KR102483365B1 - 낮은 압축 변형률을 가진 댐핑 패드 - Google Patents

낮은 압축 변형률을 가진 댐핑 패드 Download PDF

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damping
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밍-후이 린
쑹-옌 궁
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허타이드 머티리얼 컴퍼니
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Abstract

하기 단계들을 포함하는 방법으로 제조되는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드가 제공된다: (1) 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머를 포함하는 폴리머 재료를 제공하는 단계로서, 상기 폴리머 재료는 특정 용융 흐름지수, 쇼어 D 경도, 인장 모듈러스, 밀도, 및 파단신율을 가지는 단계; (2) 폴리머 재료를 용융시켜 용융된 폴리머 재료를 얻는 단계; (3) 질소 가스 또는 이산화탄소를 용융된 폴리머에 첨가하여 혼합물을 얻는 단계; (4) 혼합물을 초임계 상태로 변환시키고 혼합물을 컴파운딩(compounding)하여, 초임계 유체 블렌드를 얻는 단계; 및 (5) 초임계 유체 블렌드를 주입 및 성형하여 40% 이하의 압축 변형률, 20 이하의 감속 값, 및 50% 이상의 반발 탄성을 가지는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드를 얻는 단계.

Description

낮은 압축 변형률을 가진 댐핑 패드{DAMPING PAD WITH LOW COMPRESSION SET}
본 발명은 낮은 압축 변형률을 가진 댐핑 패드, 특히 초임계 유체로 사출 성형하여 제조된 댐핑 패드에 관한 것이다.
요즘 댐핑 패드에 적용되는 폴리머는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 폴리우레탄(PU), 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 올레핀 블록 공중합체(OBC) 등을 포함한다.
통상적으로, 대부분의 댐핑 패드는 고무, PU 또는 EVA와 같은 열경화성 재료로 만들어지며, EVA 댐핑 패드는 충격 흡수 특성을 가진 경량 패드이며 다양한 산업 분야에 널리 적용된다. 그러나 이러한 열경화성 재료로 만들어진 댐핑 패드의 제조에는 화학 첨가제가 필요하며, 이러한 화학 첨가제의 환원에 따른 부산물은 댐핑패드에 남아 인체와 환경에 피해를 줄 수 있다. 또한, 가교제를 첨가하기 때문에 상기 제조 과정 중에 가교반응이 일어나 최종 생성물을 재활용할 수 없는 문제가 발생한다.
POE 및 OBC와 같은 열가소성 엘라스토머(TPEs)는 유연하고, 내구성이 양호하고, 부드럽고, 재활용이 가능하다. 그러나, POE 제품은 접착력과 압축 변형률이 낮고, 압축 변형률을 개선하기 위해 부분적인 가교 반응이 여전히 필요하므로, POE 제품을 재활용할 수 없다. 또한, OBC 제품 또한 접착력이 좋지 않다. OBC 제품의 압축 변형률이 POE 제품에 비해 약간 우수함에도, 이는 불충분하고, 개선이 필요하다.
다른 열가소성 엘라스토머는 열가소성 폴리우레탄 (TPU), 열가소성 폴리올레핀 (TPO), 열가소성 가황물 (TPV), 열가소성 스티렌 (TPS), 열가소성 고무 (TPR), 및 열가소성 아미드 (TPA)를 포함한다. 그러나, 이러한 열가소성 엘라스토머 모두는 압축 변형률이 지나치게 높고(40%를 초과함), 이는 댐핑 패드의 단점이다.
전술한 열가소성 엘라스토머에서, TPU는 높은 강도, 인성, 내마모성 및 내유성을 갖고, EVA에 비해 우수한 반발 탄성(rebound resilience) 및 내구성을 갖고, 천연 고무에 비해 우수한 내마모성을 가지므로, 댐핑 패드의 재료로 널리 사용된다. 그러나, TPU 댐핑 패드가 장점이 있고, 재활용이 가능하지만, 이는 여전히 재료 자체의 특성으로 인한 몇 가지 단점을 가지고 있고, 개선될 수 없다: (1) 열화된 압축 변형률(40%를 초과함): 댐핑 패드가 장기간 사용되어 패드에 이(dent)가 발생하고 반발 탄성이 낮아져 변형되고; (2) 황변 및 가수분해: 댐핑 패드는 내후성이 열화되고, 햇빛 하에서 쉽게 에이징되고 분해되며, 이는 항산화제 및 광 안정제가 제조 공정에 첨가되더라도 시간이 지나게 되면 피할 수 없다.
TPU의 여러 대체재가 제공되고 있고, 잠재력이 큰 소재 중 하나는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르 경질 세그먼트와 폴리카프로락톤(PCL)과 같은 지방족 폴리에스테르 연질 세그먼트, 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리옥시프로필렌 글리콜(PPG), 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜(PTMEG) 등과 같은 지방족 폴리에테르 연질 세그먼트로 구성되는 코폴리에스테르 엘라스토머(COPEs)이다. COPEs는 기계적 강도, 반발 탄성, 내충격성, 굽힘 내구성, 내약품성, 내후성이 우수하고, 이들은 주로 자동차 부품, 트랙패드, 산업용품, 스포츠 및 레저용품, 전기부품, 케이블 전선 등에 사용된다.
기존 TPU 댐핑 패드는 압축 변형률(40%를 초과함)이 열등하기 때문에 낮은 압축 변형률, 높은 댐핑 특성 및 높은 반발 탄성을 동시에 갖는 댐핑 패드를 제조하기 위한 고분자 재료를 찾을 필요가 여전히 존재한다. 또한, 우수한 특성을 가진 재활용 가능한 재료를 사용하여 댐핑 패드를 제조하고 댐핑 패드의 성능을 향상시키기 위해서는 댐핑 패드의 제조 방법 또한 개선될 필요가 있다.
다양한 연질 및 경질 세그먼트로 구성된 COPEs에서, PBT와 PTMEG로 구성된 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머(TEEE)가 강조된다. 그러나 TEEE는 결정성이 높고 발포가 잘 되지 않아 댐핑 패드나 기타 관련 제품에는 거의 적용되지 않는다.
결점들을 극복하고자, 본 발명의 하나의 목적은 낮은 압축 변형률, 높은 댐핑 특성(즉, 낮은 감속 g 값을 가짐) 및 높은 반발 탄성을 동시에 갖는 댐핑 패드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 재활용 가능한 고분자 재료를 사용하여 댐핑 패드를 제조하여, 폐플라스틱 재료를 새로운 고가치 제품으로 전환시키는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드를 제공하고, 상기 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드는 하기 단계들을 포함하는 방법으로 제조된다: (1) 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머를 포함하는 폴리머 재료를 제공하는 단계로서, 상기 폴리머 재료는 230°C에서 4 grams/10 minutes (g/10 min) 내지 18 g/10 min의 용융 흐름지수, 20D 내지 48D의 쇼어(shore) D 경도, 20 million pascals (MPa) 내지 70 MPa의 인장 모듈러스, 1.0 gram per cubic centimeter (g/cm3) 내지 1.3 g/cm3의 밀도, 및 300% 이상의 파단신율을 가지고; (2) 폴리머 재료를 용융시켜 용융된 폴리머 재료를 얻는 단계; (3) 질소 또는 이산화탄소를 용융된 폴리머 재료에 첨가하여 혼합물을 얻는 단계; (4) 혼합물을 초임계 상태로 변환시키고 혼합물을 컴파운딩(compounding)하여, 초임계 유체 블렌드를 얻는 단계; 및 (5) 초임계 유체 블렌드를 주입 및 성형하여 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드를 얻는 단계; 여기서 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드는 표면층 및 발포 내부층을 포함하고, 상기 발포 내부층은 표면층에 의해 덮이고; 상기 표면층의 두께는 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드의 총 두께의 0.05%에서 1.50%이고; 상기 발포 내부층은 복수의 기공을 포함하고, 상기 발포 내부층에 포함된 기공은 복수의 폐쇄 기공 및 복수의 개방 기공을 포함하고, 상기 개방 기공의 비율은 30% 이상이고; 상기 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드는 30C 내지 60C의 쇼어 C 경도, 0.10 g/cm3 내지 0.35 g/cm3의 평균 밀도, 40% 이하의 압축 변형률, 20 이하의 감속 g 값, 및 50% 이상의 반발 탄성을 가진다.
본 발명은 용융 흐름 지수, 쇼어 D 경도, 인장 모듈러스, 밀도 및 파단 신율이 특정 범위에 있는 폴리머 재료를 선택하거나 재활용하고, 폴리머 재료와 사출 성형 기술을 초임계 유체와 결합시켜, 특정 비율의 열린 기공을 갖는 구조를 갖고, 낮은 압축 변형률, 높은 댐핑 특성 및 높은 반발 탄성을 동시에 갖는 댐핑 패드를 성공적으로 얻는다. 폴리머 재료는 TEEE 또는 시중에서 판매되는 TEEE로 재활용될 수 있으며 연질 세그먼트와 경질 세그먼트의 비율을 의도적으로 조절할 필요가 없다. 또한, 초임계 유체를 이용한 사출 성형 기술을 사용하여 댐핑 패드를 발포시키고, 펜탄과 같은 고휘발성 화학발포제는 필요하지 않다. 따라서, 독성 물질이 생성되지 않으며, 화재 안전이나 오염에 관한 문제가 발생하지 않으며 제품을 더욱 광범위하게 적용할 수 있다. 원하는 폴리머 재료는 이의 용융 흐름 지수, 쇼어 D 경도, 인장 모듈러스, 밀도 및 파단 신율에 따라 선택되거나 컴파운딩에 의해 제조되어 본 발명의 낮은 압축 변형률을 가진 댐핑 패드를 얻을 수 있음을 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 상기 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머는 하기 식 (I) 및 식 (II)로 표시되는 모노머를 포함한다:
Figure 112022040526768-pat00001
(I),
Figure 112022040526768-pat00002
(II),
여기서, 식 (I)로 표시되는 모노머는 10 중량%(wt%) 내지 45 중량%의 양을 가지고; 식(II)로 표시되는 모노머는 55 중량% 내지 90 중량%의 양을 가지며; n은 3 및 35 사이의 정수이다.
일부 구현예에서, 식 (II)의 n은 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 또는 30일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머 100 중량%일 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 개질된 열가소성 엘라스토머를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 개질된 열가소성 엘라스토머는 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리(에테르-블록-아미드) 코폴리머 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 상기 개질된 열가소성 엘라스토머는 열가소성 폴리우레탄일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 열가소성 폴리(에테르-블록-아미드) 코폴리머는 시중에서 구할 수 있는 제품 Pebax®일 수 있고, 이는 경질 폴리아미드 세그먼트 및 연질 세그먼트로 구성된 열가소성 엘라스토머이다.
일부 구현예에서, 상기 열가소성 폴리우레탄는 80A 내지 95A의 쇼어 A 경도를 가진다. 일부 구현예에서, 상기 열가소성 폴리우레탄은 발포 증진제로서 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 70 중량% 이상, 100 중량% 미만의 양을 가진 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머 및 0 중량% 초과, 30 중량% 이하의 양을 가진 열가소성 폴리우레탄을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 80 중량% 이상, 100 중량% 미만의 양을 가진 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머 및 0 중량% 초과, 20 중량% 이하의 양을 가진 열가소성 폴리우레탄을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제는 점착제, 실리카 또는 탈크와 같은 가공 보조제, 항산화제, 자외선 흡수제, 힌더드 아민 화합물, 윤활제, 필러, 난연제, 난연 첨가제, 이형제, 대전방지제, 과산화물과 같은 분자 개질제, 금속 비활성화제, 유기 또는 무기 핵제, 중화제, 제산제, 방부제, 형광 증백제, 유기 또는 무기 안료, 난연성 또는 열적 안전성을 제공하기 위한 유기 또는 무기 화합물 등일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 230℃에서 4.5 g/10 min 내지 18 g/10 min, 또는 4.7 g/10 min 내지 16 g/10 min, 또는 5 g/10 min 내지 10 g/10 min의 용융 흐름 지수를 가진다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 30D 내지 45D의 쇼어 D 경도를 가진다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 20 MPa 내지 50 MPa, 또는 20 MPa 내지 30 MPa, 또는 23 MPa 내지 28 MPa의 인장 모듈러스를 가진다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 1.0 g/cm3 내지 1.25 g/cm3, 또는 1.0 g/cm3 내지 1.10 g/cm3, 또는 1.03 g/cm3 내지 1.07 g/cm3의 밀도를 가진다.
일부 구현예에서, 상기 폴리머 재료는 300% 이상, 또는 300% 내지 600%, 또는 300% 내지 500%의 파단 신율을 가진다.
일부 구현예에서, 질소가 단계 (3)에서 첨가되고, 혼합물은 단계(4)에서 질소의 초임계 상태로 변하고, 즉, 질소의 임계 온도 -147℃(126.2 K에 해당)보다 높은 온도가 되고, 압력이 질소의 임계 압력 3.4MPa(34 bars에 해당)보다 높은 압력이 된다. 일부 구현예에서, 이산화탄소가 단계(3)에서 첨가되고, 혼합물은 단계(4)에서 이산화탄소의 초임계 상태로 변하고, 즉, 이산화탄소의 임계 온도 31℃(304.1 K에 해당)보다 높은 온도가 되고, 압력이 이산화탄소의 임계 압력 7.38MPa(73.8 bars에 해당)보다 높은 압력이 된다. 일부 구현예에서, 단계 (4)는 190℃ 내지 230℃의 온도, 및 127 bars의 압력에서 수행된다.
일부 구현예에서, 단계 (5)는 금형 내에서 수행되고, 금형은 0.0 초 내지 0.8 초의 금형 내 지연 배출 시간을 가진다.
일부 구현예에서, 상기 제조 방법은 단계 (6)을 더 포함한다: 금형 내에서 낮은 압축 변형률을 가지는 댐핑 패드를 냉각시킨다. 일부 구현예에서, 상기 제조 방법은 단계 (6)을 더 포함한다: 낮은 압축 변형률을 가지는 댐핑 패드를 냉각시킨다.
일부 구현예에서, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드는 수직 사출 성형기 또는 수평 사출 성형기에 의해 제조된다. 일부 실시예에서, 낮은 압축 영구 변형률을 갖는 댐핑 패드는 수직 사출 성형기에 의해 제조된다.
일부 구현예에서, 표면 층은 복수의 기공을 포함하고, 표면 층에 포함된 기공은 5 밀리미터(㎛) 내지 100㎛, 또는 10㎛ 내지 95㎛, 또는 20㎛ 내지 90㎛, 또는 30㎛ 내지 80㎛, 또는 40㎛ 내지 70㎛, 또는 50㎛ 내지 60㎛의 장경(long diameter)을 갖는다. 본 명세서에서, 표면 층에 포함되는 기공은 형상이 불규칙하며, 용어 "장경"은 표면층에 포함되는 기공의 가장 긴 내경을 의미한다.
일부 구현예에서, 표면층의 두께는 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드의 총 두꼐의 0.05% 내지 1.00%, 또는 0.10% 내지 0.50%, 또는 0.15% 내지 0.45%, 또는 0.20% 내지 0.40%, 또는 0.25% 내지 0.35%, 또는 0.30% 내지 0.35%와 같다.
일부 구현예에서, 발포 내부층에 포함된 기공(즉, 폐쇄 기공 및 개방 기공)은 100㎛ 내지 400㎛, 또는 150㎛ 내지 350㎛, 또는 200㎛ 내지 300㎛, 또는 250㎛ 내지 300㎛의 장경을 갖는다. 발포 내부층에 포함된 기공의 장경이 작을수록 반발 탄성에 유리하고; 발포 내부층에 포함된 기공의 장경이 클수록 댐핑 효과에 유리하다.
일부 구현예에서, 개방 기공은 발포 내부층에 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상 또는 75% 이상의 비율로 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 개방 기공은 발포 내부층에서 30% 내지 90%의 비율로 존재할 수 있다. 본 명세서에서, 발포 내부층에 포함되는 기공은 형상이 불규칙하며, 발포 내부층에 포함되는 기공의 장경은 발포 내부층에 포함되는 기공의 가장 긴 내경을 의미한다. 본 명세서에서, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드의 발포 내부층에 포함된 기공은 공기로 채워지며, 여기서 "폐쇄 기공"이라는 용어는 단일 핵형성점으로부터 형성된 기공을 나타내고; "개방 기공"이라는 용어는 폐쇄 기공들 사이에 형성된 하나 이상의 관통 구멍을 갖는 2개 이상의 폐쇄 기공에 의해 형성된 기공을 나타낸다. 닫힌 기공의 비율이 높을 때, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드는 반발 탄성이 더 높지만; 그러나 감속 g 값도 증가하여 댐핑 효과에 불리하다.
일부 구현예에서, 상기 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드는 약 2 센티미터(cm)의 총 두께를 가지고, 표면층은 약 30 μm 내지 150 μm의 평균 두께를 가진다.
일부 구현예에서, 상기 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드는 30C 내지 50C의 쇼어 C 경도를 가진다.
일부 구현예에서, 상기 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드는 0.1 g/cm3 내지 0.3 g/cm3, 0.1 g/cm3 내지 0.2 g/cm3, 또는 0.2 g/cm3 내지 0.3 g/cm3의 평균 밀도를 가진다.
일부 구현예에서, 상기 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드는 13% 내지 27%, 또는 13.5% 내지 26.5%의 압축 변형률을 가진다.
일부 구현예에서, 상기 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드는 13.5 내지 19의 감속 g 값을 가진다. 감속 g값은 신발 재료에 대한 댐핑 효과의 지표이고, 낮은 감속 g 값은 댐핑 효과가 양호하다는 것을 의미한다.
일부 구현예에서, 상기 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드는 60% 이상, 또는 50% 내지 80%, 또는 65% 내지 68%의 반발 탄성을 가진다.
일부 구현예에서, 본 명세서에 개시된 방법에 의해 제조된 댐핑 패드는 40% 이하의 압축 변형률, 20 이하의 감속 g 값, 60% 이상의 반발 탄성율을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 수직 사출 성형기의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에서 얻은 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드의 발포 내부층의 단면을 50배 확대한 SEM 사진이다.
도 2b는 본 발명의 실시예 1에서 얻은 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드의 발포 내부층의 단면을 100배 확대한 SEM 사진이다.
도 2c는 본 발명의 실시예 1에서 얻은 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드의 발포 내부층의 단면을 100배 확대한 또 다른 SEM 사진이다.
도 2d는 본 발명의 실시예 1에서 얻은 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드의 발포 내부층의 단면을 200배 확대한 SEM 사진이다.
도 2e는 본 발명의 실시예 1에서 얻은 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드의 표면층의 단면을 1000배 확대한 SEM 사진이다.
도 3a는 본 발명의 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드의 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 납은 압축 변형률의 댐핑 패드의 부분 확대 개략도이다.
본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 첨부된 도면과 함께 취해질 때 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
댐핑 패드의 제조
본 발명의 댐핑 패드는 도 1에 나타낸 수직 사출 성형기(10)를 이용하여 제조하였으나, 일반적인 수평 사출 성형기를 이용하여 제조할 수도 있다. 사출 성형기(10)는 제1 스크류 배럴(11), 가스 도입부(12), 제2 스크류 배럴(13), 사출기(14) 및 금형(15)을 포함한다.
먼저, 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머를 포함하는 폴리머 재료를 제공한다. 상기 폴리머 재료로 230℃에서의 용융 흐름 지수가 4g/10min 내지 18g/10min이고, Shore D 경도가 20D 내지 48D이고, 인장 모듈러스가 20MPa 내지 70MPa이고, 밀도가 1.0 g/cm3 내지 1.3 g/cm3이고, 300% 이상의 파단 신율을 갖는 폴리머 재료가 제조를 위해 선택되었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 4에서 사용된 폴리머 재료는 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머 (TEEE)였고, 실시예 2 및 3에서 사용된 폴리머 재료는 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머 및 열가소성 폴리우레탄(TPU)로 구성된 조성물이었다. 여기서 사용된 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머는 시중에서 입수 가능한 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머: DuPont 4068 또는 DuPont 3078이다. 여기서 사용된 열가소성 폴리우레탄은 BASF 1185A이다.
실시예 1 내지 4에서 사용된 폴리머 재료의 특성을 하기에 따라 조사하였다. 결과를 하기 표 1에 열거하였다.
A1. 용융 흐름 지수 (MI): 기준 방법 ISO 1133에 따라 조사함.
A2. 쇼어 D 경도: 기준 방법 ISO 868에 따라 조사함.
A3. 인장 모듈러스: 기준 방법 ISO 527에 따라 조사함.
A4. 밀도: 기준 방법 ISO 1183에 따라 조사함.
A5. 파단 신율: 기준 방법 ISO 527에 따라 조사함.
도 1에 나타내었듯이, 실시예 1 내지 4의 폴리머 재료를 공급 호퍼(110)를 통해 제1 스크류 배럴(11)에 각각 공급했다. 제1 스크류 배럴(11)의 압력 및 온도는 각각 33 bars 및 190℃ 내지 230℃로 설정되었다. 제1 스크류 배럴(11)의 전반부(도 1의 제1 스크류 배럴(11)의 좌측 부분)에서, 폴리머 재료를 용융시켜 용융된 폴리머 재료를 얻었고; 그 다음, 질소 가스를 가스 도입부(12)를 통해 제1 스크류 배럴(11)의 용융된 폴리머 재료에 첨가하였고, 용융된 폴리머 재료와 질소 가스를 제1 스크류 배럴(11)의 후반부(도 1의 제1 스크류 배럴(11)의 우측 부분)에서 균질하게 혼합하여 혼합물을 얻었다. 그 후, 혼합물을 제2 스크류 배럴(13)에 도입하였다. 제2 스크류 배럴(13)의 압력 및 온도를 각각 질소의 초임계 조건인 127 bar 및 190℃ 내지 230℃로 설정하여, 제2 스크류 배럴(13)의 혼합물을 초임계 상태로 전환한 다음 혼합물을 컴파운딩하여 초임계 유체 블렌드를 얻을 수 있었다.
초임계 유체 블렌드를 제2 스크류 배럴(13) 끝단의 인젝터(14)에 도입하고, 초임계 유체 블렌드를 127 bar의 압력, 및 190℃~230℃의 온도에서 금형(15)에 주입해 사출하여 댐핑 패드를 얻었다. 표 1에서, 블렌드 양은 초임계 유체 블렌드가 금형(15)에 도입되는 중량의 양을 의미하고, 장입 시간(charging time)은 초임계 유체 블렌드를 인젝터(14)에 장입하는 시간을 의미하며, 주입시간은 인젝터(14)로부터 금형(15) 내로 초임계 유체 블렌드를 주입하는 시간을 의미한다.
초임계 유체 혼합물을 금형(15)에 주입하는 순간, 압력이 127bar에서 23bar 또는 15bar로 급격히 감소하고 초임계 유체 혼합물에서 질소 가스가 빠르게 방출되어 다중 핵 생성 지점을 형성한 후, 핵 생성 지점에서 질소가 팽창되어 탄산 음료 병을 열 때 형성되는 기포처럼 작은 기포를 형성한다. 실시예 1 내지 4에서, 금형(15)의 상하벽에 통기 구멍을 배치하였다(도 1에는 도시하지 않음). 실시예 1 내지 4의 사출 성형에서, 금형(15)의 통기 구멍을 개방함과 동시에 초임계 유체 블렌드를 금형(15)에 주입하였기 때문에 금형 내 지연 통기 시간은 0.0초였다. 마지막으로, 댐핑 패드를 냉각을 위해 금형(15)에 방치하여, 낮은 압축 변형률의 댐핑 패드를 얻었다.
실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4
폴리머 재료 조성 TEEE 95% TEEE
+
5% TPU		 80% TEEE
+
20%TPU		 TEEE
TEEE Dupont 4068 Dupont 4068 Dupont 4068 Dupont 3078
용융 흐름 지수(g/10 min) 8.8 7.0 18.0 5
쇼어 D 경도 (D) 37 36 38 30
인장 모듈러스 (MPa) 45 28 22 21
밀도 (g/cm3) 1.11 1.10 1.12 1.07
파단 신율 (%) >300 >300 >500 >300
사출 성형기의 온도 설정 (°C) 225 200 195 190
금형 블렌드 양 (g) 141 141 109 120
주입 속도(mm/s) 120 120 120 120
측정된 압력(bar) 23 23 23 15
금형 내 지연통기 시간(sec.) 0.0 0.00 0.0 0.0
통기 시간(sec.) 1.591 1.591 1.049 1.275
통기 전 금형압력(bar) 24 15 23 16
인젝터 장입 시간(sec.) 58 58 37 37
주입 시간(sec.) 0.699 0.699 0.699 0.612
전술한 제조 방법에 따라 실시예 1 내지 4의 댐핑 패드를 제조하고, 실시예 1 내지 4의 댐핑 패드의 단면을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하였다. 실시예 1에서 얻은 댐핑 패드의 발포 내부층의 단면을 도 2a 내지 도 2d에 나타내었고, 배율은 도 2a에서 50x, 도 2b 및 도 2c에서 100x, 도 2d에서 200x였다. 실시예 1에서 얻은 댐핑 패드의 표면층의 단면을 1000x의 배율로 도 2e에 나타내었다.
도 3a는 본 발명의 댐핑 패드(20)의 개략도이고, 도 3b는 도 3a의 부분 확대 개략도이다. 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 댐핑 패드(20)는 표면층(21)과 발포 내부층(22)을 포함하고, 발포 내부층(22)은 표면층(21)에 의해 덮인다. 표면층(21) 및 발포 내부층(22)은 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머를 포함하는 재료로 만들어진다. 표면층(21)은 표면층(21)에 포함된 복수의 기공(210)을 포함하며, 표면층(21)에 포함된 기공(210)은 5㎛ 내지 100㎛의 장경을 가지고, 표면층(21)의 두께는 댐핑 패드(20)의 총 두께의 0.05% 내지 1.50%였다. 발포 내부층(22)은 발포 내부층(22)에 포함된 복수의 기공(220, 221)을 포함하며, 여기서 발포 내부층(22)에 포함된 기공(220, 221)은 100μm 내지 400μm의 장경을 가진다. 발포체 내부층(22)에 포함된 기공(220, 221)은 복수의 폐쇄 기공(220) 및 복수의 개방 기공(221)을 포함하고, 여기서 임의의 개방 기공(221)은 개방 기공(221)과 다른 개방된 기공(221)을 연결하는 적어도 하나의 관통 구멍(222)을 포함한다. 개방 기공(221)은 30% 이상의 비율로 존재한다. 기공의 형태는 선택된 폴리머 재료 및 인젝터(14)와 몰드(15) 사이의 압력 차이에 의해 영향을 받는다.
실시예 1 내지 4에서 얻은 댐핑 패드(20)의 두께, 및 이들의 표면층(21)의 두꼐를 각각 계산하였다. 또한, 실시예 1 내지 4에서 얻은 댐핑 패드(20)의 특성을 각각 조사하였다. 결과를 하기 표 2에 나열하였다.
B1. 개방 기공의 비율: 기준 방법 ASTM D6226에 따라 조사함.
B2. 쇼어 C 경도: 기준 방법 ISO 868에 따라 조사함.
B3. 평균 밀도: 기준 방법 ISO 1183에 따라 조사함.
B4. 압축 변형률: 기준 방법 CNS 3560에 따라 조사함.
B5. 감속 g 값: 기준 방법 SATRA TM142에 따라 조사함.
B6. 반발 탄성: 기준 방법 ASTM D 2632에 따라 조사함.
상기 계산 및 조사 결과를 표 2에 나열하였다.
실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4
폴리머 재료 조성 TEEE 95% TEEE
+
5% TPU		 80% TEEE
+
20%TPU		 TEEE
TEEE Dupont 4068 Dupont 4068 Dupont 4068 Dupont 3078
댐핑 패드 평균 두께(cm) 2.0 2.0 2.0 2.0
표면층 두께(μm) 113 68 125 136
발포 내부층에서 개방 기공의 비율 (%) 62 32 76 72
쇼어 C 경도 (C) 48 50 49 42
평균 밀도 (g/cm3) 0.25 0.25 0.25 0.18
압축 변형률(%) 16.2 10.3 26.5 27.4
감속 g 값 12.1 18.6 12.0 14.3
반발 탄성(%) 68 76 66 61
상기 결과에서, 표면층(21)의 두께는 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드(20)의 총 두께의 0.05% 내지 1.50%이고 개방 기공(221)은 30% 이상의 비율로 있고; 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드(20)는 Shore C 경도가 30C~60C이고, 평균 밀도가 0.10g/cm3 내지 0.35g/cm3이며, 압축 변형률이 40% 이하이고, 감속 g 값이 20 이하이며, 반발 탄성이 50% 이상이라는 것이 명확해야 한다. 이러한 댐핑 패드는 낮은 압축 변형률, 높은 댐핑 특성 및 높은 반발 탄성을 동시에 가지므로 우수한 댐핑 효과를 가진다.
본 발명의 댐핑 패드는 초임계 유체를 이용한 사출 성형 기술로 제조되며, 화학 발포제를 사용하지 않는다. 따라서 독성 물질이 생성되지 않으며 화재 안전이나 오염 문제가 발생하지 않는다. 제품은 낮은 압축 변형률(≤ 40%), 높은 댐핑 특성(감속 g 값 ≤ 20) 및 높은 반발 탄성(≥ 50%)을 동시에 가지므로 우수한 댐핑 효과를 가진다. 또한, 본 발명의 댐핑 패드는 시판되는 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머 수지 또는 재활용 재료를 이용하여 제조할 수 있어 생산 문턱 및 원가를 현저히 낮출 수 있고, 상기 댐핑 패드는 보다 많은 제품에 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 하기 단계들을 포함하는 방법으로 제조되는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드로서,
    (1) 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머를 포함하는 폴리머 재료를 제공하는 단계로서, 상기 폴리머 재료는 230°C에서 4 g/10 min 내지 18 g/10 min의 용융 흐름지수, 20D 내지 48D의 쇼어 D 경도, 20 MPa 내지 70 MPa의 인장 모듈러스, 1.0 g/cm3 내지 1.3 g/cm3의 밀도, 및 300% 이상의 파단신율을 가지는 단계;
    (2) 폴리머 재료를 용융시켜 용융된 폴리머 재료를 얻는 단계;
    (3) 질소 또는 이산화탄소를 용융된 폴리머 재료에 첨가하여 혼합물을 얻는 단계;
    (4) 혼합물을 초임계 상태로 변환시키고 혼합물을 컴파운딩(compounding)하여, 초임계 유체 블렌드를 얻는 단계; 및
    (5) 초임계 유체 블렌드를 주입 및 성형하여 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드를 얻는 단계;
    상기 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드는 표면층 및 발포 내부층을 포함하고, 상기 발포 내부층은 표면층에 의해 덮이고; 상기 표면층의 두께는 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드의 총 두께의 0.05%에서 1.50%이고; 상기 발포 내부층은 복수의 기공을 포함하고, 상기 발포 내부층에 포함된 기공은 복수의 폐쇄 기공 및 복수의 개방 기공을 포함하고, 상기 개방 기공의 비율은 30% 이상이고; 상기 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드는 30C 내지 60C의 쇼어 C 경도, 0.10 g/cm3 내지 0.35 g/cm3의 평균 밀도, 40% 이하의 압축 변형률, 20 이하의 감속 g 값, 및 50% 이상의 반발 탄성을 가지는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 열가소성 폴리우레탄을 더 포함하는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 70 중량% 이상, 100 중량% 미만의 양을 가진 열가소성 에테르 에스테르 엘라스토머, 및 0 중량% 초과, 30 중량% 이하의 양을 가진 열가소성 폴리우레탄을 포함하는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 230℃에서 5 g/10 min 내지 18 g/10 min의 용융 흐름 지수를 갖는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 30D 내지 45D의 쇼어 D 경도를 갖는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드.
  6. 제1항에 있어서,
    60% 이상의 반발 탄성을 가지는, 낮은 압축 변형률을 갖는 댐핑 패드.
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