KR20120047277A - 오버몰딩된 내열 폴리아미드 복합 구조체 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

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KR20120047277A
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composition
composite structure
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마르틴 더글라스 와케만
올라프 노베르트 키르흐너
쉥메이 유안
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 오버몰딩된 복합 구조체 및 이들의 제조 방법의 분야에 관한 것이며, 특히 본 발명은 오버몰딩된 내열 폴리아미드 복합 구조체 분야에 관한 것이다. 오버몰딩된 복합 구조체는 i) 적어도 일부가 표면 수지 조성물로 이루어진 표면을 가지며, 부직 구조체, 텍스타일, 섬유질 배팅 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유질 물질을 포함하는 제1 구성요소 - 상기 섬유질 물질은 매트릭스 수지 조성물로 함침되고, 상기 표면 수지 조성물 및 상기 매트릭스 수지 조성물은 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물이다 -, 및 ii) 오버몰딩 수지 조성물을 포함하는 제2 구성요소를 포함하며, 여기서, 상기 제2 구성요소는 상기 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상에서 상기 제1 구성요소에 접착된다.

Description

오버몰딩된 내열 폴리아미드 복합 구조체 및 이들의 제조 방법{OVERMOLDED HEAT RESISTANT POLYAMIDE COMPOSITE STRUCTURES AND PROCESSES FOR THEIR PREPARATION}
본 발명은 오버몰딩된 복합 구조체 및 이들의 제조 방법의 분야에 관한 것이며, 특히 본 발명은 오버몰딩된 내열 폴리아미드 복합 구조체 분야에 관한 것이다.
필적할만하거나 월등한 기계적 성능을 가지면서 중량 저감 및 비용 절감을 위해 금속 부품을 대체할 목적으로, 섬유질 물질을 함유하는 중합체 매트릭스를 포함하는 복합 물질에 기초한 구조체가 개발되었다. 이러한 관심이 증가함에 따라, 섬유 강화 플라스틱 복합 구조체가 섬유질 물질과 중합체 매트릭스의 조합으로부터 기인한 그들의 우수한 물리적 특성 때문에 고안되었으며 다양한 최종 용도 응용에 사용된다. 복합 구조체의 특성을 최적화하기 위해 섬유질 물질의 중합체 매트릭스로의 함침을 개선하기 위한 제조 기술이 개발되었다.
예를 들어, 자동차 및 항공우주산업 응용에서의 구조적 부품과 같은 고수요의 응용에서, 가벼운 중량, 높은 강도 및 내온도성(temperature resistance)의 독특한 조합 때문에 복합 물질이 요구된다.
고성능 복합 구조체는 중합체 매트릭스로서 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 이용하여 얻을 수 있다. 열가소성계 복합 구조체는 열경화성계 복합 구조체에 대하여 몇몇 이점, 예를 들어 그들이 열과 압력을 가함으로써 후성형되거나 재처리될 수 있다는 점; 경화 단계가 필요하지 않기 때문에 복합 구조체의 제조에 필요한 시간이 감소된다는 점; 및 그들이 증가된 재활용 가능성을 갖는 점을 제시한다. 사실상, 열경화성 수지를 위한 가교결합의 시간 소모적인 화학 반응(경화)은 열가소성 물질의 가공 동안에는 필요하지 않다.
열가소성 수지 중에서, 폴리아미드는 복합 구조체의 제조에 특히 잘 맞다. 열가소성 폴리아미드 조성물은 자동차에 사용되는 부품, 전기/전자 부품, 가전 제품 및 가구를 비롯한 넓은 범위의 응용에서 사용하기 바람직하며, 그 이유는 그들의 우수한 기계적 특성, 내열성, 내충격성 및 내화학성 때문이며 그리고 그들이 다양한 정도의 정교함 및 복잡성(complexity and intricacy)을 갖는 다양한 물품으로 편리하고 융통성 있게 몰딩될 수 있기 때문이다.
미국 특허 제4,255,219호에는 복합체 형성에 유용한 열가소성 시트 물질이 개시되어 있다. 개시된 열가소성 시트 물질은 폴리아미드 6 및 2염기성 카복실산 또는 이들의 무수물 또는 에스테르로 제조되며, 시트를 긴 유리 섬유의 적어도 하나의 강화 매트(mat)와 함께 적층하고, 가압 하에 가열함으로써 복합체로 형성된다. 하지만, 폴리아미드 6으로 제조된 복합체는, 예를 들어, -40℃ 내지 +120℃와 같은 전형적인 최종 용도 응용 온도 범위에 걸쳐 그들의 기계적 특성의 손실을 나타낼 수 있다. 또한, 폴리아미드 6으로 제조된 복합체는 이들의 제조 동안 그리고 사용 시에 불량한 열 안정성 및 열 분해가 발생할 수 있으며, 이에 따라, 사용시 그리고 시간에 따라 감소된 성능 및 감소된 기계적 특성을 갖는 복합체를 야기한다.
일체화된 복합체 구조를 제조하고 중합체의 특성을 증가시키기 위하여, 중합체로 제조된 하나 이상의 부분을 복합체 구조체의 표면의 일부 또는 모두에 오버몰딩(overmold)하여, 상기 표면을 둘러싸거나 캡슐화하는 것이 종종 바람직하다. 오버몰딩은 예를 들어, 제2 중합체 부분을 복합 구조체의 하나 이상의 표면의 적어도 일부 상에 직접 사출 성형하여 2-부분 복합 구조체를 형성함에 의한 성형을 포함하며, 여기서, 2 부분은 적어도 하나의 경계면에서 서로 접착된다. 섬유질 물질을 함침시키는데 사용되는 중합체 조성물(즉, 매트릭스 중합체 조성물) 및 함침된 섬유질 물질을 오버몰딩하는데 사용되는 중합체 조성물(즉, 오버몰딩 중합체 조성물)이 서로간에 우수한 접착성, 매우 우수한 치수 안정성을 가지고, 열 사이클링(thermal cycling)을 비롯한 불리한 조건 하에서 그들의 기계적 특성을 유지하여, 복합 구조체가 운영 조건 하에서 보호되어 증가된 수명을 갖게 하는 것이 바람직하다. 섬유질 층을 함침시키고 함침된 층을 오버몰딩하는데 사용될 수 있는 폴리아미드의 예는 반-방향족(semi-aromatic) 폴리아미드이다. WO 2007/149300호는 폴리아미드 매트릭스 조성물, 폴리아미드 조성물을 포함하는 오버몰딩된 구성요소 및 그 사이의 임의의 타이층(tie layer) 을 포함하는 섬유 강화 물질을 포함하는 구성요소를 포함하는 반-방향족 폴리아미드 복합체 물품을 개시하고 있으며, 여기서, 폴리아미드 조성물의 적어도 하나는 반-방향족 폴리아미드 조성물이다. 개시된 구조체는 이들이 각종 응용에서 금속 구성요소에 대한 대체물로서 사용하기에 적합하게 하는 물리적 특성을 나타내는 것으로 일컬어진다. 불행히도, 하나 이상의 섬유질 강화층을 함침시키고, 하나 이상의 함침된 섬유질 층을 오버몰딩하는데 사용되는 통상적인 폴리아미드 조성물은 그들의 제조 동안, 그리고 사용 동안의 장기간 고온 노출 시에 허용될 수 없는 그들의 기계적 특성의 저하가 발생할 수 있으며, 이에 따라, 이들은 예를 들어 자동차 분야에서와 같은 고수요의 응용에서 사용되는 오버몰딩된 복합 구조체를 제조하는데 이상적이지 않을 수 있다. 실제로, 예를 들어, 고온 내성 구조체를 갖기 위한 자동차 분야에서의 현재의 일반적인 요구가 있다. 이러한 고온 내성 구조체는 이들이 자동차의 언더후드(underhood) 영역에서 종종 도달되는 것과 같이 120℃ 초과 또는 심지어는 200℃ 초과의 온도에 노출되는 경우에 이들의 기계적 특성을 유지하거나, 또는 예를 들어, 90℃와 같은 중간의 온도에서의 장기간 노출 동안 이들의 기계적 특성을 유지하는데 필요하다. 플라스틱 부품이 이러한 시간 및 온도의 조합에 노출되는 경우에, 중합체의 열산화로 인해 기계적 특성이 감소하는 경향이 있는 것이 공통의 현상이다. 이러한 현상을 열노화라고 부른다.
복합 구조체 및 일체화된 복합 구조체의 제조를 개선시키고, 섬유질 물질의 더 용이하며 짧고 균일한 함침을 가능하게 하기 위한 목적으로, 중합체 매트릭스의 용융 점도를 감소시키기 위한 몇몇 방법이 개발되었다. 가능한 한 낮은 용융 점도를 가짐으로써, 중합체 조성물은 더 빠르게 유동하고, 이에 따라, 가공하기 더 용이하다. 중합체 매트릭스의 용융 점도를 감소시킴으로써, 목적하는 함침 정도에 도달하는데 필요한 제한 함침 시간이 단축될 수 있으며, 이에 의해 전반적인 제조 속도가 증가되고, 이에 따라 구조체 제조의 생산성 증가 및 더 짧은 사이클의 시간과 관련된 에너지 소모의 감소가 야기되며, 이는 또한 환경에 대한 염려에 대해서도 유익하다.
프랑스 특허 2,158,422호에는 저분자량 폴리아미드 매트릭스 및 강화 섬유로 제조된 복합 구조체가 개시되어 있다. 저분자량의 폴리아미드 때문에, 폴리아미드는 낮은 점도를 갖는다. 낮은 점도의 폴리아미드 매트릭스는 강화 섬유의 충분한 함침을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 저분자량 폴리아미드의 사용은 복합 구조체의 불량한 기계적 특성과 관련될 수 있다.
미국 특허 7,323,241호에는 강화 섬유 및 성상 구조를 갖는 분지형 폴리아미드 수지로 제조된 복합 구조체가 개시되어 있다. 성상 구조를 갖는 개시된 폴리아미드는 용융된 상태에서 높은 유동성을 나타내는 것으로 말해지며, 이에 따라 강화 섬유의 우수한 함침을 가능하게 하여, 우수한 기계적 특성을 갖는 복합 구조체를 형성한다.
섬유질 물질의 함침을 향상시키거나 촉진시키기 위한 고유동성 폴리아미드 조성물을 사용하는 기존의 기법은 예를 들어, 자동차 분야에서와 같은 고수요의 응용에 이상적이지 않은 복합 구조체를 야기한다.
불행히도, 기존의 기술은 중합체에 의한 섬유질 물질의 함침 속도의 면에서 용이하면서 효율적인 가공성, 우수한 내열성 및 장기간 고온 노출에 대한 기계적 특성의 우수한 유지력을 결합시키지 못했다.
우수한 용융 리올로지(rheology)를 갖는 매트릭스 수지 조성물로 용이하고 신속하면서 효율적으로 함침될 수 있는 섬유질 물질을 포함하며, 그의 제조 동안 우수한 내열성을 나타내며, 장기간 고온 노출에 대한 우수한 내성을 나타내는 오버몰딩된 복합 구조체가 필요하다.
적어도 일부가 표면 수지 조성물로 이루어진 표면을 가지며, 부직 구조체, 직물, 섬유질 배팅 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유질 물질을 포함하는 제1 구성요소 - 상기 섬유질 물질은 매트릭스 수지 조성물로 함침되고, 상기 표면 수지 조성물 및 상기 매트릭스 수지 조성물은 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물이다 - ; 및
i) 오버몰딩 수지 조성물을 포함하는 제2 구성요소 -
상기 제2 구성요소는 상기 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상에서 상기 제1 구성요소에 접착된다 - 을 포함하는 오버몰딩된 복합 구조체가 본 명세서에 개시되고 청구된다.
제2 태양에서, 본 발명은 상술된 오버몰딩된 복합 구조체를 제조하는 방법을 제공한다. 상술된 오버몰딩 복합 구조체를 제조하는 방법은 상술된 제1 구성요소 상에 오버몰딩 수지 조성물을 포함하는 제2 구성요소를 오버몰딩하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 오버몰딩된 복합 구조체는 그들의 제조 동안 우수한 열 안정성, 장기간 고온 노출에 대한 우수한 내성, 이러한 노출에 따른 우수한 기계적 특성의 유지력을 제공하며, 섬유질 물질을 함침시키는데 사용되는 매트릭스 수지의 최적의 용융 리올로지 때문에, 효과적인 방법과 낮은 비용으로 제작될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 어구 "약" 및 "대략"은 대상이 되는 양 또는 값이 지정된 값이거나 그 값 부근의 약간 다른 값일 수 있음을 의미하고자 한다. 이 어구는 유사한 값이 본 발명에 따른 등가의 결과 또는 영향을 조장함을 표현하고자 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "고온 장기간 노출"은 노출 인자, 즉 시간 및 온도의 조합을 지칭한다. 자동차의 언더후드 영역에서 도달되는 조건(예를 들어, 120℃ 이상, 바람직하게는 160℃ 이상, 더욱 바람직하게는 180℃ 이상, 더더욱 바람직하게는 200℃ 이상의 온도와 500시간 이상, 바람직하게는 1000시간 이상의 노화 또는 노출에서)과 같은 중합체의 수명의 조건 하에서 또는 실험실 조건 하에서 열노화 성능을 나타내는 중합체는 더 낮은 온도에서 훨씬 더 긴 기간의 노화 또는 노출에 대해 유사한 성능을 나타내는 것으로 보여질 수 있다. 중합체 분해의 반응속도 상수의 온도 의존성은 예를 들어, 문헌[Journal of Materials Science, 1999, 34, 843-849]에서와 같은 문헌에 공지되어 있으며, 아레니우스 법칙에 의해 기재되며; 예로서, 180℃에서 500시간 동안의 노화는 80℃에서 12년 동안의 노화와 거의 동등하다.
본 발명은 오버몰딩된 복합 구조체 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 오버몰딩된 복합 구조체는 적어도 2가지 구성요소, 즉 제1 구성요소 및 제2 구성요소를 포함한다. 제1 구성요소는 적어도 일부가 표면 수지 조성물로 이루어진 표면을 가지는 복합 구조체로 구성되며, 부직 구조체, 텍스타일, 섬유질 배팅 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유질 물질 - 상기 섬유질 물질은 매트릭스 수지 조성물로 함침됨 - 을 포함한다. 매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물은 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물이며, 제2 구성요소는 오버몰딩 수지 조성물을 포함한다. 표면 수지 조성물 및 매트릭스 수지 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 표면 수지 조성물 및 매트릭스 수지 조성물이 상이한 경우, 이는 구성요소 a), 즉, 하나 이상의 폴리아미드 수지 및/또는 구성요소 b), 즉 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올이 동일하지 않고/거나 구성요소 a) 및 b)의 양이 표면 수지 조성물 및 매트릭스 수지 조성물에서 상이함을 의미한다.
오버몰딩된 복합 구조체는 1가지 초과의 제1 구성요소를 포함할 수 있으며, 즉 이는 1가지 초과의 복합 구조체를 포함할 수 있고, 1가지 초과의 제2 구성요소를 포함할 수 있다.
제2 구성요소는 상기 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상에서 제1 구성요소에 접착되며, 상기 표면의 부분은 본 명세서에 기재된 표면 수지 조성물로 이루어진다. 제1 구성요소는 제2 구성요소에 의해 완전히 또는 부분적으로 캡슐화될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "섬유질 물질이 매트릭스 수지 조성물로 함침된다"는 것은 매트릭스 수지 조성물이 섬유질 물질을 캡슐화하고 매립하여 매트릭스 수지 조성물에 의해 실질적으로 둘러싸인 섬유질 물질의 상호침입 네트워크(interpenetrating network)를 형성함을 의미한다. 본 명세서에서의 목적상 "섬유"라는 용어는 그 길이에 수직인 그 단면 영역을 가로지르는 폭에 대한 길이의 비가 큰 거시적으로 균질한 바디(body)로서 정의된다. 섬유 단면은 임의의 형상일 수 있지만, 전형적으로 원형이다. 섬유질 물질은 당업자에게 알려진 임의의 적합한 형태일 수 있으며, 바람직하게는 부직 구조체, 텍스타일, 섬유질 배팅 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 부직 구조체는 랜덤 섬유 배향 또는 정렬된 섬유 구조이다. 랜덤 섬유 배향의 예는 매트, 니들 매트(needled mat) 또는 펠트 형태일 수 있는 초핑된(chopped) 연속 물질을 제한없이 포함한다. 정렬된 섬유질 구조의 예는 일방향성 섬유 가닥(strand), 이방향성 가닥, 다방향성 가닥, 다축 텍스타일을 제한없이 포함한다. 적합한 텍스타일은 직조 형태, 니트, 브레이드(braid) 및 이들의 조합이다.
섬유질 물질은 연속적인 또는 불연속적인 형태일 수 있다. 오버몰딩된 복합 구조체의 최종 용도 응용 및 요구되는 기계적 특성에 따라, 몇몇의 동일한 섬유질 물질 또는 상이한 섬유질 물질의 조합을 사용함에 의해 1가지 초과의 섬유질 물질이 사용될 수 있으며, 즉 본 명세서에 기재된 제1 구성요소는 하나 이상의 섬유질 물질을 포함할 수 있다. 상이한 섬유질 물질의 조합의 예는 예컨대 중앙층으로 배치되는 평면의 랜덤 매트와 같은 부직 구조체, 및 외층으로 배치되는 하나 이상의 직조된 연속 섬유질 물질을 포함하는 조합이다. 그러한 조합은 제1 구성요소의 처리의 개선 및 균일성의 개선을 가능하게 하여, 오버몰딩된 복합 구조체의 개선된 기계적 특성으로 이어진다. 섬유질 물질은, 물질 또는 물질들의 혼합물이 매트릭스 수지 조성물과 표면 수지 조성물에 의한 함침 동안 그리고 오버몰딩 수지 조성물에 의한 제1 구성요소의 오버몰딩 동안 사용되는 처리 조건을 견딘다면, 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 혼합물로 제조될 수 있다.
바람직하게는, 섬유질 물질은 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 흑연 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 혼합물을 포함하며; 더욱 바람직하게는 섬유질 물질은 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 혼합물을 포함하며; 더욱 더 바람직하게는 섬유질 물질은 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 천연 섬유는 식물 기원 또는 동물 기원의 물질 중 임의의 것을 의미한다. 사용되는 경우, 천연 섬유는 바람직하게는 식물 공급원, 예를 들어, 종자모 (예를 들어, 목화), 줄기 식물 (예를 들어, 대마, 아마, 대나무; 인피 섬유 및 코어 섬유 둘 모두), 잎 식물 (예를 들어, 사이잘삼 및 마닐라삼), 농업 섬유 (예를 들어, 곡식 짚, 옥수수 속대, 왕겨 및 코코넛 헤어) 또는 리그노셀룰로직 섬유(lignocellulosic fiber)(예를 들어, 목재, 목섬유, 목분, 종이 및 목재-관련 물질)로부터 유도된다. 상기에 언급한 바와 같이, 1가지 초과의 섬유질 물질이 사용될 수 있다. 예컨대 유리 섬유 또는 천연 섬유로 제조된 하나 이상의 중앙층 및 탄소 섬유 또는 유리 섬유로 제조된 하나 이상의 표면 층을 포함하는 제1 구성요소와 같은, 상이한 섬유로 제조된 섬유질 물질의 조합이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 섬유질 물질은 직조 구조체, 부직 구조체 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 여기서, 상기 구조체는 유리 섬유로 제조되며 유리 섬유는 직경이 8 내지 30 ㎛이고 바람직하게는 직경이 10 내지 24 ㎛인 E-유리 필라멘트이다.
섬유질 물질은 열가소성 물질을 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어 섬유질 물질은 혼합되거나 함께 직조된 얀(yarn) 형태이거나, 또는 직조 또는 부직 형태로의 후속 처리에 적합한 열가소성 물질로 제조된 분말로 함침된 섬유질 물질, 또는 일방향 물질로 사용하기 위한 혼합물일 수 있다.
바람직하게는 제1 구성요소 (즉, 복합 구조체) 내의 섬유질 물질과 중합체 물질, 즉 매트릭스 수지 조성물과 조합된 섬유질 물질과 표면 수지 조성물 간의 비는 섬유질 물질이 30% 이상이며, 더욱 바람직하게는 섬유질 물질이 40% 내지 60%이며, 상기 백분율은 복합 구조체의 총 부피를 기준으로 하는 부피 백분율이다.
표면 수지 조성물 및 매트릭스 수지 조성물은 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물이다.
폴리아미드 수지는 하나 이상의 다이카복실산과 하나 이상의 다이아민의 축합 생성물, 및/또는 하나 이상의 아미노카복실산, 및/또는 하나 이상의 환형 락탐의 개환 중합 생성물이다. 하나 이상의 폴리아미드 수지는 완전 지방족 폴리아미드 수지, 반-방향족 폴리아미드 수지 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. "반-방향족"이라는 용어는 지방족 카복실산 단량체(들)와 지방족 다이아민 단량체(들)를 포함하는 폴리아미드 수지를 기술하는 "완전 지방족"과 비교하여 적어도 일부의 방향족 카복실산 단량체(들) 및 지방족 다이아민 단량체(들)를 포함하는 폴리아미드 수지를 기술한다.완전 지방족 폴리아미드 수지는 지방족 및 지환족 단량체, 예를 들어 다이아민, 다이카복실산, 락탐, 아미노카복실산 및 이들의 반응성 등가물로부터 형성된다. 적합한 아미노카복실산은 11-아미노도데칸산을 포함한다. 본 발명의 맥락에서, "완전 지방족 폴리아미드 수지"라는 용어는 둘 이상의 그러한 단량체로부터 유도된 공중합체 및 둘 이상의 완전 지방족 폴리아미드 수지의 블렌드(blend)를 또한 지칭한다. 선형, 분지형 및 환형 단량체가 사용될 수 있다.
완전 지방족 폴리아미드 수지에 포함되는 카복실산 단량체에는, 예를 들어, 아디프산(C6), 피멜산(C7), 수베르산(C8), 아젤라산(C9), 세바스산(C10), 도데칸이산(C12) 및 테트라데칸이산(C14)과 같은 지방족 카복실산이 포함되지만, 이로 한정되지 않는다. 다이아민은 테트라메틸렌 다이아민, 헥사메틸렌 다이아민, 옥타메틸렌 다이아민, 데카메틸렌 다이아민, 2-메틸펜타메틸렌 다이아민, 2-에틸테트라메틸렌 다이아민, 2-메틸옥타메틸렌 다이아민; 트라이메틸헥사메틸렌 다이아민 및/또는 이들의 혼합물을 포함하나 이로 한정되지 않는, 4개 이상의 탄소 원자를 갖는 다이아민 중에서 선택될 수 있다. 완전 지방족 폴리아미드 수지의 적합한 예에는 PA6; PA6,6; PA4,6; PA6,10; PA6,12; PA6,14; P 6,13; PA 6,15; PA6,16; PA11; PA 12; PA10; PA 9,12; PA9,13; PA9,14; PA9,15; P 6,16; PA9,36; PA10,10; PA10,12; PA10,13; PA10,14; PA12,10; PA12,12; PA12,13; 12,14 및 이들의 공중합체 및 블렌드가 포함된다. 본 명세서에 기재된 폴리아미드 조성물에 포함되는 완전 지방족 폴리아미드 수지의 바람직한 예에는 PA6, PA11, PA12, PA4,6, PA6,6, PA,10; PA6,12; PA10,10 및 이들의 공중합체 및 블렌드가 포함된다.
반-방향족 폴리아미드 수지는 단일중합체, 공중합체, 삼원공중합체, 또는 고급 중합체이며, 여기서, 산 단량체의 적어도 한 부분은 하나 이상의 방향족 카복실산으로부터 선택된다. 하나 이상의 방향족 카복실산은 테레프탈산 또는 테레프탈산과 하나 이상의 다른 카복실산의 혼합물 - 아이소프탈산, 예컨대 2-메틸테레프탈산과 같은 치환된 프탈산, 및 나프탈렌다이카복실산의 비치환 또는 치환된 이성체와 같음 - 일 수 있으며, 여기서 카복실산 구성요소는 55 몰% 이상의 테레프탈산을 함유한다(몰%는 카복실산 혼합물을 기준으로 함). 바람직하게는, 하나 이상의 방향족 카복실산은 테레프탈산, 아이소프탈산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 카복실산은 테레프탈산과 아이소프탈산의 혼합물이며, 여기서 혼합물은 바람직하게는 적어도 55 몰%의 테레프탈산을 함유한다. 더욱이, 하나 이상의 카복실산은 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 및 도데칸이산과 같은 하나 이상의 지방족 카복실산과 혼합될 수 있으며, 아디프산이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 반-방향족 폴리아미드 수지의 하나 이상의 카복실산 혼합물에 포함된 테레프탈산과 아디프산의 혼합물은 적어도 25 몰%의 테레프탈산을 함유한다. 반-방향족 폴리아미드 수지는 테트라메틸렌 다이아민, 헥사메틸렌 다이아민, 옥타메틸렌 다이아민, 노나메틸렌 다이아민, 데카메틸렌 다이아민, 2-메틸펜타메틸렌 다이아민, 2-에틸테트라메틸렌 다이아민, 2-메틸옥타메틸렌 다이아민; 트라이메틸헥사메틸렌 다이아민, 비스(p-아미노사이클로헥실)메탄; m-자일릴렌 다이아민; p-자일릴렌 다이아민 및/또는 이들의 혼합물을 포함하지만 이로 한정되지 않는 4개 이상의 탄소 원자를 가진 다이아민 중에서 선택될 수 있는 하나 이상의 다이아민을 포함한다. 반-방향족 폴리아미드 수지의 적합한 예에는 폴리(헥사메틸렌 테레프탈아미드) (폴리아미드 6,T), 폴리(노나메틸렌 테레프탈아미드) (폴리아미드 9,T), 폴리(데카메틸렌 테레프탈아미드) (폴리아미드 10,T), 폴리(도데카메틸렌 테레프탈아미드) (폴리아미드 12,T), 헥사메틸렌 아디프아미드/헥사메틸렌 테레프탈아미드 코폴리아미드 (폴리아미드 6,T/6,6), 헥사메틸렌 테레프탈아미드/헥사메틸렌 아이소프탈아미드 (6,T/6,I), 폴리(m-자일릴렌 아디프아미드) (폴리아미드 MXD,6), 헥사메틸렌 아디프아미드/헥사메틸렌 테레프탈아미드 코폴리아미드 (폴리아미드 6,T/6,6), 헥사메틸렌 테레프탈아미드/2-메틸펜타메틸렌 테레프탈아미드 코폴리아미드 (폴리아미드 6,T/D,T), 헥사메틸렌 아디프아미드/헥사메틸렌 테레프탈아미드/헥사메틸렌 아이소프탈아미드 코폴리아미드 (폴리아미드 6,6/6,T/6,I); 폴리(카프로락탐- 헥사메틸렌 테레프탈아미드) (폴리아미드 6/6,T) 및 이들의 공중합체 및 블렌드가 포함된다. 본 명세서에 기재된 폴리아미드 조성물에 포함되는 반-방향족 폴리아미드 수지의 바람직한 예에는 PA6,T; PA6,T/6,6, PA6,T/6,I; PAMXD,6; PA6,T/D,T 및 이들의 공중합체 및 블렌드가 포함된다.
매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물은 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물로부터 선택된다. 바람직하게는, 하나 이상의 다가 알코올은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.25 중량% 내지 대략 15 중량%, 더욱 바람직하게는 대략 0.5 중량% 내지 대략 10 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.5 중량% 내지 대략 5 중량%의 양으로 본 명세서에 기재된 폴리아미드 조성물에 독립적으로 존재한다.
하나 이상의 다가 알코올은 2개 초과의 하이드록실 기를 포함하는 지방족 하이드록실 화합물, 2개 초과의 하이드록실 기를 포함하는 지방족-지환족 화합물, 2개 초과의 하이드록실 기를 포함하는 지환족 화합물 및 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 당류로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있다.
다가 알코올 중의 지방족 사슬은 탄소 원자뿐만 아니라 예를 들어, 질소, 산소 및 황 원자로부터 선택될 수 있는 하나 이상의 헤테로 원자도 포함할 수 있다. 다가 알코올에 존재하는 지환족 고리는 단환식일 수 있거나 또는 이환식 또는 다환식 고리 시스템의 일부일 수 있고 탄소환식 또는 복소환식일 수 있다. 다가 알코올에 존재하는 복소환식 고리는 단환식일 수 있거나 또는 이환식 또는 다환식 고리 시스템의 일부일 수 있으며 예를 들어, 질소, 산소 및 황 원자로부터 선택될 수 있는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함할 수 있다. 하나 이상의 다가 알코올은 하나 이상의 치환체, 예를 들어, 에테르, 카복실산, 카복실산 아미드 또는 카복실산 에스테르 기를 포함할 수 있다.
2개 초과의 하이드록실 기를 함유하는 다가 알코올의 예에는 비제한적으로 트라이올, 예컨대 글리세롤, 트라이메틸올프로판, 2,3-다이-(2 -하이드록시에틸)-사이클로헥산-1-올, 헥산-1,2,6-트라이올, 1,1,1-트리스-(하이드록시메틸)에탄, 3-(2 -하이드록시에톡시)-프로판-1,2-다이올, 3-(2'-하이드록시프로폭시)-프로판-1,2-다이올, 2-(2 -하이드록시에톡시)-헥산-1,2-다이올, 6-(2'-하이드록시프로폭시)-헥산-1,2-다이올, 1,1,1-트리스-[(2'-하이드록시에톡시)-메틸]-에탄, 1,1,1-트리스-[(2'-하이드록시프로폭시)-메틸]-프로판, 1,1,1-트리스-(4'-하이드록시페닐)-에탄, 1,1,1-트리스-(하이드록시페닐)-프로판, 1,1,3-트리스-(다이하이드록시-3-메틸페닐)-프로판, 1,1,4-트리스-(다이하이드록시페닐)-부탄, 1,1,5-트리스-(하이드록시페닐)-3-메틸펜탄, 다이-트라이메틸올프로판, 트라이메틸올프로판 에톡실레이트, 또는 트라이메틸올프로판 프로폭실레이트; 폴리올, 예컨대 펜타에리트리톨, 다이펜타에리트리톨 및 트라이펜타에리트리톨; 및 2개 초과의 하이드록실 기를 포함하는 당류, 예컨대 사이클로덱스트린, D-만노오스, 글루코오스, 갈락토오스, 수크로오스, 프룩토오스, 자일로오스, 아라비노오스, D-만니톨, D-소르비톨, D- 또는 L-아라비톨, 자일리톨, 아이디톨, 탈리톨, 알리톨, 알트리톨, 구일리톨(guilitol), 에리트리톨, 트레이톨, 및 D-굴론산-y-락톤 등이 포함된다.
바람직한 다가 알코올은 적어도 1개의 원자만큼 서로 떨어져 있는 각각의 탄소 원자에 부착된 한 쌍의 하이드록실 기를 갖는 것들을 포함한다. 특히 바람직한 다가 알코올은 한 쌍의 하이드록실 기가 단일의 탄소 원자만큼 서로 떨어져 있는 각각의 탄소 원자에 부착된 것들이다.
바람직하게는, 본 명세서에 기재된 폴리아미드 조성물에 포함되는 하나 이상의 다가 알코올은 펜타에리트리톨, 다이펜타에리트리톨, 트라이펜타에리트리톨, 다이-트라이메틸올프로판, D-만니톨, D-소르비톨, 자일리톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 더욱 바람직하게는, 본 명세서에 기재된 폴리아미드 조성물에 포함되는 하나 이상의 다가 알코올은 다이펜타에리트리톨, 트라이펜타에리트리톨, 펜타에리트리톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 더더욱 바람직하게는, 본 명세서에 기재된 폴리아미드 조성물에 포함되는 하나 이상의 다가 알코올은 다이펜타에리트리톨 및/또는 펜타에리트리톨이다.
오버몰딩된 복합 구조체는 오버몰딩 수지 조성물을 포함하는 제2 구성요소를 포함한다. 제2 구성요소는 상술된 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상에서 제1 구성요소에 접착된다. 오버몰딩 수지 조성물은 표면 수지 조성물과 혼화성인 열가소성 수지로 제조된다. 바람직하게는, 오버몰딩 수지 조성물은 지방족 폴리아미드 수지, 반-방향족 폴리아미드 수지, 예컨대 상술된 것들 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 폴리아미드 수지로 제조되거나, a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올, 예컨대 상술된 것들을 포함하는 폴리아미드 조성물로부터 선택된다.
오버몰딩 수지 조성물, 매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게는, 오버몰딩 수지 조성물, 매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물은 동일하거나 상이하며, 상술된 폴리아미드 조성물, 즉 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 상술된 바와 같이 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물이다.
표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 하나 이상의 충격보강제, 하나 이상의 열 안정제, 하나 이상의 산화 안정제, 하나 이상의 강화제, 하나 이상의 자외선 광 안정제, 하나 이상의 난연제 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다. 바람직한 충격보강제에는 카복실-치환된 폴리올레핀, 이오노머 및/또는 이들의 혼합물을 비롯하여, 폴리아미드 조성물에 전형적으로 사용되는 것이 포함된다. 카복실-치환된 폴리올레핀은 카복실 부분이 폴리올레핀 골격 그 자체 상에 또는 측쇄 상에 부착된 폴리올레핀이다. "카복실 부분"은 카복실 기, 예를 들어 다이카복실산, 다이에스테르, 다이카복실 모노에스테르, 산 무수물, 및 모노카복실산 및 모노카복실 에스테르 중 하나 이상을 의미한다. 유용한 충격보강제에는 다이카복실-치환된 폴리올레핀이 포함되는데, 이는 다이카복실 부분이 폴리올레핀 골격 그 자체 상에 또는 측쇄 상에 부착된 폴리올레핀이다. "다이카복실 부분"은 다이카복실 기, 예를 들어 다이카복실산, 다이에스테르, 다이카복실 모노에스테르, 및 산 무수물 중 하나 이상을 의미한다. 충격보강제는 에틸렌/알파-올레핀 폴리올레핀, 예컨대 에틸렌/옥텐을 기제로 할 수 있다. 다이엔 단량체, 예를 들어 1,4-부타다이엔; 1,4-헥사다이엔; 또는 다이사이클로펜타다이엔이 폴리올레핀의 제조에 선택적으로 사용될 수 있다. 바람직한 폴리올레핀에는 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM) 및 스티렌-에틸렌-부타다이엔-스티렌(SEBS) 중합체가 포함된다. 더욱 바람직한 폴리올레핀에는 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM)이 포함되며, 여기서, 용어 "EPDM"은 에틸렌, 3 내지 10개 탄소 원자를 갖는 알파 올레핀 및 공중합성 비-공액 다이엔, 예컨대 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 다이사이클로펜타다이엔, 1,4-헥사다이엔 등의 삼원공중합체를 의미한다. 당업자에 의해 이해될 것과 같이, 충격보강제는 거기에 부착된 하나 이상의 카복실 부분을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 카복실 부분은 불포화 카복실-함유 단량체와 공중합함으로써 폴리올레핀의 제조 중에 도입될 수 있다. 에틸렌과 말레산 무수물 모노에틸 에스테르의 공중합체가 바람직하다. 카복실 부분은 또한 폴리올레핀에 카복실 부분을 포함하는 불포화 화합물, 예를 들어 산, 에스테르, 이산(diacid), 다이에스테르, 산 에스테르, 또는 무수물을 그래프팅함으로써 도입될 수 있다. 바람직한 그래프팅제는 말레산 무수물이다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 EPDM 중합체와 같은 폴리올레핀과, 카복실 부분을 포함하는 불포화 화합물이 그래프팅된 폴리올레핀의 블렌드가 충격보강제로서 사용될 수 있다. 충격보강제는 이오노머를 기제로 할 수 있다. "이오노머"는 금속 양이온, 예를 들어 아연, 나트륨 또는 리튬 등으로 중화되거나 이로 부분적으로 중화된, 카복실 기 함유 중합체를 의미한다. 이오노머의 예는 미국 특허 3,264,272호 및 4,187,358호에 기재되어 있다. 적합한 카복실 기 함유 중합체의 예에는 에틸렌/아크릴산 공중합체 및 에틸렌/메타크릴산 공중합체가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 카복실 기 함유 중합체는 또한 하나 이상의 추가 단량체, 예를 들어 비제한적으로 부틸 아크릴레이트로부터 유도될 수 있다. 아연 염이 바람직한 중화제이다. 이오노머는 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E.I. du Pont de Nemours and Co., Wilmington, DE)로부터 상표명 설린(Surlyn)ㄾ으로 구매가능하다. 존재할 경우, 하나 이상의 충격보강제는 경우에 따라 표면 수지 조성물 또는 매트릭스 수지 조성물 또는 오버몰딩 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 30 중량%, 또는 바람직하게는 대략 3 내지 대략 25 중량%, 또는 더욱 바람직하게는 대략 5 내지 대략 20 중량%로 포함된다.
표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 하나 이상의 열 안정제를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 열 안정제는 바람직하게는 구리 염 및/또는 그 유도체, 장애 아민 산화방지제, 인 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 더욱 바람직하게는 구리 염 및/또는 할로겐화물 화합물과 조합된 유도체로부터 선택되며, 장애 페놀 산화방지제, 장애 아민 산화방지제, 인 산화방지제 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 구리 염 및/또는 그 유도체의 예에는 할로겐화구리 또는 아세트산구리; 2가 망간 염 및/또는 이들의 유도체 및 이들의 혼합물이 제한없이 포함된다. 바람직하게는, 구리 염 및/또는 유도체는 할로겐화물 화합물 및/또는 인 화합물과 조합되어 사용되며, 더욱 바람직하게는 구리 염은 요오드화물 또는 브롬화물 화합물과 조합되어 사용되며, 더욱 더 바람직하게는 요오드화칼륨 또는 브롬화칼륨과 조합되어 사용된다. 존재할 경우, 하나 이상의 열 안정제는 대략 0.1 내지 대략 3 중량%, 또는 바람직하게는 대략 0.1 내지 대략 1 중량%, 또는 더욱 바람직하게는 대략 0.1 내지 대략 0.7 중량%의 양으로 존재하며, 이 중량 백분율은 경우에 따라 표면 수지 조성물 또는 매트릭스 수지 조성물 또는 오버몰딩 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 하나 이상의 열 안정제의 첨가에 의해, 그들의 제조 동안의 제1 구성요소 및 오버몰딩된 복합 구조체의 열 안정성뿐 아니라 사용시 그리고 시간에 따른 그들의 열 안정성이 추가로 개선된다. 개선된 열 안정성에 더하여, 하나 이상의 열 안정제가 존재함으로써 제1 구성요소의 함침 동안 사용되는 온도의 증가를 가능하게 하여 본 명세서에 기재된 매트릭스 수지 및/또는 폴리아미드 조성물의 용융 점도를 감소시킨다. 매트릭스 수지 및/또는 폴리아미드 표면 수지 조성물의 용융 점도의 감소 결과, 함침 속도가 증가될 수 있다.
표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은, 예를 들어 인 산화방지제 (예를 들어, 포스파이트 또는 포스포나이트 안정제), 장애 페놀 안정제, 방향족 아민 안정제, 티오에스테르, 및 고온 응용이 이용되는 경우 중합체의 열 유도 산화를 방해하는 페놀계 산화방지제와 같은 하나 이상의 산화 안정제를 추가로 함유할 수 있다. 존재할 경우, 하나 이상의 산화 안정제는 대략 0.1 내지 대략 3 중량%, 또는 바람직하게는 대략 0.1 내지 대략 1 중량%, 또는 더욱 바람직하게는 대략 0.1 내지 대략 0.7 중량%로 포함되며, 이 중량 백분율은 경우에 따라 표면 수지 조성물 또는 매트릭스 수지 조성물 또는 오버몰딩 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 유리 섬유, 유리 플레이크, 탄소 섬유, 운모, 규회석, 탄산칼슘, 활석, 하소된 점토, 카올린, 황산마그네슘, 규산마그네슘, 황산바륨, 이산화티타늄, 소듐 알루미늄 카보네이트, 바륨 페라이트, 및 티탄산칼륨과 같은 하나 이상의 강화제를 추가로 함유할 수 있다. 존재할 경우, 하나 이상의 강화제는 대략 1 내지 대략 60 중량%, 바람직하게는 대략 1 내지 대략 40 중량%, 또는 더욱 바람직하게는 대략 1 내지 대략 35 중량%의 양으로 존재하며, 이 중량 백분율은 경우에 따라 표면 수지 조성물 또는 매트릭스 수지 조성물 또는 오버몰딩 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 장애 아민 광 안정제 (HALS), 카본블랙, 치환된 레소르시놀, 살리실레이트, 벤조트라이아졸, 및 벤조페논과 같은 하나 이상의 자외선 광 안정제를 추가로 함유할 수 있다.
표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 하나 이상의 난연제, 예를 들어, 금속 산화물 (여기서, 금속은 알루미늄, 철, 티타늄, 망간, 마그네슘, 지르코늄, 아연, 몰리브덴, 코발트, 비스무스, 크롬, 주석, 안티몬, 니켈, 구리 및 텅스텐일 수 있음), 금속 분말 (여기서, 금속은 알루미늄, 철, 티타늄, 망간, 아연, 몰리브덴, 코발트, 비스무스, 크롬, 주석, 안티몬, 니켈, 구리 및 텅스텐일 수 있음), 금속염, 예를 들어, 붕산아연, 메타붕산아연, 메타붕산바륨, 탄산아연, 탄산마그네슘, 탄산칼슘 및 탄산바륨, 금속 포스피네이트 (여기서, 금속은 알루미늄, 아연 및 칼슘일 수 있음), 데카브로모다이페닐 에테르와 같은 할로겐화 유기 화합물, 폴리(브로모스티렌) 및 브롬화 폴리스티렌과 같은 할로겐화 중합체, 멜라민 피로포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 폴리포스페이트, 적린 등을 추가로 함유할 수 있다.
매트릭스 수지 조성물의 용융 점도를 추가로 감소시키기 위한 목적으로, 본 명세서에 기재된 매트릭스 수지 조성물은 과다분지형(hyperbranched) 중합체(수지상 또는 고도의 분지형 중합체, 수지상 거대분자 또는 가지상(arborescent) 중합체로도 알려져 있는), 분자 사슬 절단제(breaking agent) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 리올로지 개질제를 추가로 포함할 수 있다.
과다분지형 중합체는 나무상 구조를 갖는 3차원 고도의 분지형 분자이다. 과다분지형 중합체는 하나의 분지화 공단량체 단위를 포함하는 거대분자이다. 분지화 단위는 분지화 층 및 임의로 핵(코어(core)로도 알려져 있음), 하나 이상의 이격층(spacing layer) 및/또는 사슬 종결 분자의 층을 포함한다. 분지화 층의 계속된 복제는 증가된 분지 다중도, 분지 밀도 및 다른 분자에 비해 증가된 수의 말단 작용기를 제공한다. 바람직한 과다분지형 중합체에는 과다분지형 폴리에스테르가 포함된다. 과다분지형 중합체의 바람직한 예는 미국 특허 제5,418,301호, 미국 특허 출원 공개 제2007/0173617호에 기재된 것들이다. 열가소성 수지에서의 그러한 과다분지형 중합체의 이용은 미국 특허 제6,225,404호, 제6,497,959호, 제6,663,966호, 국제특허 공개 WO 2003/004546호, 유럽 특허 EP 1424360호 및 국제특허 공개 WO 2004/111126호에 개시되어 있다. 이러한 문헌은 열가소성 조성물에 과다분지형 중합체성 폴리에스테르 거대분자를 첨가하면 조성물의 용융 점도의 감소로 인해 리올로지 및 기계적 특성의 개선으로 이어지며, 따라서 열가소성 조성물의 가공성의 개선으로 이어짐을 교시한다. 존재할 경우, 하나 이상의 과다분지형 중합체는 매트릭스 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.05 내지 대략 10 중량%, 또는 더욱 바람직하게는 대략 0.1 내지 대략 5 중량%로 포함된다.
분자 사슬 절단제의 예는 지방족 다이카복실산 및 방향족 다이카복실산을 제한없이 포함한다. 그 구체적 예는 옥살산, 말론산, 석신산, 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 도데칸이산 및 프탈산의 이성체이다. 존재할 경우, 하나 이상의 분자 사슬 절단제는 매트릭스 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.05 내지 대략 5 중량%, 또는 더욱 바람직하게는 대략 0.1 내지 대략 3 중량%로 포함된다.
표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 유동 향상 첨가제, 윤활제, 대전방지제, 착색제 (염료, 안료, 카본블랙 등 포함), 난연제, 핵화제, 결정화 촉진제 및 중합체 배합 분야에 알려진 다른 처리 조제를 제한없이 포함하는 개질제 및 다른 성분을 추가로 포함할 수 있다.
상기에 기재된 충전제, 개질제 및 기타 성분들은 당업계에 잘 알려진 양 및 형태 - 입자 치수들 중 적어도 하나가 1 내지 1000 nm의 범위인 이른바 나노-물질의 형태를 포함함 - 로 존재할 수 있다.
바람직한 표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 하기의 폴리아미드 조성물이다: a) 폴리아미드 수지, 바람직하게는 아디프산 및 1,6-헥사메틸렌다이아민(PA6,6)으로 제조된 폴리아미드 공중합체, 및 b) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.5 중량% 내지 대략 5 중량%의 다이펜타에리트리톨을 포함하는 폴리아미드 조성물. 이러한 조성물은 하나 이상의 열 안정제를 추가로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 하나 이상의 열 안정제는 할로겐화물 화합물과 조합된 구리 염, 더욱 바람직하게는 요오드화칼륨과 조합된 요오드화구리로부터 선택된다. 존재할 경우, 하나 이상의 열 안정제는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.1 내지 대략 0.7 중량%의 양으로 존재한다.
바람직하게는, 표면 수지 조성물 및/또는 매트릭스 수지 조성물 및/또는 오버몰딩 수지 조성물은 용융 혼합된 블렌드이며, 여기서 중합체성 성분들 전부는 서로 잘 분산되며, 비중합체 성분들 전부는 중합체 매트릭스 내에 잘 분산되고 중합체 매트릭스에 의해 결합되어 블렌드가 통합된 총합체(unified whole)를 형성하게 된다. 임의의 용융 혼합 방법을 사용하여 본 발명의 중합체성 성분과 비중합체성 성분을 조합할 수 있다. 예를 들어, 중합체성 성분 및 비중합체성 성분을 용융 혼합기, 예를 들어 단축 또는 이축 압출기; 블렌더(blender); 단축 또는 이축 혼련기(kneader); 또는 밴버리(Banbury) 혼합기에 단일 단계 첨가를 통하여 모두를 한꺼번에 또는 단계식으로 첨가하고, 이어서 용융 혼합할 수 있다. 단계식으로 중합체성 성분 및 비중합체성 성분을 첨가할 때에는, 중합체성 성분 및/또는 비중합체성 성분의 일부를 먼저 첨가하고 나머지 중합체성 성분과 용융 혼합하고, 비중합체성 성분을 후속적으로 첨가하고 잘 혼합된 조성물이 얻어질 때까지 추가로 용융 혼합한다.
본 발명에 따른 오버몰딩된 복합 구조체는 상술된 제1 구성요소를 오버몰딩 수지 조성물로 오버몰딩시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. "오버몰딩"은 본 명세서에 기재된 오버몰딩 수지 조성물을 포함하는 제2 구성요소가 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상으로 몰딩되거나 압출됨을 의미하며, 이 표면은 표면 수지 조성물로 이루어진다.
오버몰딩 과정은 제2 구성요소를 후술되는 바와 같이 미리 제조된 제1 구성요소를 이미 함유하는 몰드에서 몰딩하여, 제1 및 제2 구성요소가 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상에서 서로 접착되게 하는 것을 포함한다. 제1 구성요소는 최종 오버몰딩된 복합 구조체의 외표면을 한정하는 공동(cavity)을 갖는 몰드 내에 배치된다. 오버몰딩 수지 조성물은 제1 구성요소의 일측에 또는 양측에 오버몰딩될 수 있으며, 이는 제1 구성요소를 완전히 또는 부분적으로 캡슐화할 수 있다. 제1 구성요소를 몰드 내에 배치한 후에, 오버몰딩 수지 조성물을 그 다음, 용융된 형태로 도입시킨다. 제1 구성요소 및 제2 구성요소는 오버몰딩에 의해 함께 접착된다. 적어도 두 부분은 바람직하게는 오버몰딩 단계로서 사출 성형 또는 압축 몰딩에 의해, 더욱 바람직하게는 사출 성형에 의해 함께 접착된다.
제1 구성요소는 섬유질 물질을 매트릭스 수지 조성물로 함침시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있으며, 여기서, 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부는 표면 수지 조성물로 이루어진다. 바람직하게는, 섬유질 물질은 열압착에 의해 매트릭스 수지로 함침된다. 열압착 동안, 섬유질 물질, 매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물은 열과 압력을 받아, 플라스틱이 용융되어 섬유질 물질에 침투하고, 따라서 상기 섬유질 물질을 함침시킨다.
전형적으로, 열압착은 0.2 내지 10 ㎫(2 내지 100 bar), 더욱 바람직하게는 1 내지 4 ㎫(10 내지 40 bar)의 압력과, 매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물의 용융점 초과의 온도, 바람직하게는 상기 용융점을 적어도 약 20℃ 초과하는 온도에서 이루어져서 적절한 함침을 가능하게 한다. 가열은 접촉 가열, 복사 가스 가열, 적외선 가열, 대류 또는 강제 대류, 유도 가열, 마이크로웨이브 가열 또는 이들의 조합을 비롯한 다양한 수단에 의해 행해질 수 있다.
폴리아미드 조성물 내에 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 첨가함으로써 수득되는 개선된 열 안정성 때문에, 제1 구성요소의 함침 동안 사용되는 온도는 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 다가 알코올이 없는 폴리아미드 수지에 비해 증가될 수 있다. 온도의 증가로 수득되는 매트릭스 수지의 감소된 용융 점도는 함침 속도를 증가시켜 오버몰딩된 복합 구조체의 전반적인 제조 속도의 향상을 가능하게 한다.
함침 압력은 정적 공정에 의해 또는 연속 공정(동적 공정으로도 또한 알려짐)에 의해 가해질 수 있으며, 속도의 이유로 연속 공정이 바람직하다. 함침 공정의 예는 진공 몰딩, 인몰드(in-mold) 코팅, 크로스-다이 압출(cross-die extrusion), 인발(pultrusion), 와이어 코팅 타입 공정(wire coating type process), 라미네이션, 스탬핑(stamping), 다이아프램 성형(diaphragm forming) 또는 프레스 몰딩(press-molding)을 제한없이 포함하며, 라미네이션이 바람직하다. 라미네이션 동안, 가열 구역 내의 대향하는 가압된 롤러 또는 벨트를 통해 섬유질 물질, 매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물에 열과 압력이 가해지며, 바람직하게는 냉각 구역에서 압력이 계속 가해져 압밀성을 완성하는 것으로 이어지고 가압된 수단에 의해 함침된 섬유질 물질을 냉각시킨다. 라미네이션 기술의 예는 캘린더링, 평판 라미네이션(flatbed lamination) 및 이중벨트 프레스 라미네이션을 제한없이 포함한다. 라미네이션이 함침 공정으로 사용될 경우, 바람직하게는 이중벨트 프레스가 라미네이션을 위해 사용된다.
매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물이 상이하다면, 표면 수지 조성물을 항상 제1 구성요소의 환경에 향하게 하여, 오버몰딩 수지 조성물이 제1 구성요소 상에 적용되는 경우에 접근가능하게 한다.
매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물을 예컨대 분말 코팅, 필름 라미네이션, 압출 코팅 또는 그 중 둘 이상의 조합과 같은 종래 수단에 의해 섬유질 물질에 적용하나, 단 표면 수지 조성물을 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부에 적용하여, 오버몰딩 수지 조성물을 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상에 적용하는 경우 접근가능하게 한다.
분말 코팅 공정 동안, 종래의 연삭 방법에 의해 얻어진 중합체 분말이 섬유질 물질에 적용된다. 분말은 산란, 살포, 분사, 열 또는 화염 용사, 또는 유동상 코팅 방법에 의해 섬유질 물질 상에 적용될 수 있다. 선택적으로, 분말 코팅 공정은 섬유질 물질 상에 분말을 후 소결하는 단계로 이루어진 단계를 추가로 포함할 수 있다. 매트릭스 수지 조성물 및 표면 수지 조성물은 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부가 표면 수지 조성물로 이루어지도록 섬유질 물질에 적용된다. 이어서, 가압된 구역 외측의 분말 코팅된 섬유질 물질의 선택적 예열(preheating)을 이용하여, 분말 코팅된 섬유질 물질 상에서 열압착이 수행된다.
필름 라미네이션 동안, 매트릭스 수지 조성물로 제조된 하나 이상의 필름과 표면 수지 조성물로 제조된 하나 이상의 필름 - 이는 예컨대 블로우 필름 압출, 캐스트 필름 압출 및 캐스트 시트 압출과 같은 당업계에 알려진 종래의 압출 방법에 의해 얻어짐 - 이 예컨대 층화(layering)에 의해 섬유질 물질에 적용된다. 이어서, 매트릭스 수지 조성물로 제조된 하나 이상의 필름과 표면 수지 조성물 및 하나 이상의 섬유질 물질로 제조된 하나 이상의 필름을 포함하는 어셈블리 상에서 열압착이 실시된다. 생성된 제1 구성요소에서, 필름은 용융되어 섬유질 물질을 둘러싸는 중합체 연속체로서 섬유질 물질 주위에 침투한다.
압출 코팅 동안, 매트릭스 수지 조성물로 제조된 펠렛 및/또는 과립과 표면 수지 조성물로 제조된 펠렛 및/또는 과립은 용융되고, 하나 이상의 평다이(flat die)를 통해 압출되어, 하나 이상의 용융 커튼(melt curtain)을 형성하고, 이는 이어서 하나 이상의 용융 커튼을 내려 놓음으로써 섬유질 물질 상에 적용된다. 이어서, 매트릭스 수지 조성물, 표면 수지 조성물 및 하나 이상의 섬유질 물질을 포함하는 어셈블리에 대한 열압착이 실시된다.
제1 구성요소의 표면과 오버몰딩 수지 간의 접착성을 향상시키려는 목적으로, 오버몰딩 단계 전에 제1 구성요소를 매트릭스 수지 조성물의 용융 온도에 가까우나 그 미만의 온도로 예열시키고, 오버몰딩을 위해 가열된 제1 구성요소를 신속하게 옮기는 것이 통상적이다. 이러한 예열 단계는 접촉 가열, 복사 가스 가열, 적외선 가열, 대류 또는 강제 대류 공기 가열, 유도 가열, 마이크로웨이브 가열 또는 이들의 조합을 비롯한 다양한 수단에 의해 행해질 수 있다.
최종 용도 응용에 따라, 제1 구성요소는 오버몰딩 수지 조성물을 오버몰딩하는 단계 전에, 원하는 기하학적 형태 또는 형상으로 성형되거나 시트 형태로 사용될 수 있다. 제1 구성요소는 가요성일 수 있으며, 이 경우 이는 감길(rolled) 수 있다.
성형된 제1 구성요소를 제조하는 방법은 제1 구성요소를 성형하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 단계는 함침시키는 단계 i) 후에 발생한다. 단계 i) 하에 수득된 복합 구조체를 성형하는 단계는 압축 몰딩, 스탬핑, 사출 성형 장치에서의 직접적인 형성 또는 열 및/또는 압력을 사용하는 임의의 기술에 의해 행해질 수 있으며; 압축 몰딩 및 스탬핑이 바람직하다. 바람직하게는, 압력은 유압식 몰딩 프레스를 이용하여 가해진다. 압축 몰딩 또는 스탬핑 동안, 제1 구성요소는 가열된 수단에 의해 표면 수지 조성물의 용융 온도보다 높은 온도로 그리고 바람직하게는 매트릭스 수지 조성물의 용융 온도보다 높은 온도로 예열되고, 원하는 최종 기하학적 형태의 형상의 공동을 갖는 주형을 포함하는 몰딩 프레스와 같은 형성 또는 성형 수단으로 옮겨지고, 이로써 원하는 형상으로 성형되고, 이후 표면 수지 조성물의 용융 온도보다 낮은 온도, 바람직하게는 매트릭스 수지 조성물의 용융 온도보다 낮은 온도로 냉각된 후 프레스 또는 몰드로부터 제거된다. 오버몰딩된 복합 구조체의 제조의 구체적인 이슈가 상술된 예열 단계(들) 동안, 그리고 성형 단계 동안의 제1 구성요소의 열산화 및 분해, 및 특히 제1 구성요소의 표면의 열 분해에 관련됨이 알려져 있는 한편, 본 명세서에 기재된 제1 구성요소의 우수한 열 안정성, 특히 표면 수지 조성물 및 매트릭스 수지 조성물의 우수한 열 안정성은 기계적 특성의 과도한 감소 없이 제조 운영 환경에 내성이 있는 오버몰딩된 복합 구조체를 야기하며, 상기 기계적 특성의 과도한 감소는 사용시 그리고 시간에 따라 오버몰딩된 복합 구조체의 열 안정성 및 기계적 특성을 감소시킬 것이다.
오버몰딩 수지 및 표면 수지 조성물 간의 접착성을 향상시키기 위한 목적으로, 제1 구성요소의 표면은 오버몰딩에 이용가능한 상대적 표면을 증가시키기 위하여 텍스처화된 표면일 수 있으며, 이러한 텍스처화된 표면은 그 표면 상에 예를 들어, 공극 또는 만입(indentation)을 갖는 몰드 또는 프레스를 사용함으로써 성형 단계 동안 수득될 수 있다. 비-성형된 제1 구성요소에 대해 상기 언급된 바와 같이, 그리고 성형된 제1 구성요소의 표면과 오버몰딩 수지 간의 접착성을 향상시키려는 목적으로, 오버몰딩 단계 전에 성형된 제1 구성요소를 매트릭스 수지 조성물의 용융 온도에 가까우나 그 미만인 온도로 예열시키고, 오버몰딩을 위해 가열된 제1 구성요소를 신속하게 옮기는 것이 통상적이다. 이러한 예열 단계는 접촉 가열, 복사 가스 가열, 적외선 가열, 대류 또는 강제 대류 공기 가열, 유도 가열, 마이크로웨이브 가열 또는 이들의 조합을 비롯한 다양한 수단에 의해 행해질 수 있다.
대안적으로, 단일 몰딩 스테이션(molding station)에서 제1 구성요소를 성형 및 오버몰딩하는 단계를 포함하는 1 단계 공정이 사용될 수 있다. 이러한 1 단계 공정은 제1 구성요소를 몰드 또는 프레스에서 압축 몰딩 또는 스탬핑하는 단계를 없애며, 임의의 예열 단계와, 예열된 제1 구성요소을 몰딩 스테이션으로 옮기는 것을 없앤다. 이러한 1 단계 공정 동안, 제1 구성요소는 몰딩 스테이션의 외측에서, 그에 인접하여, 또는 그 안에서, 제1 구성요소가 오버몰딩 단계 동안 정합가능하거나 성형가능한 온도로 가열되며, 바람직하게는 제1 구성요소는 그의 용융 온도보다 높은 온도로 가열된다. 제1 구성요소의 형상은 몰드에 의해 부여되며, 그 후에 이는 오버몰딩된다.
본 발명에 따른 오버몰딩된 복합 구조체는, 예를 들어 자동차, 트럭, 상업용 비행기, 항공우주산업, 철도, 가전 제품, 컴퓨터 하드웨어, 핸드헬드 장치, 레크리에이션 및 스포츠를 위한 구성요소, 기계용 구조적 구성요소, 빌딩용 구조적 구성요소, 광전지 또는 풍력 에너지 장비용 구조적 구성요소, 또는 기계 장치용 구조적 구성요소와 같은 매우 다양한 응용에 사용될 수 있다.
자동차 응용의 예는 좌석 구성요소 및 좌석 프레임, 엔진 커버 브래킷, 엔진 크래들(engine cradle), 서스펜션 암(arm) 및 크래들, 스페어 타이어 웰(spare tire well), 섀시 보강재, 플로어 팬(floor pan), 프론트-엔드 모듈(front-end module), 조향 컬럼 프레임, 계기판, 도어 시스템, 차체 패널 (예를 들어, 수평 차체 패널 및 도어 패널), 뒷문(tailgate), 하드톱(hardtop) 프레임 구조체, 컨버터블 톱(convertible top) 프레임 구조체, 지붕 구조체, 엔진 커버, 변속기 및 동력 전달 구성요소용 하우징, 오일 팬, 에어백 하우징 캐니스터(canister), 자동차 실내 충격 구조체, 엔진 지지 브래킷, 크로스 카 빔(cross car beam), 범퍼 빔, 보행자 안전 빔(pedestrian safety beam), 방화벽, 후방 화물 선반, 크로스 비히클 벌크헤드(cross vehicle bulkhead), 냉매 병 및 소화기와 같은 압력 용기 및 트럭 압축 공기 브레이크 시스템 용기, 하이브리드 내연기관/전기 차량 또는 전기 차량 배터리 트레이, 자동차 서스펜션 위시본(wishbone) 및 컨트롤 암(control arm), 서스펜션 스태빌라이저 링크(suspension stabilizer link), 판스프링(leaf spring), 차량 바퀴, 레저 차량 및 모터사이클 스윙 암(swing arm), 펜더(fender), 지붕 프레임 및 탱크 플랩(tank flap)을 제한없이 포함한다.
가전 제품의 예는 세탁기, 건조기, 냉장고, 에어컨 및 가열기를 제한없이 포함한다. 레크리에이션 및 스포츠의 예는 인라인-스케이트 구성요소, 야구 배트, 하키 스틱, 스키 및 스노우보드 바인딩, 배낭 백(rucksack back) 및 프레임, 및 자전거 프레임을 제한없이 포함한다. 기계용 구조적 구성요소의 예는 예컨대 핸드헬드 전자 장치, 컴퓨터를 위한 하우징과 같은 전기/전자 부품을 포함한다.
실시예
본 발명에 따른 복합 구조체 및 비교예의 제조를 위해 하기 재료를 이용하였다.
재료
하기 재료는 실시예 및 비교예에 사용된 조성물을 구성한다.
폴리아미드 1: 약 32000 달톤의 중량 평균 분자량을 갖는 1,6-헥사메틸렌다이아민과 아디프산으로 제조된 폴리아미드. 이러한 중합체는 PA6,6으로 지칭되며, 예를 들어, 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 구매가능하다.
오버몰딩 수지: 아디프산 및 1,6-헥사메틸렌다이아민으로 제조된 폴리아미드(PA2), 전체 조성물의 중량 기준으로 30 %의 유리 섬유 및 열 안정제를 포함하는 조성물 - 상기 수지는 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 제품명 자이텔(Zytel)® 70G33HS1L NC010으로 구매가능함 - .
다가 알코올: 펠스토프 스페셜리티 케미컬즈 아베(Perstorp Speciality Chemicals AB, Perstorp, Sweden)로부터 다이-펜타(Di-Penta) 93으로 구매할 수 있는 다이펜타에리트리톨.
필름의 제조
실시예(표에서 "E"로 축약), 비교예(표에서 "C"로 축약)에 사용되는 수지 조성물을 이축 압출기 내에서 성분을 용융 배합함으로써 제조하였다. 압출기를 빠져나올 때, 조성물을 냉각시키고 펠렛화하였다. 배합된 혼합물을 끈 또는 가닥의 형태로 압출하고, 수조에서 냉각하고, 과립으로 쵸핑하고(chopped), 수분 흡수를 막기 위하여 밀봉된 알루미늄 라이닝된 백에 넣었다. 표 1에 열거된 조성물을 약 102 미크론 필름으로 캐스팅하였다.
복합 구조체의 제조
표 1에 열거된 조성물로 제조되고, 약 102 미크론의 두께를 갖는 8개 층, 및 직조된 연속 유리 섬유 텍스타일(17 미크론의 직경, 0.4%의 실란계 사이징(sizing) 및 600 g/㎡의 면적 중량과 함께 2/2 트윌(twill)(균형 조직)로 직조되는 1200 g/㎞의 공칭 로빙 텍스(roving tex)를 갖는 E-유리 섬유)의 3개 층을 하기의 순서로 적층함으로써 오버몰딩 복합 구조체 C1 및 E1을 제조하기 위해 사용되는 복합 구조체를 제조하였다: 표 1에 열거된 조성물로 이루어진 2개 층, 직조된 연속 유리 섬유 텍스타일의 1개 층, 표 1에 열거된 조성물로 제조된 층의 2개 층, 직조된 연속 유리 섬유 텍스타일의 1개 층, 표 1에 열거된 조성물로 제조된 층의 2개 층, 직조된 연속 유리 섬유 텍스타일의 1개 층 및 표 1에 열거된 조성물로 제조된 층의 2개 층.
역회전하는 강철 벨트가 있는 등압 이중 프레스 기계를 사용하여 복합 구조체를 제조하였으며, 이들 둘 모두는 헬드 게엠베하(Held GmbH)에 의해 제공된다. 상이한 필름을 언와인더(unwinder)로부터 이전에 정한 적층 순서로 기계에 유입시켰다. 가열 구역은 약 2000 ㎜ 길이였으며, 냉각 구역은 약 1000 ㎜ 길이였다. 가열 및 냉각은 압력의 해제 없이 유지하였다. 복합 구조체를 하기의 조건으로 제조하였다: 1 m/분의 라미네이션 속도, 360℃의 기계 최대 온도 및 4 ㎫(40 bar)의 라미네이트 압력. 이렇게 수득된 복합 구조체는 약 1.45 ㎜의 전체 두께를 가졌다.
오버몰딩된 복합 구조체의 제조
표 1에 열거된 약 1.9 ㎜의 오버몰딩 수지 조성물을 상술된 바와 같이 수득된 복합 구조체 상으로 오버(over) 사출 성형함으로써 표 1에 열거된 오버몰딩된 복합 구조체를 제조하였다.
표 1에 열거된 표면 수지 조성물로 이루어진 표면, 표 1에 열거된 매트릭스 수지 조성물 및 상술된 섬유질 물질을 포함하는 복합 구조체를 약 76 ㎜ x 127 ㎜(3x5") 시편으로 컷팅하고, 삽입물로서 몰드 공동 내에 배치하고, 몰딩 기계(Nissei Corp., 모델 FN4000, 1752 KN, 148cc(6 oz.))에 의해 표 1에 열거된 오버몰딩 수지 조성물로 오버 사출 성형하였다. 몰드를 바 게이트(bar gate)가 있는 약 3.2 ㎜ x 76 ㎜ x 127 ㎜(1/8" x 3" x 5") 플라크(plaque) 공동에 장착하고, 100℃로 전기적으로 가열하였다. 복합 구조체를 오버 사출 성형 단계 전에 오븐 내에서 150℃로 예열하고, 몰드 공동 내로 수동으로 삽입하였다. 사출 기계를 280℃로 설정하였다.
열노화.
시험 시편을 재순환 공기 오븐 내에서 180℃ 또는 210℃에서 열노화시켰다. 550 시간의 열노화 시간에, 시험 시편을 오븐으로부터 제거한 다음, 굽힘 시험을 측정하였다.
굽힘 모듈러스(flexural modulus). 굽힘 모듈러스는 벤딩(bending) 동안의 응력 대 굽힘 변형의 변형률 또는 물질의 컴플라이언스(compliance)를 지칭한다. 굽힘 강도는 샘플을 구부리는데 필요한 인가된 힘 대 샘플 단면적의 비를 말하며, 통상적으로, 굽힐 때 하중을 견디는(또는 지탱하는) 물질의 능력의 표시로 사용된다.
상술된 바와 같이 수득된 오버몰딩된 복합 구조체를 워터 제트(water jet) 기계를 사용하여 약 12.7 ㎜ (1/2") 폭 X 약 76 ㎜(3") 길이의 시험 시편으로 컷팅하였다. 굽힘 모듈러스를 3점 굽힘 방법 ISO-178을 통하여, 디라미네이트(delaminate)되지 않은 오버몰딩된 복합 구조체를 컷팅하여 제조된 시험 시편 상에서 시험하고, 결과를 표 1에 나타내었다. 굽힘 모듈러스의 유지는 180℃ 또는 210℃에서 550 시간 동안의 열 노화 후에, 100 퍼센트인 것으로 간주되는 열 노출 전의 시편의 값과 비교한 굽힘 모듈러스의 백분율에 상응한다. 유지 결과는 표 1에 제공된다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 오버몰딩된 복합 구조체(E1), 즉, 복합 구조체의 표면 수지 조성물 및 매트릭스 수지 조성물이 폴리아미드 수지 및 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 다가 알코올을 포함하는 오버몰딩된 복합 구조체가 열노화 후에 굽힘 모듈러스를 유지하는 한편, 비교예의 오버몰딩된 복합 구조체 C1에서는 굽힘 모듈러스가 감소하였다.
Figure pct00001

Claims (15)

  1. i) 적어도 일부가 표면 수지 조성물로 이루어진 표면을 가지며, 부직 구조체, 텍스타일(textile), 섬유질 배팅(batting) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유질 물질을 포함하는 제1 구성요소 - 상기 섬유질 물질은 매트릭스 수지 조성물로 함침되고, 상기 표면 수지 조성물 및 상기 매트릭스 수지 조성물은 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물이다 -, 및
    ii) 오버몰딩(overmolding) 수지 조성물을 포함하는 제2 구성요소를 포함하며,
    여기서, 상기 제2 구성요소가 상기 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부 상에서 상기 제1 구성요소에 접착되는 오버몰딩된 복합 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 오버몰딩 수지 조성물이 하나 이상의 폴리아미드 수지로 제조되거나, 또는 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물인 오버몰딩된 복합 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 다가 알코올이 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.25 중량% 내지 대략 15 중량%의 양으로 폴리아미드 조성물에 독립적으로 존재하는 오버몰딩된 복합 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 하나 이상의 다가 알코올이 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.5 중량% 내지 대략 10 중량%의 양으로 독립적으로 존재하는 오버몰딩된 복합 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 다가 알코올이 다이펜타에리트리톨, 트라이펜타에리트리톨, 펜타에리트리톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 오버몰딩된 복합 구조체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 폴리아미드 수지가 완전 지방족 폴리아미드 수지, 반-방향족(semi-aromatic) 폴리아미드 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 오버몰딩된 복합 구조체.
  7. 제6항에 있어서, 완전 지방족 폴리아미드 수지가 PA6; PA11; PA12; PA4,6; PA6,6; PA,10; PA6,12; PA10,10 및 이들의 공중합체 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 오버몰딩된 복합 구조체.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 반-방향족 폴리아미드 수지가 PA6T; PA6I/6T; PA6,T/6,6, PAMXD6; PA10,10; PA6T/DT 및 이들의 공중합체 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 오버몰딩된 복합 구조체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 자동차, 트럭, 상업용 비행기, 항공우주산업, 철도, 가전 제품, 컴퓨터 하드웨어, 핸드헬드(hand held) 장치, 레크리에이션 및 스포츠용 구성요소, 기계용 구조적 구성요소, 빌딩용 구조적 구성요소, 광전지 또는 풍력 에너지 장비용 구조적 구성요소, 또는 기계 장치용 구조적 구성요소의 형태인 오버몰딩된 복합 구조체.
  10. 오버몰딩 수지 조성물을 포함하는 제2 구성요소를 제1 구성요소 상에 오버몰딩하는 단계를 포함하는 오버몰딩된 복합 구조체의 제조 방법으로서,
    여기서, 제1 구성요소는 섬유질 물질을 포함하고, 적어도 일부가 표면 수지 조성물로 이루어진 표면을 가지며,
    상기 섬유질 물질이 부직 구조체, 텍스타일, 섬유질 배팅 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 섬유질 물질이 매트릭스 수지 조성물로 함침되며,
    상기 표면 수지 조성물 및 상기 매트릭스 수지 조성물이 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물인 오버몰딩된 복합 구조체의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 오버몰딩 수지 조성물이 하나 이상의 폴리아미드 수지로 제조되거나, 또는 a) 하나 이상의 폴리아미드 수지 및 b) 2개 초과의 하이드록실 기를 갖는 하나 이상의 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물로부터 선택되는 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 하나 이상의 다가 알코올이 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 대략 0.25 중량% 내지 대략 15 중량%의 양으로 폴리아미드 조성물에 독립적으로 존재하는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 다가 알코올이 다이펜타에리트리톨, 트라이펜타에리트리톨, 펜타에리트리톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유질 물질을 매트릭스 수지 조성물로 함침시키는 단계를 추가로 포함하며, 여기서, 제1 구성요소의 표면의 적어도 일부가 표면 수지 조성물로 이루어지고, 상기 단계가 오버몰딩하는 단계 전에 발생하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 제1 구성요소를 성형하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 성형하는 단계가 함침시키는 단계 후에, 그러나 오버몰딩하는 단계 전에 발생하는 방법.
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