현시키는 섬유 형태일 수 있다. 상기 나노 티탄산칼륨의 평균직경은 80 내지 140nm일 수 있다.
본 발명의 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치에 의하면, 나노 티탄산칼륨을 활용하고 압출기를 개선함으로써, 구조가 점차적으로 미세해지고 복잡해지는 IC 트레이와 같은 정밀 성형품의 물성을 만족시킨다.
도 1은 본 발명에 의한 수지조성물을 제조하는 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 스크류를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 토출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 C-C선을 따라 절단한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 과장되게 표현하였다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 제조장치는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 제조장치의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 나노 티탄산칼륨을 활용하고, 압출기를 개선함으로써, 구조가 점차적으로 미세해지고 복잡해지는 IC 트레이와 같은 정밀한 성형품의 물성을 만족시키는 수지조성물 제조장치를 제시한다. 이를 위해, 나노 티탄산칼륨이 혼합된 정밀 성형품 수지조성물 및 이를 제조하는 압출기에 대하여 구체적으로 알아보고, 상기 수지조성물의 물성에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 여기서는 정밀 성형품은 IC 트레이를 예를 들기로 한다. 또한, 상기 물성은 최근 구조가 점차적으로 미세해지고 복잡해지는 IC 트레이에 적용할 수 있는 수지조성물을 사례로 들어 설명하기로 한다. 상기 물성에는 비중, 인장강도, 신율, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 열변형온도(HDT), 마모도 등이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수지조성물을 제조하는 압출기(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소, 예컨대 공지의 배럴, 히터 등을 포함할 수 있다.
도 1에 의하면, 압출기(100)는 다수개의 공급부들(feeder, 10, 11, 12, 13), 정량 계량기(15) 및 압출기(20)를 포함한다. 공급부들(10, 11, 12. 13)에는 각 해당되는 원재료가 투입되고, 정량 계량기(15)를 설정하여 각 재료가 압출기(20) 내부로 일정한 투입속도와 투입량으로 투입되도록 한다. 압출기(20) 내부는 예컨대 두개의 스크류(21)로 구성되어 있는데, 스크류의 날개는 각 원재료가 혼합되는 속도와 압출되는 속도 등을 고려하여 설계할 수 있다. 본 발명의 실시예는 스크류(21)를 개선하였다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
각 공급부는 폴리아미드계 수지와 나노 티탄산칼륨이 투입되는 제1 공급부(10), 무기충진재가 투입되는 제2 공급부(11), 나노 티탄산칼륨이 투입되는 제3 공급부(12), 탄소섬유 및 유리섬유가 투입되는 제4 공급부(13)이다. 경우에 따라, 나노 티탄산칼륨이 투입되는 제3 공급부(12)은 별도로 구비하지 않고, 무기충진재와 함께 제2 공급부(11)에 투입될 수도 있다. 도시하지는 않았지만 기타 첨가제가 투입되는 공급부를 적절한 위치에 설계하여 배치함으로써 첨가제를 투입하도록 할 수 있다. 제1 및 제2 공급부(10)에는 나노 티탄산칼륨이 분할되어 투입된다. 특히, 제1 공급부(10)에 나노 티탄산칼륨을 투입하면, 나노 티탄산칼륨을 폴리아미드계 수지에 보다 효과적으로 분산시킬 수 있다.
투입된 원료들은 화살표 방향으로 혼합되고 압출되는데, 1차적으로 폴리아미드계 수지에 혼합되고 반응된 후, 제2 공급부(11)을 통해서 투입된 무기충진재 및 나노 티탄산칼륨과 순차적 또는 함께 혼합된다. 그 다음, 제3 공급부(12)을 통해서 투입된 탄소섬유와 유리섬유와 함께 혼합된 수지조성물은 토출부(30)를 통해서 외부로 유출된다. 토출부(30)는 압출기(20)의 단부에 배치되며, 이에 대해서는 추후의 도 3에서 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 스크류(21)를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 압출기(100)는 도 1을 참조하기로 한다.
도 2에 의하면, 스크류(21)는 이송부(A1, A2) 및 혼련부(B1, B2)를 포함한다. 이송부(A1)는 공급부(10, 11, 12, 13)로부터 공급되는 원재료를 토출부(30) 방향으로 이송한다. 이송부(A2)는 스크류의 형상에서 토출부(30)에 대하여 반대방향으로 유동시키는 역회전 부분(21a)을 포함한다. 역회전 부분(21a)은 원재료를 토출부(30)에 대한 반대방향으로 유동시켜서, 원재료가 효과적으로 혼합되도록 한다. 혼련부(B1)는 원재료를 토출부(30) 방향으로 이송하면서 원재료를 혼련시킨다. 혼련부(B2)는 토출부(30)에 대하여 반대방향으로 이송하는 역회전 부분(21b)을 포함한다. 역회전 부분(21b)은 원재료를 토출부(30)에 대한 반대방향으로 유동시키면서, 원재료가 효과적으로 혼련되도록 한다.
도면에서는, 2개의 역회전 부분(21a) 및 하나의 역회전 부분(21b)을 제시하였으나, 경우에 따라 역회전 부분(21a, 21b)의 개수 및 위치는 본 발명의 압출기(100)의 크기, 용도 등을 고려하여 설정될 수 있다. 스크류(21)에 역회전 부분(21a, 21b)을 배치함으로써, 나노 티탄산칼륨, 무기충진재, 탄소섬유, 유리섬유 등을 폴리아미드계 수지에 골고루 분산시킬 수 있다. 폴리아미드계 수지에 골고루 분산되면, IC 트레이와 같은 성형품 표면이 마모되는 정도를 줄이며, 탄소섬유의 고른 분산에 의한 전기전도도를 높일 수 있다.
도 3은 도 1의 토출부(30)를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 C-C선을 따라 절단한 단면도이다. 이때, 압출기(100)는 도 1을 참조하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 토출부(30)는 토출부 몸체(31), 고정부(32) 및 노즐부(33)을 포함한다. 노즐부(33)는 토출부 몸체(31)의 내부에 존재한다. 노즐부(33)는 제1 영역(33a), 제2 영역(33b), 제1 노즐(33c) 및 제2 노즐(33d)을 포함한다. 제1 영역(33a)은 측벽이 라운딩된 컵(cup) 모양으로 혼련된 수지조성물의 체류시간을 최대한 줄이고 와류가 감소한다. 만일, 제1 영역(33a)의 측벽이 각이 진 형태라면, 수지조성물의 체류시간이 늘어나고 와류가 형성된다. 제2 영역(33b)은 제1 영역(33a) 및 제1과 제2 노즐(33c, 33d) 사이에 위치한다. 제2 영역(33b)은 측벽은 원뿔대 형상으로 제1과 제2 노즐(33c, 33d)으로 갈수록 폭이 좁아진다. 제2 영역(33b)는 제1과 제2 노즐(33c, 33d)과 연결된다.
한편, 제1 및 제2 노즐(33c, 33d)는 높이차(H)를 가지는 2단 구조이다. 2단 구조의 제1 및 제2 노즐(33c, 33d)은 수지조성물을 보다 효과적으로 토출시킨다. 또한, 상기 수지조성물을 보다 효과적으로 토출시키기 위하여, 제1 및 제2 노즐(33c, 33d)은 토출부 몸체(31)에 대하여 경사지도록 배치된다. 본 발명의 실시예에 의한 2단 구조의 제1 및 제2 노즐(33c, 33d)의 경사정도 및 높이차(H)는 본 발명의 압출기(100)의 크기, 용도 등을 고려하여 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 수지조성물은 전체 중량에 대하여, 폴리아미드( Polyamide, PA)계 수지 55중량% 내지 70중량%, 무기충진재를 포함하는 유리섬유 15중량% 내지 30중량%, 탄소섬유 5중량% 내지 20중량%, 나노 티탄산칼륨 5중량% 내지 10중량% 및 산화방지제를 포함하는 기타 첨가제 5중량% 이하의 함량을 가진다. 본 발명의 실시예에서의 나노 티탄산칼륨은 종래의 충진재를 포함하는 수지조성물에 비하여 IC 트레이의 물성을 개선하기 위하여 함유시킨 것이다.
본 발명의 폴리아미드계 수지는 결정성 폴리아미드 수지에 비결정성 아미드와 결정성 폴리프탈아미드를 혼합함으로써, 결정화와 고온 노출로 인한 치수 및 형상 변화가 적고, 생산성과 전기적 특성이 우수하며, 분진발생 등이 제거된다. 구체적으로, 수지조성물에서, 나일론 6, 나일론 66 또는 이들 혼합물에서 선택되는 결정성 폴리아미드 수지에 대하여, 비결정성 폴리아미드 수지 1중량% 내지 40중량%, 결정성 폴리프탈아미드수지 1중량% 내지 40중량%이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 의한 수지조성물은 표면이 균일해지고, 생산성을 높이며, IC 트레이가 휘거나 금형에 점착되며 형태가 변경되어 표면이 불균일해지는 문제를 해결할 수 있다.
폴리아미드 6를 사용하는 경우, 상대점도(R.V)가 2.60±0.5의 것이 좋은 데, 이는 사출특성이 우수하다. 또한 폴리아미드 66와 혼용할 때, 함께 용융할 수 있고 혼화성이 우수하고 사출특성이 유지되므로, 단독으로 사용하는 경우에는 이에 한정하지 않는다. 또한 본 발명의 폴리아미드 66은 기계적 강성 및 내열성이 우수한 수지로서, 반드시 이에 한정되는 것을 아니만, RV(황산, 25℃)가 2.4±0.5이고 중량평균분자량이 11,000~21,000 g/mol이 바람직하다. 또한, 상기 무정형 폴리아미드 성분은 다른 성분들과 결합하여 표면경도를 증가시키고 수축률을 감소시킬 수 있다. 상기 무정형 성분은 사출 등의 가공 후 표면을 균일하게 하여 마찰에 의한 분진, 이물질의 발생을 줄인다.
상기 비결정성 폴리아미드 수지는 특별히 비결정성 폴리아미드 수지라면 제한하지 않지만, 예를 들면 비결정성 폴리프탈아미드 6I/6T, 6/6T, 6/6I, 6/3/T, 6I, 4I, 4T 또는 Semi Crystalline 중 결정화를 감소시킨 폴리아미드 12/MACMI를 사례로 들 수 있다. 상기결정성 폴리프탈아미드는 상기 폴리아미드6 수지와 상기 비결정성 폴리아미드와 결합하여 조성물의 내열성을 향상시킬 수 있으며, 또한 트레이의 치수안정성을 개선할 수 있으며, 특이하게도 이 성분을 함유하는 조성물에서 고화시간의 단축이 가능한 예상하지 못한 효과를 얻을 수 있다. 일예로서 상대점도(R.V)(황산, 25℃)가 2.0 ㅁ0.5인 수지가 좋지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 수지조성물은 무기충진재와 유리섬유를 함유할 수 있으며, 그 함량은 조성물 전체 중량에 대하여 각각 15중량% 내지 30중량%인 것이 바람직하다. 무기충진재와 유리섬유의 함량은 상술한 폴리아미드계 수지 및 탄소섬유의 함량을 결정한 후, 수지조성물에 첨가될 무기충진재와 유리섬유의 각각의 함량을 결정한다. 본 발명의 실시예에 의한 수지조성물에 포함될 수 있는 무기충진재는 탈크, 탄산칼슘 또는 미네랄인 것이 바람직하다. 상기 수지조성물에 포함될 수 있는 유리섬유는 IC 트레이의 내열온도를 향상시키고 치수안정성을 부여할 수 있으며, 상업적으로 이용할 수 있는 유리섬유라면 모두 가능하다.
본 발명의 수지조성물은 탄소섬유를 조성물 전체 중량에 대하여 5중량% 내지 20중량% 함유할 수 있다. 탄소섬유는 고분자 수지에 전도성을 부여하기 위해서 첨가된다. 본 발명에서는 탄소섬유의 함량을 낮추면서도 우수한 물성을 보이는 수지조성물을 제시한다. 본 발명의 실시예에 따른 수지조성물에서, 탄소섬유의 함량이 20중량%보다 크면, 도전성이 반도체의 범위를 벗어나고 고가의 탄소섬유에 의한 단가를 상승시키는 요인이 된다. 상기 범위를 벗어나면, IC 트레이로 사용할 수 있는 수지조성물의 제조에 적합하지 못하다. 상기 함량이 5중량%보다 작으면, 도전성을 나타내는 표면저항값이 너무 커져서 IC 트레이로 적용하기 어렵다. 따라서, 바람직한 탄소섬유의 함량은 5중량% 내지 20중량%의 범위이다.
본 발명의 수지조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 첨가제로는 윤활제, 산화방지제 또는 안정제와 같은 것이 있으며, 다만, 본 발명에 따른 수지조성물이 기대하는 물성을 향상시키기 위해서, 첨가할 수 있는 첨가제가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 윤활제는 수지 조성물의 가공성을 향상시켜서 수지 조성물의 제조시 또는 IC 트레이의 사출시 수지의 유동성을 향상시키게 하여 수지 내의 잔류응력을 최소화하기 위해서 사용될 수 있는 첨가제이다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 흔히 윤활제로서 사용되는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 예를 들면, 칼슘-스테아레이트, 징크-스테아레이트, 징크-옥사이드 등이 있다.
상기 산화방지제는 수지조성물의 산화를 방지하기 위해서 수지조성물의 제조시 사용될 수 있는 첨가제인데, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 흔히 산화 방지제로서 사용되는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 예를 들면, 페닐계 화합물 또는 아민계 화합물 등과 같은 것들이 있다. 안정제는 내열 안정제, 자외선 안정제 등과 같은 것들이 있는데, 내열 안정제로는 페놀계 화합물, 아민계 화합물 등을 사용할 수 있고, 자외선 안정제로는 벤조페놀계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 등이 있지만, 본 발명에 사용할 수 있는 안정제가 이에 한정되는 것은 아니다.
나노 티탄산칼륨은 예컨대, 티탄산칼륨 단섬유는 수염 모양의 침상 결정으로 이론적인 원자배열에 의해 완전히 성장한 단결정(single crystal)로서 이론적 한계에 가까운 강도를 가진다. 구체적으로, 나노 티탄산칼륨은 단결정이고 원자배열 순서가 정연하며 내부에는 거의 결함이 없어서 치수정밀성, 가공성이 우수하며, 강도와 탄성계수는 재료의 원자 결합의 이론 강도에 근접한다.
나노 티탄산칼륨은 다양한 크기와 형상을 갖는 기능성 소재로써, K2OㆍnTiO2로 표시되며, n치는 1, 2, 4, 6, 8로 표시될 수 있다. 그중 n이 2, 4, 6, 8일 때 티탄산칼륨은 전부 결정질 섬유로 되고, Mg 등의 첨가에 의하여 형상 제어가 가능하다. 또한, 나노 티탄산칼륨의 형상은 이산화티타늄 및 탄산칼륨의 질량비, 소성온도, 소성시간을 조정함으로써 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 나노 티탄산칼륨의 형상은 섬유 강화효과를 발현시키도록 섬유(whisker) 형태가 바람직하다.
상기 나노 티탄산칼륨의 평균직경은 80 내지 140nm이 바람직하다. 80nm보다 작으면 물성의 개선효과가 떨어지고, 140nm보다 크면 분산이 제대로 이루어지지 않는다. 또한, 140nm보다 크면, 필요 이상의 크기를 가지므로 제조시간이 길어져서 제조원가가 상승한다. 나노 티탄산칼륨은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 25kW의 마이크로웨이브를 이용한 가열로를 통하여 대략 980℃에서 대략 1시간을 반응시켜 제조한다. 1시간보다 작게 반응시키면 티탄산칼륨의 평균직경이 작아서 부식방지 성능이 떨어지고, 1시간보다 크면 티탄산칼륨의 평균직경이 커서 충진이 잘 이루어지지 않고 제조원가가 상승한다. 본 발명의 나노 티탄산칼륨을 제조하기 위한 시간 및 온도는 본 발명의 범주 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하기 위해 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이하의 실시예에 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 및 비교예에 나타내는 수지조성물의 물성은 이하의 방법에 의해 측정 또는 판정된 값을 나타낸다.
1) 입자크기(㎛)
전자현미경(SEM)을 이용하여 이미지를 촬영하고 형상 및 크기 확인하였다.
2) 인장강도(kg/㎠)
시편의 양끝을 인장시험기에 고정시킨 후 한쪽을 일정속도로 당겨 인장강도를 측정하였다. 이때, 인장강도는 절단시의 하중/(시편의 두께×시편)으로 계산된다. ASTM D638에 의거하여 측정하였고, 165×19×3.2mm (ASTM D638 Type 1 규격) 크기의 시편을 제조하였다. 이를 덤벨 타입으로 만든 후 인장시험기를 이용하여 시편의 속도(cross-head speed)를 3mm/min으로 측정하였다.
3) 신율(%)
ASTM D638에 의거하여 측정하였고, 165×19×3.2mm (ASTM D638 Type 1 규격) 크기의 시편을 제조하였다. 이를 덤벨 타입으로 만든 후 인장시험기를 이용하여 시편의 속도(cross-head speed)를 3mm/min으로 측정하였다.
4) 굴곡강도(kg/㎠)
시편의 양끝을 지지점으로 받치고 위쪽 중앙부에서 일정속도로 굽힘 압력을 가했을 때 시편의 중심에 힘을 가해 파괴점에서의 힘을 기록하였다. ASTM D790에 의거하여 측정하였으며, 시편 두께는 127×12.7×6.4mm이고, 측정속도는 30mm/min로 하였다.
5) 굴곡탄성율(kg/㎠)
시편의 양끝을 지지점으로 받치고 위쪽 중앙부에서 일정속도로 굽힘 압력을 가했을 때 시편의 중심에 힘을 가해 파괴점에서의 힘을 기록하였다. ASTM D790에 의거하여 측정하였으며, 시편 두께는 127×12.7×6.4mm이고, 측정속도는 30mm/min로 하였다.
6) 충격강도(kgf·㎝/㎝)
노치 아이조드 충격강도로 ASTM D256에 의거하여 측정하였으며, 시편 두께는 61×12.7×6.4mm이고, 시편에 노치 후 상온(23 ℃)에서 측정하였다.
7) 열변형온도(1.82Mpa, ℃)
시편을 측정기 홀더에 고정시키고 일정 규정하중을 가하여 실리콘 오일에 침적한 후, 오일의 온도를 일정한 속도로 가열시키는 과정에서 시편의 변형이 발생되어 처지게 되는데 0.254mm 처질 때의 온도를 측정하였다.
8) 마모도(1,000g, CS-17, 5,000 cycle)
시편을 Taber CS-17 규격에 따라 측정하여 마모량을 확인하여 시편 전체 질량과 대비하여 %로 계산하였다.
9) 표면저항(Ω)
ESD S11.11규격에 의거하여 측정하였고 표면저항측정기(PRS-801)를 이용하여 측정하였다.
<실시예 1>
폴리아미드계 수지, 탈크, 유리섬유, 탄소섬유, 나노 티탄산칼륨 및 기타 첨가제를 준비하였다. 준비된 성분들을 공급부에 투입하였다. 공급부에 투입된 원료들은 정량공급되도록 세팅된 정량공급장치를 통해서, 최종 압출되는 조성물의 총중량에 대해서, 결정성 폴리아미드 50중량%, 비결정성 폴리아미드 5중량%, 폴리프탈아미드 5중량%, 탈크 및 유리섬유 혼합물 20중량%, 탄소섬유 8중량%, 나노 티탄산칼륨 7중량% 및 나머지는 기타 첨가제를 혼합하여 압출기로 공급하였다. 압출기는 2중 스크류타입의 압출기로서, 각 원료들은 도 1에 도시된 바와 같은 압출기 장치를 통해서 서로 다른 곳으로 투입되어 지고, 압출기 내부의 2개의 스크류가 서로 맞물려 돌아가면서 각 원료를 혼용시켜주었다.
압출기의 압출 조건은 헤드 부분의 온도를 210℃로 하고, 최종 압출시의 온도를 290℃로 하였으며, 압출기의 압출 속도는 시간당 300kg이 압출되도록 설정하였다. 압출기를 통해 압출된 최종 혼합물을 수조 온도 60℃인 수조에서 20cm가량 수조 내부의 물에 접촉하도록 수냉한 후 공기 중에서 공냉하여 냉각시켰다. 그 다음, 제습기를 이용해서 120℃의 온도를 유지하면서 4시간 건조시켜 수지조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
<비교예 1>
동일한 수지조성물을 국내등록특허 제10-0855367호에서 제시된 압출기로 상기 실시예 1과 같은 방법으로 펠렛 형태로 제조하였다.
표 1은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 수지조성물의 물성을 나타낸 것이다.
구분 실시예 1 비교예 1
비중 1.396 1.396
인장강도(kg/㎠) 1,790 1,790
신율(%) 2.1 2.1
굴곡강도(kg/㎠) 2,420 2,420
굴곡탄성율(kg/㎠) 104,860 104,860
충격강도(kgf·㎝/㎝) 18.1 18.1
열변형온도(1.82Mpa, ℃) 210 210
마모도(1,000g, CS-17, 5,000 cycle) 0.1029 0.1268
표면저항(Ω) 4E3~2E4 4E5~2E6
표 1에 의하면, 본 발명의 실시예 1은 비중, 인장강도, 신율, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 열변형온도에서는 차이가 없었으나, 마모도 및 표면저항이 달라졌다. 마모도의 감소는 혼련도의 증가를 나타내고 있으며, 마모도가 줄어들면 외부의 충격에 의한 분진의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 실시예 1은 표면저항이 비교예 1보다 낮아, 전기전도도가 개선되었음을 알 수 있었다. 이러한 마모도 및 표면저항의 개선은 분산이 효과적으로 이루어짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 1의 수지조성물은 최근 구조가 점차적으로 미세해지고 복잡해지는 IC 트레이와 같은 정밀 성형품의 물성을 충분하게 만족시킬 수 있었다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10, 11, 12, 13; 공급부
15; 정량 계량기 20; 압출기
21; 스크류 30; 토출부
31; 토출부 몸체 32; 고정부
33; 노즐부
33a, 33b; 제1 및 제2 영역
33c, 33d; 제1 및 제2 노즐

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 스크류를 포함하는 압출기;
    상기 압출기에 연결되며, 상기 압출기에 원재료를 공급하는 다수의 공급부; 및
    상기 압출기의 단부를 배치되며, 나노 티탄산칼륨이 포함되어 혼련된 수지조성물을 배출시키는 토출부를 포함하고,
    상기 스크류는 이송부 및 혼련부를 포함하며, 상기 이송부 및 혼련부 각각에는 상기 원재료를 상기 토출부에 대하여 반대방향으로 유동시키는 역회전 부분이 적어도 하나를 포함하고,
    상기 토출부는 토출부 몸체, 고정부 및 노즐부를 포함하고, 상기 노즐부는 측벽이 라운딩된 컵 모양의 제1 영역 및 상기 제1 영역과 연결되며 원뿔대 형상을 가지는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공급부는 상기 수지조성물을 이루는 수지와 나노 티탄산칼륨이 투입되는 제1 공급부, 무기충진재가 투입되는 제2 공급부, 나노 티탄산칼륨이 투입되는 제3 공급부, 탄소섬유 및 유리섬유가 투입되는 제4 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 영역은 각각 제1 노즐 및 제2 노즐과 연결되며, 상기 제1 노즐 및 제2 노즐은 높이차(H)를 가지는 2단 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 노즐 및 제2 노즐은 상기 토출부 몸체에 대하여 경사지도록 배치된 것을 특징으로 하는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수지조성물은 전체 중량에 대하여, 폴리아미드계 수지 55중량% 내지 70중량%, 무기충진재 및 유리섬유 15중량% 내지 30중량%, 탄소섬유 5중량% 내지 20중량%, 나노 티탄산칼륨 5중량% 내지 10중량% 및 기타 첨가제 5중량% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 나노 티탄산칼륨의 형상은 섬유 강화효과를 발현시키는 섬유 형태인 것을 특징으로 하는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 나노 티탄산칼륨의 평균직경은 80 내지 140nm인 것을 특징으로 하는 나노 티탄산칼륨을 포함하는 수지조성물 제조장치.
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