KR20200071182A - 자동차의 부품용 수지 조성물, 이를 이용한 자동차용 부품 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차의 부품용 수지 조성물, 이를 이용한 자동차용 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지에 초고분자량 실록산 및 무기필러를 최적비율로 혼합함으로써 우수한 충격성 및 저흡습성을 유지하면서 동시에 내마찰성 및 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 이를 이용한 자동차용 부품 제조 시 실리콘계 오일을 도포하지 않거나 사용량을 획기적으로 줄여 제조원가를 절감할 수 있고 인체에 유해한 성분을 포함하지 않아 차량 실내 공기질을 향상시킬 수 있는 자동차의 부품용 수지 조성물, 이를 이용한 자동차용 부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 우수한 충격성 및 저흡습성을 유지하면서 동시에 내마찰성 및 내마모성이 향상된 자동차의 부품용 수지 조성물, 이를 이용한 자동차용 부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 내장 플라스틱 부품의 작동성능은 감성품질 측면에서 중요한 요소 중 하나이다. 예를들어 헤드레스트의 경우 스테이(예컨대, 철)와 가이드(예컨대, 폴리아미드)의 이종 소재간 접촉이 되는 부위에 작동성능 확보를 위한 실리콘계 오일이 도포된다. 또한 시트벨트인 디링(D-ring)의 경우에는 웨빙(webbing)의 인출감 향상을 위해 마찰 및 마모 성능이 우수한 POM(Poly Oxy Methylene) 사출 소재가 적용되고 있다.
가이드 소재로 사용되는 폴리아미드(Polyamide)의 경우, 기계적 물성이 우수하며 성형성이 좋은 엔지니어링 플라스틱(Engineering Plastic)이다. 그러나 폴리아미드는 내마찰성 및 내마모성이 좋지 않으며 흡습으로 인한 치수 및 물성의 변화가 크다는 단점이 있다.
따라서 자동차 내장 작동부품에 적용할 경우 환경에 따른 치수 및 물성변화와 그로 인한 작동력 저하 및 파손 등의 품질문제를 야기할 가능성이 매우 높다. 또한 작동성능 확보를 위해 도포된 실리콘계 오일로 인한 원가 상승 뿐만 아니라 후석 승객 승하차 시 스테이를 손으로 접촉하는 경우가 많아 손에 오일이 묻어나면서 감성측면에서 좋지 않은 요인으로 작용하고 있다. 또한 디링(D-ring) 소재로 사용되는 POM의 경우, 마찰 및 마모 특성이 우수한 장점이 있지만, POM의 화학적 구조로 인하여 포름알데히드(Formaldehyde) 발생으로 인체에 유해한 문제가 있다.
이에 종래 한국등록특허 제10-1827781호에서는 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE: High Molecular Weight Polyethylene)을 기존의 폴리아미드와 얼로이(alloy)하여 저온 내충격성과 낮은 흡습성을 확보한 소재의 개발이 시도된 바 있다. 그러나 이러한 소재는 우수한 충격성 및 저흡습성의 장점에도 불구하고, 작동 성능에서는 기존의 실리콘 오일 도포 방식 대비 높은 마찰 계수로 인해 작동력이 높아지는 문제가 있다.
이를 개선하기 위하여 상기 폴리아미드 및 고분자량 폴리에틸렌 조성에 일반적으로 알려져 있는 실리콘 오일을 포함시키는 방식을 시도할 수 있다. 그러나 상기 실리콘 오일은 매트릭스 수지와의 상용성이 없기 때문에 일정 함량 이상에서는 처방이 불가능하다. 또한 상기 실리콘 오일을 과량 첨가할 경우에는 사출 성형 시 상분리가 발생하여 게이트 주변에 막을 형성하고 껍질이 벗겨지는 형태의 불량이 발생한다. 아울러 실리콘은 폴리아미드 자체의 물성을 저하시켜 결과적으로 기계적 물성이 저하되어 스테이와의 작동 시 가이드 변형 등의 문제를 유발할 수 있다.
이 외에도 마찰계수를 저감시키는 방법으로 PTFE(Polytetrafluoroethylene)의 불소계 첨가제를 사용하는 방법이 있다. 그러나 이 경우 원가가 지나치게 상승하는 문제가 있으며, 헤드레스트 가이드와 안전벨트 디링(D-ring)의 주요 물성특성인 내충격성을 저해하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지에 초고분자량 실록산 및 무기필러를 최적비율로 혼합함으로써 내마찰성 및 내마모성이 향상된 자동차의 부품용 수지 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물을 이용한 자동차용 부품을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물로 부품을 사출성형에 의해 제조하여 부품에 마찰 저감을 위한 실리콘계 오일을 도포하지 않는 자동차용 부품의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지; 초고분자량 실록산(Ultra-high molecular weight siloxane, UHMWS); 및 무기필러;를 포함하는 자동차의 부품용 수지 조성물을 제공한다.
상기 자동차의 부품용 수지 조성물은 상기 얼로이 수지 93~97.5 중량%; 상기 초고분자량 실록산(UHMWS) 2~4 중량%; 및 상기 무기필러 0.5~3 중량%;를 포함할 수 있다.
상기 얼로이 수지는 상기 폴리아미드 60~99 중량% 및 상기 폴리에틸렌 1~40 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
상기 폴리에틸렌 수지는 중량평균분자량이 400,000~700,000 g/mol인 것일 수 있다.
상기 얼로이 수지는 250 ℃에서 점도(MI, g/10 min)가 0.1~10이고, 융점이 215~225 ℃인 것일 수 있다.
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 실록산 수지(Siloxane polymer) 65 ~ 75 중량% 및 건식 실리카(Fumed silica) 25 ~ 35 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
상기 건식 실리카는 평균입도가 1~10 nm이고, 비표면적(Surface area)이 50~600 m2/g인 것일 수 있다.
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 중량평균분자량이 300,000~700,000 g/mol인 것일 수 있다.
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 입도가 0.1~10 ㎛인 펠렛 형상인 것일 수 있다.
상기 무기필러는 구형 형상의 지르코늄 디옥사이드(Zirconium Dioxide)인 것일 수 있다.
상기 지르코늄 디옥사이드는 결정 크기가 0.2~12.5 ㎛인 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물로부터 형성된 자동차용 부품을 제공한다.
상기 자동차용 부품은 헤드레스트 가이드 또는 시트벨트의 D-링인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물로 일정 형상의 부품을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 부품에 마찰 저감을 위한 실리콘계 오일을 도포하지 않는 것을 특징으로 하는 자동차용 부품의 제조방법을 제공한다.
상기 부품을 제조하는 단계는 조성물을 일정 형상의 부품으로 사출 성형하는 단계인 것일 수 있다.
상기 자동차용 부품은 헤드레스트 가이드 또는 시트벨트의 D-링인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차의 부품용 수지 조성물은 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지에 초고분자량 실록산 및 무기필러를 최적비율로 혼합함으로써 우수한 충격성 및 저흡습성을 유지하면서 동시에 내마찰성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자동차의 부품용 수지 조성물은 POM과 같이 인체에 유해한 성분을 포함하지 않아 차량 실내 공기질을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자동차용 부품의 제조방법은 초고분자량 실록산을 포함한 수지 조성물을 적용함으로써 실리콘계 오일을 도포하지 않거나 사용량을 획기적으로 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 실리콘계 오일이 묻어나지 않아 감성품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 기존의 폴리아미드와 폴리에틸렌의 얼로이 수지는 저온 내충격성과 낮은 흡습성을 확보하였으나, 높은 마찰계수로 인해 작동력이 높아지는 문제가 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지에 초고분자량 실록산 및 무기필러를 최적비율로 혼합함으로써 우수한 충격성 및 저흡습성을 유지하면서 동시에 내마찰성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다. 아울러 자동차 부품의 이음 소재 간에 발생하는 소음을 저감시켜 감성품질을 향상시킬 뿐만 아니라 마찰성능의 향상으로 작동성을 개선할 수 있다.
또한 안전벨트인 D-링과 같은 부품은 실리콘계 오일 도포가 불가능해서 VOC 문제의 가능성이 높음에도 불구하고 기존에는 마찰성능이 우수한 POM을 사용하였다. 그러나 본 발명에서는 POM과 같이 인체에 유해한 성분을 포함하지 않아 차량 실내 공기질을 향상시킬 수 있다.
또한 초고분자량 실록산을 포함한 자동차의 부품용 수지 조성물을 자동차용 부품의 제조방법에 적용함으로써 실리콘계 오일을 도포하지 않거나 사용량을 획기적으로 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 실리콘계 오일이 묻어나지 않아 감성품질을 향상시킬 수 있다. 아울러, 오일 도포가 불가능한 소재의 성분을 상기 자동차의 부품용 수지 조성물로 대체함으로써 우수한 내마찰성 및 내마모성을 부여한 새로운 소재를 확보할 수 있는 이점이 있다.
보다 상세하게는 본 발명에 따른 자동차의 부품용 수지 조성물은 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지; 초고분자량 실록산(Ultra-high molecular weight siloxane, UHMWS); 및 무기필러;를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 자동차의 부품용 수지 조성물은 상기 얼로이 수지 93~97.5 중량%; 상기 초고분자량 실록산(UHMWS) 2~4 중량%; 및 상기 무기필러 0.5~3 중량%;를 포함할 수 있다.
상기 얼로이 수지는 상기 자동차의 부품용 수지 조성물에 대하여 93~97.5 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 그 함량이 93 중량% 미만이면 상기 얼로이 수지의 기계적 물성이 저하되며, 자동차 부품 게이트 주변의 박리 및 필러 마크(Filler mark) 현상이 발생할 수 있다. 여기서, 필러 마크란 상기 무기필러가 사출 성형품의 표면에 드러나 외관 상으로 불량한 것을 의미한다. 반대로 상기 얼로이 수지의 함량이 97.5 중량% 초과이면 자동차 부품 작동 성능에서 기존의 실리콘 오일 도포 방식 대비 높은 마찰 계수로 인해 작동력이 높아지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 얼로이 수지는 250 ℃에서 점도가 0.1~10이고, 융점은 215~225 ℃ 인 것일 수 있다.
상기 얼로이 수지는 상기 폴리아미드에 상기 폴리에틸렌을 얼로이(alloy)한 수지인 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 얼로이 수지는 상기 폴리아미드 60~99 중량% 및 상기 폴리에틸렌 1~40 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 특히, 상기 폴리에틸렌은 자기 윤활 특성에 의해 내마찰마모성 및 내충격성이 우수하며, 흡습을 거의 하지 않는 이점이 있다. 이러한 상기 폴리에틸렌은 상기 얼로이 수지에 대하여 1~40 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리에틸렌의 함량이 1 중량% 미만이면 내마찰마모성 및 내충격성의 저하 문제를 초래할 수 있다. 반대로 상기 폴리에틸렌의 함량이 40 중량% 초과이면 높은 점도로 인해 컴파운딩 및 사출성형의 불량을 초래할 수 있다. 바람직하게는 상기 얼로이 수지는 상기 폴리아미드 70~90 중량% 및 상기 폴리에틸렌은 10~30 중량%를 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 수지는 중량평균분자량이 400,000~700,000 g/mol인 것일 수 있다. 이때, 상기 폴리에틸렌 수지의 중량평균분자량이 400,000 g/mol 미만이면 내마찰마모성 및 내충격성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 중량평균분자량이 700,000 g/mol 초과이면 높은 점도로 인해 충분한 용융흐름이 형성되지 않아 컴파운딩이 어렵거나 불가능하다. 바람직하게는 500,000~600,000 g/mol인 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 초고분자량 실록산은 상기 수지 조성물에 마찰계수를 낮추기 위한 특성을 부여하기 위해 혼합될 수 있다. 바람직하게는 상기 초고분자량 실록산은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물에 대하여 2~4 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 초고분자량 실록산의 함량이 2 중량% 미만이면 자동차 부품의 작동 성능에서 기존의 실리콘 오일 도포 방식 대비 높은 마찰계수로 인해 작동력이 높아지는 문제가 발생할 수 있다. 반대로 상기 초고분자량 실록산의 함량이 4 중량% 초과이면 상기 얼로이 수지의 기계적 물성이 저하되며, 자동차 부품 게이트 주변의 박리 현상이 발생할 수 있다.
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 실록산 수지(Siloxane polymer) 65~75 중량% 및 건식 실리카(Fumed silica) 25~35 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 상기 초고분자량 실록산은 일반적인 초고분자량 실록산 수지와 달리 초고분자량 실록산 수지와 건식 실리카의 혼합 및 물리적 상호작용(Physical interactions)을 통해 고정효과(Anchoring Effect)를 유도할 수 있다. 상기 고정효과는 물리적으로 상기 초고분자량 실록산의 이동(Migration) 현상을 억제할 수 있다. 이처럼 상기 초고분자량 실록산의 이동현상을 억제하게 되면 상기 자동차 부품의 작동 시 마찰계수를 최소화하는 동시에 반영구적인 내마찰특성을 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 상기 초고분자량 실록산은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물에 고정효과에 의한 반영구적인 내마찰특성을 부여할 수 있는 것이다.
상기 초고분자량 실록산은 상기 건식 실리카가 25~35 중량%를 포함할 수 있는데, 이때, 상기 건식 실리카의 함량이 25 중량% 미만이면 상기 초고분자량 실록산의 이동현상 억제 효과가 미미할 수 있다. 반대로 상기 건식 실리카의 함량이 35 중량% 초과이면 상대적으로 작은 비표면적에 의해 입자끼리 서로 응집되어 상기 실록산 수지와의 고정효과가 미미할 수 있다. 상기 건식 실리카(Fumed silica)는 비표면적이 크기 때문에 입자 간의 반발력이 극대화되어 자기들끼리 응집되지 않는 특성이 있다. 이로 인해 상기 건식 실리카는 상기 실록산 수지에 고르게 분산되어 물리적 상호작용(Physical interactions)을 통해 고정효과(Anchoring Effect)를 유도할 수 있다. 또한 상기 고정효과는 상기 자동차의 부품용 수지 조성물에 반영구적 내마찰특성 향상을 부여할 수 있다. 아울러, 상기 건식 실리카는 평균입도가 1~10 nm이고, 비표면적(Surface Area)이 50~600 m2/g인 것일 수 있다. 이때, 상기 건식 실리카의 평균입도가 1 nm 미만이면 상기 초고분자량 실록산 수지와의 고정효과가 미미할 수 있다. 반대로 상기 건식 실리카의 평균입도가 10 nm 초과이면 초고분자량 실록산의 이동현상 억제 효과가 미미할 수 있다.
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 중량평균분자량이 300,000~700,000 g/mol인 것일 수 있다. 이때, 상기 초고분자량 실록산의 중량평균분자량이 300,000 g/mol 미만이면 상기 수지 조성물의 마찰계수 저감 효과가 미미할 수 있다. 반대로 상기 초고분자량 실록산의 중량평균분자량이 700,000 g/mol 초과이면 상기 건식 실리카와의 물리적 상호작용이 저하될 수 있다. 바람직하게는 중량평균분자량이 350,000~450,000 g/mol인 것일 수 있다.
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 입도가 0.1~10 ㎛인 펠렛 형상인 것일 수 있다. 상기 초고분자량 실록산이 펠렛 형상인 것을 사용하면 컴파운딩 시 분산이 유리한 이점이 있다. 이때, 상기 초고분자량 실록산의 입도가 0.1 ㎛ 미만이면 펠렛 입도가 너무 작아 마찰계수 저감 효과가 미미할 수 있다. 반대로 상기 초고분자량 실록산의 입도가 10 ㎛ 초과이면 입도가 너무 커서 분산 시간이 오래 걸릴 수 있다. 바람직하게는 상기 초고분자량 실록산의 입도가 1~5 ㎛인 것일 수 있다. 다만, 상기 초고분자량 실록산의 함량이 높을 경우, 자동차용 부품의 계면 간 마찰계수를 낮추면서 동시에 상기 얼로이 수지 자체를 가소화시켜 무르게 할 수 있다. 이로 인해 하중이 가해지는 마찰 시 접촉면의 패임, 눌림 등으로 인해 마찰면적이 넓어지면서 전체적인 마찰저항을 낮추는데 한계가 있다. 본 발명에서는 상기 얼로이 수지에 상기 초고분자량 실록산에 표면 경도를 높일 수 있는 무기필러를 최적화 비율로 혼합하여 사용할 때 내마찰성 및 내마모성을 극대화시키는 시너지 효과를 발휘할 수 있게 된다.
상기 무기필러는 상기 자동차의 부품용 수지 조성물의 표면경도 향상 및 마찰계수를 감소시키기 위해 포함되는 것으로 0.5~3 중량%를 혼합할 수 있다. 이때, 상기 무기필러의 함량이 0.5 중량% 미만이면 표면경도 향상 및 마찰계수 감소를 기대하기 어렵다. 반대로 상기 무기필러의 함량이 3 중량% 초과이면 자동차 부품 게이트 주변의 필러 마크(Filler mark)가 발생할 수 있으며 부품 원가 측면에서 불리할 수 있다.
상기 무기필러는 구형 형상의 지르코늄 디옥사이드(Zirconium Dioxide)인 것일 수 있다. 기존에는 활석(talc), 마이카(mica), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 버미큘라이트(vermiculite), 사포나이트(saponite), 벤토나이트(bentonite), 세피오라이트(sepiolite), 바이델라이트(beidellite) 또는 카올리나이트(kaolinite)와 같은 층상의 무기입자를 사용하였다. 그러나 상기와 같은 층상의 무기입자를 사용하게 되면 강성은 증가될 수 있으나 인장신율 및 충격강도는 상대적으로 저하되는 문제가 있었다. 본 발명에서는 상기 무기필러로 구형의 지르코늄 디옥사이드를 혼합함으로써 자체의 높은 경도로 인해 내마찰성 및 내마모성을 향상시키는 이점이 있다. 또한 상기 지르코늄 디옥사이드는 구형 형상으로 인해 다른 층상의 무기필러와 달리 인장신율과 충격강도의 저하를 최소화할 수 있다.
상기 지르코늄 디옥사이드는 입자의 결정 크기가 0.2~12.5 ㎛인 것일 수 있다. 이때, 상기 지르코늄 디옥사이드의 결정 크기가 0.2 ㎛ 미만이면 충격강도 및 마찰특성이 저하될 수 있다. 반대로, 상기 지르코늄 디옥사이드의 결정 크기가 12.5 ㎛ 초과이면 인장신율 및 충격강도가 저하될 수 있다. 바람직하게는 상기 지르코늄 디옥사이드는 결정 크기가 0.2~5 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물로부터 형성된 자동차용 부품을 제공한다. 상기 자동차용 부품은 헤드레스트 가이드 또는 시트벨트의 D-링인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 상기 자동차의 부품용 수지 조성물로 일정 형상의 부품을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 부품에 마찰 저감을 위한 실리콘계 오일을 도포하지 않는 것을 특징으로 하는 자동차용 부품의 제조방법을 제공한다.
상기 자동차용 부품의 제조방법은 부품의 마찰을 저감시키기 위해 도포되는 실리콘계 오일의 사용을 삭제하거나 혹은 사용량을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 차량 실내 공기질을 향상시킬 뿐만 아니라 오일 도포가 불가능한 소재에도 다양하게 적용할 수 있는 이점이 있다.
상기 부품을 제조하는 단계는 조성물을 일정 형상의 부품으로 사출 성형하는 단계인 것일 수 있다. 이때, 상기 자동차용 부품은 헤드레스트 가이드 또는 시트벨트의 D-링인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
하기 표 1에 나타낸 성분 및 혼합비율로 통상의 방법에 의해 자동차의 부품용 수지 조성물을 제조하였다.
[재료성분]
(1) 얼로이 수지: 폴리아미드 70 중량% 및 폴리에틸렌 30 중량%가 혼합된 얼로이 수지를 준비하였다. 이때, 상기 폴리에틸렌은 중량평균분자량이 560,000 g/mol인 것을 사용하였다. 또한 상기 얼로이 수지는 250 ℃, 5 kg에서 점도가 1.0이고, 융점이 220 ℃인 것을 사용하였다. 구체적으로 KEP 사의 KEPAMID 1915SM7인 것을 사용하였다.
(2) 초고분자량 실록산: 초고분자량 실록산은 중량평균분자량은 400,000 g/mol이며, 입도가 1~3 ㎛인 펠렛 형상인 것을 준비하였다. 구체적으로 상기 초고분자량 실록산은 실록산 수지 70 중량% 및 건식 실리카 30 중량%를 포함한 Wacker 사의 GENIOPLAST® GPPS Pellet을 사용하였다. 이때, 상기 건식 실리카는 평균입도가 1 이고, 비표면적이 120 m2/g인 것을 사용하였다.
(3) 실리콘 마스터 배치(Silicone Master batch): Dow corning 사의 MB 50-011을 준비하였다.
(4) PTFE(Polytetrafluoroethylene): Solvay 사의 Polymist XPP-511을 준비하였다.
(5-1) 무기필러: 지르코늄 디옥사이드(Zirconium dioxide)는 결정 크기가 0.2 ㎛인 구형 형상인 것을 준비하였다. 구체적으로 Z tech 사의 EF-Extra를 사용하였다.
(5-2) 무기필러: 몰리브데늄 디설파이드(Molybdenum Disulfide)는 입자크기가 1.4 ㎛인 구형 형상인 것을 사용하였다. 구체적으로 SUMICO Lubricant사의 Moly Powder를 준비하였다.
실험예 1
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 9에서 제조된 자동차의 부품용 수지 조성물을 이용하여 통상의 방법에 의해 사출 성형된 금형 시편을 제조하였다. 그 다음 제조된 금형 시편에 대해 각 항목에 따른 시험방법에 의해 물성을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2 및 3에 나타내었다. 특히, 동마찰계수 및 비마모량의 시험방법은 Pin-on-disk 방식에 의해 수행되었다. 상기 Pin-on-disk 방식은 철(Steel, S45C)로 이루어진 플레이트(Plate) 상에 상기 금형시편 2 kgf을 올린 후 30 mm/s의 속도로 30분 동안 왕복한 후 동마찰계수 및 비마모량을 측정하였다.
상기 표 2 및 3의 결과에 의하면, 상기 비교예 1의 경우 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지로만 이루어져 있어 굴곡강도 및 굴곡탄성률은 우수하였으나, 인장강도, 충격강도 및 동마찰계수의 물성이 현저하게 저조한 것을 확인하였다.
또한 상기 비교예 2의 경우 상기 초고분자량 실록산을 소량 첨가함으로 인해 동마찰계수 및 비마모량이 요구물성 조건을 만족하지 못함을 확인하였다. 상기 비교예 3의 경우 상기 초고분자량 실록산을 과량 첨가함으로 인해 인장강도가 저하되었으며, 사출 성형 후 부품의 게이트 주변에 박리현상이 발생하였다.
또한 상기 비교예 4의 경우 무기필러를 과량 첨가함으로 인해 충격강도가 낮은 수치를 보였으며, 부품의 게이트 주변에 필러 마크(filler mark) 현상이 발생하였다. 상기 비교예 5의 경우 무기필러를 소량 첨가함으로 인해 인장강도, 동마찰계수 및 비마모량에서 낮은 수치를 보임을 확인하였다.
또한 무기필러로 몰리브데늄 디설파이드를 사용한 상기 비교예 6의 경우 충격강도, 동마찰계수 및 비마모량이 요구물성 수치를 만족하지 못함을 확인하였다.
또한 상기 비교예 7의 경우 상기 초고분자량 실록산 대신 실리콘 마스터 배치를 혼합함으로 인해 비마모량이 저조하였으며, 사출성형 후 부품의 게이트 주변에 박리현상이 발생하였다.
또한 상기 비교예 8 및 9의 경우 상기 초고분자량 실록산 대신 PTFE를 혼합함으로써 충격강도, 동마찰계수 및 비마모량이 요구물성 수치를 만족하지 못함을 확인하였다.
이에 반해, 상기 실시예 1 및 2의 경우 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡탄성율에서 높은 수치를 보임을 확인하였다. 또한 상기 비교예 1과 비교하여 충격강도, 동마찰계수 및 비마모량의 특성도 요구물성 수치를 모두 만족하는 것을 확인하였다.
실험예 2
상기 실시예 2 및 비교예 1의 수지 조성물을 이용하여 제조된 헤드레스트 가이드 부품에 대하여 실리콘 오일의 도포여부에 따른 작동력 개선여부를 Push-Pull gage를 통하여 확인하였다. 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
상기 표 4의 결과에 의하면, 상기 실시예 2의 경우 실리콘 오일을 도포하지 않았을 때의 작동력이 상기 비교예 1의 실리콘 오일을 도포한 경우와 비슷한 수치를 보임을 확인하였다. 이를 통해, 실리콘 오일을 도포함으로써 발생하는 원가상승 문제와 손에 오일이 묻어나는 문제를 개선하는 동시에 작동력을 향상시키는 효과가 우수함을 알 수 있었다.
Claims (16)
- 폴리아미드 및 폴리에틸렌의 얼로이 수지;
초고분자량 실록산(Ultra-high molecular weight siloxane, UHMWS); 및
무기필러;
를 포함하는 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 얼로이 수지 93~97.5 중량%;
상기 초고분자량 실록산(UHMWS) 2~4 중량%; 및
상기 무기필러 0.5~3 중량%;
를 포함하는 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 얼로이 수지는 상기 폴리아미드 60~99 중량% 및 상기 폴리에틸렌 1~40 중량%를 포함하는 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 수지는 중량평균분자량이 400,000~700,000 g/mol인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 얼로이 수지는 250 ℃에서 점도(MI, g/10 min)가 0.1~10이고, 융점이 215~225 ℃인 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 실록산 수지(Siloxane polymer) 65~75 중량% 및 건식 실리카(Fumed silica) 25~35 중량%를 포함하는 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제6항에 있어서,
상기 건식 실리카는 평균입도가 1~10 nm이고, 비표면적(Surface area)이 50~600 m2/g인 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 중량평균분자량이 300,000~700,000 g/mol인 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 초고분자량 실록산(UHMWS)은 입도가 0.1~10 ㎛인 펠렛 형상인 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 무기필러는 구형 형상의 지르코늄 디옥사이드(Zirconium Dioxide)인 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제10항에 있어서,
상기 지르코늄 디옥사이드는 결정 크기가 0.2~12.5 ㎛인 것인 자동차의 부품용 수지 조성물.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 자동차의 부품용 수지 조성물로부터 형성된 자동차용 부품.
- 제12항에 있어서,
상기 자동차용 부품은 헤드레스트 가이드 또는 시트벨트의 D-링인 것인 자동차용 부품.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 자동차의 부품용 수지 조성물로 일정 형상의 부품을 제조하는 단계를 포함하되,
상기 부품에 마찰 저감을 위한 실리콘계 오일을 도포하지 않는 것을 특징으로 하는 자동차용 부품의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 부품을 제조하는 단계는 조성물을 일정 형상의 부품으로 사출 성형하는 단계인 것인 자동차용 부품의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 자동차용 부품은 헤드레스트 가이드 또는 시트벨트의 D-링인 것인 자동차용 부품의 제조방법.
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