KR20020056061A - 저압성형 열경화성 수지조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저압성형 열경화성 수지조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수지의 증점(Thickening)을 위해 종래의 수지조성에서 증점제 및 저수축제 대신 결정성 포화 폴리에스테르를 포함시키거나, 또는 종래의 수지조성에 결정성 포화 폴리에스테르 수지 또는 결정성 불포화 폴리에스테르 수지를 추가적으로 포함시킨 저압성형 열경화성 수지조성물에 관한 것이다. 따라서, 이러한 본 발명에 따른 수지조성물은 20㎏f/㎠이하의 성형압력에서도 제품의 유동성이 양호하여 가공성이 우수할 뿐만 아니라, 원재료가 플라스틱 수지로서 저장안정성 및 경량화는 물론 플라스틱이 가지는 뛰어난 내부식성, 그리고 내충격성 및 내덴트(Dent)성이 우수하여 부품일체화에 따른 원가절감 효과도 기대할 수 있다.

Description

저압성형 열경화성 수지조성물{Low pressure moldable thermosetting compound}
본 발명은 저압성형 열경화성 수지조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수지의 증점(Thickening)을 위해 종래의 수지조성에서 증점제 및 저수축제 대신 결정성 포화 폴리에스테르를 포함시키거나, 또는 종래의 수지조성에 결정성 포화 폴리에스테르 수지 또는 결정성 불포화 폴리에스테르 수지를 추가적으로 포함시킨 저압성형 열경화성 수지조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 열경화성 수지는 가공공법에 따라 HLU(Handy Layup), RTM(Resin Transfer Molding), RIM(Reaction Injection Molding) 및 SMC(Sheet Molding Compound) 등으로 구분할 수 있다. 여기서, SMC란 액상수지의 기재(Matrix)에 저수축제, 충전제, 증점제, 경화제, 안료 등의 첨가제를 혼합한 수지배합물에 보강섬유를 함침시켜 두께 1 ∼ 5mm, 폭 0.3 ∼ 1.5mm의 시트(Sheet) 형태로 가공한 반경화상태의 열경화성 중간 성형재료를 말한다. 이러한 SMC는 내열성 및 기계적 물성이 우수하기 때문에 금속제품을 대체하는 재료로 많이 이용하는데, 특히 자동차의 외판으로 사용하는 경우에는 표면품질과 체적안정성을 만족시키기 위해 일반적으로 별도의 저수축제를 첨가하게 된다. 저수축제는 수지 조성물의 수축율을 감소시킴과 동시에 표면에서의 평활도(smoothness)를 향상시켜 성형품의 표면을 경면(mirror-like surface)과 유사하게 해 주는 역할을 한다. 그런데, 이러한 SMC의 제조공정은 상하 양쪽의 담체 필름(Carrier film)위에 수지배합물을 나이프(Doctor blade)를 이용하여 일정 두께로 코팅시키고 그 사이에 보강제인 유리섬유를 로타리 차퍼(rotary chopper)로 일정 길이로 절단하여 투입한 후, 압축 로울러(Compaction roller)를 통과시키면서 압착시켜 SMC 시트(Sheet)를 제조한다. 이때, 초기 상태의 SMC 시트는 충분히 높은 점도를 갖지 않아 작업성이 좋지 않으므로 40 내지 50℃에서 약 3일간 숙성시켜 작업성이 좋은 최종 제품을 얻을 수 있게 된다.
그런데, 이렇게 제조된 SMC 시트는 미약하지만 상온에서도 경화반응이 지속적으로 일어나 최적 성형조건에 적합한 최대 저장기간이 보통 90일로 단기간이라는 문제점이 있으며, 또한 자동차 차체 외판으로 사용하는 경우 제품 크기가 비교적 크기 때문에 이런 SMC 재료의 성형 요구압력이 80 내지 120㎏f/㎠ 정도로 1,000톤 이상의 프레스를 필요로 한다는 문제점이 있어 이에 대한 해결의 필요성이 절실히 대두되고 있는 실정이었다.
이에, 본 발명의 별명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 종래의 수지조성에서 증점제 및 저수축제 대신 결정성 포화 폴리에스테르를 포함시키거나 또는 종래의 수지조성에 결정성 포화 폴리에스테르 수지 또는 결정성 불포화 폴리에스테르 수지를 추가적으로 포함시킴으로써 저압성형시에도 물성이 우수한 열경화성 수지를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 결정성 포화 폴리에스테르 수지 또는 결정성 불포화 폴리에스테르 수지를 0.5 내지 15 중량%(w/w) 포함하는 저압성형 열경화성 수지조성물을 제공하는 데 있다.
이하, 본 발명의 열경화성 수지조성물에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
우선, 본 발명은 결정성 포화 폴리에스테르 수지 또는 결정성 불포화 폴리에스테르 수지 0.5 내지 15 중량%(w/w)를 포함하는 저압성형 열경화성 수지조성물에 관한 것이다. 이러한 결정성 포화 폴리에스테르 수지 및 결정성 불포화 폴리에스테르 수지는 본 발명의 수지조성물내에서 자체 구조내에 결정고체영역이 존재하기 때문에 물리적 가교점(Physical crosslinking point) 역할을 하고, 따라서, 증점제(Thickening agent)로서 사용할 수 있는 것이다. 특히, 이들중에서 결정성 포화 폴리에스테르 수지는 증점제 및 저수축제 역할을 동시에 할 수 있는 성분이기 때문에 별도의 증점제나 저수축제를 첨가하지 않고도 본 발명의 목적인 저압에서도 성형이 가능한 수지조성물을 제조할 수 있다. 따라서, 증점제로서 결정성 포화폴리에스테르 수지를 사용하는 경우, 본 발명에 따른 열경화성 수지조성물은 기재 5 내지 30 중량%(w/w), 보강제 15 내지 45중량%(w/w), 충전제 30 내지 60중량%(w/w), 모노머 0.5 내지 35중량%(w/w), 개시제 0.01 내지 2중량%(w/w) 및 이형제 0.1 내지 5 중량%(w/w)를 포함한다. 여기서, 기재는 불포화 폴리에스테르 계통의 수지를 사용하며, 이러한 불포화 폴리에스테르 계통의 수지는 이소(iso)계 수지, 오르토(ortho)계 수지, 테레(tere)계 수지, 변성비스페놀(bis-phenol)계 수지, 비스페놀계 수지 또는 비닐에스테르계 수지 중에서 선택된 1종 이상을 5 내지 30 중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 10 내지 20 중량%(w/w)를 사용한다. 또한, 보강제로는 0.64mm 내지 5.08mm의 유리섬유를 15 내지 45중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 20 내지 35중량%(w/w)를 사용한다. 그리고, 충전제는 탄산칼슘(CaCO3), 탈크, 점토(clay), 또는 마이카(mica)를 30 내지 60 중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 40 내지 50 중량%(w/w)를 사용한다. 모노머는 스티렌(styrene), 메타크릴레이트(methacrylate), 디비닐벤젠(divinyl benzene(DVB)), α-메틸스티렌(methyl styrene), 비닐 아세테이트(vinyl acetate) 또는 아크릴레이트(acrylate)를 0.5 내지 35 중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 2 내지 25 중량%(w/w)를 선택 사용한다. 개시제는 퍼옥시에스터(peroxy ester), 디알킬퍼옥사이드(dialkyl peroxide), 알킬아릴퍼옥사이드(alkyl aryl peroxide), 디아릴퍼옥사이드(diaryl peroxide), 퍼옥시 케탈(peroxy ketal), 케톤 퍼옥사이드(ketone peroxide) 또는 아조 화합물(azo compound)을 0.01 내지 2중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%(w/w)를 선택사용한다. 마지막으로, 이형제는 아연스테아레이트(Zinc stearate) 또는 칼슘스테아레이트(Calcium stearate)를 0.1 내지 5 중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%(w/w)를 사용한다.
또한, 결정성 불포화 폴리에스테르 수지는 저수축제 역할은 없고 단순히 증점제 역할만 있기 때문에 이를 이용하는 경우 본 발명에 따른 수지조성물은 추가적으로 저수축제 1 내지 20 중량%(w/w)를 포함시킬 필요가 있다. 이때, 저수축제(Low profile agent)로는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌(PS) 또는 폴리스티렌계 공중합체를 1 내지 20 중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 2.5 내지 10 중량%(w/w)를 사용한다.
이밖에도, 본 발명에 따른 수지조성물은 추가적으로 안료, 열안정제, UV안정제 및 중합반응억제제 중에서 선택된 첨가제 0.01 내지 5 중량%(w/w), 더욱 바람직하게는 0.05 내지 2 중량%(w/w)를 포함할 수 있다.
이상에서와 같은 조성 및 함량을 이용하여 통상의 SMC 제조방법으로 제조된 저압성형 열경화성 플라스틱 복합재료는 주로 승용차의 후드, 도어, 루프(Roof), 트렁크 리드(Trunk Lid) 등의 동적 부위(Moving Part) 및 루프(Roof), 측외판넬(Side Outer Panel) 등 행거 부위(Hanger Part)에 사용될 수 있는데, 년간 약 100,000대 이하의 양산차종에 적합한 공법이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 본 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 예시이며, 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 5:
우선, 80℃ 이상의 양산용 SMC 배합기에 다음 표 1의 조성 및 함량으로 원료수지와 결정성 폴리에스테르 및 다른 첨가제를 혼합하여 용해시켰다. 즉, 불포화 폴리에스테르 수지로 OS-108 및 OS-980 (애경화학)을 혼합하여 사용하였으며, 보강제로서는 로빙(Roving) 형태의 유리섬유(RS4800-433, Owens-Corning Korea)를 2.54mm길이로 잘라 사용하였고 무기충전제로서 CaCO3(Omyacar 1T, Omya社)를 사용하였다. 그런 다음, 용해된 수지배합물을 통상의 SMC 제조방법에 따라 상하 양쪽의 담체 필름(Carrier film)위에 위치시키고 나이프(Doctor blade)를 이용하여 일정 두께로 코팅시키고, 그 사이에 보강제인 유리섬유를 로타리 차퍼(rotary chopper)로 일정 길이로 절단하여 투입한 후, 압축 로울러(Compaction roller)를 통과시키면서 압착시켜 약 500Kg의 SMC 시트(Sheet) 상태의 시편을 제조하였다. 배합 후 별도의 숙성시간없이 바로 증점이 일어나지만 3일 후 500 톤의 프레스(Press)를 이용하여 평판형태의 성형품을 제작하였다. 최종 성형물의 두께는 2.5mm이었다. 그리고, 역시 다음 표 1에 정리된 방법을 이용하여 각각 비중, 인장강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 표면품질 및 유동성을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 요약하여 나타내었다.
비교예 1 ∼ 3:
실험실용 일반 SMC 배합기를 사용하여 다음 표 1에 나타낸 조성 및 함량을 이용하여 약 100Kg의 시트(sheet) 상태의 시료를 제조하였다. 즉, 불포화 폴리에스테르 수지로 OS-108(애경화학)을 사용하였으며, 보강제로서 2.54mm길이의 유리섬유를 사용하였고, 무기충전제로서 CaCO3를 사용하였다. 또한, 저수축제로서는 폴리비닐아세테이트 형태의 LPV-40(애경화학)을 사용하였다. 아울러 500톤의 프레스(Press)를 이용하여 두께 2.5mm 평판형태의 성형품을 얻었다. 45℃에서 3일간 증점시킨 후 원료수지의 유동성을 측정하였다. 그리고, 표 1에 나타낸 방법을 이용하여 각각 비중, 인장강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 표면품질, 유동성을 측정하여 그 결과를 요약하여 표 1에 함께 나타내었다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 저압성형 열경화성 수지조성물에 관한 것이다. 따라서, 이러한 본 발명에 따른 수지조성물은 20㎏f/㎠이하의성형압력에서도 제품의 유동성이 양호하여 가공성이 우수할 뿐만 아니라, 원재료가 플라스틱 수지로서 저장안정성 및 경량화는 물론 플라스틱이 가지는 뛰어난 내부식성, 그리고 내충격성 및 내덴트(Dent)성이 우수하여 부품일체화에 따른 원가절감 효과도 기대할 수 있다.

Claims (6)

  1. 결정성 포화 폴리에스테르 수지 또는 결정성 불포화 폴리에스테르 수지를 0.5 내지 15 중량%(w/w) 포함하는 저압성형 열경화성 수지조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수지조성물은 기재 5 내지 30 중량%(w/w), 보강제 15 내지 45중량%(w/w), 충전제 30 내지 60중량%(w/w), 모노머 0.5 내지 35중량%(w/w), 개시제 0.01 내지 2중량%(w/w) 및 이형제 0.1 내지 5 중량%(w/w)를 포함하는 저압성형 열경화성 수지조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기재는 이소(iso)계 수지, 오르토(ortho)계 수지, 테레(tere)계 수지, 변성비스페놀(bis-phenol)계 수지, 비스페놀계 수지 또는 비닐에스테르계 수지 중에서 선택된 1종 이상의 불포화 폴리에스테르 계통의 수지이며, 보강제는 0.64mm 내지 5.08mm의 유리섬유이고, 충전제는 탄산칼슘(CaCO3), 탈크, 점토(clay) 및 마이카(mica) 중에서 선택된 1종 이상이고, 모노머는 스티렌(styrene), 메타크릴레이트(methacrylate), 디비닐벤젠(divinyl benzene(DVB)), α-메틸스티렌(methyl styrene), 비닐 아세테이트(vinyl acetate)및 아크릴레이트(acrylate) 중에서 선택된 1종이상이며, 개시제는 퍼옥시에스터(peroxy ester), 디알킬퍼옥사이드(dialkyl peroxide), 알킬아릴퍼옥사이드(alkyl aryl peroxide), 디아릴퍼옥사이드(diaryl peroxide), 퍼옥시 케탈(peroxy ketal), 케톤 퍼옥사이드(ketone peroxide) 및 아조 화합물(azo compound) 중에서 선택된 1종 이상이며, 이형제는 아연스테아레이트(Zinc stearate) 또는 칼슘스테아레이트(Calcium stearate)인 것을 특징으로 하는 저압성형 열경화성 수지조성물.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 수지조성물은 추가적으로 저수축제 1 내지 20 중량%(w/w)를 포함하는 저압성형 열경화성 수지조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 저수축제는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌(PS) 및 폴리스티렌계 공중합체 중에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 저압성형 열경화성 수지조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지조성물은 추가적으로 안료, 열안정제, UV안정제 및 중합반응억제제 중에서 선택된 첨가제 0.01 내지5 중량%(w/w)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압성형 열경화성 수지조성물.
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