KR20120109113A - 나일론/보강 섬유 조성물 - Google Patents

Abstract

위에 내용을 참고하도록 하자

Description

나일론/보강 섬유 조성물{NYLON/REINFORCED FIBER COMPOSITION}

본 발명은 나일론/보강 섬유 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휨(Warpage) 현상이 없으며 유동성

및 내충격성이 우수하고, 물성의 저하현상 없이 고백색 구현이 가능한 동시에 내열탕 후 표면 변화가 없어 유

광 도장이 가능한 나일론/보강 섬유 조성물에 관한 것이다.

나일론계 수지는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로서, 자동차의 내외장재로 널리 사용되고 있다. 그러나 나

일론계 수지는 수분 흡수성이 높아 치수 불안정성 및 휨(Warpage)이 발생하는 등의 문제가 있어, 이를 개선

하기 위해 유리섬유와 같은 무기 보강제를 첨가하여 우수한 기계적 강성과 내열성을 필요로 하는 구조제나 자

동차의 내외장재에 널리 사용되고 있다.

그러나 무기 보강제를 첨가함에 따라 내충격성이 저하되는 문제가 있어 최근에는 주사슬에 벤젠 고리가 있는

변성 나일론을 사용하여 기존 나일론의 높은 수분 흡수성을 개선하고, 또한 충격 보강제를 더욱 사용하여 나

일론 및 무기 보강제의 혼합물의 내충격성을 개선하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 변성 나일론을 사용

하여도 수분 흡수성 개선 효과가 미미하여, 치수 불안정성과 휨 문제가 발생하였으며, 내충격성을 향상시키기

위한 충격 보강제를 사용하여도 기계적 강성이 하락하는 한계를 극복하지 못하였다.

또한 유리 섬유를 무기 보강제로 사용한 나일론/유리 섬유의 경우 기본 수지의 색상으로 인해 고백색 구현을

위해 많은 양의 무기 충격 보강제를 사용하게 되었고, 이럴 경우 무기 충격 보강제와 유리섬유 보강제의 마찰

로 인해 유리섬유가 짧아지거나 유리섬유 표면에 스크레치가 발생되어 내충격성 및 충격강도가 줄어드는 현

상이 발생하였다. 또한 기본 수지 자체가 가지는 특성으로 인해 내열탕 후 표면이 거칠어 지는 현상이 발생하

여 유광도장에 적합하지 않는 현상을 나타내었다.

본 발명은 휨 현상이 발생하지 않고, 유동성 및 내충격성이 우수하고, 물성의 저하현상없이 고백색 수현이 가

능한 동시에 내열탕 후 표면 변화가 없어 유광 도장이 가능한 나일론/보강 섬유 조성물을 제공하는 것을 목적

으로 한다.

본 발명은 또한 상기 조성물로 제조된 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되

지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 구현예는 (A) 폴리아릴아마이드 수지 25 내지 75 중량부; (B) 단면 종횡비가 1.5 이상인 보강

섬유 25 내지 75 중량부 및 충격 보강제를 포함하고, 상기 충격 보강제의 함량은 상기 폴리아릴아마이드 수

지 및 보강 섬유의 혼합 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인 나일론/보강 섬유 조성물을 제공하는 것이

다.

본 발명의 다른 구현예는 또한 상기 조성물을 이용하여 제조된 성형품을 제공하는 것이다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물은 휨 현상이 없고, 유동성 및 내충격성이 우수하며, 고백색 구현이 가능한

동시에 내열탕 후 표면 변화가 없어 유광 도장이 가능하므로, 휴대폰 외장재 제조에 이용될 경우 우수한 표면

및 물성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 시편을 열탕에 침지하기 전의 표면을 나타낸 사진.
도 2은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 시편을 열탕에 침지한 후의 표면을 나타낸 사진.
도 3은 비교예 1에 따라 제조된 시편을 열탕에 침지하기 전의 표면을 나타낸 사진.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 시편을 열탕에 침지한 후의 표면을 나타낸 사진.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명

이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 일 구현예는 나일론/보강 섬유 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 수지 조성물은 치수불안정성

및 휨 특성을 개선한 동시에 고백색 구현 및 내열탕 후 표면 변화가 없는 수지 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서, 고백색 구현 및 내열탕 후 표면 변화는 폴리아릴아마이드(adipic acid and m-xylyenediamine)

를 사용하여 감소시킬 수 있었으며, 단면 종횡비가 1.5 이상인 판상 형태의 유리섬유를 보강재를 사용하여 휨

(warpage) 현상을 개선할 수 있었다.

이하 각 구성 성분에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

(A) 폴리아릴아마이드

본 발명에서 사용한 폴리아릴아마이드(adipic acid and m-xylyenediamine) 수지는 밀도가 1.2 내지

1.25g/cm3, 유동 지수(Melt Index, 용융 유동 지수(Melt Flow Index)라고 하기도 함)가 23 ± 5 (250℃,

2.16 Kg, 5분 에이징(aging)), 융점이 220 내지 260℃인 수지이다. 상기 폴리아릴아마이드 수지는 주사슬에

벤젠고리를 포함하며, 중량 평균 분자량은 10,000 내지 100,000이다.

상기 폴리아릴아마이드 수지는 하기 화학식 2의 아디프산(Adipic acid)과 화학식 3의 메타-자일렌다이아민

(m-xylyenediamine)이 결합된 화학식 1로 표현된다. 본 발명에서 폴리아릴마아이드 수지는 하기 화학식 2

의 아디프산과 하기 화학식 3의 메타-자일렌디아민을 결합시켜 제조하여 사용할 수도 있고, 상업적으로 시판

되는 것을 사용할 수도 있다.(B) 보강 섬유

본 발명에서 사용된 보강 섬유는 섬유 단면의 장축 길이를 단축 길이로 나눈 종횡비가 1.5 이상인 것이 바람

직하며, 2 내지 8이 더욱 바람직하다.

본 발명에서 보강 섬유의 예로는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 티탄산 칼리 섬유, 탄화 규소 섬유 등을

사용할 수 있다.

또한 보강 섬유의 길이가 2 내지 13mm로서, 판상 형태의 보강섬유를 사용한다.

상기 판상 형태의 보강섬유는 단면의 종횡비(aspect ratio)가 1.5 이상인 것을 사용하는데, 이 때 상기의 단면

의 가로세로비율은, 보강 섬유의 단면에서 가장 긴 직경(가로)를 a라 하고, 가장 작은 직경(세로)를 b라 하면,

a/b로 정의된다. 상기 단면의 종횡비는 2 내지 8 인 것이 기계적 특성과 휨 특성의 물성밸런스 면에서 보다 바

람직하다.

상기 보강 섬유로는 폴리아릴아마이드 수지와의 결합력을 증가시키기 위하여 표면에 표면 개선제가 코팅된

것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이 표면 개선제로는 우레탄, 에폭시를 들 수 있다.

표면 코팅 공정은 침지 코팅, 스프레이 코팅 등 일반적인 코팅 공정은 어떠한 것도 적용할 수 있다.

본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물에서, 보강 섬유의 함량은 25 내지 75 중량부가 바람직하며, 40 내지 60

중량부가 더욱 바람직하다.

상기 보강섬유의 함량이 25 내지 75 중량부의 범위이면, 기계적 강성이 우수하고, 생산공정이 안정해지므로

바람직하다.

(C) 충격 보강제

본 발명의 충격 보강제로는 반응성 화합물 및/또는 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체를 사용할

수 있다. 상기 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체는 말단에 비반응성 금속을 갖는 올레핀계 공중합

체를 예를 들 수 있다.

상기 올레핀계 공중합체로는 에틸렌/프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌/옥텐 고무, 에틸렌-프로필렌-디

엔의 삼원공중합체(EPDM), 에틸렌-메타아크릴 엑시드(EMAA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되

는 것을 사용할 수 있다.

상기 반응성 화합물을 포함하는 올레핀계 공중합체는 올레핀계 중합체 99.9 내지 95 중량%와 반응성 화합물

0.1 내지 5 중량%를 그라프트 중합반응시켜 제조할 수 있다. 상기 반응성 화합물로는 말레이산 무수물

(Maleic anhydride), 글리시딜메타크릴레이트(Glycidylmethacrylate) 또는 옥사졸린(Oxazoline)을 사용할

수 있다.

상기 비반응성 금속으로는 아연(Zn), 철(Fe) 또는 망간(Mn)을 사용할 수 있다. 상기 비반응성 금속은 혼용하

여 사용할 수 있으며, 이 중 아연(Zn)이 보다 바람직하다.

상기 반응성 화합물 및/또는 비반응성 금속을 포함하는 올레핀계 공중합체를 제조하는 방법은 본 발명이 속

하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 실시될 수 있으므로, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략

하기로 한다. 아울러, 본 발명에서 사용하는 충격 보강제는 반응성 화합물 및/또는 비반응성 금속을 포함하는

올레핀계 공중합체을 제조하여 사용할 수도 있고, 상업적으로 시판되는 것을 사용할 수도 있다.

본 발명의 나일론/보강 섬유 조성물에서 상기 충격 보강제의 함량은 폴리아릴아마이드 수지 및 보강 섬유의

혼합 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부가 바람직하고, 3 내지 7 중량부가 더욱 바람직하다. 상기 충격

보강제의 함량이 1 내지 10 중량부 범위이면, 충분한 충격 보강의 효과를 얻을 수 있고, 유동성 및 기계적 물

성이 우수하며, 사출 성형시 박리 문제가 발생하지 않아 바람직하다.

본 발명의 폴리아릴아마이드/보강 섬유 조성물은 상기 구성요소 외에 그 물성을 해하지 않는 범위 내에서

ZnS와 같은 안료, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 유동증진제, 활제, 항균제, 이형제, 핵제 등의 일반적인 첨

가제를 추가로 포함할 수 있으며, 그 사용량은 폴리아릴아미이드 수지와 보강섬유 100 중량부에 대하여 30

중량부 이하로 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 나일론/보강 섬유 조성물을 이용하여 제조된 성형품에 관한 것으로서, 상기 성형품

은 여러 가지 제품에 사용될 수 있고, 특히 우수한 기계적 강도 및 내열성을 필요로하는 구조제나 자동차의 내

외장재 등에 유용하게 적용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로

예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

실시예

하기 실시예 및 비교예에 사용된 각 성분의 사양은 다음과 같다.

(A) 폴리아릴아마이드 (Adipic acid and m-xylyenediamine)

실시예에서는 폴리아릴아마이드(adipic acid and m-xylyenediamine)로 밀도가 1.2 내지 1.25g/cm3, 용융

유동 지수가 23±5 (250℃, 2.16 kg, 5 min aging), 융점이 235℃이며 주사슬에 벤젠고리가 함유되어 있고,

중량평균 분자량은 10,000 내지 100,000인 Toyobo 사의 MXD-6을 사용하였다.

(A-1) 변성 나일론계 열가소성 수지

변성 나일론 수지인 폴리프탈아마이드(Dupont社의 HTN-501)를 사용하였다.

(B) 보강 섬유

섬유 단면의 종횡비가 4이고, 유리섬유(일본 Nitto Boseki社의 CSG 3PA-820)을 사용하였다.

(C) 충격 보강제

반응성 올레핀계 충격보강제로 Dupont社의 Fusabond MN-493D(EOR(Ethylene/Octene Rubber)-g-MAH

(maleic anhydride, MAH 함량 0.5 중량%))를 사용하였다.

(D) 백색안료

백색을 내기 위해 ZnS를 사용하였다.

실시예 1-3 및 비교예 1-3

상기 구성성분을 하기 표 1의 함량(단위: 중량부)에 따라 혼합하고, L/D=45, Φ=45mm인 이축 압출기를 이용

하여 250℃(실시예)와 320℃(비교예)의 고정 온도, 150rpm의 스크류 회전 속도 및 60 kg/hr의 자가 공급 속

도의 조건 하에서 압출하여 펠렛상으로 제조하였다. 제조된 펠렛을 100℃에서 4 시간 동안 건조시킨 뒤, 10

oz 사출기에서 사출온도 260℃(실시예)와 330℃(비교예)의 조건으로 사출하여 물성 측정 평가용 시편을 제

조한 후, 그 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

조
성
(중량
부)
(A) 폴리아릴아마이드 수지 50 50 50 - - -
(A-1) 변성 나일론계 수지 - - - 50 50 50
(B) 단면의 종횡비가 4인 보강 섬유 50 50 50 50 50 50
(C) 충격 보강제 3 3 3 3 3 3
(D) 백색안료 - 5 7.5 - 5 7.5
물
성
① 굴곡강도
(kgf/cm2)
ASTM D790 3,680 3,640 3,470 3200 3200 3100
② 굴곡탄성률
(kgf/cm2)
ASTM D790 170,000 173,000 171,000 142,000 141,000 139,000
③ 아이조드(Izod)
충격강도
(kgf?cm/cm)
노치
(Notched)
ASTM
D256
15.3 13.8 11.9 14.7 11.8 10.5
언노치(Unnotched)
121 110 97 114 99.5 89.5
④ 색차 (L*) ASTM D1925 84.8 92.8 93.5 84.9 89.5 90.5

Claims (1)

1. (A) 하기 화학식 1로 표현되는 폴리아릴아마이드 수지 25 내지 75 중량부;
   (B) 단면 종횡비가 1.5 이상인 보강 섬유 25 내지 75 중량부;
   (C) 충격 보강제
   를 포함하며, 상기 충격 보강제의 함량은 상기 폴리아릴아마이드 수지 및 보강 섬유 혼합의 100 중량부에 대
   하여 1 내지 10 중량부인
   나일론/보강 섬유 조성물.

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