KR20150126517A - 고속 건식 함침용 미세 입자, 이를 포함하는 열가소성 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
열가소성 수지 입자를 포함하고, 상기 입자의 평균 직경이 1㎛ 내지 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자 및 상기 고속 건식 함침용 미세 입자와 무기 섬유를 포함하는 열가소성 복합재를 제공한다.
또한, 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법 및 이에 따라 제조된 미세 입자를 포함하는 열가소성 복합재의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법 및 이에 따라 제조된 미세 입자를 포함하는 열가소성 복합재의 제조방법을 제공한다.
Description
고속 건식 함침용 미세 입자 및 이를 포함하는 열가소성 복합재와 상기 고속 건식 함침용 미세 입자 및 상기 열가소성 복합재의 제조방법에 관한 것이다.
건축, 차량 및 필터 등에 사용되는 내장재 또는 부품에 적용되는 열가소성 복합재(Thermoplastic Composite)는 열가소성 수지 입자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 열가소성 수지 입자가 섬유에 함침된 구조를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 열가소성 수지 입자의 함침율 및 균질성 등이 열가소성 복합재의 물성의 향상에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 용도에 맞는 열가소성 복합재의 물성을 확보하기 위하여, 이에 포함되는 열가소성 수지 입자의 함침율, 분포도 및 균질성을 향상시키기 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 열가소성 수지 입자를 포함하고 함침율, 분포도 및 균질성을 향상시킬 수 있는 고속 건식 함침용 미세 입자를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 고속 건식 함침용 미세 입자를 포함하는 열가소성 복합재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 고속 건식 함침용 미세 입자를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 열가소성 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 열가소성 수지 입자를 포함하고, 상기 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자를 제공한다.
상기 열가소성 수지 입자는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리디메틸실록산(PDMS), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 내충격 폴리스티렌(High Impact Polystyrene, HIPS), 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계; 상기 열가소성 수지로부터 열가소성 용융 수지 분사액을 형성하는 단계; 및 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 용융 스프레이법에 의해 분사하면서 동시에 냉각시켜 열가소성 수지 입자를 얻는 단계;를 포함하고, 상기 열가소성 수지 입자는 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법을 제공한다.
상기 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계는, 펠렛 형상의 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계일 수 있다.
상기 열가소성 수지로부터 열가소성 용융 수지 분사액을 형성하는 단계는, 상기 열가소성 수지를 분사 노즐로 이동시키는 단계; 및 상기 열가소성 수지가 분사 노즐에서 가열되어 열가소성 용융 수지 분사액이 형성되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분사 노즐의 온도는 약 200℃ 내지 약 400℃일 수 있다.
상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법은 상기 열가소성 용융 수지 분사액에 활제, 가소제, 왁스, 산화방지제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지 입자를 얻는 단계는, 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사 노즐에 공기와 함께 주입하는 단계; 상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사시키면서 동시에 냉각시키는 단계; 및 상기 열가소성 수지 입자가 토출되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분사 노즐의 직경은 약 0.5㎜ 내지 약 3.0㎜일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 고속 건식 함침용 미세 입자; 및 무기 섬유를 포함하는 열가소성 복합재를 제공한다.
상기 무기 섬유는 망조직을 형성하고, 상기 열가소성 복합재는 상기 고속 건식 함침용 미세 입자가 상기 망조직에 함침된 구조를 포함할 수 있다.
상기 무기 섬유는 유리 섬유, 세라크울(cerakwool), 미네랄 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 무기 섬유가 불규칙적으로 엉킨 구조인 망조직을 형성하는 단계; 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법으로 제조된 고속 건식 함침용 미세 입자를 상기 망조직에 함침시키는 단계;를 포함하는 열가소성 복합재 제조방법을 제공한다.
상기 고속 건식 함침용 미세 입자는 상기 망조직에 고속 건식 함침에 의해 함침시킬 수 있다.
상기 고속 건식 함침용 미세 입자는 함침율, 균질성 및 분포도가 우수하며, 이를 포함하는 열가소성 복합재는 내구성 및 강도가 우수하며, 수명이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법의 공정 흐름도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 복합재 제조방법의 공정 흐름도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 상기 열가소성 복합재 및 그 제조방법의 모식도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 복합재 제조방법의 공정 흐름도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 상기 열가소성 복합재 및 그 제조방법의 모식도를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
고속 건식
함침용
미세 입자
본 발명의 일 구현예는 열가소성 수지 입자를 포함하고 상기 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자를 제공한다.
입자를 섬유 등에 함침시키는 방법은 크게 습식 함침과 건식 함침이 있다. 습식 함침의 경우, 대부분 용매형 고분자 수지를 사용하며 이 때 대부분의 용매가 독성이 있어 재사용이나 폐기 시에 회수공정이 반드시 뒤따라야 하는 불편이 있었다. 또한, 습식 함침은 가격이 고가이고 친환경적이지 못하며, 공정상 인체에 유해하기 때문에 건식 함침을 사용하는 것이 가공성 및 경제성 측면에서 유리한 장점을 가진다.
한편, 섬유 등에 함침시키기 위해 사용되는 열가소성 수지 입자는 대부분 펠릿(pellt)의 형태로 제공되며, 기계적인 방법으로 입자를 분쇄하여 크기를 줄이는 데에 한계가 있었고, 이로써 함침율, 분포도 및 균질성을 고려할 때, 고속 건식 함침(Dry impregation)에 사용되기에는 적절하지 못한 문제가 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 상기 고속 건식 함침용 미세 입자는 열가소성 수지 입자를 포함하고, 상기 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 것을 특징으로 한다. 상기 미세 입자의 평균 직경이 상기 범위를 만족함으로써 고속 건식 함침에 의해 우수한 함침율, 분포도 및 균질성을 확보할 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 수지 입자는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리디메틸실록산(PDMS), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 내충격 폴리스티렌(High Impact Polystyrene, HIPS), 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 열가소성 수지 입자는 폴리프로필렌 입자를 포함할 수 있다. 일반적으로, 폴리프로필렌 수지 입자는 펠렛(pellet) 형상으로 사용되며, 입자의 크기를 줄이는 데 한계가 있었다. 또한, 비교적 크기가 큰 입자는 함침율, 분포도 및 균질성 측면에서 고속 건식 함침에 사용되기에 부적절하였다. 그러나, 후술할 미세 입자 제조방법에 의해 제조된 상기 열가소성 수지 입자가 폴리프로필렌 입자를 포함하는 경우, 상기 폴리프로필렌 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛를 만족함으로써 고속 건식 함침에 의해 우수한 함침율, 분포도 및 균질성을 확보할 수 있다.
고속 건식
함침용
미세 입자의 제조방법
본 발명의 다른 구현예는 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계; 상기 열가소성 수지로부터 열가소성 용융 수지 분사액을 형성하는 단계; 및 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 용융 스프레이법에 의해 분사하면서 동시에 냉각시켜 열가소성 수지 입자를 얻는 단계;를 포함하고, 상기 열가소성 수지 입자는 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법을 제공한다.
도 1은 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법의 공정 흐름도를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법에 의해 상기 열가소성 수지 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자를 제조할 수 있다. 상기 미세 입자가 상기 제조방법에 의해 제조됨으로써 약 1㎛ 내지 약 150㎛의 평균 직경을 가질 수 있고, 이로써 고속 건식 함침에 의해 우수한 함침율, 분포도 및 균질성을 확보할 수 있다.
상기 열가소성 수지 입자는 용융 스프레이법에 의해 제조될 수 있고, 이로써 입자 크기의 조절이 용이하며, 입자 크기의 분포를 균일하게 할 수 있다. 상기 용융 스프레이법은 용융 스프레이법 수행시 전압을 인가하는 용융 전기 스프레이법(melt ESD, melt Electrostatic Spray Deposition)에 의할 수도 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 수지를 압출기(extruder)에 투입하는 단계는, 펠렛 형상의 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계일 수 있다. 상기 펠렛 형상의 열가소성 수지는 평균 직경이 약 1mm 내지 약 5mm인 알갱이 형태의 열가소성 수지를 의미한다. 상기 펠렛 형상의 열가소성 수지는 상기 제조 방법을 통하여 약 1㎛ 내지 약 150㎛의 평균 직경을 가지는 입자로 제조할 수 있고, 고속 건식 함침에 의해 우수한 함침 효율 및 균질성을 나타내는 미세 입자를 얻을 수 있다.
상기 열가소성 수지는 용융되어 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 형성할 수 있다. 상기 열가소성 수지로부터 열가소성 용융 수지 분사액을 형성하는 단계는 상기 열가소성 수지를 분사 노즐로 이동시키는 단계; 및 상기 열가소성 수지가 분사 노즐에서 가열되어 열가소성 용융 수지 분사액이 형성되는 단계;를 포함할 수 있다. 즉, 고온의 분사 노즐에서 상기 열가소성 수지가 용융되어 열가소성 용융 수지 분사액으로 형성될 수 있다.
상기 열가소성 용융 수지 분사액에 적절한 점도를 가지는 경우 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조 과정에 우수한 가공성을 부여할 수 있고, 상기 열가소성 용융 수지 분사액의 점도는 분사 노즐의 온도를 조절하거나, 첨가제를 이용하여 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 분사 노즐의 온도는 약 200℃ 내지 약 400℃일 수 있다. 상기 분사 노즐이 상기 온도 범위를 만족함으로써 열가소성 수지가 용융되어 상기 열가소성 용융 수지 분사액이 용이하게 형성될 수 있고, 이를 분사하기에 적절한 점도를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제조방법은 상기 열가소성 용융 수지 분사액의 점도 및 가공성을 조절하기 위하여 활제, 가소제, 왁스, 산화방지제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열가소성 용융 수지 분사액은 약 100℃ 내지 약 300℃ 온도에서 그 점도가 약 10 Pa·s 내지 약 104 Pa·s일 수 있다. 상기 열가소성 용융 수지 분사액은 상기 온도에서 상기 범위의 점도를 가짐으로써, 분사 노즐을 통하여 약 1㎛ 내지 약 150㎛ 평균 직경을 가지는 입자상의 액적으로 분사되기 용이하며 우수한 가공성을 확보할 수 있고, 투입되는 원재료의 양을 고려할 때 우수한 공정 효율을 확보하는 장점을 가질 수 있다.
상기 열가소성 수지 입자는 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 상기 분사 노즐을 통하여 용융 스프레이법에 의해 분사시키고, 동시에 냉각하여 얻을 수 있다. 상기 용융 스프레이법은 상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 용융 전기 스프레이법으로 수행할 수 있다. 즉, 상기 열가소성 용융 수지 분사액이 분사 노즐을 통하여 고온 액적 형태로 분사되고, 상기 분사는 쿨링 챔버 내에서 이루어지므로 분사와 동시에 상기 액적이 냉각되어 상기 열가소성 수지 입자를 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 수지 입자를 얻는 단계는 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사 노즐에 공기와 함께 주입하는 단계; 상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사시키면서 동시에 냉각시키는 단계; 및 상기 열가소성 수지 입자가 토출되는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 용융 수지 분사액이 상기 분사 노즐에 공기와 함께 주입되는 단계는, 상기 공기의 온도, 압력 및 주입 속도를 조절하여 상기 열가소성 용융 수지 분사액 액적의 크기 및 형상을 조절할 수 있고, 이에 따라 최종 형성하고자 하는 수지 입자의 크기를 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계는 상기 공기의 온도가 약 300℃ 내지 약 500℃이고, 압력이 약 100 psi 내지 약 1000 psi이며, 약 10 ㎧ 내지 약 50 ㎧의 주입 속도로 수행될 수 있다. 상기 공기의 온도, 압력 및 주입 속도가 상기 범위를 만족함으로써 상기 열가소성 용융 수지 분사액이 분사되어 균일한 크기의 액적을 얻을 수 있다.
또한, 상기 열가소성 수지 입자는 상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사시키고, 동시에 냉각시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때, 상기 분사 노즐의 압력은 약 10 psi 내지 약 1000 psi일 수 있다. 상기 분사 노즐의 압력이 상기 범위를 만족함으로써 상기 열가소성 용융 수지 분사액이 분사되어 균일한 크기의 입자를 형성할 수 있고, 을 수 있다.
또한, 상기 분사 노즐의 직경은 약 0.5㎜ 내지 약 3.0㎜일 수 있다. 상기 분사 노즐의 직경이 상기 범위를 만족함으로써, 상기 열가소성 용융 수지 분사액이 분사되어 균일한 크기의 수지 입자를 형성할 수 있고, 입자를 생성하는 공정의 효율성 측면에서 유리할 수 있다.
상기 용융 스프레이법은 상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 용융 전기 스프레이법으로 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 분사 노즐에 약 2,000 V 내지 약 50,000 V의 전압을 인가하여 용융 스프레이법을 수행할 수 있다. 상기 범위의 전압으로 용융 스프레이법을 수행하여 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사시킴으로써 균일한 크기의 열가소성 수지 입자를 형성할 수 있고, 상기 입자의 크기를 고속 건식 함침용으로 적합한 크기로 조절할 수 있다.
상기 열가소성 용융 수지 분사액은 분사됨과 동시에 냉각될 수 있고, 이로써 균일한 크기의 열가소성 수지 입자가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 열가소성 용융 수지 분사액은 분사 노즐을 통하여 약 -10℃ 내지 약 30℃의 쿨링 챔버 내에 분사될 수 있는바, 분사와 동시에 냉각될 수 있다. 이로써, 상기 열가소성 용융 수지 분사액은 일정 크기의 액적으로 분사됨과 동시에 냉각되어 균일한 크기를 가지는 열가소성 수지 입자를 얻을 수 있다. 또한, 분사와 동시 에 냉각됨으로써 상기 열가소성 수지 입자의 크기를 조절하기 용이하며, 냉각 및 고화된 입자에 대하여 입자 포집 효율이 증대될 수 있다.
결과적으로, 상기 제조방법을 통하여 열가소성 수지 입자가 토출되며, 상기 열가소성 수지 입자는 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛일 수 있다. 상기 미세 입자의 평균 직경이 상기 범위를 만족함으로써 고속 건식 함침에 의해 우수한 함침율, 분포도 및 균질성을 확보할 수 있다.
열가소성 복합재
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 고속 건식 함침용 미세 입자; 및 무기 섬유를 포함하는 열가소성 복합재를 제공한다.
즉, 상기 열가소성 복합재는 열가소성 수지 입자를 포함하고, 상기 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자; 및 무기 섬유를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 복합재는 상기 무기 섬유가 망조직을 형성하고, 상기 고속 건식 함침용 미세 입자는 상기 망조직에 함침된 구조를 포함할 수 있다. 상기 무기 섬유가 망조직을 형성한다는 것은 상기 무기 섬유가 적절한 기공률을 갖는 구조의 직물 또는 기재를 형성하는 것을 의미하며, 상기 미세 입자가 망조직에 함침된 구조는 상기 무기 섬유에 의해 형성된 기공의 사이사이에 상기 미세 입자가 삽입된 구조를 의미할 수 있다.
종래의 섬유 및 수지를 함유하는 일반적인 복합재는 무기 섬유가 액상의 바인더 수지에 함침된 구조를 포함하였다. 이러한 경우에는 복합재의 제조 과정에서 무기 섬유를 고르게 분산시키기 위한 별도의 과정이 필요하였고, 용매를 사용하는 습식 제조 과정을 거쳐야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 비용 및 환경적 측면에서 불리한 면이 있었다.
상기 열가소성 복합재는 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자가 상기 무기 섬유의 망조직에 함침된 구조를 포함함으로써 제조 공정을 단순화하면서도 우수한 내구성 및 강도를 확보하여 건축, 차량 및 필터 등의 내외장재 및 부품에 사용되기에 적합한 물성을 구현할 수 있고, 비용 및 환경적 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 무기 섬유는 유리 섬유(glass wool, glass fiber), 세라크울(cerakwool), 미네랄 섬유(mineral wool, mineral fiber) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 무기 섬유는 유리 섬유를 포함할 수 있고, 이는 상기 고속 건식 함침용 미세 입자가 망조직에 함침된 구조를 형성하기 용이하며, 건축, 차량 및 필터 등에 사용되는 내장재 또는 부품 등으로 적용되기 용이한바, 적용처가 다양한 장점을 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 무기 섬유는 평균 직경이 약 5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다. 상기 무기 섬유의 평균 직경이 상기 범위를 만족하는 경우에 상기 무기 섬유가 적합한 크기의 기공을 가지는 망조직을 형성할 수 있고, 상기 망조직에 입자의 평균 직경이 약 1㎛ 내지 약 150㎛인 미세 입자가 효과적으로 함침됨으로써 열가소성 복합재의 우수한 내구성 및 강도를 구현할 수 있다.
열가소성 복합재의 제조방법
본 발명의 또 다른 구현예는 무기 섬유가 불규칙적으로 엉킨 구조인 망조직을 형성하는 단계; 및 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법으로 제조된 고속 건식 함침용 미세 입자를 상기 망조직에 함침시키는 단계;를 포함하는 열가소성 복합재 제조방법을 제공한다.
즉, 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 열가소성 복합재 제조방법은 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법에 더하여, 상기 열가소성 수지 입자를 상기 망조직에 함침시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 3은 상기 열가소성 복합재 및 그 제조방법의 모식도를 간략하게 나타낸 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 열가소성 복합재(100)의 제조방법은 무기 섬유(110)가 불규칙적으로 엉킨 구조인 망조직을 형성하는 단계를 포함하고, 이어서 상기 열가소성 수지 입자(120)가 상기 망조직에 함침되는 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 망조직은 사이징 조성물(sizing composition)로 코팅된 무기 섬유의 스트랜드(strand)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 고속 건식 함침용 미세 입자는 상기 망조직에 고속 건식 함침에 의해 함침될 수 있다. 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법은 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 입자상의 액적으로 분사시킴과 동시에 냉각시킴으로써 열가소성 수지 입자를 제조하는바, 이로 인해 토출된 열가소성 수지 입자는 고속 건식 함침에 의해 용매형 고분자 수지 없이 상기 기재층이 함침될 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참조할 때, 상기 열가소성 수지 입자(120)는 무기 섬유(110)로 형성된 망조직에 뿌려지고, 고전압 발생기(High voltage generator)(130)에 의해 약 10kV 내지 약 300kV의 전압을 갖는 전기장을 인가함으로써 상기 망조직에 효과적으로 함침될 수 있다.
상기 열가소성 수지 입자가 상기 망조직에 고속 건식 함침에 의해 함침됨으로써, 제조 시간이 단축되고 비용 및 환경적인 측면에서 유리한 효과를 구현할 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
입자의 평균 직경이 3㎜인 펠렛 형상의 폴리프로필렌 수지를 압출기에 투입하였고, 상기 폴리프로필렌 수지를 온도가 250℃인 분사 노즐로 이동시켜 폴리프로필렌 용융 수지 분사액을 제조하였다. 상기 플로프로필렌 용융 수지 분사액을 직경이 1㎜이고, 압력이 500 psi인 분사 노즐에 공기와 함께 주입하였다. 상기 공기의 온도는 400℃이고, 압력은 600 psi이며, 주입 속도는 35 ㎧이었다. 상기 분사 노즐에 20,000 V의 전압을 인가하여 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사하였다. 또한, 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 30℃ 이하의 온도를 가지는 쿨링 챔버 내에 분사하였는바, 분사와 동시에 냉각시킴으로써 폴리프로필렌 수지 입자를 제조하였다.
비교예
입자의 평균 직경이 3㎜인 펠렛 형상의 폴리프로필렌 수지를 냉동 분쇄하였고, 볼-밀(ball-mill) 공정을 통하여 폴리프로필렌 수지 입자를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 폴리프로필렌 수지 입자의 평균 직경을 입도분석기(Microtrac社, S3500 Series)를 이용하여 측정하였고, 상기 입자의 평균 직경을 하기 표 1에 기재하였다.
| 폴리프로필렌 수지 입자의 평균 직경 | |
| 실시예 | 50㎛ |
| 비교예 | 200㎛ |
상기 표 1의 결과에 나타난 바와 같이, 상기 실시예는 상기 고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법을 통하여 입자의 평균 직경이 50㎛인 폴리프로필렌 수지 입자를 제조할 수 있었다. 반면, 비교예의 제조방법으로 제조된 폴리프로필렌 수지 입자는 입자의 평균 직경이 200㎛로 나타났고, 이는 실시예의 입자에 비하여 크기가 현저히 큰 것으로 고속 건식 함침용으로 사용되기 용이하지 않음을 알 수 있었다. 또한, 분쇄의 방법으로 제조되므로, 입자의 크기를 감소시키기 위하여 수차례 분쇄 공정을 거쳐야 하는바, 제조 비용 및 공정 효율 측면에서 불리한 단점이 있었다.
즉, 실시예의 고속 건식 함침용 미세 입자는 작은 크기를 바탕으로, 고속 건심 함침에 의해 함침율 및 균질성이 우수한 열가소성 복합재를 제조할 수 있으며, 상기 열가소성 복합재는 내구성 및 강도가 우수한 효과를 가질 수 있다.
100: 열가소성 복합재
110: 무기 섬유
120: 열가소성 수지 입자
130: 고전압 발생기
110: 무기 섬유
120: 열가소성 수지 입자
130: 고전압 발생기
Claims (14)
- 열가소성 수지 입자를 포함하고,
상기 입자의 평균 직경이 1㎛ 내지 150㎛인 고속 건식 함침용 미세 입자.
- 제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지 입자는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리디메틸실록산(PDMS), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 내충격 폴리스티렌(High Impact Polystyrene, HIPS), 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는
고속 건식 함침용 미세 입자.
- 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계;
상기 열가소성 수지로부터 열가소성 용융 수지 분사액을 형성하는 단계; 및
상기 열가소성 용융 수지 분사액을 용융 스프레이법에 의해 분사하면서 동시에 냉각시켜 열가소성 수지 입자를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 열가소성 수지 입자는 입자의 평균 직경이 1㎛ 내지 150㎛인
고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계는,
펠렛 형상의 열가소성 수지를 압출기에 투입하는 단계인
고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 열가소성 수지로부터 열가소성 용융 수지 분사액을 형성하는 단계는,
상기 열가소성 수지를 분사 노즐로 이동시키는 단계; 및
상기 열가소성 수지가 분사 노즐에서 가열되어 열가소성 용융 수지 분사액이 형성되는 단계;를 포함하는
고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 분사 노즐의 온도는 200℃ 내지 400℃인
고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 열가소성 용융 수지 분사액에 활제, 가소제, 왁스, 산화방지제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 첨가하는 단계를 더 포함하는
고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 열가소성 수지 입자를 얻는 단계는,
상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사 노즐에 공기와 함께 주입하는 단계;
상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 상기 열가소성 용융 수지 분사액을 분사시키면서 동시에 냉각시키는 단계; 및
상기 열가소성 수지 입자가 토출되는 단계;를 포함하는
고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 분사 노즐의 직경은 0.5㎜ 내지 3.0㎜인
고속 건식 함침용 미세 입자의 제조방법.
- 제1항에 기재된 고속 건식 함침용 미세 입자; 및
무기 섬유를 포함하는
열가소성 복합재.
- 제10항에 있어서,
상기 무기 섬유는 망조직을 형성하고,
상기 고속 건식 함침용 미세 입자가 상기 망조직에 함침된 구조를 포함하는
열가소성 복합재.
- 제10항에 있어서,
상기 무기 섬유는 유리 섬유, 세라크울(cerakwool), 미네랄 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는
열가소성 복합재.
- 무기 섬유가 불규칙적으로 엉킨 구조인 망조직을 형성하는 단계;
제3항에 기재된 제조방법으로 제조된 고속 건식 함침용 미세 입자를 상기 망조직에 함침시키는 단계;를 포함하는
열가소성 복합재 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 고속 건식 함침용 미세 입자를 상기 망조직에 고속 건식 함침에 의해 함침시키는
열가소성 복합재 제조방법.
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