KR20090073678A - 충격강도 및 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성수지 펠렛, 그 제조 방법 및 그로부터 성형된 전기·전자제품의 외장재 - Google Patents

충격강도 및 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성수지 펠렛, 그 제조 방법 및 그로부터 성형된 전기·전자제품의 외장재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 압출한 펠렛에 있어서, 상기 펠렛은 원기둥 또는 다각기둥 형상이고, 상기 펠렛 밑면의 최대 장축(D)에 대한 높이(L)의 비(L/D)가 1.5∼2.5인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛은 충격강도와 크립특성이 우수하다.
유리섬유, 열가소성, 펠렛, 스티렌, 종횡비

Description

충격강도 및 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛, 그 제조 방법 및 그로부터 성형된 전기·전자 제품의 외장재 {Glass Fiber Reinforced Thermoplastic Resin Pellet Having Excellent Impact Strength and Creep Characteristics, Method for Preparing the Same and Exterior Part of Electric and Electronic Products Molded from the Same}
발명의 분야
본 발명은 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛, 그 제조 방법 및 그로부터 성형된 전기·전자 제품의 외장재에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 압출한 펠렛에 있어서, 펠렛의 형상과 종횡비(L/D)를 조절함으로써, 우수한 충격강도와 크립특성을 가지는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛, 그 제조 방법 및 그로부터 성형된 전기·전자 제품의 외장재에 관한 것이다.
발명의 배경
일반적으로 열가소성 수지는 치수 안정성, 내크립성, 내열성 및 강성이 낮기 때문에 고강도 및 정밀성을 요구하는 부품의 소재로 사용하기에는 부적합한 단점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서 유리섬유와 같은 무기 충진재를 보강재로 사용하는 것이 일반적인 방법으로 알려져 있다. 구체적으로 컴파운딩 공정을 거쳐 보강재와 열가소성 수지를 용융·혼합하여 보강재로 강화된 열가소성 수지 펠렛을 제조하고, 이를 사출성형하여 강화된 열가소성 성형품을 제조하는 것이다.
이러한 보강재로 강화된 열가소성 수지 펠렛을 만드는데 있어서, 가장 중요한 기술 중의 하나는 보강재와 수지간의 계면 결합력을 증가시키는 것이다. 수지와 보강재간의 계면 결합력이 낮으면, 제조 과정에서 가해지는 응력이 수지와 보강재간의 계면에 작용하여, 계면을 중심으로 파괴가 진행되므로, 목표로 하는 강성의 증가 효과를 얻을 수 없게 된다.
따라서 수지와 보강재간의 계면 접착력을 항상 시키기 위해 수지와 반응이 가능한 반응성기를 포함하는 물질로 보강재의 표면을 코팅하는 방법이 일반적으로 사용되어 왔다. 예를 들어 미국등록특허 제3,671,378호에는 열가소성 수지로 코팅된 유리 보강재를 이용하는 복합재료가 개시되어 있으며, 미국등록특허 제4,405,727호에는 반응성기를 갖는 유기물을 이용해서 5∼500Å의 두께로 코팅된 보강재를 포함하는 조성물이 개시되어 있다.
그밖에 국제공개특허 WO86/05445에는 매트릭스를 이루는 수지와 상용성을 갖고, 보강 유리섬유와 반응할 수 있는 반응기를 함유하는 고무질 중간층으로 보강 유리섬유를 코팅함으로써, 수지와 보강재간의 계면 결합력을 향상시킨 예가 보고 되어 있다.
그러나 상기에 기술한 방법들은 매트릭스 수지가 반응성을 함유하는 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트 수지인 경우에는 효과가 우수한 반면, 반응성이 없는 스티렌계 수지를 매트릭스로 사용한 경우에는 기계적 물성의 향상을 기대하기 어렵다. 또한, 국제공개특허 WO86/05445에 개시된 방법은 유리 섬유를 별도의 공정을 거쳐 고무질 중합체로 코팅해야 하는 번거로움이 있다.
보강재의 표면을 별도의 공정을 거쳐 코팅하지 않고, 스티렌계 수지와 보강재간의 계면 접착력을 향상시킨 예로는, 유럽등록특허 제485793호가 있다. 이 문헌에는 3차 알킬에스테르기를 포함하는 고무질 그라프트 공중합체를 첨가하여, ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer)계 수지를 매트릭스로 하는 복합재료에서, 수지와 유리섬유간의 계면 접착력을 향상시켜 충격강도를 향상시킨 예가 보고 되어 있다. 미국등록특허 제5,304,591호에는 SAN 공중합체에 스티렌-메틸메타크릴레이트-무수 말레산 3중 공중합체 (styrene-methyl methacrylate-maleic anhyride terpolymer)를 함께 블렌드하여 매트릭스 수지와 유리섬유 간의 계면접착력을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
한편 미국등록특허 제5,426,149호에는 SAN 공중합체에 에폭시기를 도입하여 매트릭스 수지와 유리섬유 간의 계면접착력을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 그리고 미국등록특허 제5,656,684호에서는 폴리카보네이트(polycarbonate)의 유리섬유 보강수지에서 수지와 유리섬유와의 계면 접착력 향상을 위하여 옥살이미드기를 가지는 실란 화합물(phthalimides of aminosilane)을 사용하였다. 그밖에도 수 지와 보강재간의 계면 접착력을 향상시켜 복합재료의 물성을 향상시키려는 연구가 진행되고 있다.
상술한 기술들은 대부분 유리섬유와 수지간의 계면 결합력을 향상시키는데 집중되어 있으나, 최종 성형품의 강도는 상기 계면 결합력 외에도 유리섬유의 손실 여부에 따라 영향을 받는다. 즉 가공 과정에서 보강재로 쓰인 유리섬유가 파괴되거나 손실될 경우 만족스러운 강도를 얻기 어렵다.
이에 본 발명자들은 유리섬유와 열가소성 수지의 컴파운딩 공정에서 유리섬유의 투입방식과 펠렛의 종횡비를 조절함으로써 유리섬유의 손실을 최소화하여 충격강도를 비롯한 기계적 강도가 향상된 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛, 그 제조방법 및 그로부터 성형된 전기·전자 제품의 외장재를 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 유리섬유의 손실을 최대한 줄일 수 있는 종횡비를 가지는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 충격강도가 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유리섬유의 파손과 손실을 줄일 수 있는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내충격성과 크립특성이 우수한 상기 펠렛으로 성형된 전기·전자 제품의 외장재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 내충격성이 뛰어나고, 굴곡 크립 변형율과 같은 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛, 그 제조 방법 및 그로부터 성형된 전기·전자 제품의 외장재를 제공한다.
본 발명은 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 압출한 펠렛에 있어서, 상기 펠렛은 원기둥 또는 다각기둥 형상이고, 상기 펠렛 밑면의 최대 장축(D)에 대한 높이(L)의 비(L/D)가 1.5∼2.5인 것을 특징으로 하다.
여기서, 최대 장축(D)은 상기 펠렛이 원기둥 형상일 경우에는 원기둥 밑면의 지름을, 다각기둥 형상일 경우에는 다각기둥 밑면의 최대 대각선을 의미한다.
상기 펠렛은 적어도 하나의 방향족 비닐계 공중합체 50∼95 중량부 및 유리섬유 5∼50 중량부로 이루어진다.
상기 방향족 비닐계 공중합체는 (A) 스티렌, α-메틸스티렌, 할로겐 또는 C1-C8 알킬 치환 스티렌, 또는 이들의 혼합물 50∼95 중량부와 (B) 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, C1-C8 메타크릴산 알킬 에스테르류, C1-C8 아크릴산 알킬 에스테르류, 무수말레인산, C1-C4 알킬 또는 페닐 N-치환 말레이미드 또는 이들의 혼합물 5∼50 중량부를 공중합하여 얻는다.
본 발명의 하나의 구체예에서, 상기 방향족 비닐계 공중합체는 중량 평균 분자량이 15,000∼200,000인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 또는 고무질 중합체 1∼80 중량부 및 방향족 비닐계 단량체 20∼99 중량부로 이루어진 고무변성 방향족 비닐 그라프트 공중합체이다.
상기 유리섬유는 커플링제로 표면처리된 것이고, 상기 커플링제는 아크릴계 실란 커플링제 또는 에폭시계 실란 커플링제이다.
본 발명의 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛은 방향족 비닐계 공중합체 또는 이들의 혼합물을 압출기에 투입하여 용융시키고; 유리섬유를 상기 압출기의 중간부분에 사이드 피딩(side-feeding)하여 상기 용융물과 혼합하고; 상기 혼합물을 내부가 원기둥 또는 다각기둥 형상으로 되어있는 노즐을 통해 압출하고; 그리고 상기 압출물을 밑면의 최대 장축(D)에 대한 높이(L)의 비(L/D)가 1.5∼2.5가 되도록 절단하는 단계에 의해 제조된다.
여기서, 최대 장축(D)은 상기 노즐의 내부가 원기둥 형상일 경우에는 원기둥 밑면의 지름, 다각기둥 형상일 경우에는 다각기둥 밑면의 최대 대각선을 의미한다.
본 발명의 전기·전자 제품의 외장재는 상기 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛으로부터 성형되고, ASTM D256 규격에 따른 1/8" 두께 아이조드 충격강도가 5.5∼10 kg·cm/cm이고, 1/4" 두께 시편을 85 ℃에서 10 kgf 하중을 가해 100 시간이 지난 후 변형된 길이가 1∼3 mm이다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
본 발명의 유리섬유(glass fiber) 강화 열가소성 수지 펠렛(이하 "열가소성 수지 펠렛"이라 함)은 방향족 비닐계 공중합체 및 유리섬유로 이루어져 있다. 구체적으로 상기 열가소성 수지 펠렛은 방향족 비닐계 공중합체 50∼95 중량부 및 유리섬유 5∼50 중량부로 이루어져 있다.
본 발명의 열가소성 수지 펠렛에서, 상기 방향족 비닐계 공중합체의 함량이 50 중량부 미만이면, 수지 함량이 부족하여 충분한 점도를 가지지 못하여 압출공정과 같은 연속 성형 작업이 어려울 수 있다. 또한 상기 방향족 비닐계 공중합체의 함량이 95 중량부를 초과하면, 유리섬유의 함량이 낮아 기계적 강도가 저하되고, 무기 충진제 보강 소재로의 특성이 나타나기 어렵다.
상기 유리섬유의 함량이 5 중량부 미만이면 기계적 강도가 저하될 수 있고, 50 중량부를 초과하면 수지 함량이 부족하여 충분한 점도를 가지지 못할 수 있다.
상기 열가소성 수지 펠렛의 제조에 사용되는 방향족 비닐계 공중합체로는 (A) 스티렌, α-메틸스티렌, 할로겐 또는 C1-C8 알킬 치환 스티렌 또는 이들의 혼합물 50∼95 중량부와 (B) 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, C1-C8 메타크릴산 알킬 에스테르류, C1-C8 아크릴산 알킬 에스테르류, 무수말레인산, C1-C4 알킬 또는 페닐 N-치환 말레이미드 또는 이들의 혼합물 5∼50 중량부를 공중합하여 얻은 방향족 비닐계 공중합체를 들 수 있다.
상기 C1-C8 메타크릴산 알킬 에스테르류 또는 C1-C8 아크릴산 알킬 에스테르류는 각각 메타크릴산 또는 아크릴산의 에스테르류로서 1∼8 개의 탄소원자를 포함하는 모노히드릴 알코올로부터 얻어진 에스테르류이다. 이들의 구체예로는 메타크릴산 메틸 에스테르, 메타크릴산 에틸 에스테르, 아크릴산 에틸 에스테르, 메타크릴산 프로필 에스테르 등을 들 수 있고, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이 중에서 메타크릴산 메틸 에스테르가 특히 바람직하다.
바람직한 방향족 비닐계 공중합체로는 스티렌과 아크릴로니트릴 그리고 선택적으로 메타크릴산 메틸 에스테르의 단량체 혼합물; α-메틸스티렌과 아크릴로니트릴 그리고 선택적으로 메타크릴산 메틸 에스테르의 단량체 혼합물; 또는 스티렌, α-메틸스티렌과 아크릴로니트릴 그리고 선택적으로 메타크릴산 메틸 에스테르의 단량체 혼합물로부터 제조된 것을 들 수 있다. 이들은 유화중합, 현탁중합, 용액중합, 또는 괴상중합법으로 제조할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서는 상기 방향족 비닐계 공중합체로 중량 평균 분자량이 15,000∼200,000인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체를 사용할 수 있다. 상기 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체의 아크릴로니트릴 함량은 15∼40 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 구체예에서는 상기 방향족 비닐계 공중합체로 스티렌과 무수말레인산의 공중합체를 사용할 수 있다. 이들은 연속 괴상 중합법 또는 용액 중합법을 이용하여 제조할 수 있다. 상기 스티렌-무수말레인산 공중합체에서 스티렌과 무수말레인산의 조성비는 넓은 범위에서 변화될 수 있으며, 무수말레인산의 함량이 5∼25 중량%인 것이 바람직하다. 상기 스티렌-무수말레인산 공중합체의 분자량 및 고유점도 역시 넓은 범위의 것이 사용될 수 있으나, 중량 평균 분자량이 20,000∼200,000이고, 고유점도가 0.3∼0.9인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
한편 상기 방향족 비닐계 공중합체로 비닐 공중합체 또는 고무변성 방향족 비닐 그라프트 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 고무변성 방향족 비닐 그라프트 공중합체는 1∼80 중량부의 고무질 중합체에 20∼99 중량부의 방향족 비닐계 단량체를 그라프트 중합시킨 공중합체이다.
상기 고무질 중합체로는 디엔계 고무, 에틸렌계 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체의 3원 공중합체 고무가 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고무질 중합체의 고무 입자의 평균 입경은 1.0 ㎛이하이며, 0.05∼0.5 ㎛인 것이 보다 바람직하다.
상기 방향족 비닐계 단량체로는 스티렌, 파라 t-부틸스티렌, α-메틸스티렌, β-메틸스티렌, 비닐크실렌, 모노클로로스티렌, 디클로로스티렌, 디브로모스티렌, 클로로스티렌, 에틸스티렌, 비닐나프탈렌, 디비닐벤젠 등을 들 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이 중에서 스티렌 또는 α-메틸스티렌이 바람직하다.
상기 고무변성 방향족 비닐 그라프트 공중합체의 제조 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으며, 구체적인 예로 는 유화중합, 현탁중합, 용액중합, 괴상중합법 등을 들 수 있다. 바람직한 제조 방법은 상기 고무질 중합체의 존재 하에 상기 방향족 비닐계 단량체를 투입하고 중합 개시제로서 과산화물을 넣어 유화중합 또는 괴상중합하는 것이다.
상기 고무변성 방향족 비닐 그라프트 공중합체의 제조에 사용되는 유기 과산화물의 예로는 디이소프로필벤젠하이드로퍼록사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, p-에탄하이드로퍼록사이드, t-부틸큐밀퍼록사이드, 디큐밀퍼록사이드, 2,5-디메틸 2,5-디(t-부틸퍼록시)헥산, 디-t-부틸디퍼록시프탈레이트, 숙신산퍼록사이드, t-부틸디퍼록시벤조에이트, t-부틸퍼록시말레산, t-부틸퍼록시이소프로필카르보네이트, 메틸에틸케톤퍼록사이드, 사이크로헥사논퍼록사이드 등을 들 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독으로 또는 2 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 이 중에서 반응성 및 가공성을 고려하면 디큐밀퍼록사이드를 사용하는 것이 좋다.
상술한 방향족 비닐계 공중합체는 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물 형태로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 펠렛의 제조에 사용되는 유리섬유(fiber glass)의 예로는 E-glass 유리섬유를 들 수 있다. 상기 유리섬유는 직경이 8∼20 ㎛이고, 3∼6 ㎜ 정도의 길이를 가지는 촙(chopped) 유리섬유인 것이 바람직하다. 상기 유리섬유는 상업적으로 입수 가능하다.
일반적으로 유리섬유는 제조할 때 또는 후공정에서 유리섬유 처리제(sizing composition)로 처리된다. 상기 유리섬유 처리제로는 윤활제(lubricant), 커플링제, 계면활성제 등이 사용된다. 상기 윤활제는 유리섬유를 제조할 때 양호한 스트 랜드를 형성하기 위해 사용된다. 상기 커플링제는 유리 섬유와 수지 간의 접착력을 향상시키는 역할을 한다.
다양한 유리섬유 처리제가 개발되어 있으므로, 사용하는 수지와 유리섬유의 종류에 따라 이를 적절하게 선정하여 사용하면, 유리섬유 보강 재료에 양호한 물성을 부여할 수 있다.
본 발명에 사용되는 유리섬유는 커플링제로 표면처리된 것이 특히 바람직하다.
일반적으로 유리섬유에 처리하는 커플링제는 실란계 커플링제로 하기와 같은 구조식을 갖는다.
[구조식]
YRSiX3
여기서, Y는 매트릭스 수지와 반응할 수 있는 유기 관능기로서 비닐기, 에폭시기, 머케탄기, 아민기 또는 아크릴기이고, X는 에톡시기, 메톡시기 또는 할로겐기이고, R은 알킬기이다.
상기 구조식에서 에톡시기, 메톡시기 또는 할로겐기인 X는 공기 또는 무기 재료에 포함된 수분과 결합하여 가수분해 실란올을 형성하고, 상기 실란올은 무기 충진제와 결합하게 된다. 그러므로 상기 실란계 커플링제는 수지상 및 무기 충진제와 반응하여 결합할 수 있는 구조를 갖는다.
유리섬유에 실란계 커플링제를 처리하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 일반적인 방법에 따라 용이하게 실시될 수 있다. 예를 들어 상기 실란계 커플링제를 유리섬유에 직접 처리하는 방법과 중합체 매트릭스에 첨가하는 방법 등이 있다.
상기 실란계 커플링제로는 아민계, 아크릴계 또는 에폭시계인 γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(γ-amino propyltriethoxy silane), γ-아미노 프로필트리메톡시 실란(γ-amino propyltrimethoxy silane), N-(베타-아미노에틸) γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(N-(β-amino ethyl) γ-amino propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리에톡시 실란 (γ-methacryloxy propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리메톡시 실란(γ-methacryloxy propyltrimethoxy silane), γ-글리시독시 프로필트리메톡시 실란 (γ-glycidoxy propyltrimethoxy silane), 베타(3,4-에폭시에틸) γ-아미노 프로필트리메톡시 실란 (β(3,4-epoxyethyl) γ-amino propyltrimethoxy silane)등을 들 수 있다.
이들은 단독으로 또는 2이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 중에서 아크릴계 실란 커플링제 또는 에폭시계 실란 커플링제가 바람직하다. 아크릴계 실란 커플링제로는 γ-메타크릴옥시 프로필트리에톡시 실란 또는 γ-메타크릴옥시 프로필트리메톡시 실란이 바람직하다.
본 발명의 열가소성 수지 펠렛은 원기둥 또는 다각기둥 형상이며, 상기 열가소성 수지 펠렛 밑면의 최대 장축(D)에 대한 길이(L)의 비(L/D, 이하 "종횡비"라 한다)가 1.5∼2.5이다.
여기서, 상기 최대 장축(D)은, 상기 열가소성 수지 펠렛이 원기둥 형상일 경 우에는 원기둥 밑면(원)의 지름을 의미하며, 상기 열가소성 수지 펠렛이 다각기둥 형상일 경우에는 다각기둥 밑면(다각형)의 최대 대각선을 의미한다.
또한 상기 최대 대각선이란, 상기 다각형이 삼각형일 경우에는 삼각형을 이루는 세 개의 선분 중 가장 길이가 긴 선분을 의미하며, 상기 다각형이 사각형 이상일 경우에는 다각형에서 서로 이웃하지 않는 두 꼭짓점을 잇는 선분 중 가장 길이가 긴 선분을 의미한다.
상기 열가소성 수지 펠렛의 종횡비가 1.5 미만이면, 유리섬유의 길이 손실이 커서 만족스러운 내충격성과 크립특성을 확보하기 어려다. 또한 상기 종횡비가 2.5를 초과하면, 사출성형과 같은 2차 가공에서 통상의 방법인 용적 투입 시 브리지가 발생하여 정상적인 흐름이 발생하지 않아 사용이 어렵다.
본 발명의 열가소성 수지 펠렛은 다음과 같은 방법으로 제조된다.
먼저, 방향족 비닐계 공중합체 또는 이들의 혼합물을 압출기에 투입하여 용융시킨다. 이때 상기 방향족 비닐계 공중합체의 혼합물을 상기 압출기에 투입하기 전에, 혼합기를 이용하여 혼합하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 혼합기로는 리본 믹서, 덤블러 믹서, 헨셀 믹서 등을 사용할 수 있다.
이어서 일정한 촙(chop)길이를 갖는 유리섬유를 상기 압출기의 중간부분에 사이드 피딩(side-feeding)하여 상기 방향족 비닐계 공중합체의 용융물과 혼합한다.
계속해서 상기 유리섬유와 방향족 비닐계 공중합체의 혼합물을 내부가 원기둥 또는 다각기둥 형상으로 되어있는 노즐을 통해 압출한다. 상기 혼합물은 상기 노즐을 통과하면서 상기 노즐 내부와 동일한 형상을 갖는 압출물이 된다.
상기 노즐은 상기 압출기에 장착되는 것으로, 상기 노즐과 압출기의 제작 및 구동은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 실시될 수 있다.
이어서 커터(cutter)를 이용하여 상기 압출물을 최대 장축(D)에 대한 길이(L)의 종횡비(L/D)가 1.5∼2.5가 되도록 절단하여 펠렛을 완성한다. 여기서, 상기 최대 장축(D)은 상기 노즐의 내부가 원기둥 형상일 경우에는 원기둥 밑면(원)의 지름, 다각기둥 형상일 경우에는 다각기둥 밑면(다각형)의 최대 대각선을 의미한다. 상기 최대 대각선은 전술한 바와 동일하다.
통상적인 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛은 직경(D)과 길이(L)가 각각 3㎜인 원기둥 형상으로 되어있으며, 밑면의 직경(D)에 대한 길이(L)의 종횡비(L/D)가 1.0 이다.
이러한 통상적인 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛은 압출기를 통해 3㎜의 촙(chop) 길이를 갖는 유리섬유를 수지와 용융·혼합하고, 상기 유리섬유의 촙(chop)길이와 동일한 3㎜의 길이로 절단하여 제조한다. 그런데 상기 용융·혼합 과정에서 비교적 높은 전단속도 범위에서 큰 물리력이 작용하므로 유리섬유가 가공 중에 깨지기 쉽다. 또한 상기 절단 과정에서 유리섬유가 추가로 손실되기 쉽다.
그러나 본 발명의 열가소성 수지 펠렛은 유리섬유를 압출기의 중간부분에 사이드 피딩함으로써 용융·혼합 과정에서 유리섬유가 파괴되는 것을 최소화하였다. 또한 본 발명의 열가소성 수지 펠렛은 상기 종횡비(L/D)를 1.5∼2.5로 조절함으로 써 유리섬유의 길이 손실을 최소화하여 우수한 충격강도와 크립특성을 갖는다.
본 발명은 상기 열가소성 수지 펠렛을 적용한 성형품을 제공한다. 본 발명의 열가소성 수지 펠렛은 충격강도 및 내크립성이 탁월하므로 여러 가지 제품의 성형에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 전기·전자기기의 외장재, 특히 컴퓨터, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등과 같은 사무용 기기 하우징이나 구조제 등에도 광범위하게 적용 가능하다. 성형방법은 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 압출성형, 사출성형, 캘린더 성형, 진공성형 등이 모두 적용될 수 있으며, 이들은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 실시될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 펠렛으로부터 성형된 성형품은 ASTM D256 규격에 따른 1/8" 두께 아이조드 충격강도가 5.5∼10 kg·cm/cm이고, 1/4" 두께 시편을 85 ℃에서 10kgf 하중을 가해 100 시간이 지난 후 변형된 길이가 1∼3 mm이다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 및 비교실시예에서 사용된 각 성분의 사양과 펠렛의 형상 및 종횡비는 다음과 같다.
(A) 방향족 비닐계 공중합체
(A1) 아크릴로니트릴의 함량이 28 중량%이고, 중량 평균 분자량이 120,000인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체를 사용하였다.
(A2) 아크릴로니트릴의 함량이 35 중량%이고, 중량 평균 분자량이 140,000인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체를 사용하였다.
(A3) 아크릴로니트릴의 함량이 28 중량%이고, 중량 평균 분자량이 120,000인 α-메틸스티렌-아크릴로니트릴 공중합체를 사용하였다.
(B) 유리섬유
(B1) 지름 13 ㎛, 촙(chop)길이 3 ㎜이며, 에폭시계 실란 커플링제인 신에츠 실리콘사(Shinetsu Silicon Co.)의 KBM403으로 표면 처리된 유리섬유(glass fiber)를 사용하였다.
(B2) 지름 10 ㎛, 촙(chop)길이 3 ㎜이며, 에폭시계 실란 커플링제인 KBM403으로 표면 처리된 유리섬유(glass fiber)를 사용하였다.
(C) 펠렛의 형상 및 종횡비(L/D)
(C1) 원기둥 형상 (종횡비 = 1.0)
밑면의 직경과 길이가 각각 3 ㎜이고, 밑면의 직경에 대한 길이의 종횡비가 1.0인 원기둥 형상의 펠렛.
(C2) 원기둥 형상 (종횡비 = 2.0)
밑면의 직경이 3 ㎜, 길이가 6 ㎜이고, 종횡비가 2.0인 원기둥 형상의 펠렛.
실시예 1∼5
방향족 비닐계 공중합체(A)를 하기 표 1에 표시된 함량으로 섞은 다음, L/D가 36, 직경이 45 ㎜인 이축 압출기에 투입하여 압출온도 220∼250 ℃, 스크류 회전수 250 rpm에서 용융시킨 상태에서, 유리섬유(B)를 하기 표1에 표시된 함량으로 상기 압출기 중간 부분에 투입하여 방향족 비닐계 공중합체(A)의 용융물과 혼합하였다. 이어서 상기 혼합물을 내부 직경이 3 ㎜이고 원기둥 형상으로 되어있는 노즐을 사용해서 압출성형한 후, 압출물을 커터를 이용해서 6 ㎜ 길이로 절단함으로써, 밑면의 직경이 3 ㎜, 길이가 6 ㎜이고, 종횡비가 2.0인 원기둥 형상의 펠렛(C2)을 제조하였다.
비교실시예 1∼7
방향족 비닐계 공중합체(A)를 하기 표 2에 표시된 함량으로 혼합한 다음, L/D가 36, 직경이 45 ㎜인 이축 압출기에 투입하여 압출온도 220∼250 ℃, 스크류 회전수 250 rpm에서 용융시킨 상태에서, 유리섬유(B)를 하기 표2에 표시된 함량으로 상기 압출기 중간 부분에 투입하여 상기 방향족 비닐계 공중합체(A)의 용융물과 혼합하였다. 이어서 상기 혼합물을 내부 직경이 3 ㎜이고 원기둥 형상으로 되어있는 노즐을 사용해서 압출성형한 후, 압출물을 커터를 이용해서 3 ㎜ 길이로 절단함으로써, 밑면의 직경과 길이가 각각 3 ㎜이고, 종횡비가 1.0인 원기둥 형상의 펠 렛(C1)을 제조하였다.
실시예 1∼5 및 비교실시예 1∼7에서 제조한 각각의 펠렛을 80℃에서 3시간 건조 후 10 Oz 사출기에서 성형온도 220∼280 ℃, 금형온도 40∼80℃ 조건으로 사출하여 물성시편을 제조하였다.
상기 물성시편에 대해 아이조드(Izod) 충격강도, 굴곡 탄성율, 열변형 온도, 굴곡 크립 변형율을 측정하였다. 아이조드 충격강도는 1/8" 시편을 사용해서 ASTM D256 규격에 따라 측정하였고, 굴곡 탄성율은 ASTM D790 규격에 따라 측정하였으며, 열변형 온도는 ASTM D648 규격에 따라 측정하였다. 굴곡 크립 변형율은 굴곡 탄성율 측정에 사용되는 1/4" 시편을 사용하여 85℃에서 10kgf 하중을 가해 100 시간이 지난 후 변형된 길이를 측정 하였다. 실시예 1∼5 및 비교실시예 1∼7의 조성 및 측정결과를 각각 표 1과 표 2에 나타내었다.
Figure 112007095104910-PAT00001
Figure 112007095104910-PAT00002
표 1 및 표 2의 결과에서, 열가소성 수지 펠렛의 종횡비가 2.0이 되면 충격강도가 크게 상승하며 굴곡 크립 변형율이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 또한 굴곡 탄성율과 열변형 온도가 저하되지 않는 것을 알 수 있다. 아울러 SAN수지에 α-메틸스티렌을 첨가할 경우 물성이 더 높아지는 것으로 나타났다.
본 발명은 충격강도를 비롯한 기계적 강도가 향상되고, 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛, 그 제조방법 및 그로부터 성형된 전기·전자 제품의 외장재를 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (8)

  1. 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 압출한 펠렛에 있어서,
    상기 펠렛은 원기둥 또는 다각기둥 형상이고,
    상기 펠렛 밑면의 최대 장축(D)(여기서, 최대 장축(D)은 상기 펠렛이 원기둥 형상일 경우에는 원기둥 밑면의 지름을, 다각기둥 형상일 경우에는 다각기둥 밑면의 최대 대각선을 의미함)에 대한 높이(L)의 비(L/D)가 1.5∼2.5인 것을 특징으로 하는 충격강도 및 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펠렛은 적어도 하나의 방향족 비닐계 공중합체 50∼95 중량부 및 유리섬유 5∼50 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방향족 비닐계 공중합체는 (A) 스티렌, α-메틸스티렌, 할로겐 또는 C1-C8 알킬 치환 스티렌, 또는 이들의 혼합물 50∼95 중량부와 (B) 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, C1-C8 메타크릴산 알킬 에스테르류, C1-C8 아크릴산 알킬 에스테르류, 무수말레인산, C1-C4 알킬 또는 페닐 N-치환 말레이미드 또 는 이들의 혼합물 5∼50 중량부를 공중합하여 얻은 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛.
  4. 제2항에 있어서, 상기 방향족 비닐계 공중합체는 중량 평균 분자량이 15,000∼200,000인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 또는 고무질 중합체 1∼80 중량부 및 방향족 비닐계 단량체 20∼99 중량부로 이루어진 고무변성 방향족 비닐 그라프트 공중합체인 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛.
  5. 제2항에 있어서, 상기 유리섬유는 커플링제로 표면처리된 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛.
  6. 제5항에 있어서, 상기 커플링제는 아크릴계 실란 커플링제 또는 에폭시계 실란 커플링제인 것을 특징으로 하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛.
  7. 방향족 비닐계 공중합체 또는 이들의 혼합물을 압출기에 투입하여 용융시키고;
    유리섬유를 상기 압출기의 중간부분에 사이드 피딩(side-feeding)하여 상기 용융물과 혼합하고;
    상기 혼합물을 내부가 원기둥 또는 다각기둥 형상으로 되어있는 노즐을 통해 압출하고; 그리고
    상기 압출물을 밑면의 최대 장축(D) (여기서, 최대 장축(D)은 상기 노즐의 내부가 원기둥 형상일 경우에는 원기둥 밑면의 지름, 다각기둥 형상일 경우에는 다각기둥 밑면의 최대 대각선을 의미함)에 대한 높이(L)의 비(L/D)가 1.5∼2.5가 되도록 절단하는 단계를 포함하여 이루어지는 충격강도 및 크립특성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 펠렛의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 펠렛으로부터 성형된, ASTM D256 규격에 따른 1/8" 두께 아이조드 충격강도가 5.5∼10 kg·cm/cm이고, 1/4" 두께 시편을 85 ℃에서 10 kgf 하중을 가해 100 시간이 지난 후 변형된 길이가 1∼3 mm인 전기·전자 제품의 외장재.
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