KR20180036129A - 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이의 성형품 - Google Patents

테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이의 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 수지에 변성 폴리프로필렌 수지, 장섬유, 내스크래치제, 및 유동증진제를 소정량 포함하여, 외관과 기계적 물성이 우수한 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 조성물로 제조한 테일게이트 인너 판넬은 테일게이트의 부품수의 감소와 차체 외판 경량화를 구현할 수 있으며, 나아가 의장 라인에서의 테일게이트 트림 장착 공수를 줄여 공정 단순화를 시킬 수도 있다.

Description

테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이의 성형품{Polypropylene resin composition for Tail gate inner panel, and molded articles thereof}
본 발명은 폴리프로필렌 수지에 변성 폴리프로필렌 수지, 장섬유, 내스크래치제, 및 유동증진제를 소정량 포함하여, 외관과 내스크래치성이 우수한 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이의 성형품이다.
최근 자동차는 연비 향상을 위한 자동차 경량화 방안을 많이 강구하고 있다. 30년 전부터 차체 판넬의 경량화를 위하여 플라스틱 펜더 혹은 테일게이트 등이 해외 자동차 업계에서 적용되어 오고 있으며, 현재는 조금 더 가벼운 차체를 만들기 위하여 탄소섬유를 적용한 BIW(Body In White)를 개발하여 양산하는 사례까지 나오고 있는 실정이다.
여기서, 테일게이트(Tail gate)는 RV용 리어 판넬로서 사이드 아우터 판넬과 범퍼 사이에 위치하는 부품으로써 구조 부재의 역할뿐만 아니라 외관 부품으로 사용되는 부품이다.
이러한 테일게이트가 가져야 할 주요한 역할에는 구조적 강성 및 주변 부품과의 일정한 틈새 및 단차 유지, 그리고 색상 일치가 있다.
또한 테일게이트는 스포일러, 가니쉬, 백 판넬 몰딩 등의 외장부품들이 스틸 앗세이 판넬에 장착되어 있으며, 인너 판넬에는 작동관 관련된 부품들이 장착되기 위해 스틸 레인포스류(Reinf.)들이 용접되어 있으며, 리프트 레인포스류(Lifter reinf.), 와이퍼 모터 레인포스류(wiper motor reinf.), 힌지 레인포스류(Hinge reinf.)가 1.2 mm 두께로 성형되어 인너 판넬에 용접하게 된다.
이러한 외장 부품들의 소재는 대부분 ABS 수지이며 자동차 업계에서는 오래 전부터 외장 부품을 외판에 통합화하여 플라스틱 테일게이트를 양산하고 있는 실정이다. 인너 판넬 역시 스틸 레인포스를 삭제하고 부위에 두께 및 리브를 첨가하여 동등한 강성을 구현하고 있다.
초기의 테일게이트는 강성을 위해 SMC(sheet molding composite) 열경화성 복합재를 외판과 내판에 사용하였으나 경량화를 위하여 아웃터 판넬은 PC 및PBT, PC 및 ABS 를 적용한 테일게이트 양산하게 되었다.
그러나, 현재는 더 많은 경량화 효과를 위해 TPO 수지를 적용하며 인너 판넬은 PP 및 LFT 소재가 적용되고 있는 실정이다. 그러나, 테일게이트 인너용으로서 PP 및 LFT 소재는 기존 LFT 소재와 유사한 물성을 구현하지만 그 외 만족해야 하는 추가적인 항목들이 있다.
구체적으로, 테일게이트 인너 판넬 소재는 부품 앗세이에서 구조적 강성을 가지는데 큰 역할을 하면서도 일부 테일게이트 트림을 삭제 가능하게 하는 역할도 하고 있다. 현재 테일게이트 트림은 어퍼, 사이드, 로어의 3 피스가 장착되는데 사이드 부분은 인너 판넬에 구현을 하여 부품을 삭제 가능하게 한다.
이에 외관의 우수성과 내스크래치성 등의 기계적 물성을 동시에 만족할 수 있는 테일게이트 인너 판넬 제조에 보다 적합한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공할 필요성이 있다.
1: 한국 공개특허 제2015-72558호
이에 본 발명자들은 폴리프로필렌 수지에 특정 조건의 변성 폴리프로필렌 수지, 장섬유, 내스크래치제, 유동증진제를 소정량 포함하는 경우 우수한 외관, 및 내스크래치성의 기계적 물성이 우수한 테일게이트 인너 판넬을 제조할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 조성물로 제조된 테일게이트 인너 판넬을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (A) 프로필렌 단일중합체, 및 프로필렌-에틸렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물인 폴리프로필렌 수지 10 ~ 86 중량%; (B) 변성 폴리프로필렌 수지 2 ~ 10 중량%; (C) 장섬유 10 ~ 70 중량%; (D) 내스크래치제 1 ~ 5 중량%; 및 (E) 유동증진제 1 ~ 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조된 테일게이트 인너 판넬을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 무도장 엠보를 구현해도 외관이 이상이 없는 우수한 외관 및 색상을 구현하며, 내스크래치성이 우수하여 테일게이트 인너 판넬로 더욱 적합하게 적용될 수 있다. 또한 이렇게 제조된 테일게이트 인너 판넬은 테일게이트의 부품수의 감소와 자체 외판 경량화를 구현할 수 있으며, 나아가 의장 라인에서의 테일게이트 트림 장착 공수를 줄여 공정 단순화를 시킬 수도 있다.
도 1은 테일게이트 인너 판넬의 모습을 나타낸 것이다.
본 발명은 테일게이트 폴리프로필렌 수지, 변성 폴리프로필렌 수지, 내스크래치제, 및 유동증진제를 포함하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물을 구성하는 각 사용 성분에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
먼저 본 발명에서의 폴리프로필렌 수지(A)는 프로필렌 단일중합체(a1), 및 프로필렌-에틸렌 공중합체(a2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물이다.
이때 상기 프로필렌 단일중합체(a1)은 용융지수(MeltIndex)가 230℃에서 10 ~ 25 g/10min인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 용융지수가 10 g/10min 미만이면 장유리 섬유와의 함침성이 저하되며, 강성이 낮아질 수 있고 25g/10min 초과이면 충격 물성이 좋지 못하기에 상기 범위 내의 것을 사용한다.
아울러, 상기 프로필렌-에틸렌 공중합체(a2)는 230℃에서 100 ~ 2,000 g/10min인 것이 바람직하다. 용융지수가 100g/10min 미만이면 장유리 섬유와의 함침성이 저하되며 유동성 부족에 의한 사출외관 불량이 발생할 수 있고, 2000 g/10min 초과이면 충격 물성이 좋지 못하기에 상기 범위 내의 것을 사용한다.
다음으로, 상기 변성 폴리프로필렌(B)은 열가소성 탄성체 및 무기 충전제가 폴리프로필렌 수지에 골고루 분산하는 역할을 하는 것으로서, 폴리프로필렌 중합체에 불포화카르본산 또는 그 유도체를 그라프트 시킨 것이다.
구체적으로 불포화카르본산 또는 그 유도체는 말레인산, 아크릴산, 메타아크릴산 및 무수말레인산로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하며, 0.5 ~ 5 중량%로 그라프팅된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.7 ~ 1.5 중량% 이다. 상기 범위 내에서 그라프팅 시 분산성이 더욱 우수하기 때문이다. 또한 중량평균분자량이 100 ~ 5,000 g/mol인이 분산성 향상에 더욱 유용하다.
아울러, 상기 변성 폴리프로필렌은 폴리프로필렌 수지 조성물 전체 중량에 대해 2 ~ 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 변성 폴리프로필렌이 2 중량% 미만인 경우 함침성 저하로 인한 물성저하 및 사출 외관 불량 문제가 있고, 10 중량% 초과인 경우 강성 및 충격강도가 저하되는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 사용한다.
다음으로, 상기 장섬유(D)는 기계적 물성을 향상시키기 위한 것으로, 직경이 10 ~ 30 ㎛인 유리섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 직경이 10 ㎛ 미만인 경우 압출로 제품을 생산 시 단사가 발생하는 문제가 생기고, 30 ㎛ 초과인 경우 가공성 및 함침성이 저하되는 문제가 생기기에 상기 범위의 유리 섬유를 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 장유리 섬유는 E 글라스(E GLASS), 내식성을개량한 이시알 글라스(ECR GLASS), 고강도의 에스, 스-2,알,티 글라스(S,S-2,R,T GLASS), 내산성의 씨, 에이글라스(C.A GLASS) 등을 사용할 수 있으며, 특히 이-글라스(E-GLASS)가 상업적인 측면에서 보다 바람직하다.
나아가 매트릭스 수지에 함침된 장섬유 펠렛은 6 ~ 16 mm의 길이(chop strand)를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 펠렛의 길이가 6 mm 미만이면 잔존 섬유 길이가 낮아져 내충격성이 저하되며, 16 mm를 초과하면 제품 가공 및 성형성이 저하되기에 상기 범위에서 사용하는 것이 좋다.
아울러, 상기 장섬유는 폴리프로필렌 수지 조성물 전체 중량에 대해 10 ~ 70 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 장섬유가 10 중량% 미만인 경우 인장 강도, 굴곡강도, 충격강도 등의 기계적 물성이 저하되는 문제가 있고, 70 중량% 초과인 경우 유동성 부족으로 인하여 사출 외관불량의 문제가 있기에 상기 범위 내에서 사용한다.
또한, 상기 내스크래치제(D)는 내스크래치성을 향상시키기 위해 도입된 것으로, 용융흐름지수가 13 ~ 15 g/10 분(230 ℃, 10 kg), 녹는점 92 ~ 95 ℃이며, 고분자 구조 내에 아민기(-NH2)를 도입한 펠렛(pellet) 형태의 올레핀-아크릴레이트계 공중합체이다.
이러한 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분(D)은 특별히 고안된 기능성 고분자의 일종으로, 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분 내에 아민기를 함유한 단위체가 18 ~ 24 중량%을 가진 것으로 알려져 있다.
이러한 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분은 제품 내의 열적, 물리적 특성을 저하시키지 않으면서도 표면에서의 내스크래치성의 향상을 유도하기 위해 합성된 것으로서, 고분자 내 도입된 아민 극성기의 작용을 통해 제품 성형 시 표면으로의 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분의 이동을 유발시키고 표면에서의 조성변화 및 함량 증가를 통하여 표면의 슬립(slip)성을 높여주는 것으로 기대할 수 있다. 또한 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분에서의 올레핀 단위체들이 폴리프로필렌 복합수지와의 상용성을 유지시켜 물성 변화를 최소화시킬 수 있다.
이에 본 발명에서는 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분 내의 아민기 함량 변화와 복합 수지 내 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분의 함량 변화를 통해 최적 조건을 찾은 후 성형품을 사출하였으며, 이러한 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 성분은 폴피프로필렌 수지 조성물 전체 중량에 대해 1 ~ 5 중량% 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2 ~ 4 중량%이다. 내스크래치제가 5 중량%을 초과하게 되면 강성과 신율이 저하되기 시작하며, 1 중량% 미만을 사용할 때는 내스크래치성의 향상이 미미하기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 유동증진제(F)는 폴리프로필렌의 유동성을 증진시킴으로써 사출 시 제품의 외관품질을 향상시킬 수 있으며, 하기 화학식 1으로 표시되는 화합물인 N,N’-에틸렌 비스-스테아라마이드(N,N’-Ethylene Bis-Stearamide)을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pat00001
또한, 상기 유동증진제는 폴리프로필렌 수지 조성물 전체 중량에 대해 1 ~ 5중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 유동증진제가 1 중량% 미만인 경우 유동성이 충분하지 않을 수 있으며, 5 중량% 초과인 경우 기계적 강도가 저하될 수 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지, 변성 폴리프로필렌 수지, 장섬유, 내스크래치제, 및 유동증진제의 적절한 배합 조절에 의해, 내스크래치성 등의 기계적 물성의 만족과 함께 우수한 외관을 갖는 테일게이트 인너 판넬을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 13
하기 표 1의 조성과 함량에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물을 혼합한 후, 이축 압출 및 인발성형기를 사용하여 압출한 후 사출 성형하여 물성 시편을 제조하였다.
폴리프로필렌 수지 조성물
구분
(단위:
중량%)		 (A) (B) (C) (D) (E) 합계
프로필렌단일중합체1) 프로필렌단일중합체2) 프로필렌-에틸렌
공중합체3 ) 		프로필렌-
에틸렌
공중합체4 ) 		변성폴리프로필렌5) 장유리섬유6 ) 장유리섬유7 ) 내스크래치제8 ) 유동
증진제9 )
실시예1 10 40 5 40 2 3 100
실시예2 20 30 5 40 2 3 100
실시예3 10 30 5 50 2 3 100
비교예1 10 41.5 5 40 0.5 3 100
비교예2 10 35 5 40 7 3 100
비교예3 10 42.5 5 40 2 0.5 100
비교예4 10 36 5 40 2 7 100
비교예5 10 40 5 40 2 3 100
비교예6 10 40 5 40 2 3 100
비교예7 20 32.1 5 40 2 0.9 100
비교예8 20 27.9 5 40 2 5.1 100
비교예9 10 31.1 5 50 0.9 3 100
비교예10 10 26.9 5 50 5.1 3 100
비교예11 5 5 5 80 2 3 100
비교예12 87 5 3 2 3 100
비교예13 87 5 3 2 3 100
1) 프로필렌 단일 중합체: 용융지수 20g/10min
2) 프로필렌 단일 중합체: 용융지수 5g/10min
3) 프로필렌-에틸렌 공중합체: 용융지수 1000g/10min
4) 프로필렌-에틸렌 공중합체: 용융지수 50g/10min
5) 변성 폴리프로필렌: 폴리프로필렌 중합체에 무수말레인산이 1.0wt% 그래프팅된 수지임.
6) 장유리섬유: 직경이 17㎛이고 길이가 10mm인 유리섬유
7) 장유리섬유: 직경이 17㎛이고 길이가 2mm인 유리섬유
8) 내스크레치제: 올레핀-아크릴레이트계 공중합체 성분내 아민기를 함유한 단위체가 20중량%를 포함하는 것임(상품명: NOFALLOY series)
9) 유동증진제: N,N’-Ethylene Bis-Stearamide
실험예 1: 물성측정
상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 13에서 제조한 시편을 하기 시험방법을 이용하여 물성 측정하여 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 인장 강도: ASTM D 638 에 의거하여 측정하였다.
(2) 굴곡 강도 및 굴곡탄성율: ASTM D790 규정에 의거하여 측정하였다.
(3) IZOD 충격 강도: ASTM D256에 의해 ?" 노치(Notched) 조건에서 상온(23)의 온도 조건에 대하여 측정하였다.
(4) 열변형온도: ASTM D648에 규정에 의거하여 측정하였다.
(5) 내스크래치성: 에릭슨 장비를 활용하여 2㎜ 간격으로 20개 이상씩 격자무늬로 스크래치를 만들고 스크래치 평가 전과 후의 L값을 측정하여 L값을 계산한다. 측정 장치는 d/8°Spin Sphere 색차계를 활용하여 측정한다. L 값은 CIELAB에서의 색좌표에서 명도를 나타내는 수치이다. L=100 (흰색), L=0 (검정) 이라 보면 된다.
(6) 유동성: ASTM D3123 에 의거하여 측정하였다.
(7) 외관: 육안으로 외관을 관찰했을 시 외관에 유리 섬유 노출 정도가 극히 적어 괜찮은 상태를 O, 좋지 않는 상태를 X로 표시하였다.
물성 측정 결과
물성 인장
강도
(㎫)		 굴곡
강도
(㎫)		 굴곡
탄성율
(㎫)		 Izod
충격강도
(J/m)		 열변형
온도
(℃)		 내스크래치성
(△L)		 유동성
(㎜)		 외관
(△E)
실시예1 150 180 7500 250 160 1.1 55 O
실시예2 153 185 7700 240 160 1.1 52 O
실시예3 160 191 9500 280 160 1.0 50 O
비교예1 152 181 7600 253 160 2.5 56 O
비교예2 135 160 7000 210 158 0.9 54 O
비교예3 151 181 7550 252 160 1.1 40 X
비교예4 110 140 6500 175 155 1.2 70 O
비교예5 135 165 6500 70 157 2.2 50 O
비교예6 121 151 7350 205 160 1.0 25 X
비교예7 155 187 7800 242 160 1.1 38 X
비교예8 115 145 6800 160 154 1.2 54 O
비교예9 161 190 9550 281 160 2.0 48 O
비교예10 140 169 8800 180 160 1.0 51 O
비교예11 182 215 15000 300 160 1.0 10 X
비교예12 21 25 2000 50 90 1.1 220 O
비교예13 23 27 2500 60 91 1.2 75 O
상기 표 2의 결과를 살펴보면, 실시예 1과 비교예 1 및 2, 실시예 3 와 비교예 9 및 10을 통해 내스크래치제의 함량이 미달되면 내스크레치성이 부족해지고, 내스크래치제의 함량이 초과되면 기계적 물성이 저하됨을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 비교예 3 및 4, 실시예 2와 비교예 7 및 8을 통해 유동증진제 함량이 미달되면 유동성부족에 의한 사출외관을 만족시키지 못하고, 유동증진제 함량이 초과되면 기계적 물성이 저하됨을 알 수 있다.
아울러, 비교예 5의 경우 장섬유의 길이가 너무 짧은 경우 외관은 개선되나 기계적 물성이 저하됨을 알 수 있고, 비교예 6의 경우 프로필렌 단일중합체 와 프로필렌-에틸렌 공중합체의 유동지수가 너무 낮은 경우 유동성 부족으로 인하여 외관을 만족시키지 못함을 알 수 있다.
아울러, 비교예 11을 통해 장섬유 함량이 너무 높아 유동성 부족으로 인하여 외관을 만족하지 못함을 알 수 있고, 비교예 12 및 13을 통해 장섬유 함량이 부족하여 기계적 물성이 저하됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 조성물은 폴리프로필렌 수지, 변성 폴리프로필렌 수지, 장섬유, 내스크래치제, 및 유동증진제의 최적의 배합 조절에 의해, 내스크래치성 등의 기계적 물성의 만족과 함께 우수한 외관을 갖는 테일게이트 인너 판넬 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. (A) 프로필렌 단일중합체, 및 프로필렌-에틸렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물인 폴리프로필렌 수지 10 ~ 86 중량%;
    (B) 변성 폴리프로필렌 수지 2 ~ 10 중량%;
    (C) 장섬유 10 ~ 70 중량%;
    (D) 내스크래치제 1 ~ 5 중량%; 및
    (E) 유동증진제 1 ~ 5 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리 프폴필렌 수지(A)에서 프로필렌 단일중합체는 용융지수(MeltIndex)가 230℃에서 10 ~ 25 g/10min이고, 프로필렌-에틸렌 공중합체는 230℃에서 100 ~ 2,000 g/10min인 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 변성 폴리프로필렌 수지(B)는 폴리프로필렌 중합체에 불포화카르본산 또는 그 유도체를 0.5 ~ 5 중량%로 그라프트 시킨 것으로, 중량평균분자량이 100 ~ 5,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 장섬유(C)는 평균 직경이 10 ~ 30 ㎛이고, 길이가 6 ~ 16 mm인 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 내스크래치제(D)는 용융흐름지수가 13 ~ 15 g/10 분(230℃, 10kg), 녹는점 92 ~ 95℃이며, 고분자 구조 내에 아민기(-NH2)를 함유한 단위체가 18 ~ 24 중량%을 갖는 펠렛(pellet) 형태의 올레핀-아크릴레이트계 공중합체인 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유동증진제(E)는 N,N’-에틸렌 비스-스테아라마이드(N,N’-Ethylene Bis-Stearamide)인 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬용 폴리프로필렌 수지 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중에서 선택된 어느 한 항의 폴리프폴필렌 수지 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 테일게이트 인너 판넬.
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