KR20060080589A - 복합 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구조 층 (C1), 강성 또는 반강성 발포체로 제조된 경량 층 (C2) 및 임의로 강화 성분, 및 임의로 구조 층 (C3) 을 포함하는 복합 구조물, 특히 샌드위치 구조물에 관한 것이다. 본 발명은 특히 폴리아미드 기재 발포체 층 (C2) 를 포함하는 복합 구조물, 이의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 구조 층 C1, 강성 또는 반강성 발포체의 중량 감소 및 가능하게는 강화 층 C2, 및 임의로 구조 층 C3 을 포함하는 복합 구조물, 특히 샌드위치 구조물에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 특히 폴리아미드 기재 발포체의 층 C2 를 포함하는 복합 구조물, 상기 구조물의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.
복합 구조물, 특히 샌드위치 구조물은 항공학, 자동차 산업 및 스포츠 및 레저 산업과 같은 여러 분야에서 사용된다. 이들 구조물은 스키와 같은 스포츠 용품의 제조나, 특수 바닥, 칸막이, 차체, 광고판 등과 같은 다양한 표면의 제조에 사용된다. 복합 구조물은 또한 베란다, 테라스, 루핑, 발코니, 갤러리, 벽 (클래딩) 등의 지붕을 제조하는데 사용될 수 있다. 항공학에서, 이들 구조물은 특히 페어링 (동체, 날개, 수평 꼬리 날개) 에 사용된다. 자동차 산업에서, 이들은, 예를 들면 플로어, 및 뒷좌석 구획 선반 등과 같은 지지체에 사용된다.
고성능 복합 구조물은 다양한 용도에 요구된다. 복합 구조물은 특히 강성, 가벼움 및 용이한 재생 이용의 양호한 성질을 갖도록 개발되는 것이 필요하다.
벌집 모양의 구조를 갖는 내부 중량 감소 층을 가지는 복합 구조물의 제조는 이미 알려져 있다. 예를 들어, 육각형 형상의 셀을 갖는 벌집 모양의 구조는 공지되어 있다. 상기 구조물은 특히 다음과 같은 결점을 가진다: 상기 복합 구조물의 제조 비용이 높고; 또한, 바로 상기 구조물의 성질에 기인한 바람직하지 않은 효과, 특히 물의 침투가 있는 경우의 셀 충전 효과, 및 "텔레그래프 효과 (telegraph effect)" 가 관찰될 수 있다.
폴리우레탄 발포체의 내부 중량 감소 층을 갖는 복합 구조물이 또한 공지되어 있다. 그러나, 강성 폴리우레탄 발포체는 부서지는 경향이 있으며, 또한 낮은 충격 및 피로 강도를 가진다. 이들의 사용 온도 범위도 또한 제한된다.
그러므로, 본 발명은 이러한 결점을 갖지 않으며, 특히 강성, 가벼움 및 재생 이용의 용이성의 양호한 성질을 나타내는 복합 구조물을 제안한다.
그러므로, 본 발명은 적어도 하기의 층을 포함하는 복합 구조물, 특히 샌드위치 구조물에 관한 것으로:
상기 발포체는 폴리아미드 기재 발포체이다.
본 발명의 특정한 양태에 따르면, 복합 구조물은 2 개의 외부 구조 층 C1 및 C3, 및 하나의 내부 중량 감소 층 C2 를 포함하는 샌드위치 구조물이다.
복합 구조물의 구조 층은 바람직하게는 플레이트 또는 시이트의 형태이다. 플레이트는 서로 상이한 배향을 갖는 몇개의 시이트로부터 형성될 수 있으며, 이로써 양호한 기계적 성질을 나타내는 플레이트가 수득된다. 플레이트 또는 시이트는 다양한 치수를 가질 수 있다. 일례로, 본 발명의 범위에 적합할 수 있는 플레이트의 치수로서, 길이 2.5 m 및 폭 1 m 인 플레이트를 언급할 수 있다.
구조 층은 알루미늄과 같은 금속, 강철과 같은 금속 합금 등으로 이루어질 수 있다. 플레이트는 임의의 적합한 도료로 도색 또는 피복될 수 있다.
본 발명의 복합 구조물의 구조 층의 두께는 바람직하게는 0.2 내지 3 ㎜ 이다.
본 발명의 복합 구조물의 외층은 몇개의 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 복합 구조물의 전체 두께는 바람직하게는 3 내지 50 ㎜ 이다.
본 발명의 구조물의 발포체의 밀도는 바람직하게는 300 ㎏/㎥ 미만, 바람직하게는 30 내지 200 ㎏/㎥ 이다. 발포체의 밀도 감소는 복합 구조물의 경량화를 의미하며, 이는 많은 잇점을 제공한다.
본 발명의 복합 구조물의 발포체의 압축시의 영률 (Young's modulus) 또는 탄성률 (modulus of elasticity) 은 바람직하게는 30 ㎫ 이상이다. 상기 율 (modulus) 은 하기 실험 부분에서 기술하는 방법으로 측정할 수 있다. 본 발명의 구조물의 발포체는 바람직하게는 양호한 압축 강도를 가짐으로써, 있을 수도 있는 구조물의 분쇄 동안에 완전 상태 및 특성들을 유지할 수 있다. 상기 분쇄는 구조물의 특정 적용 분야에서, 예를 들면 특히 격렬한 충돌 동안에 일어날 수 있다.
본 발명의 폴리아미드는 디카르복실산과 디아민으로부터의 축중합에 의해 수득되는 것들과 같은 유형의 폴리아미드, 또는 락탐 및/또는 아미노산의 축중합에 의해 수득되는 것들과 같은 유형의 폴리아미드이다. 본 발명의 폴리아미드는 상이한 유형 및/또는 동일한 유형의 폴리아미드, 및/또는 동일한 유형 및/또는 상이한 유형의 폴리아미드에 상응하는 상이한 단량체로부터 수득되는 공중합체의 혼합물일 수 있다.
폴리아미드는 바람직하게는 PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.9, PA 6.10, PA 6.12, PA 6.36, PA 11, PA 12 또는 반방향족, 반결정질 폴리아미드 또는 폴리프탈아미드를 포함하는 군에서 선택되는 코폴리아미드, 및 이들 중합체 및 이의 공중합체의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 6,6, 이들의 혼합물 및 공중합체에서 선택된다.
본 발명의 강성 또는 반강성 폴리아미드 발포체는 당업자에게 공지된 임의의 방법으로 수득할 수 있다.
이것은 용융 상태의 폴리아미드에 가압하에서 기체를 주입함으로써 수득할 수 있다.
발포체는 또한 분해 동안에 기체를 방출하는 발포제, 즉 열적으로 불안정한 충전제를 용융 상태의 폴리아미드에 혼입함으로써 수득할 수 있다.
용융 상태의 폴리아미드에 상기 용융물에 용해되는 화합물을 첨가함으로써 본 발명의 폴리아미드 발포체를 수득하는 것도 가능하며, 상기 발포체는 상기 화합물의 증발에 의해서 수득된다.
발포체는 또한, 예를 들어 이소시아네이트와 락탐 그리고 음이온성 중합을 활성화시키기 위한 염기의 접촉에 의해 이산화탄소와 같은 기체를 방출하는 화학 반응에 의해서 수득할 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 발포체는 바람직하게는 폴리아미드와 폴리카보네이트의 혼합물로부터 수득된다. 발포체는 화학적 경로, 즉 특히 폴리아미드와 폴리카보네이트 사이의 화학 반응에 의해서 수득된다.
혼합물 중의 폴리카보네이트는 바람직하게는 하기 화학식의 방향족 고리를 포함하는 폴리카보네이트이다:
(상기 식 중에서, 동일하거나 상이할 수 있는 R1 및 R2 는 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 5 의 알킬 또는 할로알킬 라디칼이고, 각각의 방향족 고리는 탄소수 1 내지 5 의 알킬 또는 할로알킬 라디칼로 치환될 수 있다).
n 은 40 내지 300, 바람직하게는 20 내지 300 의 정수이다.
본 발명의 폴리카보네이트의 분자량은 바람직하게는 5000 내지 80000, 더욱 바람직하게는 10000 내지 40000 이다.
유리하게는, 혼합물은 폴리아미드에 대해서 0.5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량% 의 폴리카보네이트를 가진다.
본 발명의 폴리아미드와 폴리카보네이트의 혼합물은 폴리아미드와 폴리카보네이트 외에, 상기 혼합물로부터 발포체의 제조 동안에 발포를 증대시키는 것이 가능한 발포제를 또한 포함할 수 있다. 상기 발포제는 당업자에게 잘 알려져 있다.
혼합물은 또한 발포체의 추가 가공에 적합한 기타 다른 첨가제, 예를 들면 계면활성제, 탈크와 같은 핵제, 가소제 등을 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 당업자에게 잘 알려져 있다.
혼합물은 또한 유리 섬유 또는 카보네이트 섬유와 같은 강화 충전제, 이산화티탄 또는 황화아연과 같은 평탄화제, 안료, 착색제, 열 또는 광 안정제, 생체활성제, 방오가공제, 대전방지제, 내화제, 고밀도 또는 저밀도 충전제 등을 포함할 수 있다. 이 목록이 전부는 아니다.
폴리아미드와 폴리카보네이트의 혼합물은 혼합물을 제조하기 위한 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해서, 예를 들면 폴리아미드 분말과 폴리카보네이트 분말을 친밀하게 혼합하거나, 폴리아미드 과립과 폴리카보네이트 과립을 혼합함으로써 제조된다. 혼합물은, 예를 들면 압출 장치내에서 용융 상태로 제조될 수 있다.
본 발명의 특정한 양태에 따르면, 발포체는 폴리아미드/폴리카보네이트 혼합물을 가열함으로써 수득된다.
가열에 의해 도달되는 온도는 특히 기체의 방출은 물론, 폴리아미드와 폴리카보네이트 사이에 반응을 일으키기에 충분해야 하며, 이로써 발포체가 형성된다.
가열에 의해 도달되는 온도는 바람직하게는 폴리아미드의 융점 이상이다.
스크류 믹서가 가열 동안에 사용될 수 있다.
바람직하게는, 2 축 압출기가 혼합 및 가열을 위해 사용된다.
발포체로 제조된 층 C2 는 통상적으로 플레이트의 형태이다. 플레이트는 당업자에게 공지된 임의의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 발포체를 압출 장치내에서 혼합 및 가열에 의해 제조하는 경우, 층 평탄화 장치 (lay-flat device) 로 압출기 헤드 출구에서 플레이트 형상을 제조할 수 있다.
본 발명의 특정한 양태에 따르면, 구조 층은 통상적으로 유리, 탄소, 아라미드, 폴리이미드, 석영, 사이잘 (sisal), 삼, 아마 등의 섬유와 같은 강화 섬유로 강화된 열가소성 또는 열경화성 중합체 매트릭스를 포함할 수 있다. 매트릭스는 바람직하게는 열가소성 중합체이다.
바람직하게는, 상기 매트릭스는 지방족 및/또는 반결정질 폴리아미드 또는 코폴리아미드, 바람직하게는 PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.9, PA 6.10, PA 6.12, PA 6.36, PA 11, PA 12 또는 반방향족, 반결정질 폴리아미드를 포함하는 군에서 선택되는 폴리아미드 또는 폴리프탈아미드를 포함하는 군에서 선택되는 코폴리아미드, 및 이들 중합체 및 이의 공중합체의 혼합물을 포함하는 열가소성 중합체이다.
따라서, 상기 양태에 따르면, 본 발명의 복합 구조물의 구조 층 및 중량 감소 층은 폴리아미드로 이루어지며, 이는 특히 상기 유형의 구조물의 재생 이용에 잇점을 제공한다.
본 발명의 구조물의 바람직한 양태에 따르면, 구조 층의 매트릭스는 하기의 사슬을 포함하는 성상 구조를 갖는 폴리아미드를 포함한다:
성상 구조의 중합체는 거대분자 성상 사슬, 및 필요한 경우 선형 거대분자 사슬을 포함하는 중합체이다. 상기 성상 구조의 거대분자 사슬을 포함하는 중합체는, 예를 들어 문헌 FR 2 743 077, FR 2 779 730, EP 0 682 057 및 EP 0 832 149 에 기재되어 있다. 이들 화합물은 선형 폴리아미드에 비해서 향상된 유동성을 나타내는 것으로 알려져 있다.
유리하게는, 성상 구조의 폴리아미드는 적어도 하기의 단량체를 포함하는 단량체의 혼합물의 공중합에 의해서 수득되는 폴리아미드 유형이다:
a) 하기 화학식 (I) 의 단량체:
b) 하기 화학식 (IIa) 및 (IIb) 의 단량체:
c) 임의로 하기 화학식 (III) 의 단량체:
(상기 식 중에서:
- R1 은 2 개 이상의 탄소 원자를 가지며 헤테로원자를 함유할 수 있는 선형 또는 고리형, 방향족 또는 지방족 탄화수소 라디칼이고,
- A 는 공유 결합, 또는 헤테로원자를 함유할 수 있으며 1 내지 20 개의 탄소 원자를 가지는 지방족 탄화수소 라디칼이며,
- Z 는 1 차 아민 작용기 또는 카르복실산 작용기를 나타내고,
- X 가 카르복실산 작용기를 나타내는 경우, Y 는 1 차 아민 작용기이며, 또는
- X 가 1 차 아민 작용기를 나타내는 경우, Y 는 카르복실산 작용기이고,
- 동일하거나 상이할 수 있는 R2 및 R3 은 2 내지 20 개의 탄소 원자를 가지며 헤테로원자를 함유할 수 있는, 치환 또는 비치환된, 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타내며,
- m 은 3 내지 8 의 정수를 나타낸다).
바람직하게는, 화학식 (I) 의 화합물은 2,2,6,6-테트라-(β-카르복시에틸)-시클로헥사논, 트리메스산, 2,4,6-트리-(아미노카프로산)-1,3,5-트리아진 및 4-아미노에틸-1,8-옥탄디아민에서 선택된다.
본 발명은 또한 상기 기술한 복합 구조물의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 적어도 하기의 요소들의 조립 단계를 포함한다:
- (C1'): 구조 층 또는 상기 층의 전구체,
- (C2'): 폴리아미드 기재 발포체 또는 상기 발포체의 전구체의 중량 감소 및 임의로 강화 층,
- (C3'): 임의로 구조 층 또는 상기 층의 전구체.
상기 발포체 전구체는 팽창 가능한 폴리아미드 조성물, 예를 들면 상기 기술한 폴리아미드와 폴리카보네이트의 혼합물일 수 있다. 팽창 가능한 폴리아미드 조성물이란, 특정한 온도 및/또는 압력 조건하에서 발포체를 형성시킬 수 있는 폴리아미드 조성물을 의미한다. 일반적으로, 팽창 가능한 폴리아미드 조성물은 폴리아미드와 팽창제를 포함한다.
팽창제는 용융 상태의 폴리아미드에 분산 또는 용해될 수 있는 기체일 수 있다. 폴리아미드에 분산 또는 용해될 수 있는, 당업자에게 공지된 임의의 기체가 사용될 수 있다. 기체는 바람직하게는 불활성이다. 본 발명의 범위내의 적합한 기체의 예로는 다음의 것들이 언급될 수 있다: 질소, 이산화탄소, 부탄 등.
팽창제는 또한 발포제일 수 있다. 당업자에게 공지된 임의의 발포제가 사용될 수 있다. 이것은 당업자에게 공지된 방법에 따라서 폴리아미드에 주입된다. 디아조카본아미드가 발포제의 예로서 언급될 수 있다.
팽창제는 또한 용융 상태의 폴리아미드에 용해될 수 있는 휘발성 화합물일 수 있다. 폴리아미드에 용해될 수 있는, 당업자에게 공지된 임의의 휘발성 화합물이 사용될 수 있다. 부탄올이 본 발명의 범위내에 적합한 휘발성 화합물의 예로서 언급될 수 있다.
마지막으로, 팽창제는 가열시 폴리아미드와 화학적으로 반응할 수 있는 화학 화합물일 수 있다. 상기 반응 동안에 통상적으로 기체가 발생하며, 이 기체로 인해 혼합물이 팽창된다. 팽창제는, 예를 들어 폴리카보네이트일 수 있다.
팽창 가능한 폴리아미드 조성물은 분말, 예를 들어 발포체의 형성을 피하는 제어된 사출 성형에 의해서 수득되는 물품 (플레이트), 용융 상태의 혼합물 등의 형태일 수 있다.
구조 층의 전구체는 강화 섬유를 함유하는 물품일 수 있다. 상기 물품은 브레이드 직물, 직포 또는 편포, 플리스, 다축 물질, 부직포의 연속 또는 커트 스레드, 스트립, 매트의 형태 및/또는 상기 언급한 형태중 몇개를 포함하는 복합 형태일 수 있다.
강화 섬유 외에, 구조 층의 전구체는 바람직하게는, 예를 들어 분말, 필름 등의 형태의 중합체 매트릭스를 포함한다. 구조 층의 전구체는 사전주입된 물품, 즉, 수지가 주입된 직물일 수 있으며, 상기 수지는 이후의 가열에 의한 경화를 고려해서 경화제를 함유한다.
본 발명의 특정한 양태에 따르면, 구조 층의 전구체는 강화 스레드 및/또는 섬유 및 중합체 매트릭스의 스레드 및/또는 섬유를 포함하는 물품이다.
본 발명의 복합 구조물의 중합체 매트릭스에 관해 상기에서 기술한 모든 것, 특히 매트릭스의 성질에 관한 모든 것이 본원에서 상기 전구체에 적용된다.
스레드란, 모노필라멘트, 연속 멀티필라멘트 스레드, 또는 친밀한 혼합물의 단일 유형의 섬유 또는 몇가지 유형의 섬유로부터 수득된 섬유의 얀을 의미한다. 연속 스레드는 또한 몇개의 멀티필라멘트 스레드를 함께 조립함으로써 수득할 수 있다.
섬유란, 필라멘트, 또는 절단된, 갈라진 또는 변화된 필라멘트의 집합체를 의미한다.
강화 스레드 및/또는 섬유 및 중합체 매트릭스의 스레드 및/또는 섬유를 포함하는 물품은 브레이드 직물, 직포 또는 편포, 플리스, 다축 물질, 부직포의 연속 또는 커트 스레드, 스트립, 매트의 형태 및/또는 상기 언급한 형태중 몇개를 포함하는 복합 형태일 수 있다.
여러 층들의 임의의 조립 방법이 본 발명의 방법의 범위내에서 사용될 수 있다.
여러 요소 (C1'), (C2'), 및 임의로 (C3') 는, 예를 들면 접착에 의해서 동시에 또는 연속적으로 조립될 수 있다. 상기 접착은 다층 복합 구조물의 요소들을 조립하기 위한 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해서 수행된다. 예를 들면, 여러 요소는 이들 요소의 물질과 상용성인 접착 필름에 의해서 접착될 수 있다.
본 발명의 방법의 특정한 양태에 따르면, 조립은 상기 기술한 여러 요소 (C1'), (C2') 및 임의로 (C3') 의 열성형 또는 캘린더가공에 의해 수행된다. 여러 요소를 동시에 또는 연속적으로 열성형 또는 캘린더가공한다. 예를 들면, 층 (C1'), 층 (C3') 및 임의로 층 (C2') 의 조립체를 동시에 열성형 또는 캘린더가공할 수 있다. 또한, 층 (C1') 및 층 (C2') 의 조립체를 열성형 또는 캘린더가공한 후, 층 (C1') 및 층 (C2') 의 조립체와 층 (C3') 를 열성형 또는 캘린더가공하는 것도 가능하다.
상기 단계는 여러 요소를 가열 후, 저온 압축 (딥드로잉, deep-drawing) 함으로써 수행할 수 있다.
통상적으로, 상기 단계는 가열에 의해 가압하에서 수행된다.
통상적으로 사용되는 열성형 공정은 저압 (20 bar 미만, 및 임의로 진공하), 270 ℃ 미만의 온도, 및 짧은 시간 (15 분 미만) 을 이용한다.
이 단계는 특히 중량 감소 층과 구조 층 사이에 양호한 접착을 제공한다.
본 발명의 방법의 특정한 양태에 따르면, 열성형 또는 캘린더가공 동안의 온도는, 구조 층의 전구체가 강화 섬유 및 중합체 매트릭스를 포함하는 물품을 포함하는 경우, 상기 전구체의 중합체 매트릭스의 융점 이상이다.
발포체의 폴리아미드의 비교적 높은 융점이란, 복합 구조물의 제조 동안에 고온이 사용될 수 있다는 것을 의미하는데, 이는 공지의 발포체에서는 불가능하다. 실제로, 폴리아미드 발포체는 폴리우레탄 발포체와 같은 선행 기술의 발포체보다 높은 온도에서 용융된다.
열성형 또는 캘린더가공 동안의 온도는, 바람직하게는 구조 층이 열가소성 중합체 매트릭스를 포함하는 경우, 상기 구조 층의 열가소성 중합체 매트릭스의 융점 이상이다.
복합 구조물의 구조 층이 열가소성 중합체 매트릭스를 포함하는 플레이트 또는 시이트인 경우, 발포체와 구조 층의 조립은 열성형 또는 캘린더가공 동안에 매트릭스의 융합에 의해 수행될 수 있으며, 이것은 발포체의 표면 기공에 스며든 후, 고화되어 접착제의 역할을 한다. 또한, 열성형 또는 캘린더가공 온도가 발포체의 폴리아미드의 온도와 대체로 동일한 경우, 발포체와 구조 층의 접촉 지점에서 발포체의 부분 융합이 일어날 수 있으며, 발포체의 이러한 용융 부분은 또한 고화되어 접착제의 역할을 할 수 있다.
본 발명은 또한 자동차 또는 항공기 부품의 제조 또는 스키와 같은 스포츠 용품의 제조 또는 건축 패널의 제조를 위한 상기 기술한 복합 구조물의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 기타 다른 상세한 사항 또는 잇점은 단순히 지표로서만 하기에서 제공되는 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
발포체의
영률
측정을 위한 시험:
INSTRON 1185 시험기를 이용하여 23 ℃ 의 온도 및 50 % 의 상대 습도의 조건에서, 직경 20 ㎜ 및 두께 25 ㎜ 의 발포체 견본에 대해 시험을 수행하였다.
상기 시험기를 이용하여 20 ㎜/분의 변형률로 작업하여 기록한 응력/변형 곡선으로부터 영률을 측정하였다.
발포체의
밀도 측정을 위한 시험:
치수 100 × 100 × 15 ㎜ 로 가공한 견본의 밀도를 측정하였다. 이어서, 규격 ASTM D 3748-98 에 따라서, 정밀 저울로 이들 견본의 무게를 측정하였다.
실시예
1: 폴리아미드
발포체의
층
C2 의
제조
Rhodia Engineering Plastic 사에서 reference A 216 Naturel
(90 % w/w) 로 판매되는 PA66 의 과립을, Bayer 사에서 reference Makrolon 2205
(10 % w/w) 로 판매되는 폴리카보네이트 과립과 혼합하였다. 혼합물을 부분 진공하에 질소 배기하면서 하룻밤 보관하였다. 이 혼합물을 립 다이 (lip die) 가 장착된 2 축 압출기에 대한 공급물로서 사용하였다. 2 축 압출기의 온도 프로파일은 다음과 같았다: 270-280-280-280-280-280 (℃). 2 축 압출기의 회전 속도는 250 회전/분으로 설정하였다. 압출물을 층 평탄화 장치내에서 성형하고, 이송 벤치상에서 냉각시킨 후, 예를 들어 폭 10 ㎝ 및 두께 1 ㎝ 의 플레이트로서 절단, 성형하였다. 압출기 공급 속도는 15 ㎏/h 였다. 상기 플레이트의 평균 밀도는 0.15 였다. 플레이트의 영률은 43.3 ㎫ 였다. 도 1 은 실시예 1 의 폴리아미드 발포체의 응력/변형 곡선 (곡선 A), 및 비교를 위한, Degussa 사에서 reference Rohacell 71 IG
(영률: 57.9 ㎫, 밀도 d = 0.08) 로 시판되는 폴리메타크릴이미드 발포체 PMI 의 응력/변형 곡선 (곡선 B) 을 나타낸다. 이 그래프상에서, 가로좌표는 변형 (%) 에 해당하고, 세로좌표는 응력 (mPa) 에 해당한다. 폴리아미드 발포체와는 대조적으로, 폴리메타크릴이미드 발포체 PMI 는 27 % 변형을 넘어서 파손된다.
실시예
2 및 3: 구조 층: 성상 구조의 나일론 6 및 강화 스레드의 반가공 플레이트의 제조
사용된 매트릭스: 문헌 FR 2743077 에 기재된 방법에 의해, 0.5 mol% 의 2,2,6,6-테트라-(β-카르복시에틸)시클로헥사논의 존재하에서 카프로락탐으로부터의 공중합에 의해 수득되는, 약 80 % 의 성상 구조의 거대분자 사슬 및 20 % 의 선형 거대분자 사슬을 포함하고, 1000 g 하에 275 ℃ 에서 측정한 용융 흐름 지수가 55 g/10 분인 성상 구조의 나일론 6.
3 내지 8 dtex 의 스레드 카운트 및 약 15-20 cN/tex 의 강도를 갖는 성상 구조의 나일론 6 의 멀티필라멘트 스레드로 일련의 시험을 수행하였다. 상기 멀티필라멘트 스레드를 다축 직조 작업에서, 12000 필라멘트를 포함하는 고성능 연속 탄소 강화 스레드 (실시예 2) 와, 또는 600 tex 의 카운트를 갖는 유리 강화 스레드 (실시예 3) 와 조립하였다. 용융 상태의 매트릭스의 고 유동성을 입증하기 위해서, 하기와 같이 정의되는 단위 층으로부터 다축 직물을 제조하였다:
단위 층
플라이 (ply) 번호 1: 강화 스레드 - 배향: -45°
플라이 번호 2: 강화 스레드 - 배향: +45°
플라이 번호 3: 성상 구조의 나일론 6 스레드 (매트릭스) - 배향: 90°
이어서, 수득한 직물의 몇개의 단위 층 (2 내지 10 개) 을, 1 내지 20 bar 의 압력 및 성상 구조의 나일론 6 의 융점 초과의 온도 (230-260 ℃) 에서, 1-3 분의 시간 동안 가열-플라텐 프레스 (heated-platen press) 하에서, 플레이트형 주형내에 놓음으로써, 층을 이룬 복합체를 제조하였다. 50-60 ℃ 의 온도로 냉각시킨 후, 주형으로부터 복합체를 회수하였다. 강화 비율은 중량으로 60 내지 70 % 였다.
실시예
4: 2 개의 외부 구조 층
C1
및
C3
, 및 하나의 내부 중량 감소 층
C2
를
갖는 샌드위치 복합 구조물의 제조
실시예 2 에 따른 2 층 복합체 (층 C1 및 C3) 를, 실시예 1 에 따라서 제조한 발포체의 층 C2 의 양측에 놓았다. 조립체를 15 bar 하에서 10 분간 240 ℃ 에서 치수 270 ㎜ × 270 ㎜ 의 가열-플라텐 프레스의 플라텐 사이에 놓은 후, 가 압하에서 130 ℃ 로 냉각시키고, 주형으로부터 회수하였다. 발포체의 매우 양호한 완전 상태 및 층들 사이에 양호한 부착성을 갖는 샌드위치 구조물을 수득하였다.
실시예
5: 2 개의 외부 구조 층
C1
및
C3
, 및 하나의 내부 중량 감소 층
C2
를
갖는 샌드위치 복합 구조물의 제조
실시예 3 에 따른 2 층 복합체 (층 C1 및 C3) 를, 실시예 1 에 따라서 제조한 발포체의 층 C2 의 양측에 놓았다. 조립체를 15 bar 하에서 10 분간 240 ℃ 에서 치수 270 ㎜ × 270 ㎜ 의 가열-플라텐 프레스의 플라텐 사이에 놓은 후, 가압하에서 130 ℃ 로 냉각시키고, 주형으로부터 회수하였다. 발포체의 매우 양호한 완전 상태 및 층들 사이에 양호한 부착성을 갖는 샌드위치 구조물을 수득하였다.
실시예
6: 2 개의 외부 구조 층
C1
및
C3
, 및 하나의 내부 중량 감소 층
C2
를
갖는 샌드위치 복합 구조물의 제조
치수 270 × 270 ㎜ 및 두께 1 ㎜ 이며, 보호 층 (층 C1 및 C3) 이 제거된 2 개의 알루미늄 플레이트를, 실시예 1 에 따라서 제조한 발포체의 층 C2 의 양측에 놓았다. 조립체를 15 bar 하에서 10 분간 240 ℃ 에서 치수 270 ㎜ × 270 ㎜ 의 가열-플라텐 프레스의 플라텐 사이에 놓은 후, 가압하에서 130 ℃ 로 냉각시키고, 주형으로부터 회수하였다. 발포체의 매우 양호한 완전 상태 및 층들 사이에 양호한 부착성을 갖는 샌드위치 구조물을 수득하였다.
Claims (28)
- 적어도 하기의 층을 포함하는 복합 구조물로서:구조 층 C1;
강성 또는 반강성 발포체의 중량 감소 층 C2; 및
임의로 구조 층 C3,
상기 발포체가 폴리아미드 기재 발포체인 것을 특징으로 하는 복합 구조물. - 제 1 항에 있어서, 2 개의 외부 구조 층 C1 및 C3, 및 하나의 내부 중량 감소 층 C2 를 포함하는 샌드위치 구조물인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층이 플레이트 또는 시이트인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 3 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층이 금속, 또는 강철과 같은 금속 합금의 플레이트 또는 시이트인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 구조 층의 두께가 0.2 내지 3 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 5 항에 있어서, 두께가 3 내지 50 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포체의 밀도가 300 ㎏/㎥ 미만, 바람직하게는 30 내지 200 ㎏/㎥ 인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포체의 영률 (압축시 탄성률) 이 30 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리아미드 발포체가, 기체를 폴리아미드에 주입함으로써, 및/또는 휘발성 화합물, 발포제 및/또는 폴리아미드와 반응하여 기체를 형성할 수 있는 화합물을 폴리아미드에 혼입함으로써 수득되는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 9 항에 있어서, 발포체가 폴리아미드와 폴리카보네이트의 혼합물로부터 수득되는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 10 항에 있어서, 폴리카보네이트가 하기 화학식의 방향족 고리를 포함하는 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 복합 구조물:
(상기 식 중에서, 동일하거나 상이할 수 있는 R1 및 R2 는 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 5 의 알킬 또는 할로알킬 라디칼이고, 각각의 방향족 고리는 탄소수 1 내지 5 의 알킬 또는 할로알킬 라디칼로 치환될 수 있으며; n 은 40 내지 300 의 정수이다). - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 폴리카보네이트의 분자량이 5000 내지 80000 인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합물이 폴리아미드에 대해서 0.5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량% 의 폴리카보네이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포체가, 폴리아미드와 폴리카보네이트의 혼합물을 폴리아미드의 융점 이상의 온도에서 가열함으로써 수득되는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층이 열가소성 또는 열경화성 중합체 매트릭스를 포함하는 플레이트 또는 시이트인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 15 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층이 열가소성 또는 열경화성 중합체 매트릭스, 및 유리, 탄소, 아라미드, 폴리이미드, 석영, 사이잘, 삼, 아마 등의 섬유와 같은 강화 섬유를 포함하는 플레이트 또는 시이트인 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 매트릭스가, 하기의 사슬을 포함하는 성상 구조의 폴리아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 구조물:하나 이상의 코어 및 상기 코어에 결합된 3 개 이상의 아암 (arm) 또는 3 개 이상의 폴리아미드 분절을 포함하는 성상 구조의 거대분자 사슬,
필요한 경우, 선형 거대분자 폴리아미드 사슬.
- 제 17 항에 있어서, 성상 구조의 폴리아미드가, 적어도 하기의 단량체를 포함하는 단량체의 혼합물의 공중합에 의해서 수득되는 폴리아미드의 유형인 것을 특징으로 하는 복합 구조물:a) 하기 화학식 (I) 의 단량체:
b) 하기 화학식 (IIa) 및 (IIb) 의 단량체:
c) 임의로 하기 화학식 (III) 의 단량체:
(상기 식 중에서:- R1 은 2 개 이상의 탄소 원자를 가지며 헤테로원자를 함유할 수 있는 선형 또는 고리형, 방향족 또는 지방족 탄화수소 라디칼이고,- A 는 공유 결합, 또는 헤테로원자를 함유할 수 있으며 1 내지 20 개의 탄소 원자를 가지는 지방족 탄화수소 라디칼이며,- Z 는 1 차 아민 작용기 또는 카르복실산 작용기를 나타내고,- X 가 카르복실산 작용기를 나타내는 경우, Y 는 1 차 아민 작용기이며, 또는- X 가 1 차 아민 작용기를 나타내는 경우, Y 는 카르복실산 작용기이고,- 동일하거나 상이할 수 있는 R2 및 R3 은 2 내지 20 개의 탄소 원자를 가지며 헤테로원자를 함유할 수 있는, 치환 또는 비치환된, 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타내고,- m 은 3 내지 8 의 정수를 나타낸다). - 적어도 하기의 요소들의 조립 단계를 포함하는, 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 의한 복합 구조물의 제조 방법:- (C1'): 구조 층 또는 상기 층의 전구체;- (C2'): 폴리아미드 기재 발포체 또는 상기 발포체의 전구체의 중량 감소 층; 및- 임의로 (C3'): 구조 층 또는 상기 층의 전구체.
- 제 19 항에 있어서, 발포체의 전구체가 폴리아미드 및 팽창제를 함유하는 팽창 가능한 폴리아미드 조성물을 포함하는 물품 또는 분말인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항에 있어서, 팽창제가 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층의 전구체가 강화 섬유를 함유하는 물품인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층의 전구체가 하기의 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:- 강화 섬유를 함유하는 물품; 및- 중합체 매트릭스.
- 제 22 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층의 전구체가 강화 스레드 및/또는 섬유 및 중합체 매트릭스의 스레드 및/또는 섬유를 함유하는 물품인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 24 항에 있어서, 물품이 브레이드 직물, 직포 또는 편포, 플리스, 다축 물질, 부직포의 연속 또는 커트 스레드, 스트립, 매트의 형태 및/또는 상기 언급한 형태중 몇개를 포함하는 복합 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 조립이 여러 요소 (C1'), (C2') 및 임의로 (C3') 의 열성형 또는 캘린더가공에 의해서 수행되고, 상기 여러 요소는 동시에 또는 연속적으로 열성형 또는 캘린더가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 26 항에 있어서, 하나 이상의 구조 층의 전구체의 열가소성 중합체 매트릭스가 열가소성 매트릭스이고, 열성형 또는 캘린더가공 동안의 온도가 열가소성 매트릭스의 융점 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
- 자동차 또는 항공기 부품의 제조 또는 스키와 같은 스포츠 용품의 제조 또는 건축 패널의 제조를 위한, 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 의한 복합 구조 물의 용도.
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