KR20080066695A

KR20080066695A - 보강된 중합체 재료의 제조 방법 및 그 재료로 성형된 물품

Info

Publication number: KR20080066695A
Application number: KR1020087009892A
Authority: KR
Inventors: 제임스 티. 셀리스카; 노르윈 반 리엘
Original assignee: 다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-07-16
Also published as: CA2626311A1; WO2007050356A1; US20070117909A1

Abstract

본 발명은 보강된 중합체 재료 및 상기 보강된 중합체 재료를 이용한 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 일반적으로, 중합체 재료와 보강재로 이루어진 마스터배치를 제조하는 단계(30) 및 상기 마스터배치와 제 2의 중합체 재료를 포함하는 부재료들을 혼합하는 단계(40)를 포함한다. 본 발명의 방법은 특히 스티렌계 중합체에 적용될 수 있다.

보강된 중합체, 마스터배치, 보강재, 스티렌계 중합체, 유리 섬유

Description

보강된 중합체 재료의 제조 방법 및 그 재료로 성형된 물품{PROCESS FOR FORMING A REINFORCED POLYMERIC MATERIAL AND ARTICLES FORMED THEREWITH}

출원 일자의 혜택에 관한 주장

본 출원은 2005년 10월 27일자 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 60/730,799호 및 2006년 10월 16일자 출원된 미국 특허 출원 번호 제 11/549,751호의 출원일자 소급 혜택에 관한 우선권을 주장하며, 상기 미국 특허 출원들은 모두 본 명세서에 참고 인용하였다.

본 발명은 보강된 중합체 재료 및 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

유리 섬유와 같은 충전제 물질을 혼입시킴으로써 열가소성 물질의 물리적 특성을 개선할 수 있다는 사실이 잘 알려져 있다. 중합체 제품내로 보강 섬유를 혼입하면 인장 강도, 강직성, 치수 안정성, 크리프(creep) 내성 및 열 팽창률과 같은 수지의 특성에 이로운 영향을 미칠 수 있다.

이와 같은 물품을 제조하는 종래의 방법들에서는 사전 배합된 유리 단섬유가 충전된 중합체, 예컨대 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 또는 스티렌 말레인산 무수물(SMA)을 사용해왔다. 최종 제품의 성능을 최적화시키는데 있어서는 어느 정도 목적을 충족시키는 반면에, 종래의 방법들은 몇 가지 단점을 나타낸다. 종래의 방법들은 비용이 많이 들고 가공하고자 하는 재료에 따라서, 그리고 가공에 사용된 기법에 따라서 가공상의 어려움에 당면할 수 있다. 일례로서, 가공시에 사용되는 종래의 재료들은 비교적 낮은 연성(ductility), 인성, 강도, 이들의 조합 등과 같은 특성을 나타낼 수 있으며, 이로써 당해 재료의 가공은 파단, 견실성( consistency)의 부재, 폐기물 등과 같은 해로운 효과를 유발할 수 있다. 더욱이, 종래의 재료 및 가공 방법은 특정의 상황에서는 당해 재료 또는 방법으로 제조한 물품에 대하여 밀도, 충격 성능, 인성, 연성, 강도, 이들의 조합 등과 같은 특성에 악영향을 미칠 수 있다.

유리 장섬유를 열가소성 재료내로 혼입시킴으로써 장섬유 보강된 열가소성 물품을 제조하는 공지의 방법들의 단점을 극복하고자 몇가지 해결 수단이 제안된 바 있다. 이에 관해서는 본 명세서에 참고 인용한 국제 특허 출원 WO 01/02471호(발명의 명칭: LONG FIBER-REINFORCED THERMOPLASTIC MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME)를 참조할 수 있다. 또한, 마찬가지로 본 명세서에 참고 인용한 국제 특허 출원 WO/0003852호(발명의 명칭: GRANULES FOR THE PRODUCTION OF A MOLDING WITH A CLASS-A SURFACE, PROCESS FOR THE PRODUCTION OF GRANULES AND ITS USE)를 참조할 수 있다. 이외에도, 미국 특허 제 5,783,129호(발명의 명칭: APPARATUS, METHOD, AND COATING DIE FOR PRODUCING LONG FIBER-REINFORCED THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION) 및 미국 특허 제 5,788,908호(발명의 명칭: METHOD OF PRODUCING FIBER-REINFORCED THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION)을 더 참 조할 수 있으며, 상기 미국 특허들은 둘다 본 명세서에 참고 인용하였다. 보강된 중합체 분야에서 지속적인 기술 혁신이 주목되는 시점에서, 본 발명은 보강된 중합체 재료의 제조 방법 및 상기 재료로 성형된 물품을 제공하며, 본 발명의 방법 또는 물품은 전술한 바와 같은 단점들(예: 고비용, 연성의 부재) 또는 다른 단점들중 하나를 해결한다.

발명의 개요

본 발명은 보강된 중합체 재료의 제조 방법 및 상기 방법 및/또는 재료를 사용하여 제조한 재료 및 물품을 제공한다. 본 발명의 방법에 의하면, 마스터배치(masterbatch)를 제조하는데 적합한 재료들을 제공하는데, 상기 재료들은 통상 제 1 중합체 재료 및 보강재를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 상기 제 1 중합체 재료는 SAN과 ABS의 혼합물이며, 상기 혼합물은 약 10:1 내지 약 1:10의 ABS:SAN 비율로 제공된다. 상기 보강재로는 섬유를 들 수 있으나, 필수적인 것은 아니다. 이어서, 상기 재료들을 가공하여 상기 제 1 중합체 재료와 상기 보강재를 배합시킴으로써 마스터배치를 제조한다. 일단 마스터배치가 제조된 후에는, 마스터배치를 통상 1종 이상의 부재료와 배합 또는 혼합하여 혼합물을 형성한다. 일반적으로, 상기 부재료로서는 스티렌계 중합체를 들 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 방법의 한 가지 예시적인 실시양태를 도시한 공정도이다.

본 발명은 보강된 중합체 재료를 제조하는데 사용될 수 있는 재료의 마스터배치를 형성하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 보강된 중합체 재료 자체 및 상기 보강된 중합체 재료로 성형된 부품의 제조에 관한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 방법(10)이 도시되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법(10)은 일반적으로 하기 단계 (i) 내지 (iv)의 조합을 포함한다:

(i) 마스터배치를 제조하기 위한 재료(예: 중합체 재료 및 보강재)들을 제공하는 단계(20);

(ii) 상기 재료들을 가공하여 마스터배치(예: 중합체 재료와 보강제의 펠릿)를 제조하는 단계(30);

(iii) 상기 마스터배치를 1종 이상의 부재료(예: 순수한 괴상(neat mass) ABS)와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(40); 및

(iv) 상기 혼합물을 성형하여 자동차용 부품과 같은 부품을 제조하는 단계(50).

본 발명의 방법은 합성 재료, 더욱 구체적으로는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 스티렌-아크릴로니트릴(SAN), 이의 혼합물 등과 같은 스티렌계 공중합체를 가공하는데 특히 유용한 것으로 밝혀졌다.

마스터배치 재료(20)

일반적으로, 마스터배치는 1종 이상의 중합체 재료와 1종 이상의 보강재를 포함한다. 상기 1종 이상의 중합체 재료가 1종 이상의 인성 부여제를 포함하는 것도 일반적이다. 통상적으로, 다수의 상이한 중합체 또는 공중합체들은 1종 이상의 중합체 재료에 포함될 수 있는 것으로 이해된다.

적합한 중합체 재료의 예로서는, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 엘라스토머, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 일반적으로, 상기 중합체 재료가 열가소성 중합체 및/또는 엘라스토머인 것이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니다. 상기 중합체 재료는 일반적으로 10 중량％ 이상, 더욱 일반적으로는 25 중량％ 이상, 보다 더 일반적으로는 45 중량％ 이상, 훨씬 더 일반적으로는 60 중량％ 이상의 마스터배치를 포함하며, 또한 일반적으로는 약 90 중량％ 미만, 더욱 일반적으로는 약 80 중량％ 미만, 보다 더 일반적으로는 약 70 중량％ 미만의 마스터배치를 포함한다. 물론, 이보다 높거나 낮은 중량 퍼센트를 사용할 수도 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시양태에 의하면, 상기 중합체 재료는 1종 이상의 스티렌계 재료 또는 2종 이상의 스티렌계 재료들의 혼합물을 포함한다. 특히 바람직한 스티렌계 재료의 예로서는, 스티렌-아크릴로니트릴(SAN), 예컨대 타이릴(Tyril^®)(상표명, 더 다우 케미칼 컴패니(The Dow Chemical Company)), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 예컨대 매그넘(MAGNUM^®)(상표명, 더 다우 케미칼 컴패니), 또는 스티렌-말레산 무수물(SMA), 예컨대 다이락(DYLARK^®)(등록 상표, 노바 케미칼스(Nova Chemicals))를 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 일반적으로, 상기 1종 이상의 중합체 재료는 상기 보강재에 대한 담체로서 작용할 수 있도록 비교적 고유동성인 재료인 것이 바람직하다. 스티렌계 담체를 사용하는 방법에 대한 변형예로서, 대체 가능한 고유동성 엔지니어링 열가소성 수지를 사용하거나, 이를 스티렌계 담체와 배합할 수 있는데, 그와 같은 수지의 예로서는 폴리카보네이트(PC), 예컨대 칼리버(CALIBRE^®)(상표명, 더 다우 케미칼 컴패니) 또는 열가소성 폴리우레탄, 예컨대 이소플라스트(ISOPLAST^®)(상표명, 더 다우 케미칼 컴패니)를 들 수 있다.

일반적으로, 상기 마스터배치는 전부 ABS이거나 전부 SAN일 수도 있다. 그러나, 바람직한 실시양태에서는, ABS와 SAN의 혼합물이 중합체 재료 또는 마스터배치의 대부분을 이룬다. 전형적으로, 상기 혼합물이 포함될 경우에, 상기 혼합물은 마스터배치의 약 50 중량％ 이상, 더욱 일반적으로는 약 80 중량％ 이상, 보다 더 일반적으로는 약 90 중량％ 이상으로 존재한다. 이와 같은 혼합물에 있어서, ABS는 괴상 ABS 또는 에멀젼 ABS로서 제공될 수 있다. 에멀젼으로 제공될 경우에, 상기 혼합물에서 ABS:SAN의 비율은 일반적으로 약 1:5 내지 약 5:1, 더욱 일반적으로는 약 3:5 내지 약 5:3, 보다 더 일반적으로는 약 4:5 내지 약 5:4이다. 괴상 ABS 또는 순수한 괴상 ABS로서 제공될 경우에, ABS:SAN의 비율은 일반적으로 약 20:1 내지 약 1:1, 더욱 일반적으로는 약 10:1 내지 약 2:1, 보다 더 일반적으로는 약 6:1 내지 약 4:1이다.

상기 마스터배치에 바람직한 유형의 SAN은 일반적으로 3.8 kg 하중하에 230℃에서 약 18 내지 31 g/10분의 용융 유속을 가질 것이다. 상기 마스터배치에 바람직한 유형의 ABS, 특히 에멀젼 ABS는 3.8 kg 하중하에 230℃에서 3 내지 약 9 g/10분의 용융 유속을 가질 것이다. 물론, 이보다 더 높거나 낮은 용융 유속을 사용할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 상기 1종 이상의 중합체 재료는 2종 이상의 중합체 재료들의 배합물일 수도 있다. 한 실시양태에서, 상기 마스터배치의 중합체 재료는 1종 이상의 인성 부여제를 포함한다. 상기 인성 부여제는 엘라스토머 또는 고무인 것이 바람직하지만, 특별한 언급이 없는 한 필수적인 것은 아니다. 인성 부여제가 포함될 경우, 상기 인성 부여제(들)은 일반적으로 상기 마스터배치의 0.5 중량％ 이상, 더욱 일반적으로는 1.0 중량％ 이상, 보다 더 일반적으로는 2.5 중량％ 이상, 훨씬 더 일반적으로는 4.0 중량％ 이상으로 존재하며, 또한 일반적으로 상기 마스터배치의 약 30 중량％ 미만, 더욱 일반적으로는 약 18 중량％ 미만, 보다 더 일반적으로는 약 10 중량％ 미만으로 존재한다. 물론, 이보다 더 높거나 낮은 중량 퍼센트를 사용할 수도 있다.

인성 부여제로서 적합한 엘라스토머의 예로서는 니트릴, 부타디엔, EPDM, 할로겐화 엘라스토머(예: 클로로엘라스토머 및 플루오로엘라스토머), 실리콘 엘라스토머, 폴리우레탄 엘라스토머, 라텍스, 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머 및 천연 고무를 들 수 있다. 바람직한 인성 부여제는 폴리부타디엔 고무로서, 이는 그라프트 고무 화합물(예: 에멀젼 ABS)의 성분으로서 제공될 수 있다.

또한, 상기 중합체 재료의 상당 부분 또는 거의 전부는 인성 부여제와 혼합된 스티렌계 재료의 프리믹스(premix)와 ABS를 혼합시킴으로써 제공된다. 이와 같은 프리믹스의 일례로는 SAN/인성 부여제 프리믹스가 있으며, 이는 에멀젼 ABS로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 상기 프리믹스는 본 명세서에 기재된 어떠한 인성 부여제라도 사용할 수 있다. 일반적으로 상기 프리믹스는 1.0 중량％ 이상, 더욱 일반적으로는 2.0 중량％ 이상, 보다 더 일반적으로는 5.0 중량％ 이상, 훨씬 더 일반적으로는 8.0 중량％ 이상, 또한 일반적으로는 약 50 중량％ 미만, 더욱 일반적으로는 약 20 중량％ 미만, 보다 더 일반적으로는 약 15 중량％ 미만의 인성 부여제를 포함한다. 물론, 이보다 높거나 낮은 중량 퍼센트를 사용할 수도 있다. 바람직한 SAN/인성 부여제 프리믹스가 상표명 매그넘(MAGNUM^®) 9020 또는 2620(상표명, 더 다우 케미칼 컴패니)으로 시판되고 있으며, 이를 필요에 따라 희석하여 프리믹스내에서 인성 부여제에 대한 소정량의 SAN 비율을 얻을 수 있다. 에멀젼 ABS 또는 SAN/인성 부여제 프리믹스를 사용할 경우에, 에멀젼 ABS:SAN의 비율은 일반적으로 약 5:1 내지 약 1:5, 더욱 일반적으로는 약 3:1 내지 약 1:3, 보다 더 일반적으로는 약 2:1.5 내지 약 1.5:2(예: 약 1:1)이다.

상기 마스터배치는 일반적으로 1종 이상의 보강재를 더 포함한다. 보강재의 예로서는, 무기물, 직물, 섬유 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 섬유 또는 섬유상 재료가 본 발명에 사용하는데 특히 바람직하다. 섬유의 예로서는, 중합체 섬유, 금속 섬유, 탄소 섬유, 그래파이트 섬유, 세라믹 섬유 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예로서는, 폴리아미드(예: 나일론, 방향족 폴리아미드 및 폴리아미드이미드) 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 유리 섬유, 실리콘 카바이드 섬유, 알루미나 섬유, 티타늄 섬유, 스틸(예: 스테인레스 스틸) 섬유, 탄소 섬유, 천연 섬유(예: 황마) 및 그래파이트 섬유 등을 들 수 있으나, 이들에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상기 재료들을 사용하되 상이한 형태로, 예를 들면 단섬유(chopped fiber), 입자, 포옴, 직포, 부직포, 매트, 밧줄(cordage) 등의 형태로 사용하여 보강재를 제공할 수도 있는 것으로 생각된다.

일반적으로, 상기 마스터배치는 상당한 분량의 유리 섬유를 포함하며, 상기 보강재는 거의 전부 또는 전부가 유리 섬유일 수도 있다. 상기 보강재는 일반적으로 상기 마스터배치의 10 중량％ 이상, 더욱 일반적으로는 25 중량％ 이상, 보다 더 일반적으로는 45 중량％ 이상, 임의로는 60 중량％ 이상, 또한 일반적으로 상기 마스터배치의 약 90 중량％ 미만, 더욱 일반적으로는 약 80 중량％ 미만, 보다 더 일반적으로는 약 70 중량％ 미만으로 존재한다. 물론, 이보다 더 높거나 낮은 중량 퍼센트를 사용할 수도 있다. 상기 유리 섬유는 사이즈제(sizing agent)를 포함할 수도 있지만, 특별한 언급이 없는 한 필수적인 것은 아니다.

마스터 배치 제조(30)

마스터배치 제조 단계는 일반적으로 상기 1종 이상의 중합체 재료와 1종 이상의 보강재를 배합 또는 혼합하는 것을 포함한다. 마스터배치를 제공하고자 하는 소정의 방식에 좌우되어 마스터배치의 재료들을 혼합하는데 여러 가지 혼합 기법을 사용할 수 있다. 일례로서, 상기 중합체 재료를 용융시켜서 중합체 재료가 액체 형태로 존재하는 동안 보강재를 상기 중합체 재료에 도입시킬 수 있다. 다른 예로서, 상기 보강재와 중합체 재료를 고체 상태로 상호 혼합시킬 수도 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 마스터배치는 상기 중합체 재료내에 적어도 부분적으로 또는 거의 전체적으로 캡슐화된 상기 보강재(예: 섬유)를 포함하는 펠릿 형태로 제조된다.

이와 같은 펠릿을 제조하기 위해서, 상기 보강재를 중합체 재료내에 침지시키거나, 또는 중합체 재료를 분무 코팅, 딥(dip) 코팅 등과 같은 방법에 의해서 보강재상에 코팅할 수 있다. 한 바람직한 실시양태에 의하면, 상기 1종 이상의 중합체 재료를 보강재상에 배합시켜서 상기 중합체 재료가 보강재를 자극하여 보강재에 접착되도록 한다. 이와 같은 배합 공정에서, 상기 보강재는 배합 유닛 또는 배합 기계(예: 인발(pultrusion), 압출 또는 공압출 기계)의 다이 또는 다른 구조물에 섬유 다발(예: 유리 섬유)의 연속적인 공급원료 또는 부수적인 공급원료로서 제공되며, 중합체 재료는 담체 용융물로서 상기 혼합 장치의 다이에 공급되어 상기 중합체 재료가 상기 섬유를 실질적으로 캡슐화하고 상기 섬유를 자극하여 상기 섬유에 접착되어 마스터배치 재료를 형성한다. 이어서, 상기 마스터배치 재료를 절단하여 마스터배치를 상기 섬유를 실질적으로 캡슐화한 펠릿의 형태로 제조한다. 상기 방법에 의해서 마스터배치용으로 제조된 섬유의 평균 길이는 일반적으로 1 mm 이상, 더욱 일반적으로는 3 mm 이상, 보다 더 일반적으로는 5 mm 이상, 임의로는 10 mm 이상이고, 또한 일반적으로 약 50 mm 미만, 더욱 일반적으로 약 30 mm 미만, 보다 더 일반적으로는 약 18 mm 미만이다. 물론, 이보다 더 길거나 짧은 길이를 사용할 수도 있다.

혼합물 제조(50)

일반적으로, 혼합물 제조 단계는 마스터배치를 1종 이상의 부재료들과 혼합하는 것을 포함한다. 상기 부재료는 일반적으로 1종 이상의 중합체 재료를 포함할 것이다. 사용하기에 적합한 중합체 재료로서는 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 엘라스토머, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.

상기 부재료는 마스터배치의 중합체 재료보다 단단하고 대개는 보강되지 않은 1종 이상의 중합체 또는 공중합체를 포함하거나, 이와 같은 공중합체로 거의 전부 구성되는 것이 바람직하지만, 특별한 언급이 없는 한 이러한 특징이 필수적인 것은 아니다. 또한, 필수적인 것은 아니지만, 상기 중합체 또는 공중합체는 1종 이상의 스티렌계 재료, 예컨대 ABS, 아크릴레이트 스티렌 아크릴로니트릴(ASA), AIBS, SMA 또는 이들 공중합체의 얼로이(alloy), 예를 들면 PC/ASA. PC/ABS 또는 PC/SMA를 상당량 포함하거나, 이와 같은 1종 이상의 스티렌계 재료로 거의 전부 구성된다.

매우 바람직한 실시양태에서, 부재료는 1종 이상의 순수한 괴상 스티렌계 재료, 예컨대 순수한 괴상 ABS로 거의 전부 구성된다. 상기 순수한 중합체는 일반적으로 혼합물 또는 이를 사용하여 성형한 부품의 강도와 내열성에 기여하지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 바람직한 순수한 괴상 ABS는 일반적으로 고내열성 ABS로서, 상표명 매그넘 브레이스(MAGNUM BRACE^®) 5500으로 시판되고 있다.

마스터배치와 부재료(들)의 혼합은 마스터배치의 제조시와 마찬가지로, 여러가지 다양한 기법 또는 절차를 사용하여 수행할 수 있다. 일례로서, 마스터배치가 부재료에 도입될 수 있도록 부재료를 용융시킨다. 다른 예로서, 마스터배치와 1종 이상의 부재료를 고체 상태로 배합 및/또는 혼합할 수 있다.

바람직한 실시양태에서, 상기 마스터배치는 1종 이상의 부재료와 건식 혼합된다. 다양한 건식 혼합 기법, 예를 들면 용량(volumetric) 혼합기에서의 혼합 등과 같은 혼합 기법을 사용할 수 있다.

한 바람직한 실시양태에서, 마스터배치와 부재료(들)은 괴상 물질 또는 펠릿의 형태로 중량(gravimetric) 혼합기에 제공된다. 일반적으로 상기 마스터배치는 혼합물의 약 5 중량％ 이상, 더욱 일반적으로는 13 중량％ 이상, 보다 더 일반적으로는 19 중량％ 이상, 임의로는 약 22 중량％ 이상, 그리고 일반적으로 혼합물의 약 50 중량％ 미만, 더욱 일반적으로는 약 35 중량％ 미만, 보다 더 일반적으로는 약 28 중량％ 미만으로 제공된다. 일반적으로 상기 마스터배치는 혼합물의 약 30 중량％ 이상, 더욱 일반적으로는 50 중량％ 이상, 보다 더 일반적으로는 67 중량％ 이상, 임의로는 약 72 중량％ 이상, 그리고 일반적으로 혼합물의 약 95 중량％ 미만, 더욱 일반적으로는 약 88 중량％ 미만, 보다 더 일반적으로는 약 79 중량％ 미만으로 제공된다. 물론, 이보다 높거나 낮은 중량 퍼센트를 사용할 수도 있다. 중력 공급, 공기압 사용법 등과 같은 여러 가지 다양한 기법에 의해서 마스터배치, 부재료(들) 또는 이들 둘다를 혼합기에 제공할 수 있다. 그러나, 마스터배치와 부재료(들)은 관형 구조물을 통해서 혼합물로 진공 인출하는 것이 바람직하다. 본 발명의 기법에 따라서 제조한 마스터배치의 펠릿은 다른 기법에 의해서 제조한 펠릿에 비해서 더 큰 보전성(integrity)을 유지한다는 점에서 유리하다.

다른 예로서, 마스터배치와 1종 이상의 부재료를 부품 성형 유닛에 직접 공급하여 상기 부품 성형 유닛(예: 사출 성형기)에서 혼합물을 제조할 수도 있다. 부품의 성형에 관해서는 이하에 설명할 것이다.

마스터배치, 혼합물 또는 이들 둘다는 화학 커플링제, 상용화제, 또는 이들 두가지 모두(1종 이상의 상이한 커플링제들 또는 상용화제들로 이루어질 수 있음) 를 포함할 수 있다. 그러나, 바람직한 실시양태에서, 마스터배치에는 커플링제, 상용화제 또는 이들 둘다가 거의 존재하지 않는다(예를 들면, 3％ 미만, 1％ 미만, 또는 0.2％ 미만, 심지어 0.01％ 미만의 양으로 커플링제, 상용화제 또는 이들 둘다를 포함함).

부품 성형(60)

형성된 혼합물을 다양한 기법에 따라서 자동차와 같은 제품 제조용 구조물 또는 부품을 제조하기 위한 다양한 부품 성형 유닛(예: 사출, 중공 또는 압착 성형기)을 사용하여 성형할 수 있다. 예를 들면, 상기 혼합물을 성형(예: 압착 성형, 중공 성형, 사출 성형 등)하거나, 압출하거나, 인발하거나, 또는 이들을 조합해서 소정의 형태를 갖는 부품을 성형할 수 있다.

상기 혼합물은 사출 성형 부품에 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 사출 성형 이후에, 부품은 사출 성형하기 전의 혼합물의 평균 섬유 길이보다 더 짧은 평균 섬유 길이를 갖는다. 사출 성형 이후의 평균 섬유 길이는 일반적으로 0.2 mm 이상, 더욱 일반적으로는 0.6 mm 이상, 보다 더 일반적으로는 0.8 mm 이상, 그리고 일반적으로는 10.0 mm 미만, 더욱 일반적으로는 4 mm 미만, 보다 더 일반적으로는 2.0 mm 미만, 훨씬 더 일반적으로는 1.2 mm 미만이다. 물론, 이보다 더 길거나 짧은 길이도 사용할 수 있다. 또한, 사출 성형 공정을 변형시켜서, 예를 들면 전이 영역이 연장된 스크류를 사용하고/하거나 배압(back presure)을 낮추거나 제거함으로써, 섬유 길이를 덜 단축시킬 수도 있는 것으로 이해된다. 사출 성형기로부터 제거된 부품은 하나 이상의 바람직한 특성을 나타내는 경우가 많다. 일례로서, 본 발명의 기법을 사용하여 다음과 같은 개선된 특성들중 한 가지 이상을 갖는 부품을 제공할 수 있다: 보다 큰 연성, 보다 큰 강도, 우수한 열적 성능, 보다 큰 인성, 이들의 조합 등. 또 다른 장점으로서, 상기 마스터배치, 혼합물 또는 이들 둘다는 개선된 가공성을 나타낼 수 있다. 더욱이, 상기 재료로부터 성형된 부품은 등급 A 또는 등급 B 표면을 제공할 수 있으며, 이들은 자동차에 특히 유용할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 사용되는 특정한 재료들을 언급하였지만, 본 명세서에 설명한 처리 단계들중 어느 하나를 수행하는 동안에 마스터배치, 혼합물 또는 이들의 전구물질에 다양한 첨가제들을 더 주입할 수 있는 것으로 이해된다. 이와 같은 첨가제로서는, 착색제, 이형제, 항산화제, 자외선 안정제, 난연제, 상용화제, 계면활성제, 무기 충전제, 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.

이하에서는 본 발명의 방법을 실시예 및 비교 테스트에 의해서 더욱 구체적으로 설명하고자 하며, 이하에서 모든 부 및 퍼센트는 특별한 언급이 없는 한 중량을 기준으로 한 것이다.

인발 또는 공압출 공정을 통해서 비교적 용융 유속이 높은 50％ SAN(예: 3.8 kg의 하중하에 230℃에서 용융 유속이 25 g/10분인 SAN 125) 및 50％ 에멀젼 ABS(예: 3.8 kg의 하중하에 230℃에서 용융 유속이 6 g/10분인 매그넘 9020)에 첨가된 유리 조방사(roving)(예: 터프로브(TUFROV^®) 4588 또는 4599(PPG 인더스트리즈(PPG Industries)의 상표명)를 사용하여 유리 장섬유 마스터배치를 제조하고 펠릿으로 성형하였다. 수득한 마스터배치내의 유리 섬유 함량은 40％ 내지 60％이었다. 상기 마스터배치를 15％ 내지 35％의 혼합 비율로 상응하는 양의 순수한 괴상 ABS 수지와 건식 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 이어서, 건식 혼합된 혼합물을 표준 ABS 조건하에 사출 성형기에서 물품을 성형하는데 사용하였다.

본 발명을 실시하는데 사용할 수 있는 추가의 재료와 기법들이 본 명세서에 참고 인용한 PCT 출원 WO 2005/090451호에 개시되어 있다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시양태에 의거하여 상세히 설명하였다. 당업자라면, 발명의 상세한 설명과 첨부 도면 및 청구의 범위를 통해서, 첨부된 청구의 범위에 의해서 정하여지는 바와 같은 본 발명의 보호 범위와 기술 사상을 벗어나지 않는 다양한 변경예, 개조예 및 변형예를 실시할 수 있음을 잘 알 것이다. 특히 전술한 바와 같은 구성 요소, 조합, 장치, 조성물, 기법 등에 의해서 수행되 는 다양한 기능과 관련하여, 당해 항목들을 설명하기 위해 사용한 용어들은 특별한 언급이 없는 한, 기재된 구조물과 반드시 구조적으로 대등한 것은 아니더라도, 기재된 항목의 특정 기능을 수행하는 임의의 항목에 상응하는 것임을 알아야 한다. 또한, 이상에서 본 발명의 특징을 단 하나의 실시양태에 관해서만 설명하였더라도, 그러한 특징은 다른 실시양태들의 한 가지 이상의 특징들과 조합될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

Claims

제 1 중합체 재료와 보강재를 포함하되, (i) 상기 제 1 중합체 재료는 SAN과 ABS의 혼합물이고, 상기 혼합물은 약 10:1 내지 약 1:10의 ABS:SAN의 비율로 제공되며; (ii) 상기 보강재는 섬유를 포함하는, 마스터배치를 제조하는데 적합한 재료들을 제공하는 단계;

상기 재료들을 가공하여 상기 제 1 중합체 재료와 상기 보강재를 혼합함으로써 마스터배치를 제조하는 단계; 및

상기 마스터배치를 스티렌계 중합체를 포함하는 1종 이상의 부재료들과 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계를 포함하는, 보강된 열가소성 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 ABS:SAN의 비율이 약 5:4 내지 약 4:5인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 ABS가 ABS와 인성 부여제의 프리믹스 형태로 제공되고, 상기 인성 부여제는 엘라스토머인 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ABS가 에멀젼 ABS로서 제공되는 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재가 다수의 일반적인 부직 유리 섬유로서 제공되는 것인 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재가 함께 다발을 이루는 다수의 부직 유리 섬유로서 제공되고, 각각의 유리 섬유의 직경은 약 20Å 미만인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재와 상기 제 1 중합체 재료는, 상기 제 1 중합체 재료가 상기 보강재를 자극하고 상기 보강재에 접착되어 중합체로 코팅된 보강재를 형성할 수 있도록 가공되는 것인 방법.
제7항에 있어서, 상기 중합체로 코팅된 보강재를 더 가공하여 중합체로 코팅된 보강재의 펠릿 형태로 마스터배치를 제조하며, 상기 펠릿의 평균 유리 섬유 길이는 약 3 내지 약 30 mm인 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제 1 중합체 재료와 상기 보강재를 가공하는 단계는 상기 제 1 중합체 재료와 상기 보강재를 인발기(pultrusion machine)에 공급하는 것을 포함하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부재료들이 순수한 괴상 ABS 수지를 주성분으로 하는 것인 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1종 이상의 부재료들을 중량 혼합기에서 상기 마스터배치와 혼합하여 혼합물에 균일성을 부여하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물이 마스터배치 약 10 내지 약 40 중량％와 1종 이상의 부재료들 약 60 내지 약 90 중량％를 포함하는 것인 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물을 부품으로 성형하는 단계를 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 부품이 수송 차량용 부품인 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 혼합물을 사출 성형함으로써 상기 부품을 성형하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 사출 성형은 비교적 낮은 배압하에 연장된 전이 영역을 갖는 스크류를 사용해서 수행하는 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부품을 등급 A 또는 등급 B 표면을 갖도록 성형하는 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스터배치, 혼합물 또는 이들 둘다에 커플링제, 상용화제 또는 이들 모두가 거의 존재하지 않는 것인 방법.