KR20160083320A - 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품 - Google Patents

장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우수한 내화학성 및 저온 충격특성을 갖는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 장섬유, 방향족 폴리카보네이트 수지 및 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함함으로써 내화학성, 유동특성, 저온 충격 특성, 굴곡 탄성률 등의 우수한 물성 및 가공성을 확보할 수 있고, 그와 동시에 성형된 시편 내의 우수한 장섬유 분산성을 구현할 수 있는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

Description

장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품{Long fiber reinforced thermoplastic composition and article prepared therefrom}
본 발명은 우수한 내화학성 및 저온 충격특성을 갖는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 장섬유, 방향족 폴리카보네이트 수지 및 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함함으로써 내화학성, 유동특성, 저온 충격 특성, 굴곡 탄성률 등의 우수한 물성 및 가공성을 확보할 수 있고, 그와 동시에 성형된 시편 내의 우수한 장섬유 분산성을 구현할 수 있는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
최근 들어 플라스틱의 주요 개발 이슈는 경량화와 함께 뛰어난 충격 특성 및 강성 등의 물리적 특성을 향상시키는 방향으로 진행되고 있으며, 이와 함께 대량 생산에 적합한 가공성과 최종 소비자가 다양한 환경에서 플라스틱 소재로 개발된 제품을 사용할 수 있도록 내화학성 및 온도에 대한 안정성 등이 복합적으로 요구 되고 있다. 그 중에서도 생활가전, 자동차, 전자, 일반 산업재 분야에서는 가벼우면서도 다양한 물성적 밸런스와 가공성, 장기 내구성이 탁월한 플라스틱 재질에 대한 요구가 증대되고 있으며, 구체적으로, 세탁기의 아웃터브, 풀리, 밸런스, 윈도우 글라스, 베이스 팩 및 브라켓 부품, 에어컨의 팬, 하우징 및 브라켓, 전자레인지의 팬 및 하우징, 카메라/캠코더의 내장 소형부품, 핸드폰의 내부 소형부품, TV의 받침대, 브라켓 및 하우징, 프린터의 급지프레임, 하우징 및 소형부품, 자동차의 내/외장 부품 등의 경우에는 제품의 경량화 및 고충격, 고강성 등의 특성을 기본으로 하며, 이와 함께 제품의 뛰어난 외관 특성 및 내화학성 등이 요구되고 있다.
일반적으로 열가소성 플라스틱은 금속 및 금속 산화 소재 대비 뛰어난 경량성을 구현할 수 있고, 우수한 압출, 사출 가공성을 나타내어 대량 생산에 매우 적합하나, 상대적으로 내열성이나 굴곡 강성, 충격 특성 등의 기계적 강도가 취약한 단점이 있어, 상기한 높은 기계적 물성이나 내열성이 요구되는 다양한 부품의 제조에는 사용하기에는 많은 어려움이 있다. 이러한 이유로, 상기한 결점을 개선하기 위해서 여러 종류의 유기물 또는 무기물로 열가소성 수지를 보강하는 방법이 사용되어 왔다. 일례로 압출기와 같은 혼련 장비를 사용하여 유리섬유를 열가소성 수지에 혼합함에 의해, 열가소성 수지의 기계적 물성 및 내열성을 향상시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나, 이 경우, 스크류나 혼련 교반 장비 내에서 대부분의 유리섬유가 현저히 파손되어 제조되고, 이러한 이유로, 최종 성형한 제품 내에는 파손된 매우 짧은 길이의 유리섬유가 존재하게 되기 때문에 최종 제품의 기계적 특성은 충분히 개선되지 못하는 단점이 있다. 또한, 생활가전, 자동차, 전자 등의 분야에서는 고강성의 특성과 함께, 특히 충격강도가 높은 열가소성 플라스틱에 대한 요구가 높아지고 있으나, 전술한 단섬유 강화 열가소성 수지로는 이와 같은 요구에 부응하기가 매우 어렵다. 따라서 이와 같은 단점을 극복하기 위한 방법으로써, 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 아라미드 섬유, 레이온 섬유, 그라파이트 섬유, 또는 금속섬유와 같은 섬유 필라멘트의 혼합 집속체로부터 섬유 다발을 풀어낸 다음, 이들을 펼쳐서 일부를 녹여 적시거나, 녹지 않는 섬유필라멘트에 열이나 용매에 의해 녹인 열가소성 수지를 함침, 피복 또는 부착하는 방법이 지속적으로 개발되어 왔다. 예를 들면, 풀트루젼(pultrusion) 방식에 의한 용융 함침 방법, 분말 대전 방식에 의한 함침 방법, 코밍글(co-mingle)된 혼합 섬유필라멘트의 함침방법, 용매에 의해 수지를 녹여 함침시키는 방법 등에 의해, 개개의 미세한 섬유 필라멘트를 열가소성 수지에 연속적으로 함침 시킨 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물이 공지되어 있다. 이러한 방법에 의해 제조되는 장섬유 강화 열가소성 수지는 기존 단섬유 강화 소재 대비 무게의 증량이 없으면서도 우수한 강성 및 충격 특성을 구현할 수 있고, 이를 이용하여 제조된 성형품 또한 뛰어난 대량 생산성 및 기계적 특성의 향상을 구현할 수 있다.
폴리카보네이트 수지는 비스페놀 A와 포스겐의 중축합에 의해 제조되고 유리전이온도가 150℃ 부근인 범용 열가소성 엔지니어링 플라스틱으로서, 인장강도 및 충격강도 등의 기계적 물성이 우수하고, 수치 안정성, 내열성 및 광학적 투명성 등이 우수하여 그 사용분야가 날로 확대되는 추세에 있다. 이러한 폴리카보네이트 수지의 물성은 페닐기와 카르복실기로부터 기인한 것으로서 분자쇄의 강성, 회전의 속박과 같은 분자 구조상의 특성이 물성에 영향을 미치는 주요 인자가 될 수 있다. 이러한 비 결정성 구조로 인해 굴곡 강성을 포함한 물리적 강성이 다른 플라스틱 소재에 비해 낮기 때문에, 외장 제품이 아닌 높은 기계적 강성을 요구하는 부위, 특히 박막으로 성형되면서 동시에 기계적 강성을 구현해야 하는 부품으로 적용되기에는 많은 제약이 있었다. 이와 같은 문제는 유리 섬유와 같은 충전제 물질을 폴리카보네이트 수지에 혼입시킴으로써 개선될 수 있는데, 중합으로 얻어진 수지제품에 강화 섬유를 혼입하는 것은 강성과 함께 인장 강도, 크리프, 내피로도 강도와 열 팽창에 대한 저항을 향상시킬 수 있으나, 물성의 향상과 더불어 폴리카보네이트 수지 조성물의 장점인 우수한 충격 강도가 심각하게 저하되는 문제가 있다. 따라서 이러한 충격 강도 저하를 해결하기 위하여 특수 유리섬유(milled glass fiber)를 전량 혹은 일부 적용하는 방안이 있는데, 이는 특정 유리섬유 적용 함량에서는 충격 강도 향상을 보이지만 그 효과가 미미하고, 강성 향상 효과의 저하가 동반되는 문제가 있다. 따라서 충격 강도의 저하를 감소시키기 위한 또 다른 방안으로는 전술한 다양한 장섬유 보강재를 필라멘트의 혼합 집속체로부터 풀어낸 다음, 이들을 펼쳐서 일부를 녹여 적시거나, 녹지 않는 섬유필라멘트에 열이나 용매에 의해 녹인 폴리카보네이트 수지를 함침, 피복 또는 부착하는 방법이 있다.
전술한 물리적 강성의 부족함 외에도 폴리카보네이트 수지는 제한된 내화학성을 가지고 있어서 유기용매, 특정의 세제, 강 알칼리, 특정의 지방산, 오일 및 그리스와 접촉하는 용도로 사용하기에는 많은 제한이 있다. 특히 전기/전자 분야 및 자동차 부품 중에서 다양한 화학품과의 접촉을 요하는 휴대폰 하우징, TV 하우징, 컴퓨터 모니터 하우징, 자동차 판넬 버튼 부위, 내장 조명등 재료 등으로 폴리카보네이트 수지를 사용하는 경우에는 내열성이나 기계적 물성뿐만 아니라 우수한 내화학성이 요구된다. 이와 관련되어 종래, 폴리카보네이트와 다른 열가소성 수지를 블렌드(blend)하여 폴리카보네이트의 물성을 개선하려는 노력이 있어 왔으나, 이종 수지간의 상용성 문제로 폴리카보네이트 고유의 충격강도가 저하되는 문제가 제기되어 왔다.
전술한 다양한 산업적 이슈와 문제점을 극복하기 위하여 열가소성 수지, 특히 폴리카보네이트 장섬유 보강 강화 수지 조성물에 대한 요구는 지속적으로 존재하고, 이에 따라 연구가 진행되어 왔다. 예컨대, 대한민국 공개특허공보 제2007-0117680호에서는 열가소성 수지 중 폴리프로필렌 수지를 이용하여 장섬유 강화 소재를 제조하는 기술로서, 펠렛형의 장섬유 강화 소재를 제조하지 않고, 열가소성 수지에 보강 섬유를 함침 후 직접 성형부로 이송하여 최종 제품을 성형하는 D-LFT 방식을 개시하고 있다. 이 경우 보강 섬유의 파손을 최소화시켜 성형품의 최적 특성 구현에 장점이 있으나, 장섬유 강화 소재의 펠렛을 제조하는 경우에 비해 한정된 구조의 부품만이 성형이 가능하며, 월등한 설비 투자를 야기할 수 있고, 특히 폴리프로필렌과 같이 낮은 온도에서의 성형이 가능하지 않고, 표면 색상 변화를 최소화하기 위해 세밀한 열에너지 콘트롤이 필요한 폴리카보네이트, 아크릴레이트, 변성스티렌, 폴리에텔렌테레프탈레이트 등의 소재에는 동일한 방식으로 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제2011-019883호 및 제2013-0073303호 에는 열가소성 수지 중 결정성 고분자인 폴리아마이드에 장섬유 보강재를 함침시켜 높은 굴곡 강성과 가공성을 구현하는 내용이 개시되어 있다. 결정성 고분자는 일반적으로 높은 멜팅 포인트를 가지나, 멜팅 포인트 이상에서는 매우 낮은 용융 점도를 가지고, 이로 인해 장섬유 보강재의 효과적인 함침 및 분산이 가능하며, 또한 이로 인해 가공성 및 생산성도 향상 시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 결정성 고분자가 섬유 보강제의 길이에 상관 없이 다량의 섬유 보강재를 포함할 경우, 펠렛화 이후 최종 제품의 성형 단계에서, 상기한 결정성 고분자의 멜트 상태에서의 매우 낮은 점도에 기인하여 섬유 보강재와 매트릭스 고분자 사이의 큰 점도 차이가 발생하게 되고, 이로 인하여 성형 제품 표면의 섬유 보강재가 돌출되는 문제가 지속적으로 제기되고 있다. 또한, 이를 최소화하기 위해서는 성형 시 매우 높은 금형 온도를 지속 유지하거나, 표면 특성을 향상 시킬 수 있는 다양한 첨가제의 도입이 요구되는데, 이러한 첨가제가 함유될 경우 장섬유 보강 펠렛 제조시에 함침조에서의 다량의 가스 발생 및 풀링 또는 스퀴징 공정에서의 스트랜드의 단락으로 인해 가공성이 현저히 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 결정성 장섬유 강화 수지는 구조적인 특징에 의해 매우 높은 강성을 구현할 수 있으나, 비결정성 장섬유 강화 수지 대비 가해지는 충격 에너지의 흡수 또는 반발특성이 현저히 감소하고, 이로 인해 낮은 충격 특성을 구현하게 된다. 이러한 이유로 대한민국 공개특허공보 제2007-0077512호, 제2007-0079012호, 제2008-0076236호에서는 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트-폴리에스테르, 폴리카보네이트-고무변성 스티렌계 중합체 수지에 대한 장섬유 강화 수지 조성물에 대한 기술을 개시하고 있으며, 폴리카보네이트 소재 단독으로 장섬유 강화 소재를 제조한 후 이를 마스터 배치의 형태로 이용하여, 비강화 폴리카보네이트 또는 이종 수지와의 건식 블렌딩을 통해 특성을 구현하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 폴리카보네이트 소재 단독의 장섬유 보강 강화 소재를 제조함으로써 전술한 다양한 기계적 물성, 특히 충격 특성을 향상할 수 있으나, 내화학성을 향상시키는 것은 매우 어려우며, 이를 극복하기 위하여 타 수지와의 건식 블렌딩을 하는 경우 하기와 같은 문제를 야기시킬 수 있다. 직접 또는 연속 멜트 공정으로서의 장섬유화가 아닌 건식 블렌딩의 경우, 마스터배치 형태의 장섬유 보강 강화 소재와 동종 또는 이종의 강화 또는 비강화 소재를 물리적으로 건식 믹싱을 한 후 동시에 성형사출기의 호퍼에 투입하여 성형을 하게 되는데, 형상 및 비중이 다른 이종의 수지가 투입되게 될 경우, 성형 시편 내 장섬유의 분산성 및 균일한 함량을 예측하기 어려우며, 이는 최종 제품의 재현성 있는 특성 구현을 어렵게 하고, 이로 인해 연속 제품 생산 및 특성 균일성에 큰 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 내화학성, 유동특성, 저온 충격 특성, 굴곡 탄성률 등의 우수한 물성 및 가공성을 확보할 수 있고, 그와 동시에 성형된 시편 내의 우수한 장섬유 분산성을 구현할 수 있는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 내화학성, 유동특성, 저온 충격 특성, 굴곡 탄성률 등의 우수한 물성 및 가공성을 확보할 수 있고, 그와 동시에 성형된 시편 내의 우수한 장섬유 분산성을 구현할 수 있는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 그로부터 제조된 성형품을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, (A) 장섬유, (B) 방향족 폴리카보네이트 수지 및 (C) 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함하는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물로서, 상기 (A) 장섬유는 조성물 총 100중량%에 대하여 10 내지 50 중량%이고, 상기 (B) 방향족 폴리카보네이트 수지 및 (C) 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 함량은 장섬유의 함량을 제외한 조성물 중량을 기준으로 각각 30 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물로 제조된 성형품이 제공된다.
본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물은 내화학성, 유동특성, 저온 충격 특성, 굴곡 탄성률 등의 우수한 물성 및 가공성을 확보할 수 있고, 그와 동시에 성형된 시편 내의 우수한 장섬유 분산성을 구현할 수 있으므로, 본 발명의 수지 조성물로부터 제조된 성형품은 자동차 부품, 전기 제품, 전자 제품 또는 조명용품 등에 다양하게 적용될 수 있으며, 특히 경량화와 높은 기계적 강성 및 내화학성을 동시에 요구하는 핸드폰의 내부 소형부품, TV의 받침대, 브라켓 및 하우징, 각종 OA기기 내장재, 자동차 용 내/외장 제품, 조명기기 하우징 등에 유용하게 적용될 수 있다.
이하에서 본 발명을 구성 요소 별로 상세히 설명한다.
본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지는 장섬유를 인발성형장치에 걸어두고, 수지가 용융되어 있는 함침조를 통과하여 수지가 “피복”된 섬유를 의미하는 것이며, 상기 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물은 최종적으로 펠렛 형태로 제조되며, 따라서 장섬유가 펠렛의 길이 방향에 평행하게 보강되어 있으며, 펠렛의 길이에 따라서 5 내지 30mm로 생산될 수 있다.
본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물은, (A) 장섬유, (B) 방향족 폴리카보네이트 수지 및 (C) 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함하는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물로서, 상기 (A) 장섬유는 조성물 총 100중량%에 대하여 10 내지 50 중량%이고, 상기 (B) 방향족 폴리카보네이트 수지 및 (C) 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 함량은 장섬유의 함량을 제외한 조성물 중량을 기준으로 각각 30 내지 70 중량%인 것을 특징으로 한다.
(A) 장섬유
상기 장섬유로 제조되는 펠렛 내부의 장섬유의 길이는 5 내지 30 mm의 길이를 가질 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 25 mm, 보다 바람직하게는 15 내지 20 mm 일 수 있으며, 사용목적에 따라 길이를 다양하게 사용할 수 있다.
상기 장섬유로는 무기 섬유 및 유기 섬유를 사용할 수 있으며, 이들은 각각 고유의 장점 및 기능을 지니고 있으므로, 최종성형품의 용도에 따라 적절히 선정하여 사용한다. 가격 또는 성능 면에서 바람직한 장섬유로는 유리섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 아라미드섬유, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE, Ultra High Molecular Weight Polyethylene)섬유, 폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyacrylo nitrile)섬유, 아릴레이트섬유, 폴리에텔에텔케톤(PEEK, Poly Ether Ether Ketone)섬유, 레이온 섬유, 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있으며, 환경적으로는 천연섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 장섬유는 표면 처리되어 있을 수 있으며, 이때 표면 처리제로는 통상적으로 많이 사용되는 실란계 또는 티타네이트계 저분자량 또는 고분자량 중합체를 사용할 수 있고, 표면처리제 중 적어도 하나는 열가소성 수지와 친화성이 좋은 표면처리제가 사용되는 것이 바람직하고, 용융 함침 방법, 분말 대전 방식 등 공지된 다양한 방법에 의하여, 열가소성 수지에 연속적으로 함침시킬 수 있다.
상기 장섬유의 함량은 요구되는 제품의 충격특성 또는 가공성, 굴곡강성에 따라 다양한 비율로 사용할 수 있고, 전체 조성물을 기준으로 할 때 10 내지 50 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 10중량% 미만인 경우 본연의 강화특성, 즉 강성 및 충격 특성의 구현 효과가 현저하게 감소하며, 50 중량%를 초과하는 경우 열가소성 수지 표면의 강화제 도출과 성형품의 강화제 분산도가 균일하지 못함을 야기할 수 있기 때문이다.
(B) 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지
본 발명의 조성물에 사용되는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지는 2가 페놀, 카보네이트 전구체 및 분자량 조절제로부터 제조될 수 있다. 상기 2가 페놀류는, 예컨대 다음 화학식 1의 구조를 갖는 폴리카보네이트 수지의 단량체이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X는 알킬렌기, 작용기를 갖지 않는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기, 또는 설파이드, 에테르, 설폭사이드, 설폰, 케톤, 나프틸, 이소부틸페닐과 같은 작용기를 포함하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기를 나타내며, 바람직하게는, X는 탄소수 1 내지 10의 직선형, 분지형 또는 탄소수 3 내지 6의 환형 알킬렌기일 수 있고; R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 알킬기, 예컨대 탄소수 1 내지 20의 직선형, 분지형 또는 탄소수 3 내지 20(바람직하게는, 3 내지 6)의 환형 알킬기를 나타내며; n 및 m은 독립적으로, 0 내지 4의 정수이다.
상기 2가 페놀류의 비제한적인 예시는, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 비스(4-히드록시페닐)-(4-이소부틸페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-에틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1-페닐-1,1-비스(4-히드록시페닐) 에탄, 1-나프틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐) 에탄, 1,10-비스(4-히드록시페닐)데칸, 2-메틸-1,1-비스(4-히드록시페닐) 프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 (비스페놀 A) 등을 포함하며, 이 중 대표적인 것은 비스페놀 A이다.
상기 카보네이트 전구체는 폴리카보네이트 수지의 또 다른 단량체로서, 포스겐(카보닐 클로라이드)을 사용하는 것이 바람직하다. 카보네이트 전구체의 비제한적인 예시는 카보닐 브로마이드, 비스 할로 포르메이트, 디페닐카보네이트 또는 디메틸카보네이트 등을 포함한다.
상기 분자량 조절제로는 이미 공지되어 있는 물질 즉, 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지 제조에 사용되는 모노머와 유사한 단일작용성 물질(monofunctional compound)을 사용할 수 있다. 비제한적인 예시로서, 페놀을 기본으로 하여 그 유도체들(예를 들면, 파라-이소프로필페놀, 파라-터트-부틸페놀, 파라-쿠밀페놀, 파라-이소옥틸페놀, 파라-이소노닐페놀 등)을 사용할 수 있고, 그 밖에 지방족 알콜류등 여러 종류의 물질을 사용할 수 있으며, 이들중 파라-터트-부틸페놀(PTBP)을 적용하는 것이 가장 바람직하다.
이와 같은 2가 페놀, 카보네이트 전구체(precursor), 분자량 조절제로 제조되는 방향족 폴리카보네이트 수지로는, 예를 들어, 선형 폴리카보네이트 수지, 분지화된 폴리카보네이트 수지, 코폴리카보네이트 수지 및 폴리에스테르카보네이트 수지 등이 있다.
본 발명의 예시적인 구현예에서는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지로서, 25℃, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정한 점도평균분자량(Mv)이 15,000 내지 40,000인 것을 적용하도록 하는 것이 바람직하고, 17,000 내지 30,000의 것을 적용하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 점도평균분자량이 15,000 미만일 경우, 충격강도와 인장강도 등의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 40,000을 초과하는 경우에는, 용융점도의 상승으로 수지의 가공에 문제가 발생할 수 있다. 특히 충격 강도와 인장 강도 등이 기계적 물성이 우수하다는 점에서 점도 평균분자량이 20,000 이상인 것이 더욱 바람직하며, 가공성의 측면에서 점도평균분자량이 30,000 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물에서 방향족 폴리카보네이트 수지의 함량은 장섬유의 함량을 제외한 조성물 중량을 기준으로 30 내지 70 중량%이다. 30중량% 미만인 경우 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 영향이 커져 장섬유 강화 소재의 제조 공정에서 강화제의 효과적인 함침 및 분산이 어렵게 되고, 70 중량%을 초과하게 되면 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 영향이 감소되어 우수한 충격특성 및 내화학성을 구현하는데 문제가 될 수 있다.
(C) 폴리실록산 -폴리카보네이트 공중합체
본 발명의 조성물에 사용되는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 히드록시 말단 실록산과 폴리카보네이트 블록을 반복단위로 포함한다. 본 발명에 있어서, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체에 포함되는 히드록시 말단 실록산의 중량평균분자량 (Mw)은 2,500 내지 15,000, 바람직하게는 3,500 내지 13,000, 더욱 바람직하게는 4,000 내지 9,000이다. 히드록시 말단 실록산의 중량평균분자량이 2,500 미만이면, 충격 특성의 향상 효과가 미미해질 수 있으며, 15,000을 초과하면 반응성이 떨어져 원하는 분자량으로의 합성에 문제가 생길 수 있고, 그 결과 유동성이 떨어져 사출성형 등의 성형 공정에서 가공성이 저하될 수 있다.
본 발명의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 중 상기 히드록시 말단 실록산의 바람직한 함량은 공중합체 100중량%를 기준으로 1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 5 중량%이다. 히드록시 말단 실록산의 함량이 1중량% 미만이면 충격 특성 구현 효과가 미미해질 수 있으며, 그 함량이 10 중량%를 초과하면 유동성, 내열성등의 물성이 저하될 수 있고 제조비용이 증가하여 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 내의 상기 히드록시 말단 실록산은 하기 화학식 2 또는 화학식 2a의 구조를 갖는다:
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, R1은 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 알콕시기 또는 아릴기를 나타낸다. 예를 들어, 상기 할로겐 원자는 Cl 또는 Br일 수 있고, 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 13의 알킬기, 예컨대 메틸, 에틸 또는 프로필일 수 있고, 상기 알콕시기는 탄소수 1 내지 13의 알콕시기, 예컨대 메톡시, 에톡시 또는 프로폭시일 수 있으며, 상기 아릴기는 6 내지 10의 아릴기, 예컨대 페닐, 클로로페닐 또는 톨릴일 수 있다. R2는 독립적으로, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타낸다. 예를 들어, R2는 탄소수 1 내지 13의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소수 2 내지 13의 알케닐기 또는 알케닐옥시기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 또는 사이클로알콕시기, 탄소수 6 내지 10의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 13의 아르알킬기 또는 아르알콕시기, 또는 탄소수 7 내지 13의 알크아릴기 또는 알크아릴옥시기일 수 있다. R3는 독립적으로, 탄소수 2 내지 8의 알킬렌기를 나타낸다. m은 독립적으로, 0 내지 4의 정수이다. n은 30 내지 200의 정수, 바람직하게는 40 내지 170의 정수, 더욱 바람직하게는 50 내지 120의 정수이다.
[화학식 2a]
Figure pat00003
상기 화학식 2a에서, R1, R2, R3 및 m은 앞서 화학식 2에서 정의한 바와 같으며, n은 독립적으로, 15 내지 100의 정수, 바람직하게는 20 내지 80의 정수, 더욱 바람직하게는 25 내지 60의 정수를 나타내고, A는 하기 화학식 3 또는 4의 구조를 나타낸다.
[화학식 3]
Figure pat00004
상기 화학식 3에서, X는 Y 또는 NH-Y-NH이고, 여기서, Y는 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 분지형 지방족기, 사이클로알킬렌기(예컨대, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬렌기), 또는 할로겐 원자, 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 카르복실기로 치환된 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 단핵 또는 다핵의 아릴렌기를 나타낸다. 예를 들어, Y는 할로겐 원자로 치환된 또는 비치환된 지방족기, 주쇄에 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 지방족기, 또는 비스페놀 A, 레소시놀, 히드로퀴논 또는 디페닐페놀로부터 유래될 수 있는 아릴렌기일 수 있으며, 예컨대, 하기 화학식 3a 내지 3h로 나타내어질 수 있다.
Figure pat00005

[화학식4]
Figure pat00006
상기 화학식 4에서, R4는 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소기 또는 방향족/지방족 혼합형 탄화수소기를 나타내거나, 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
여기서, R4는 탄소 원자 외에 할로겐, 산소, 질소 또는 황을 포함하는 구조를 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, R4는 페닐, 클로로페닐 또는 톨릴(바람직하게는, 페닐)일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 화학식 2a의 히드록시 말단 실록산은 전술한 화학식 2의 히드록시 말단 실록산(단, n은 15 내지 100의 정수)과 아실 화합물의 반응생성물일 수 있다. 여기서, 상기 아실 화합물은 예를 들어, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족을 모두 포함하는 혼합형의 구조를 가질 수 있다. 상기 아실 화합물이 방향족 또는 혼합형일 경우 6 내지 30의 탄소수를 가질 수 있고, 지방족일 경우 1 내지 20의 탄소수를 가질 수 있다. 상기 아실 화합물은 할로겐, 산소, 질소 또는 황 원자를 더 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 상기 화학식 2a의 히드록시 말단 실록산은 상기 화학식 2의 히드록시 말단 실록산(단, n은 15 지 100의 정수)과 디이소시아네이트 화합물의 반응생성물일 수 있다. 여기서, 상기 디이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 1,4-페닐렌디이소시아네이트, 1,3-페닐렌디이소시아네이트 또는 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 화학식 2a의 히드록시 말단 실록산은 상기 화학식 2의 히드록시 말단 실록산(단, n은 15 내지 100의 정수)과 인-함유 화합물(방향족 또는 지방족 포스페이트 화합물)의 반응생성물일 수 있다. 여기서, 상기 인-함유 화합물은 하기 화학식 2b로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2b]
Figure pat00007
상기 화학식 2b에서, R4는 앞서 화학식 4에서 정의한 바와 같으며, Z는 독립적으로, 인, 할로겐 원자, 히드록시기, 카르복실기, (탄소수 1 내지 20의) 알킬기, 알콕시기 또는 아릴기를 나타낸다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 내의 상기 폴리카보네이트 블록은 하기 화학식 5를 가진다:
[화학식 5]
Figure pat00008
상기 화학식 5에서, R5는 (탄소수 1 내지 20의) 알킬기(예컨대, 탄소수 1 내지 13의 알킬기), 사이클로알킬기 (예컨대, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기), 알케닐기(예컨대, 탄소수 2 내지 13의 알케닐기), 알콕시기(예컨대, 탄소수 1 내지 13의 알콕시기), 할로겐 원자, 또는 니트로로 치환된 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. 여기서, 상기 방향족 탄화수소기는 하기 화학식 5a의 구조를 갖는 화합물로부터 유도될 수 있다.
[화학식 5a]
Figure pat00009

상기 화학식 5a에서, X는 알킬렌기, 작용기를 갖지 않는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기, 또는 설파이드, 에테르, 설폭사이드, 설폰, 케톤, 나프틸, 이소부틸페닐과 같은 작용기를 포함하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기를 나타내며, 바람직하게는, X는 탄소수 1 내지 10의 직선형, 분지형 또는 탄소수 3 내지 6의 환형 알킬렌기일 수 있고; R6는 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 알킬기, 예컨대 탄소수 1 내지 20의 직선형, 분지형 또는 탄소수 3 내지 20(바람직하게는, 3 내지 6)의 환형 알킬기를 나타내며; n 및 m은 독립적으로, 0 내지 4의 정수이다.
상기 화학식 5a의 화합물은 예를 들어, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 비스(4-히드록시페닐)-(4-이소부틸페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-에틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1-페닐-1,1-비스(4-히드록시페닐) 에탄, 1-나프틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐) 에탄, 1,10-비스(4-히드록시페닐)데칸, 2-메틸-1,1-비스(4-히드록시페닐) 프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)펜탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)헥산, 2,2-비스(4-히드록시페닐)노난, 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-플루오로-4-히드록시페닐)프로판, 4-메틸-2,2-비스(4-히드록시페닐)펜탄, 4,4-비스(4-히드록시페닐)헵탄, 디페닐-비스(4-히드록시페닐)메탄, 레소시놀(Resorcinol), 히드로퀴논(Hydroquine), 4,4'-디히드록시페닐 에테르[비스(4-히드록시페닐)에테르], 4,4'-디히드록시-2,5-디히드록시디페닐 에테르, 4,4'-디히드록시-3,3'-디클로로디페닐 에테르, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐) 에테르, 비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐) 에테르, 1,4-디히드록시-2,5-디클로로벤젠, 1,4-디히드록시-3-메틸벤젠, 4,4'-디히드록시디페놀[p,p'-디히드록시페닐], 3,3'-디클로로-4,4'-디히드록시페닐, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)사이클로도데칸, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로도데칸, 1,1-비스(4-히드록시페닐)부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)데칸, 1,4-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1,4-비스(4-히드록시페닐)부탄, 1,4-비스(4-히드록시페닐)이소부탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)메탄, 비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)메탄, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸-부탄, 4,4'-티오디페놀[비스(4-히드록시페닐)설폰], 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)설폰, 비스(3-클로로-4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시페닐)설파이드, 비스(4-히드록시페닐)설폭사이드, 비스(3-메틸-4-히드록시페닐)설파이드, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)설파이드, 비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)설폭사이드, 4,4'-디히드록시벤조페논, 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디히드록시벤조페논, 4,4'-디히드록시 디페닐, 메틸히드로퀴논, 1,5-디히드록시나프탈렌, 및 2,6-디히드록시나프탈렌일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이중 대표적인 것은 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 (비스페놀 A)이다. 이외의 작용성 2가 페놀류들(dihydric phenol)은 미국특허 US 2,999,835호, US 3,028,365호, US 3,153,008호 및 US 3,334,154호 등을 참조할 수 있으며, 상기 2가 페놀류들은 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 사용될 수 있다.
카보네이트 전구체의 경우, 폴리카보네이트 수지의 다른 모노머로서, 예를 들어 카보닐 클로라이드(포스겐), 카보닐 브로마이드, 비스 할로 포르메이트, 디페닐카보네이트 또는 디메틸카보네이트 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 바람직한 점도평균분자량(Mv)(25℃, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정)은 15,000 내지 30,000, 더욱 바람직하게는 17,000 내지 22,000이다. 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 점도평균분자량이 15,000 미만이면 기계적 물성이 현저히 저하될 수 있으며, 30,000을 초과하면 용융점도의 상승으로 수지의 가공에 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물에서 상기 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 함량은 장섬유의 함량을 제외한 조성물 중량을 기준으로 30 내지 70 중량%로 포함된다. 30중량% 미만이면 우수한 충격특성 및 내화학성을 구현하는데 문제가 될 수 있으며, 70중량%를 초과하게 되면 장섬유 강화 소재의 제조 공정에서의 강화제의 효과적인 함침 및 분산이 어렵게 되고, 이로 인해 성형 가공성 및 성형품 내의 균일한 장섬유 분산성을 기대하기 어렵다.
(D) 기타 임의의 추가 성분
상기 설명한 성분들 외에, 본 발명 수지 조성물은 장섬유 강화 소재의 내열성 및 치수 안정성을 향상 시키거나, 수지와 장섬유와의 친화성을 향상시키거나, 장섬유 강화재의 분산성을 향상시키거나, 성형 시 가공성을 향상시키기 위한 것으로서, 그 목적을 벗어나지 않는 범위에서 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있으며, 구체적인 첨가제의 종류 및 함량은 다양한 목적에 따라 당업자가 용이하게 선택할 수 있을 것이다.
일 구체 예로, 무기 충진제, 윤활제, 산화방지제, 광안정제, 가수분해안정제, 이형제, 안료, 대전방지제, 전도성부여제, 자성부여제, 가교제, 항균제, 가공조제, 내마찰제, 내마모제 및 커플링제를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 조성물에 첨가할 수 있다.
이들 첨가제의 총 사용량은 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 100 중량%에 대하여 0.1 내지 5 중량% 의 함량으로 포함되는 것이 통상적이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중, 무기 충진제는 성능 대비 원가절감을 주 목적으로 하는 것으로서, 탈크, 운모, 활석, 탄산칼슘, 칼슘카보네이트, 글라스 비드, 글라스 페이크 등과 같은 판상 또는 구상 충진제, 촙형 유리섬유, 가루형 유리섬유, 울라스토나이트 등과 같은 침상 충진제 등을 사용할 수 있으며, 충진제의 사용량이 너무 적은 경우에는 가공성, 기능성, 원가절감 효과를 충분히 얻을 수 없고, 사용량이 너무 많은 경우에는 열가소성 수지와 장섬유의 친화성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명의 조성물은 폴리카보네이트, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 등을 포함하는 수지 혼합물을 장섬유에 함침시켜 인발성형하여 제조할 수 있다. 또한, 이렇게 제조된 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물은 펠렛으로 제조된다.
상기 제조된 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물 펠렛은 장섬유가 길이방향으로 평행하게 배치되며, 장섬유 길이와 펠렛 길이가 5 내지 30 mm으로 동일하다.
발명의 다른 측면에 따르면, 상기 설명한 본 발명의 수지 조성물을 가공하여 제조된 성형품이 제공된다. 상기 성형품은 내 화학성 및 충격강도와 높은 강성을 필요로 하는 내장재 및 외장재를 포함하며, 구체적으로는 산업용 소재, 자동차 부품, 전기 제품, 전자 제품 또는 조명용품 등으로 다양하게 적용될 수 있고, 특히 경량화와 높은 기계적 강성 및 내 화학성을 동시에 요구하는 핸드폰의 내부 소형부품, TV의 받침대, 브라켓 및 하우징, 각종 OA기기 내장재, 자동차 용 내/외장 제품, 조명기기 하우징 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 및 비교예 ]
본 실시예 및 비교예에서 사용한 성분들은 구체적으로 다음과 같다.
(A) 폴리카보네이트
비스페놀-A로부터 유도된 선형 폴리카보네이트, 고유점도 0.50 dl/g (25℃, 메틸렌 클로라이드에서 측정된 점도 평균 분자량(Mv): 21,200)
(B) 폴리실록산 -폴리카보네이트 공중합체
폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 삼양사의 TRIREX ST4-3022 제품을 사용하였다. 25℃, 메틸렌 클로라이드에서 측정된 점도 평균 분자량(Mv)은 21,000 이며, 300℃, 1.2kg 조건으로 측정된 Melt Index 는 10이다.(ASTM D1238 기준)
(C) 장섬유
(C-1)유리 장섬유: 직경 10 내지 15㎛, 에폭시 레진으로 집속됨, 필라멘트 number 2000을 가지는 유리 장섬유 로빙 사용.
(C-2)카본 장섬유: 직경 5 내지 10㎛, 우레탄 레진으로 집속됨, 필라멘트 number 15,000을 가지는 PAN계 탄소 장섬유 토우 사용.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4
하기 표 1에 나타낸 성분 및 함량으로 폴리카보네이트와 폴리실록산-폴리카보네이트를 헨셀믹서로 혼합하여 균일하게 분산시킨 다음 L/D=48, Φ=25mm인 이축 용융 혼합 압출기에서 용융온도 270℃, 200 rpm의 스크류 회전 속도, 약 -600 mmHg의 제1벤트(vent) 압력, 및 20kg/h의 자가 공급 속도의 조건 하에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기로 펠렛으로 절단하였으며, 제조된 펠렛을 인발성형(pultrusion) 장비의 수지 주입부에 투입, 다이스에 통과시키면서 로브 형태의 장섬유를 풀링 및 스퀴징의 공정을 거쳐 10 내지 50 중량%부로 함침시키고, 상기 함침된 상태로 연속상의 스트랜드를 인발(pultrusion)하여 냉각하고 30mm 길이의 펠렛 형태로 절단하여 장섬유 강화 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛을 100~120℃에서 4시간 동안 열풍 건조한 후, 270~290℃의 온도로 사출 성형하여 시편을 제조하였다.
Figure pat00010
물성평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각 시편을 하기의 방법으로 특특성을 측정하였고, 그 결과를 표 2에 명기하였다.
(1) 저온충격성: ASTM D3763 Vertical impact strength test에 의거하여 인스트론사의 Dynatub 8250 모델의 장비를 사용, 평가하였다. 두께 3mm의 원판형 시편을 제조하여 24시간 동안 상온에 방치 후 변형을 최소화하고, 1시간동안 -30℃ 조건의 챔버에서 저온 환경하 거취한 다음 챔버에서 꺼내는 즉시 평가를 시행하였다. 시편은 상, 하로 기체압에 의해 고정되며 무게 5.13kg의 추를 낙하하여 시편에 충격을 가하였고, 이 때 추의 높이를 측정하여 시편이 완전히 파괴되는 데 필요한 위치 에너지를 계산하였다. 시편이 완전히 파괴되는 데 필요한 위치 에너지가 높을수록 저온에서의 탁월한 면 충격 특성을 가지는 것으로 판단할 수 있다.
(2) 스파이럴 길이(Spiral length): 최종 제품 성형 시 요구되는 유동특성을 파악하기 위해 Spiral 테스트를 시행하였다. 온도에 의한 유동 특성의 변화가 존재하지 않도록 동일 실린더 온도(280℃)와 동일 금형온도(70℃)를 숏 넘버(shot number)에 관계없이 지속적으로 유지하였으며 이를 위해 접촉식 온도계를 사용, 개별 숏 넘버에 따른 금형 온도를 지속적으로 파악하였다. 또한, 보압의 영향을 받지 않도록 동일한 조건의 사출압 및 공정 시간으로 성형을 실시하였으며, 공정 시간도 동일하게 유지하였고, 이러한 방식으로 동일 조건 하에서 연속적으로 사출 성형된 스파이럴(spiral) 시편의 길이(length)를 측정하였다. Spiral length가 길수록 유동성이 조성물의 유동성이 뛰어나고, 이로 인해 안정적인 성형 가공이 가능할 것으로 판단하였다.
(3) 굴곡 탄성률: ASTM D790에 의거하여 평가되었다. 굴곡 탄성률이 높을수록 최종 제품에서 구현되는 강성이 높은 것으로 판단할 수 있다.
(4) 내화학성: 시험용 시편을 일정 곡률로 굽혀져 있는 지그(jig)에 장착하여 0.5%, 1.0%, 1.5% 스트레인(strain)을 주었다. 지그에 장착된 각 시편에 oleic acid, Sunblock(UV 차단제), hand cream 의 3 종류의 화학제품을 골고루 바른 후, 크랙(crack)이 발생하는 시간(단위: 시간(hour))을 측정하였다. 크랙의 발생에 소요되는 시간이 길어질수록 우수한 내화학성을 나타낸다고 할 수 있다.
(5) 인발 성형 가공성: 조성물의 인발 성형 시행 시 장섬유 보강제가 함침된 스트랜드의 단락 여부와 장섬유의 외부 돌출 정도, 함침조내의 Gas 발생 정도를 고려하여 연속 가공성의 용이성 및 난이성을 평가하였다. (상대적으로 [◎-연속공정 및 대량 생산 가능, ○-비교적 연속공정 가능, X-연속 가공성 취약]으로 등급을 정하였다).
(6) 성형 시편 내 장섬유 함침률 편차: 사출 성형된 시편 내 부위 별 장섬유 함침률 편차를 파악하기 위해 테스트를 시행하였다. 길이와 폭이 각각 15cm, 두께가 3mm 인 사각 시편을 동일한 조건에서 성형하고, 각 시편의 동일한 위치의 모서리 부위 4곳을 절단하여 회분 테스트를 통해 각 부위의 장섬유 함침률을 측정 하였다. 측정된 부위별 함침률의 편차를 계산하여 평가를 진행하였으며, 편차가 적을수록 사출 성형 시 시편 내 균일한 함량의 장섬유가 포함되어 보다 균일한 특성을 나타내는 최종 성형품을 제조할 수 있을 것으로 판단할 수 있다.
Figure pat00011
상기 표 2로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 수지 조성물은 측정한 모든 특성이 우수하게 균형 잡힌 상태를 나타내었다. 저온 충격 특성의 경우, 모든 조성에 6J 이상의 위치에너지가 가해졌을 때만 시편에 크랙이 존재하였며, 20 이상의 스파이럴 길이를 보였다. 또한, 강화제의 함량이 적은 실시예 4를 제외하고는 모두 100 MPa 이상의 굴곡 탄성률을 나타내어 충격, 유동, 강성의 주요 기계적 특성에서 균형 잡힌 특성을 나타내고 있다. 또한 본 발명의 주요 관심사인 내화학성 특성 및 인발 성형 시의 가공성과 성형 시편내의 시편 부위별 장섬유의 편차와 관련하여, 모든 실시예가 비교예 대비 우수한 특성을 나타내고 있다.
반면, 비교예 1과 3은 본 발명에서 제시하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 함량보다 적은 함량을 포함하고, 이로 인해 저온 충격 특성 및 내화학성이 현저히 감소되는 특성을 보였으므로, 기존 폴리카보네이트의 특성을 향상시킨 것으로 볼 수 없었다. 또한 비교예 2와 4는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 함량이 많아, 이로 인해 연속적인 인발 성형 생산 시의 가공성이 저하되며, 가공된 펠렛을 이용한 최종 성형품에서도 부위별 장섬유의 함량이 일정하지 못함을 나타내고 있고, 이는 최종 제품의 기계적 특성 및 표면 특성을 현저히 저하시킬 수 있다.
이로부터 본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물로 성형품을 제조함으로써, 내화학성, 유동특성, 저온 충격 특성, 굴곡 탄성률 등의 우수한 물성 및 가공성을 확보할 수 있고, 그와 동시에 성형된 시편 내의 우수한 장섬유 분산성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (8)

  1. (A) 장섬유, (B) 방향족 폴리카보네이트 수지 및 (C) 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함하는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물로서,
    상기 (A) 장섬유는 조성물 총 100중량%에 대하여 10 내지 50 중량%이고, 상기 (B) 방향족 폴리카보네이트 수지 및 (C) 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 함량은 장섬유의 함량을 제외한 조성물 중량을 기준으로 각각 30 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, (A) 장섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 아라미드 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 아릴레이트 섬유, 폴리에텔에텔케톤 섬유, 레이온 섬유, 천연섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, (A) 장섬유는 실란계 또는 티타네이트계 중합체로 표면 처리된 것인, 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, (B) 방향족 폴리카보네이트 수지는 25℃, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정한 점도평균분자량(Mv)이 15,000 내지 40,000인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, (C) 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 25℃, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정한 점도평균분자량(Mv)이 15,000 내지 30,000인 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 무기 충진제, 윤활제, 산화방지제, 광안정제, 가수분해안정제, 이형제, 안료, 대전방지제, 전도성부여제, 자성부여제, 가교제, 항균제, 가공조제, 내마찰제, 내마모제, 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (A) 장섬유가 펠렛의 길이 방향에 평행하게 배열되고, 장섬유의 길이와 펠렛의 길이가 5 내지 30mm로 동일한 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지 조성물로 제조된 성형품.
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