KR102516640B1 - 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하는 방법 - Google Patents

텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하는 방법으로서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 몰드에서 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하고 프레싱하며, 이때 구조화된 그레인이 몰드의 내부면 상에 적용되어 있는 것인 방법에 관한 것이다. 1종 이상의 섬유 재료는 연속 섬유를 포함하고 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트의 형태를 갖는다. 텍스타일 시트 및 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인은, 프레싱 공정 동안 텍스타일 시트 및 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인이 서로 중첩되도록 서로에 대해 배향된다. 프레싱 공정 후, 몰드 내의 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 열가소성 플라스틱의 연화점 아래의 온도로 냉각시키며, 이때 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인이 형성된다. 본 발명은 또한 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖고 표면 상에 구조화된 그레인을 가지며 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 열가소성 플라스틱에 관한 것이다.

Description

텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하는 방법
본 발명은 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하는 방법으로서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 몰드에서 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하고 프레싱하며, 이때 구조화된 그레인이 상기 몰드의 내부면 상에 적용되어 있는 것인 방법에 관한 것이다. 1종 이상의 섬유 재료는 연속 섬유를 포함하고 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트의 형태를 갖는다. 텍스타일 시트 및 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인은, 프레싱 공정 동안 텍스타일 시트와 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인이 서로 중첩되도록 서로에 대해 배향된다. 프레싱 공정 후, 몰드 내의 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 열가소성 플라스틱의 연화점 아래의 온도로 냉각시켜, 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인이 형성되도록 한다. 본 발명은 또한 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖고 표면 상에 구조화된 그레인을 가지며 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 열가소성 플라스틱에 관한 것이다.
섬유 강화 열가소성 플라스틱으로 만들어진 부품은, 높은 에너지 흡수 및 특정 강성을 나타내며, 또한 비교적 가벼운 무게와 함께 강도가 우수하고, 성형성이 우수하고 저장 수명이 우수하기 때문에, 항공 우주 또는 자동차 부문의 경량 응용 분야에서 특히 중요하다. 여기서의 강도 및 강성은 특히 지지 섬유 재료의 성질 및 배열에 의해 결정된다. 이들 부품의 열가소성 플라스틱은 섬유 재료의 지지 매트릭스 역할을 하며, 외부의 물리적 및 화학적 영향으로부터 섬유 재료를 보호한다.
그러나, 섬유 강화 열가소성 플라스틱으로 제조된 부품에 있어서 차량의 비저블 영역에서의 사용은 문제가 있는데, 그 이유는 섬유 재료가 요철 표면 질감을 초래하여 부품에 부과되는 품질 요건을 충족시키지 못하기 때문이다.
예를 들어, M. Blinzler는 문헌["Oberflaechentexturen bei gewebeverstaerkten Thermoplasten" [Surface textures in textile-reinforced thermoplastics], Kunststoffe 11/1999, pp. 128-130]에서 열가소성 플라스틱의 텍스타일 강화가 표면에 뚜렷하게 보이는 텍스처를 만든다고 개시하며; 페인팅이 상기 텍스처에 높은 광택을 제공하지만, 동시에 표면 요철의 가시성을 더 증가시킨다.
섬유 강화 열가소성 플라스틱에서의 섬유 재료와 열가소성 플라스틱의 분포는 불균일하기 때문에, 이들의 표면은 또한 일반적으로 섬유의 위치를 드러낸다. 다른 표면 결함은 또한 열가소성 플라스틱의 수축에 의해 발생하며, 이는 냉각 시 섬유 재료의 수축보다 더 크다.
문헌["Werkstoff- und prozessseitige Einflussmoeglichkeiten zur Optimierung der Oberflaechenqualitaet endlosfaserverstaerkter Kunststoffe" [Possible influences of materials and processes in optimizing the surface quality of continuous-fiber-reinforced plastics], Dissertation, TU Kaiserslautern, 2002, pp.12, 13, 46, 47, 120 및 121]에서, M. Blinzler는 연속 섬유 강화 플라스틱으로 제조된 페인팅된 부품의 외층에 대한 다양한 공정을 개시하고 있으며, 예를 들어 섬유 재료 함량의 감소를 통한 부품의 외층에서의 열가소성 플라스틱 비율의 증가, 열가소성 부품의 내부 영역에 영향을 미치지 않는 외층의 적용, 부가적인 충전제 층 또는 탑코트의 도포량의 증가를 통한 페인트 시스템의 층 두께의 증가, 또는 드라이 페인트 필름의 적용이 있다.
섬유 강화 열가소성 플라스틱의 빈번한 불만족스러운 표면 품질과 관련된 전술한 문제점들 및 이를 개선하기 위한 방법은, 특히, 2016년 12월 14일에 검색한 인터넷 페이지 www.maschinenmarkt.vogel.de/faserverstaerkte-thermoplaste-mit-entwicklungsansaetzen-fuer-class-a-faehige-oberflaechen-a-814/에 개시되어 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 선행 기술에 기재된 단점을 피하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 하기 단계 a) 내지 c)를 포함하는, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하는 방법을 통해 달성되었다:
a) 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하는 단계로서, 1종 이상의 섬유 재료는 연속 섬유를 포함하고 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트의 형태를 갖는 것인 단계,
b) 단계 a)에서 가열된 혼합물을 몰드에서 프레싱하는 단계로서, 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인이 상기 몰드의 내부면 상에 적용되어 있는 것인 단계,
c) 몰드에서, 단계 b)에서 프레싱된 혼합물을 열가소성 플라스틱의 연화점 미만의 온도로 냉각시켜, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인이 형성되도록 하는 단계,
여기서, 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인 및 몰드 내의 텍스타일 시트는, 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트와 몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인이 서로 중첩되도록 단계 b)에서 서로에 대해 배향되어 있다.
본 발명의 방법은, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면에, 구조화된 그레인으로 인해 표면이 더 이상 불균일하게 인식되지 않기 때문에 표면의 지각된 품질을 향상시키는 구조화된 그레인을 적용할 수 있다. 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인은 또한 간단한 방식으로 얻을 수 있으며, 그 결과 다른 표면 처리를 이용하는 것이 더 이상 필요하지 않다. 구조화된 그레인은 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 결함을 효과적으로 커버할 수 있으며, 여기서 목표는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 외관을 크게 개선시키는 것이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 목적을 위해, "구조화된 그레인"이라는 표현은 표면 상의 구조화 패턴, 즉, 규칙적으로 배열된 구조화된 오목부 및/또는 볼록부를 의미한다. 구조화 패턴은 하나 이상의 구조 단위로 이루어진다.
본 발명의 목적을 위해, "구조 단위"라는 표현은 구조화 패턴에서 가장 작은 단위를 의미한다. 구조 단위는 일반적으로 자체 내에 및/또는 구조화 패턴의 다른 구조 단위와 관련하여 규칙적인 배열을 갖는 임의의 원하는 기하학적 구조를 갖는 정해진 수의 오목부 및/또는 볼록부를 포함한다. 이러한 유형의 구조 단위는 예를 들어 다이아몬드 형상, 마름모꼴, 직사각형, 정사각형 또는 선을 포함할 수 있다. 경우에 따라, 구조 단위는 교대로 존재하고/하거나 서로 조합될 수 있다. 그러므로, 상이한 두께(폭) 및/또는 깊이를 갖는 복수의 다양한 선으로 이루어진 패턴을 고려해 볼 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, "규칙적으로 배열된"이라는 표현은 정해진 간격으로 반복되는 단위를 나타내고, 바람직하게는 명확한 패턴에 따라 배열된다. 이들 단위는 구조화된 그레인의 구조 단위 또는 텍스타일 시트의 반복 단위일 수 있다.
표면 상의 구조화된 오목부의 개개의 구조 단위 사이의 거리는 임의의 원하는 값(크기), 예를 들어 300 ㎛를 가질 수 있다. 구조화된 오목부의 개개의 구조 단위 사이의 거리는 최대 1,200 ㎛(전체 패턴에 걸친 평균값), 거리는 특히 50 내지 1,200 ㎛인 것이 바람직하다. 구조 단위의 폭, 예를 들어 점의 직경(점상 구조) 또는 선의 폭(선형 또는 격자형 구조)은 원하는 대로, 바람직하게는 60 내지 800 ㎛, 더 바람직하게는 70 내지 600 ㎛, 특히 80 내지 400 ㎛의 범위일 수 있다.
오목부 자체(즉, 구조 깊이)가 갖는 값(크기)도 마찬가지로 원하는 대로 할 수 있다. 그러므로, 표면의 부분영역은, 동일하지만 그 깊이가 다른 구조 단위/패턴을 포함할 수 있다. 오목부의 크기(깊이)는 (평균값으로) 매우 일반적으로 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 두께의 25% 이하이지만, 이 값은 또한 경우에 따라 다소 더 높을 수 있다.
본 발명의 방법의 단계 a)에서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하며, 여기서 1종 이상의 섬유 재료는 연속 섬유를 포함하고 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트의 형태를 갖는다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 원칙적으로 당업자에게 적합한 것으로 인식되는 임의의 원하는 형태를 가질 수 있다. 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 일반적으로, 1종 이상의 섬유 재료가 연속 섬유의 형태를 취하고 1종 이상의 열가소성 플라스틱이 1종 이상의 섬유 재료를 둘러싸는 폴리머 매트릭스의 형태를 갖는 섬유 복합 재료이다. 해당 (연속) 섬유 복합 재료는 당업자에게 잘 알려져 있다.
본 발명의 목적을 위해, "텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱"이라는 표현과 "연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱"이라는 표현은 동의어로 사용된다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 바람직하게는 반제품의 형태를 갖는다. 본 발명의 목적을 위해, "반제품"이라는 표현은 텍스타일 시트로 제조된 코어를 포함하는 열성형 공정을 위한 시트 형태의 출발 물질을 의미한다. 반제품은 바람직하게는 압출 필름, 프로파일 또는 시트 형태, 특히 바람직하게는 반제품 시트 형태를 갖는다.
이러한 유형의 반제품의 표면은 일반적으로 매우 실질적으로 편평할 것이지만, 특정 응용예에 의해 요구되는 바와 같이, 표면이 곡률을 갖는 것도 가능하다.
반제품의 두께는 바람직하게는 0.1 내지 50 mm 범위, 더 바람직하게는 0.5 내지 25 mm 범위, 특히 바람직하게는 1 내지 4 mm 범위이다.
본 발명의 맥락에서, "1종 이상의 섬유 재료"라는 표현은 정확히 하나의 섬유 재료 또는 둘 이상의 서로 다른 섬유 재료의 혼합물을 의미한다. 본 발명에서는 원칙적으로 당업자에게 공지된 임의의 섬유 재료를 섬유 재료로서 사용할 수 있다.
본 발명에서, 1종 이상의 섬유 재료는 연속 섬유를 포함한다. "연속 섬유"라는 용어와 "필라멘트"라는 용어는 본 발명의 목적을 위해 동의어로 사용된다. 본 발명의 목적을 위해, 용어 "연속 섬유"는, 그 길이와 관련하여, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물에서 중단되지 않는 섬유를 의미한다.
1종 이상의 섬유 재료는, 각각의 경우에 1종 이상의 섬유 재료의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 50 중량% 이상, 더 바람직하게는 75 중량% 이상, 더욱 더 바람직하게는 85 중량% 이상, 특히 바람직하게는 98 중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 100 중량%의 연속 섬유를 포함한다.
1종 이상의 섬유 재료는 바람직하게는 유리 섬유, 천연 섬유, 합성 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 예를 들어 강철 섬유 또는 구리 섬유, 광물 섬유, 예를 들어 현무암 섬유, 붕소 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 또는 이들의 조합을 포함한다. 유리 섬유 또는 탄소 섬유가 특히 바람직하다.
1종 이상의 섬유 재료의 섬유 직경은 바람직하게는 1 내지 100 ㎛ 범위, 더 바람직하게는 5 내지 50 ㎛ 범위, 특히 바람직하게는 7 내지 30 ㎛ 범위이다.
1종 이상의 섬유 재료는 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트의 형태를 갖는다. 본 발명의 목적을 위해, "텍스타일 시트"라는 표현은, 예를 들어 섬유 또는 필라멘트와 같은 텍스타일 재료로부터 제조된 시트형 재료를 의미한다. 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트는 정해진 간격으로 반복되는 단위를 가지며, 바람직하게는 명확한 패턴에 따라 배열된다. 이러한 유형의 텍스타일 시트는 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있다.
규칙적으로 배열된 텍스타일 시트는 일반적으로, 1종 이상의 섬유 재료가 정해진 수의 배향 방향으로 배향되는 배향된 구조를 특징으로 한다. 특히, 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트는, 예를 들어 부직포 또는 펠트에서 확인되는 불규칙하고 정렬되지 않은 섬유를 갖지 않는다.
규칙적으로 배열된 텍스타일 시트는 직조 섬유 직물, 레이드 섬유 스크림, 편직 섬유 직물, 또는 편조 섬유 직물이거나, 평행한 섬유로 제조된 단방향 또는 양방향 섬유 구조의 형태를 갖는 것이 바람직하다.
텍스타일 시트는 특히 바람직하게는 직조 섬유 직물 또는 레이드 섬유 스크림, 매우 특히 직조 섬유 직물이다.
사용되는 직조 섬유 직물은 원칙적으로 임의의 원하는 직조 섬유 직물일 수 있다. 바람직한 유형의 직물은 평직, 능직 또는 새틴 직조를 포함한다. 능직으로 짠 직조 섬유 직물이 더 바람직하게 사용된다.
1종 이상의 섬유 재료의 선형 밀도는 바람직하게는 100 내지 10,000 tex의 범위, 더 바람직하게는 400 내지 5,000 tex의 범위, 특히 바람직하게는 800 내지 2,000 tex의 범위에 있다.
1종 이상의 섬유 재료의 구조 밀도는 또한 바람직하게는 1 내지 10 로빙/cm의 범위, 더 바람직하게는 1.5 내지 5 로빙/cm의 범위, 매우 특히 바람직하게는 2 내지 4 로빙/cm의 범위이다.
1종 이상의 섬유 재료는 1 플라이(ply) 이상의 텍스타일 시트로 이루어질 수 있다. 1종 이상의 섬유 재료는 바람직하게는 1 플라이 이상 30 플라이 이하, 더 바람직하게는 2 플라이 이상 10 플라이 이하, 특히 바람직하게는 2 플라이 이상 5 플라이 이하의 텍스타일 시트로 이루어진다.
평행하게 배향된 섬유의 플라이가 서로에 대해 각을 이루도록 사용되는 경우, 개개의 플라이는 양방향 구조를 갖고, 서로 간의 각도가 90°인 것이 바람직하다. 3 플라이, 또는 3 플라이의 배수가 사용될 경우, 개개의 플라이가 서로 60°의 각도로 배열될 수 있고, 4 플라이, 또는 4 플라이의 배수가 사용될 경우, 개개의 플라이가 서로 45°의 각도로 배열될 수 있다.
또한, 동일한 배향을 갖는 하나보다 많은 플라이의 섬유를 제공할 수도 있다. 마찬가지로, 플라이들이 서로 각도를 이루고, 섬유의 각각의 배향에서 동일한 배향의 섬유를 갖는 플라이의 수는 상이할 수 있으며, 예를 들어 제1 방향으로 4개의 플라이가 존재하고, 그에 대해 각을 이룬 방향으로, 예를 들어 90°(우선 방향을 갖는 양방향 구조)로 1개의 플라이가 존재한다. 또한, 제2 플라이의 섬유가 제1 플라이의 섬유에 대해 90°의 각도로 배열되고 또한 제3 플라이의 섬유가 제2 플라이의 섬유에 대해 45°의 각도로 배열되는 공지된 준등방성 구조가 또한 존재한다.
1종 이상의 섬유 재료의 각 플라이의 단위 면적당 중량은 바람직하게는 100 내지 1,000 g/m2의 범위, 더 바람직하게는 200 내지 800 g/m2의 범위, 매우 특히 바람직하게는 500 내지 700 g/m2의 범위이다.
특히 바람직한 실시양태에서, 텍스타일 시트의 선형 밀도는 800 내지 2,000 tex의 범위이고, 그의 구조 밀도는 2 내지 4 로빙/cm의 범위이고, 텍스타일 시트의 각 플라이의 단위 면적당 중량은 500 내지 700 g/m2의 범위이다.
매우 특히 바람직한 실시양태에서, 텍스타일 시트는 2/2 능직에서 10 내지 30 ㎛ 범위의 섬유 직경, 800 내지 2,000 tex 범위의 선형 밀도, 및 2 내지 4 로빙/cm 범위의 구조 밀도를 갖는 유리 섬유로 제조된 직조 섬유 직물이며, 텍스타일 시트의 각각의 플라이의 단위 면적당 중량은 500 내지 700 g/m2의 범위이다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은, 혼합물의 총 부피를 기준으로, 바람직하게는 20 부피% 이상, 특히 바람직하게는 45 부피% 이상의 1종 이상의 섬유 재료를 포함한다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 또한, 혼합물의 총 부피를 기준으로, 80 부피% 이하, 바람직하게는 60 부피% 이하의 1종 이상의 섬유 재료를 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은, 혼합물의 총 부피를 기준으로, 20 내지 80 부피%, 바람직하게는 45 내지 60 부피%의 1종 이상의 섬유 재료를 포함하며, 이때 혼합물의 총 부피는 항상 100 부피%가 된다.
혼합물은 또한 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함한다. 본 발명의 문맥에서 "1종 이상의 열가소성 플라스틱"이라는 표현은 정확히 하나의 열가소성 플라스틱 또는 둘 이상의 서로 다른 열가소성 플라스틱의 혼합물을 의미한다. 본 발명에 사용되는 열가소성 플라스틱은 원칙적으로 당업자에게 알려진 임의의 열가소성 플라스틱일 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "열가소성 플라스틱"은 한정된 온도 범위 내에서 (열가소성) 변형이 가능한 폴리머성 플라스틱을 의미한다. 상기 프로세스는 원칙적으로 가역적이며, 즉, 이것은 냉각시키고 용융 상태로 재가열하는 것에 의해 여러 번 반복될 수 있다.
1종 이상의 열가소성 플라스틱은 연화점이 100℃ 초과인 내열성 열가소성 플라스틱인 것이 바람직하다.
1종 이상의 열가소성 플라스틱은 폴리올레핀, 폴리비닐 폴리머, 스티렌 폴리머, 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), (메트)아크릴산의 폴리머, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리카보네이트, 폴리알킬렌 옥시드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리이미드, 폴리퀴녹살린, 폴리퀴놀린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리이소시아네이트, 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것이 바람직하다.
적합한 폴리올레핀은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌(PB) 및 할로겐화 폴리올레핀, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함한다.
본 발명의 방법에 적합한 폴리비닐 폴리머는, 예를 들어 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 락탐 및 폴리비닐 아민을 포함한다.
적합한 폴리아크릴레이트의 예는 아크릴산 및 메타크릴산의 알킬 에스테르, 알칼리 및 알칼리 토금속의 폴리머이다.
폴리알킬렌 옥시드는 예로서 폴리옥시메틸렌(POM) 및 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 포함한다.
적합한 폴리아미드는, 예를 들어 폴리아미드 4.6, 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 6.10, 폴리아미드 6.12, 폴리아미드 10.10, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 12.12, 폴리아미드 13.13, 폴리아미드 66, 폴리아미드 6.T, 폴리아미드 9.T, 폴리아미드 MXD.6, 폴리아미드 6/6.6, 폴리아미드 6/6.T, 폴리아미드 6.I/6.T, 폴리아미드 6/6.6/6.10 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 발명의 방법에 적합한 폴리에스테르는 예를 들어 지방족 폴리에스테르, 및 방향족 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함한다.
1종 이상의 열가소성 플라스틱이 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리아미드 4.6, 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 6.10, 폴리아미드 6.12, 폴리아미드 10.10, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 12.12, 폴리아미드 13.13, 폴리아미드 66, 폴리아미드 6.T, 폴리아미드 9.T, 폴리아미드 MXD.6, 폴리아미드 6/6.6, 폴리아미드 6/6.T, 폴리아미드 6.I/6.T, 폴리아미드 6/6.6/6.10 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것이 특히 바람직하다.
1종 이상의 열가소성 플라스틱이 폴리아미드 4.6, 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 6.10, 폴리아미드 6.12, 폴리아미드 10.10, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 12.12, 폴리아미드 13.13, 폴리아미드 66, 폴리아미드 6.T, 폴리아미드 9.T, 폴리아미드 MXD.6, 폴리아미드 6/6.6, 폴리아미드 6/6.T, 폴리아미드 6.I/6.T, 폴리아미드 6/6.6/6.10 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것이 매우 특히 바람직하다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은, 혼합물의 총 부피를 기준으로, 바람직하게는 20 부피% 이상, 특히 바람직하게는 40 부피% 이상의 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함한다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 또한, 혼합물의 총 부피를 기준으로, 80 부피% 이하, 바람직하게는 55 부피% 이하의 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은, 혼합물의 총 부피를 기준으로, 20 내지 80 부피%, 바람직하게는 45 내지 55 부피%의 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함하며, 이때 혼합물의 총 부피는 항상 100 부피%가 된다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은, 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인이 적용되는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 특성을 조정하기 위해, 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 언급하는 모든 실시양태는 또한 1종 이상의 섬유 재료 및 1종 이상의 열가소성 플라스틱과 함께 첨가제를 포함하는 혼합물을 포함한다.
적합한 첨가제는, 예를 들어 안정화제, 윤활제, 핵형성제, 염료, 경화제, 가소제 및 다른 폴리머와의 블렌드를 포함하며, 이들은 또한 당업자에게 알려진 임의의 원하는 다른 첨가제를 포함한다.
적합한 안정화제는, 예를 들어 입체 장애 페놀, 2차 방향족 아민, 하이드로퀴논, 레조르시놀, 비타민 E 및 이와 구조적으로 유사한 화합물, 구리(I) 할라이드, 니켈 함유 자유 라디칼 스캐빈저, 트리아진, 벤조옥사지논, 벤조트리아졸, 벤조페논, 벤조에이트, 포름아미딘, 프로페노에이트, 방향족 프로판디온, 벤즈이미다졸, 지환족 케톤, 포름아닐리드, 시아노아크릴레이트, 벤조피라논 및 살리실레이트를 포함한다.
윤활제는, 예를 들어 스테아르산, 스테아릴 알코올, 스테아릴 에스테르, 에틸렌비스(스테아르아미드)(EBS), 고급 지방산 및 이들의 유도체, 및 12 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 지방산과의 지방산 혼합물, 실리콘 오일, 올리고머 이소부틸렌 및 유사한 화합물을 포함한다.
적합한 핵형성제는, 예를 들어 나트륨 페닐포스피네이트, 산화알루미늄, 산화규소, 나일론-2.2 및 탈크를 포함한다.
예를 들어 하기에 기재된 것들이 착색제로서 사용될 수 있다: 유기 염료, 예컨대 니그로신, 또는 안료, 예컨대 울트라마린 블루, 프탈로시아닌, 이산화티탄, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 피그먼트 블랙, 또는 페릴렌테트라카복실산의 유도체.
가소제는, 예를 들어 디옥틸 프탈레이트, 디벤질 프탈레이트, 부틸벤질 프탈레이트, N-(n-부틸)벤질술폰아미드, 오르토- 및 파라-톨릴에틸술폰아미드 또는 탄화수소 함유 오일을 포함한다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물 중 1종 이상의 첨가제의 비율은, 혼합물의 총 부피를 기준으로, 0 내지 10 부피%, 특히 바람직하게는 0 내지 5 부피%이다.
바람직한 실시양태에서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은
20 내지 80 부피%의 1종 이상의 열가소성 플라스틱,
20 내지 80 부피%의 1종 이상의 섬유 재료, 및
0 내지 10 부피%의 다른 첨가제
를 포함하며, 여기서 혼합물의 총 부피는 항상 100 부피%가 된다.
추가로 바람직한 실시양태에서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은
40 내지 55 부피%의 1종 이상의 열가소성 플라스틱,
45 내지 60 부피%의 1종 이상의 섬유 재료,
0 내지 5 부피%의 다른 첨가제
를 포함하고, 여기서 혼합물의 총 부피는 항상 100 부피%가 된다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 원칙적으로 당업자에게 공지된 방법에 의해 임의의 원하는 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 섬유 재료를 1종 이상의 열가소성 플라스틱으로 포화시켜, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 생성할 수 있다.
상기의 대안으로, 섬유 재료를 또한 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 제조하기 위해 단량체로 포화시킬 수 있고, 이어서 단량체를, 예를 들어 가열에 의해 중합시켜 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 형성한다. 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 제조에 적합한 단량체는 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물의 제조를 위한 다른 가능한 방법은, 예를 들어 분말 함침 공정, 1종 이상의 섬유 재료와 열가소성 필름과의 적층, 또는 1종 이상의 섬유 재료와 열가소성 섬유의 혼합, 및 그에 이은 폴리머 필름 및/또는 열가소성 섬유의 용융 및 프레싱을 포함한다.
단계 a)에서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열한다.
본 발명의 목적을 위해, "연화점"이라는 표현은 비정질 또는 (반)정질 열가소성 플라스틱이 유리질 또는 에너지 탄성 상태로부터 용융 또는 고무 탄성 상태로 변화하는 온도 또는 온도 범위를 의미한다. 이러한 변화는 적절한 재료의 경도 감소와 관련이 있다. (반)정질 열가소성 플라스틱의 경우, 연화점은 열가소성 플라스틱의 융점 또는 용융 범위에 해당한다. 비정질 열가소성 플라스틱의 경우, 연화점은 비정질 열가소성 플라스틱의 유리 전이 온도 또는 유리 전이 범위에 해당한다.
당업자에게 공지된 임의의 원하는 방법을 이용하여 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 가열할 수 있다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은, 바람직하게는 본 발명의 방법의 단계 b)가 또한 수행되는 몰드에서 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열할 수 있다.
상기의 대안으로, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 또한 별도의 장치에서 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 초기에 가열될 수 있고, 이어서 가열된 혼합물은 단계 b)에 따른 프레싱 공정을 위해 몰드로 이송된다.
또한, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 초기에 별도의 장치에서 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 연화점 미만의 온도로 예열하고, 이어서 혼합물을 본 발명의 방법의 단계 b)가 또한 수행되는 몰드로 이송하며, 상기 몰드 내의 혼합물은 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열된다.
혼합물이 몰드에 삽입되기 전에 가열되는 경우, 가열은 바람직하게는 오븐에서, 특히 바람직하게는 대류 오븐에서, 또는 적외선에 의해 일어난다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 단계 a)에서 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 연화점보다 5℃ 이상, 더 바람직하게는 10℃ 이상, 특히 바람직하게는 15℃ 이상 더 높은 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
1종 이상의 열가소성 플라스틱이 2종 이상의 상이한 열가소성 플라스틱의 혼합물인 경우, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 바람직하게는 단계 a)에서 연화점이 가장 높은 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열된다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물은 바람직하게는 100℃ 내지 450℃ 범위, 더 바람직하게는 120℃ 내지 400℃ 범위, 특히 바람직하게는 140℃ 내지 350℃ 범위의 온도로 가열된다.
단계 b)에서, 단계 a)에서 가열된 혼합물을 몰드에서 프레싱하며, 이때 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인이 상기 몰드의 내부면 상에 적용되어 있다.
본 발명의 방법에서 사용되는 몰드는 그 자체로 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 성형(프레싱) 공정뿐만 아니라 가열 공정 및 사출된 재료(예를 들어 폴리아미드)의 몰딩온 공정을 수행하는 것이 가능한 복합 프레스/사출 성형이 바람직하다. 이를 위해, 몰드는 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 수용하기 위한 캐비티뿐만 아니라 사출 성형 폴리머를 수용하기 위한 캐비티를 가질 수 있다. 이러한 유형의 몰드는 바람직하게는 복수의 그러한 캐비티를 갖는다.
프레싱 자체는 당업자에게 공지되어 있다. 프레싱 공정 동안, 압력에 노출되면, 예를 들어 최대한의 정도 또는 적어도 어느 정도까지의 굽힘을 통해, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 기하학적 구조가 변화된다. 단계 b)로부터 얻은 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 기하학적 구조는 몰드의 형상에 의해 결정된다.
단계 b)에서의 프레싱 공정은 바람직하게는 3 bar 이상의 절대 압력, 더 바람직하게는 5 bar 이상의 절대 압력, 특히 바람직하게는 10 bar 이상의 절대 압력으로 수행된다.
바람직한 실시양태에서, 단계 b)는 3 내지 50 bar의 절대 압력, 더 바람직하게는 5 내지 30 bar의 절대 압력, 특히 바람직하게는 10 내지 25 bar의 절대 압력의 범위의 압력으로 수행된다.
단계 b)에서의 온도는 바람직하게는 100℃ 내지 450℃, 바람직하게는 120℃ 내지 400℃, 특히 바람직하게는 140℃ 내지 350℃의 범위이다. 프레싱 공정은 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물의 온도를 추가로 증가시킬 수 있다.
1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물이 단계 a)에서 몰드에서 가열된 경우, 단계 b)에서 프레싱에 이용된 온도는 단계 a)에서와 동일한 것이 바람직하다.
단계 b)에서의 프레싱 공정은, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하기 위한 실제 제조 단계이다. 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 두께는 바람직하게는 단계 b)에서 0.1 mm 내지 10 mm, 더 바람직하게는 0.5 mm 내지 3 mm로 조정되며; 대안적으로, 단계 b)의 다운스트림에, 최종 부재의 두께를 0.5 내지 10 mm, 더 바람직하게는 0.5 mm 내지 3 mm의 범위로 프레싱함으로써 조절하는 추가 단계가 존재한다.
본 발명의 방법에 사용되는 몰드의 내부면은 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인을 갖는다. 구조화된 그레인은 몰드 벽의 내부면 상에 적용되어 있고, 따라서 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인의 형상은 프레싱 공정에 의해 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상에 캐스팅되며; 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인의 형상이 완전히 캐스팅되는 것이 바람직하다.
몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인이, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상으로의 캐스팅이 가능하도록 오목부 및/또는 볼록부를 통해 구조화되는 것은 당업자에게 명백하다. 예를 들어, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면에 원형의 오목부를 제공하려는 경우, 몰드의 내부면은 볼록부의 형태로 그와 유사한 구조화된 그레인을 가져야 하며, 그 반대도 마찬가지이다.
원칙적으로, 임의의 원하는 방법을 이용하여, 몰드의 내부면 상에 구조화된 그레인을 적용할 수 있다. 구조화된 그레인은 바람직하게는 에칭, 레이저 구조화, 샌드블라스팅, 프로파일 밀링 또는 침식을 통해 몰드 내에서 형성되며, 그 결과 상기 몰드의 내부면은 오목부 및/또는 볼록부를 갖는 표면을 갖는다.
몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인은 바람직하게는, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에, 하나 이상의 구조 단위로 이루어진 구조화 패턴의 형태의 구조화된 그레인을 형성한다. 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인은 원칙적으로 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상에 임의의 원하는 구조화 패턴을 생성할 수 있다.
규칙적으로 배열된 구조화된 그레인은 바람직하게는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 보이는 면 상에 구조화된 그레인이 생성되도록 하는 방식으로 몰드의 내부면 상에 적용된다.
몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인 및 몰드 내의 텍스타일 시트는, 본 발명의 단계 b)에서, 몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인과 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트가 서로 중첩되도록 서로에 대해 배향되어 있다. 따라서, 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트와 몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인은 완전히 서로 중첩되는 것이 바람직하다.
단계 b)에서 몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인과 텍스타일 시트의 서로에 대한 배향 방식은, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 원하는 구조화된 그레인이 그 보이는 면 위에 존재하도록 하는 것이 바람직하다는 것은 당업자에게 명백하다. 예를 들어 차량의 부품으로서 나중에 사용되는 동안 비저블 영역에 존재하지 않는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 영역에서는, 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인과 텍스타일 시트의 중첩을 달성하는 것이 필수는 아니다.
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면은 일반적으로, 텍스타일 시트에 의해 발생되고 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인에 의해 커버되는 볼록부 및 오목부의 형태를 갖는 요철을 갖는다.
따라서, 몰드의 텍스타일 시트 및 몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인은, 단계 b)에서, 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인이 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 불균일한 피쳐 상에 가능한 많은 정도로 중첩되도록 서로에 대해 배향되는 것이 바람직하다. 단계 b)에서, 몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인의 구조화 패턴에 의존하도록 볼록부 및/또는 오목부가 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상에 캐스팅된다.
단계 c)에서, 단계 b)에서 프레싱된 혼합물을, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인이 형성되도록 몰드 내에서 열가소성 플라스틱의 연화점 미만의 온도로 냉각시킨다.
단계 c)에서의 냉각은 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 냉각은 몰드 내에서의 내부 냉각에 의해 수행될 수 있거나, 단계 b)에서 프레싱된 혼합물을, 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 몰드가 더 이상 가열되지 않도록 천천히 냉각시킨다.
단계 c)에서 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱이 완전히 경화되는 것이 바람직하지만, 경우에 따라 단지 부분적으로 경화된 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱이 프레싱 공정 후에 몰드로부터 분리될 수도 있다. 당업자는 또한 몰드로부터 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱을 분리하는 것에 대해 "탈형"이라는 용어를 사용한다.
여기서 탈형하는 동안 몰드의 온도는, 온도가 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 연화점 미만이라면, 원칙적으로 임의의 원하는 값을 가질 수 있다.
단계 b)에서 프레싱된 혼합물을, 몰드에서, 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 연화점보다 적어도 5℃, 더 바람직하게는 적어도 10℃, 특히 바람직하게는 적어도 15℃ 낮은 온도로 냉각시키는 것이 바람직하다.
1종 이상의 열가소성 플라스틱이 2종 이상의 서로 다른 열가소성 플라스틱의 혼합물인 경우, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을, 바람직하게는, 단계 a)에서, 연화점이 가장 낮은 열가소성 플라스틱의 연화점 미만의 온도로 냉각시킨다.
단계 b)에서 프레싱된 혼합물은, 바람직하게는 -20℃ 내지 40℃ 범위, 더 바람직하게는 0℃ 내지 35℃ 범위, 특히 바람직하게는 10℃ 내지 30℃ 범위의 온도로 가열한다.
탈형 후에 경우에 따라 추가 단계, 예를 들어 원하는 용도에 의해 요구되는 바와 같은 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 추가 가공을 수행할 수 있다.
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인은, 바람직하게는, 필요에 따라 다양한 배열을 가질 수 있는 반복적이고 규칙적으로 배열된 구조 단위로 이루어진다.
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 본 발명의 구조화된 그레인은 특히, 예를 들어 가죽에서 볼 수 있는 것과 같은 불규칙하게 배열된 그레인이 아닌 것이 바람직하다.
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 구조화 패턴은 원칙적으로 임의의 원하는 수의 볼록부 및/또는 오목부를 가질 수 있는 구조 단위를 포함할 수 있다.
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 구조화 패턴은, 예를 들어 볼록부를 갖는 규칙적으로 배열된 구조 단위를 포함할 수 있다.
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 구조화 패턴은 또한 오목부를 갖는 규칙적으로 배열된 구조 단위를 포함할 수 있다.
또한, 볼록부 및 오목부를 갖는 규칙적으로 배열된 구조 단위를 포함하는 구조화 패턴을 생각할 수도 있다.
일 실시형태에서, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 2개 이상의 인접한 구조화 패턴의 구조 단위의 구성은, 구조화 패턴 중 하나의 구조 단위 전부의 배열이 인접한 구조화 패턴의 구조 단위에 대하여 반전되어, 그 결과 일광에서 또는 인공 조명하에서 볼 때 생성된 표면 반사가 관찰자로 하여금 인접한 그룹 사이의 높이 차이를 인식하도록 한다.
이 실시양태에서, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 각각의 (제1) 구조화 패턴은 복수의 인접한 다른 구조화 패턴에 인접하고, 각각의 인접한 구조화 패턴의 모든 구조 단위가 (제1) 구조화 패턴의 구조 단위에 대하여 반전되어 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 규칙적인 거시적인 패턴 및 구조, 예를 들어 체스판 패턴 또는 레지스터 내 반복을 포함하지 않는 그리드 기반 패턴을 생성하는 것이 가능하다.
이 실시양태에서, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 인접한 구조화 패턴 사이의 이행부가, 구조 단위 그 자체를 통해 연장되는 것과, 개개의 요소의 갑작스러운 반전으로 인해, 각각의 구조화 패턴과 관련된 이행부가 구조화 패턴 사이에서 뚜렷하게 보이는 가장자리를 형성하는 것이 추가로 바람직하다.
또한, 이 실시양태에서, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 인접한 구조화 패턴 사이의 이행부가 구조 단위 그 자체를 통해 연장되는 것과, 구조화 패턴 사이의 이행부가 연속적인 것도 마찬가지로 생각할 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, "연속 이행부"라는 표현은 육안으로 구조화 패턴 사이의 경계를 식별할 수 없는 2개 이상의 구조화 패턴 사이의 이행부를 의미한다.
일 실시양태에서, 단계 a) 전에, 열가소성 필름을 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물에 적용한다.
열가소성 필름의 두께는 원칙적으로 원하는 대로 할 수 있다. 열가소성 필름의 두께는 일반적으로 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 요철이 더 이상 식별되지 않도록 선택된다. 열가소성 필름의 두께는 바람직하게는 40 내지 250 ㎛, 특히 바람직하게는 50 내지 150 ㎛의 범위이다.
열가소성 필름은 바람직하게는 폴리올레핀, 폴리비닐 폴리머, 스티렌 폴리머, 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), (메트)아크릴산의 폴리머, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리카보네이트, 폴리알킬렌 옥시드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리이미드, 폴리퀴녹살린, 폴리퀴놀린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리이소시아네이트, 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함한다.
열가소성 필름은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리아미드 4.6, 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 6.10, 폴리아미드 6.12, 폴리아미드 10.10, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 12.12, 폴리아미드 13.13, 폴리아미드 66, 폴리아미드 6.T, 폴리아미드 9.T, 폴리아미드 MXD.6, 폴리아미드 6/6.6, 폴리아미드 6/6.T, 폴리아미드 6.I/6.T, 폴리아미드 6/6.6/6.10 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
열가소성 필름은 폴리아미드 4.6, 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 6.10, 폴리아미드 6.12, 폴리아미드 10.10, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 12.12, 폴리아미드 13.13, 폴리아미드 66, 폴리아미드 6.T, 폴리아미드 9.T, 폴리아미드 MXD.6, 폴리아미드 6/6.6, 폴리아미드 6/6.T, 폴리아미드 6.I/6.T, 폴리아미드 6/6.6/6.10 및 이들의 혼합물로부터 선택된 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함하는 것이 매우 특히 바람직하다.
열가소성 필름은, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물과 동일한 열가소성 플라스틱을 포함하는 것이 바람직하다.
열가소성 필름은 또한 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 적합한 첨가제는 일반적으로 당업자에게 널리 공지되어 있으며, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물에 또한 포함될 수 있는 첨가제를 포함한다.
열가소성 필름의 용융 점도는 원칙적으로 원하는 대로 할 수 있다. 그러나, 열가소성 필름의 용융 점도는 단계 a)에서 가열된 혼합물 중의 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 용융 점도보다 높은 것이 바람직하다.
본 발명의 목적을 위해, "용융 점도"라는 표현은 열가소성 플라스틱의 연화점에서의 열가소성 플라스틱의 용융상의 점도를 의미한다. 용융 점도의 결정법은 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 DIN 53735에 따라 행해진다.
열가소성 필름의 용융 점도는 단계 a)에서 가열된 혼합물 중의 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 용융 점도보다 10% 이상 최대 60%만큼 높은 것이 바람직하다.
다른 실시양태에서, 본 발명의 방법은, 단계 b)에서 프레싱된 혼합물을 하나 이상의 사출 성형 폴리머를 사용하여 추가 재료를 부착시키기 위해 사출을 통해 기능화하는 단계 d)를 포함한다.
기능화 그 자체는 당업자에게 공지되어 있다. 바람직하게는, 원하는 엘리먼트의 부착, 예를 들어 안정성 및 강도를 위한 리브의 부착, 어셈블리 에이드, 맵 포켓 등으로 이루어진다. 이들 엘리먼트는 단계 b)에서 프레싱된 혼합물에 추가 재료를 부착시키기 위해 사출을 통해 사출 성형 폴리머로부터 얻어진다.
추가 재료를 부착시키기 위한 사출 그 자체는 마찬가지로 당업자에게 공지되어있다. 이 공정은 바람직하게는, 사출 성형 폴리머로부터, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 표면의 하나 이상의 영역에 형성된 엘리먼트를 제공한다. 적합한 엘리먼트는 "기능화"라는 용어와 관련하여 위에서 이미 정의되었다. 본 발명의 목적을 위해, 추가 재료를 부착시키기 위한 사출 방법은 바람직하게는, 단계 d)에서 사출 성형 폴리머가 몰드에 존재하는 자유 캐비티에 충전되도록 수행된다. 이러한 자유 캐비티는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 상응하는 표면에 추가 재료를 부착시키기 위해 사출을 통해 적용되는 엘리먼트의 특정 형상화를 결정한다.
단계 d)에서 사용되는 사출 성형 폴리머 그 자체는 당업자에게 공지되어 있다. 사출 성형 폴리머는, 단계 a)에서 가열된, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물에 포함된 1종 이상의 열가소성 플라스틱과 동일한 내열성 열가소성 플라스틱인 것이 바람직하다. 따라서, 1종 이상의 열가소성 플라스틱에 대한 모든 바람직한 폴리머는 단계 d)에서 사용되는 사출 성형 폴리머에 유효하다.
또한, 사출 성형 폴리머는, 사출 성형 폴리머의 총 중량을 기준으로, 70 중량% 이하, 바람직하게는 50 중량% 이하, 특히 바람직하게는 30 중량% 이하의, 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 유리 구체 및 이들의 혼합물로부터 선택된 재료로 강화되었다는 점에서 변경될 수 있다.
사출 성형 폴리머가 강화 재료를 포함할 가능성을 예상하여, 몰드에 존재하고 사출 성형 폴리머가 충전되는 자유 캐비티가 또한 경우에 따라 구조화된 그레인을 가질 수 있다.
단계 d)에서 사용되는 사출 성형 폴리머는, 추가의 재료를 부착시키기 위해 사출을 통해 기능화를 달성하기 위해 몰드에 도입될 때 일반적으로 용융된다. 여기서 단계 d)에서 사출 성형 폴리머가 몰드에 도입될 때 상기 폴리머를 160℃ 이상, 바람직하게는 250℃ 이상, 특히 바람직하게는 300℃ 이상의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
단계 b), c) 및 d)가 수행되는 순서(시간 순서)는 엄격하게 정해져 있지는 않고, 대신 다음의 3 가지 옵션 i), ii) 및 iii)의 맥락 내에서 선택될 수 있다. 옵션 i)에서, 단계 d)는 단계 b) 동안 시작될 수 있다. 마찬가지로, 옵션 ii)에서 단계 d)는 단계 b)가 종료된 후 단계 c) 동안 시작될 수 있거나, 또는 옵션 iii)에서 단계 d)는 단계 b)가 종료된 후 단계 c) 전에 시작된다. 단계 d)는 단계 b)가 종료된 후 단계 c) 전에 시작되는 것이 바람직하다.
개별 단계 b), c) 및/또는 d)의 지속 기간은 원칙적으로 자유롭게 선택 가능하고 당업자에게 공지되어 있다. 개별 단계 b), c) 및 d)는 일반적으로 원하는 결과가 얻어질 때까지 계속된다. 즉, 단계 b)에서, 단계 a)에서 가열된 혼합물의 프레싱이 완결되고, 단계 c)에서, 프레싱된 혼합물의 냉각이 종결되고, 단계 d)에서, 그 목적을 위해 의도된 위치에서 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면에의 사출 성형 폴리머의 제공이 완료된다.
단계 b)에서의 프레싱 공정 후, 단계 c)에서의 냉각, 및 또한 경우에 따라 단계 d)에서의 기능화 후에, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱이 몰드로부터 제거될 수 있다.
본 발명은 또한 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖고 표면 상에 구조화된 그레인을 가지며 본 발명의 방법을 통해 얻은 열가소성 플라스틱을 제공한다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱은, 구조화된 그레인으로 인해, 비저블 넌트(visible component), 예를 들어 차량의 비저블 넌트에 적합하다.
본 발명은 또한 비저블 컴포넌트, 바람직하게는 차량의 비저블 컴포넌트에 있어서의, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖고 구조화된 그레인을 갖는 열가소성 플라스틱의 용도를 제공한다.

Claims (14)

  1. 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인을 형성하는 방법으로서, 하기 단계 a) 내지 c):
    a) 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하는 단계로서, 상기 1종 이상의 섬유 재료는 연속 섬유를 포함하고 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트의 형태를 갖는 것인 단계,
    b) 단계 a)에서 가열된 혼합물을 몰드에서 프레싱하는 단계로서, 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인이 상기 몰드의 내부면 상에 적용되어 있는 것인 단계로서, 프레싱 공정이, 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인의 형상을, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 캐스팅하는 것인 단계,
    c) 몰드에서, 단계 b)에서 프레싱된 혼합물을 열가소성 플라스틱의 연화점 미만의 온도로 냉각시켜, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에 구조화된 그레인이 형성되도록 하는 단계
    를 포함하고,
    상기 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인 및 상기 몰드 내의 텍스타일 시트는, 단계 b)에서, 상기 몰드의 내부면 상의 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인과 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트가 서로 중첩되도록 서로에 대해 배향되고, 상기 규칙적으로 배열된 구조화된 그레인은, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 보이는 면 상에 구조화된 그레인이 형성되도록 상기 몰드의 내부면 상에 적용되어 있으며, 상기 구조화된 그레인은 몰드에서 에칭, 레이저 구조화, 샌드블라스팅, 프로파일 밀링 또는 침식을 통해 형성되고, 그 결과 상기 몰드의 내부면이 오목부 또는 볼록부를 갖는 표면을 갖는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 플라스틱이, 연화점이 100℃ 초과인 내열성 열가소성 플라스틱인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    i) 상기 1종 이상의 섬유 재료가, 각각의 경우에 1종 이상의 섬유 재료의 총 중량을 기준으로, 50 중량% 이상의 연속 섬유를 포함하거나,
    ii) 상기 규칙적으로 배열된 텍스타일 시트가 직조 섬유 직물, 레이드 섬유 스크림, 편직 섬유 직물 또는 편조 섬유 직물이거나, 또는 평행한 섬유로 제조된 단방향 또는 양방향 섬유 구조의 형태를 갖거나,
    iii) 상기 섬유 재료가 유리 섬유, 천연 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 폴리머 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유 또는 광물 섬유를 포함하거나,
    iv) 상기 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물이 반제품 시트의 형태를 갖는 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    i) 상기 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 단계 b)가 수행되는 몰드에서 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하거나,
    ii) 상기 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 초기에 별도의 장치에서, 또는 적외선에 의해, 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하고, 그 후 단계 b)에 따른 프레싱 공정을 위해 몰드로 이송하거나,
    iii) 상기 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 초기에 별도의 장치에서 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 연화점 미만의 온도로 예열하고, 그 후 단계 b)가 수행되는 몰드로 이송하고, 그 몰드에서 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 연화점보다 높은 온도로 가열하는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    i) 1종 이상의 섬유 재료를 1종 이상의 열가소성 플라스틱으로 포화시켜 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 생성하거나,
    ii) 섬유 재료를 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 제조하기 위한 단량체로 포화시키고, 그 후 상기 단량체를 중합시켜 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물을 생성하는 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몰드의 내부면 상의 구조화된 그레인이, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖는 열가소성 플라스틱의 표면 상에, 하나 이상의 구조 단위로 이루어진 구조화 패턴의 형태로 구조화된 그레인을 형성하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    i) 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 구조화 패턴은 볼록부를 갖는 규칙적으로 배열된 구조 단위를 포함하거나,
    ii) 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 구조화 패턴은 오목부를 갖는 규칙적으로 배열된 구조 단위를 포함하거나,
    iii) 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 구조화 패턴은 볼록부 및 오목부를 갖는 규칙적으로 배열된 구조 단위를 포함하는 것인 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    i) 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 2개 이상의 인접한 구조화 패턴의 구조 단위의 구성이, 구조화 패턴 중 하나의 구조 단위 전부의 배열이 인접한 구조화 패턴의 구조 단위에 대하여 반전되도록 되어 있거나,
    ii) 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 인접한 구조화 패턴 사이의 이행부가 구조 단위 그 자체를 통해 연장되고, 구조화 패턴 사이의 이행부는 연속적이거나,
    iii) 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱의 표면 상의 구조화된 그레인의 인접한 구조화 패턴 사이의 이행부가 구조 단위 그 자체를 통해 연장되고, 개개의 요소의 반전으로 인해, 각각의 구조화 패턴과 관련된 이행부가 구조화 패턴 사이에 뚜렷하게 보이는 가장자리를 형성하는 것인 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물이
    i) 20 내지 80 부피%의 1종 이상의 열가소성 플라스틱을 포함하거나,
    ii) 20 내지 80 부피%의 1종 이상의 섬유 재료를 포함하거나,
    iii) 0 내지 10 부피%의 다른 첨가제를 포함하고,
    상기 혼합물의 총 부피는 항상 100 부피%가 되는 것인 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    i) 단계 a) 전에, 열가소성 필름을 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물에 적용하거나,
    ii) 열가소성 필름이 1종 이상의 섬유 재료와 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 혼합물과 동일한 열가소성 플라스틱을 포함하거나,
    iii) 열가소성 필름의 용융 점도가 단계 a)에서 가열된 혼합물 중의 1종 이상의 열가소성 플라스틱의 용융 점도보다 10% 이상 60% 이하 더 높은 것인 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖고 표면 상에 구조화된 그레인을 갖는 열가소성 플라스틱.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는, 텍스타일 시트에 의한 연속 섬유 강화를 갖고 구조화된 그레인을 갖는 열가소성 플라스틱을 포함하는 비저블 컴포넌트.
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