KR20100123178A - 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리아미드와 폴리프로필렌 수지를 주요성분으로 하고 여기에 충격보강제로 무수말레인산이 그라프트된 에틸렌 옥텐 공중합체와 상용화제로 무수말레인산이 그라프트된 폴리스타이렌 수지와 에폭시 수지 및 무기 필러를 첨가함으로써 우수한 가공성, 저온 내충격성을 발휘하며, 비중이 낮고, 가격이 저렴하여 자동차 부품용으로 적합한 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.

폴리아미드 수지, 폴리프로필렌 수지, 충격보강제, 상용화제, 무기 필러

Description

자동차 부품용 열가소성 수지 조성물{Thermoplastic resin composition for automobile parts}

본 발명은 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.

자동차 부품 중 인스트루먼트 판넬, 범퍼백빔, 훨커버 등과 같이 가혹한 환경 또는 엄격한 규제가 요구되는 부품에 사용되고 있는 열가소성 수지는 우수한 내열성과 고강성 뿐만 아니라 고충격 특성이 요구되므로 PC계, PBT계, 나일론계 수지가 폭넓게 사용되고 있다. 이들 수지는 그 물성은 우수하나, 매우 고가이며, 비중이 높기 때문에, 그 물성을 유지하면서 원가, 비중, 성형성 등을 개선시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 나일론6 혹은 나일론66와 같은 폴리아미드계로 이루어진 소재는, 특히 내수분성 및 내약품성이 열악하기 때문에 이를 개선하기 위해 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)등과 블렌딩(Blending) 하는 기술이 활발히 진행되고 있으며, 이와 관련된 논문 및 특허도 많이 발표되고 있다.

종래기술로 대한민국 특허 공고번호 제 96-13129 호에서는 폴리아미드와 폴리프로필렌 얼로이 수지 조성물에서 상용화제로 무수썩시닉산이 그라프트된 스티렌 블록 공중합체를 사용한 폴리아미드 수지 조성물을 제조하고, 이를 자동차의 재료로 사용할 수 있음을 개시하였으나, 이와 같은 폴리아미드 수지 조성물은 내충격성 등이 열악하여 고충격특성이 요구되는 자동차용 부품으로 적용하기에는 만족스럽지 못하였다.

또 다른 종래기술로 대한민국 특허 공개번호 제 2001-0097274 호를 비롯한 몇 건의 특허에서 폴리아미드와 폴리프로필렌 수지에 충격보강제로 무수말레인산이 그라프트된 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합수지를 사용하여 내충격성 향상을 시도하였으나, 이와 같은 수지 조성물은 상온 내충격성은 양호하나 저온(-30℃) 내충격성을 만족치 못하여 저온 내충격 성능이 요구되는 부품용으로 적용하기에 부적합하였다.

이에, 본 발명은 자동차용 부품으로 용이한 성형가공성을 확보하고 내열성, 내충격성 등 제반물성이 우수하고 비중이 낮으며 가격이 저렴한 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 열안정성이 높고, 가공이 용이하며, 에너지 절감효과가 있고, 소수성인 폴리프로필렌 성분이 함유되어 수분에 의한 일련의 문제들을 개선시키는데 그 목적이 있다.

본 발명은 폴리아미드 수지 30 ~ 80 중량부, 폴리프로필렌 수지 5 ~ 55 중량부, 충격보강제로 무수말레인산이 그라프트된 에틸렌 옥텐 공중합체 5 ~ 30 중량부, 무수말레인산이 그라프트된 폴리스타이렌 수지 및 에폭시 수지인 상용화제0.5 ~ 10 중량부 및 무기 필러 2 ~ 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물을 제공함으로써 상기 과제를 해결하였다.

본 발명의 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물은 자동차용 부품으로 용이한 성형가공성을 확보하고 내열성, 내충격성 등 제반물성이 우수하고 비중이 낮으며 가격이 저렴한 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물을 제공할 수 있었다.

또한, 폴리아미드보다 사출, 압출 등의 가공온도가 낮으므로, 열안정성이 높고, 가공이 용이하며, 전체적인 가공상의 에너지 절감효과가 있었으며, 기존의 폴리아미드는 수분에 민감하여 이로 인해 발생하는 성형불량 및 물성저하 문제가 심각했으나 본발명의 수지 조성물은 소수성인 폴리프로필렌 성분이 함유되어 수분에 의한 일련의 문제들을 현격히 개선시킬 수 있었다.

폴리아미드와 폴리프로필렌을 주요성분으로 하고 여기에 충격보강제와 상용화제 및 무기 필러를 첨가한 본 발명의 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물을 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

주요성분 중 하나인 폴리아미드 수지는 나일론6, 나일론12, 나일론66, 나일론 6/66, 나일론 6/12, 나이론 6/6T 및 이들의 공중합체 중에서 선택된 1 종 이상이며, 폴리아미드 수지 상호간의 어떠한 조합 및 함량비를 한정하지 않는다.

이와같은 폴리아미드 수지는 열가소성 수지 조성물의 고강도, 내열성을 부여하는 역할을 하고, 그 함량은 전체 열가소성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 30 ~ 80 중량부를 포함한다. 이때, 폴리아미드 수지의 함량이 80 중량부를 초과하면 강도는 높아지지만 내충격성이 저하될 수 있고, 폴리아미드 수지의 함량이 30 중량부 미만이면 강도 저하 및 후변형과 같은 문제가 발생할 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다.

주요성분의 또 다른 구성 성분인 상기 폴리프로필렌 수지는 내수성, 내유성, 강인성, 저비중 및 가공성을 제공하는 역할을 하는 바, 특별히 그 종류가 한정되는 것은 아니나, 내충격성을 위해 호모 폴리프로필렌보다는 에틸렌 블록이 공중합된 폴리프로필렌을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 에틸렌을 0.01 ~ 20 중량% 함유하고, 용융지수(MI)가 0.3 ~ 30 g/10분(ASTM D1238, 230 ℃,2.16 kg)인 폴리프로필렌 수지가 바람직하다. 이와같은 폴리프로필렌 수지는 전체 열가소성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 5 ~ 55 중량부 함유하는데, 폴리프로필렌의 함량이 5 중량부 미만이면 충격성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 55 중량부를 초과하면 내열성이 부족하여 후변형이 발생하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다. 그러나, 요구되는 물성에 따라 함량 조율이 가능하다.

상기 충격보강제는 열가소성 수지 조성물의 충격 보강을 위해 첨가하는 것으로써, 그라프트율이 0.5 ~ 2.5 중량%인 공중합 수지가 바람직하며, 본 발명에서는 무수말레인산이 그라프트된 에틸렌 옥텐 공중합체를 사용한다. 이때 알파-올레핀은 프로필렌, 부텐 및 헥센 중에서 선택된 1 종인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 충격보강제의 함량은 전체 열가소성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 5 ~ 30 중량부가 바람직한데, 충격보강제의 함량이 5 중량부 미만이면 충격성이 저하되어 쉽게 파손되는 문제가 발생할 수 있고, 30 중량부를 초과하면 내열성이 부족하여 열변형이 발생하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다. 한편, 무수말레인산과 같은 극성기가 그라프트되지 않은 일반 에틸렌 알파-올레핀 공중합체는 폴리아미드와 폴리프로필렌 얼로이 수지와의 상용성이 현저히 저하되므로 본 발명의 충격보강제로 사용하기에는 적절하지 않다.

상기 무기 필러는 내열성 유지와 치수 안정성을 위해 사용되며, 탈크, 월러스토나이트, 탄산칼슘, 마이카 및 카올린 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하며 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 실리콘, 게르마늄, 티타늄, 지르코늄 및 철로 이루어진 군으로 선택되는 원소의 산화물 및 수화 산화물(oxide hydrates) 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 무기 필러는 전체 열가소성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 2 ~ 10 중량부 함유하는 것이 바람직하며, 무기 필러의 함량이 10 중량부를 초과하면 비중이 폴미아미드 수지와 유사하게 되어 제품 중량 감소의 효과가 미미하여 중량 원가 개선의 의미가 사라질 수 있고, 2 중량부 미만이면 강성 부족으로 뒤틀림이 쉽게 발생하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다. 그러나, 제품의 치수에 따라 무기 필러의 함량 조율은 가능하다.

상기 상용화제는 본 발명의 주요성분인 폴리아미드 수지와 폴리프로필렌 수지와의 상용성을 향상시키고 내충격성을 증가시켜, 기계적 강도의 저하를 방지시키기 위해 첨가하며, 본 발명에서는 무수말레인산이 그라프트된 폴리스타이렌 수지와 에폭시 수지를 사용한다. 상기 무수말레인산이 그라프트된 폴리스타이렌 수지는 무수말레인산 그라프트율이 0.5 ~ 5.0 중량%이며, 상기 에폭시 수지는 에폭사이드 당량이 100 ~ 20,000 g/eq 인 것이 바람직하다. 무수말레인산이 그라프트된 폴리스타이렌 수지의 그라프트율이 0.5 중량% 미만이면 상용성 저하로 수지간 박리가 발생하는 문제가 발생할 수 있고, 5.0 중량%를 초과하면 경제적 비용과다 발생과 기계적 물성저하와 같은 문제가 발생할 수 있다. 또한, 에폭시 수지의 에폭시사이드 당량이 100 g/eq 미만이면 상용성 저하로 수지간 박리가 발생하는 문제가 발생할 수 있고, 20,000 g/eq을 초과하면 경제적 비용과다 발생과 기계적 물성저하와 같은 문제가 발생할 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다.

이와같은 상용화제는 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.5 ~ 10 중량부인 것이 바람직한데, 만일 상용화제의 함량이 10 중량부를 초과하면 나일론 및 폴리프로필렌의 함량이 줄어들게 되어 결과적으로 기계적 강도를 저하시킬 수 있고, 0.5 중량부 미만으로 첨가되면 상용성 향상에 미치는 효과가 미미하므로 상기의 범위가 바람직하다.

한편, 자동차 부품용으로의 적용에 적합하도록 하기 위해 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.01 ~ 10 중량부의 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 윤활제 및 안료 등을 추가로 첨가할 수 있다.

그 밖에도 본 발명의 목적에 위배되지 않고 기계적 물성의 저하가 없는 범위내에서 여타의 첨가제들을 첨가할 수 있다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 3

[표 1]

상기의 표 1의 처방대로 배합하여, 3 분간 드라이 블렌드한 후, 250 ℃로 설정된 2축 압출기(직경 40 mm Φ)를 사용하여 용융 혼련한 수지 조성물에 대한 펠렛을 제조하였다. 얻어진 각 수지 조성물의 펠렛을 90 ℃에서 4 시간 건조하여 250 ℃로 설정된 사출성형기를 사용하여 물성 측정용 시험편을 제작하였다. 그런 다음 제작된 수지 시험편을 이용하여 제조된 성형재료는 그 물성을 조사하기 위해 다음에 언급한 절차에 따라 인장강도, 충격강도, 굴곡강도, 열변형온도 등의 물성을 측정하였고, 측정 방법들은 다음과 같다.

(1) 인장강도 및 인장신율

ASTM D-638에 따라 측정하였다.

(2) 굴곡탄성율 및 굴곡강도

ASTM D790에 따라 측정하였다.

(3) Izod 충격강도

ASTM D256에 따라 상온(23 ℃) 및 저온(-30 ℃) 에서 측정하였다.

(4) 열변형온도

ASTM D648에 따라 4.6 kg의 하중으로 측정하였다.

[표 2]

상기 표 2의 결과로부터, 충격보강제 및 상용화제의 종류와 함량 선택이 충격강도에 미치는 영향이 매우 큼을 알 수 있었으며, 무기 필러에 의해서 내열성이 유지됨을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 열가소성 수지 조성물은 내열성이 우수하고, 저온충격강도가 높음을 확인할 수 있었다.

Claims (8)

1. 폴리아미드 수지 30 ~ 80 중량부;

   폴리프로필렌 수지 5 ~ 55 중량부;

   충격보강제로 무수말레인산이 그라프트된 에틸렌 옥텐 공중합체 5 ~ 30 중량부;

   무수말레인산이 그라프트된 폴리스타이렌 수지 및 에폭시 수지인 상용화제 0.5 ~ 10 중량부;및

   무기 필러 2 ~ 10 중량부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   산화방지제, 열안정제, 광안정제 및 윤활제 중에서 선택된 1 종 이상의 첨가제 0.01 ~ 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴리아미드 수지는 나일론 6, 나일론 12, 나일론 66, 나일론 6/66, 나일론 6/12, 나이론 6/6T 및 이들의 공중합체(Copolymer)인 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴리프로필렌 수지는 프로필렌 단독중합체 혹은 프로필렌 에틸렌 공중합체로써, 에틸렌의 함량이 0.01 ~ 20 중량% 함유하고, 용융지수(MI)가 0.3 ~ 30 g/10분(ASTM D1238, 230℃, 2.16 kg)인 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 무수말레인산이 그라프트된 에틸렌 옥텐 공중합체 무수말레인산의 그라프트율이 0.5 ~ 2.5 중량%이며, 알파-올레핀은 프로필렌, 부텐 및 헥센 중에서 선택된 1 종인 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 무기 필러는 탈크, 월러스토나이트, 탄산칼슘, 마이카 및 카오린 중에서 선택된 1 종 이상으로써, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 실리콘, 게르마늄, 티타늄, 지르코늄 및 철로 이루어진 군으로 선택되는 원소의 산화물 및 수화 산화물(oxide hydrates) 중에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 무수말레인산이 그라프트된 폴리스타이렌 수지는 무수말레인산 그라프트율이 0.5 ~ 5.0 중량%인 것을 특징으로 하며, 에폭시 수지는 에폭사이드 당량이 100 ~ 20,000 g/eq인 것을 특징으로 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 자동차 부품이라 함은 자동차의 내외장재로 사용되는 부품을 말하며, 인스트루먼트 판넬, 범퍼 백빔, 훨커버를 비롯한 부품인 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 열가소성 수지 조성물.