KR20020089321A - 기판과, 압출된 고밀도 폴리에틸렌 층의 적층체 - Google Patents

기판과, 압출된 고밀도 폴리에틸렌 층의 적층체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소정의 특성들을 가지는 고밀도 폴리에틸렌 층과 탄성중합체 기판(18)의 적층체에 관한 것이다. 양호한 고밀도 폴리에틸렌은 0.940 내지 1.000g/cm3의 밀도를 가지며, 190℃와 2.160Kg 부하 및 298.2kPa의 조건하에서 10분당 10g 미만의 용융 지수를 가지고, 190℃와 21.6kg 부하 및 2,982.2 kPa 압력의 조건하에서, 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 가진다. 적층체(12)는 자동차 밀봉체에 사용하는 것이 특히 적합하다.

Description

기판과, 압출된 고밀도 폴리에틸렌 층의 적층체{Laminate of a substrate and an extruded high density polyethylene layer}
자동차 산업은 다수의 자동차 분야들을 위하여 탄성중합체, 열가소성 및 열가소성 탄성중합체 재료들과 이런 재료들의 조합들을 사용한다. 각 유형의 재료들은 상이한 물리적 특성들과, 특정 용도들에 대한 특정 장점들을 갖는다.
합성 및 천연 고무 같은 탄성중합체 재료들과, 열가소성 탄성중합체 재료들은 밀봉체, 유리 주행 채널 및 다른 목적들을 위해 자동차 제조에 일반적으로 사용된다. 이들 재료들은 밀봉 목적을 위해 유용한 물리적 특성을 가지고 있다. 그러나, 이들 재료들은 상대적으로 높은 마찰 계수들을 가지며, 일부 경우에, 상대적으로 열악한 외관을 가지는 표면을 제공하고, 착색이 곤란하다. 예로서, 이들 탄성중합체 재료들이 자동차 유리 주행 채널에 사용될 때, 채널에 대하여 관련 유리 패널이 용이하게 미끄러질 수 있도록 하고, 탄성중합체 표면에 과도한 마모가 발생하지 않도록 마찰 계수를 감소시키기 위한 설비들이 제공되어야만 한다. 이를 달성하기위한 한가지 방법은 낮은 마찰 계수를 가지면서 내마모성인 표면을 제공하기 위해 탄성중합체 또는 열가소성 탄성중합체상에 코팅을 제공하는 것이다. 통상적으로, 이런 표면을 제공하기 위해 플로킹(flocking)이 사용된다. 최근에, 폴리에틸렌 폴리머들 같은 다양한 종류의 중합체 코팅들이 코팅들 또는 층들로서 사용되어오고 있다.
탄성중합체 재료상으로 폴리에틸렌 재료를 코팅 또는 적층시키기 위한 노력이 이루어져오고 있음에도 불구하고, 이 노력들은 완전히 만족스럽지는 못하다. 예로서, 저 및 중 밀도 폴리에틸렌 폴리머들은 비교적 낮은 융점을 특징으로 한다. 저융점은 재료가 쉽게 압출될 수 있게 하지만, 그 용도는 폴리에틸렌 재료가 상승된 온도를 격지 않는 응용 분야들에 한정된다. 따라서, 이런 재료들이 원료 고무에 적용되는 경우에, 추후 고무를 경화시키기 위해 수반되는 처리 온도는 이 저융점 폴리에틸렌 폴리머들이 유체가 되게 하고, 양호한 적용 위치 외측으로 유동하게 만든다. 초고분자량 폴리에틸렌 폴리머라 공지된 폴리에틸렌 폴리머의 부류는 쉽게 용융되지 않고, 예로서, 유리 주행 채널에 공지 및 사용되고 있다. 그러나, 초고분자량 폴리머들은 고가이며, 가공이 어렵다. 예로서, 이들 폴리머들은 그들이 쉽게 용융되지 않기 때문에, 종래의 압출기에서 압출될 수 없으므로, 테이프 형상으로 예비 가공된다. 또한, 이들은 고무 재료에 잘 접합되지 않는다.
상술한 바와 같이, 고무 같은 탄성중합체 재료들상에 코팅 및 적층하기 위해 폴리에틸렌 재료를 사용하기 위한 노력들이 이루어져 왔다. 예로서, 1990년 4월 3일자로 브룩스 등에게 허여된 미국 특허 제 4,913,976호는 내마모성 열가소성 및내후성 고무의 적층체를 형성하기 위한 프로세스가 개시되어 있다. 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌일 수 있는 열가소성 층은 용융되지 않으며, 가열된 고무와 접촉하도록 이를 배치시키는 크로스헤드 다이를 통한 압출에 의해 분위기 또는 따뜻한 온도에서 가공된다. 고무와 접촉하는 열가소성 경계면을 용융시킴으로써, 고무에 대한 기계적 접합 또는 열가소성 융합이 달성된다.
1991년 4월 16일자로 길론에게 허여된 미국 특허 제 5,007,202호는 자동차 윈도우를 위한 안내 활주로를 개시하고 있다. 이 활주로는 탄성 변형될 수 있는 토글 작용 링크절을 구성하도록 형성된다. 윈도우와 접촉하는 활주로는 활주를 용이하게 하기 위한 코팅을 구비하는 것이 적합하다. 코팅은 폴리 올레핀 또는 폴리테트라플루오로에틸렌을 활주로의 탄성중합체 또는 플라스토머와 함께 압출함으로써 얻어지는 것이 적합하다.
1991년 5월 14일자로 듀퍼이 등에게 허여된 미국 특허 제 5,014,464호는 가요성 보강 유리 주행 채널을 구비한 윈도우 창유리 밀봉 스트립을 개시하고 있다. 이 스트립은 동시압출된 저마찰면이 될 수 있는 저마찰 마감부를 포함한다.
1993년 2월 2일자로 에드워드에게 허여된 미국 특허 제 5,183,613호는 탄성중합체 기판을 위한 무용매, 저마찰, 내마모성 코팅 제조를 위한 프로세스를 개시하고 있다.
저마찰, 내마모성 폴리에틸렌 코팅을 고무상에 적용하기 위한 다양한 프로세스들이 공지되어 있지만, 이들 프로세스들에 대한 개선의 필요성이 남아있다. 예로서, 초고분자량 폴리에틸렌의 비교적 높은 비용과, 이런 유형의 폴리에틸렌의 처리동안 부딪히게 되는 난점들은 바람직하지 못하다. 기타, 보다 낮은 분자량의 폴리에틸렌 재료들은 용이하게 가공될 수 있지만, 높은 마찰 계수와, 낮은 내마모성을 가진다.
따라서, 본 발명에 따라, 상술한 난점들을 극복하는 폴리에틸렌 재료가 사용된다. 따라서, 특정 지정 범위내에서 부하 용융 지수를 가지는 고밀도 폴리에틸렌이 탄성중합체 또는 열가소성 탄성중합체 기판상에 압출되어 개선된 적층체를 제공한다. 본 발명의 적층체는 단순하고 경제적인 프로세스에 의해 제조될 수 있으며, 그 제품들은 유리 주행 채널, 벨트 웨더실(weather seal), 컬러 고무 분야 등 같은 자동차 밀봉체를 제조하기 위해 특히 적합하다. 이 프로세스는 경제적 재료를 사용하고, 코팅과 탄성중합체 또는 열가소성 탄성중합체 사이에 양호한 접합을 제공하며, 낮은 마찰 계수, 양호한 내마모성 및 외관과, 다른 양호한 물리적 특성들을 가지는 코팅 또는 층을 구비한 제품을 제공한다. 첨부 도면과 연계된 상세한 설명 및 청구범위로부터 본 발명을 추가로 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 탄성중합체 기판과, 선택된 범위이내의 용융 지수를 가지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 적층체에 관한 것이다. 본 발명의 양호한 실시예는 낮은 마찰 계수와, 높은 내마모성을 가지는, 자동차를 위한 밀봉체에 관한 것이다.
도 1은 유리 주행 채널과, 그 위에 설치되어 있는 본 발명의 벨트 웨더스트립의 양호한 실시예를 구비하는 자동차의 부분 파단 측면 사시도.
도 2는 자동차의 연계 구조가 제거되어 있는 도 1의 2-2선틀 따라 취한 단면도.
도 3은 자동차의 연계 구조가 제거된, 도 1의 3-3 선을 따라 취한 단면도.
도 4는 본 발명의 양호한 프로세스를 예시하는 개략도.
도 5는 본 발명의 대안적인 양호한 실시예를 예시하는 도 4와 유사한 개략도.
본 발명은 첫 번째 양태에서, 웨더스트립 밀봉체로서 사용하기에 적합한 적층 조립체를 제공한다. 이 적층 조립체는 탄성중합체 기판과, 소정 물리적 특성을 가지는 특정 유형의 폴리에틸렌을 포함하는 재료의 박층을 포함한다. 이 박층은 500미크론 미만의 두께를 가진다. 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 10g 미만의 용융지수를 나타낸다. 이 폴리에틸렌은 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가진다.
다른 양태에서, 본 발명은 웨더스트립 밀봉체로서 사용하도록 적용되는 적층 조립체를 제공하며, 이 조립체는 탄성중합체 기판과, 상기 기판의 적어도 일부상에 배치되어 그에 고정되어 있는 박층을 포함한다. 이 층은 500미크론 미만의 두께를 가지고, 폴리에틸렌을 포함한다. 이 폴리에틸렌은 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융지수를 나타낸다. 이 폴리에틸렌은 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가진다.
다른 양태에서, 본 발명은 (i) 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 폴리올레핀 및 열가소성 가황물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기판과, (ii) 상기 기판상에 배치된 고밀도 폴리에틸렌 폴리머층을 포함하는 적층체 제품을 제공한다. 상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 10g 미만의 용융 지수를 나타내고, 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 나타낸다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 기판과, 상기 기판위에 배치된 고밀도 폴리에틸렌층을 포함하는 유리 주행 채널을 제공한다. 상기 기판은 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 폴리올레핀 및 열가소성 가황물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 10g 미만의 용융 지수를 나타내고, 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 나타낸다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 폴리올레핀 및 열가소성 가황물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기판과, 고밀도 폴리에틸렌폴리머층을 포함하는 벨트 웨더스트립을 제공한다. 상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 10g 미만의 용융 지수를 나타낸다. 또한, 상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 나타낸다.
부가적으로, 본 발명은 기판과 소정 고밀도 폴리에틸렌을 동시 압출하는 단계를 포함하는 압출 적층체 제조 방법을 제공한다. 기판은 합성 고무, 천연 고무, 열가소성 올레핀 또는 열가소성 가황체일 수 있다. 폴리에틸렌은 상술한 바와 같은 특정 용융 지수를 가진다.
일반적으로, 본 발명은 지정된 용융 지수를 가지는 고밀도 폴리에틸렌의 압출된 층과, 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 탄성중합체로 구성되는 그룹으로부터선택된 기판의 적층체이다. 이 기판은 합성 고무, 열가소성 올레핀 및 열가소성 가황물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것이 적합하다. 폴리에틸렌의 용융 지수는 ASTM D-1238에 의해 결정되고, 190℃, 2.160kg의 총 부하 및 298.3kPa 압력의 조건하에서 10분당 10g 미만이며, 190℃, 21.60kg의 총 부하 및 2982.2kPa 압력의 조건하에서 10분당 5g를 넘는다. 이 적층체는 폴리에틸렌과 탄성중합체 기판을 동시 압출함으로써 제조되는 것이 적합하며, 그후, 탄성중합체가 고무인 경우에, 양호한 품질, 저마찰 계수를 가지는 표면 및 높은 내마모성을 가지면서, 유리 주행 채널, 벨트 웨더스트립 등으로서 사용하기 위한 양호한 외관을 가지도록 열로 고무를 경화시킨다.
이제, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 자동차가 도시되어 있으며, 참조 부호 10으로 표시되어 있다. 자동차(10)는 본 발명의 양호한 실시예의 적층체가 그 위에 설치되어 있다. 따라서, 차량(10)상에 설치된 것은 각각 유리 주행 채널(12)과, 내부 및 외부 벨트 웨더스트립(14 및 16)이다. 본 기술분야의 숙련자들은 내부 벨트 웨더스트립(14)이 도 1에 도시되어 있지 않다는 것을 알수 있을 것이다. 일반적으로 말하면, 유리 주행 채널(12)은 예로서, 에틸렌 프로필렌 디엔 테르폴리머(EPDM) 고무 재료로 구성된 탄성중합체 기판(18)을 구비한다. 유리 주행 채널(12)은 그 구성 재료를 제외하면 종래의 구조를 가질 수 있으며, 따라서, 통상적으로 종래의 U-형 채널의 형상으로 형성된다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 선택된 범위이내의 용융 지수를 가지는 고밀도 폴리에틸렌 재료의 층이 시트(20)를 형성하도록 그 웨브 부분내의 유리 주행 채널(12)의 기판(18)에 접합된다. 고밀도 폴리에틸렌 재료로 이루어진 다른 층들이 슬립 코팅(23)을 형성하기 위해 림(22)에 적용 및 접합된다. 폴리에틸렌 층들은 높은 내마모성 및 저마찰 표면으로서 기능하여 이 채널내에서의 창유리(25)의 비교적 자유로운 이동을 허용한다.
내부 및 외부 벨트 웨더스트립(14 및 16) 각각은 각각 탄성중합체 기판(24 및 26)과, 각각 고밀도 폴리에틸렌 층(28 및 30)을 포함하는 적층체이다. 층들(28 및 30)은 저 마찰계수 및 고 내마모성의 슬립 코트로서 기능하여 창유리(25)의 자유로운 이동을 허용하며, 또한, 층(30)은 양호한 외관을 제공하는 보여지는 부분(32)을 가진다. 본 기술 분야의 숙련자들은 내부 및 외부 벨트 웨더스트립(14 및 16)이 본 기술분야에서 통상적인 구조를 사용할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 이들 적층체들은 본 발명의 신규한 재료 조합으로 구성되며, 그 장점들 및 경제성들을 획득한다.
탄성중합체 기판들(18, 24, 26)은 천연 고무, 합성 고무 및 열가소성 탄성중합체 재료로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되어 있다. 고무는 EPDM이고, 열가소성 탄성중합체는 열가소성 올레핀 또는 열가소성 가황물인 것이 적합하다. 그러나, 대부분의 소정의 통상적인 고무 또는 열가소성 탄성중합체도 적절히 사용될 수 있다. 적절한 고무들의 예는 그 가용성과 비용으로 인해 적합한 EPDM 고무, 즉, 에틸렌 프로필렌 테르폴리머이며, 스티렌 부타디엔 고무 및 니트릴 고무 또는 아크릴로니트릴부타디엔 고무 같은 다른 부타디엔 기반 고무들과, 천연고무 및 합성 이소프렌 고무이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 열가소성 탄성중합체는 광범위한 탄성중합체들을 포함한다. 특히 여기에 사용하기에 적합한 것은 열가소성 올레핀 및 열가소성 가황물이다. 이들 재료는 상업적으로 입수할 수 있으며, 자동차 산업에 사용하는 것에 대해 널리 공지되어 있다. 이런 재료들은 이제 자동차 유리 주행 채널, 밀봉체 및 기타 목적들을 위해 사용된다. 그러나, 이들 재료는 그 마찰 계수를 저하시키고, 그 내마모성을 향상시키기 위해 층들 또는 코팅들이 필요하다. 이들 개선들은 열가소성 탄성중합체 재료들과 연계하여 본 발명에 사용되는 고밀도 폴리에틸렌 재료를 사용하는 것에 의해 얻어진다.
선택된 용융 지수를 가지면서, 본 발명에 사용하기에 적합한 고밀도 폴리에틸렌 재료들은 공지되어 있으며, 상업적으로 가용하지만, 그러나, 현재까지 본 발명에서처럼 사용하는 것에 대해 시도된 적이 없었다. 고밀도 폴리에틸렌 재료들은 블로우 성형 콤파운드 같은 다른 용도를 위해, 그리고 압출을 위해 공지된 폴리머들이다. 이들 폴리에틸렌은 대형 용기, 경량형 박판 및 우유병, 연료 탱크 벌크 용기 및 드럼들을 위해서 같이 높은 용융 강도를 필요로하는 응용 분야에 권장된다.
본 발명에 사용되는 고밀도 폴리 에틸렌 재료는 ASTM D-4883에 의해 결정될때, 약 0.900 내지 약 1.250g/cm3, 바람직하게는, 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가진다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌 재료는 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 ASTM D-1238에 의해 결정될 때 10분당 10g 미만의 용융 지수를 가지며, 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 가진다.
양호한 고밀도 폴리에틸렌 재료는 엑손 케미칼로부터 PAXON(R) BA 46-055 및PAXON(R) AA 60-003 미만 몰딩 수지 같이 PAXON(R)이란 상표명으로 상업적으로 입수할 수 있다. 적절한 고밀도 폴리에틸렌 콤파운드는 중간 분자량 또는 고분자량 범위일 수 있다. 여기서 사용되는 폴리에틸렌 폴리머들은 고 결정성, 고밀도, 고 및 중 분자량 분기 폴리머들이며, 양호한 용융 강도와 균일성, 양호한 내마모성, 낮은 마찰 계수, 양호한 냉간 유연성, 무응력 백화(no stress whitening), 높은 강성 및 충격 강도, 양호한 화학적 저항성 및 높은 응력 균열 내성을 가진다.
하기의 표 1 및 표 2는 이들 양호한 상업적으로 가용한 고밀도 폴리에틸렌 재료들의 다양한 특성들을 나열한다.
PAXON(R) AA 60-003 블로우 성형 수지
특성 ASTM 방법 최소값*
단위(영국) 단위(SI)
분류
유형 D-4976 IV
등급 D-4976 A
카테고리 D-4976 5
용융 지수, 190/2.16 D-1238 0.25g/10min 0.25g/10min
밀도 D-4883 60.2lbs/ft3 0.963g/cm3
기계적(특별히 언급되지 않는 경우에, 23℃ 50% 상대습도)
항복 인장 강도 D-638 4,400psi 30Mpa
파괴 인장 강도 D-638 2,100psi 15Mpa
항복시 신장 D-638 8.0% 8.0%
파괴시 신장 D-638 350% 350%
인장 탄성 계수 D-638 270,000psi 1,860Mpa
굽힘 탄성 계수1 D-790 215,000psi 1,480Mpa
굽힘 강성, 캔틸레버보 D-747 145,000psi 1,000Mpa
인장 충격 D-1822 100ft.lbs/in2 20jules/cm2
충격 취화 온도 D-746 <-105℉ <-76℃
환경 응력 균열 내성2 D-1693 14시간 14시간
경도, 쇼어 D D-2240 70 70
열적
비캣(Vicat)연화 온도 D-1525 260℃ 127℃
열변형온도,66psi부하 D-648 175℉ 80℃
선형 열 팽창 계수 D-696 6×10-6in/in℉ 1.1×10-4cm/cm/℃
가공
벌크 밀도 D-1895 37lbs/ft3 590kg/m3
1. 방법 1, 프로시져 A(1"×3"×0.125"), 탄젠트 산출2. 조건B,시료두께:0.070"-0.080",노치깊이:0.012"-0.015",50℃,100% 르게팔(lgepal)
PAXON(R) AA 60-003 블로우 성형 수지
특성 ASTM 방법 최소값
단위(영국) 단위(SI)
분류
유형 D-4976 III
등급 D-4976 A
카테고리 D-4976 5
용융 지수, 190/2.16 D-1238 <0.1g/10min <0.1g/10min
유량,190/21.6(HLMI) D-1238 5.5g/10min 5.5g/10min
밀도 D-4883 59.1lbs/ft3 0.946g/cm3
기계적(특별히 언급되지 않는 경우에, 23℃ 50% 상대습도)
항복 인장 강도 D-638 3,500psi 25Mpa
파괴시 신장 D-638 1100% 1100%
굽힘 탄성 계수1 D-790 150,000psi 1,030Mpa
인장 충격 D-1822 340ft.lbs/in2 70jules/cm2
인장 충격@-40℃ D-1822 200ft.lbs/in2 45jules/cm2
충격 취화 온도 D-746 <-105℉ <-76℃
환경 응력 균열 내성2 D-1693 >1000시간 >1000시간
경도, 쇼어 D D-2240 67 67
열적
비캣(Vicat) 연화 온도 D-1525 264℃ 129℃
열변형온도, 66psi부하 D-648 161℉ 72℃
선형 열 팽창 계수 D-696 7×10-6in/in℉ 1.2×10-4cm/cm/℃
가공
벌크 밀도 D-1895 36lbs/ft3 580kg/m3
1. 방법 1, 프로시져 A(1"×3"×0.125"), 탄젠트 산출2. 조건B,시료두께:0.070"-0.080",노치깊이:0.012"-0.015",50℃,100% 르게팔(lgepal)
본 발명에 따른 적층 밀봉 조립체는 다양한 형상, 구조 및 크기들을 가질 수 있다. 명백하게, 이들 파라미터들은 일반적으로 적층 조립체의 최종 용도 요구 조건에 의해 규정된다. 본 발명의 적층체의 일 양태는 기판상에 적용된 HDPE의 층의 두께에 관한 것이다. 비록 의도된 응용 분야의 특정 요구조건들에 따라 두께가 변화될 수 있지만, HDPE층은 약 500미크론 내지 0 부근의 범위의 두께를 갖는 것이 적합하다. 보다 명확하게 두께 범위는 약 300 미크론 내지 약 1 미크론이다. 적층체의 특정 구조에 의존하여, 상이한 두께가 동일 부재 또는 밀봉체상의 상이한 영역들에 사용될 수 있다. 예로서, 도 2를 참조하면, 기판(18)의 기부 영역에 배치된슬립 코팅(23)의 층은 약 5 미크론 내지 약 200 미크론의 두께를 가지는 것이 적합하다. 일반적으로 이런 층들의 두께는 적층체의 추정 서비스 수명, 예로서, 밀봉 수명, 결과적인 적층체의 물리적 특성 및 이 층(들)을 형성하는 HDPE 재료의 비용에 의해 결정된다.
본 발명 적층체의 양호한 형태의 예는 테이프 형상이다. 이런 형태는 적층체의 긴 스트립이 권선될 수 있게 하고, 용이하게 저장될 수 있게 한다. 또한, 등판 스트립이 하나 이상의 적층체의 표면을 따라 제공될 수 있으며, 이것이 제거되었을 때, 접착제층 또는 다른 양호한 조성물이 드러나게 할 수 있다.
본 발명 적층체가 하나 이상의 착색제, 염료 또는 다른 아름다운 외관을 최종 제품에 제공하는 첨가제들을 포함할 수 있다. 또한, 본 기술 분야의 숙련자들에게 공지되어 있는 바와 같이, 다른 첨가제들 및 보조제들이 기판 재료 또는 폴리에틸렌 중 어느 한쪽 또는 양자 모두에 추가될 수 있다. 일반적으로 적층체 밀봉체에 사용되는 첨가제들의 예는 본원에서 참조하고 있는 미국 특허 제 5,183,613호에 개시되어 있다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 적층체를 제조하는 양호한 방법이 개괄적으로 예시되어 있다. 따라서, 원료 EPDM 고무(34)가 본 발명에 사용하기에 적합한 고밀도 폴리에틸렌 펠릿들(36)과 함께 각각 압출기(38 및 39)에 의해 다이(37)를 통해 동시압출되어 상술한 바와 같은 선택된 범위의 용융 지수를 가지는 고밀도 폴리에틸렌과 미경화 고무의 적층 동시 압출체(40)를 형성한다. 적층 압출체는 그후 고무가 열로 경화되는 경와 오븐(42)을 통과하게 된다. 경화 오븐(42) 이후에, 적층 압출체가 냉각 탱크(44)내로 통과되고, 그후, 선택적으로 적층 압출체를 형성하도록 적절한 성형 롤러(도면에는 미도시)를 통과하거나, 적층체(46)가 유리 주행 채널로서 사용하기 위한 양호한 채널 형상부내로 통과된다. 적층체(46)는 그후, 스테이션(48)에서 적절한 길이(50)로 절단되고, 저장 빈(52)내에 배치된다.
물론, 도 4에 도시된 것과 유사하지만 대안적인 방법으로, 열가소성 폴리올레핀 또는 열가소성 가황체가 압출기(38 및 39)에 의해 고밀도 폴리에틸렌 펠릿(36)으로 다이(37)를 통해 동시 압출되어 적층 동시 압출체(400를 형성할 수 있다. 이 경우에, 물론, 어떠한 경화 단계도 필요하지 않기 때문에 동시 압출체(40)가 경화 오븐(42)을 통과할 필요가 없으며, 동시 압출체가 부가적인 처리 없이 스테이션(48)으로 운반되고, 그곳에서 적절한 길이(50)로 절단될 수 있다.
부가적인 대안적인 방법이 도 5에 예시되어 있으며, 여기서는, 도 4의 방법과 유사한 방식으로, 원료 EPDM 고무(34)가 압출기(38 및 39)에 의해 본 발명의 고밀도 폴리에틸렌 펠릿(36)과 함께 다이(37)를 통해 동시압출되어 미경화 고무 및 고밀도 폴리에틸렌(40)의 적층 압출체를 형성한다. 적층 압출체는 그후, 선택적으로 오븐(42)을 통과하여 고무를 경화 또는 부분 경화시킨다. 그후, 본 발명의 부가적인 고밀도 폴리에틸렌 펠릿이 압출기(54)에 의해 적층 압출체의 표면상으로 압출된다. 고무가 이전의 열의 적용에 의해 현저히 경화되지 않는 경우에, 이는 이제 고무의 경화를 실행하기 위해 오븐(도면에는 미도시)을 통과하여야만 한다. 본 프로세스의 예는 도 2의 20에서 시트를 형성하도록 첫 번째로 고밀도 폴리에틸렌을 압출하고, 두 번째로, 도 2에 도시된 바와 같은 슬립 코트(23)를 형성하도록 고밀도 폴리에틸렌을 압출한다.
본 발명에 따른 적층체를 형성하기 위해 사용되는 프로세스 파라미터들은 광범위하게 변화할 수 있다. 특히, 도 4 및 도 5에 개략적으로 예시된 프로세스의 압출기에서의 처리 조건들도 적층체에 사용되는 재료의 선택에 많이 의존한다. 그러나, EDPM 고무 기판과, 본 명세서에 설명된 바와 같은 HDPE 박층을 포함하는 적층 밀봉체를 형성하는 일 동작 조건들의 세트가 후술된다. HDPE 재료는 PAXON(R) BA 46-055이다.
HDPE 재료가 공급되게 되는 압출기에 사용되는 통상적인 온도들이 표 3에 기술되어 있다.
통상적 압출기 온도
압출기 영역 양호한 온도 허용가능 온도
1 149C(300F) 149-177C(300-350F)
2 177V(350F) 177-199C(350-390F)
3 193C(380F) 216-227C(420-440F)
@다이 216C(420F) 210-221C(410-430F)
도 4 및 도 5에 도시된 프로세스를 위한 통상적인 라인 속도는 약 분당 12 미터이다. 예로서, 분당 20미터 같은 현저히 높은 라인 속도가 사용되는 것도 고려할 수 있다.
오븐 온도는 통상적으로 약 250℃이지만, 그러나, 보다 높거나 보다 낮은 환경이 필요에 따라 사용될 수 있다.
실시예
상업적으로 가용한 고밀도 폴리에틸렌들과 이들 폴리 에틸렌들을 사용한 적층체 제품의 몇가지 양호한 실시예의 특성들을 연구하는 일련의 시험들이 수행되엇다.
첫 번째 일련의 시험들에서, PAXON(R) AA 60-003이라는 상표명으로 상업적으로 가용한 고밀도 폴리에틸렌의 양호한 실시예의 마찰계수가 측정되었다. 두 표면들 사이의 마찰 계수는 둘을 함께 가압하는 총 힘에 대한 나머지 것 위에서 하나를 이동시키기 위해 필요한 힘의 비율이다. 보다 낮은 값이 보다 양호하다. 여기에 표시된 값들은 유리면의 표면 위에서 시험 대상 재료의 판을 이동시킴으로써 얻어진 것이다.
LinklonTM이라는 상표명으로 입수할 수 있은 종래의 적층체 밀봉 채널 부재가 A 및 B로 표시된 본 발명에 따른 적층체의 두 샘플들과 비교되었다. 특히, 샘플 A는 EPDM 기판상에 증착된 상술한 HDPE의 박층으로 이루어져 있다. 샘플 A는 소정의 착색 또는 염료 첨가제가 없는 HDPE의 비교적 투명한 층을 사용한다. 샘플 B는 HDPE가 검정 착색제를 포함하는 것을 제외하면 샘플 A와 동일하다. 표 4는 본 시험의 결과들을 요약한 것들을 기술하고 있다. 명백하게, 본 발명에 따른 HDPE를 사용하는 적층체 샘플들은 종래의 적층체 보다 현저히 우월한 마찰 계수 특성을 나타내었다.
마찰 계수
부품/재료 값
LinklonTM 0.20
샘플 A 0.11
샘플 B 0.12
다른 일련의 테스트에서, EPDM 기판을 사용하는 양호한 실시예의 적층체들의 미끄럼 저항성이 자동차 산업에서 현용되고 있는 종래의 적층체 밀봉체와 비교되었다. 표 5는 이들 시험들의 다양한 양태들 및 측정치들을 요약 기술하고 있으며, 여기서, "밀봉체 1"이라 표시된 상업적으로 가용한 밀봉체가 샘플 C로서 표시된 본 발명에 따른 양호한 실시예의 적층체와 비교딘다. 밀봉체 1과 샘플 C는 기하학적 형상이 동일하다. 유사하게, 표 5는 또한, "밀봉체 2"라 표시된 종래의 적층 밀봉체를 샘플 D라 표시된 양호한 실시예의 적층 밀봉체와 비교한다. 밀봉체 2와 샘플 D는 기하학적 형상이 유사하다. 샘플 C와 D는 본 발명의 실시예에 따른 적층 밀봉체들이다. 이들은 PAXON(R) AA 60-003 HDPE의 박층이 그 위에 증착되어 있는 EPDM 고무의 기판으로 이루어져 있다.
미끄럼 저항
상업적으로 입수할수 있는 밀봉체 1 샘플 C
조건 저항성 요구조건(Max)(N) 조건 저항성(N)
원형 3.5 3.98 5.9 원형 3.5 2.03
원형 5.0 2.01 7.8 원형 5.0 0.00
물 2.35 9.8 물 3.14
W/O 물 1.21 8.8 W/O 물 1.74
마모 1.68 6.9 마모 0.00
습상 원형 3.5 0.48 8.8 습상 원형 3.5 1.73
습상 원형 5.0 0.27 14.7 습상 원형 5.0 0.00
습상 물 3.53 11.8 습상 물 3.02
습상 W/O 2.81 12.7 습상 W/O 2.10
습상 마모 3.46 10.8 습상 마모 0.00
2상업적으로 입수할수 있는 밀봉체 2 샘플 D
조건 저항성 요구조건(Max)(N) 조건 저항성(N)
원형 3.5 3.64 5.9 원형 3.5 3.50
원형 5.0 16.26 7.8 원형 5.0 0.00
물 3.39 9.8 물 4.01
W/O 물 2.76 8.8 W/O 물 4.46
마모 5.32 6.9 마모 0.00
습상 원형 3.5 1.70 8.8 습상 원형 3.5 3.59
습상 원형 5.0 7.16 14.7 습상 원형 5.0 0.00
습상 물 4.26 11.8 습상 물 3.64
습상 W/O 5.47 12.7 습상 W/O 3.89
습상 마모 4.07 10.8 습상 마모 0.00
표 5의 간단한 설명이 이어진다. 첫 번째 및 네 번째 행을 참조하면, "원형 3.5" 및 "원형 5.0"은 다양한 적층 밀봉체들이 그 위로 횡단이동되는 3.5 및 5.0mm의 두께를 가지는 청결하며 건조한 유리 기판들을 사용하는 시험 조건들을 의미한다. "물"은 미끄럼 저항성의 측정 동안 시험면에 물을 적용한 것을 의미한다. "W/O 물"은 시험면상에 이미 증착되어 있는 물을 제거한 것을 의미한다. "마모"는 건조시 적층체 부재와 유리 표면 사이에 증착된 건조한 연마제 조성의 적용하는 것을 의미한다. 모든 상술한 언급 조건들은 시험 부재들이 초기에 건조하거나 실질적으로 그렇게 되는 것이다. 다음 다섯 번째 부호, 모두 "습상"이라 기재되어 있는 것은 상술한 바와 같지만, 그러나, 이미 물에 노출되고, 물을 보유하고 있는 시험 부재들을 사용하여 수행되는 것을 의미한다.
표 5를 추가로 참조하면, "저항성"이라 표시된 두 번째 행은 언급된 조건들하에서 유리면을 횡단하여 언급된 시험 부재(상업적으로 가용한 밀봉체)를 이동시켰을 때 측정된 실제 힘(뉴톤 단위)이다. 세 번째 행은 주요 자동차 제조업자들에 의해 사용되는 통상적 요구 사양들의 세트이다. 이들은 본 산업에서 적층 밀봉체의 공급자들에게 통상적으로 주문되는 요구를 예시하기 위해 표 5에 포함되어 있다. 다섯 번째 행은 상업적으로 가용한 샘플을 시험할 때 사용된 바와 같이, 언급된 조건들하에서 동일한 유리면을 횡단하여 언급된 시험편(본 발명의 실시예에 따른 샘플)을 이동시키면서 측정된 실제 힘(뉴톤 단위)을 나열하고 있다.
표 5에 기술된 결과에 의해 예시되는 바와 같이, 다수회의 시도들에서, 양호한 실시예의 적층 밀봉체의 미끄럼 저항성이 종래의 적층체들로부터의 대응 측정값들 보다 현저히 작았다. 그리고, 보다 중요하게, 모든 시험 조건들에서, 양호한 실시예의 적층 밀봉체들의 측정 미끄럼 저항값들은 자동차 산업에 통상적으로 사용되는 모든 필요 제원들을 현저히 능가하였다.
또 다른 일련의 시험들에서, 다양한 LinklonTM적층 밀봉체가 EPDM의 기판상에 증착된 PAXON(R) AA 60-003의 층을 포함하는 양호한 실시예의 밀봉체에 대하여, 비교되는 코너 당김 강도 측정이 이루어졌다. 본 연구에서, 일반적으로 적층 밀봉체의 코너를 구성하는 시험편이 InstronTM디바이스내에 배치되었고, 파괴 이전 인장력이 측정되었다. 이 시험들은 세 세트의 조건들하에서 수행되었으며, 이 조건들은 (i) 분위기 온도, (ii) 80℃ 및 (iii)10일간의 열간 시효경과 이후, 이다. 열간 시효경과는 10일 동안, 80℃의 온도에 시험편을 노출시킴으로써 수행되었다. 표 6에 보고된 측정치들은 종래의 LinklonTM밀봉체를 위한 것이며, 표 7에 보고된 것들은 본 발명에 따른 양호한 실시예의 적층 밀봉체에 관한 것이다.
LinklonTM밀봉체를 사용한 코너 당김 시험
LinklonTM으로 성형된 코너들 실온 당김 80C 당김 10D 열간 시효경과
부품 힘(N) 힘(N) 힘(N)
1 406 171 468
2 447 174 486
3 367 156 420
4 307 147 463
5 401 201 466
6 406 170 420
7 287 147 412
8 357 147 350
양호한 실시예의 밀봉체를 사용한 코너 당김 시험
STM2000(Paxon)기반 성형 코너들 실온당김 80C당김 10D열간시효경과
부품 힘(N) 힘(N) 힘(N)
E 457 273 454
F 420 229 418
G 472 287 488
H 405 281 375
표 6 및 표 7에 요약된 시험 결과들은 본 발명의 양호한 실시예의 시험편들이 종래의 적층 밀봉체 보다 강하다는 기대된 결과를 예시한다. 실온에서의 죄소 당김 강도가 최소 98뉴톤이 되고, 10일간의 열간 시효경과 이후 최소 58.8 뉴톤이 되는 것이 통상적인 자동차 밀봉체 필요 요구조건이다. 본 발명의 적층 밀봉 조립체는 이들 요구조건들을 쉽게 능가한다.
상술한 설명은 현재 본 발명의 양호한 실시예인 것으로 간주되는 것이다. 그러나, 본 기술 분야들에게 명백한 다양한 변경 및 변형들이 본 발명으로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 따라서, 상술한 설명은 모든 등가의 양태들을 포함하는 본 발명의 개념 및 범주내에 포함될 수 있는 모든 이런 변경들 및 변형들을 포괄하도록 의도된 것이다.

Claims (26)

  1. 웨더스트립 밀봉체로서 사용하도록 적용되는 적층 조립체에 있어서,
    탄성중합체 기판과,
    상기 기판의 적어도 일부상에 배치되어 그에 고정되어 있는 박층을 포함하고,
    상기 층은 500미크론 미만의 두께를 가지고, 폴리에틸렌을 포함하며,
    상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 10g 미만의 용융지수를 나타내고, 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가지는 적층 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 층은 약 1미크론 내지 약 300 미크론의 두께를 가지는 적층 조립체.
  3. 웨더스트립 밀봉체로서 사용하도록 적용되는 적층 조립체에 있어서,
    탄성중합체 기판과,
    상기 기판의 적어도 일부상에 배치되어 그에 고정되어 있는 박층을 포함하고,
    상기 층은 500미크론 미만의 두께를 가지고, 폴리에틸렌을 포함하며,
    상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융지수를 나타내고, 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가지는 적층 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 층은 약 1미크론 내지 약 300 미크론의 두께를 가지는 적층 조립체.
  5. 적층체 제품에 있어서,
    (i) 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 폴리올레핀 및 열가소성 가황물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기판과,
    (ii) 상기 기판상에 배치된 고밀도 폴리에틸렌 폴리머층을 포함하고,
    상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 ASTM D-1238에 의해 측정되었을 때, 10분당 10g 미만의 용융 지수를 가지고, 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 가지는 적층체 제품.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.900 내지 약 1.250g/cm3의 밀도를 가지는 적층체 제품.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가지는 적층체 제품.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 층은 약 500 미크론 미만의 두께를 가지는 적층체 제품.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 층은 약 1미크론 내지 약 300 미크론의 두께를 가지는 적층체 제품.
  10. 기판과, 상기 기판위에 배치된 고밀도 폴리에틸렌층을 포함하는 유리 주행 채널에 있어서,
    상기 기판은 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 폴리올레핀 및 열가소성 가황물들로 구성되는 그룹으로부터 선택되고,
    상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 ASTM D-1238에 의해 측정되었을 때, 10분당 10g 미만의 용융 지수를 가지고, 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 가지는 유리 주행 채널.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 채널 영역을 형성하고, 상기 폴리에틸렌 층이 상기 채널내에 배치되는 유리 주행 채널.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.900 내지 약 1.250g/cm3의 밀도를 가지는 유리 주행 채널.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가지는 유리 주행 채널.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 층은 약 500 미크론 미만의 두께를 가지는 유리 주행 채널.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 층은 약 1미크론 내지 약 300 미크론의 두께를 가지는 유리 주행 채널.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 층은 약 5미크론 내지 약 200 미크론의 두께를 가지는 유리 주행 채널.
  17. 벨트 웨더스트립에 있어서,
    (i) 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 폴리올레핀 및 열가소성 가황물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기판과,
    (ii) 상기 기판상에 배치된 고밀도 폴리에틸렌 폴리머층을 포함하고,
    상기 폴리에틸렌은 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 ASTM D-1238에 의해 측정되었을 때, 10분당 10g 미만의 용융 지수를 가지고, 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 가지는 벨트 웨더스트립.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.900 내지 약 1.250g/cm3의 밀도를 가지는 벨트 웨더스트립.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가지는 벨트 웨더스트립.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 층은 약 500 미크론 미만의 두께를 가지는 벨트 웨더스트립.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 층은 약 1미크론 내지 약 300 미크론의 두께를 가지는 벨트 웨더스트립.
  22. 압출 적층체를 제조하는 방법에 있어서,
    (i) 천연 고무, 합성 고무, 열가소성 폴리올레핀 및 열가소성 가황물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기판과, (ii) 190℃ 및 2.160kg의 총 부하 및 298.2kPa의 압력의 조건하에서 ASTM D-1238에 의해 측정되었을 때, 10분당 10g 미만의 용융 지수를 가지고, 190℃ 및 21.6kg의 총 부하 및 2982.2kPa의 압력의 조건하에서 10분당 5g를 초과하는 용융 지수를 가지는, 고밀도 폴리에틸렌 폴리머를 동시 압출하는 단계를 포함하는 압출 적층체 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 기판은 고무를 포함하고,
    상기 방법은 상기 고무를 경화하는 후속 단계를 포함하는 압출 적층체 제조 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.900 내지 약 1.250g/cm3의 밀도를 가지는 압출 적층체 제조 방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 약 0.940 내지 약 1.000g/cm3의 밀도를 가지는 압출 적층체 제조 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 압출 적층체의 상기 기판은 적어도 부분적으로 경화되고, 그후, 고밀도 폴리에틸렌 폴리머의 층이 상기 적층체의 적어도 일부상에 추가로 압출되는 압출 적층체 제조 방법.
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