KR20190132268A - 난연내마모성 복합재료 - Google Patents

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KR20190132268A
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지앤-위안 위
웨이-한 샤오
신-첸 청
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니칭 인더스트리알 코포레이션.
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Abstract

난연내마모성 복합재료로서, 상기 복합재료는 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하며, 상기 나노 포러스 재료는 다수의 파우더를 포함하며, 상기 파우더의 입경은 20㎛보다 작으며, 상기 파우더의 비표면적은 50 내지 3000㎡/g이고, 상기 파우더의 용량은 50ppm 내지 30질량 백분율이며, 상기 나노 포러스 재료는 상기 폴리머 내에 분산 결합되며, 상기 복합재료의 한계산소지수는 24% 이상이다.

Description

난연내마모성 복합재료{FLAME-RETARDANT AND ABRASION-RESISTANT COMPOSITE}
본 발명은 복합재료에 관한 것으로, 나노 포러스 재료 및 폴리머로 구성된 난연내마모성 복합재료에 관한 것이다.
인력보호 및 거주안전 또는 특수용도의 사용을 위해, 연소방지 성능을 구비한 섬유제품, 공정 플라스틱 및 건축재료의 개발 및 발전은 확실하게 그 필요성이 있다. 전통적인 난연재료는 일반적으로 모두 물체의 표면에 도포하는 방식으로 배치되며, 이러한 도료는 자주 점화를 방지하는 시간이 짧고 보호범위가 국한되는 등의 결점, 마찰에 의해 쉽게 떨어지거나, 빗물에 의한 침식 또는 세척 과정에서 대부분의 수분 손실, 내구성 저하, 사용수명 단축 등의 결점이 여전히 존재하며, 설령 폴리머 제품에 가열하여 첨가한 난연제 용액을 이용하여 열처리하였다 하더라도, 모두 이하의 결점은 가진다. 첨가량이 많은 것은 원가 절감원칙에 부합하지 않고, 호환성의 저하, 난연제의 유출, 독성, 발연성, 내수성, 난연의 지속성, 포름알데히드 또는 중금속 함량이 기준을 초과하는 등 친환경적이지 않고 법률에 부합하지도 않는 문제점이 있다. 나아가 할로겐계 난연제의 첨가는 통상적으로 환경 오염을 초래하고 사용자의 건강에 영향을 미치며, 또한 여전히 용이하게 파손되는 등의 문제를 해결할 수 없다.
전통적인 나노 포러스 재료는 내부에 다량의 홀이 존재하기 때문에, 압력을 받으면 쉽게 파쇄된다. 또한, 나노 포러스 재료는 기계강도가 낮고, 연신성이 결핍되며, 쉽게 흡수되고 습기에 의해 구조를 붕괴시키는 등의 결점이 있어, 산업상의 응용을 어렵게 한다.
이를 감안하여, 본 발명은 난연내마모성 복합재료를 제공하여, 종래기술의 복합재료가 난연의 지속성 및 내구성의 문제를 동시에 해결하지 못한 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명의 주요한 목적은 자기소화능력(또는 난연성), 점화 방지 시간의 장기화, 내수성 및 내구성을 가져, 장시간 재사용하게 하고 쉽게 마모되지 않게 하며, 설령 장시간 고온이라 하더라도 여전히 정상적으로 사용할 수 있는 난연내마모성 복합재료를 제공하는 데 있다.
본 발명의 이차적인 목적은 양호한 호환성을 가지고, 가격이 저렴하고, 제조가 간편하고, 재질이 가볍고 부드러우며, 탄성을 가질 수 있으며, 동시에 난연내마모 작용에 이르는 난연내마모성 복합재료를 제공하는 데 있다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하며, 상기 나노 포러스 재료는 다수의 파우더를 포함하며, 상기 파우더의 입경은 20㎛보다 작으며, 상기 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 비표면적은 50 내지 3000㎡/g이고, 상기 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 용량은 50ppm 내지 30질량 백분율이며, 상기 나노 포러스 재료는 상기 폴리머 내에 분산 결합되며, 상기 복합재료의 한계산소지수는 24% 이상인 난연내마모성 복합재료를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복합재료는 이하의 부등식: Ac>Ap을 만족하며, 여기서, Ac는 상기 복합재료의 내마모 회전수이며, Ap는 상기 폴리머의 내마모 회전수이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 폴리머는 폴리에스테르, 폴리엔, 폴리아미드(PA), 아크릴, 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 및 그 유도체로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 나노 포러스 재료는 실리콘형 나노 포러스 재료, 탄소형 나노 포러스 재료 및 에어로겔로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 에어로겔은 실리콘계, 금속산화물계, 유기계, 탄소계, 반도체 금속 칼코게나이드, 나노튜브계 및 금속계로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복합재료는 분산제를 더 포함하며, 상기 분산제의 용량은 30질량 백분율 이하이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 분산제는 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트 또는 폴리에테르 고분자 구조를 주체로 하며, 적어도 하나의 친수성 작용기를 가진다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 분산제는 안하이드라이드, 아크릴산, 스티렌, 에폭시 작용기의 코폴리머, 유기산 유도체 및 왁스에서 선택된 하나 또는 그 조합이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복합재료는 차링제(Charring agent)를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복합재료는 난연제를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 나노 포러스 재료와 상기 폴리머의 사이는 화학 결합 또는 분자간 작용력으로 서로 연결된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예의 난연내마모성 복합재료를 포함하는 도료를 추가로 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예의 난연내마모성 복합재료를 포함하며, 두께가 500㎛ 이하인 박막을 추가로 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예의 내연내마모성 복합재료를 포함하며, 두께가 500㎛ 이상인 플라스틱을 추가로 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예의 내연내마모성 복합재료를 포함하며, 0.1 데니어 이상인 섬유를 추가로 제공한다.
종래기술과 서로 비교하면, 본 발명은 난연내마모성 복합재료를 제공하며, 이는 상기 내연내마모성 복합재료를 개선하여 자기소화능력(또는 난연성), 점화 방지시간의 장기화, 내수성 및 내구성을 갖도록 할 수 있으며, 장기간 재사용하고 쉽게 마모되지 않으며, 장시간 고온에서도 정상적으로 사용할 수 있으며, 유독성 검은 연기가 생기지 않을 수 있다. 또한 본 발명의 복합재료의 표면은 연소과정에서 탄화작용을 통하여 다수의 나노 복합구조탄화층이 형성될 수 있으며, 상기 탄화층은 긴밀한 탄화구조를 구비하여 상기 난연능력을 제고한다. 본 발명의 복합재료는 더 많은 다수의 홀을 구비하여, 화염, 유기휘발물 등을 홀에서 단절되도록 하여, 연소가 퍼지는 것을 효과적으로 저해할 수 있다.
따라서, 본 발명의 난연내마모성 복합재료는 양호한 호환성, 저렴한 가격, 간편한 제조, 가볍고 부드러운 재질, 탄성력을 가질 수 있으며, 동시에 난연, 내마모 작용에 이르게 한다.
본 발명의 기타 특이점 및 구체적인 실시예는 이하의 첨부도면을 상세한 설명에 결합하여, 더 명료하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 복합재료의 기능성 마스터배치의 제조방법이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 난연내마모성 복합재료 가터밴드의 한계산소지수를 분석한 막대그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따르는 난연내마모성 복합재료의 염색 전후의 한계산소지수를 분석한 막대그래프이다.
본 발명의 목적, 기술방안 및 장점을 더욱 명확하게 하기 위해, 이하에서는 도면과 함께 본 발명의 실시방식에 대하여 더 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 난연내마모성 복합재료가 제공된다. 상기 나노 포러스 재료는 다수의 파우더일 수 있으며, 상기 나노 포러스 재료 또는 상기 나노 포러스 재료의 다수의 파우더는 상기 폴리머 내에 분산되어 결합된다.
본 발명의 나노 포러스 재료의 파우더의 입경은 20㎛보다 작으며, 본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료의 파우더의 입경은 0.1㎚ 내지 20㎛ 또는 그 중의 임의의 범위나 서브 범위이며, 예를 들어, 0.1㎚ 내지 20㎛, 1㎚ 내지 20㎛ 또는 0.1㎛ 내지 0.5㎛ 등이다.
본 발명의 나노 포러스 재료의 파우더의 평균 입경은 20㎛보다 작을 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료의 파우더의 평균입경은 0.1㎚ 내지 20㎛ 또는 그 중의 임의의 범위나 서브 범위이다. 본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료의 파우더의 평균 입경은 약 0.1㎚, 1㎚, 0.1㎛, 0.2㎛, 0.3㎛, 10㎛ 또는 20㎛ 등이다.
각 나노 포러스 재료의 파우더의 표면의 적어도 10%는 폴리머로 코팅되어 코팅 구조를 형성하며, 여기서 코팅 구조는 표면형 코팅 또는 다공형 코팅일 수 있다. 표면형 코팅에 대하여, 폴리머는 나노 포러스 재료의 파우더와 직접 접촉하며, 상기 나노 포러스 재료의 상기 파우더에 코팅된다. 다공형 코팅에 대하여, 폴리머는 나노 포러스 재료의 파우더의 주위에서 다수의 밀폐식, 반개방식 홀 및/또는 개방식 홀을 형성하여, 화염, 유기 휘발물 등을 홀에서 단절되도록 하고, 효과적으로 연소가 번지는 것을 방지한다.
본 발명의 일 실시예의 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 비표면적은 50 내지 3000㎡/g이다. 본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 비표면적은 50 내지 3000㎡/g, 80 내지 2500㎡/g, 100 내지 2000㎡/g, 300 내지 1200㎡/g 또는 그 중의 임의의 범위 또는 서브범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 홀 체적은 0.1 내지 10㎤/g이다. 본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료의 파우더의 홀 체적은 0.1 내지 5㎡/g, 1 내지 5㎡/g, 1 내지 3㎡/g, 0.1 내지 1㎡/g 또는 그 중의 임의의 범위 또는 서브범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 BET 홀의 크기는 0.1 내지 50㎚이다. 본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료의 파우더의 BET 홀의 크기는 0.1 내지 20㎚, 1 내지 20㎚, 5 내지 20㎚, 5 내지 10㎚ 또는 그 중의 임의의 범위 또는 서브범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 용량은 50ppm 이상이다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 용량은 50ppm 내지 30질량 백분율 또는 50ppm 내지 20질량 백분율이다.
본 발명에서의 일 실시예의 나노 포러스 재료는 다수의 홀을 가지기 때문에 가볍고 높은 표면에너지 등의 특성을 동시에 구비하며, 상기 나노 포러스 재료는 홀 직경 크기에 따라 마이크로 홀 재료, 메조포러스 홀 재료, 매크로포어 홀 재료로 구분할 수 있다. 상기 마이크로 홀 재료는 홀 직경이 2㎚이하인, 예를 들어 메탄아미드(Methanamide)를 가진다. 상기 메조포러스 홀 재료는 홀 직경이 2 내지 50㎚ 사이인, 예를 들어 디메틸카비놀(Dimethylcarbinol)을 가진다. 상기 매크로포어 홀 재료는 홀 직경이 50㎚ 보다 큰, 예를 들어 광학 크리스탈 재료를 가진다. 상기 나노 포러스 재료의 상기 홀은 다수의 동일 또는 상이한 홀 직경 또는 형상을 가질 수 있으며, 표면적이 크고 열 안정성이 높은 등의 특징을 가질 수 있다. 따라서, 촉매 반응, 생화학 분리, 선택적 탐지, 중금속 분리 등에 응용할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에서의 나노 포러스 재료는 실리콘형 나노 포러스 재료, 탄소형 나노 포러스 재료 및 에어로겔로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합이다. 상기 실리콘형 나노 포러스 재료는 실리콘 또는 실리콘 화합물(예: 이산화 규소 등)로 제조된 나노 포러스 재료, 예를 들어 포러스 실리콘 등을 포함한다. 상기 탄소형 나노 포러스 재료는 탄소 또는 탄소화합물(예: 카본 블랙, 그래파이트 및 그래핀 등)로 제조된 나노 포러스 재료, 예를 들어 포러스 카본 및 나노 카본튜브 등을 포함한다. 상기 실리콘형 나노 포러스 재료와 상기 탄소형 나노 포러스 재료의 조합은, 예를 들어 실리콘 탄소 복합재료이다.
"에어로겔"은 겔에서 유도된 액체성분으로 기체 치환된 겔을 가리킨다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 에어로겔은 실리콘계, 금속산화물계, 유기계, 탄소계, 반도체 금속 칼코게나이드, 나노튜브계 및 금속계로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 폴리머는 폴리에스테르, 폴리엔, 폴리아미드(PA), 아크릴, 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 및 그 유도체로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합이다.
본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료가 극성의 작용기를 가지면, 예를 들어 실리콘형 나노 포러스 재료 및 실리콘계 에어로겔에서의 규소가 하이드록시기를 가지면, 상기 나노 포러스 재료는 친수성이다. 나노 포러스 재료 상의 작용기(예: 실리콘형 나노 포러스 재료 및 실리콘계 에어로겔의 규소 상의 하이드록시기)를 알킬기, 예를 들어 메틸기로 치환함으로써, 나노 포러스 재료의 소수성을 변화시킨다. 본 발명이 사용하는 나노 포러스 재료 상의 작용기는 하이드록시알킬기, 트리할로겐화알킬기, 사이클로알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 헤테로 지방족 고리, 아민, 할라이드, 설피네이트(sulfinate), 설페이트, 설포네이트, 설폭사이드, 포스페이트, 하이드록시, 알콕시, 아릴옥시, 티오하이드록시, 티오알콕시, 티오아릴옥시, 카르보닐, 시아노, 니트로, 아조, 설폰아미드(sulfonamide), C-카르복실레이트, O-카르복실레이트, N-티오카바메이트, O-티오카바메이트, 우레아, 티오우레아, N-카바메이트, O-카바메이트, C-아민, N-아민, 아미노, 구아니딘, 하이드라진 또는 그 조합에서 선택된 하나일 수 있으며, 나노 포러스 재료와 폴리머 사이의 호환성 및 분산성을 효과적으로 증가시킬 수 있으며, 일반적인 나노 포러스 재료와 폴리머의 복합재료가 용이하게 파열되는 문제점을 극복하여, 나노 포러스 재료와 폴리머의 복합재료가 더 높은 강인성, 강도, 연신도 및 방사성을 가지도록 한다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 이하의 방법 중의 적어도 하나를 통하여, 나노 포러스 재료 및/또는 그 다수의 파우더에 대하여 개질한다.
(1) 기체 상태의 시약을 통해 나노 포러스 재료에 대해 표면을 화학적으로 변성한다. 그리고,
(2) 어떤 화학 첨가제를 첨가 혼합함으로써, 콜로이드 입자에 대해 표면을 변성한다(예를 들어, 졸-겔 합성 중 적당량의 메틸트리메톡시실란(MTMS)을 첨가하여, 소수성 실리콘디옥사이드 에어로겔을 획득할 수 있다).
본 발명의 일 실시예에서, 상기 나노 포러스 재료와 상기 폴리머 사이는 화학결합 또는 분자간 작용력으로 상호 연결된다. 상기 화학결합은 공유결합, 이온결합 또는 배위결합일 수 있다. 상기 분자간 작용력은 수소결합 또는 반 데르 발스 힘일 수 있다.
공유결합에 대한 다수의 실시예는, 상기 폴리머 체인 상의 카르복실기, 할로겐기 또는 설포네이트기가 상기 나노 포러스 재료 상의 하이드록시기와 화학반응을 일으켜 안정한 결합의 병렬 원자가 결합을 형성하거나, 상기 나노 포러스 재료와 폴리머를 중합하여 상기 폴리머의 분기 사슬 등을 형성하는 것을 포함한다. 이온결합에 대한 다수의 실시예는, 상기 폴리머와 상기 나노 포러스 재료 상호가 다른 극성의 전하를 띄어 정전기 인력을 통하여 이온결합을 형성하는 것을 포함한다. 이온 결합에 대한 다수의 실시예는, 상기 폴리머와 상기 나노 포러스 재료가 전자쌍 및 공전자 궤도의 상호 배위로 배위결합을 형성하는 것을 포함한다.
다른 한편, 전통적인 나노 포러스 재료는 폴리머 내에 혼합될 때 파우더 응집현상을 일으키고, 폴리머와 균일하게 혼합되기 어려우며, 나노 포러스 재료가 덩어리지며, 불안정한 복합재료를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복합재료는 분산제를 더 포함할 수 있으며, 상기 분산제의 용량은 30질량 백분율 이하이다. 따라서, 고농도의 나노 포러스 재료를 폴리머에 첨가할 때 파우더의 응집현상을 일으키는 것을 낮추어 상기 나노 포러스 재료가 상기 폴리머에서 분산되어 결합되도록 하는 동시에, 일반적인 연속 생산 작업 시의 압력 상승 문제를 개선하여, 압력이 일정한 범위 내에서 유지될 수 있도록 한다.
상기 분산제는 아래의 다수의 분산제 중의 하나로부터 선택될 수 있다.
(1) 안하이드라이드, 아크릴산, 스티렌, 에폭시 작용기를 포함하는 코폴리머.
(2) 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트 또는 폴리에테르 고분자 구조를 주체로 하며, 친수성 작용기를 가지는 것(예: 산기, 아미드기, 알코올기).
(3) 왁스, 예를 들어, 천연왁스, 몬탄왁스, 합성왁스, 폴리엔왁스. 그리고,
(4) 유기산 유도체, 예를 들어, 지방산, 스테아르산, 지방산 에스테르, 지방산 아민, 비닐 비스-스테아르아미드, 비누화 지방산(saponified fatty acids), 스테아르산 아연, 글리세라이드.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 복합재료에 화학식 Ⅰ이 나타내는 미량으로 이루어진 차링제(charring agent), 예를 들어 멜라민 시아누레이트 810(Melamine Cyanurate, MC810)를 첨가하여, 탄화층 형성속도를 제고하며, 여기서, MC810은 약 0.5중량 백분율이다.
Figure pat00001
본 발명의 일 실시예에서, 나노 포러스 재료 폴리머에 인, 질소원자 또는 방향족 고리구조를 가지는 난연제를 첨가하며, 여기서, 상기 난연제의 인 함유량은 4000 내지 7000ppm이다. 상기 난연제는 화학식 Ⅱ가 나타내는 1,4-피페라진 디일 비스포스포네이트 테트라페닐 에스테르(Tetraphenyl 1,4-piperazinediylbis(phosphonate), FR 115) 또는 화학식 Ⅲ이 나타내는 비스(4-카르복실페닐) 페닐 포스핀 옥사이드(bis(4-chlorophenyl)phenyl phosphine oxide, BCPPO)등 일 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
본 명세서에서 사용한 용어, "한계산소지수(L.O.I)"는 규정된 실험조건(예: 대기환경) 하에서, 산소, 질소 혼합기체에서, 재료는 연소상태에 필요한 최저 산소농도를 적절하게 유지할 수 있고, 체적분율로써 표시한다. 한계산소지수는 최종 산소농도로 계산하여 얻을 수 있다.
L.O.I. = [O2 /(O2 + N2)]Х100%
본 발명의 일 실시예에서, 상기 폴리머의 한계산소지수는 18% 내지 22%이다. 예를 들어, 나일론 6(Nylon 6)의 한계산소지수는 약 18% 내지 22%이며, 폴리에틸렌 글리콜 테레프탈레이트(PET)의 한계산소지수는 약 20% 내지 22%이다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복합재료의 한계산소지수는 24% 이상이며, 예를 들어, 24% 내지 60%, 24% 내지 40%, 40% 내지 60% 등이다. 재료 L.O.I.값이 24% 이상일 때, 이 재료는 자체가 스스로 화염을 소멸할 수 있는 특성을 가졌다고 볼 수 있으며, 이 때문에 난연성을 가진다고 말할 수 있다.
본 발명에서의 나노 포러스 재료의 제조방법은 졸-겔법, 층삽입법, 블렌딩법, 충진법 및 그 조합이 구성한 군에서 선택된 하나일 수 있다. 여기서, 에어로겔을 제조하는 하나의 방법이 졸-겔법이다. 금속염류를 용제에 균일하게 혼합하고 촉매의 촉매작용 하에서, 일정 시간의 가수분해와 응축을 통해 점차적으로 졸을 형성하며, 졸 내의 콜로이드 입자가 시스템에 균일하게 분산된다. 콜로이드 입자는 일정시간의 응축과 숙성을 다시 경과한 후, 외관이 젤리같은 반고체상태의 고분자 물질을 형성할 수 있으며, 상기 젤리 상태의 물질을 습윤겔이라 칭한다. 콜로이드 내의 구조가 점차적으로 안정되고, 견고한 메쉬구조를 형성한 후, 습윤겔을 다시 세척하여 용제와 콜로이드 내 반응이 일어나지 않은 반응물과 촉매제를 제거한다. 마지막으로 초임계 건조기술을 사용하여 콜로이드에서의 잔류 용제를 제거하고, 건조 후의 콜로이드는 에어로겔을 형성한다.
또한, 나노 포러스 재료의 전구물(예: 실리콘계 에어로겔에 대하여, 메틸실리케이트(TMOS), 에틸실리케이트(TEOS), 폴리실록산(PEDS), 메틸트리메톡시실란(MTMS)를 변형한 것), 졸의 용량, pH값 등의 변수의 조절 사용을 통해, 나노 포러스 재료의 비표면적을 변화시킬 수 있다.
복합재료의 제조방법
본 발명의 복합재료는 다양한 용융가공방식 중의 하나를 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 공업에 흔히 사용되는 임의의 혼합방법으로, 압연기, 밴버리혼합기, 너더기, 단축 압출기, 쌍축 압출기, 다축 압출기 등의 장치를 사용하여, 폴리머, 나노 포러스 재료, 분산제(선택 가능) 등을 같이 결합하여, 나노 포러스 재료 및 분산제(선택 가능)를 균일하게 전체 폴리머에 분포되도록 하여, 기능성 마스터 배치를 제조한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 복합재료의 기능성 마스터배치의 제조방법으로, 주요하게 이하의 다수의 단계를 포함한다.
단계 S110: 필요한 입경을 가진 나노 포러스 재료의 다수의 파우더를 제조한다.
단계 S120: 입경분석기 사용을 통하여, 상기 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 치수 및 그 분포범위를 확인한다.
단계 S130: 상기 나노 포러스 재료의 파우더와 폴리머를 혼합한다. 그리고,
단계 S140: 상기 나노 포러스 재료의 파우더와 폴리머를 건식연마기로 흩뜨려 균일하게 한 후 복합재료를 형성하고, 상기 복합재료를 수집한다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 단계 S30은 이하의 단계를 더 포함할 수 있다.
단계 S131: 분산제를 첨가하며, 여기서 분산제의 용량은 상기 나노 포러스 재료의 용량보다 적거나 같다.
본 발명의 일 실시예에서, 복합재료의 기능성 마스터 배치의 제조방법은 이하의 다수의 단계를 더 포함한다.
단계 S150: 100 내지 120℃ 하에서 14시간 건조한 혼합 파우더를 오븐으로부터 취출하고, 큰 힘으로 균일하게 흔든 후 재료 입구를 거쳐 혼련장치에 넣어 혼련제립하고, 트윈 스크류 회전속도는 300rpm으로 설정되며, 혼련제립 온도는 약 200 내지 280℃이다. 이어서 절개입자를 수집하고 다른 비율의 복합재료의 마스터 배치를 얻는다.
단계 S160: 복합재료의 마스터 배치에 대하여 물리적 성질 분석 및 건조를 수행하며, 여기서 상기 물리적 성질 분석은 예를 들어 상응하는 계측기 및 재료를 통하여 마스터 배치의 입경, 비표면적 또는 함수량 등의 물리적 성질을 측정하는 것이다.
단계 S170: 복합재료의 마스터 배치를 사용하여 가공(예: 방적, 사출성형 및/또는 열압 막성형)하며, 상응하는 복합재료의 완제품(예: 섬유, 플라스틱, 박막 및/또는 코팅층)을 제조한다. 그리고,
단계 S180: 복합재료의 완성품에 대하여 물성을 분석하며, 여기서, 상기 물리적 성질 분석은 예를 들어 상응하는 계측기로 측정하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에서의 본 발명의 복합재료를 포함하는 섬유 제조방법은 실을 인출하는 것으로, 규격(예: 70d/24f)에 부합하는 방적사를 제조할 수 있으며, 이는 이하의 단계를 주요하게 포함한다.
단계 S210: 본 발명의 기능성 마스터 배치 및 폴리머를 그 용융점 이상의 온도에서 스크류식 압출기 또는 기어를 통해 토사판 오리피스(예: 방적기 토사노즐(Spinnerette))로부터 압출한다. 그리고,
단계 S220: 냉각하여 가늘게 하여 실 형상의 고체를 만들고, 동시에 권선한다.
제조된 섬유 및/또는 방적사는 추가적으로 편직, 정련 등의 제조공정을 통하여, 각종 방직품을 생산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 본 발명의 복합재료를 포함하는 플라스틱의 제조방법은 사출성형으로, 이는 주요하게 이하의 단계를 포함한다.
단계 S310: 재료관을 가열하여 복합재료가 용융 상을 나타내도록 한다.
그리고,
단계 S320: 스크류로 복합재료를 앞으로 밀어내고 극대치의 압력으로 복합재료를 탕구(Sprue)에서 몰드 캐비티로 주입 충진하여, 플라스틱을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 사출성형 제조공정은 5개의 단계, 몰드 잠금, 사출, 압력 유지, 냉각, 몰드 개방 배출을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 본 발명의 복합재료를 포함하는 박막의 제조방법은 열압 막성형으로, 이는 주요하게 이하의 단계를 포함한다.
단계 S410: 스크류 압출기를 통하여 용융 상태의 복합재료가 연속적인 긴 스틱형식으로 열 프레스기로 진입하게 하고, 회전하는 수평드럼 사이에 용융 상태의 복합재료를 가압한다. 그리고,
단계 S420: 각 드럼의 속도와 온도를 독립적으로 제어하여, 연속하는 드럼 쌍의 사이의 최소거리 또는 사이 틈(Nip)을 순차적으로 감소시켜, 연속 평판 또는 막을 생산하는 절차로, 엄격한 치수 허용도를 유지한다.
상술한 다수의 응용 외에도, 본 발명의 복합재료는 방직공업, 플라스틱공업, 고무공업 등에도 응용될 수 있으며, 각 종류의 생활용품, 가정용 천, 의류, 장치, 부품, 기자재, 건축 또는 차량용 천 제품 등을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 브라벤더(Brabender) 간이 혼합기를 통하여 나노 포러스 재료와 폴리머를 결합하여 복합재료를 형성하며, 한계산소지수 테스터(PL16000)를 통하여 상기 복합재료에 대해 측정하고 복합재료의 난연능력을 분석하며 한계산소지수를 표시한다.
연소표준은 연소시간이 3min을 초과하지 않고, 연소길이가 5㎝를 초과하지 않으며(만약 3분을 초과하면 산소농도를 저하시키며, 초과하지 않으면, 산소농도를 증가시킴), 샘플규격은 6.5Х3.0Х(70~150)㎜이다.
CNS13387 D3195-1994 차량내장재료 연소성 테스트
FMVSS.302 연소시험기로 본 발명의 복합재료에 대해 분석하며, 표준 테스트 샘플은 천폭 100㎜, 천길이 355mm, 천두께는 13㎜보다 작은 것이다. 시험결과는 합격과 불합격 두 종류만 있고, 판단근거는 타임라인까지 연소 불가능 즉 소화되거나 타임라인에서 다음 60초 내 연소 정지되는 것이며, 연소속도는 102㎜/min보다 느리며 연소거리는 51㎜보다 짧으며, 매 회 테스트는 적어도 5개의 그룹으로, 연소시간(BT)은 상기 연소 길이(BL)를 연소하는데 필요한 시간이며, 연소속도계산(BR)은 60ХBL/BT로 한다.
CNS 10285 L3196-1995 섬유제품 방염성 테스트
규정에 따라, 메르켈 45도 측정기로 본 발명의 복합재료에 대해 분석하며, 샘플은 중량이 450g/㎡ 보다 적으며, 박형 섬유제품이므로, A-1법을 채용한다. 시험결과는 잔류화염시간, 잔류연소시간, 탄화면적, 탄화거리로 등급을 판정한다. 샘플표본은 350㎜Х250㎜, 적어도 5장을 취출한다. 화염길이 45㎜이며, 연료의 주성분은 프로판과 부탄이다.
UL-94 플라스틱 가연성 테스트
복합재료의 난연성 판정을 위하여, UL-94 규정에 근거하여 수직연소법을 채용한다. 길이 125±5㎜, 폭 13±0.5㎜, 두께<13㎜의 방직물 또는 길이 125.80㎜, 폭 12.96㎜, 두께<0.86㎜의 시편으로 적어도 5장의 샘플을 20㎜ 길이의 블루 화염으로 10초 동안 연소시키며, 이후 이동한 다음, 연소시간(제1차) 측정 후, 소화 후 즉시 점화한 다음 연소시간(제2차)을 측정하고, 마지막으로 연소시간, 완전탄화시간, 연소가 클램프까지 연소했는지 여부, 용융액적이 점화할 수 있는지 여부를 측정하여 등급을 판단한다.
내마모성 테스트
ASTM D3884-2009 표준으로 분석하며, CS-10 롤러, 하중 1kg을 사용하여, 마모되어 파손까지를 판정기준으로 한다. 직포를 샘플(능직, 120Х80)로 한 후, 정련공정처리를 거쳐야 비로소 내마모성 테스트를 할 수 있다.
정련에 사용되는 기기는 Rapid 염색기이며, 배합 조건은 정련제(WX-24) 1g/L, NaOH(s) 1 g/L이며, 방직품 대 염색제의 비율(Liquid Ratio)은 1:20, 100℃30min이다.
이하에서는 본 발명의 실시예 중의 도면을 결합하여, 본 발명 실시예 중의 기술방안을 명확하고 완전하게 설명한다. 명백하게, 설명된 실시예는 본 발명의 일부의 실시예일뿐이며, 전부의 실시예가 아니다. 본 발명의 실시예를 기초하여, 본 영역의 기술자가 창조적인 노력 없이 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.
본 발명의 다수의 발명 개념을 요약하여 나타내기 위해 아래의 다수의 실시예 중의 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔로 예를 들며, 기타 나노 포러스 재료(예: 실리콘계 에어로겔)도 탄소계 에어로겔과 유사한 효과를 가지는 것으로 이해하여야 한다. 그 외, 이하의 다수 실시예 중의 폴리머는 나일론 6 및 PET로 예를 들며, 기타 폴리머(예: 폴리카보네이트 등)도 나일론 6 및 PET와 유사한 효과를 가진다.
제1 실시예
본 발명의 제1 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔(이하, NPC, nano-porous carbon으로 칭함)이며, 상기 폴리머는 나일론 6(Nylon 6) 또는 PET이다.
아래의 표 1에 나타난 바와 같이, 표 1은 본 발명의 제1 실시예의 난연내마모성 복합재료로 제조된 방직품(예: 방적사 및 카터밴드 등)의 물리적 성질(섬유 강도 및 섬유연신도 분석)의 막대그래프이다.
제1 실시예에서, 각각 0.05%, 0.01% 및 0.5%의 NPC를 Nylon 6 또는 PET에 결합하여 복합재료를 제조하며, 실 인출 공정을 거쳐 방적사로 가공하여, 섬유강도 및 섬유연신도를 분석한다. 표 1에서의 결과로부터 다른 첨가농도의 나노 포러스 재료를 첨가하여 제조한 방적사의 섬유강도를 알 수 있으며, 통상의 Nylon 6의 섬유강도는 약 4.06 g/d, 섬유연신도는 약 61.8%이며, 0.05%, 0.1% 및 0.5%의 NPC를 사용하여 제조한 복합재료의 방적사의 섬유강도는 순차적으로 각각 4.19g/d, 4.13g/d 및 3.74g/d이다. 따라서, 0.05%, 0.1%의 NPC와 Nylon 6로 제조한 복합재료의 방적사의 섬유강도는 통상의 Nylon 6에 비해 다소 증가하였다.
섬유규격
(d/f)		 섬유강도
(g/d)		 섬유연신도
(%)		 직물규격
Nylon 6 100/24 4.06 61.8 120x80
0.05% NPC-Nylon 6 100/24 4.19 63.2 120x80
0.1% NPC-Nylon 6 100/24 4.13 60.7 120x80
0.5% NPC-Nylon 6 100/24 3.74 67.9 120x80
PET 100/24 3.73 25.7 120x80
0.05% NPC-PET 100/24 3.68 25.6 120x80
0.1% NPC-PET 100/24 3.64 25.9 120x80
0.5% NPC-PET 100/24 3.45 25.7 120x80
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔(이하, NPC로 칭함)이며, 상기 폴리머는 나일론 6이다.
제2 실시예의 결과에 따르면, 간이 혼합기로 열 압력 공정을 조절하였다 하더라도, NPC를 Nylon 6에 첨가하여 L.O.I.를 측정하고 NPC가 없는 Nylon 6와 비교하면, NPC의 첨가량의 증가에 따라 L.O.I.수치가 증가하여 초보적인 난연효과를 달성할 수 있다.
한계산소지수 (L.O.I.)
Nylon 6 19.5
0.05wt% NPC-Nylon6 20
1.0wt% NPC-Nylon6 23
10wt% NPC-Nylon6 30
제3 실시예
본 발명의 제3 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔(이하, NPC로 칭함)이며, 상기 폴리머는 나일론 6이다.
한계산소지수 분석
도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 제3 실시예의 난연내마모성 복합재료 가터밴드의 한계산소지수를 분석한 막대그래프이다. 제3 실시예에서, 50, 70, 90, 120, 500, 1000 및 5000ppm의 NPC를 각각 나일론 6에 결합하여 복합재료의 섬유를 제조하고, 가터밴드를 방직한 후 한계산소지수를 분석한다. 도 2에서의 결과로부터 첨가 농도가 다른 나노 포러스 재료를 첨가하여 제조한 가터밴드의 한계산소지수의 분석을 알 수 있으며, NSC의 첨가농도가 50ppm일 때, 한계산소지수는 27이며 일반적인 나일론 섬유의 한계산소지수에 비해 29%를 초과하며, 70ppm을 초과한 이후 한계산소지수는 안정치인 32±1인 추세를 가지며 일반적인 나일론 섬유의 한계산소지수에 비해 52%를 초과하는 것을 명확하게 관찰할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3 실시예의 나노 포러스 재료가 적어도 50ppm이 첨가된 경우, 일반적인 나일론 섬유에 비해 더욱 현저한 난연성능을 가진다.
제4 실시예
본 발명의 제4 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 실리콘계 에어로겔(이하, NPS로 칭함)이며, 상기 폴리머는 나일론 6이다.
60g의 실리콘형 나노 포러스 재료, 14g의 Tetraphenyl 1,4-piperazinediylbis(phosphonate), 10g의 Melamine Cyanurate와 1940g의 나일론 6 파우더(R.V 2.7)를 혼합, 배합하여 혼합 파우더를 완성하고 주머니에 수집하며, 다시 건식 연마기에 부어 건식 연마를 수행하며, 건식 연마 시간이 1분이 되어 이 단계가 완성되면, 혼합 파우더를 철판에 평평하게 펴고 105℃ 하에서 14시간 건조시키고, 트윈 스크류 압출기로 혼련제립 실험을 한다. 난연 나이론 혼련제립 공정에서, 105℃ 하에서 14시간 건조된 혼합 파우더를 오븐에서 취출하고, 재료 입구를 거쳐 혼련장비에 넣어 혼련제립하고, 뒤이어 마스터 배치를 수집한다. 혼련제립 온도는 235 내지 270℃이다.
그 후 섬유 방적사와 가터밴드를 직조하며, 방적사 전의 실리콘형 나노 포러스 재료-나일론 6 마스터 배치를 100℃ 하에 14시간 건조하여, 입자의 함수율을 800ppm보다 적도록 유지시키며, 뒤이어 재료 입구를 거쳐 방적기계에 넣어 섬유방적사 실험을 하여 70d/24f 규격의 NPS-Nylon 방적사를 제조하고, 상기 방적사를 사용하여 가터밴드를 편직하며, 마지막으로 정련 후 이어서 한계산소지수를 분석하여 상기 방적사의 난연성을 측정하면, 상기 복합재료로 제조한 가터밴드의 L.O.I 값이 29인 결과를 나타내며, 실리콘형 나노 포러스 재료 또는 탄소형 나노 포러스를 가진 본 발명의 복합재료는 일반적인 나일론 섬유보다 우수한 난연능력을 구비하는 것을 알 수 있다.
제5 실시예
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 난연내마모성 복합재료의 제1차 염색 및 제2차 염색 전후의 한계산소지수를 각각 분석한 막대그래프이다. 제5 실시예에서, 0.05% 및 0.5%의 NPC를 각각 제조하여 Nylon 6에 결합하여 복합재료를 제조하고 섬유로 가공하여 방직물, 예를 들어 가터밸트로 방직하고 한계산소지수를 분석한다. 도 3에서의 결과로부터 다른 첨가농도의 나노 포러스 재료를 첨가하여 제조한 가터벨트의 염색 전후의 한계산소지수분석을 알 수 있으며, 0.05% 및 0.5%의 NPC를 가지는 복합재료의 한계산소지수는 각각 32% 및 33%이다. NPC는 저 농도 하에서 효과적으로 난연성을 제고할 수 있음을 알 수 있다. 또한 복합재료에서 제1차 염색 및 제2차 염색 후, 0.05% 및 0.5%의 NPC를 가진 복합재료의 한계산소지수는 각각 29% 및 30%이다. 따라서, 본 발명의 제5 실시예에서의 나노 포러스 재료는 다수 회의 염색 후에도 여전히 더욱 현저한 난연능력을 가지며, 일반 Nylon 섬유의 한계산소지수보다 38 내지 43%를 초과한다.
제6 실시예
본 발명의 제6 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔이며, 상기 폴리머는 나일론 6이다. 상기 복합재료의 난연성을 더 측정하기 위하여, 상기 복합재료에 대하여 CNS13387 D3195-1994 차량내장재료 연소성 테스트를 한다.
표 3은 NPC-Nylon 복합재로 제조된 직물인 CNS13387 D3195-1994의 테스트 결과이며, 모두 10 조를 측정하였으며, 연소 발화가 균일하게 연소되어 계측 타임 라인 전에 소화되었기 때문에 연소속도는 0㎜/min이며, 판정결과는 자기소화(SE)이며, NPC-Nylon이 차량 내장방직품 방염성 요구에 부합할 수 있는 것을 보여주며, 발화원으로부터 신속하게 연소되는 상황을 효과적으로 방지할 수 있고, 연소와 유독가스발생을 피할 수 있으며, 동시에 난연 및 자기소화 특성을 가지는 재료로, 사용자의 차량사고가 발생된 경우 생존율을 증가시킬 수 있다.
시험항목 시험결과
연소길이
(mm)		 연소시간
(sec)		 연소속도
(mm/min)
1 0 0 ---
2 0 0 ---
3 0 0 ---
4 0 0 ---
5 0 0 ---
6 0 0 ---
7 0 0 ---
8 0 0 ---
9 0 0 ---
10 0 0 ---
평균 0 0 ---
연소상황 SE
제7 실시예
본 발명의 제7 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔이며, 상기 폴리머는 나일론 6이다. 상기 복합재료의 방염성을 더 측정하기 위하여, 상기 복합재료에 대하여 CNS 10285 L3196-1995 섬유제품 방염성 테스트를 한다.
표 4는 NPC-Nylon으로 제조된 섬유제품인 CNS 10285 L3196-1995 섬유제품 방염성 테스트 결과이며, NPC-Nylon은 방염성 1급으로 판정되었기 때문에 NPC-Nylon은 미소한 발원에 의해 점화되거나 신속하게 연소되는 성질을 효과적으로 방지할 수 있으며, 착화, 연소확대 및 대량 유독가스 형성으로 유도되는 것을 피할 수도 있으며, 자체소화되는 특성을 구비한다.
시험항목 시험결과
잔류화염시간
(sec)		 잔류연소시간 (sec) 탄화면적 (cm3) 점화시간
(sec)		 탄화거리
(cm)
점화 1분 경사
방향		 0 0 18.5 --- 5.0
위사
방향		 0 0 7.2 --- 3.0
착화 3초후 경사
방향		 0 0 6.1 4 5.5
위사
방향		 0 0 11.3 4 15.0
제8 실시예
본 발명의 제8 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔이며, 상기 폴리머는 나일론 6이다.
본 실시예에서 나노 포러스 복합재료 폴리머 NPC-Nylon으로 예를 들며, 표 5 및 표 6은 각각 NPC-Nylon으로 제조된 방적물의 표준조절조건(온도 23±2℃, 상대습도 50±5%, 48시간) 및 열노화조건(온도 70±1℃, 168시간) 하에서의 UL-94측정결과로서, 열노화조건 하에서 샘플이 0-2.3초의 차이가 있지만 극히 짧은 연소시간만 발생하고, 불꽃 시간은 0이며, 발생된 용융액적이 면화를 점화시키므로, NPC-Nylon으로 제조된 방적물은 V2 등급에 속한다. 따라서 본 실시예의 복합재료 폴리머 NPC-Nylon은 표준조절조건 또는 열노화조건 임을 불문하고, 점화 후 짧은 시간 내 신속하게 스스로 소화되고 연소를 정지시키는 동시에, 착화 유도, 불길 확대, 대량의 유독가스 형성 등을 방지할 수 있는 성능을 가진다.
표준조절
테스트 		연소시간
t1 (sec)		 불꽃
연소시간
t2 (sec)		 연소시간
t3 (sec)		 클램프까지의
연소여부 		면화의
점화여부
1 0 0 0 No Yes
2 0 0 0 No Yes
3 0 0 0 No Yes
4 0 0 0 No Yes
5 0 0 0 No Yes
열노화조건
테스트 		연소시간
t1 (sec)		 불꽃
연소시간
t2 (sec)		 연소시간
t3 (sec)		 클램프까지의
연소여부 		면화의
점화여부
1 0 0 0 No Yes
2 2.3 0 0 No Yes
3 1.6 0 0 No Yes
4 2.2 0 0 No Yes
5 1.1 0 0 No Yes
제9 실시예
본 발명의 제9 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔이며, 상기 폴리머는 나일론 6 또는 PET이다. 표 7은 다른 NPC 백분율 하에서의 복합재료 NPC-nylon의 내마모성 테스트 결과이며, 표 7에서 통상의 Nylon 6의 내마모 차수는 2800차이고, 0.05% NPC-Nylon 및 0.1% NPC-Nylon의 내마모 차수는 모두 통상의 나일론 재질인 Nylon 6와 비교하여 63% 내지 71%까지 대폭적으로 증가하는 것을 명확하게 관찰할 수 있다. 또한, 통상의 PET의 내마모 차수는 650차이며, 0.05% NPC-PET 및 0.5% NPC-PET의 내마모 차수는 모두 통상의 PET와 비교하여 97% 내지 51%까지 대폭적으로 증가한다.
섬유규격
(d/f)		 직물규격 내마모차수 1
(cycles)
Nylon 6 100/24 120x80 2800
0.05% NPC-Nylon 100/24 120x80 4560
0.1% NPC-Nylon 100/24 120x80 4800
PET 100/24 120x80 650
0.05% NPC-PET 100/24 120x80 890
0.5% NPC-PET 100/24 120x80 980
제10 실시예
본 발명의 제10 실시예에서, 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하는 복합재료가 제공된다. 여기서, 상기 나노 포러스 재료는 탄소계 에어로겔이며, 상기 폴리머는 나일론 6 또는 PET이다. 사출성형의 제조공정을 통하여, 상기 복합재료를 포함하는 플라스틱, 예를 들어, 시편을 제조하고, 상기 플라스틱에 대해, UL-94 플라스틱의 가연성 테스트를 수행한다.
표 8은 1% NPC-Nylon로 사출성형공정을 통해 제조된 플라스틱 시편이 표준조절조건 하에서의 UL-94 테스트 결과로서, NPC-Nylon으로 제조된 플라스틱 시편은 표준조절조건 하에서 연소시간 및 불꽃 시간이 모두 0이고, 고온 용융액적만 면화를 점화시킬 수 있는 결과를 나타내므로, NPC-Nylon으로 제조된 플라스틱 시편은 V2 등급에 속한다. 따라서, 상기 복합재료를 포함하는 상기 플라스틱도 동일하게 양호한 난연성을 구비한다.
표준조절
테스트 		연소시간
t1 (sec)		 불꽃연소시간
t2 (sec)		 연소시간
t3 (sec)		 클램프까지의
연소여부 		면화의
점화여부
1 0 0 0 No Yes
2 0 0 0 No Yes
3 0 0 0 No Yes
4 1.5 0 0 No Yes
5 0 1.5 0 No Yes
상술한 내용을 종합하면, 본 발명은 난연내마모성 복합재료를 제공하며, 이는 상기 내연내마모성 복합재료를 개선하여 자기소화능력(또는 난연성), 점화 방지시간의 장기화, 내수성 및 내구성을 갖도록 할 수 있으며, 장기간 재사용하기 쉽고 마모되지 않게 하며, 장시간 고온에서도 정상적으로 사용할 수 있으며, 유독성 검은 연기가 생기지 않을 수 있다. 또한 본 발명의 복합재료의 표면은 연소과정에서 탄화작용을 통하여 다수의 나노 복합구조탄화층이 형성될 수 있으며, 상기 탄화층은 긴밀한 탄화구조를 구비하여 상기 난연능력을 제고한다. 본 발명의 복합재료는 더 많은 다수의 홀을 구비하여, 화염, 유기휘발물 등을 홀에서 단절되도록 하여, 연소가 퍼지는 것을 효과적으로 저해할 수 있다.
따라서, 본 발명의 난연내마모성 복합재료는 양호한 호환성을 가지고, 가격이 저렴하며, 제조가 간편하고, 재질이 가볍고 부드러우며, 탄성을 가질 수 있으며, 동시에 난연, 내마모 작용에 이르게 한다.
본 발명은 비교적 바람직한 실시예를 개시하였지만, 이는 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니며, 어떤 이 영역에서의 숙련된 당업자라면, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서, 다양한 변경과 개질을 할 수 있기 때문에, 본 발명의 보호범위는 뒤에 첨부된 출원의 청구의 범위에서 경계를 정한 것을 기준으로 보아야 한다.
S110~S180: 단계

Claims (15)

  1. 나노 포러스 재료 및 폴리머를 포함하며,
    상기 나노 포러스 재료는 다수의 파우더를 포함하며, 상기 파우더의 입경은 20㎛보다 작으며, 상기 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 비표면적은 50 내지 3000㎡/g이고, 상기 나노 포러스 재료의 다수의 파우더의 용량은 50ppm 내지 30질량 백분율이며,
    상기 나노 포러스 재료는 상기 폴리머 내에 분산 결합되며,
    상기 복합재료의 한계산소지수는 24% 이상인 난연내마모성 복합재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합재료는 이하의 부등식을 만족하며,
    Ac>Ap,
    여기서, Ac는 상기 복합재료의 내마모 회전수이며, Ap는 상기 폴리머의 내마모 회전수인 난연내마모성 복합재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리에스테르, 폴리엔, 폴리아미드(PA), 아크릴, 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 및 그 유도체로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합인 내연내마모성 복합재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노 포러스 재료는 실리콘형 나노 포러스 재료, 탄소형 나노 포러스 재료 및 에어로겔로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합인 내연내마모성 복합재료.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 에어로겔은 실리콘계, 금속산화물계, 유기계, 탄소계, 반도체 금속 칼코게나이드, 나노튜브계 및 금속계로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 그 조합인 내연내마모성 복합재료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복합재료는 분산제를 더 포함하며,
    상기 분산제의 용량은 30질량 백분율 이하인 내연내마모성 복합재료.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 분산제는 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트 또는 폴리에테르 고분자 구조를 주체로 하며, 적어도 하나의 친수성 작용기를 가지는 내연내마모성 복합재료.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 분산제는 안하이드라이드, 아크릴산, 스티렌, 에폭시 작용기의 코폴리머, 유기산 유도체 및 왁스에서 선택된 하나 또는 그 조합인 내연내마모성 복합재료.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복합재료는 차링제(charring agent)를 더 포함하는 내연내마모성 복합재료.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복합재료는 난연제를 더 포함하는 내연내마모성 복합재료.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 나노 포러스 재료와 상기 폴리머의 사이는 화학 결합 또는 분자간 작용력으로 서로 연결되는 내연내마모성 복합재료.
  12. 제1항의 난연내마모성 복합재료를 포함하는 도료.
  13. 제1항의 내연내마모성 복합재료를 포함하며,
    두께가 500㎛ 이하인 박막.
  14. 제1항의 내연내마모성 복합재료를 포함하며,
    두께가 500㎛ 이상인 플라스틱.
  15. 제1항의 내연내마모성 복합재료를 포함하며,
    0.1 데니어 이상인 섬유.



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