KR20100023814A

KR20100023814A - 밸브

Info

Publication number: KR20100023814A
Application number: KR1020097024476A
Authority: KR
Inventors: 히데히로 코우로기; 타카노리 이노우에
Original assignee: 아사히 유키자이 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2010-03-04
Also published as: JP5137465B2; WO2008146866A1; EP2163798B1; CN101680560B; US20100171059A1; TW200912167A; CN101680560A; EP2163798A4; EP2163798A1; JP2008291976A

Abstract

유체유입구와 유체유출구를 가지고 내부에 상기 유입구 및 상기 유출구와 연결되는 유로와 상기 유로 내에 밸브시트가 형성된 본체와, 회전운동 또는 상하운동함으로써 상기 밸브시트에 압접이간되어 상기 유로를 개폐하는 밸브체를 가지는 밸브에 있어서, 적어도 상기 본체가 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지를 필수성분으로 한 폴리페닐렌에테르계 수지조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브. 다른 특징으로서, 상기 폴리페닐렌에테르계 수지조성물이 95℃ 분위기하에서의 인장강도가 20MPa 이상, 인장탄성율이 1000MPa 이상인 것 등.

밸브, 폴리페닐렌에테르계 수지

Description

밸브{VALVE}

본 발명은 60℃ 이상의 고온 유체가 흐르는 배관라인에 바람직하게 사용되는 밸브에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 특히 고온의 알칼리 라인에 바람직하게 사용할 수 있고, 염화비닐수지와 같은 제조설비를 사용할 수 있으며, 고온 크리프 특성과 충격강도의 균형이 좋은 밸브에 관한 것이다.

종래, 여러 종류의 수지제 밸브가 있는데, 그 일례로서 수지제 다이어프램 밸브가 있다(일본특허공개공보 평08-152073호 참조). 이 다이어프램 밸브의 밸브본체의 재질에는 염화비닐수지(이하, PVC라고 함)가 사용되었다. 또한, 다른 일례로서 수지제 볼 밸브(일본특허공개공보 평11-44373호 참조)가 있다. 이 볼 밸브의 밸브본체의 재질로도 PVC가 사용되었다. 이와 같이 PVC는 가공성이나 내약성이 양호하고 저가로 재질을 제조할 수 있기 때문에 밸브본체의 재질로서 바람직하게 사용되어 왔다.

하지만, PVC는 열변형온도가 70℃ 정도이기 때문에, 상기 종래의 PVC제 밸브의 사용온도는 60℃까지가 한계이고, 고온 유체가 흐르는 배관라인에는 적합하지 않다는 문제가 있었다.

또한, 다른 수지를 사용한 수지제 밸브로서, 상기 종래의 수지제 밸브(일본 특허공개공보 평08-152073호, 일본특허공개공보 평11-44373호 참조)에 있어서, 염소화 염화비닐수지(이하, CPVC라고 함), 폴리프로필렌(이하, PP라고 함), 폴리불화비닐리덴(이하, PVDF라고 함), 폴리페닐렌설파이드(이하, PPS라고 함), 폴리에테르에테르케톤(이하, PEEK라고 함) 등을 들 수 있으며, 이 수지들을 이용한 밸브의 사용가능한 온도범위는 염화비닐수지가 적용되지 않는 60℃ 이상도 포함되어 있었다.

하지만, 상기 수지에는 각각 장점과 단점이 있어서 사용하는데 각각 제한이 있다. CPVC는, 사용온도가 PVC보다 높아서 90℃까지 가능하지만, 그 이상의 온도(특히 100℃ 부근)에서는 사용할 수 없다. 또한, 알칼리에 대한 내성이 나쁘기 때문에 알칼리성 약액의 용도로는 적합하지 못하고, 유체에 따라 사용이 제한된다. PP는, 사용온도가 CPVC와 같이 90℃까지이지만, 그 이상의 온도에서는 수지가 연화(軟化)하여 밸브의 강성이 떨어지기 때문에 사용할 수 없다. 하지만, CPVC에 비하여 내알칼리성이 양호하여 유체에 따른 사용제한은 적다. PVDF는, 사용온도가 120℃까지이지만, 알칼리에 대한 내성이 떨어지기 때문에 알칼리 라인의 용도로는 적합하지 못하고, 유체에 따라 사용이 제한된다. 더구나, 가격이 PVC, CPVC, PP에 비하여 약간 높다. PPS, PEEK는 모두 사용온도가 150℃ 이상이지만, 성형온도가 높기 때문에 두꺼운 성형품에서는 치수안정성이 떨어진다. 또한, PPS나 PEEK를 사출성형하기 위해서는 금형온도를 PPS에서 120~150℃, PEEK에서 130~170℃로 온조(溫調)할 필요가 있어서, 통상의 물에 의한 금형 온조로는 대응할 수 없고, 기름 등에 의한 금형 온조를 해야 하기 때문에, 성형 현장에서 금형 변환에서의 기름에 의한 금형 온조의 준비나 금형의 승온에 수고와 시간이 걸린다. 더욱이 이들 모두 가격 이 매우 높아서 PPS나 PEEK제 밸브를 제조하기 위해서는 런닝 비용이 많이 들기 때문에, 특히 대구경 밸브에는 부적합하다. 그 때문에, 종래의 PPS나 PEEK제 밸브는 매우 한정된 용도로 밖에 사용되지 않았다. 이상과 같이 내열성, 내약품성, 성형성, 경제성 등을 고려하여 용도에 따라 수지제 밸브를 구분하여 사용하였는데, 상기의 수지제 밸브에서는 90℃를 넘어 특히 100℃ 부근의 알칼리 라인에 바람직하게 사용할 수 있는 수지제 밸브가 없고, 밸브의 사용온도나 사용압력을 사용가능한 값까지 떨어뜨려서 사용하거나, 매우 고가의 밸브를 사용할 수 밖에 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이상과 같은 종래의 수지제 밸브가 가지는 결점을 극복하여, 고온역(60~95℃)에서 단기적으로 높은 내압이 걸려도 파손이나 누수가 없을 정도의 강성을 가지고, 고온역에서 알칼리 라인에 바람직하게 사용할 수 있는 밸브이며, 더욱이 고온 크리프 특성과 충격강도의 균형이 좋고, 염화비닐과 같은 제조설비를 사용할 수 있는 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것이다.

본 발명자들은 고온역(60~95℃)의 알칼리 라인에 바람직한 성질을 가지는 밸브를 개발하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 이용함으로써 상기 목적이 달성되는 것을 발견하고 본 발명을 완성하는데 이르렀다.

즉, 본 발명은, 유체유입구와 유체유출구를 가지고 내부에 상기 유입구 및 상기 유출구와 연결되는 유로와 상기 유로 내에 밸브시트(valve seat)가 형성된 본체와, 회전운동 또는 상하운동함으로써 상기 밸브시트에 압접이간되어 상기 유로를 개폐하는 밸브체를 가지는 밸브에 있어서, 적어도 상기 본체가 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지를 필수성분으로 한 폴리페닐렌에테르계 수지조성물로 이루어지는 것을 제1 특징으로 하고, 95℃ 분위기하에서 인장강도가 20MPa 이상, 인장탄성율이 1000MPa 이상인 것을 제2 특징으로 하며, 23℃ 분위기하의 노치 아이조드(notched Izod) 충격강도가 7.0 kJ/m² 이상인 것을 제3 특징으로 하고, 선팽창계수가 5.0×10^-5/℃ ~ 8.0×10^-5/℃인 것을 제4 특징으로 하며, 95℃ 분위기하에서 상기 밸브를 전부개방으로 하고, 5.0MPa의 수압을 건 상태에서 1분간 보유하였을 때, 상기 밸브로부터 물누수가 없는 것을 제5 특징으로 하고, 성형한 두께 10mm의 성형품의 성형수축율이 0.5~0.8%인 것을 제6 특징으로 하며, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물에서 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부와 폴리스티렌계 수지 50~120 질량부를 필수성분으로 하고, 혼련후의 MFR이 1.0~5.0g/10분인 것을 제7 특징으로 하고, 스티렌 함유량 10~40% 및 중량평균분자량 20만 이상의 스티렌·부타디엔계 고무를 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여 1.0~15 질량부 함유하는 것을 제8 특징으로 하며, 밸브가 다이어프램 밸브, 볼 밸브, 콕(cock), 버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 스톱 밸브, 니들 밸브, 핀치 밸브, 체크 밸브 등 중 어느 하나인 것을 제9 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내는 다이어프램 밸브의 전부개방 상태를 나타내는 종단면도이다.

본 발명의 밸브에 사용되는 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은, 95℃ 분위기하에서의 인장강도가 20MPa 이상인 것이 바람직하고, 20~40MPa가 보다 바람직하다. 또한, 95℃ 분위기하에서의 인장탄성율은 1000MPa 이상인 것이 바람직하고, 1000~2000MPa가 바람직하다. 고온역(60~95℃)에서의 강성과, 고온역에서의 밸브의 장기수명에 필요한 특성인 고온 크리프 특성을 가지고, 밸브의 밸브시트면의 강도를 유지하여 높은 밀봉성능을 유지하기 위해서는, 인장강도가 20MPa 이상인 것이 바람직하고, 워터해머(water hammer) 등의 충격에 대한 밸브의 유연성을 유지하기 위해서는, 40MPa 이하인 것이 바람직하다. 또한, 인장탄성율은 고온시의 강성을 나타내는 지침으로서, 고온시의 강성을 가지고, 내압에 대한 밸브의 팽창에 의한 변형을 억제하여 밀봉성능을 유지하기 위해서는, 인장탄성율이 1000MPa 이상인 것이 바람직하고, 충격에 대한 밸브의 유연성을 유지하기 위해서는, 2000MPa 이하가 바람직하다.

또한, 본 발명의 밸브에 사용되는 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은, 23℃ 분위기하에서의 노치 아이조드 충격강도가 7.0kJ/m² 이상인 것이 바람직하고, 7.0~15.0kJ/m²가 보다 바람직하다. 밸브는 두껍게 설치되어 있기 때문에, 아이조드 충격강도가 다소 낮아도(5.0kJ/m² 정도) 일반적인 밸브(1.0MPa 사양)로서 사용하는데는 문제없지만, 고압의 용도(1.5~2.0MPa 정도에서의 장기사용을 상정)에서는 압 력에 따라 워터해머 등에 의한 충격도 상승하기 때문에, 이것에 대한 충분한 내성을 가지는 동시에, 밸브의 장기사용에 의한 재질의 열화나 약액 등에 의한 열화가 일어나도 밸브의 내성을 유지하기 위해서는 7.0kJ/m² 이상이 좋고, 인장강도를 유지한 채로 충격에 의한 깨짐 등에 대한 내성을 유지하기 위해서는 15.0kJ/m² 이하가 바람직하다.

또한, 본 발명의 밸브본체의 선팽창계수는 5.0×10^-5/℃ ~ 8.0×10^-5/℃인 것이 바람직하다. 이는, 밸브를 고정 시공하여 고온 유체를 흘릴 때, 열팽창에 따른 길이방향으로의 늘어남이 발생하여 버림으로써 밸브가 변형되고 밸브체와 밸브시트부의 밀봉부분, 파이프와 이음매 등과의 접속부분 등에 비틀림이 발생하여 유체의 누수가 발생하는 것이나, 밸브의 각 부분에 비틀림이 발생함으로써 장기수명이 손상되는 것을 방지하기 위해서이다.

또한, 본 발명의 밸브를 95℃ 분위기하에서 전부개방으로 하여 5.0MPa의 수압을 건 상태에서 1분간 유지하였을 때, 밸브로부터 물누수가 없는 것이 바람직하다. 한편, 여기서 95℃ 분위기하란, 주위 온도를 95℃로 한 상태에서 내압을 걸어도 되고, 95℃의 유체를 흘려서 내압을 걸어도 된다. 일반적으로 열가소성 수지조성물제 밸브(1.0MPa 사양의 것)는 상온(23℃)에서 5.0MPa의 높은 수압이 걸리면 밸브의 강성을 가지지 못하고 누수가 발생할 가능성이 높기 때문에, 고압 사양의 대책이 필요하게 된다. 더욱이 95℃까지 고온이 되면 밸브가 팽창하는 동시에 밸브의 강성이 떨어지고, 밸브의 강성이 떨어진 상태에서 5.0MPa의 높은 수압이 걸리면 밸 브가 수압에 의해 부푼 상태가 된다. 이와 같은 밸브의 팽창과 부풀어오름에 의해 밸브가 변형되어 각 부분의 치수가 변함으로써 밸브 밀봉부분의 밀봉성이 떨어진다. 그 때문에, 95℃ 분위기하에서 5.0MPa의 수압을 건 상태에서 1분간 보유하여도 밸브로부터 물누수가 없음으로써, 높은 압력이 걸린 상태에서 고온역(60~95℃)이나 그 이상의 100℃ 부근에서 사용하기 위한 고온용 밸브로서 바람직하게 사용할 수 있다.

여기서 파이프의 경우, 고온 크리프 시험에서의 온도, 인장하중, 보유시간의 관계로부터, 같은 온도에서 인장하중을 변화시켰을 때의 보유시간을 DIN 8078을 참조하여 Naday의 식과 주응력(hoop stress)-시간특성 그래프로부터 환산할 수 있다. 인장하중을 건다는 것은 파이프에서는 파이프 내압을 거는 것으로 생각할 수 있으므로, 인장하중에 해당하는 파이프 내압은 파이프 두께와 파이프 외경에 의해 변하고, 식 1의 Naday의 식으로부터 산출된다. 한편, 식 1에서의 시험응력이 인장하중이 된다.

[식 1]

파이프 내압 = (2×파이프 두께×시험응력)/(파이프 외경-파이프 두께)

이 식 1은 밸브인 경우에도 응용할 수 있으며, 밸브에서는 내경과 최소두께의 관계로부터 최소두께의 파이프로 바꿈으로써 내압을 계산하거나 보유시간을 환산할 수 있다.

본 발명에서의 밸브는, 95℃ 분위기하에서 5.0MPa의 인장하중을 건 고온 크리프 특성에 있어서, 파괴에 이를 때까지의 시간이 1000 시간 이상인 것이 바람직 하다. 이는, 구경이 25mm(내경 25mm)인 밸브의 최저두께부분이 6.25mm인 경우, 파이프 외경이 37.5mm, 파이프 두께가 6.25mm인 파이프의 경우로 바꾸어 계산하면, 식 1로부터 인장하중 5.0MPa가 내압 1.83MPa가 되어, 95℃ 분위기하에서 1.83MPa의 내압을 걸어서 1000시간 이상 유지하는 것이 된다. 이것을 95℃ 분위기하에서 유지시간이 10년이 되도록 하는 경우, DIN 8078을 참조하여 Naday의 식과 주응력-시간특성 그래프로부터 환산하면, 내압이 1.20MPa가 되기 때문에, 95℃ 분위기하에서 내압이 1.20MPa일 때 밸브는 10년의 수명을 가지는 것이 된다. 이에 대하여, 예를 들어 다른 재료인 폴리프로필렌계 수지조성물제 밸브의 경우, 마찬가지로 구경이 25mm인 밸브의 최저두께부분이 6.25mm인 경우, 95℃ 분위기하에서 1.83MPa의 내압을 걸면 약 10시간 정도에서 파괴에 이르는 것이며, 1000시간 이상 유지하려면 95℃ 분위기하에서 내압을 0.80MPa까지 떨어뜨려야 한다. 이것을 95℃ 분위기하에서 유지시간이 10년이 되도록 환산하면 내압은 0.80MPa가 된다. 이로부터 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 밸브의 허용압력이 폴리프로필렌계 수지조성물제 밸브의 1.5배가 되어, 보다 고압의 용도에서 사용할 수 있다.

또한, 밸브를 95℃ 이상에서 사용하는 경우, 예를 들어 온도를 100℃로 하였을 때는, 폴리프로필렌계 수지조성물에서는 연화온도 부근이기도 하여서 100℃ 분위기하에서는 수지조성물이 연화하여 고온용 밸브로서의 강도를 충분히 유지할 수 없는데 대하여, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은 연화하지 않기 때문에, 온도, 인장하중, 보유시간을 환산하면 사용압력을 저하시킨다(내경 25mm, 최저두께 6.25mm인 밸브의 경우, 파이프 외경 37.5mm, 파이프 두께 6.25mm인 파이프의 경우로 바꾸 어 환산하면, 100℃ 분위기하에서 보유시간을 10년으로 하기 위해서는 내압이 0.60MPa가 됨)는 제한은 있지만 문제없이 사용할 수 있다. 결국, 기존의 다른 수지조성물제 배관부재에서는 충분히 망라할 수 없었던 내약품성을 가지고, 고온역(60~95℃)은 물론 100℃ 부근에서 사용할 수 있어서, 폴리프로필렌계 수지조성물제 배관부재보다도 고온 용도에서의 배관부재로서 가장 바람직하다.

또한, 본 발명의 밸브의 성형수축율은 0.5~0.8%인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는 두께 10mm의 성형품에서의 유동방향의 성형수축율이 0.6~0.8%이고, 직각방향의 성형수축율이 0.5~0.7%인 것이 바람직하다. 수지의 종류나 배합하는 수지의 양의 차이에 따라 수지조성물의 성형수축율은 변하지만, 성형수축율이 0.5~0.8%인 폴리프로필렌에테르계 수지조성물이라면 염화비닐수지의 성형수축율과 거의 동등하기 때문에, 예를 들어 염화비닐수지제 밸브용 금형을 사용하여 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 사출성형하면, 성형한 밸브는 염화비닐수지로 성형한 밸브와 거의 같은 치수의 밸브를 얻을 수 있다. 그 때문에, 종래의 염화비닐수지와 동일한 제조설비를 공유할 수 있으며, 제품의 라인업(lineup)을 맞추기 위하여 폴리페닐렌에테르계 수지조성물용 제조설비를 증설할 필요가 없게 되어, 불필요한 비용이 들지 않고, 제조설비를 설치하기 위한 공간을 새로 마련하지 않아도 된다.

여기서 폴리페닐렌에테르계 수지는, 기계강도와 탄성율은 크지만 유동성이 나쁘기 때문에 단독으로는 성형할 수 없고, 다른 수지를 배합하여 유동성을 높여서 성형하여야 한다. 이 배합에 사용되는 수지는 폴리스티렌계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리프로필렌계 수지 등을 들 수 있는데, 밸브로서 요구되는 특성(고온 크리프 특성, 성형수축율, 내약품성, 가격 등)을 고려하면, 폴리스티렌계 수지가 요구되는 특성을 균형적으로 가지고 있다.

본 발명에서 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지의 배합비율은, 상기 고온용 밸브에 요구되는 특성을 만족시키는 범위에 있어야 하며, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여 폴리스티렌계 수지의 배합량은 50~120 질량부인 것이 바람직하다. 이는, 충격강도를 향상시키는 동시에, 유동성을 향상시켜서 성형성을 좋게 하기 위해서는 50 질량부 이상이 좋고, 양호한 고온 크리프 특성을 가지고, 기계강도의 저하를 억제하며, 내열성을 유지하기 위해서는 120 질량부 이하가 좋다. 또한, 염화비닐수지와 동등한 성형수축율을 얻기 위해서도 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여 폴리스티렌계 수지의 배합량은 50~120 질량부이면 좋다. 한편, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지를 섞은 것을 사용하여도 되는데, 이 두가지를 그래프트 공중합하여도 되고, 그래프트 공중합함으로써 양호한 가공성과 장기간 물성을 얻을 수 있으며, 특히 고온 크리프 특성이 양호해진다.

또한 본 발명에 있어서, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물의 MFR은 1.0~5.0g/10분이어야 한다. 사출성형에 필요한 수지조성물의 유동성을 가지고, 특히 두꺼운 밸브를 성형하는데 양호한 생산성을 얻기 위해서는 1.0g/10분 이상이 좋고, 본 발명의 밸브에 사용되는 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 파이프의 압출성형에 공용할 수 있으며, 양호한 고온 크리프 특성을 얻는 동시에, 파이프 압출성형에서의 수지조성물의 저감(drawdown)을 억제하기 위해서는 5.0g/10분 이하가 좋다. 한편, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물의 MFR은, JIS K7210에 준거하여 시험온도 250℃, 시험하중 10kg의 조건에서 측정한 것이다.

또한, 본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은, 밸브로서 요구되는 특성의 허용범위내이면 폴리페닐렌에테르계 수지조성물에 다른 폴리머를 포함하여도 된다. 다른 폴리머로서는 밸브의 특성을 떨어뜨리지 않는 것이면 특별히 한정되지 않는데, 스티렌·부타디엔계 고무를 특히 바람직한 것으로 들 수 있고, 스티렌·부타디엔계 고무를 배합함으로써 고온 크리프 특성을 유지한 채로 충격강도를 향상시킬 수 있다.

여기서, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여, 스티렌·부타디엔계 고무의 배합비율은 1~15 질량부가 바람직하다. 이는, 양호한 고온 크리프 특성, 충격강도를 얻기 위해서는 1 질량부 이상이 좋고, 양호한 내열성과 강성을 얻기 위해서는 15 질량부 이하가 좋다. 한편, 다른 폴리머에 대해서는 그 합계량이 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여 1~15 질량부가 되도록 하여야 한다.

또한, 스티렌·부타디엔계 고무의 스티렌 함유량은 10~40%가 좋고, 15~35%인 것이 보다 바람직하다. 스티렌·부타디엔계 고무의 스티렌 함유량은, 너무 적으면 물성 변화가 적고, 반대로 너무 많으면 탄성율이 떨어져서 기계 강도가 약해지지만 유동성은 좋아지기 때문에 밸브의 성형성은 향상되는 관계에 있다. 그 때문에, 밸브에 필요한 양호한 고온 크리프 특성이나 충격강도를 균형적으로 만족시키기 위해서는 스티렌 함유량 10% 이상이 좋고, 양호한 상용성(相溶性)을 얻는데다가 양호한 고온 크리프 특성, 충격강도를 균형적으로 만족시키기 위해서는 스티렌 함유량 40% 이하가 좋다.

또한, 본 발명의 스티렌·부타디엔계 고무의 중량평균분자량은 20만 이상이어야 한다. 폴리페닐렌에테르계 수지조성물에 중량평균분자량 20만 이하의 스티렌·부타디엔계 고무를 배합하면, 충격강도는 향상되지만 고온 크리프 특성이 현저히 손상되기 때문에, 양호한 고온 크리프 특성, 충격강도를 얻기 위해서는 20만 이상이 좋다. 여기서, 스티렌·부타디엔계 고무의 중량평균분자량을 보다 고분자량으로 하면 고온 크리프 특성이 향상되기 때문에 중량평균분자량의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 중량평균분자량이 높아짐으로써 스티렌·부타디엔계 고무의 제조가 어려워지지 않도록, 실용적으로는 수백만 정도가 좋고, 구체적으로는 20만~300만인 것이 바람직하다. 또한, 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지, 스티렌·부타디엔계 고무의 혼련후의 MFR은, 혼련전과 변함없거나 혼련전보다 떨어지는 것이 바람직하고, 혼련후의 MFR을 상승시키지 않기 위해서는 스티렌·부타디엔계 고무는 MFR을 측정할 수 없을 정도의 고분자량이면 혼련후의 MFR은 오히려 떨어뜨릴 수 있기 때문에(표 1의 실시예 5와 실시예 6 참조. 스티렌·부타디엔계 고무의 분자량의 차이에 의해, 실시예 6의 분자량 10만인 경우의 혼련후의 MFR에 대하여, 실시예 5의 분자량 28만인 경우의 혼련후의 MFR이 떨어짐), 스티렌·부타디엔계 고무를 MFR을 측정할 수 없을 정도의 고분자량으로 하기 위해서도 중량평균분자량이 20만 이상이어야 한다.

본 발명의 스티렌·부타디엔계 고무의 중합방법이나 중합촉매로는 어떠한 방법, 촉매를 사용하여도 된다. 한편, 스티렌·부타디엔계 고무를 폴리페닐렌에테르 계 수지, 폴리스티렌계 수지에 배합하였을 때의 내약품성이나 내후성의 점에서 수소첨가율은 100%에 가까운 것이 바람직하고, 구체적인 수소첨가율은 내후성이나 내열성, 내약품성의 면에서 85% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 더욱이 95% 이상인 것이 바람직하다.

여기서, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여, 스티렌·부타디엔계 고무의 배합비율은 1~15 질량부이어야 한다. 이는, 양호한 고온 크리프 특성, 충격강도를 얻기 위해서는 1 질량부 이상이 좋고, 고온시의 강성을 가지고, 밀봉성능을 유지하기 위하여 15 질량부 이하가 좋다.

본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지로서는 공지의 것을 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 단독중합체이어도 공중합체이어도 되며, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-에틸-6-n-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디-n-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-n-부틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-에틸-6-이소프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-클로로에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-히드록시에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-클로로에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디메톡시-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디클로로메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디브로모메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디페닐-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디트릴-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디클로로-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디벤질-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,5-디메틸-1,4-페닐렌)에테르 등을 들 수 있다.

본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물에서 사용되는 폴리스티렌계 수지는, 스티렌 및 스티렌 유도체의 단독중합체 예를 들어, 폴리스티렌, 고무변성 폴리스티렌(내충격성(high impact) 폴리스티렌), 신디오탁틱 폴리스티렌(Syndiotactic Polystyrene) 등을 들 수 있으며, 더욱이 스티렌계 공중합체 예를 들어, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(AS 수지)나 스티렌-아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체(ABS 수지) 등을 들 수 있다. 이 중, 상용성이 양호하고 충격강도를 향상시킨다는 점에서 내충격성 폴리스티렌을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은, 필요에 따라 산화방지제, 자외선 흡수제, 광안정제 등의 안정제를 배합하여도 되고, 이것들의 배합에 의해 조성물의 열안정성이나 내광성을 향상시킬 수 있다.

산화방지제로서는 예를 들어, 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, n-옥타데실-3-(4'-히드록시-3',5'-디-t-부틸페닐)프로피오네이트, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-에틸-6-t-부틸페놀), 2,4-비스[(옥틸티오)메틸]-0-크레졸, 2-t-부틸-6-(3-t-부틸-2-히드록시-5-메틸벤질)-4-메틸페닐아크릴레이트, 2,4-디-t-아밀-6-[1-(3,5-디-t-아밀-2-히드록시페닐)에틸]페닐아크릴레이트, 2-1-(2-히드록시-3,5-디-tert-펜틸페닐)]아크릴레이트 등의 힌더드 페놀계 산화방지제; 디라우릴티오디프로피오네이트, 라우릴스테아릴티오디프로피오네이트펜타에리스리톨-테트라키스(β-라우릴티오프로피오네이트) 등의 유황계 산화방지제; 트리스(노닐페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 등의 인계 산화방지제 등을 들 수 있다.

자외선 흡수제, 광안정제로서는 예를 들어, 2-(2'-히드록시-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-t-부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-디-t-부틸페닐-5-클로로벤조트리아졸 등의 벤조트리아졸계 자외선 흡수제나 2-히드록시-4-메톡시벤조페논 등의 벤조페논계 자외선 흡수제, 트리아진계 자외선 흡수제 혹은 힌더드아민계 광안정제 등을 들 수 있다.

본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은 필요에 따라, 구형상 필러, 판형상 필러, 섬유형상 필러 등의 무기충전재를 사용하여도 된다. 이것들은 단독으로도, 2종류 이상 조합하여서도 사용할 수 있다. 구형상 필러로서는 탄산 칼슘, 운모, 황산 바륨, 황산 칼슘, 점토, 펄라이트, 시라스 발룬(Shirasu-balloons; 일본상품명), 규조토, 소성 알루미나, 규산 칼슘 등을 들 수 있다. 판형상 필러로서는 활석(talc), 운모 등을 들 수 있다. 섬유형상 필러로서는 글라스 섬유, 탄소 섬유, 붕소 섬유, 탄화규소 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, 폴리이미드 섬유 등을 들 수 있다.

또한, 그 밖에 필요에 따라, 난연제(염소화 폴리에틸렌, 데카브로모디페닐에테르 등의 할로겐계, 트리크레딜포스페이트 등의 인계, 수산화 알루미늄 등의 무기계 등), 활제(유동 파라핀 등의 탄화수소계, 스테아린산 등의 지방산, 스테아릴알코올 등의 고급 알코올계, 스티아린산 아미드 등의 아미드계, 스테아린산 칼슘 등의 금속비누계 등), 대전방지제(폴리알킬렌글리콜, 술폰산기함유 화합물 등), 항균제(제오라이트 등의 무기계, 2-(4-티아졸릴)벤츠이미다졸 등의 유기계 등), 착색제(산화티탄 등의 무기계, 카본블랙 등의 유기계 등) 등을 배합하여도 된다. 이것 들의 배합량은 첨가제의 종류에 따라 변하기 때문에, 조성물의 물성을 떨어뜨리지 않고 첨가제의 효과가 충분히 발휘되는 양을 배합하는 것이 바람직하다. 이상과 같이 배합한 후에 용융혼련하는 방법에는 특별히 제한이 없고, 단축압출기나 2축압출기, 니더(kneader) 등을 사용함으로써 각 성분이 균일하게 분산된 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 얻을 수 있다.

더욱이 본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물의 성형전의 함수량은 250ppm 미만(Karl-Fisher(칼피셔)법으로 측정)이 바람직하다. 한편, 100ppm=0.01%이다. 외관 불량(실버 스트리크(silver streak) 등)이나 내부에 기포를 발생시키지 않기 위해서는 250ppm 미만이 좋고, 이상적으로는 0ppm인 것이 바람직하다. 특히, 두꺼운 밸브의 경우에는 함수량에 따라 외관 불량이나 기포가 발생하기 쉬워지기 때문에, 불량율을 떨어뜨리기 위하여 바람직하다.

본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은 여러 밸브에 사용할 수 있으며, 다이어프램 밸브, 볼 밸브, 콕, 버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 스톱 밸브, 니들 밸브, 핀치 밸브, 체크 밸브 등을 바람직한 것으로서 들 수 있다. 상기 밸브는 밸브의 구성이 같은 것이라면 기능적인 구성을 가지고 있어도 되고, 유체의 유량을 조절하는 구성, 유량을 일정하게 유지하는 구성, 압력을 일정하게 유지하는 구성, 유체의 역류를 방지하는 구성 등을 가지고 있어도 된다.

본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 이용한 밸브의 성형방법은 사출성형되어 이루어지는 밸브를 바람직한 것으로서 들 수 있는데, 성형방법은 특별히 한정되지 않고, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제의 둥근막대를 절삭가공에 의해 성형하여도 된다.

본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 이용하여 제조되는 밸브는 아래와 같은 뛰어난 특성을 가진다.

(1) 밸브의 본체에 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 이용함으로써, 고온역(60~95℃)에서의 산·알칼리 등의 약액라인에 사용할 수 있고, 100℃ 부근에서도 사용할 수 있다.

(2) 95℃ 분위기하에서의 인장강도가 20MPa 이상, 인장탄성율이 1000MPa 이상이기 때문에, 고온시에 실리는 수압에 대하여 밸브의 변형이나 부풀어오름을 억제하여 높은 밀봉성능을 유지할 수 있다.

(3) 23℃ 분위기하에서의 노치 아이조드 충격강도가 7.0kJ/m² 이상이기 때문에, 밸브의 장기간 사용에 따른 재질의 열화나 약액 등에 의한 열화가 일어나도 밸브의 내성을 유지할 수 있다.

(4) 선팽창계수가 5.0×10^-5/℃ ~ 8.0×10^-5/℃이기 때문에, 고온시의 팽창에 의한 치수 변화를 억제하여 높은 밀봉성능을 유지할 수 있다.

(5) 95℃ 분위기하에서 5.0MPa의 수압을 건 상태에서 1분간 보유하여도 밸브로부터 물누수가 없음으로써, 높은 압력이 실린 상태에서 고온역(60~95℃)이나 그 이상의 100℃ 부근에서 사용할 수 있다.

(6) 성형수축율이 0.5~0.8%임으로써 염화비닐수지와 동일한 제조설비를 사용할 수 있다.

(7) 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여, 폴리스티렌계 수지 50~120 질량부를 필수성분으로 함으로써, 고온 크리프 특성과 충격강도의 균형이 좋은 배관부재를 얻을 수 있다.

(8) 폴리페닐렌에테르계 수지조성물의 MFR을 1.0~5.0g/10분으로 한정함으로써, 성형시의 유동성을 확보하여 휨이 없는 양호한 성형품을 얻을 수 있으며, 고온 크리프 특성을 유지할 수 있다.

(9) 중량평균분자량 20만 이상의 스티렌·부타디엔계 고무의 배합에 의해 고온 크리프 특성을 떨어뜨리지 않고 충격강도를 높일 수 있다.

이하, 본 발명에서의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하는데, 본 발명이 본 실시예로 한정되지 않음은 말할 필요도 없을 것이다. 도 1은 본 발명의 수지제 다이어프램 밸브의 전부개방 상태를 나타내는 종단면도이다.

도면부호 1은, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 밸브본체로서, 내부에 유체유입구(11)와 유체유출구(12)와 각각 연결되는 유로(2)를 가지고, 유로(2)의 중간에 유로를 만곡시킨 완만한 원호형상의 곡면을 가지는 칸막이벽(3)이 설치되어 있다. 칸막이벽(3)의 윗면에 밸브시트면(4)이 형성되어 있다. 도면부호 5는 밸브본체(1)의 상부에 고정되어 있는 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 보닛(bonnet)으로서, 보닛(5)의 상부 중앙 개구부에는 동합금제 슬리브(6)가 지지되어 있다. 도면부호 7은 슬리브(6)의 내부에 설치된 숫나사부와 나사결합되어 있는 스테인레스제 스핀들이다. 도면부호 8은 PVDF제 압착기(compressor)로서 스핀들(7)의 하단부에 고정되어 있다. 도면부호 9는 밸브체인 다이어프램으로서, 압착기(8)에 고정되고, 둘 레부는 밸브본체(1)와 보닛(5) 사이에 끼워져 있으며, 스핀들(7)의 상하운동에 의해 칸막이벽(3)의 상단면과 붙었다 떨어졌다 한다. 도면부호 10은 PP제 핸들이며, 슬리브(6)의 상부 외주에 끼워맞추어지고, 보닛(5)의 상단부에 배치되어 있다.

이어서, 본 발명의 다이어프램 밸브에 유체를 흘렸을 때의 작용을 설명한다.

다이어프램 밸브가 전부개방(도 1의 상태)일 때, 핸들(10)을 닫힘방향으로 회전시킨다. 핸들(10)의 회전에 의해 스핀들(7)이 하강하는 동시에 압착기(8)가 하강한다. 압착기(8)가 하강하면, 압착기(8)가 다이어프램(9)을 아래쪽으로 누른다. 더욱 핸들(10)을 닫힘방향으로 회전시키면, 다이어프램(9)은 칸막이벽(3) 윗면의 밸브시트면(4)에 눌리고, 유로(2)가 차단되어 밸브가 전부닫힘으로 된다. 이어서, 다이어프램 밸브가 전부닫힘일 때 핸들(10)을 열림방향으로 회전시키면, 핸들(10)의 회전에 의해 스핀들(7)이 상승하는 동시에 압착기(8)가 상승한다. 압착기(8)가 상승하면 다이어프램(9)은 밸브시트면(4)으로부터 떨어지고, 유로(2)가 개방되어 다이어프램 밸브가 열림으로 되며, 다이어프램(9)은 개방한도위치까지 상승하여 유로(2)가 개방되고 다이어프램 밸브가 전부개방(도 1의 상태)으로 된다.

이 때, 밸브본체(1)는 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제이기 때문에, 고온역(60~95℃)은 물론 100℃ 부근에서 사용가능하고, 내약품성이 산이나 알칼리에 대하여 뛰어나기 때문에, 특히 100℃ 부근의 알칼리 라인에 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 95℃ 분위기하에서의 각종 물성 강도를 가짐으로써, 고온·고압의 라인에 대해서도 장기간 사용할 수 있다. 또한, 폴리페닐렌에테르계 수지조성물은 수지의 가격이 PP와 PVDF의 사이로 PP보다 약간 높은 정도이고, 더욱이 금형 온도가 40~80℃에서 성형되기 때문에 통상의 물에 의한 금형 온조로 대응할 수 있으며, 기름에 의한 금형 온조 등을 하지 않아도 되기 때문에, 성형 현장에서 PPS나 PEEK제 밸브와 같이 금형 전환에서의 금형 온조나 금형의 승온에 수고나 시간을 들이지 않아도 성형할 수 있다.

이어서, 본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 밸브에 대하여, 도 1에 나타내는 구경이 25mm인 다이어프램 밸브를 성형하고, 그 성능을 아래에 나타내는 시험방법으로 평가하였다.

(1) 밸브의 내수압 시험

폴리페닐렌에테르계 수지를 이용하여 성형한 다이어프램 밸브를 전부개방한 상태에서 95℃의 온수를 통과시킨 상태로 60분간 유지하고, 그 후 서서히 수압을 상승시켜서 5.0MPa의 수압을 가한 상태에서 1분간 유지하였을 때, 밸브의 파손 유무나 밀봉부로부터의 유체누수 유무를 육안으로 확인하였다. 1분간 유지하여 유체누수가 없으면 합격이라고 한다. 또한, 5.0MPa에 이르기 전에 밸브의 파손이나 유체누수가 일어났을 경우에는 파손이나 유체누수시의 수압을 측정하였다.

(2) 내알칼리성 시험

DIN 16888에 준거하여 30% NaOH 용액을 전용 용기에 넣은 것에 시험조각을 침지하고, 이것을 95℃로 유지한 오븐에 넣어 112일 경과한 후의 시험조각의 인장시험을 하였다. 인장연신율(tensile elongation)의 유지율이 50% 이상인 것을 합격이라고 하고, 인장연신율의 유지율이 50% 미만인 것을 불합격이라고 한다.

(3) 인장시험

JIS K7113에 준거하여 사출성형으로 성형한 시험조각을 이용하여, 23±1℃ 및 95±1℃의 분위기 안에서 인장시험을 하고, 각각 인장강도 및 인장탄성율을 측정하였다.

(4) 노치 아이조드 충격시험

JIS K7110에 준거하여 사출성형으로 성형한 시험조각을 이용하여, 23±1℃ 분위기 안에서 아이조드 충격강도를 측정하였다.

(5) 선팽창계수

JIS K7197에 준거하여 사출성형으로 성형한 다이어프램 밸브의 본체로부터 시험조각을 절삭가공으로 잘라내어, 23℃~95℃의 범위에서 선팽창계수를 측정하였다.

(6) 고온 크리프 시험

DIN 8078에 준거하여 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 밸브(내경 25mm, 최저두께 6.0mm)에 대하여 95±1℃, 내압 1.93MPa(밸브의 내경과 최저두께로부터 파이프 외경 37.0mm, 파이프 두께 6.0mm인 파이프의 경우로 바꾸어 시험응력으로 5.0MPa에 상당하는 내압을 식 1의 Naday의 식으로부터 산출)를 걸어서 파괴에 이를 때까지의 시간을 측정하였다. 한편, 고온시에 볼트에 느슨함이 있을 경우에는 약 반회전 조였다가 자동정지시켰다.

[식 1]

(7) 성형수축율

사출성형기로 다이어프램 밸브본체(염화비닐수지용 금형, 기준치수: 플랜지부 외경(도 1의 D) 125mm, 면 사이 폭(도 1의 W) 130mm)를 성형하고, 23℃ 분위기 안에서 2일 동안 방치한 후, 플랜지부 외경(밸브 양단의 각각 직각방향에서 2점 측정)과 면 사이 폭(2점 측정)의 치수값을 측정하였다. 측정은 시험조각 10개를 측정하고, 플랜지부 외형(D)과 면 사이 폭(W)의 평균값을 산출하여, 플랜지부 외형과 면 사이 폭의 평균값으로부터 각각의 성형수축율을 식 2로부터 산출하였다. 비교대상으로서, 마찬가지로 염화비닐수지(비교예 1과 같은 수지)를 성형하여 치수를 측정하고 성형수축율을 산출하였다. 한편, 기준치수란, 성형품이 노리는 치수이며, 제품치수를 말한다. 또한, 본 시험에서 사용한 염화비닐수지용 금형은, 염화비닐수지로 성형하였을 때 기준치수에 대한 치수허용차가 플랜지부 외경에서 ±0.2mm 이내, 면 사이 폭에서 ±0.2mm 이내의 범위내가 되도록 조정되어 있다. 이 금형치수(실측값)는 플랜지부 외경 125.95mm, 면 사이 폭 130.87mm로 설계되어 있다. 본 시험에서는 성형수축율이 0.5~0.8%의 범위내이고, 기준치수의 치수허용차가 플랜지부 외경에서 ±0.2mm 이내, 면 사이 폭에서 ±0.2mm 이내의 범위내인 것을 합격이라고 한다. 한편, 표 1에서의 각 실시예 및 비교예의 수지의 성형수축율의 비교에서는, 면 사이 폭의 성형수축율을 기재한다(플랜지부 외형은 두껍고 치수의 편차가 크기 때문에, 치수의 편차가 적은 면 사이 폭을 기준으로 한다).

[식 2]

성형수축율 = {(금형 치수-시험조각 치수)/금형 치수}×100

(8) MFR 측정

JIS K7210에 준거하여 시험온도 250℃, 시험하중 10kg의 조건에서 측정하였다.

실시예

먼저, 도 1의 다이어프램 밸브를 이용하여, 본체(1)와 보닛(5)을 각기 다른 배합을 가지는 폴리페닐렌에테르계 수지조성물로 성형한 밸브와 다른 수지로 성형한 밸브의 물성과, 각각의 밸브에 사용된 수지의 물성을 비교하였다.

실시예 1

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 폴리스티렌계 수지의 내충격성 폴리스티렌 80 질량부를 배합하고, 2축압출기로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 3.62인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 사출성형기를 이용하여 실린더 온도 250℃에서 폴리페닐렌에테르계 수지제 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 밸브 내수압시험, 내알칼리성 시험, 고온 크리프 시험, 인장시험, 선팽창계수와 성형수축율을 측정시험한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 성형수축율 측정결과의 상세한 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 2

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 80 질량부를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 1.57인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각 을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 3

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 60 질량부를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 3.62인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 성형수축율 측정결과의 상세한 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 4

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 110 질량부를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 4.50인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 성형수축율 측정결과의 상세한 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 5

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 80 질량부를 배합하고, 수소첨가한 스티렌·부타디엔계 고무(스티렌 함유량 30%, 중량평균분자량 23만) 13 질량부를 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 3.60인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시 켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 6

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 80 질량부를 배합하고, 수소첨가한 스티렌·부타디엔계 고무(스티렌 함유량 30%, 중량평균분자량 10만) 13 질량부를 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 4.23인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 7

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 80 질량부, 수소첨가한 스티렌·부타디엔계 고무(스티렌 함유량 5%, 중량평균분자량 23만) 13 질량부를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 3.02인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 8

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 80 질량부를 배합하고, 수소첨가한 스티렌·부타디엔계 고무(스티렌 함유량 50%, 중량평균분자량 23만) 13 질량부를 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 4.15인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 정도로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 9

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 80 질량부를 배합하고, 수소첨가한 스티렌·부타디엔계 고무(스티렌 함유량 30%, 중량평균분자량 23만) 18 질량부를 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 3.55인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 10

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 80 질량부를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 6.20인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 11

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 40 질량부를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 2.92인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량 을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 성형수축율 측정결과의 상세한 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 12

폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부, 내충격성 폴리스티렌 130 질량부를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여 펠릿화하여, 혼련후의 MFR이 4.58인 폴리페닐렌에테르계 수지조성물을 제조하였다. 얻어진 수지조성물을 건조시켜서 함수량을 250ppm 미만으로 한 후, 그 펠릿을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 성형수축율 측정결과의 상세한 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예 1

염화비닐계 수지 100 질량부의 수지조성물을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 2

염소화염화비닐계 수지 100 질량부의 수지조성물을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 3

폴리프로필렌 100 질량부의 수지조성물을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 4

폴리불화비닐리덴 100 질량부의 수지조성물을 이용하여 다이어프램 밸브 및 각종 시험조각을 성형하고, 각종 평가시험을 한 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

표 1로부터, 밸브 내수압시험에서는, 실시예 1 ~ 실시예 12는 23℃와 95℃에서 모두 수압 5.0MPa에서 파손이나 누수가 없었다. 한편, 표 1의 밸브 내수압시험의 수치는 유체누수가 발생하였을 때의 압력을 나타내고 있다. 비교예 1은 23℃에서는 수압 5.0MPa에서 파손이나 누수가 없지만, 95℃에서는 수지가 연화하여 시험이 불가능하였다. 비교예 2는 23℃에서는 5.0MPa에 이르지 못하고 유체누수가 발생하였고, 95℃에서는 수지가 연화하여 시험이 불가능하였다. 비교예 3, 비교예 4에서는 95℃에서 연화는 없었지만, 23℃의 단계에서 5.0MPa에 이르지 못하고 유체누수가 발생하였고, 95℃에서는 유체누수가 발생하는 압력이 떨어졌다. 또한, 내알칼리성 시험에서는, 실시예 1 ~ 실시예 12, 비교예 3은 95℃에서 30%의 NaOH에 침지하여 인장연신율의 유지율이 50% 이상이기 때문에, 고온역의 알칼리 라인에서 바람직하게 사용할 수 있다. 비교예 1, 비교예 2, 비교예 4에서는 인장연신율의 유지율이 50% 이하이기 때문에, 고온역의 알칼리 라인에서의 사용에 부적합하다. 이로부터, 본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 밸브는, 고온역(60~95℃)에서 단기적으로 높은 내압이 실려도 파손이나 누수가 없을 정도의 강성을 가지고, 고온역 에서 알칼리 라인에 바람직하게 사용할 수 있는 밸브로서 최저 합격라인인 밸브 내수압시험과 내알칼리성 시험을 통과하였으며, 두 시험을 통과하지 못한 PVC, CPVC, PP, PVDF제 밸브에 대하여 우위성을 가지고 있다.

또한, 인장시험에서는, 실시예 1 ~ 실시예 11은 23℃와 95℃에서의 인장강도, 인장탄성율이 모두 높은 수치이고 고온용 밸브로서 바람직한 높은 강성을 가지고 있다. 실시예 12도 95℃에서의 인장강도가 약간 낮은 정도이다. 비교예 1과 비교예 2는 23℃의 인장강도는 실시예 1과 같은 정도이고 인장탄성율은 실시예 1의 약 1.5배 정도 높지만, 95℃에서는 수지가 연화하여 측정할 수 없었다. 한편, 비교예 1은 60℃, 비교예 2는 90℃를 넘은 부근부터 수지가 연화하였다. 비교예 3은 23℃와 95℃의 인장강도에서 실시예 1의 1/2 정도, 인장탄성율은 23℃에서 실시예 1의 3/5 정도, 95℃에서 1/4 정도였다. 비교예 4는 비교예 3과 같은 정도이며 약간 수치가 높았다. 아이조드 충격강도에서는, 실시예 11, 비교예 1, 비교예 2에서 수치가 낮았다. 일반적인 밸브로서 사용하기에는 문제가 없지만, 고압에서 장기간 사용하는데는 부적합하다(두께나 구조의 검토에 의해 대응은 가능). 또한, 선팽창계수에서는, 실시예 1 ~ 실시예 12와 비교예 1과 비교예 2는 같은 정도였지만, 비교예 3과 비교예 4에서는 모두 실시예 1의 약 1.5배 정도가 되었다. 또한 성형수축율에서는, 실시예 1 ~ 실시예 10, 실시예 12와 비교예 1, 비교예 2는 같은 정도였지만, 실시예 11에서는 이 실시예들의 수축율보다 약간 커졌고, 비교예 3과 비교예 4에서는 모두 실시예 1의 수축율의 배 이상 커져 있었다. 고온 크리프 특성은, 실시예 12는 고온 크리프 특성이 낮아 장기 사용에는 부적합하고, 비교예 1과 비교예 2 는 수지가 연화하여 시험이 불가능하였으며, 실시예 1과 실시예 3과 실시예 4는 양호한 고온 크리프 특성을 얻었다.

이상으로부터, PVC제 밸브는 고온역(60~95℃)에서는 연화하여 사용할 수 없으며, CPVC제 밸브는 90℃를 넘으면 수지가 연화하기 때문에 90℃까지는 사용할 수 있지만 너무 높은 온도에서 사용하기에는 부적합하다. 또한, 고온시에 선팽창계수가 큰 경우에 고온시의 밸브가 팽창하거나 인장탄성율이 낮은 경우에 높은 수압이 걸리면 밸브본체가 수압에 의해 부풀어서 치수의 변화에 의해 밀봉부분의 밀봉성이 떨어지기 때문에, PP제 밸브나 PVDF제 밸브는 고온고압용 밸브의 용도로는 부적합하다. 따라서, 고온고압용 밸브로서 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제인 밸브가 가장 적합하다는 것을 알 수 있다.

이어서, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 10을 비교하면, 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지의 배합비율은 같지만, 혼련후의 MFR이 서로 다름으로써 고온 크리프 특성이 변한 것을 알 수 있다. 더욱이, 실시예 4, 실시예 12와 함께, 혼련후의 MFR의 차이를 비교하면, 실시예 1과 실시예 2의 MFR에서는 고온 크리프 특성에 변화가 보이지 않지만, 실시예 10에서 MFR이 커지면 고온 크리프 특성이 실시예 1의 4/5 정도로 떨어졌다. 실시예 12에서는 MFR이 더욱 커졌고 고온 크리프 특성이 실시예 1의 2/5 정도로 떨어졌다. 이는, MFR이 작아지면 폴리페닐렌에테르계 수지의 분자량이 작아지고, 분자량이 작으면 고온 크리프 특성이 떨어지기 때문이다. 또한, MFR이 커지면 수지의 유동성은 좋아지지만, 밸브와 같이 두꺼운 성형품에서는 수지의 유동성이 너무 좋으면 기포나 빈 틈(void)이 발생하기 쉬워져서 밸 브의 강도 저하로도 이어진다. MFR값이 1.0g/10분보다 작아지면 수지조성물은 유동이 나빠져서 성형품의 외관불량이나 휨 등이 발생하기 쉬워지고, MFR이 너무 작아지면 수지조성물이 유동할 수 없고 밸브를 성형할 수 없기 때문에, 고온 크리프 특성과 밸브의 양호한 성형성을 얻기 위해서는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4가 보다 바람직한 범위가 되고, 수지조성물의 MFR은 1.0~5.0g/10분인 것이 바람직하다.

또한, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 11, 실시예 12로부터, 폴리페닐렌에테르계 수지에 대한 폴리스티렌계 수지의 배합비율에 따라 고온 크리프 특성과 충격강도 등의 물성이 변하는 것을 알 수 있다. 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대한 폴리스티렌계 수지의 배합비율이 실시예 1의 80 질량부와 비교하여 적을 경우, 실시예 3의 60 질량부에서는 고온 크리프 특성, 충격강도가 모두 변함없고, 실시예 11의 40 질량부에서는 고온 크리프 특성은 변함없지만, 충격강도가 떨어졌다. 또한, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대한 폴리스티렌계 수지의 배합비율이 실시예 1의 80 질량부와 비교하여 많을 경우에는, 실시예 4의 110 질량부에서는 충격강도는 향상되었지만, 고온 크리프 특성은 약간 떨어지고, 실시예 12의 130 질량부에서는 충격강도가 보다 향상되고, 고온 크리프 특성이 떨어졌다. 이로부터, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여 폴리스티렌계 수지를 50~120 질량부의 범위내에서 배합하여야 밸브로서 필요한 고온 크리프 특성, 충격강도 등의 물성을 균형적으로 얻을 수 있었다. 여기서 고온 크리프 특성, 충격강도 등이 균형적이다라는 것은, 고온 크리프 특성이 600시간 이상, 충격강도가 7.0kJ/m² 이상을 만족하는 것을 말하며, 장기적인 밸브의 성능을 유지하기 위해서는 고온 크리프 특성이 600 시간 이상(95℃ 분위기하에서 내압이 0.6MPa일 때 파이프가 5년 정도의 수명을 가짐), 충격강도가 7.0kJ/m² 이상(장기사용에서 파이프 열화에 의한 깨짐을 억제하고, 고압에서의 워터해머 등의 충격에 대한 내성을 가짐)이어야 한다.

또한, 실시예 1과 실시예 5를 비교하면, 스티렌·부타디엔계 고무를 적당량 배합함으로써 고온 크리프 특성을 유지한 채로 충격강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실시예 5 내지 실시예 9를 비교하면, 스티렌·부타디엔계 고무의 최적 조건은, 스티렌의 중량평균분자량과, 스티렌 함유량과, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대한 스티렌·부타디엔계 고무의 양으로 결정되는 것을 알 수 있다. 스티렌의 중량평균분자량은, 실시예 5의 스티렌·부타디엔계 고무의 중량평균분자량 23만에 비하여, 실시예 6의 스티렌·부타디엔계 고무의 중량평균분자량이 10만으로 작기 때문에, 실시예 6의 고온 크리프 특성이 떨어졌다. 또한, 스티렌 함유량은, 실시예 5의 스티렌 함유량 30%에 비하여, 실시예 7은 스티렌 함유량이 5%로 적기 때문에 폴리페닐렌에테르계 수지와의 상용성이 나빠지고, 고온 크리프 특성이 떨어지며 충격강도도 향상되지 않았다. 실시예 8은 스티렌 함유량이 50%로 많기 때문에 폴리페닐렌에테르계 수지와의 상용성이 향상되고, 충격강도는 향상되었지만, 고온 크리프 특성이 약간 떨어졌다. 또한, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대한 스티렌·부타디엔계 고무의 양은, 실시예 5의 13 질량부에 대하여 실시예 9의 18 질량부 로 배합량이 많아지면, 충격강도는 향상되지만, 고온 크리프 특성이 떨어졌다. 이들로부터, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여 스티렌 함유량이 10~40%, 중량평균분자량이 20만 이상인 스티렌·부타디엔계 고무를 1~15 질량부 배합함으로써, 고온 크리프 특성을 유지한 채로 충격강도를 향상시킬 수 있다. 더욱이 고온·고압의 용도에서는 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대한 폴리스티렌계 수지의 배합량이 50~105 질량부이고, 혼련후의 MFR이 1.5~4.5g/10분인 것이 보다 바람직하다.

표 2로부터, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대한 폴리스티렌계 수지의 배합비율에 따라 성형수축율이 변하는 것을 알 수 있다. 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 12의 성형수축율은 0.5~0.8%의 범위내이고, 또한 기준치수의 허용차의 범위내이다. 이 중, 실시예 2는 간신히 허용차 범위내이기 때문에, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4가 바람직하고, 염화비닐수지에 의한 성형품과 동등한 성형품을 얻을 수 있으며, 염화비닐수지와 같은 금형을 사용할 수 있다. 또한, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여, 폴리스티렌계 수지 50~120 질량부이면 염화비닐수지와 거의 같은 성형수축율의 범위내로 할 수 있다.

이상으로부터, 본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 밸브는, 고온 크리프 특성과 충격강도가 균형적으로 뛰어나고, 또한 성형시의 유동성을 확보하여 양호한 성형성을 얻을 수 있다. 그 때문에, 고온역(60~95℃)에서의 산·알칼리 등의 약액을 흘려도 장기간 사용할 수 있고, 100℃ 부근에서의 사용도 가능하다. 또한 스티렌·부타디엔계 고무를 더함으로써 고온 크리프 특성을 떨어뜨리지 않고 충 격강도를 향상시킬 수 있다.

이상의 구성에 의해, 본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지조성물제 밸브는, 고온 크리프 특성과 충격강도가 균형적으로 뛰어나며, 또한 성형시의 유동성을 확보하여 양호한 성형성을 얻을 수 있다는 작용효과를 나타낼 수 있으며, 그 때문에, 본 발명의 밸브를 고온역(60~95℃)에서 산·알칼리 등의 약액을 흘려서 장기간 사용할 수 있고, 100℃ 부근에서의 사용도 가능해지며, 또한 높은 압력이 가해진 상태에서 고온역(60~95℃)이나 그 이상의 100℃ 부근에서 사용하여도 밸브의 변형이나 팽창을 억제하여 높은 밀봉성능을 유지할 수 있고, 더욱이 스티렌·부타디엔계 고무를 더함으로써 고온 크리프 특성을 떨어뜨리지 않고 충격강도를 향상시킬 수 있다는 작용효과를 얻을 수 있다.

본 명세서 내에 기재되어 있음.

Claims

유체유입구와 유체유출구를 가지고 내부에 상기 유입구 및 상기 유출구와 연결되는 유로와 상기 유로 내에 밸브시트가 형성된 본체와, 회전운동 또는 상하운동함으로써 상기 밸브시트에 압접이간되어 상기 유로를 개폐하는 밸브체를 가지는 밸브에 있어서, 적어도 상기 본체가 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지를 필수성분으로 한 폴리페닐렌에테르계 수지조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 폴리페닐렌에테르계 수지조성물이, 95℃ 분위기하에서의 인장강도가 20MPa 이상, 인장탄성율이 1000MPa 이상인 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 폴리페닐렌에테르계 수지조성물의 23℃ 분위기하에서의 노치 아이조드 충격강도가 7.0 kJ/m² 이상인 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 폴리페닐렌에테르계 수지조성물의 선팽창계수가 5.0×10^-5/℃ ~ 8.0× 10^-5/℃인 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

95℃ 분위기하에서 상기 밸브를 전부개방으로 하고, 5.0MPa의 수압을 건 상태에서 1분간 보유하였을 때, 상기 밸브로부터 물누수가 없는 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 폴리페닐렌에테르계 수지조성물의 성형수축율이 0.5~0.8%인 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 폴리페닐렌에테르계 수지조성물이, 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여 폴리스티렌계 수지 50~120 질량부를 필수성분으로 하고, 혼련후의 용융 흐름 속도(Melt Flow Rate: MFR)가 1.0~5.0g/10분인 수지조성물인 것을 특징으로 하는 밸브.
제 7 항에 있어서,

상기 폴리페닐렌에테르계 수지 100 질량부에 대하여, 스티렌 함유량이 10~40%이고, 중량평균분자량 20만 이상인 스티렌·부타디엔계 고무 1~15 질량부를 더 배합하여 이루어지는 밸브.
제 1 항 내지 제 8 항에 기재된 밸브가, 다이어프램 밸브, 볼 밸브, 콕, 버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 스톱 밸브, 니들 밸브, 핀치 밸브, 체크 밸브 등 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 밸브.