KR20180078123A

KR20180078123A - 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20180078123A
Application number: KR1020170113824A
Authority: KR
Inventors: 장준수; 유승윤; 박형근
Original assignee: 장준수
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2018-07-09
Also published as: KR101887354B1

Abstract

본 발명은 자동차 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 폴리케톤 60 내지 80 중량부; 폴리아미드 6 수지 5 내지 15 중량부; MA-g-수지 1 내지 20 중량부; 글래스 버블(GB) 10 중량부 이하; 및 글래스 파이버(GF) 20 내지 40 중량부;를 포함하는 폴리케톤 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물 {Polyketone mixed resin composition for cooling fan}

본 발명은 자동차 냉각팬용 폴리케톤 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리케톤 수지, 폴리아미드6 수지, MA 그라프트된 수지, 글래스 버블(glass bubble; GB) 및 글래스 파이버(glass fiber; GF)를 포함한 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물에 관한 것이다.

자동차는 다양한 열 교환기를 이용해 엔진과 미션, 에어컨 시스템에서 사용하는 냉매를 냉각시킨다. 열 교환기들은 외부에서 자동차로 들어오는 공기 흐름을 이용해 냉각 작용을 한다. 하지만 자동차가 정지한 상태에서 엔진이 작동하는 경우라면, 공기 흐름이 거의 없어 열 교환기 성능이 현격하게 감소한다.

이런 단점을 보완하는 부품이 바로 ‘냉각팬(Cooling Fan)’이다. 냉각팬은 라디에이터와 에어컨 콘덴서를 통해 흐르는 공기의 양을 증가시켜 주며 특히 엔진 공회전시나 저속 주행 시 엔진이 냉각되도록 하여준다.

자동차 냉각팬은 회전, 진동 등의 충격을 장기적으로 받더라도 견딜 수 있는 기계적 물성을 가져야 하며, 겨울철 제설을 위해 도로에 뿌려지는 염화칼슘 수용액 등의 외부환경의 화학요소에도 문제가 발생하지 않도록 내화학성을 가져야 한다.

한편, 국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만 아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차 산업에서 절실히 요구되고 있다.

자동차 연비 향상의 방안에는 연비 향상 기술은 크게 엔진/구동계 효율 향상, 주행저항 감소, 경량화가 있으며, 이중 자동차 경량화 기술은 엔진/구동계 효율 향상, 주행저항 감소 등의 기타 연비 향상기술에 대비하여 저비용으로 고효율의 연비 향상 결과를 얻을 수 있기 때문에 가장 유력한 방안으로 기대되고 있다.

상기와 같은 자동차 경량화의 움직임에 따라 자동차의 경량화를 위한 연구개발이 중점적으로 시행되고 있으며, 경량화를 위해서 종래 철강, 비금속 등이 담당하던 부품을 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 고무, 열가소성 엘라스토머 등으로 대체하여 왔다.

이와 같은 여러 특성을 만족시키는 수지 조성물로 주로 폴리아미드66/GF33(이하, 폴리아미드66)을 보강한 수지가 시용되었다. 그러나 폴리아미드66은 염화칼슘에 대한 내성이 낮아 상기한 바와 같은 겨울철 도로 환경에서는 문제가 발생할 소지가 있었다. 이와 같은 폴리아미드66의 문제점을 해소하고자 폴리아미드66에 폴리아미드612를 알로이한 수지에 유리섬유를 보강하여 염화칼슘 수용액에 대한 내화학성을 높인 수지가 사용되고 있다.

이와 같이 폴리아미드612을 이용하여 폴리아미드66을 보강하는 것은 염화칼슘에 대한 우수한 내화학성 높여주는 것으로 알려져 있으나, 상기 폴리아미드612는 내열성이 떨어지고 높은 가격으로 인하여 다량 사용할 수 없는 문제가 있었다.

한편 폴리케톤 수지는 충격강도 등과 같은 기계적 물성 및 성형 특성이 탁월하여 음식물 용기 등의 성형품이나 각종 부품의 소재로 유용하게 적용되고 있는 열가소성 합성수지로서, 기계적 물성은 고성능 플라스틱의 범주에 속하며, 기계적 물성, 성형 특성 등의 고유 물성을 그대로 유지하면서 전도성 등과 같이 다른 바람직한 특성이 부여된 폴리케톤 수지는 더욱 다양한 용도로 광범위하게 적용되고 있다. 또한 폴리케톤 수지는 일산화탄소와 에틸렌이나 프로필렌과 같은 범용단량체를 공조합시켜 만드는 신소재로 친환경적 소재로서 크게 주목받고 있으며, 또한 다른 자동차 플라스틱 소재에 비해 가격 경쟁력도 탁월하면서, 내화학성 측면에서 폴리아미드612 보다 우수한 장점을 가지고 있다.

즉, 폴리케톤 수지를 자동차 라디에이터 엔드탱크의 베이스 수지로 사용할 경우 폴리아미드66나 폴리아미드612 수지를 베이스 수지로 사용하는 것에 비하여 소모되는 수지 가격이 현저히 낮아질 것으로 판단된다.

그러나 폴리케톤 수지를 이용하여 자동차 냉각팬 등의 성형품을 제조할 경우, 성형 중에 젤화가 쉽게 발생하여 가공성이 떨어지고, 최종제품의 물성을 저하시키는 현상이 발생하였다.

그러므로 본 특허에서는 폴리케톤 수지에 폴리아미드 등의 수지를 혼합하여 제조하되, 상기 문제점을 제거하고, 냉각팬으로서의 물성을 향상시킨 자동차 냉각팬 조성물을 제시하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술이 속하는 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비하여 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 한국등록특허 제10-1675828호는 기계적 물성이 우수한 폴리케톤 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 폴리케톤 폴리머와 폴리헥사메틸렌이소프탈아미드를 60:40 내지 95:5 중량비로 블렌드시켜 기존 열가소성 플라스틱 소재에 비해 산업용 플라스틱으로 사용 시 굴곡특성을 향상시킨 폴리케톤 조성물에 관한 기술이 기재되어 있다.

또한, 한국등록특허 제10-1655336호는 폴리케톤 범퍼 브라켓에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 폴리케톤, 폴리아미드6 및 고무를 포함하는 블렌드를 사용하여 범퍼 브라켓을 제조함으로써, 내충격성, 내염화성이 우수한 폴리케톤 범퍼 브라켓에 관한 기술이 기재되어 있다.

또한, 한국등록특허 제10-1684883호는 자동차 오일 팬용 폴리케톤 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 일산화탄소와 적어도 1종의 올레핀계 불포화 탄화수소로 이루어진 선상 교대 폴리케톤 공중합체 및 유리섬유의 블렌드를 포함하는 폴리케톤 자동차 오일 팬에 관한 기술이 기재되어 있다.

상기 선행기술문헌들은 폴리케톤을 베이스 수지로 한 자동차용 플라스틱 조성물의 물성을 향상시키기 위한 기술이라는 점에서 본 발명과 일부 유사점이 있으나, 본 발명과 같이 폴리케톤 수지에 MA 그라프트된 수지 등의 엔지니어링 플라스틱을 혼합한 수지 조성물과 보강재로서 글라스파이버 및/또는 글라스스버블 및 젤화방지재 등을 포함한 기술은 기재되어 있지 않다는 점에서 본 발명은 상기 선행기술문헌들과 차이점이 있다.

한국등록특허 제10-1675828호(공개일 2016.11.14.) 한국등록특허 제10-1655336호(공개일 2016.09.07.) 한국등록특허 제10-1684883호(공개일 2016.12.12.)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 폴리케톤 수지에 MA 그라프트된 수지 등의 엔지니어링 플라스틱을 알로이하고 보강재를 혼합하여 자동차 냉각팬용 수지 조성물을 제공함으로써, 자동차 냉각팬의 제조비용을 절약하고, 경량화가 가능하며, 내화학성, 내부동액성, 내흡수성 및 내구성을 향상시키는 효과를 가지는 냉각팬 조성물을 제공하도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한 상기 조성물에 젤화방지제를 첨가하여 상기 수지 조성물의 성형시 젤화을 방지하여 성형 가공성을 높이고, 젤화에 따른 물성 저하를 방지하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각팬용 폴리케톤 수지 조성물은, 폴리케톤 수지; 폴리아미드 6 수지; MA-g-MPPO 수지; 글래스 버블(GB); 및 글래스 파이버(GF);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 냉각팬용 폴리케톤 수지 조성물은, 폴리케톤 60 내지 80 중량부; 폴리아미드 6 수지 5 내지 15 중량부; MA-g-수지 1 내지 20 중량부의 비율로 혼합된 혼합물에 상기 혼합물 중량 대비 글래스 버블(GB)을 10 wt%이하로 포함하고, 상기 혼합물 중량 대비 글래스 파이버(GF)를 20 내지 40 wt%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, MA-g-수지는 MA-g-MPPO이거나, MA-g-PP가 20~40wt%로 함유된 MA-g-MPPO와 MA-g-PP의 혼합물일 수 있다.

또한, 일 실시예로서, 상기 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물은, 가교제를 포함하지 않으며, 젤화방지제로 에틸렌수지, 프로필렌 수지, 에틸렌/프로필렌 수지, 에틸렌/옥텐 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 에틸렌/프로필렌/디엔 수지, 스티렌/에틸렌/부타디엔/스티렌 수지, 스티렌수지, 스티렌/아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 수지에 산무수물기를 갖는 화합물이 그래프트 된 고분자 수지, 카르복실기를 가지는 고분자 수지로는 폴리아크릴산 및, 폴리아크릴산 및 스티렌수지, 스티렌/아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 수지에 카르복실기를 갖는 화합물이 그래프트 된 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 물질이 더 첨가된 것을 특징으로 한다.

상기 젤화방지제는 폴리케톤 수지 100 중량부에 대하여, 0.05 중량부 내지 5 중량부로 첨가될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 폴리케톤 혼합 수지 조성물에 상용화제, 열안정제, 산화방지제, 보강섬유에서 선택된 1종이상이 더 첨가된 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 냉각팬용 폴리케톤 수지 조성물은, 상기 글래스 파이버는 8mm 이하의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예로서 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물을 제조하는 방법은 ⅰ) 폴리케톤 수지, 폴리아미드6, MA-g-PPO 수지 및 글래스 파이버(GF)가 혼합된 폴리케톤/GF 컴파운드를 얻는 단계; ⅱ) 글래스 버블(GB)이 폴리아미드6에 일정량 혼합된 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 얻는 단계; 및 ⅲ) 상기 폴리케톤/GF 컴파운드와 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 드라이 블렌딩(dry blending) 방법을 사용하여 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 상기 폴리케톤/GF 컴파운드를 얻는 단계는 a) 폴리케톤 수지, 폴리아미드6(PA6) 및 MA-g-수지를 동시에 압출기에 투입한 후 서로 혼합하여 폴리케톤 혼합물을 얻는 단계; 및 b) 상기 a)단계의 혼합물에 글래스 파이버를 첨가하여 혼합한 후 이를 성형하여 폴리케톤/GF 컴파운드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 a)단계 및 b)단계의 공정은 200 내지 300℃의 온도조건에서 진행될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 상기 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 얻는 단계는, ⅰ) 폴리아미드6 베이스를 압출기에 넣고 가열하는 단계; ⅱ) 상기 i)단계에서의 폴리아미드6에 글래스 버블을 첨가하여 압출기내에서 균일하게 혼합하는 단계; 및 ⅲ) 상기 혼합된 폴리아미드/글래스 버블을 성형하여 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차 냉각팬용 폴리케톤 함유 조성물은 폴리케톤 수지, 폴리아미드 6 수지 및 MA 그라프트된 MPPO 수지를 혼합하여 냉각팬용 조성물을 제조함으로써, 폴리아미드 66 또는 612 수지의 사용량을 줄여 제조비용을 낮추면서도 비중이 낮고, 내화학성 등 냉각팬으로서의 물성을 향상시킬 수 있으며, 또한 글래스 버블 및 글래스 파이버을 사용함으로써, 최종적으로 생성된 수지 조성물의 비중을 낮추고, 인장강도 등을 증진할 수 있는 효과가 있다.

또한, 조성물 중에 젤화 방지제를 포함하여 성형 가공시 젤화를 방지함으로써, 가공성을 향상시키고 젤화에 따른 물성저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 냉각팬용 폴리케톤 수지 함유 조성물은, 폴리케톤 수지; 폴리아미드 6 수지; 및 MA 그라프트된 수지(이하, MA-g-수지)를 포함한다. MA-g-수지는 말레산 무수물이 그라프트된 수지를 의미하며, 수지에 무수말레산(Maleic Anhydride)이 공유 결합된 형태이다.

이러한 MA-g-수지로는 Ma-g-SAN(Styrene-Acrylonitrile Copolymer), Ma-g-PP(Polypropylene), MA-g-PC(Polycarbonate), MA-g-PE(Polyethylene), Ma-g-ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene),MA-g-PET(Polyethylene Terephthalate), MA-g-PS(Poly Styrene), MA-g-MPPO (Modified Polypeny- lene Oxide) 등이 있을 수 있다. 상기 MPPO는 주로 PPO 에 폴리스티렌수지를 알로이 한 것이다. 상기 MA-g-수지를 첨가하게 되면 폴리케톤수지 조성물의 인장강도 및 굴곡강도 등이 향상되게 된다.

상기 MA-g-수지 중 바람직한 것은 MA-g-MPPO 이다. 더욱 바람직한 것은 MA-g-MPPO에 MA-g-PP를 혼합한 혼합물이다.

보다 상세하게는, 상기 냉각팬용 폴리케톤 수지 조성물은 폴리케톤 수지 60 내지 80 중량부 및 폴리아미드 6 수지 5 내지 15 중량부; 및 MA-g-수지 1 내지 20 중량부의 비율로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리케톤 수지 혼합 조성물의 함량이 상기 범위 내에 있어야 폴리케톤의 내화학성, 경량성 등의 잇점을 최대한 이용하면서도, 강도 저하 등의 물성저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 냉각팬용 폴리케톤 수지 함유 조성물은 자동차 냉각팬에 사용되는 기존의 소재인 폴리아미드66 수지를 대체할 수 있는 것으로서, 폴리아미드 66 보다 상대적으로 저렴한 폴리케톤 수지를 베이스 수지로 사용함으로써, 생산비 절감을 기대할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 냉각팬용 폴리케톤 수지 함유 조성물에 글래스 버블(glass bubble; GB)을 함유시킴으로서 저비중 및 경량화의 효과를 얻을 수 있다.

상기 글래스 버블(GB)은 상기 폴리케톤 수지 및 폴리아미드 6 수지, MA-g-수지 혼합물의 중량 대비 10 wt% 까지 함유할 수 있으며, 만일 글래스 버블(GB)이 상기 중량을 초과할 경우에는 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

또한 상기 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물에 글래스 버블(GB)을 사용할 경우 비중은 감소하지만, 기계적 물성이 떨어지므로, 이를 보강하기 위하여 상기 수지 조성물에 글래스 파이버(glass fiber; GF)를 더 혼합하게 되며, 상기 글래스파이버는 상기 폴리케톤 수지 및 폴리아미드 6 수지, MA-g-수지 혼합물의 중량 대비 20 내지 40 wt%를 함유할 수 있다.

또한, 상기 글래스 파이버(GF)는 2.5 내지 12.5 mm의 길이를 갖는 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 8 mm 이하의 길이를 갖는 글래스 파이버(GF)를 사용하는 것이 바람직하다. 8 mm 이상의 길이를 갖는 롱 글래스 파이버(long glass fiber; LGF)를 사용할 경우 8 mm 이하의 길이를 갖는 글래스 파이버(GF)를 사용했을 때 보다 기계적 강도가 향상되지만, 한편으로 표면이 거칠어지고, 혼합과정에서 롱 글래스 파이버(LGF)가 한쪽으로 몰리는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 냉각팬용 폴리케톤 수지 조성물에는 폴리케톤의 압출이나 사출 성형시 고온으로 용융시킬 때 발생되는 젤화를 방지하기 위하여 젤화 방지제가 첨가될 수 있다.

상기 젤화 방지제는 산무수물기(-C=OOO=C-) 및 카르복실기(-COOH) 중 어느 하나 이상의 관능기를 가지는 화합물이 그라프트된 고분자 수지 등의 물질이 사용된다.

이들 상기 관능기를 가지는 첨가제들이 젤화를 억제하는 메카니즘은 명확하지 않으나 폴리케톤 고분자 체인사이에 혼용되어 케톤이 젤화되는 것을 억제하는 것으로 판단된다.

상기 젤화억제제 중, 산무수물기를 가지는 고분자 수지로는 에틸렌 수지, 에틸렌/프로필렌 수지, 에틸렌/옥텐 수지, 에틸렌/프로필렌/디엔 수지, 스티렌/에틸렌/부타디엔/스티렌 수지,에틸렌수지, 프로필렌 수지, 에틸렌/프로필렌 수지, 에틸렌/옥텐 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 에틸렌/프로필렌/디엔 수지, 스티렌/에틸렌/부타디엔/스티렌 수지, 스티렌수지, 스티렌 아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지 에서 선택된 하나 이상의 수지에 산무수물기를 갖는 화합물이 그래프트 된 것이다.

상기 산무수물기를 포함하는 화합물로는 비제한적으로 아세트산무수물, 말레산무수물, 프로피온산 무수물, 부틸산 무수물, 숙신산 무수물, 글루타르산 무수물, 프탈산무수물, 벤조산 무수물 등을 들 수 있다.

카르복실기를 가지는 고분자 수지로는 폴리아크릴산 및 스티렌수지, 스티렌/아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 수지에 카르복실기를 갖는 화합물이 그래프트 된 고분자를 들 수 있다.

이들 젤화 방지제는 폴리케톤수지의 펠릿화 전에 폴리케톤 수지에 미리 첨가하여 펠릿화 할 수도 있으며, 상기 젤화 방지제가 포함되어 있지 않은 폴리케톤 수지 펠릿을 압출이나 사출 등의 방식으로 성형하기 위하여 용융할 때, 첨가할 수도 있다. 이 때, 상기 폴리케톤수지 등에는 가교제가 포함되어 있지 않아야 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물에는 기타 첨가제가 추가적으로 함유될 수 있으며, 상기 기타 첨가제의 종류로는 탈크, 가공조제, 열안정제, 산화방지제, 충격보강제, 상용화제, 보강섬유 등을 제시할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

이하에서, 실시예를 통해 본 발명에 따른 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물에 대하여 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 기술적 범위에 포함한다.

또한 본 발명은 다른 일 실시예에 따라, 상기 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물을 제조하는 방법을 제공하며, 폴리케톤 혼합 수지 조성물은 폴리케톤 수지, 폴리아미드6 수지, MA-g-수지 및 글래스 파이버(GF)가 혼합된 폴리아미드/GF 컴파운드와 글래스 버블(GB)이 폴리아미드6에 일정량 혼합된 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 드라이 블렌딩(dry blending) 방법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 이 때 최종적으로 제조된 폴리케톤 혼합 수지 조성물의 조성비는 폴리케톤 수지 60 내지 80 중량부, 폴리아미드6(PA6)수지 5 내지 15 중량부 및 MA-g-수지 1 내지 20 중량부의 비율로 혼합되고, 상기 혼합된 수지의 총중량 대비 글래스 파이버는 20~40wt%, 글래스버블은 10wt% 이하가 되도록 할 수 있다. 이 때, 글래스버블의 함량이 0wt%라면 상기 글래스 버블 마스터배치를 드라이 블렌딩하는 단계는 제외된다.

상기 폴리케톤/GF 컴파운드의 제조방법은, a) 폴리케톤 수지 60 내지 80 중량부, 폴리아미드6(PA6)수지 5 내지 15 중량부 및 MA-g-수지 1 내지 20 중량부의 비율로 동시에 혼합기 또는 압출기에 투입한 후 서로 혼합하여 혼합물을 얻고 상기 혼합물의 총중량 대비 20 내지 40wt%의 글래스 파이버를 사이드로 첨가하여 혼합한 후 이를 성형하고 적당한 크기로 절단하여 재생재/GF 컴파운드를 제조하는 단계를 포함한다.

상기 MA-g-수지는 MA-g-MPPO이거나, MA-g-PP가 20~40wt%로 혼합된 MA-g-MPPO와 MA-g-PP 혼합물일 수 있다.

한편, 상기 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)의 제조방법은, i) 폴리아미드6 베이스를 혼합기에 넣고 가열하는 단계; ii) 상기 i)단계에서의 폴리아미드6에 글래스 버블을 첨가하여 서로 균일하게 혼합하는 단계; 및 iii) 상기 혼합된 폴리아미드/글래스 버블을 성형하여 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 제조하는 단계;를 포함한다.

이하에서, 실시예를 통해 본 발명에 따른 냉각팬용 폴리케톤 수지 조성물에 대하여 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 기술적 범위에 포함한다.

<실시예 1 내지 9>

1) 폴리케톤/GF 컴파운드의 제조

열가소성 폴리케톤, 폴리아미드 6, MA-g-MPPO, MA-g-PP 및 글래스 파이버(GF), 활제 등을 표 1 및 표3에 나타낸 대로 배합하여 폴리케톤 혼합 수지 조성물을 제조하였다. 이와 같이 제조된 수지 조성물을 250 ℃, L/D=35, ø조건의 이축압출기에서 용융 및 압출하여 펠렛을 제조하였다. 여기서 제조된 혼합물을 폴리케톤/GF 컴파운드라 명명하였다. 이와 같이 제조된 펠렛을 ISO 패밀리 몰드로 250 ℃, 500 톤 조건에서 사출 성형하여 물성측정용 시편을 만들었다.

2) 글래스 버블 마스터 배치(master batch; M/B)의 제조

신재 폴리아미드6 베이스를 압출기에 넣고 250℃로 가열하면서 상기 가열된 폴리아미드6에 글래스 버블을 첨가하고 서로 균일하게 혼합되도록 하였다.

상기 혼합된 폴리아미드/글래스 버블을 250℃로 유지한 상태로 압출기로 압출 성형 후 절단하여 글래스 버블 마스터 배치(master batch; M/B)를 제조하였다.

3) 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지의 제조

상기 폴리케톤/GF 컴파운드와 글래스 버블 마스터 배치를 드라이 블랜딩하여 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지를 제조하였다.

<비교예 1>

자동차 냉각팬 등에 사용되는 수지 조성물로 현재 일반적으로 사용되고 있는 것과 동일하게, 폴리아미드 66 수지 100g 및 글라스 파이버(GF) 25g 에 첨가제로서 활제 1g 이 투입된 것을 사용하였다. 이와 같이 제조된 수지 조성물을 260 ℃, L/D=35, ø조건의 이축압출기에서 용융 및 압출하여 펠렛을 제조하였다. 이와 같이 제조된 펠렛을 ISO 패밀리 몰드로 250 ℃, 500 톤 조건에서 사출 성형하여 물성측정용 시편을 만들었다.

<비교예 2 내지 6>

열가소성 폴리케톤, 폴리아미드 6, MA-g-MPPO, MA-g-PP 및 글래스 파이버(GF), 활제 등을 표1 및 표3에 나타낸 대로 배합하여 폴리케톤 수지 조성물을 제조하였다. 이와 같이 제조된 수지 조성물을 260 ℃, L/D=35, ø조건의 이축압출기에서 용융 및 압출하여 펠렛을 제조하였다. 이와 같이 제조된 펠렛을 ISO 패밀리 몰드로 250 ℃, 500 톤 조건에서 사출 성형하여 물성측정용 시편을 만들었다.

상기 실시예 및 비교예에서 열가소성 폴리케톤 수지로서 녹는점은 220℃이고 흐름성이 240℃, 2.16kg에서 260 g/10 min 인 M330A(제조사 효성)를 사용하였고, 폴리아미드 6 수지는 폴리아미드 6 Toplan 1101(제조사 효성)를 사용하였으며, 폴리아미드 66 수지는 Solvay의 27AE1를 사용하였다. MA-g-MPPO 수지로서 현대이피사의 SP02를, MA-g-PP 수지로서 이루켐의 Irubond 100을, 글래스 버블(GB)로서 3M사의 Glass bubble(S60HS) 제품, 글래스 파이버(GF)로서 오웬스코닝사의 CS-983, 활제로서는 Clariant사의 Licowax E, 젤화방지제로서 산무수물기(-C=OOO=C-)를 가지는 것으로는 Du Pont사의 무수말레산이 그래프트된 Fusabond N416을, 카르복실기(-COOH)를 가지는 것으로는 대정화금의 폴리아크릴산을 사용하였다.

시험 1: 인장강도, 굴곡강도 및 열변형온도 측정

실시예 및 비교예에서 제조된 조성물의 시편에 대한 인장강도, 굴곡강도, HDT 열변형온도, 흐름특성을 측정하였으며, 측정 방법은 하기와 같다.

(1) 인장강도 (단위: MPa): 인장강도는 ISO 527 방법으로 측정되었다.

(2) 굴곡강도(단위: MPa): 굴곡강도는 ISO 178 방법으로 측정되었다.

(3) 충격강도(단위: kJ/m²): 두께가 3.2mm인 충격강도 시편으로 ISO 179에 따라 샤르피 아이조드 충격강도 를 측정하였다.

(4) 열변형온도 (단위: ℃): ISO 75-1,2 방법에 의해 1.8 MPa의 하중 조건에서 측정되었다.

(5) 흐름 특성(Melt Flow Rate, MI)과 젤화특성 평가: ISO 1133에 의하여 240 ℃, 4분 체류하고 2.16 kg 중량에서 측정하였고, 265 ℃에서는 10분 체류하여 5 kg 중량으로 측정하여 젤화특성을 평가하였다.

아래 표 2는 실시예1 내지 7 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 조성물의 시편에 대한 인장강도, 굴곡강도, HDT 열변형온도를 측정한 결과이다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 폴리케톤 수지를 베이스 수지로 하여 제조된 조성물(실시예 1 내지 7 및 비교예 2)이 폴리아미드 66 수지로 제조된 조성물(비교예 1, 현 사용품)에 비하여 낮은 비중을 갖으며, 충격강도에 있어서 보다 우수한 것으로 나타났다.

또한, 폴리케톤 수지를 베이스 수지로 하여 제조된 조성물 중 폴리아미드 6 수지와 MA-g-MPPO 수지 및/또는 MA-g-PP를 배합하여 제조한 조성물(실시예 1 내지 실시예 7, 비교예 3)이 폴리케톤 수지만을 사용하여 제조된 조성물(비교예 2)에 비해 인장강도 및 굴곡강도가 우수한 것으로 나타났다. 즉, 폴리케톤 수지에 폴리아미드 6 수지 및 MA-g-MPPO 수지 및/또는 MA-g- PP를 배합한 결과 인장강도 및 굴곡강도가 증가한 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 2와 3의 시험결과를 살펴보면, 글래스 버블이 포함되는 경우 비중은 낮아지지만, 인장강도, 굴곡강도 및 열변형온도도 함께 낮아지는 결과를 보였다. 따라서 글래스 버블은 비중을 낮출 수는 있지만, 많이 넣을 경우, 인장강도, 굴곡강도 등의 물성도 같이 떨어지므로 적절 범위가 있음을 알 수 있다.

실시예 4 내지 6은 폴리케톤과 폴리아미드6 수지 조성물에 MA-g-MPPO와 MA-g-PP를 혼합한 조성물의 경우이다. 상기 실시예 4,5에서는 MA-g-MPPO 단독 혹은 MA-g-PP 단독으로 혼합한 경우보다 인장강도와 굴곡강도가 훨씬 증가하는 경향을 보여준다. 특히 이러한 증가 경향은 MA-g-MPPO 없이 MA-g-PP만이 혼합된 수지 조성물인 실시예6과 비교할 때 더 뚜렷하다. 이러한 결과로부터 MA-g-MPPO와 MA-g-PP를 혼합할 경우 단독으로 사용한 경우보다 인장강도 등의 물성이 증가하는 경향이 더욱 두드러짐을 알 수 있다.

실시예 8,9 및 비교예 4 내지 6은 본 발명에 의한 젤화방지제를 첨가한 경우에 대한 효과를 측정한 것으로 240℃와 265℃에서의 용융지수를 측정하여 그 결과를 표3의 하단에 나타내었다.

용융지수 측정 결과에 따르면, 본원 발명에 의한 젤화방지제인 산무수물기(-C=OOO=C-) 및 카르복실기(-COOH) 로 이루어진 군 중에서 하나 이상의 관능기가 그라프트 된 고분자 수지를 젤화방지제로 사용한 실시예 8,9에서는 240℃에서의 용융지수에 비하여 265℃에서의 용융지수가 크게 감소하지 않으나, 본 발명의 젤화방지제가 포함되지 않거나, 젤화방지효과가 없는 Surlyn이나 폴리초산비닐이 포함된 비교예 4 내지 6에서는 젤화로 인해 용융지수를 측정할 수 없거나 240℃에서의 용융지수에 비하여 265℃에서의 용융지수가 크게 감소한다. 이로 보아 본 발명의 젤화방지제가 포함된 경우 고온에서의 성형 가공성이 크게 나아짐을 알 수 있다.

시험 2: 언발란스 테스트

열변형 테스트

상기 실시예 1,2,5 및 비교예 1의 조성물을 이용하여 냉각팬을 사출 성형하여 제조한 후, 냉각팬을 95℃, 2시간 오븐에서 거치한 후 언발란스 테스트를 수행하였다.

완전 침수 테스트

상기 실시예 1, 2, 5 및 비교예 1의 조성물을 이용하여 냉각팬을 사출 성형하여 제조한 후 냉각팬을 48시간 100% 완전 침수를 하고 나서 침수전후의 중량변화와 언발란스 테스트를 수행하였다.

반침수 테스트

상기 실시예 1, 2, 5 및 비교예 1의 조성물을 이용하여 냉각팬을 사출 성형하여 제조한 후 냉각팬을 48시간 50% 침수를 하고 나서 침수전후의 중량변화 및 언발란스 테스트를 하는 방법을 말한다.

참고로 상기 언발란스 테스트는 냉각팬을 1200 rpm 속력으로 회전시키며 회전 토크 변화를 측정하는 것으로 성형직후와 침수 테스트후의 토크 변화를 관찰하여 평가한다. 이 방법으로 측정되는 값은 30 g.mm 이하여야 하는 것이 규정이다.

아래 표 4는 완전 침수시험 후 중량변화 및 언발란스테스트 결과이고, 표 5는 반 침수시험 후 중량변화 및 언발란스테스트 결과이다.

상기 표 4,5 에 나타난 바와 같이, 언발란스 테스트 결과 비교예 1인 폴리아미드 66 수지를 사용하는 현사용품에 비하여 폴리케톤 수지를 베이스로하여 폴리아미드 6 수지 및 MA-g-MPPO 수지를 혼합하여 제조된 실시예 1 및 2의 조성물과 폴리케톤 수지를 베이스로하여 폴리아미드 6 수지 및 MA-g-MPPO 수지 및 MA-g-PP 수지를 혼합하여 제조된 실시예 5의 수지로 제조된 냉각팬의 토크값이 상당히 감소된 것으로 나타났다.

특히, 반침수 시험 후 언발란스 테스트에서 토크값의 감소가 확연하게 감소하였다. 비교예 1에서 반침수 후 언발란스가 250 g.mm를 기록하였으나 실시예 1,2,5에서는 100 g .mm 정도 수준으로 회전 시 토크가 늘어나지 않은 것으로 나타났다.

또한, 중량변화에 있어서도 비교예 1인 폴리아미드 66 수지를 사용하는 현사용품에 비하여 실시예 1, 2, 5 조성물을 사용하는 냉각팬에서의 중량변화가 적은 것으로 나타났다.

즉, 폴리아미드 66 수지로 제조된 냉각팬에 비하여 본 발명에 따른 폴리케톤을 포함하는 조성물로 제조된 냉각팬이 언발란스 테스트 결과 모두 우수한 것으로 나타났다.

이상으로 본 발명은 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims

냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물로서,
폴리케톤수지 60 내지 80 중량부; 폴리아미드6 수지 5 내지 15 중량부; MA-g-수지 1 내지 20 중량부의 비율로 혼합된 혼합물에 상기 혼합물 총중량 대비 글래스 버블(GB)을 10 wt%이하로 포함하고, 상기 혼합물 총 중량 대비 글래스 파이버(GF)를 20 내지 40 wt% 로 포함하며,
젤화방지제로 산무수물기(-C=OOO=C-) 및 카르복실기(-COOH) 중 어느 하나 이상의 관능기를 가지는 화합물이 그라프트된 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 젤화방지제는 폴리케톤 수지 100 중량부에 대하여, 0.05 ~ 5 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물.
냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물을 제조하는 방법에 있어서,
i) 폴리케톤 수지, 폴리아미드6 수지, MA-g-수지, 글래스 파이버(GF) 및 젤화방지제를 혼합하여 폴리케톤/GF 컴파운드를 얻는 단계;
ii) 폴리아미드6에 베이스를 혼합기에 놓고 가열 후 상기 가열된 폴리아미드6 베이스에 글래스 버블을 첨가하여 균일하게 혼합 뒤 성형하여 글래스 버블(GB)이 폴리아미드6에 일정량 혼합된 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 얻는 단계 및
ⅲ) 상기 폴리케톤/GF 컴파운드에 상기 글래스 버블 마스터배치(GB M/B)를 드라이 블렌딩(dry blending) 방법을 사용하여 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지조성물 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 젤화방지제는 산무수물기(-C=OOO=C-) 및 카르복실기(-COOH) 중 어느 하나 이상의 관능기를 가지는 화합물이 그라프트된 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 젤화방지제는 에틸렌수지, 프로필렌 수지, 에틸렌/프로필렌 수지, 에틸렌/옥텐 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 에틸렌/프로필렌/디엔 수지, 스티렌/에틸렌/부타디엔/스티렌 수지, 스티렌수지, 스티렌/아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 수지에 산무수물기를 갖는 화합물이 그래프트 된 고분자 수지; 폴리아크릴산 및 스티렌수지, 스티렌/아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 수지에 카르복실기를 갖는 화합물이 그래프트 된 고분자 수지;로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합수지 조성물에서 폴리케톤수지는 60 내지 80 중량부; 폴리아미드6 수지는 5 내지 15 중량부; MA-g-수지는 1 내지 20 중량부의 비율로 혼합되도록 하며 글래스 버블(GB)은 상기 수지들의 혼합물 총 중량 대비 중량 대비 10 wt%이하, 글래스 파이버는 상기 수지들의 혼합물 총 중량 대비 20 내지 40 wt% 로 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물 제조방법.
제3항에서 있어서,
상기 MA-g-수지는 MA-g-PPO 단독 또는 MA-g-PP와 MA-g-PPO가 20:80 ~ 40:60의 무게비로 혼합된 것임을 특징으로 하는 냉각팬용 폴리케톤 혼합 수지 조성물 제조방법.