KR20140126575A - Resin composition for injection molding - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사출성형용 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파노라마 선루프 프레임 등에 적용되는 스틸 또는 유리섬유 강화 복합재료를 대체할 수 있는 탄소섬유 강화 사출성형용 수지 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a resin composition for injection molding, and more particularly, to a resin composition for carbon fiber reinforced injection molding which can replace a steel or glass fiber reinforced composite material applied to a panorama sunroof frame or the like.
현재 파노라마 선루프 프레임 등과 같은 차체구조용 부품에는 스틸 소재 또는 유리섬유 강화 복합소재를 사용하고 있다.Currently, steel or glass-fiber reinforced composite materials are used for structural parts such as panorama sunroof frames.
상기 스틸 소재는 치수 안정성 측면에서 유리한 장점이 있으나, 중량이 크고 복잡한 형상을 구현하는 경우에는 개별적인 금형을 이용한 프레스 성형 공정을 거쳐 각 부품을 성형하고 이를 접합하기 위해 용접 공정을 거치게 되므로 시간과 비용 측면에서 비효율적인 문제가 있다.The steel material is advantageous from the viewpoint of dimensional stability. However, when a large and complex shape is realized, it is subjected to a welding process in order to form each part through a press molding process using individual molds and to join them, There is an inefficient problem.
또한, 상기 유리섬유 강화 복합소재는 자동차 구조용 부픔 등에 적용 시에 상기 스틸 소재 대비 부품 수가 축소되고 경량화 효과를 기대할 수 있으나, 성형 후 변형 문제가 자주 발생하여 치수 육성에 많은 시간이 소요되며, 천정 강도 측면에서도 다소 불리할 뿐만 아니라 경량화 효과를 높이는데 한계가 있어 통상 최대 30 % 이상의 경량화 효과를 기대하기는 어렵다.In addition, the glass fiber reinforced composite material can be expected to have a reduced number of parts and a lighter weight in comparison with the steel material when applied to an automobile structural bug, etc. However, since deformation problems often occur after molding, And it is difficult to expect a weight saving effect of 30% or more in general.
최근 들어, 경량화 및 고강도를 동시에 만족시키기 위해 탄소섬유를 강화제로 사용하는 경향이 있다. 예를 들어, 한국공개특허 제2010-0075227호에서는 섬유상의 무기 강화제로 탄소섬유를 사용하는 수지 조성물이 개시되어 있다. 다만, 상기 수지 조성물은 열전도성에 초점을 두어 전도성 충진제를 중심으로 발명한 것이며, 실시예에서는 무기 강화제로서 유리 단섬유를 사용한 조성물에 대한 결과만이 개시되어 있다.In recent years, carbon fiber tends to be used as a reinforcing agent in order to satisfy light weight and high strength at the same time. For example, Korean Patent Publication No. 2010-0075227 discloses a resin composition using carbon fibers as an inorganic reinforcing agent in a fibrous form. However, the resin composition is mainly based on a conductive filler with a focus on thermal conductivity. In the examples, only a result of using a glass short fiber as an inorganic reinforcing agent is disclosed.
또한, 일본공개특허 제2011-213797호에서는 복합재의 주요 특성 중 하나인 섬유 방향에 따른 물성 차이를 해결하기 위하여 탄소섬유와 탄소미세섬유를 혼합한 스탬핑 성형용 복합재가 개시되어 있으나, 상기 복합재는 압축성형을 위한 소재이며 본 발명이 의도하는 사출성형에는 적용하기 어렵다.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-213797 discloses a composite material for stamping molding in which carbon fiber and carbon microfine fibers are mixed to solve the difference in physical properties depending on the fiber direction, which is one of the main characteristics of the composite material. However, It is a material for molding and is difficult to apply to the injection molding contemplated by the present invention.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 사출성형에 적용되며 일반적인 유리섬유 강화 복합재료 대신 탄소 장섬유를 사용함으로써 고강도와 경량화 효과를 동시에 달성할 수 있는 사출성형용 수지 조성물 및 이의 제조방법을 제공하고자 함에 있다.
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a resin composition for injection molding which can simultaneously achieve high strength and light weight by using carbon fiber instead of general glass fiber reinforced composite material, In order to solve the problem.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 사출성형용 수지 조성물은 폴리아마이드계 및 폴리프로필렌계 블랜드 수지; 및 탄소 장섬유를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 탄소 장섬유의 길이는 5 ~ 10mm 이며, 전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 10~30 중량부인 것이 바람직하다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a resin composition for injection molding comprising a polyamide-based and polypropylene-based blend resin; And carbon fibers. The length of the carbon fibers is 5 to 10 mm, and preferably 10 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the total resin composition.
또한, 상기 폴리아마이드계 및 폴리프로필렌계 블랜드 수지는 전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 폴리아마이드계 수지 50~70 중량부 및 폴리프로필렌계 수지 10~20 중량부를 조합하여 생성된 것이 바람직하다.The polyamide-based and polypropylene-based blend resin is preferably produced by combining 50 to 70 parts by weight of a polyamide resin and 10 to 20 parts by weight of a polypropylene resin with respect to 100 parts by weight of the total resin composition.
한편, 위와 같은 수지 조성물은 비극성인 PP계 수지와 극성인 PA계 수지를 블랜드하기 위해 반응성기를 가지는 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌(MA-g-PP)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
On the other hand, it is preferable that the resin composition as described above further comprises polypropylene (MA-g-PP) in which maleic anhydride grafted with a reactive group is grafted to blend a non-polar PP-based resin and a polar PA-based resin.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명은 종래 유리섬유 강화 복합재 대비 기계적 물성이 약 30% 이상 향상되어 부품 강성 및 후변형 측면에서 유리하며, 비중이 낮아 20~40%의 추가 경량화 효과를 얻을 수 있다.The present invention having the above-described structure is improved in mechanical properties compared to the conventional glass fiber reinforced composite material by about 30%, which is advantageous in terms of part stiffness and post-distortion, and the light weight can be reduced to 20 to 40%.
또한, 주변 부품과의 접합에 있어, 기존 일액형 접착제를 그대로 사용하는 경우 종래 유리섬유 강화 복합재와 동등 수준의 접착강도를 나타내는 효과가 있다.In addition, when the existing one-part type adhesive is used as it is in the bonding with peripheral components, there is an effect of exhibiting an adhesive strength equivalent to that of a conventional glass fiber reinforced composite material.
뿐만 아니라, 일체화 성형에 따른 공정비용 감소로 스틸 부품과 동등한 수준의 원가 경쟁력을 나타내는 장점이 있다.
In addition, it has the advantage of showing cost competitiveness equal to that of steel parts due to the reduction of process cost due to integrated molding.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일 관점에서, 본 발명은 사출성형용 수지 조성물에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a resin composition for injection molding.
보다 상세하게 본 발명에 의한 사출성형용 수지 조성물은,More specifically, the resin composition for injection molding according to the present invention,
폴리아마이드계(PA계) 및 폴리프로필렌계(PP계) 블랜드 수지; 및Polyamide-based (PA-based) and polypropylene-based (PP-based) blend resins; And
탄소 장섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는바, 이하에서 상세하게 살펴본다.
Carbon fiber, and is described in detail below.
(1) PA/PP 블랜드 수지(1) PA / PP blend resin
상기 폴리아마이드계(이하 PA계) 및 폴리프로필렌계(이하 PP계) 블랜드 수지는 본 발명의 매트릭스 수지로서 기계적 물성, 비중, 가공성 및 접착성 등을 동시에 고려한 것이다. The polyamide-based (hereinafter referred to as PA-based) and polypropylene-based (hereinafter referred to as PP-based) blend resins are considered simultaneously as mechanical properties, specific gravity, workability and adhesiveness as the matrix resin of the present invention.
즉, 가격, 비중 및 가공성 측면에서는 올레핀계 수지가 가장 유리하나 비극성 수지인 관계로 탄소 섬유와의 계면 특성 측면에서 불리하고, 유리나 스틸 부품과의 접합시 이용되는 접착제 사용 시에 플라즈마 처리와 같은 전처리가 필요하여 추가적인 비용 상승을 야기하므로, 본 발명에서는 수지의 주성분으로 극성기를 가지면서 기계적 물성이 우수하여 자동차 부품에 널리 사용되는 폴리아마이드계(PA) 수지를 사용하되, 원가 및 비중 증가를 최소화하기 위하여 폴리프로필렌계(PP) 수지를 적절히 블랜드하되, 전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 폴리아마이드계 수지 50~70 중량부 및 상기 폴리프로필렌계 수지 10~20 중량부를 조합하여 브랜드된 것이 바람직하다.
In other words, the olefin resin is the most favorable in terms of price, specific gravity and processability, but it is disadvantageous in terms of the interfacial property with the carbon fiber because it is the most favorable resin but the nonpolar resin. When using the adhesive used for bonding with glass or steel parts, (PA) resin widely used in automobile parts because it has a polar group as a main component of the resin and has excellent mechanical properties. However, in order to minimize the increase in cost and specific gravity (PP) resin is appropriately blended, preferably 50 to 70 parts by weight of the polyamide resin and 10 to 20 parts by weight of the polypropylene resin are combined to 100 parts by weight of the total resin composition .
(2) 탄소 장섬유(2) Carbon fiber
탄소 섬유(carbon fiber)는 유기 고섬유를 불활성기체 속에서 적당한 온도로 열처리하여 탄화 및 결정화시킨 섬유를 의미하는데, 주로 아크릴(폴리아크리로니트릴)섬유, 피치 섬유 및 액정 피치섬유로부터 생산되고 있다. Carbon fiber refers to a fiber obtained by carbonizing and crystallizing an organic high-fiber in an inert gas by heating at an appropriate temperature, and is mainly produced from acrylic (polyacrylonitrile) fiber, pitch fiber and liquid crystal pitch fiber.
본 발명의 수지 조성물은 압축성형이 아닌 사출성형용 소재로서 사용되기에, 본 발명에서 사용되는 탄소 섬유는 사출성형에 적합한 5 ~ 10mm 길이, 보다 바람직하게 7 mm의 탄소 장섬유인 것이 바람직하여, 기계적 물성 향상을 위해 전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 10~30 중량부인 것이 바람직하다.
Since the resin composition of the present invention is used as a material for injection molding, not compression molding, it is preferable that the carbon fiber used in the present invention is a carbon fiber having a length of 5 to 10 mm, more preferably 7 mm, suitable for injection molding, It is preferably 10 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total resin composition for improving mechanical properties.
(3) MA-g-PP(3) MA-g-PP
무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌(Maleic anhydride grafted PP, 이하 MA-g-PP)은 비극성인 PP계 수지와 극성인 PA계 수지를 블랜드하기 위해서 반응성기를 가지는 무수말레인산을 PP에 도입한 것으로, PP/PA계 고분자의 블랜드 및 PP/탄소섬유의 복합소재에 있어서 계면과 계면 사이의 물리적 결합 외에 화학적 결합을 향상시키고 기계적 특성 및 열적 특성을 향상시키며, 전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여 1~10, 바람직하게 5 중량부인 것이 바람직하다.
Maleic anhydride grafted PP (hereinafter referred to as MA-g-PP) in which maleic anhydride grafted is obtained by introducing maleic anhydride having reactive groups into PP to blend a non-polar PP-based resin and a polar PA- / PA based polymer blend and PP / carbon fiber composite material, it is possible to improve the chemical bonding as well as the physical bonding between the interface and the interface and improve the mechanical and thermal properties, And preferably 5 parts by weight.
상기 구성을 가진 복합재료는 자동차용 구조용 부품에 이용되는 금속재료를 대체할 수 있다. The composite material having the above-described structure can replace the metal material used for structural parts for automobiles.
종래에는 금속 재료를 대체하기 위해 용융된 열가소성 수지를 유리 장섬유에 함침시키고 인발 공정을 거쳐 복합재를 만든 다음, 일정 길이로 절단하여 펠렛화하였다. 이렇게 제조된 복합소재는 일반적인 또는 개조된 사출 성형기를 통해 금형 내로 주입되어 원하는 형상의 부품으로 성형 및 제조되며, 성형 조건은 수지의 용융 온도와 흐름 특성에 따라 정해진다.Heretofore, in order to replace a metal material, a molten thermoplastic resin was impregnated into glass long fibers, a composite material was formed through a drawing process, and then cut into a predetermined length and pelletized. The composite material thus produced is injected into a mold through a general or modified injection molding machine to be molded and manufactured into parts of a desired shape, and the molding conditions are determined according to the melt temperature and flow characteristics of the resin.
이러한 장섬유 강화 복합재는 일반적인 단섬유 강화 사출소재에 비해 부품 내 잔존 섬유 길이가 10~20배 이상 길기 때문에 강도 및 충격강도 등 기계적 물성이 우수한 장점이 있으나, 자동차 구조용 부품에 적용되는 경우 유리섬유 강화 복합소재만으로는 기계적 물성을 만족하면서 동시에 높은 수준의 경량화 효과를 기대하기에는 한계가 있다. 특히 파노라마 선루프 프레임과 같이 개구부가 큰 부품의 경우 성형 후 변형이 발생하기 용이한 문제도 있었다.Such a long fiber-reinforced composite material is advantageous in mechanical properties such as strength and impact strength because the remaining fiber length in the parts is 10 to 20 times longer than general short fiber reinforced injection materials. However, when applied to automobile structural parts, Composite materials alone are not sufficient to satisfy mechanical properties and to achieve a high level of weight saving effect. Particularly, in the case of a component having a large opening such as a panoramic sunroof frame, there is a problem that deformation easily occurs after molding.
위와 달리, 본 발명에 의한 수지 조성물은 블랜드 수지와 보강재인 탄소섬유를 동시에 펄트루전 공법으로 가공하여 5~10 mm 길이로 펠렛화하여 제조함에 따라 우수한 강도, 강성, 외관품질, 충동성늘, 주변 부품과의 접합성 및 성형 후 변형의 최소화 등 다양한 부품 요구 특성을 만족하면서 원가 상승을 최소화하고 중량절감을 극대화할 수 있는바, 이하 실시예를 통해 상기 효과에 대해 알아본다.
Unlike the above, the resin composition according to the present invention is produced by blending a blend resin and a carbon fiber as a reinforcing material at the same time with a pultrusion method to form a pellet having a length of 5 to 10 mm. As a result, excellent strength, rigidity, appearance quality, It is possible to minimize cost rise and maximize weight saving while satisfying various component requirement characteristics such as bonding with parts and minimization of deformation after molding. Hereinafter, the effects will be described through examples.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.
상기 표 1은 비교예 1 ~ 5에 대한 각 성분의 조성을 나타낸 것이다.Table 1 shows the composition of each component for Comparative Examples 1 to 5.
(1) 비교예 1(1) Comparative Example 1
이축 압출기를 사용하여 현재 파노라마 루프 프레임에 사용되는 PBT/ASA-GF30 소재를 제조하였다.A twin-screw extruder was used to fabricate the PBT / ASA-GF30 material currently used for the panoramic roof frame.
(2) 비교예 2~3(2) Comparative Examples 2 to 3
전용 설비를 사용하여 PP 수지에 탄소섬유의 함량을 달리하면서 함침시켜 약 7mm 길이의 장섬유 사출소재를 제조하였다.Using a special equipment, the PP resin was impregnated with carbon fiber in different contents to produce a long fiber extruded material having a length of about 7 mm.
(3) 비교예 4~5(3) Comparative Examples 4 to 5
전용 설비를 사용하여 PA6 수지에 탄소섬유의 함량을 달리하면서 함침시켜 약 7mm 길이의 장섬유 사출소재를 제조하였다.
The length of the extruded material was about 7 mm by impregnating PA6 resin with varying carbon fiber content using a special equipment.
상기 표 2는 실시예 1 ~ 6에 대한 각 성분의 조성을 나타낸 것이다.Table 2 shows the composition of each component for Examples 1 to 6.
(1) 실시예 1~3(1) Examples 1 to 3
전용 설비를 사용하여 탄소섬유 20 중량부 기준으로 PA6 수지와 PP 수지의 함량을 달리하면서 함침시켜 약 7mm 길이의 장섬유 사출소재를 제조하였다.Using a special equipment, a long fiber extruded material having a length of about 7 mm was prepared by impregnating the PA 6 resin and the PP resin with 20 wt.
(2) 실시예 4~6(2) Examples 4 to 6
전용 설비를 사용하여 탄소섬유 30 중량부 기준으로 PA6 수지와 PP 수지의 함량을 달리하면서 함침시켜 약 7mm 길이의 장섬유 사출소재를 제조하였다.
Using a special equipment, a long fiber extruded material having a length of about 7 mm was prepared by impregnating the PA6 resin and the PP resin in different amounts based on 30 parts by weight of carbon fiber.
상기 표 3 및 표 4는 상기 비교예 1~5 및 실시예 1~6에 따른 사출소재를 이용한 시험편의 물성 및 접착강도를 측정하여 비교한 것이다.Tables 3 and 4 are obtained by comparing the physical properties and adhesive strength of the test pieces using the injection materials according to Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 6.
측정 결과, 본 발명에 의한 수지 조성물의 접착강도는 40 MPa 로 종래 파노라마 루프 프레임에 사용되는 유리섬유강화 PBT/ASA-GF30 소재와 비교하여 동등한 결과를 얻었으며, 강도 등의 물성이나 성형 후 변형 특성 역시 우수한 것을 확인하였다.As a result of the measurement, the adhesive strength of the resin composition according to the present invention was 40 MPa, which was equivalent to that of the glass fiber-reinforced PBT / ASA-GF30 material used in the conventional panorama roof frame. Also confirmed that it is excellent.
특히, 종래 파노라마 루프 프레임에 사용되는 유리섬유강화 PBT/ASA-GF30 소재의 비중이 1.43 인 것과 비교하여 본 발명에 의한 수지 조성물의 비중은 1.12 ~ 1.20 으로 비중이 크게 감소된 것을 확인할 수 있었는바, 본 발명이 의도한 높은 수준의 중량 절감을 달성하면서 다양한 부품 요구 특성을 만족시킬 수 있음을 시사한다.
Particularly, it was confirmed that the specific gravity of the resin composition according to the present invention was 1.12 to 1.20 as compared with the specific gravity of the glass fiber-reinforced PBT / ASA-GF30 material used in the conventional panorama loop frame was 1.43, Suggesting that the present invention can meet various component requirements while achieving the intended high level of weight savings.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, This is possible. Accordingly, it is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto, and that all equivalent or equivalent variations thereof fall within the scope of the present invention.
Claims (5)
탄소 장섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 수지 조성물.
Polyamide-based and polypropylene-based blend resins; And
Wherein the resin composition comprises carbon fiber.
상기 탄소 장섬유의 길이는 5 ~ 10mm 인 것을 특징으로 하는 사출성형용 수지 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the length of the carbon fibers is 5 to 10 mm.
상기 탄소 장섬유는 전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 10~30 중량부인 것을 특징으로 하는 사출성형용 수지 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon fiber is 10 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the total resin composition.
전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 폴리아마이드계 및 폴리프로필렌계 블랜드 수지는 폴리아마이드계 수지 50~70 중량부 및 폴리프로필렌계 수지 10~20 중량부를 조합하여 생성된 것을 특징으로 하는 사출성형용 수지 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the polyamide-based or polypropylene-based blend resin is produced by combining 50 to 70 parts by weight of a polyamide resin and 10 to 20 parts by weight of a polypropylene resin with respect to 100 parts by weight of the total resin composition Resin composition.
상기 수지 조성물은 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌(MA-g-PP)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 수지 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the resin composition further comprises polypropylene (MA-g-PP) in which maleic anhydride is grafted.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |