KR19990071955A - 유리 매트 열가소성 제품 - Google Patents

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KR19990071955A
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제임스 에드워드 로프터스
마이클 티모시 펠레그린
패트릭 루이스 올트
랜들 마빈 헤인즈
버질 글렌 모리스
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휴스톤 로버트 엘
오웬스 코닝
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Abstract

몰드가능한 수지와 강화섬유로 만들어진 합성 시이트 (48) 에 있어서, 수지가 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 그들의 혼합물이고, 또한 강화섬유가 회전 공정 섬유기로부터 원심분리된 섬유이고, 합성 시이트가 두께(㎜) 당 5 이상의 개별강화섬유층을 가진다. 합성 시이트는 10 이상의 개별강화섬유층을 가지며, 또한 바람직하게는 30 이상의 개별층을 가진다. 강화섬유의 85% 이상이 모노필라멘트이며, 또한 강화섬유가 울 유리섬유이다.

Description

유리 매트 열가소성 제품
관련 출원
본 출원은, 1993년 6월 21일 "미네랄 섬유제품을 제조하는 방법" 이라는 제목으로 출원된 미국 특허출원 제 08/078,909 호의 연속출원인 "미네랄 섬유제품을 제조하는 방법" 이라는 제목으로 1995년 6월 7일 출원된 제 08/473,600 호에 관한 것이다. 본 출원은, 1993년 6월 21일 "미네랄 섬유제품을 제조하는 방법이라는 제목으로 출원된 미국 특허출원 제 08/079,413 호의 연속출원인 "미네랄 섬유제품을 제조하는 방법" 이라는 제목으로 1995년 6월 7일 출원된 제 08/481,029 호에 관한 것이다.
상업적인 다양한 물품이 몰드가능한 합성 시이트를 몰딩 공정시켜 제조되었다. 몰드가능한 합성 시이트는 유리섬유 매트등의 강화섬유로써 강화된 폴리프로필렌 수지와 같은 열가소성 수지를 일반적으로 포함한다. 이러한 합성 시이트는 유리 매트 열가소성 또는 GMT 로서 일반적으로 언급된다. 이러한 합성 시이트는 수지를 연화하기 위해 가열되고 자동차 부품, 컴퓨터 및 다른 전자장비용 캐비넷 등의 다양한 물품, 또한 작은 기구 및 다른 소비재와 산업재용 부품을 만들기 위해 압력하에서 몰드된다. 이러한 합성 시이트용 몰딩 공정은 몰드가능한 합성 시이트가 가열되고, 몰드로 가압되고, 또한 몰드된 부품을 형성하기 위해서 상대적으로 차가운 몰드에서 가압하는 압축 몰딩이다. 몰딩 공정시, 수지 및 강화 재료가 흘려서 몰드의 전체 부피를 채운다.
몰드된 합성물의 필요한 점은 생산물의 기계적 특성이다. 측정된 특성은 휨강도/계수(modulus), 인장강도/계수, 및 충격강도를 일반적으로 포함한다. 합성물내의 강화섬유의 양과 타입은 제품의 기계적 특성에 매우 영향을 미친다. 일반적으로, 유리섬유내에 강화된 합성재료에서, 유리/수지 비율이 높으면 높을수록, 제품은 더욱 강해진다. 그러나, 섬유유리 강화재가 수지보다 중량을 기준으로 비싸기 때문에, 합성물 제조자들은 기계적 특성에 적합하면서도 가능한 유리/수지 비율이 낮은 몰드가능한 합성 시이트를 디자인해 왔다. 또한, 특정한 섬유표면 코팅 또는 크기가 향상되어, 유리섬유 강도와 가공성을 증가시키며, 또한 수지 매트릭스에 유리섬유 강화재의 결합을 증대시킨다.
널리 사용된 몰드가능한 합성 시이트는 노스 캘리포니아 셀비에 위치한 아즈델 (Azdel) 주식회사에 의해 이용되었다. 상표명 아즈델인 몰드가능한 합성 시이트가 폴리프로필렌과 결합한 바늘로 꿰매진 연속 스트랜드 매트를 사용한다. 연속적인 유리섬유 스트랜드는 일반적으로 길고, 또한 각 스트랜드는, 스트랜드당 50 필라멘트 이상으로써, 수많은 필라멘트를 포함한다. 아즈델 합성 시이트는 두 개의 연속적인 스트랜드 매트와 산재된 세 개의 연속적인 수지 시이트를 압출하여 형성된다. 공정에서 이전에 형성된 강화매트를 사용함으로써, 수지에 의한 모든 필라멘트의 침투 (impregnation) 는 매우 곤란하며, 또한 강화 섬유는 두 개의 수평층내에 집중되는 경향이 있고, 강화재는 제품의 수직 단면을 통해 일반적으로 균일하게 분포되지 않는다.
영국 바싱스토크에 위치한 윙스 티이프 그룹 주식회사 (Wiggins Teape Group Ltd, Basingstoke, England) 는, 유리와 폴리프로필렌이 슬러리내에서 혼합된 후, 시이트로 캐스트되는 공정 (" 상표명 래드라이트(Radlite)" 공정) 을 개발하였다. 슬러리 혼합 공정은 섬유분리를 야기하여, 평균 섬유길이가 5㎝ 이하가 된다. 널리 이용된 몰드가능한 다른 합성 시이트는 텍사스, 휴스톤, 엑숀(Exxon) 주식회사에 의해 제조된 상표명 타프펜(Taffen) 시이트이다. 엑숀 주식회사는 열가소성 폴리머 재료 (폴리프로필렌) 를 유리섬유 습식공정매트에 첨가함으로써 래드라이트 공정과 유사한 공정으로 상표명 타프펜 시이트를 제조한다.
미네소타, 위노나에 위치한 합성물 제조 주식회사 (CPI) 는 이중 스크루 장치를 사용하여 균일하게 혼합하고 몰드될 수 있는 다량의 합성재료를 형성하기 위해서 수지와 길게 절단된 유리섬유 (약 3㎝ 이하) 를 혼합한다. CPI 제품에서의 유리섬유는 혼합공정시 힘이 섬유에 가해지기 때문에 약 0.5㎝ 까지의 평균길이를 가진다.
연속 스트랜드 매트와 같이 미리형성된 매트를 사용하는 종래 GMT 시스템의 하나의 문제점은 미리 형성된 유리섬유의 매트가 침투하기 곤란하다는 것과 일련의 수지화 단계에서 물에 잠긴다는 것이다. 몇몇 GMT 제조자들은 매트의 기공을 감소함으로써 또는 섬유의 길이를 길게함으로써 침투를 향상시켜 보았지만, 최대 합성제품의 기계적 특성에 요구되는 유리 하중을 유지하는 유일한 방법은 강화섬유의 그룹이나 묶음 (bundle) 을 스트랜드한다는 것이다. 이것은, 유리섬유 강화재의 묶음이 쉽게 분산되지 않기 때문에, 수지 매트릭스내에 강화재의 균일한 분포를 제공하는 능력을 방해한다.
이미 존재하는 몰드가능한 합성제품과 비교할 때, 향상된 기계적 특성을 갖는 몰드가능한 합성 시이트를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 만약 그러한 향상된 제품이 다수의 특정 수평층내에 집중된 것 보다 합성물품을 통해서 균일하게 분포된 최적의 유리섬유 강화재료를 사용한다면, 그것은 유리하다.
본 발명은 제조품으로 몰딩하기에 적당한 합성 시이트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 몰드 가능한 수지 및 미네랄 섬유강화 재료의 합성 시이트에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 합성 시이트를 제조하기 위해 폴리머 재료와 유리 섬유를 원심분리하는 공섬유화용 유리섬유 스피너 및 유리섬유 스피너의 개략적인 정면도.
도 2 는 합성 시이트가 압축 몰드내에 위치될 때 본 발명의 합성 시이트의 개략적인 사시도.
도 3 은 압축 몰딩 후 도 2 의 합성 시이트의 개략적인 사시도.
도 4 는 수지 매트릭스를 통해서 무질서하게 떨어져 있는 개별적인 강화 섬유를 갖는 종래의 합성 시이트의 개략적인 정면도.
도 5 는 수지 매트릭스를 통해 분포된 강화섬유의 매트를 갖는 종래의 합성 시이트의 개략적인 정면도.
도 6 은 강화 섬유가 본 발명에 따른 개별층의 중복의 형태로 존재하는 본 발명의 합성 시이트의 개략적인 정면도.
도 7 은 수지가 연소되어 없어진, 도 6 의 합성 시이트의 강화섬유층의 개략적인 정면도.
도 8 은 부가적인 강화매트가 합성 시이트에 첨가된 본 발명의 합성 시이트의 개략적인 정면도.
강화 섬유를 수지 매트릭스를 통해 매우 균일하게 분포하고 있는 향상된 몰드가능한 합성 시이트를 개발해 왔다. 섬유는 합성물을 통하여 균일성을 보장하기 위해서 개별 층의 중복으로 배열된다. 합성물은 합성 두께 (㎜) 당 5 이상의 강화층을 가지며 바람직하게는 7 이상의 강화층을 가진다. 본 발명의 합성물을 제조하는 소정의 방법은, 강화섬유 및 수지 재료가 인접한 스피너로써 동시에 원심분리되는, 회전 공섬유화 (rotary cofiberizing) 공정을 사용하는 것이다. 회전 공섬유화 공정은 미국 특허 제 5,458,822 호에 개시되었다. 이러한 공섬유화 공정은, 강화섬유가 수지와 철저히 혼합되는 것을 보장한다. 회전 공섬유화 공정은, 강화섬유가 일반적으로 모노필라멘트 형태인 것을 보장하고, 또한 수지 매트릭스와 섬유간의 접촉을 철저하고 밀접하게 하여 합성 시이트의 기계적 특성을 향상시키는 것이다. 바람직하게는, 섬유는 추가적인 기계적 특성을 위해서 응고전에 10㎝ 이상의 평균 길이를 갖는 긴섬유이다.
바람직하게는, 강화섬유의 85% 이상이 모노필라멘트이다. 합성 시이트는 압축몰딩시 그것의 면적을 50% 이상, 또한 바람직하게는 그 이상의 정도로 증가시켜 변형될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 미네랄 섬유는 울 섬유로 이루어져 있는데, 울 섬유는 미네랄 섬유 강화재료를 회전 공섬유화 공정으로 제조되도록 함으로써 합성 시이트의 제조비보다 실질적으로 낮다. 미네랄 섬유는 합성 시이트의 평면에서 일반적으로 무질서한 방향성을 가지며, 또한 인장강도/계수, 휨강도/계수, 및 충격강도를 고려할 때 매우 양호한 기계적 특성을 가진다.
본 발명의 다른 특정 실시예에서, 합성물은 약 0.5㎝ 이상의 길이를 갖고 묶음당 평균 약 50 섬유를 함유하는 묶음들의 형태인 부가적인 섬유를 포함한다. 이러한 부가적인 섬유로써 소정의 재료는 E 유리이다. 본 발명의 합성 시이트는 열가소성 재료의 표면 시이트와 결합하여 만들어지며, 또한 표면 시이트는 표면 시이트의 중량당 약 5 내지 25% 범위내의 양을 포함하는 강화섬유로써 강화될 수 있다.
본 발명이 바위, 슬래그, 및 현무암 등의 가열하여 연화가능한 다른 미네랄 재료의 강화재를 사용하여 실행될 수 있다고 이해되지만, 본 발명은 유리섬유를 갖는 합성 시이트의 강화를 예시적으로 설명할 것이다. 또한, 본 발명은 폴리프로필렌 등의 폴리머를 포함하는 유기강화 재료를 사용하여 실행될 수 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 유리섬유 스피너 (10) 등의 회전 미네랄 섬유 스피너가 컨베이어 (12) 등의 집진 표면 상부에 배치된다. 유리섬유 스피너는 용융 유리로부터 유리섬유의 회전 원심분리에 적당한 장치일 수 있다. 회전 섬유기 (rotary fiberizer) 의 일례는 기술 분야에서 공지되어 있다. 용융 유리 (14) 의 흐름은 유리섬유 스피너의 바닥으로 낙하되며, 또한 용융 유리는 유리섬유 (16) 를 형성하기 위해서 오리피스된 스피너 외면벽을 통해 원심분리된다. 유리는 회전 공정에 일반적으로 사용된 타입의 울 유리가 바람직한데, 가끔은 나트륨 - 알루미늄 붕규산염 유리로 언급된다. 일반적인 조성은, 부분적으로, 약 6 중량% CaO, 5 중량% B2O3, 4 중량% MgO, 15 중량% Na2O 를 포함하고, 조성의 나머지는 주로 알루미나 및 실리카이다. 소다 (Na2O) 의 중량은 10 중량% 이상이 바람직하며, 또한 12 중량% 이상이 더욱 바람직하다. 선택적으로, 크기는 스피너로부터 방사상으로 외부로 인접하여 위치된 환형의 도포구 링 (applicator ring, 17) 을 통해 유리섬유에 적합하게 될 수 있다. 소정의 크기는 미국 특허 제 4,448,917 호에 발명가 블랙 등에 의해 개시된 폴리올레핀 에멀션, 실레인 결합제 (silane coupling agent), 및 유기산을 포함한다.
유리섬유 섬유기는, 비록 어떤 유리섬유 공정에서 외부버너가 요구되지 않는다 하더라도, 섬유화 공정을 촉진시키기 위해서 환형의 버너 (18) 로써 장착될 수 있다.
유리 스피너와 일반적으로 동축으로 장착된 것은 폴리머 섬유 스피너 (24) 등의 유기 섬유 스피너이다. 스피너는 유리를 섬유화하는 종래에 사용된 스피너와 유사하거나, 또는 노즐 (26) 등의 복수의 회전 폴리머 분배장치로 이루어질 수 있다. 노즐은 파이프 (28) 등의 복수의 운반 도관의 단부에 배치될 수 있다. 폴리머 섬유 스피너는 스핀들 (30) 등의 어떤 적당한 장치에 의해 회전될 수 있다. 폴리머 재료등의 용융 유기재료는 도관 (32) 등의 어떤 적당한 수단에 의해 폴리머 섬유 스피너에 운반된다. 용융된 폴리머 재료는 파이프를 통해서 노즐에 공급되고 폴리머 섬유 (34) 로 원심분리된다. 각각의 노즐은 폴리머 재료의 미세한 흐름을 원심분리하기 위해서 1,000 이상의 오리피스까지 조절될 수 있다. 폴리머 섬유가 형성된 후, 노즐은 폴리머 섬유의 베일 (38) 을 하부로 이동시킨다.
비록 소정의 유기 재료가 열가소성 수지이자만, 공섬유화 공정에서 분포되는 어떤 유기 재료가 본 발명의 수지로서 사용될 수 있다고 이해된다. 특히 폴리머의 유용한 일례는 폴리 (에틸렌 테르에프탈레이트)(PET), 폴리프로필렌 또는 폴리 (페닐렌 설파이드)(PPS) 등의 재료를 포함한다. 섬유화에 가능하게 적당한 다른 유기 재료는 특히 다른 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리설파이드, 폴리카보네이트, 우레탄 및 아스팔트, 또는 그들의 조합으로 이루어져 있는 군으로부터의 열가소성 수지를 포함한다. 또한 본 발명에 잠재적으로 유용한 것은 에폭시, 폴리에스테르, 페놀릭 및 우레탄, 또는 그들의 조합으로 이루어져 있는 군으로부터의 열경화성 수지이다.
유리섬유 베일 (22) 및 폴리머 섬유 베일 (38) 은 중접되어, 유리섬유 (16) 및 폴리머 섬유 (34) 를 공섬유화하거나 합체한다. 폴리머 섬유는 어떤 크기이다. 합체된 유리섬유 및 폴리머 섬유는 합체되거나 공섬유화된 폴리머 재료 및 유리섬유의 집단 (mass, 44) 으로서 컨베이어상에 집진된다. 바람직하게는, 미네랄 섬유는 합성물의 약 20 내지 55 중량% 범위내의 양을 포함한다. 충전제, 연소 억제제, 반산화성물질, 및 전기적 도전입자 또는 섬유등의 부가적인 재료가 첨가될 수 있다. 계속적인 단계에서, 합체된 유리섬유 및 폴리머 재료의 집단은 가압된 합성 시이트 (48) 등의 응고된 제품을 생산하기 위해서 가열된 이중벨트 프레스 (46) 등의 가열장치로써 임으로 처리될 수 있다. 선택적으로, 합체된 집단 (44) 은 이중 벨트 프레스를 시키기전에 가열될 수 있다. 응고용 다른 인-라인 공정이 사용될 수 있다. 응고단계는 합성 시이트를 압축하고 재료내의 기공을 제거한다. 응고는 약 0.4 내지 2.0g/㎤ 범위내의 밀도를 갖는 합성 시이트를 만들며, 바람직하게는 약 0.96 내지 1.28g/㎤ 범위내의 밀도를 갖는 폴리프로필렌을 만든다. 만약 기술분야의 기술자들에 의해 이해된다면, PET 에 대한 소정의 밀도가 더 높다. 비록 응고단계가 인-라인 공정으로서 보여진다면, 응고는 연속적인 공정에서 일어날 수 있다. 또한, 두 개 이상의 응고단계가, 합성 시이트내 어떠한 틈을 더 압축하는데 도움을 주는 재응고단계로써, 행해진다.
섬유화 공정시 합체된 집단 (44) 으로 도입된 유리섬유의 길이는, 송풍기의 작용, 주위환경을 형성하는 섬유의 온도, 유리 조성, 및 기술분야에서 공지된 바와 같이 형성직후의 초기 유리섬유에 의해 경험된 섬유대 섬유의 간섭량 등의, 몇가지 인자로써 제어될 수 있다. 바람직하게는, 섬유는 수지의 부가전에 섬유 형성공정에서 획득된 베어(bare) 유리섬유의 길이를 측정하여 결정된 것과 같이 10㎝ 이상의 평균 길이를 가지며, 또한 더욱 바람직하게는 15㎝ 이상의 평균길이를 가진다.
고온 가스의 가열은, 어떤 폴리머 섬유가 베일과 접촉하여 그들의 섬유질 형상을 잃고 미네랄 섬유에 부착되는 정도로 연화시킨다. 유리섬유 스피너가 1,700℉ 이상의 온도에서 정상적으로 작동하기 때문에, 폴리머 섬유는 고온의 영역으로 빠르게 진행하여, 폴리 섬유가 연화된다. 일부 폴리머 섬유가 용융될것이라는 조건하에서, 폴리머 섬유는 일부의 미네랄 섬유에 부착하는 작은 물방울이나 입자를 형성한다. 나머지 폴리머 섬유는 그들의 섬유형상을 유지하여, 컨베이어상에 폴리머 섬유로 존재한다. 전체 폴리머 섬유는 용융되거나 폴리머 섬유가 더 이상 섬유형상이지 않도록 변형되는 것이 가능하다. 따라서, 컨베이어상에 집진되는 것은 단지 유리섬유나 폴리머 섬유만이 아니라, 비섬유질 형상의 유리섬유 및 폴리머 섬유일 수 있다.
도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 응고된 시이트 (48) 는 몰드 바닥이나 베이스부 (52) 및 몰드 상부 (54) 를 갖는 압축몰드 (50) 등의 어떤 적당한 몰드에서 열가소성 압축 몰딩공정으로써 몰드될 수 있다. 몰딩공정의 결과는 합성제품 (56) 이다. 일반적인 압축 몰딩공정에서, 합성 시이트는 수지를 분명히 연화하기 위해서 충분한 온도로 적외선 오븐에서 가열된다. 폴리프로필렌에 대해서, 온도는 약 200 내지 약 260℃ 범위내이다. 수지가 충분히 연화된 후, 연화된 합성 시이트는 상대적으로 차가운 몰드내에 위치되며, 또한 몰드는 몰딩에 가깝다. 몰드 온도는 일반적으로 수지의 연화점이나 녹는점 이하의 약 75 내지 150℃ 이다. 폴리프로필렌에 대해서, 몰드 온도는 약 30 내지 100℃ 온도범위내이다. 몰드내에서 약 45 내지 약 90 초 동안 가압후, 몰드된 합성물은 제거된다. 온도는 연화단계시 도달되며, 또한 몰딩 단계의 몰드시간, 압력과 온도는 사용된 재료와 몰드되는 물품의 크기와 형상에 의존할 것이다.
본 발명의 GMT 합성 시이트는 기술분야에서 공지된 플로우 몰딩, 진공 형성, 주입 몰딩, 및 블로우 (blow) 몰딩 등의 다른 타입의 몰딩공정으로써 사용될 수 있다.
도 4 에 도시된 비와 같이, 종래기술의 1 타입의 합성 시이트 (58) 는 수지 매트릭스 (62) 를 통해 무질서하게 나열된 개별적 강화섬유 (60) 이다. 일반적인 섬유는 절단된 스트랜드이며, 각 스트랜드는 수백개의 필라멘트를 처음에 포함한다. 배열된 강화섬유의 바람직한 무질서도는 수지와 강화섬유의 상당한 혼합후 단지 이루어져, 섬유가 분명히 짧아진다. 그러한 합성 시이트용 섬유 길이는 일반적으로 약 1㎝ 이하이다. 혼합은 개별적인 필라멘트로 파단하거나 부분적으로 섬유의 묶음을 탈필라멘트화하는데 또한 유용하다. 단점으로는, 짧아진 섬유가 합성 시이트에 대해 최상의 강화를 제공하지 못하며, 또한 긴 섬유와 비교할 때 중량 기준으로 동일한 기계적 특성을 제공하지 못한다는 것이다.
도 5 에 도시된 종래기술의 합성 시이트 (64) 는 유리섬유강화매트 (66) 를 수지 매트릭스 (68) 에 주입함으로써 만들어진다. 강화매트 (66) 는 연속적인 스트랜드 매트 타입이거나 젖은 레이드 (wet laid) 매트 타입중 하나 이상의 얇은 매트이다. 이러한 두 개 매트의 각각은 고정된 연속적인 섬유 공급기 또는 부쉬(bushing) 에 의해 제조된 섬유를 사용한다. 일반적으로, 그러한 부쉬는 70 Kg./hr. 까지 또는 그 이상을 통해서 부쉬당 2,000 연속 섬유 또는 필라멘트의 순서로 제조한다. 섬유는 회전 콜릿 (collet) 또는 풀 휠 (pull wheel) 에 의해 기계적으로 가늘게된다.
섬유형성 공정시, 섬유가 닳는 것을 방지하고 결합제를 제공하여 강화섬유와 수지 매트릭스사이의 결합을 향상시키는 크기로 섬유가 코팅된다. 수지 (68) 는 매트를 넘치게하고 수지를 주입하여 액체 형태로 첨가되거나, 수지가 분말 형태로 첨가될 수 있다. 합성 시이트 (64) 가 미리형성된 매트를 사용하여 만들어지기 때문에, 수지의 영역에 강화섬유가 거의 존재하지 않을 수도 있으며, 또한 합성 시이트의 강화섬유가 몰드의 작은 오목영역으로 흐르는 것이 곤란하다.
도 6 에 도시된 본 발명의 합성 시이트 (48) 는 유리섬유 (70) 및 폴리프로필렌 수지 매트릭스 (72) 를 포함한다, 유리섬유가 회전 섬유 형성 및 집진 공정시 수지로 투입되기 때문에, 섬유는 매트릭스를 통해 일반적으로 균일하게 분포되어, 결과적으로 부족한 강화섬유를 갖는 합성 시이트의 영역이 존재하지 않는다. 게다가, 섬유가 회전공정으로써 형성되기 때문에, 섬유는 일차적으로 모노필라멘트이다. 바람직하게는, 섬유의 85% 이상 (응고전 전체 질량의 가시 측정으로 결정) 이 모노필라멘트이므로, 강화가 가능한 가장 효율적인 타입을 제공한다. 섬유가 연속적인 스트랜드 매트, 젖은 레이드 매트 또는 평탄한 유리 울 블랭킷 등의 미리형성된 매트의 형태로 결합되지 않는다는 사실은, 강화섬유가 수지로써 몰드의 오목부로 효율적으로 흐르지 못한다는 것을 의미한다. 섬유가 섬유의 제조비를 감소하는 회전공정으로 만들어진다는 사실은, 섬유가 모노필라멘트 형상인 것을 보장한다. 공섬유화 공정의 특징은 수지와 강화섬유가 밀접하게 혼합한다는 것이다.
폴리카보네이트 표면 시이트 (74) 등의 표면 시이트는 합성 시이트 (48) 에 적용되어 몰딩공정을 촉진시키거나 몰드된 합성물 (56) 의 다듬질시 소정의 표면특성을 제공한다. 표면 시이트는 응고단계 전후중의 어느 한 단계에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 표면 시이트는 표면 시이트의 중량으로써 약 5 내지 25% 범위내의 양을 포함하는 강화섬유로써 강화된다.
실시예 Ⅰ
도 6 에 도시된 것과 유사한 샘플 합성시이트가 회전 공섬유화 공정을 사용하여 제조된다. 샘플 합성물은 몬텔 35 MFR 폴리프로필렌 수지의 약 68 중량% 및 회전 울 유리 섬유의 약 32 중량% 로 이루어져 있다. 수지 및 유리섬유는 38㎝ 직경의 유리 스피너와 25㎝ 직경의 폴리머 스피너를 사용하여 공섬유화 된다. 유리섬유는 약 10 내지 약 15 미크론내의 직경 범위를 가진다. 샘플 합성 시이트는 우선 시이트를 질소가 주입된 오븐에서 약 232℃ 온도로 가열하여 응고된다. 그 후, 가열된 시이트는 약 100℃ 의 온도에서 30×30 ㎝ 스퀘어 시이트 몰드에서 8.6 MPa 로 압축 몰드되어 응고된 합성 시이트를 형성한다. 기계적 특성이 표 1 에 표시되었다.
실시예 Ⅱ
실시예의 합성 시이트는 시험 트레이 (tray) 로 몰드된다. 몰딩 공정에서, 30㎝×30㎝ 시이트는 세 개의 파편으로 분할되는데, 압축단계에서 몰드 충전을 촉진하기 위해서, 두 개는 8㎝×22㎝ 로 측정되고 나머지 하나는 22㎝×22㎝ 로 측정된다. 합성 재료는 238℃ 온도로 질소가 주입된 오븐에서 6분간 가열되고 트레이를 형성하기 위해서 8.6MPa 로 가압된다. 트레이는 26㎝×27㎝ 베이스와, 각각이 2.5㎝ 높이×26.3㎝ 길이×0.3㎝ 두께인 한쌍의 중심 리브와, 또한 두 개는 높이가 2㎝ 이고 두 개는 2㎝ 의 높이 내지 5㎝ 의 높이로 테이퍼된 네 개의 측벽으로 이루어져 있다. 몰딩 공정시, 합성 시이트는 면적을 50% 이상 증가시키는 정도로 변형된다. 압축 몰딩후, 용융 시이트는 완전히 각각 수지 및 유리로 채워져 있는 리브 및 측벽으로 변형된다는 것을 알수 있다. 트레이의 특징은 리브와, 베이스 및 측벽내의 수지량이 평균보다 약 1% 이상으로 변화하지 않아, 트레이를 통한 수지 및 유리가 양호하고 균일하게 흐른다는 것을 보여준다. 기계적 특성은 트레이의 평탄 베이스부로부터 결정되고 표 1 에 표시되었다. 표 1 의 데이터는, 본 발명의 GMT 합성 시이트의 기계적 특성이 상업적으로 이용할 수 있는 합성 시이트로 존재하는 GMT 합성 시이트의 기계적 특성과 비교될 만하다.
샘플 인장 강도(MPa) 인장 계수(GPa) 휨 강도(MPa) 휨 계수(GPa) 노치된 아이조드 충격(J/M)
실시예 Ⅰ 95.8 5.48 128.9 4.96 332
실시예 Ⅱ 95.2 5.17 168.9 7.24 418
ASTM 방법 D 638 D 638 D 790 D 790 D 256
합성 시이트 (48) 내 유리 섬유 강화재 (70) 는, 회전 공섬유화 공정이 유리 섬유의 수평층을 일반적으로 형성하는 방법으로 유리 섬유를 밑에 놓는 것을 특징으로 한다. 섬유질 구조를 시험하기 위해서, 합성 시이트는 연소되어 유리 섬유 강화로부터 수지를 제거한다. 합성물 (또는 합성 시이트) 은 수지의 분해온도 이상의 온도로 가열되지만, 유리의 융해온도 이하이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 유리 섬유는 일반적으로 층 (76) 내에 배열된다. 수평층은 대개 개별층과 동시에 한번에 박리된다. 층은 테이블센터 (doily) 의 층을 분리하는 방식과 유사한 방식으로 분리된다. 본 발명의 4㎜ 두께의 합성 시이트는 강화섬유의 10 이상의 층과, 더욱 바람직하게는 20 이상의 층과, 또한 가장 바람직하게는 30 이상의 층 (76) 을 가진다. 최상의 경우, 두께 (㎜ ) 당 3 이상의 층이 될 것이다. 바람직하게는, 연소된 합성 시이트가 5 이상을 가질것이며, 또한 더욱 바람직하게는 두께 (㎜) 당 7 이상의 층을 가지는 것이다.
실시예 Ⅲ
본 실시예는 실시예 Ⅰ 에 설명된 것과 유사하게 합성 시이트를 절단하는 것이다. 본 실시예는 4㎝×4㎝ 의 직경을 가지며, 또한 약 4㎜ 두께를 가진다. 본 실시예는 폴리프로필렌 수지를 연소하기 위해서 1시간동안 약 480℃ 의 온도에서 오븐내에 위치된다. 최종 강화섬유가 수개의 층으로 나타난다. 층은 핀셋 및 작은 평탄 주걱 (flat spatula) 을 사용하여 손으로 제거되며, 또한 30 이상의 분리된 동일한 층이 샘플로부터 동시에 한번에 제거된다. 각각의 층은 원래의 샘플과 동일한 영역 (4㎝×4㎝) 을 가지며, 또한 강화섬유의 긴 특성 때문에 전체적으로 보인다.
실시예 Ⅳ
실시예 Ⅲ 에 설명한 것과 유사한 연소 시험이 실시예 Ⅰ 에 설명한 몰딩 공정을 사용하여 30㎝×30㎝ 시이트로 가열 및 재응고후 종래 상업적으로 이용할 수 있는 합성 시이트 재료인 4㎝×4㎝ 샘플에서 행해진다. 수지를 연소한 후, 재응고된 상표명 아즈델 합성물이, 샘플에 의존하여, 강화섬유의 4 내지 6 개별층으로 보인다. 수지를 연소한 후, 상표명 타프펜 합성물은 강화섬유의 14 이하의 개별층을 보여주지만, 강화의 짧은 (3㎝ 이하의 길이) 특성 때문에 층은 용이하게 분리되지 않고 다수의 인터레미날(interlaminar) 결합을 보여준다. 타프펜 합성은 전체 제품을 가지지 않는다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 부가적인 섬유의 묶음이 노즐 (78) 등의 적당한 수단을 통해서 합성 시이트로 투입된다. 이러한 부가적인 섬유는 합성물을 강하게 하는데 적당한 강화의 어떤 타입이다. 소정의 부가적인 강화는 E 유리섬유의 80 묶음으로써, 묶음은 50 이상의 필라멘트를 초기에 함유하고 바람직하게는 100 이상의 필라멘트를 함유한다. 일반적으로, 부가적인 유리섬유는 0.5㎝ 이상의 길이를 가진다.
실시예 Ⅴ
합성 시이트가 실시예 Ⅰ 에서의 방법과 유사한 방법으로 준비되는데, 단지, E 유리 필라멘트의 절단된 묶음이 충분한 속도로 공섬유화 공정으로 투입되어 합성 시이트내의 전체 유리에서 약 33 중량% 의 E 유리를 갖는 합성 시이트인 것을 제외하고는 유사하다. E 유리 묶음은 각각 처음에는 약 100 필라멘트를 함유하며, 또한 묶음은 초기에는 약 1.5㎝ 내지 3㎝ 의 길이이다. 첨가된 묶음을 갖지 않는 실질적으로 동일한 합성 시이트와 비교하여보면, 노치된 아이조드 충격강도가 약 200% 증가한다.
도 6 에 도시된 합성 시이트의 변화로서, 부가적인 강화층이 응고전에 공섬유화된 재료에 첨가되어, 몰드된 합성물의 기계적 특정을 향상시킨다. 이러한 부가적인 강화층은 합성의 특성을 향상시키는데 적당한 어떤 재료이다. 또한, 다수의 매트 또는 층은, 합성의 표면을 포함하는, 합성내의 어떤 패턴이나 장소에 위치될 수 있다. 소정의 부가적인 강화층은 E 유리 섬유의 매트인데, 상기 매트는 젖은 레이드 매트 또는 연속적인 스트랜드 매트중 하나이다. 이러한 매트는, 유리 스피너 및 폴리머 스피너를 각각 갖는 두 개의 공섬유화 유닛이 사용된다면, 용이하게 공섬유화 공정으로 투입된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 강화된 합성 시이트 (80) 는 회전 유리 섬유 (82), 수지 (84) 및 젖은 레이드 E 유리 섬유를 포함한다.
상술한 사실로부터, 본 발명의 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 그러나, 변경은 본 발명의 범위내로 하여야 한다고 사료된다.
본 발명은 자동차 부품, 컴퓨터 및 다른 전자장비용 캐비넷, 또한 작은 기구 및 다른 소비재와 산업재용 부품으로 몰딩하기에 적당한 열가소성 물품을 제조하는데 유용하다.

Claims (20)

  1. 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 그들의 혼합물로 이루어진 몰드가능한 수지와, 회전 공정 섬유기로부터 원심분리된 섬유인 강화섬유를 포함하는 합성 시이트 (48) 에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 두께 (㎜) 당 5 이상의 개별강화섬유층을 갖는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 강화섬유가 응고전에 약 10㎝ 이상의 평균길이를 갖는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 강화섬유의 85% 이상이 모노필라멘트인 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 강화섬유가 미네랄 섬유인 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 미네랄 섬유가 울 유리로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 두께 (㎜) 당 7 이상의 개별강화섬유층을 갖는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 30 이상의 개별강화섬유층을 갖는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 두께 (㎜) 당 5 이상의 개별강화섬유층을 갖는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  9. 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 그들의 혼합물로 이루어진 몰드가능한 수지와, 회전 공정 섬유기로부터 원심분리된 섬유인 강화섬유를 포함하는 합성 시이트 (48) 에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 두께 (㎜) 당 30 이상의 개별강화섬유층을 갖는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 두께 (㎜) 당 5 이상의 개별강화섬유층을 갖는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 강화섬유의 85% 이상이 모노필라멘트인 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 미네랄 섬유가 울 유리로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  13. 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 그들의 혼합물로 이루어진 몰드가능한 수지와, 회전 공정 섬유기로부터 원심분리된 미네랄 섬유인 강화섬유를 포함하고 약 10㎝ 이상의 평균 길이를 갖는 합성 시이트 (48) 에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 두께 (㎜) 당 3 이상의 개별강화섬유층을 가지며, 또한 상기 강화섬유의 85% 이상이 모노필라멘트인 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 미네랄 섬유가 울 유리로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 수지가 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 설파이드, 폴리스틸렌, 케톤, 폴리이미드, 우레탄 및 아스팔트와, 또는 그들의 조합으로 이루어진 군으로부터 열가소성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 수지가 에폭시, 폴리에스테르, 페놀릭 (phenolic) 및 우레탄과, 또는 그들의 조합으로 이루어진 군으로부터 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 압축 몰딩시 면적을 50% 이상 증가시키는 정도로 변형가능한 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 약 0.5㎝ 이상의 길이를 가지고 묶음당 평균 약 50 섬유 이상을 함유하는 E 유리섬유인, 부가적인 섬유의 묶음을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 시이트(48).
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 열가소성 재료의 표면 시이트 (74) 와 결합되는 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
  20. 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 그것의 혼합물로 이루어진 몰드가능한 수지와, 회전 공정 섬유기로부터 원심분리된 미네랄 섬유인 강화섬유를 포함하는 합성 시이트 (48) 에 있어서, 상기 합성 시이트 (48) 가 두께 (㎜) 당 5 이상의 개별강화섬유층을 가지고, 상기 강화섬유의 85% 이상이 모노필라멘트이며, 또한 상기 합성 시이트가 면적을 50% 이상 증가시키는 정도로 변형가능한 것을 특징으로 하는 합성 시이트 (48).
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