KR20140064912A - 성형물의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하는 공정(방법)으로서,
(a) 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하고 그 섬유 구조물 둘레에 중합체 전구체 화합물을 주입하거나, 또는 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키고 그 포화된 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하는 단계로서, 여기서 중합체 전구체 화합물의 점도는 최대 2000 mPas인 것인 단계,
(b) 중합체를 생성하는 중합체 전구체 화합물을 중합하여, 성형물을 제조하는 단계,
(c) 중합 공정이 적어도 성형물이 필수적으로 치수상 안정할 정도로 진행되자마자 모울드로부터 성형물을 회수하는 단계
를 포함하는 방법에 관한 것이다.
(a) 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하고 그 섬유 구조물 둘레에 중합체 전구체 화합물을 주입하거나, 또는 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키고 그 포화된 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하는 단계로서, 여기서 중합체 전구체 화합물의 점도는 최대 2000 mPas인 것인 단계,
(b) 중합체를 생성하는 중합체 전구체 화합물을 중합하여, 성형물을 제조하는 단계,
(c) 중합 공정이 적어도 성형물이 필수적으로 치수상 안정할 정도로 진행되자마자 모울드로부터 성형물을 회수하는 단계
를 포함하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하는 공정(방법)에 관한 것이다.
섬유 강화 중합체는 고 강도를 지니고 금속의 중량보다 더 낮은 중량을 지닌 재료를 요구하는 분야에서 사용되고 있다. 특히, 섬유 강화 중합체는, 자동차의 매스를 감소시켜서 연료 소모를 감소시키기 위해서, 자동차 제조에서 점점 더 사용되고 있다.
섬유 강화 중합체를 제조하는 공지된 방법에서, 우선 섬유가 모울드 내로 삽입되고, 이어서 중합체가 그 섬유 둘레에 주입된다. 여기서 열경화성 물질을 제조하는데 있어서의 단점은 반제품(semifinished product)을 제조할 가능성이 전혀 존재하지 않는다는 점이다. 이 방법은 완제된 플라스틱 부품만을 제조할 수 있다. 주입 압력의 기능(function)으로서, 성형물을 제조하는데 있어서의 단점은 섬유 강화에 사용된 텍스타일이 유동 작용(flow effect)의 결과로서 변형 및 변위된다는 점이다.
섬유 강화 열경화성 물질과 함께 최근에 사용되는 다른 물질로는 유기패널(organopanel), 즉 텍스타일에 의해 또는 레이드 스크림(laid scrim)에 의해 강화되는 완전 고화된 연속 섬유-강화 열가소성 중합체로서 공지된 것들이 있다. 그 유기패널이 충분히 얇거나 융점 이상으로 가열된다면, 그 주입 성형 공정은 상기 유기패널을 통해 중합체를 주입하는데 이용될 수 있다.
특히, 주입 성형 공정이 부품을 제조하는데 이용될 때, 텍스타일을 통과하는 주입 중 큰 압력 손실의 보상을 허용하기 위해서, 고 주입 압력이 더욱이 필요하다. 마지막으로, 유동 작용을 통한 텍스타일의 변위는 텍스타일이 의도된 배향으로부터 벗어나는 것을 야기한다. 유기패널과 달리 완전 고화 형태로 꼭 존재할 필요가 없는 스틸 텍스타일 또는 스틸 코드(cord)가 사용될 때, 그 텍스타일은 모울드의 벽을 향해, 이어서 그 부품의 표면을 향해 변위될 수 있으며, 여기서 그것은 유동 작용을 통해 노출될 수 있거나 또는 변위될 수 있다. 여기서 특히 스틸 텍스타일의 경우에서의 단점은 노출된 스틸이 부식 문제점을 야기할 수 있다는 점이다. 스틸 텍스타일 위로 주입하는 동안, 중합체 물질에 의한 텍스타일의 완전 봉입을 얻기 위해서, 텍스타일의 두께보다 현저히 더 큰 최소 벽 두께를 갖는 것이 더욱이 필요하다. 이는 요구되는 재료의 양을 증가시키므로, 경량 구조물에 있어서의 섬유 강화 중합체의 용도에서의 단점을 유발한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조할 수 있고, 낮은 벽 두께를 지닌 성형물의 제조를 허용하며, 그리고 삽입된 텍스타일이 더욱이 제조 공정의 결과로서 변위되지 않은 공정(방법)을 제공하는 것이다. 그 공정은 또한, 특히 스틸 섬유가 사용될 때, 결과로 야기된 부식 문제점을 지닌 섬유의 노출을 피하도록 의도된 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 성형물의 제조를 위한 반제품을 제조하기 위한 공정을 제공하는 것이다.
그 목적은 하기 단계들을 포함하는, 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하기 위한 반제품을 제조하는 공정을 통해 달성된다:
(i) 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하고 그 섬유 구조물 둘레에 중합체 전구체 화합물을 주입하거나 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키는(saturating) 단계로서, 중합체 전구체 화합물의 점도는 최대 2000 mPas인 것인 단계,
(ii) 중합체 전구체 화합물을 동결하거나, 또는 임의로 중합체 전구체 화합물을 부분 중합하여 반제품을 얻는 단계.
이어서, 그 반제품으로부터, 그 동결 또는 부분 중합된 중합체 전구체 화합물의 반응을 완결함으로써, 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하는 것이 가능하다.
반제품의 제조에서의 이점은 전구체 제품이 모울드 내에서 보다 적은 시간으로 제조될 수 있다는 점이다. 이어서, 그 전구체 제품이, 반제품의 형성의 기능으로서, 필요에 따라 추가 가공될 수 있어서 상이한 성형물을 생성하게 된다. 그러므로, 예를 들면 완제된 성형물보다 인벤터리(inventory)에서 보다 적은 공간을 요구하는 평평한 반제품을 제조하는 것이 가능하다.
그러나, 또한 대안으로서, 반제품을 완제된 성형물의 형상으로 제조하며, 그리고 반제품의 안정한 형상을 제조하는 동결 공정 또는 부분 중합 공정 후에 모울드의 외부에서 중합을 완성하는 것도 가능하다. 이것은 역시 마찬가지로 모울드 내에서 보다 적은 시간을 결과로 유도할 수 있는데, 이는 반제품의 제조가 완전 중합된 성형물의 제조보다 모울드 내에서 보다 적은 시간을 필요로 하기 때문이다.
상기 목적은 하기 단계들을 포함하는, 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하기 위한 공정을 통해 달성되는 것이 바람직하다:
(a) 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하고 그 섬유 구조물 둘레에 중합체 전구체 화합물을 주입하거나, 또는 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키고 그 포화된 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하거나, 또는 반제품을 모울드 내로 삽입하는 단계로서, 여기서 중합체 전구체 화합물의 점도는 최대 2000 mPas인 것인 단계,
(b) 중합체를 생성하는 중합체 전구체 화합물을 중합하여 성형물을 제조하는 단계,
(c) 중합 공정이 적어도 성형물이 필수적으로 치수상 안정할 정도로 진행되자마자 모울드로부터 성형물을 회수하는 단계.
사용된 중합체 전구체 화합물의 점도가 최대 2000 mPas, 바람직하게는 최대 1000 mPas, 특히 5 내지 500 mPas의 범위 내에 있다면, 주입 공정을 저압으로, 반제품의 제조의 경우 및 성형물의 제조의 경우 둘 다에 있어서, 수행하는 것이 가능함으로써, 주입 절차의 결과로서 삽입된 섬유 구조물의 변형이 회피되거나 최소화된다. 이는 게다가 섬유 구조물의 두께보다 약간만 더 큰 두께를 지닌 성형물의 제조를 허용한다. 이는 보다 많은 물질의 절약을 허용하므로, 특히 경량 부품에 대하여 부과된 요건을 따르는 부품을 제조하는 것이 가능하다.
또 다른 이점은, 낮은 점도에 의해 그리고 단지 저압만을 이용하여 중합체 전구체 화합물을 주입할 수 있는 그 수반되는 가능성에 의해, 섬유 구조물의 완전 외피화(complete sheathing)가 달성되므로, 특히, 금속 섬유 구조물이 사용될 때 부품의 제조후 금속 섬유의 노출이 회피된다는 점이다. 따라서, 금속 부품의 부식 위험이 회피된다.
본 발명의 공정은 중합체 전구체 화합물이 동결되거나 부분 중합되는 경우인 완제된 성형물 및 반제품의 제조 뿐만 아니라 완전 중합된 중합체 매트릭스를 지닌 반제품의 형태인 성형물의 제조를 허용한다. 완전 중합된 중합체 매트릭스를 지닌 반제품이 제조될 때, 사용된 중합체 전구체 화합물은 반응하여 열가소성 중합체를 생성하는 것을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 열가소성 중합체로 제조되는 반제품의 이점은 그 반제품이 완제된 부품을 생성하는 가열을 통한 형성 공정으로 처리될 수 있다는 점이다.
추가로, 반제품의 제조와 함께, 또다른 가능성은 완제된 성형물의 제조이다. 완제된 성형물의 경우에서, 또한, 사용된 중합체 전구체 화합물은 반응하여 열경화성 중합체를 생성하는 것일 수도 있다.
성형물의 적당한 치수 안정성을 얻기 위해서, 섬유 구조물은 직물, 편물, 레이드 스크림, 연속 섬유로 제조된 단방향 또는 양방향 섬유 구조물이거나, 또는 그것은 무질서 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 섬유 구조물이 레이드 스크림이라면, 그 정렬은 평형 섬유들로 제조된 복수의 서브층으로 개별 섬유를 가질 수 있으며, 여기서 그 개별 서브층은 서로에 대하여 회전된 배향을 가질 수 있다. 여기서, 개별 서브층의 섬유는 서로에 대하여 30 내지 90°의 각도로 회전되는 것이 특히 바람직하다. 서로에 대하여 개별 서브층의 회전된 배향은 복수의 방향으로 성형물의 인장 강도를 증가시킨다. 단방향 배향은, 특히 섬유 배향의 방향으로, 인장 강도를 증가시킨다. 그 성형물로 제조된 부품의 압축 강도는 또한 섬유의 배향에 대하여 수직으로 증가하기도 한다.
섬유 구조물이 직물 또는 편물을 포함한다면, 역시 마찬가지로 섬유로 된 복수의 서브층을 제공하거나, 섬유로 된 단지 하나의 서브층을 제공하는 것이 가능하다. 직물의 경우에서, 표현 "복수의 서브층"은 복수의 직물이 서로의 정상 위에 정렬될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 또한 편물의 형태로 존재하는 섬유 구조물의 정렬에도 상응하게 적용된다.
성형물의 안정성을 증가시키는데 사용될 수 있는 적합한 섬유로는 특히 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 중합체 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber), 또는 다른 광물 섬유가 있다. 사용된 섬유들 중 적어도 일부는 금속 섬유인 것이 특히 바람직하다. 특히 적합한 금속 섬유는 철 금속을 기초로 한 섬유, 특히 스틸을 기초로 한 섬유이다.
하나의 특히 바람직한 실시양태에서, 섬유 구조물은 스틸 코드, 스틸 와이어, 또는 스틸 섬유를 포함한다. 여기서 섬유 구조물은 전적으로 스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유를 포함할 수 있거나, 또는 스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유 및 비금속 섬유, 특히 바람직하게는 탄소 섬유 또는 유리 섬유로 이루어진 혼합물을 포함할 수 있다.
스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유를 사용하는 이점은 특히 그것이 결과로 형성된 성형물의 고 인장 강도를 달성한다는 점이다. 특히 자동차 제조에 사용하기 위해, 스틸 코드를 사용하는 실질적인 이점은, 유리 섬유 또는 탄소 섬유에 의해 강화된 구조물이 그 일체성이 손상되는 상황에서, 그 부품 일체성이 충돌 또는 충격시 보장된다는 점이다.
강화를 위해, 금속 섬유와 탄소 섬유 또는 유리 섬유로 이루어진 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이 경우에, 예를 들어 개별 스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유를 탄소 섬유 또는 유리 섬유와 함께 제직하는 것이 가능하다. 대안으로서, 또한 상이한 섬유를 레이드 스크림의 형태로 모울드 내로 삽입하는 것도 가능하다. 여기서, 섬유는 교대로 삽입될 수 있거나, 또는 임의의 원하는 무작위 배분된 순서로 삽입될 수 있다. 또 다른 가능성은, 예를 들어 하나의 특정 물질로 제조된 섬유를 하나의 방향으로 그리고 또 다른 물질로 제조된 섬유를 상기 배향에 대하여 회전된 배향으로 삽입하는 것이다.
특히 스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유가 사용될 때, 이러한 섬유를 유리 섬유 또는 탄소 섬유와 함께 제직함으로써 직물을 제조하는 것이 바람직하다. 이어서, 성형물의 균일한 강화가, 예를 들어 개별 직물을 서로에 대하여 회전되게 복수의 서브층으로 정렬함으로써, 달성될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 서로에 대하여 90°로 회전된 2개의 서브층을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 대안으로서, 임의의 원하는 다른 각도를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 2개 초과의 서브층을 사용하는 것도 가능하다.
성능 장애(failure performance)이 개선된 성형물은, 금속 섬유를, 예를 들어 스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유의 형태로 또 다른 물질로 제조된 섬유, 예를 들면 탄소 섬유 또는 유리 섬유와 함께 사용함으로써, 제조할 수 있다. 예를 들어, 섬유 구조물 둘레에 주입되거나 또는 그 섬유 구조물을 포화시키는 중합체 전구체 화합물을 사용하는 것은, 결과로 형성된 성형물이, 그 구조물이 기계적 응력에 처하게 된 후에, 균열을 통한 장애에 저항하는 시간을 증가시킬 수 있다. 이로써, 그 성형물은 장애 없이 보다 큰 하중을 흡수할 수 있다. 또 다른 가능성은, 예를 들어 탄소 섬유 강화에 의해 제공된 특성 뿐만 아니라 금속의 거동과 유사한 변형 거동을 갖는 열가소성 중합체 부품을 제조하는 것이다.
중합체 전구체 화합물로는, 제조하고자 하는 중합체의 기능으로서, 예를 들면 카프로락탐, 라우로락탐, 시클로부틸렌 테레프틸레이트, 또는 환형 폴리부틸렌 테레프탈레이트가 있다. 또한, 반응하여 폴리메틸렌 메타크리렐이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 또는 폴리아미드를 생성하는 중합체 전구체 화합물을 사용하는 것도 가능하다. 여기서, 중합체 전구체 화합물은 중합하고자 하는 중합체의 단량체 또는 올리고머일 수 있다. 여기서, 유일한 필수적인 고려사항은 중합체 전구체 화합물의 점도가 2000 mPas 이하로 유지된다는 점이다. 중합체 전구체 화합물의 점도는 5 내지 500 mPas의 범위 내에 있는 것이 특히 바람직하고, 5 내지 100 mPas의 범위 내에 있는 것이 매우 특히 바람직하다.
카프로락탐이 중합체 전구체 화합물로서 사용된다면, 섬유 구조물을 포화시키고/시키거나 그 섬유 구조물 둘레에 주입하는 동안 중합체 전구체 화합물의 온도는 100 내지 120℃의 범위 내에, 바람직하게는 105 내지 115℃의 범위 내에 있다. 중합체 전구체 화합물의 적당한 온도는 일반적으로 섬유 구조물의 균일한 습윤을 달성하기에 충분히 낮은 점도를 부여한다. 이러한 경우에, 중합체 전구체 화합물이 주입되거나, 성형물이 내부에서 최종 형상화되는 모울드의 온도는 140 내지 180℃의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 150 내지 160℃의 범위 내에 있는 것이 특히 바람직하다.
시클로부틸렌 테레프탈레이트가 중합체 전구체 화합물로서 사용된다면, 모울드가 가열되는 온도는 180 내지 200℃의 범위에 있는 것이 바람직하다. 나일론-12를 제조하기 위한 중합체 전구체 화합물이 사용된다면, 성형물은 180 내지 240℃의 범위 내에 있는 온도로 가열되는 것이 바람직하고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 제조하기 위한 중합체 전구체 화합물이 사용된다면, 성형물은 250 내지 325℃의 범위 내에 있는 온도로 가열되는 것이 바람직하며, 폴리카르보네이트를 제조하기 위한 중합체 전구체 화합물이 사용된다면, 성형물은 240 내지 280℃의 범위에 있는 온도로 가열되는 것이 바람직하고, 폴리에틸렌 설폰을 제조하기 위한 중합체 전구체 화합물이 사용된다면, 성형물은 300℃ 부근의 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
섬유 구조물 둘레에 주입되거나 그 섬유 구조물을 포화시키는 중합체 전구체 화합물을 사용하는 것은 섬유 구조물의 균일한 완전 습윤을 달성하므로, 용융된 중합체가 섬유 구조물 둘레에 주입되는 종래의 공정에서 얻어지는 것들에 비하여 개선된 강도 특성을 지닌 부품의 제조를 허용하게 된다. 중합체 전구체 화합물을 사용하는 것의 구체적인 달성은 사용된 섬유 구조물이 중합체 전구체 화합물에 의해 그리고 반웅 후 그 중합체에 의해 완전 습윤되도록 이루어진다.
중합체의 특성을 조절하기 위해서, 게다가, 중합체 전구체 화합물은 또한 공중합체를 생성하는 공단량체 또는 첨가제도 포함한다. 일반적으로 사용된 첨가제의 예로는 경화제, 가교제, 가소제, 촉매, 충격 조절제, 접착 증진제, 충전제, 이형제, 다른 중합체와의 블렌드, 안정화제, 또는 상기 성분들 중 2 이상으로 된 혼합물이 있다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 중합체의 특성을 조정하는데 사용될 수 있는 공단량체 또는 첨가제를 인지할 수 있을 것이다.
본 발명의 공정에 의해 치수상 안정한 성형물을 얻기 위해서, 성형물은 오직 완전 중합 후에만 모울드로부터 회수되는 것이 바람직하다. 완전 중합 후에, 성형물은 치수상 안정하므로, 이형 동안, 손상, 특히 변형되는 잔존 위험이 존재하지 않는다.
섬유 구조물의 완전 습윤을 얻기 위해서, 반제품의 제조의 경우, 단계 (a) 및 단계 (i) 각각에서 삽입 공정 및 주입 공정 전에 그 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키는 것이 가능하다. 중합체 전구체 화합물에 의한 섬유 구조물의 포화는 후속 형상화 공정과는 무관하게 완전 습윤을 달성한다. 단계 (a) 및 단계 (i) 각각에서 주입 공정 동안, 중합체 전구체 화합물에 의한 섬유 구조물의 포화를 통해 달성된 또 다른 결과는 섬유 구조물 둘레에 주입되는 중합체 전구체 화합물의 보다 우수한 접착성이다.
특히, 단계 (a) 및 단계 (i) 각각에서, 삽입 공정 및 주입 공정 전에, 섬유 구조물이 중합체 전구체 화합물에 의해 포화된다면, 포화 공정 및 주입 공정에 상이한 중합체 전구체 화합물을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 경우에 일반적인 요건에 의하면, 섬유 구조물을 포화시키는데 사용되는 중합체 전구체 화합물은 우선 완전 경화되어야 하고, 다음 단계에서, 이미 포화되어 완전 경화되어 있는 섬유 구조물은 다음 중합체 전구체 화합물이 그 구조물 둘레에 주입될 수 있도록 모울드 내로 삽입되어야 한다. 대안으로서, 또 다른 가능성은, 동결되거나 부분 중합된 중합체 전구체 화합물을 지닌 반제품을 취하고, 이어서 그 동일 반제품 둘레에 또 다른 중합체 전구체 화합물을 주입하여 성형물을 제조하는 것이다.
섬유 구조물 상의 중합체의 개선된 접착성을 얻기 위해서, 게다가, 단계 (a) 내지 단계 (i) 각각에서 주입 공정 또는 포화 공정 전에 섬유 구조물을 프라이머로 전처리하는 것도 가능하다. 여기서, 그 프라이머는, 예를 들어 또한 섬유 구조물과 중합체 간의 접착 증진제로서도 작용할 수 있다. 그 프라이머에 적합한 물질의 예로는 용해성 폴리아미드가 있다. 이것이 용액 형태로 도포되고 나서 용매가 제거된다. 본 발명의 공정이 섬유 강화 폴리아미드로 제조된 성형물을 제조하도록 의도될 때 용해성 폴리아미드가 특히 적합하다.
그 의도가 우선 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키는 것이라면, 섬유 구조물이 성형물을 제조하기 위한 모울드 내로 삽입되기 전에, 중합체 전구체 화합물 내에 포함된 단량체는 포화 공정 후에 그리고 중합체 전구체 화합물에 의해 포화된 섬유 구조물의 삽입 전에 적어도 어느 정도로 중합되는 것이 특히 유리하다. 이는, 특히 섬유 구조물을 포화시키는 데 사용되고 완전 경화를 수행하지 않은 단량체의 가능한 만출 및 탈출을 피하면서, 반제품을 생성한다. 섬유 구조물을 포화시키는데 사용된 중합체 전구체 화합물의 전체 양은 섬유 구조물 내에 잔류되어 부품의 형상화에 사용된다. 이는 포화 공정에 의해 섬유 구조물의 균일한 완전 습윤을 보장한다. 섬유 구조물의 형상 및 성질을 다양하게 하고/하거나, 중합체 전구체 화합물이 충전되는 방식을 다양하게 함으로써 섬유 함량에서 또는 조합에서의 국소적인 차이를 달성하는 것이 가능하다.
섬유 강화 중합체로 제조되는, 본 발명의 공정에 의해 제조된 성형물은 자동차에서의, 구조적 부품, 벌크헤드, 플로어 어셈블리, 베터리 홀더, 사이드 충격 부재, 범퍼 시스템, 구조적 인서트, 또는 컬럼 보강재(column reiforcement)인 것이 특히 바람직하다. 그 섬유 강화 중합체는 또한 사이드 월, 구조적 휠 서라운드, 장축 부재(longitudinal member) 또는 상부 장축 부재, 또는 자동차 차체의 임의의 원하는 다른 부품을 제조하는 데에도 적합하다.
본 발명의 공정을 통해 제조된 부품의 구체적인 특색은, 예를 들어 기계적 응력 후에, 예컨대 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 포함하는 자동차와 관련되는 사고 후에, 부품의 일체성의 보다 우수한 보유성이다. 균열이 발생할 때, 부품의 내부 일체성이 보유되고, 부품의 전체 일체성이 보유된다. 미강화되거나 약간 강화된 폴리아미드를 스틸 코드와 배합함으로써 플라스틱 변형이 가능하게 될 수 있다. 균열(fracture) 없는 부품의 플라스틱 변형의 또 다른 이점은 손상을 야기할 수 있는 예리한 엣지 형성된 균열(sharp-edged fracture)의 생성이 존재하지 않는다는 점이다.
특히, 본 발명이 공정은 종래의 섬유 강화 중합체의 특성, 특히 그 중합체의 압축 강도 및 인장 강도를 가질 뿐만 아니라 금속 부품의 것과 유사한 변형 성능도 갖는 부품의 제조를 허용한다. 금속 부품의 것과 유사한 변형 성능은 금속 섬유, 특히 스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유의 사용을 통해 특히 달성된다.
고 품질 표면을 지닌 성형물을 얻기 위해서, 그 성형물에는 인-모울드 코팅으로서 공지된 것이 제공될 수 있다. 이를 위해서, 부품의 표면 코팅은 그 모울드 내에서 직접 생성된다. 종래의 코팅 공정과 달리, 그것은 성형물 상의 코팅 물질의 수한 접착성을 제공하므로, 그 달성된 코팅은 매우 높은 품질을 갖는다.
본 발명의 공정은 자동차 부품을 제조하기에 적합할 뿐만 아니라 하우징, 예를 들면 석재 분쇄기용 하우징을 제조하거나, 보호 케이지를 제조하거나, 회전 기기용 및 분쇄 기기용 하우징을 제조하기에도 적합하다. 또한, 본 발명의 공정은 임의의 원하는 다른 성형물, 예를 들면 휴대용 다비이스를 위한 하우징을 제조할 수도 있다. 여기서, 본 발명의 공정은 기계적 응력, 예를 들면 낙하에 의해 야기된 기계적 응력이 임의의 지지 하우징의 임의 부분의 파괴를 유발하지 않는다는 점에서 특히 유리하다.
실시예
스틸 섬유 및 탄소 섬유로 제조된 편성 직물은 성형을 제조하기 위한 모울드 내로 삽입한다. 모울드를 닫은 후, 카프로락탐을 중합체 전구체 화합물로서 112℃의 온도에서 모울드 내로 주입한다. 그 모울드를 115℃의 온도로 가열한다. 그 모울드의 가열은 카프로락탐을 경화하여 상응하는 폴리아미드를 생성한다. 주입 온도에서 카프로락탐의 점도는 5 mPas이다.
2 내지 3 분의 시간 후에, 카프락탐은 성형물이 그 모울드로부터 제거될 수 있을 정도로 그 반응을 완결하게 된다.
성형물이 제조되는 폴리아미드는 유리 전이 온도가 60℃이고, 그 융점이 220℃이다. 탄성 계수는 3400 mPas이고, 파단시 인장 변형율은 20%이다.
이러한 방식으로 제조된 성형물의 구체적인 특색은 중합체에 의해 외피화된 섬유 구조물이 중합체에 의해 완전 피복되고, 섬유 구조물의 노출된 부분이 존재하지 않다는 점이다. 또한, 성형물 내에서 섬유 구조물의 변위가 존재하지 않는 것도 발견되었다.
성형물의 총 부피를 기준으로, 섬유의 비율은 70 부피% 이하이다.
Claims (17)
- 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하기 위한 반제품(semifinished product)을 제조하는 방법으로서,
(i) 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하고 그 섬유 구조물 둘레에 중합체 전구체 화합물을 주입하거나 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키는(saturating) 단계로서, 중합체 전구체 화합물의 점도는 최대 2000 mPas인 것인 단계,
(ii) 중합체 전구체 화합물을 동결하거나 중합체 전구체 화합물을 부분 중합하여 반제품을 얻는 단계
를 포함하는 방법. - 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하는 방법으로서,
제1항에 따라 제조된 반제품의 중합체 전구체 화합물을 동결 공정 또는 부분 중합 공정 후에 반응 완결하여 중합체를 얻는 방법. - 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물을 제조하는 방법으로서,
(a) 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하고 그 섬유 구조물 둘레에 중합체 전구체 화합물을 주입하거나, 또는 섬유 구조물을 중합체 전구체 화합물로 포화시키고 그 포화된 섬유 구조물을 모울드 내로 삽입하거나, 또는 반제품을 모울드 내로 삽입하는 단계로서, 여기서 중합체 전구체 화합물의 점도는 최대 2000 mPas인 것인 단계,
(b) 중합체를 생성하는 중합체 전구체 화합물을 중합하여, 성형물을 제조하는 단계,
(c) 중합 공정이 적어도 성형물이 필수적으로 치수상 안정할 정도로 진행되자마자 모울드로부터 성형물을 회수하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 구조물은 직물, 편물, 레이드 스크림(laid scrim), 또는 연속 섬유로 제조된 단방향 또는 양방향 섬유 구조물이거나, 또는 불규칙 섬유를 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 구조물에 사용된 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 중합체 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber), 또는 광물 섬유를 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 구조물은 스틸 코드(cord), 스틸 와이어, 또는 스틸 섬유를 포함하는 것인 방법.
- 제6항에 있어서, 섬유 구조물은 스틸 코드, 스틸 와이어 또는 스틸 섬유, 및 탄소 섬유 또는 유리 섬유로 제조된 직물 또는 편물인 것인 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 중합체 전구체 화합물은 카프로락탐, 라우로락탐, 시클로부틸렌 테레프탈레이트 또는 환형 폴리부틸렌 테레프텔레이트를 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 중합체 전구체 화합물은 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 또는 폴리아미드를 제조하기 위한 단량체 또는 올리고머를 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 중합체 전구체 화합물은 공중합체를 제조하기 위한 공단량체, 경화제, 가교제, 가소제, 촉매, 충격 조절제, 접착 증진제, 충전제, 이형제, 다른 중합체와의 블렌드, 안정화제, 또는 상기 성분들 중 2 이상으로 된 혼합물을 더 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 성형물은 완전 중합 후에 모울드로부터 회수되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 (a)에서 삽입 및 주입 공정 전에, 섬유 구조물은 중합체 전구체 화합물에 의해 포화되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 함량에서 또는 조합에서의 국소적인 차이는 섬유 구조물의 형상 및 성질을 다양하게 하고/하거나, 중합체 전구체 화합물이 충전되는 방식을 다양하게 함으로써 달성되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 구조물은 단계 (a)에서 주입 공정 또는 포화 공정 전에 프라이머에 의해 전처리되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 중합체 전구체 화합물 중에 포함된 단량체는 포화 공정 후에 그리고 중합체 전구체 화합물에 의해 포화된 섬유 구조물의 삽입 전에 적어도 어느 정도로 중합되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물은 자동차의, 구조적 부품, 벌크헤드, 플로어 어셈블리, 배터리 홀더, 사이드 충격 부재, 범퍼 시스템, 구조적 인서트, 컬럼 보강재(column reiforcement), 사이드 월, 구조적 휠 서라운드, 장축 부재(longitudinal member), 또는 상부 장축 부재인 것인 방법.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 강화 중합체로 제조된 성형물은 석재 분쇄기용 하우징이거나, 또는 회전 기기용 또는 분쇄 기기용 보호 케이지 또는 하우징이거나, 또는 휴대 장치용 하우징인 것인 방법.
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