KR20010051852A - 캐스팅 수지 및 수지 주형의 제조 방법 - Google Patents

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베르너 훽스트, 지크프리트 포트호프
반티코 아게
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Abstract

본 발명은 하기의 물질을 포함하는 조성물에 관한 것이다:
(a) 폴리에폭시드 및 폴리이소시아네이트를 함유하는 수지; 및
(b) 실란-처리된 충전제 또는 원자화된 충전제와 같은 처리된 충전제.
상기 조성물은 사출 성형, 압축 성형, 진공 성형, 고압 성형 또는 거품 성형과 같은 다양한 성형 방법에 사용될 수 있는 고성능 수지 주형을 제조하는데 적당하다.

Description

캐스팅 수지 및 수지 주형의 제조 방법{CASTING RESIN AND PROCESS FOR THE FABRICATION OF RESIN MOLDS}
본 발명은 특정 충전제를 함유하는 에폭시드/이소시아네이트 혼합물을 기초로 한 경화성 조성물 및 수지 주형의 제조 방법에 관한 것이다.
고가의 금속 부품을 대체하기 위해 강한 저분자량 수지 및 복합물로 이루어진 주조 부품이 요구되는 가정용, 자동차용, 해양용, 항공 및 우주 산업 분야에 다양하게 이용될 수 있는 고성능 수지에 대한 필요성이 계속 높아지고 있다.
또한, 주조 부품을 더 빠른 턴어라운드 및 더 작은 부피(특수 제품)로 제조하기 위해 CAD 시스템에 의해 제공된 디지탈 디자인을 이용할 필요성이 높아지고 있다.
전형적으로, 주조 부품을 제조하기 위한 주형은 목재(조각용), 금속(예컨대, 기계처리 알루미늄) 및 금속화된 에폭시/콘크리트 등으로부터 어렵게 제조되어 왔다. 이러한 주형 제조법은 공정이 길고 폐기물도 다량 생성하기 때문에, 주로 비용면에서 긴 공정이 유효한, 즉 이러한 주형으로부터 1000개 이상의 부품을 제조하는 것에 사용된다.
낮은 취성과 함께 높은 내열성, 내약품성 및 기계적 강도를 갖는 고성능 수지를 제조하는 것은 CAD 제어 하에서 이러한 수지를 기계 처리하여 더욱 능률적인 작업 플로우에서 수지 주형을 제조할 수 있기 때문에 매우 주목을 받고 있다.
따라서, 이러한 수지 부품(폴리스티렌 거품 공동에서 전체 크기의 캐스트)은 사출 성형, 압축 성형, 금속 성형, 진공 성형, 고압 성형과 같은 다양한 주형 방법-필요한 형태로 기계처리 한 후-에 사용되거나, 또는 거품 부품을 제조하거나 디자인 및 모델링을 위한 특대 형상을 제조하기 위한 주형에 사용될 수 있다.
산업 분야는 주조 부품을 짧은 운전, 빠른 턴어라운드에 의해 제품을 제조하는 방향으로 움직이고 있다. 따라서, 고성능 수지로부터 주형을 제조하는 상술한 전도 유망한 방법이 강하게 요구되어 왔다.
수지를 효과적인 주형으로 제조하기 위해서는 수지 또는 복합물이 반복적인 주형 작업에 필요한 고온 및 고압 주기에 대해 내구성을 갖는 것이 매우 중요하다. 이러한 조성물이 양호한 충격 강도 및 고온 안정성을 갖는 주조 부품을 제조하는데 사용될 수 있다고 보고되어 왔지만, 특히 200 내지 500개의 부품을 제조하는 주형으로 유용하게 사용될 수 있는 수지 주형을 실제로 제조하는 것에는 제한이 있었다.
에폭시 수지 및 내부에 금속 분말이 분산된 물질로부터 제조된 밀도가 높고, 보이드가 없는 구조를 갖는 주형이 미국 특허 제5,156,754호에 개시되어 있다. 주형에 매우 높은 주입 압력을 가하는 사출 성형에 사용되기에 특히 적당한 이러한 에폭시 수지 주형은 높은 내열성을 나타내지만, 취성 및 기계성에 대해서는 만족스럽지 못하다.
미국 특허 제4,564,651호는 옥사졸리디논 및 폴리에폭시드와 폴리이소시아네이트의 혼합물로부터 제조된 이소시아누레이트 고리를 함유하는 반응 수지 주형 물질을 개시하고 있으며, 상기 물질은 양호한 기계적 특성을 나타내고, 전기 권선을 주입하거나 또는 전기 및 전자 성분을 캐스팅-인 및 캡슐화하는데 적당하다.
국제공개 WO93/12170호은 에폭시드-이소시아네이트 수지 및 금속 충전제를 함유하는 수지 조성물을 개시하고 있다. 이러한 조성물은 가열하는 동안 내수축성을 갖는 캐스팅 수지로서 사용되고, 높은 내열성 및 경도를 갖는 단일 용도의 생성물을 제조한다.
현재, 옥사졸리디논 및 폴리에폭시드와 폴리이소시아네이트의 혼합물로부터 제조된 이소시아네이트 고리를 함유하는 수지 혼합물(EPIC 수지)이 적당히 처리된 충전제와 함께 사용되는 경우, 고성능 주형을 제조하기 위한 적당한 물질이라고 밝혀졌다.
따라서, 하나의 구체예에서 본 발명은 하기의 물질 (a) 및 (b)를 포함하는 조성물에 관한 것이다.
(a) 폴리에폭시드 및 폴리이소시아네이트를 함유하는 수지; 및
(b) 실란-처리된 충전제 또는 원자화된 충전제와 같은 처리된 충전제
대기 온도에서 양호한 캐스팅 성능을 갖고, 경화 생성물이 양호한 기계적 물성을 갖기 때문에, EPIC 수지는 특히 전기 및 전자 성분을 주입하거나 캡슐화시키는 캐스팅 수지로서 사용되고 있다.
EPIC 수지를 제조하는데 사용될 수 있는 폴리에폭시드는 상대적으로 낮은 점도를 갖는 지방족, 시클로지방족 또는 방향족 에폭시드 및 그의 혼합물이다. 적당한 폴리에폭시드의 예는 비스페놀-A-디글리시딜에테르, 비스페놀-F-디글리시딜에테르, 수소화 비스페놀-A-디글리시딜에테르, 수소화 비스페놀-F-디글리시딜에테르, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3',4'-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 페놀/포름알데히드 노볼락 또는 크레졸/포름알데히드 노볼락의 폴리글리시딜에테르, 프탈, 이소프탈 또는 테레프탈산의 디글리시딜 에스테르, 히단토인 에폭시 수지, 트리글리시딜 이소시아누레이트, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄, 테트라글리시딜디아미노디페닐에테르 및 테트라키스(4-글리시딜옥시페닐)-에탄을 들 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 조성물은 성분(a)로서, 폴리에폭시드가 디글리시딜에테르 또는 디글리시딜에스테르인 수지를 함유한다.
특히 바람직한 폴리에폭시드는 비스페놀 A 및 비스페놀 F의 디글리시딜에테르이다.
본 발명에 따른 조성물에 유용한 폴리이소시아네이트는 낮은 점도를 갖는 지방족, 시클로지방족 또는 방향족 이소시아네이트 및 그의 혼합물을 들 수 있다.
디이소시아네이트가 바람직하고, 특히 화학식 OCN-X-NCO의 디이소시아네이트가 바람직하다. 상기에서, X는 2가 방향족, 시클로지방족 또는 지방족-시클로지방족 기이다.
적당한 폴리이소시아네이트의 예는 2,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥산-1,6-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,2-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄-디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트, 톨루엔-2,6-디이소시아네이트, 나프탈렌-1,4-디이소시아네이트, 4,4'-디페닐에테르 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐술폰 디이소시아네이트, 2,2-비스(4-이소시아네이토페닐)프로판 및 3,3',4,4'-디페닐메탄 테트라이소시아네이트이다.
또한, 폴리올-개질된 폴리이소시아네이트 및 액체 폴리이소시아네이트와 고분자량 폴리이소시아네이트의 혼합물 또는 카르보디이미드 폴리이소시아네이트도 사용될 수 있다.
더욱 적당한 폴리이소시아네이트는 상술한 다가 이소시아네이트의 이합체 및 삼합체이고; 그러한 폴리이소시아네이트는 말단에 유리 이소시아네이트기를 갖고, 하나 이상의 우레트디온 및/또는 이소시아누레이트 고리를 함유한다.
특히 바람직한 폴리이소시아네이트는 페닐렌디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 비페닐 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 2,2-비스(4-이소시아네이토페닐)프로판 및 디페닐메탄 디이소시아네이트이다.
디페닐메탄 2,4'-디이소시아네이트 및 디페닐메탄 4,4'-디이소시아네이트는 가장 바람직한 폴리이소시아네이트이다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 낮은 점도를 갖는 EPIC 수지 및 특정 폴리올 제제물의 혼합물이 사용되며, 그것에 의해 수득한 캐스팅 수지는 경화 시간 및 탈주형 시간이 짧다. 그러한 조성물은 예컨대, BlendurRI(베이어사 제조)로서 상업적으로 구입가능하다.
중요하게는, 폴리에폭시드 및 폴리이소시아네이트를 포함하는 조성물은 성분(c)로서 옥사졸리디논 및 이소시아누레이트 고리의 형성을 촉진하는 촉매를 더 함유한다.
적당한 촉매는 예컨대, 삼차 아민 및 이미다졸이다.
바람직한 삼차 아민은 테트라메틸에틸렌 디아민, 디메틸옥틸아민, 디메틸아미노 에탄올, 디메틸벤질아민, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, N,N'-테트라메틸디아미노디페닐 메탄, N,N'-디메틸피페라진, N-메틸모르폴린, N-메틸피페리딘, N-에틸피롤리딘, 1,4-디아자비시클로-(2,2,2)-옥탄 및 퀴놀린을 들 수 있다.
바람직한 이미다졸은 1-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 1,2,4,5-테트라메틸이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸 및 1-(4,6-디아미노-s-트리아지닐-2-에틸)-2-페닐이미다졸을 들 수 있다.
수지에서, 성분(a)에 따른 폴리에폭시드 및 폴리이소시아네이트는 바람직하게는 에폭시기 대 이소시아네이트기의 비가 1:1 내지 1:5, 특히 1.0:1.5 내지 1.0:4.0인 양으로 사용된다.
촉매(c)의 양은 성분(a) 100중량부 당 유리하게는, 0.01중량부 내지 5.0중량부, 바람직하게는 0.25중량부 내지 2.5중량부이다.
충전제는 높은 강도 및 내충격성을 제공할 뿐만 아니라 경제적 이유로서도 중요하다. 본 발명의 범위 내에서, 특별히 처리된 충전제가 매우 필요하다. 충전제를 단순히 건조시키는 것은 충분하지 않다.
실란-처리된 충전제는 열가소성 수지를 위한 강화 첨가제로서 예컨대, 미국 특허 제4,357,271호에 개시되어 있다. 미국 특허 제5,932,625호에는 실란 커플링제로 표면 처리된 무기 충전제가 아크릴레이트를 기초로 한 광경화성 수지에 혼입될 수 있다고 개시되어 있다.
원자화된 충전제의 제조 방법은 예컨대, "Handbook of Fillers for Plastics", page 248, ISBN 0-442-26024-5에 개시되어 있다. 특히 금속 충전제에 유용한 상기 방법에 따르면, 충전제가 고속 공기에 의해 작은 구형 입자로 분해("원자화")된다. 이어, 이러한 입자는 소정의 분말도가 얻어질 때까지 볼 밀에서 더 분쇄시킨다. 이렇게 함으로써 에폭시-이소시아네이트 혼합물과 반응하지 않는 표면을 형성하게 되기 때문에 기포 및 거품 문제를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에서 성분(b)로서 사용될 수 있는 적당한 충전제는 분말 형태, 산화금속, 수산화물, 탄산염, 황산염, 실리케이트, 실리카, 탄소 및 유리와 같은 무기 충전제 뿐만 아니라 멜라민/포름알데히드 수지와 같은 유기 충전제를 들 수 있다.
그러한 충전제의 예는 산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미나, 이산화티탄, 돌로마이트, 초크, CaCO3, 중정석, 깁스, 활석, 운모, 카올린, 규회석, 벤토나이트, 에어로실(aerosils), 석영, 석영 분말, 융화된 실리카, 유리 분말, 유리 비드, 목재 분말, 카본 블랙 및 알루미늄, 청동, 구리, 철, 강철, 납 및 아연의 분말을 들 수 있다.
바람직한 충전제는 금속 분말이다.
적당한 금속 충전제는 예컨대, 알루미늄, 구리, 철 및 강철이고; 알루미늄 분말이 특히 바람직하다. 원자화된 알루미늄 입자는 폴리에폭시-폴리이소시아네이트 혼합물과 양립할 수 있는 처리 표면을 제공하는데 매우 효과적이라고 알려졌다. 미처리된 알루미늄은 기포 및 거품 문제를 일으켜 보이드 및 비균일성을 형성하게 된다.
몇몇의 적당한 알루미늄 분말은 예컨대, Alu〈63/96%(Eckart), Alu 350TL(Pechiney), Alu 250TV(Pechiney), Alu 416(Alcan Toyo) 및 Alu 415N(Alcan Toyo)로서 상업적으로 구입가능하다.
양호한 보존 안정성이 요구되는 예비-충전 EPIC 시스템에서는 Alu 415N(Alcan Toyo)를 사용하는 것이 바람직하다.
충전제는 바람직하게는, 1 내지 75㎛, 특히 3 내지 40㎛의 평균 입경을 갖는다.
충전제를 실란으로 처리하는 것은 수지에 혼입되기 전에 개별적인 코팅 공정으로 실시되거나 또는 용매로서 중합체 매트릭스를 사용하여 합성 공정 중에 실시될 수 있다.
활성기를 함유하지 않는 실란은 일반적으로 매우 휘발성이며, 충전제 코팅은 보통 충전제를 증기에 노출시킴으로써 기체상에서 실시할 수 있다. 이것은 표면과의 반응을 최대로 높여주며, 자체 축합을 가장 낮춘다.
반면, 비닐 또는 아미노기와 같은 반응기를 갖는 실란은 덜 휘발성이며, 보통 어떤 종류의 용액 형태로 코팅된다.
본 발명에 따른 조성물에서, 충전제 처리에 사용되는 실란은 바람직하게는 하기 화학식(1)의 화합물이다:
상기식에서,
R은 2 내지 100개의 탄소 원자를 갖는 단일가 유기 기이고, 하나 이상의 탄소 원자는 O, S, N 또는 Si 원자로 치환될 수 있으며, Y1, Y2및 Y3은 각각 독립적으로 C1~C20알킬, C5~C20아릴, C6~C20아랄킬, C5~C12시클로알킬, C2~C20알콕시알킬 또는 C1~C20아실이다.
화학식(1)의 실란은 공지되어 있고, 공지된 방법에 따라 제조할 수도 있다. 이러한 실란 중 일부는 상업적으로 구입가능하다.
바람직한 실란은 2 내지 100개의 탄소 원자를 갖는 단일가 유기기로 정의된 R은 C1~C20알킬, C5~C20아릴, C6~C20아랄킬, C5~C12시클로알킬, C2~C20알콕시알킬, C2~C20알케닐, C4~C25아크릴옥시알킬, C4~C25메타크릴옥시알킬, C2~C20아미노알킬, C4~C25글리시딜옥시알킬, C7~C25에폭시시클로헥실알킬 또는 폴리실옥산의 기인 화학식(1)의 화합물이다.
R, Y1, Y2또는 Y3으로 정의된 알킬은 전형적으로 메틸, 에틸, 이소프로필, n-프로필, n-부틸, 이소부틸, 이차부틸, 삼차부틸 뿐만 아니라 다른 이성체 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실, 옥타데실, 노나데실 및 에이코실기를 들 수 있다.
R, Y1, Y2또는 Y3으로 정의된 아릴은 바람직하게는 6 내지 10개의 탄소 원자를 함유하며, 예컨대 펜틸, 펜탈리닐, 인데닐, 나프틸, 아줄리닐 및 안트릴을 들 수 있다.
R, Y1, Y2또는 Y3으로 정의된 아랄킬은 바람직하게는 7 내지 12개의 탄소 원자, 특히 바람직하게는 7 내지 10개의 탄소 원자를 함유하며, 예컨대 벤질, 펜에틸, 3-페닐프로필, α-메틸벤질, 4-페닐부틸 및 α,α-디메틸벤질을 들 수 있다.
R, Y1, Y2또는 Y3으로 정의된 시클로알킬은 바람직하게는 C5~C8시클로알킬, 특히 바람직하게는 C5시클로알킬 또는 C6시클로알킬이다. 다른 예는 시클로프로필, 디메틸시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 및 시클로옥틸이다.
R, Y1, Y2또는 Y3으로 정의된 알콕시알킬의 전형적인 예는 2-메톡시에틸, 2-에톡시에틸, 2-메톡시프로필, 3-메톡시프로필, 2-에톡시프로필 및 3-에톡시프로필이다.
R로 정의된 알케닐은 전형적으로 프로페닐, 이소프로페닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 이소부테닐, n-펜타-2,4-디에닐, 3-메틸-부트-2-에틸, n-옥트-2-에틸, n-도데크-2-에닐, 이소도데세닐, n-옥타데크-2-에닐 및 n-옥타데크-4-에닐을 들 수 있다.
아크릴옥시알킬 및 메타크릴옥시알킬의 전형적인 예는 2-아크릴옥시에틸, 2-메타크릴옥시에틸, 3-아크릴옥시프로필 및 3-메타크릴옥시프로필이다.
적당한 아미노알킬기는 예컨대, 2-아미노에틸, 3-아미노프로필, 3-아미노부틸 및 4-아미노부틸이다.
적당한 글리시딜옥시알킬기는 예컨대, 2-글리시딜에틸, 3-글리시딜프로필, 3-글리시딜부틸 및 4-글리시딜부틸이다.
에폭시시클로헥실알킬은 바람직하게는 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸이다.
화학식(1)에서 R은 바람직하게는 메틸, 에틸, n-옥틸, 비닐, 3-머르캅토프로필, 3-아미노프로필, 3-글리시딜옥시프로필, 3-아크릴옥시프로필, 3-메타크릴옥시프로필, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸, N-(β-아미노에틸)-3-아미노프로필, 3-우레이도프로필, 3-이소시아네이토프로필, H2N-CH2CH2NH-CH2CH2NH-CH2CH2CH2-, (CH3O)3Si-CH2CH2CH2NH-CH2CH2CH2- 또는 하기 화학식의 기이다.
특히 바람직하게는 R이 메틸, 비닐, 3-머르캅토프로필 또는 3-아미노프로필인 화학식(1)의 실란이다.
화학식(1)에서 Y1, Y2및 Y3은 바람직하게는 메틸, 에틸, 아세틸 또는 2-메톡시에틸이다.
화학식(1)의 실란의 적당한 예는 옥틸트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 트리스[3-(트리메톡시실릴)프로필]이소시아누레이트, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐-트리스(2-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란, γ-머르캅토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3, 비스[γ-트리메톡시실릴)프로필]아민, 유기적으로 개질된 하기 화학식의 폴리디메틸실옥산
상기에서, R 및 R'은 알킬 또는 아릴, γ-우레이도프로필트리메톡시실란, γ-이소시아네이토프로필트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-트리에톡시실릴프로필 숙신산 무수물, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, 비닐트리아세톡시실란, 3-머르캅토프로필트리메톡시실란, 3-글리시딜옥시프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란 및 3-(2-아미노에틸아미노)프로필메틸디메톡시실란이다.
본 발명에 따른 조성물에서, 처리된 충전제의 양은 유리하게는 성분(a)의 100중량부 당 30 내지 400중량부, 바람직하게는 50 내지 300중량부이다.
처리된 충전제는 EPIC 수지와 매우 잘 혼합하여 보이드 및 결함이 없는 균질한 혼합물을 형성한다. 이어, 이러한 혼합물은 발열하지 않으면서 저온에서 경화될 수 있다. 따라서, 중합체 네트워크 경화 공정에 요구되는 저온에 의해 탈주형 시간 동안 빠르고 완전하게 제거할 수 있는 장점을 제공하는 확장된 폴리스티렌 거품과 같은 열가소성 물질로 구성된 저비용의 출발 주형을 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 하기의 단계를 포함하는 수지 주형의 제조 방법이다:
(a) 중간 형태의 특대 모델-공동을 폴리스티렌 거품으로 성형하는 단계;
(b) 이러한 공동을 폴리우레아 겔코트 또는 PS 거품을 공급하지 않는 다른 용매 유리 코트로 고팅하는 단계;
(c) 대기 온도에서 경화시키고, 경화된 필름상에 왁스 이형제를 도포하는 단계;
(d) 보호되는 공동에 EPIC 수지 및 처리된 충전제를 함유하는 조성물을 장입하는 단계;
(e) 대기 온도에서 경화시키는 단계; 및
(f) 캐스트 수지 조각을 탈주형하고, 더욱 높은 온도에서 전체적으로 가교된 상태로 경화시키는 단계.
상기 방법에 의해 수득한 경화 생성물은 낮은 취성과 함께 높은 내열성, 내약품성 및 기계적 강도를 나타내며, 직접 주조될 수 있다.
이러한 물성은 경화된 수지를 CAD(Computer Aided Design) 제어 하에 기계 처리함으로써 연속적인 작업 플로우로 수지 주형을 제조할 수 있게 한다.
CAD 기계 처리 공정은 일반적으로 충전된 수지가 적은 보이드 및 다른 결함을 가질 것을 요구한다. 또한, CAD 기계 처리 그 자체는 최종 수지 주형의 유용한 수명에 한계를 가하는 결함을 유발시켜서는 않된다.
또한 기계 처리된 수지 주형 그 자체는 분열되지 않으면서 고압 반복 주기를 잘 견뎌야 하고, 중합체 또는 금속 시팅(sheeting) 물질로 쉽게 탈주형되어야 한다.
본 발명에 따른 충전된 수지는 CAD 기계 처리 환경 하에서 예외 없이 양호하게 실시됨으로써 반복적인 주형 작용에 요구되는 높은 분리능(resolution)을 갖는 주형을 제조한다.
따라서, 본 발명은 (g) 경화된 캐스트를 CAD 기계 처리하여 최종 주형을 제조하는 단계를 더 포함하는, 상술한 수지 주형의 제조 방법에 관한 것이다.
이전에는, 저비용의 일회용 출발 주형을 사용하여 고성능 플라스틱 주형을 제조할 수 없었다. 알루미늄은 주형을 제조하는데 사용되어 왔으나, 〉600℃을 견뎌야 하는 출발 주형을 제조하는 것과 관련하여 여러 가지 단점 및 고비용의 문제를 가지고 있었다.
본 발명에 따른 방법은 값싸고 쉽게 가공될 수 있는 폴리스티렌을 사용할 수 있게 한다.
특허 청구된 방법의 단계 (a)에서 제조되는 중간 형태의 일회용 주형은 마스터 모델을 함유하거나 함유하지 않을 수 있다.
마스터 모델이 적용되는 경우, 경화된 캐스트를 CAD 기계 처리하는 단계가 필요하지 않다.
단계 (c) 이전에, 마스터 모델을 함유하거나 함유하지 않는 일회용 주형은 이형제로 코팅된다.
본 발명에 따른 수지 혼합물을 사용하면, 특히 단계 (b)에서 경화된 폴리우레탄 겔-코트가 경화 EPIC 주형 수지와 반응하지 않는 매우 효과적인 보호제로서 작용한다는 것이 밝혀졌다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 수득되는 주형에 관한 것이다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
1.1 캐스팅 혼합물의 제조
25kg의 캐스팅 수지 C305[원자화된 알루미늄 415N(ALCAN TOYO사 제조)와 함께 장입된, 비스페놀 A 디글리시딜에테르 및 디이소시아네이토디페닐메탄을 기초로 한 EPIC 수지]을 30℃로 가열하고, 전기적으로 교반하면서 0.275kg의 촉매 D973(삼차 아민)와 함께 혼합하였다. 이어, 균질한 혼합물을 캐스팅 하였다.
또한, 장입하지 않은 EPIC S 301을 고속 또는 유성 혼합기에 넣고, 건조제(분자 체) 및 알루미늄 분말을 첨가한 후, 혼합물을 40℃가 될 때 까지 교반하였다(교반 분말로 자체적으로 가열시킴). 이어, D 970 촉매를 첨가하였다. 이어, 균질한 혼합물을 캐스팅 하였다.
1.2 임시 주형-공동의 제조
EPS(확장된 폴리스티렌) 거품(밀도 0.01~0.05g/㎤)의 조각을 특대 공동에서 성형 하였다. 공동을 용매 요곡성 폴리우레아 겔코트(Ureol 6118 A/B 또는 Ureol 6435 A/B)로 보호하고, 대기 온도에서 경화시켰다. 건조 보호막(1~2mm 두께)상에서 왁스 이형제(QZ 5111 또는 QV 5110)을 도포하였다.
1.3 충전된 EPIC 캐스트의 형성
제조된 수지 혼합물을 우레탄 코팅되고 왁스가 제거된 공동에 넣고, 대기 온도에서 밤새 경화시켰다. 예비 경화된 캐스트 조각을 탈주형한 후, 40 내지 60℃의 오븐에 넣고 하기 조건하에서 충분히 경화시켰다:
2시간/80℃; 2시간/120℃; 2시간/160℃; 4시간/200℃.
이어, 전체 크기의 캐스트 조각을 최종 모델 디자인 하기 위해 필요한 CAD 제어 하에 기계처리 하였다.
어떠한 보이드 없이 400mm(캐스팅층)의 우수한 분리능이 얻어졌다.
실시예 2
주형에 추가적인 금속 스프레이(Zn 합금, 3mm 두께)를 도포하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하였다.
실시예 3 및 4
충전제 없는 EPIC 수지(실시예 3) 및 미처리된 알루미늄 입자(실시예 4)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하였다.
실시예 1 내지 4에서 제조된 주형 및 다른 종류의 중합체를 이용하여 사출성형 처리한 결과를 표 1에 요약하였다.
표 1
사출성형 중합체 형태
A: 폴리프로필렌 PP 낮은 mpt: Hostalen PPW 1780S2A
B: PP+30% 유리섬유(PPG30): Hostalen PPW 1780 S2A + Hostacom G2UO2
C: 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 ABS: Terluran 958, I, 낮은 mpt
D: 폴리아미드 66: PA 66 Ultramid A3K, 높은 mpt
E: 폴리아미드 66+30% 유리섬유 PPGF30
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 처리된 알루미늄을 장입한 주형은 탈주형을 돕기 위해 추가의 금속 표면 처리를 필요로 하지 않아도 매우 효과적으로 작용한다.
본 발명에 따른 조성물은 사출성형, 압축 성형, 진공 성형, 고압 성형 또는 거품 성형과 같은 다양한 성형 방법에 사용될 수 있는 고성능 수지 주형을 제조하는데 적당하다.

Claims (13)

  1. 하기의 물질을 포함하는 조성물:
    (a) 폴리에폭시드 및 폴리이소시아네이트를 함유하는 수지; 및
    (b) 실란-처리된 충전제 또는 원자화된 충전제와 같은 처리된 충전제.
  2. 제 1항에 있어서, 성분(a)로서 폴리에폭시드가 디글리시딜에테르 또는 디글리시딜에스테르인 수지를 함유하는 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 성분(a)로서 폴리에폭시드가 비스페놀 A 또는 비스페놀 F의 디글리시딜에테르인 수지를 함유하는 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 성분(a)로서 폴리이소시아네이트가 디이소시아네이트인 수지를 함유하는 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 성분(a)로서 폴리이소시아네이트가 화학식 OCN-X-NCO의 디이소시아네이트인 수지를 함유하고, 상기에서 X가 이가 방향족, 시클로지방족 또는 지방족-시클로지방족 기인 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 성분(a)로서 폴리이소시아네이트가 페닐렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 비페닐디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 2,2-비스(4-이소시아네이토페닐)프로판 또는 디페닐메탄 디이소시아네이트인 수지를 함유하는 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 충전제가 금속 분말인 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 충전제가 원자화된 알루미늄 분말인 조성물.
  9. 제 1항에 있어서, 충전체 처리제로 사용되는 실란이 하기 화학식 (1)의 화합물인 조성물;
    (1)
    상기식에서,
    R은 2 내지 100개의 탄소 원자를 갖는 단일가 유기 기이고, 하나 이상의 탄소 원자가 O, S, N 또는 Si 원자로 치환될 수 있으며, Y1, Y2및 Y3가 각각 독립적으로 C1~C20알킬, C5~C20아릴, C6~C20아랄킬, C5~C12시클로알킬, C2~C20알콕시알킬 또는 C1~C20아실임.
  10. 하기의 단계를 포함하는 수지 주형의 제조 방법:
    (a) 중간 형태의 특대 모델-공동을 폴리스티렌 거품으로 성형하는 단계;
    (b) 이러한 공동을 폴리우레아 겔코트 또는 PS 거품을 공급하지 않는 다른 용매 유리 코트로 고팅하는 단계;
    (c) 대기 온도에서 경화시키고, 경화된 필름상에 왁스 이형제를 도포하는 단계;
    (d) 보호되는 공동에 제 1항에 따른 조성물을 함유하는 조성물을 장입하는 단계;
    (e) 대기 온도에서 경화시키는 단계; 및
    (f) 캐스트 수지 조각을 탈주형하고, 더욱 높은 온도에서 전체적으로 가교된 상태로 경화시키는 단계.
  11. 제 10항에 있어서, 단계(g)로서 경화된 캐스트를 최종 주형으로 CAD 기계처리하는 더 포함하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 일회용 주형이 마스터 모델을 함유하는 방법.
  13. 제 10항에 따른 방법에 의해 수득한 주형.
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