KR20210091278A - 유리 섬유 강화 수지 성형품 - Google Patents

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Abstract

높은 기계적 강도를 갖고 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제되는 유리 섬유 강화 수지 성형품을 제공한다. 유리 섬유 강화 수지 성형품은 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유가 단경 D1이 3.0μm 이상 10.5μm 이하의 범위에 있고, 장경 D2가 11.0μm 이상 29.0μm 이하의 범위에 있는 편평한 단면 형상을 갖고, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)이 195μm 이상 400μm 미만의 범위에 있고, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유 함유율 C(wt%)가 50.0wt% 초과 80.0wt% 이하의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (1)을 만족한다. 1200.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2550.0 ···(1)

Description

유리 섬유 강화 수지 성형품
본 발명은 유리 섬유 강화 수지 성형품에 관한 것이다.
종래 유리 섬유는 수지 성형품의 성능을 향상시키기 위해 여러 용도로 널리 이용되었다. 여기서 유리 섬유에 의해 향상되는 주된 성능의 하나로서 유리 섬유 강화 수지 성형품의 인장 강도나 굽힘 강도와 같은 기계적 강도를 들 수 있다. 지금까지 유리 섬유의 섬유경(일반적으로 유리 섬유는 복수 가닥의 유리 필라멘트가 집속되어 구성되어 있고, 이 유리 필라멘트의 평균 직경을 유리 섬유의 섬유경이라 함), 유리 섬유 강화 수지 성형품 내의 유리 섬유의 길이, 유리 섬유 강화 수지 성형품 내의 유리 함유량, 유리 필라멘트의 단면 형상과 같은 유리 섬유의 여러 특징이 유리 섬유 강화 수지 성형품의 기계적 강도에 주는 영향이 검토되었다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
또한 하기 특허문헌 2에는 유리 섬유 강화 수지 성형품으로, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 섬유경 D(μm)가 3.0 ~ 12.0μm의 범위에 있고, 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)이 160 ~ 350μm 범위에 있고, 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유 체적 함유율 V(%)가 3.0 ~ 50.0% 범위에 있고, 상기 D, L 및 V가 하기 식(6)을 만족하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 강화 수지 성형품이 기재되어 있다.
300.0 ≤ D2 × L/V ≤ 1000.0 ···(6)
특허문헌 1 : 일본 특허출원 공개 제2008-095066호 공보 특허문헌 2 : WO2018/159861
최근 금속 대체 재료로서 자동차 분야에서의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 사용이 확대되고 있다. 자동차 분야의 경우에는 운전자의 안전성이나 부품의 내구성을 확보하기 위해 유리 섬유 강화 수지 성형품에 높은 기계적 강도(예를 들어 인장 강도 및 굽힘 강도)가 요구된다.
종래 유리 섬유 강화 수지 성형품의 기계적 강도를 높이기 위해, 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에 존재하는 유리 섬유의 섬유 길이를 길게 하는 것이 검토되었다. 예를 들어 특허문헌 1에서는 연속 섬유인 유리 섬유 로빙에 수지 용융물을 함침시켜 얻어지는 장섬유 강화 수지 펠렛을 이용하여 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에 존재하는 유리 섬유의 중량 평균 섬유 길이를 1mm 이상으로 하고 있다.
그러나 장섬유 강화 수지 펠렛을 이용한 경우, 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에서 일부의 유리 섬유(아울러, 유리 섬유는 일반적으로 복수 가닥의 유리 필라멘트가 묶여 형성되어 있음)가 유리 필라멘트 상태로까지 분산되지 않고 유리 스트랜드(유리 필라멘트가 복수 가닥 묶인 형태) 상태로 잔존하는, 미분산이라 불리는 상태가 발생하기 쉽다. 미분산이 발생한 경우에는, 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에서 부위에 따라 강도의 편차가 발생할 우려가 있다. 특히 자동차의 외장 부품 등 대형의 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에서는 강도의 편차가 응력 집중을 초래하여 유리 섬유 강화 수지 성형품 전체의 안전성 및 내구성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기계적 강도가 높고 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제된 유리 섬유 강화 수지 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유가, 단경 D1이 3.0μm 이상 10.5μm 이하인 범위에 있고, 장경 D2가 11.0μm 이상 29.0μm 이하인 범위에 있는 편평한 단면 형상을 갖고, 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)이 195μm 이상 400μm 미만의 범위에 있고, 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유 함유율 C(wt%)가 50.0wt% 초과 80.0wt% 이하의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
1200.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2550.0 ···(1)
본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품에 의하면, 상기 D1, D2, L 및 C가 상술한 범위에 있고 상기 식(1)의 조건을 만족함으로써 유리 섬유 강화 수지 성형품은 높은 기계적 강도를 갖고 아울러 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제된다. 여기서 높은 기계적 강도를 갖는다는 것은, 유리 섬유 강화 수지 성형품의 인장 강도가 250MPa를 초과하고, 아울러 굽힘 강도가 400MPa를 초과하는 것을 의미한다.
또한 본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 상기 D1이 3.5μm 이상 6.4μm 이하의 범위에 있고, 상기 D2가 14.0μm 이상 26.0μm 이하의 범위에 있고, 상기 L이 200μm 이상 350μm 이하의 범위에 있고, 상기 C가 52.0wt% 이상 75.0wt% 이하의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (2)을 만족하는 것이 바람직하다.
1700.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2300.0 ···(2)
본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품에 의하면, 상기 D1, D2, L 및 C가 상술한 범위에 있고 아울러 상기 식 (2)의 조건을 만족함으로써, 유리 섬유 강화 수지 성형품은 보다 높은 기계적 강도를 갖고 또한 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제된다. 여기서, 보다 높은 기계적 강도를 갖는다는 것은, 유리 섬유 강화 수지 성형품의 인장 강도가 260MPa 이상이고, 아울러 굽힘 강도가 400MPa 초과인 것을 의미한다.
또한 본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 상기 D1이 4.0μm 이상 6.0μm 이하의 범위에 있고, 상기 D2가 16.0μm 이상 24.0μm 이하의 범위에 있고, 상기 L이 205μm 이상 300μm 이하의 범위에 있고, 상기 C가 53.0wt% 이상 70.0wt% 이하의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (3)을 만족하는 것이 바람직하다.
1980.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2180.0 ···(3)
본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품에 의하면, 상기 D1, D2, L 및 C가 상술한 범위에 있고 아울러 상기 식 (3)의 조건을 만족함으로써, 유리 섬유 강화 수지 성형품은 보다 높은 기계적 강도를 갖고 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제되며 나아가 우수한 유동성을 갖는다.
본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품에 있어서, 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 수지는 폴리아미드 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아릴렌설파이드 수지, 폴리아릴케톤 수지 및 액정 폴리머(LCP)로 이루어지는 군에서 선택되는 사출 성형용 열가소성 수지인 것이 바람직하고, 폴리아미드 수지인 것이 보다 바람직하다.
상기 사출 성형용 열가소성 수지를 이용함으로써 대형의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 제조를 효율적으로 수행할 수 있다. 특히 폴리아미드 수지는 강도, 내열성의 밸런스가 뛰어나 자동차 차체의 금속 대체 재료에 적합하고, 본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품을 사용함에 따른, 제조 효율의 향상 효과가 크다.
이어서 본 발명의 실시 형태에 대해 더욱 상세히 설명한다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유가 단경 D1이 3.0μm 이상 10.5μm 이하의 범위에 있고, 장경 D2가 11.0μm 이상 29.0μm 이하의 범위에 있는 편평한 단면 형상을 갖고, 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)이 195μm 이상 400μm 미만의 범위에 있고, 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유 함유율 C(wt%)가 50.0wt% 초과 80.0wt% 이하의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
1200.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2550.0 ···(1)
본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품에 의하면, 상기 D1, D2, L 및 C가 상술한 범위에 있음으로써 유리 섬유 강화 수지 성형품은 높은 기계적 강도를 갖고 또한 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제된다. 여기서 높은 기계적 강도를 갖는다는 것은, 유리 섬유 강화 수지 성형품의 인장 강도가 250MPa를 초과하고 아울러 굽힘 강도가 400MPa를 초과하는 것을 의미한다.
또한 본 발명에 있어서, 인장 강도 및 굽힘 강도는 각각 하기의 방법으로 측정할 수 있다. 또한 측정에 사용하는 장치에 관해서는 하기에 기재한 장치와 동등한 성능을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
［인장 강도］
JIS K 7165:2008에 준한 A형 덤벨 시험편(두께 4mm)에 대해 시험 온도 23℃의 조건에서 정밀 만능 시험기((주)시마즈제작소, 상품명:오토그래프 AG-5000B)를 이용하여 JIS K 7165:2008에 준거한 정적 인장 시험을 수행하여 인장 강도를 측정한다.
[굽힘 강도]
상기 시험편에 대해 시험 온도 23℃의 조건에서 정밀 만능 시험기((주)시마즈제작소, 상품명:오토그래프 AG-5000B)를 이용하여 JIS K 7171:2016에 준거한 정적 인장 시험을 수행하여 굽힘 강도를 측정한다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유의 단경 D1이 3.0μm 미만이면 유리 섬유 및 유리 섬유 강화 수지 성형품의 제조 공정에서 제조자의 건강에 악영향을 미칠 것이 염려된다. 한편, 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유의 단경 D1이 10.5μm를 초과하면 높은 기계적 강도를 갖는 유리 섬유 강화 수지 성형품을 얻을 수 없다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유의 장경 D2가 11.0μm 미만이고 아울러 편평한 단면 형상을 갖는 유리 섬유를 제조하는 것은 어렵다. 한편, 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유의 장경 D2가 29.0μm를 초과하면 높은 기계적 강도를 갖는 유리 섬유 강화 수지 성형품을 얻을 수 없다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유 강화 수지 성형품의 표면 평활성이 향상되므로, 유리 섬유의 단경 D1은 3.5μm 이상 6.4μm 이하인 것이 바람직하고, 4.0μm 이상 6.0μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 4.5μm 이상 5.5μm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 유리 섬유의 장경 D2는 유리 섬유 강화 수지 성형품의 표면 평활성이 향상되므로, 14.0μm 이상 26.0μm 이하인 것이 바람직하고, 16.0μm 이상 24.0μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 18.0μm 이상 22.0μm 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유의 단경 및 장경은, 예를 들어 먼저 유리 섬유 강화 수지 성형품의 단면을 연마하고 이어서 전자현미경을 이용하여, 유리 필라멘트 100개 이상에 대해 유리 필라멘트 단면의 대략 중심을 통과하는 최장의 변을 장경으로 하고 이 장경과 유리 필라멘트 단면의 대략 중심에서 직교하는 변을 단경으로 하여 각각의 길이를 측정하여 이들의 평균값을 구함으로써 산출할 수 있다.
또한 유리 섬유는 일반적으로 복수 가닥의 유리 필라멘트가 집속되어 형성되어 있으나, 유리 섬유 강화 수지 성형품에서는 성형 가공을 거침에 따라 상기 집속이 풀려 유리 필라멘트 상태로 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에 분산되어 존재하고 있다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유의 단경 D1에 대한 장경 D2의 비(D2/D1)는 예를 들어 1.2 이상 10.0 이하의 범위에 있고, 1.8 이상 8.0 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, 2.0 이상 6.0 이하의 범위에 있는 것이 보다 바람직하고, 2.5 이상 5.5 이하의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하고, 3.0 이상 5.0 이하의 범위에 있는 것이 특히 바람직하고, 3.3 이상 4.5 이하의 범위에 있는 것이 가장 바람직하다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유가 갖는 편평한 단면 형상으로서는 예를 들어 긴 원형(직사각형의 단변 부분을 이 단변을 직경으로 하는 반원으로 각각 치환한 형상), 타원형, 및 직사각형을 들 수 있고, 유리 섬유 강화 수지 성형품의 유동성 향상에 기여하므로 긴 원형이 바람직하다. 또한 여기서 유리 섬유의 단면이란 유리 섬유의 섬유 길이 방향으로 수직인 횡단면을 의미한다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L은 1μm 이상 10000μm 이하의 범위를 취할 수 있으나, 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L이 195μm 미만이면 높은 기계적 강도를 갖는 유리 섬유 강화 수지 성형품을 얻기가 어렵다. 한편, 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L이 400μm 이상이면 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에 유리 섬유의 미분산이 발생할 우려가 있다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L은 200μm 이상 350μm 이하인 것이 바람직하고, 205μm 이상 300μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 210μm 이상 290μm 이하인 것이 더욱 바람직하고, 215μm 이상 285μm 이하인 것이 특히 바람직하고, 220μm 이상 280μm 이하인 것이 더욱 특히 바람직하고, 225μm 이상 275μm 이하인 것이 극히 바람직하고, 230μm 이상 270μm 이하인 것이 가장 바람직하다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유의 수평균 섬유 길이는 이하의 방법에 의해 산출할 수 있다. 먼저, 유리 섬유 강화 수지 성형품을 650≤의 머플로에서 0.5 ~ 24시간 가열하여 유기물을 분해한다. 이어서 잔존하는 유리 섬유를 유리 샬레로 옮기고 아세톤을 이용하여 유리 섬유를 샬레의 표면에 분산시킨다. 이어서 샬레 표면에 분산된 유리 섬유 1000개 이상에 대해 실체 현미경을 이용하여 섬유 길이를 측정하고 평균을 취함으로써 유리 섬유의 수평균 섬유 길이를 산출한다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유 함유율 C가 50.0wt% 이하이면 높은 기계적 강도를 갖는 유리 섬유 강화 수지 성형품을 얻을 수 없다. 한편, 본 발명의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유 함유율 C가 80.0wt%를 초과하면 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에 유리 섬유의 미분산이 발생할 우려가 있다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유 함유율 C는 52.0wt% 이상 75.0wt% 이하인 것이 바람직하고, 53.0wt% 이상 70.0wt% 이하인 것이 보다 바람직하고, 55.0wt% 이상 65.0wt% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유 함유율은 JIS K 7052:1999에 준거하여 산출할 수 있다.
유리 섬유의 단경 D1(μm), 유리 섬유의 장경 D2(μm), 유리 섬유의 섬유 길이 L(μm), 및 유리 섬유 함유율 C(wt%)가 상기 식 (1)을 만족하지 않는 경우, 즉 C × L2/(D1 × D22)가 1200 미만이거나 2550을 초과하는 경우에는 높은 기계적 강도를 갖는 유리 섬유 강화 수지 성형품을 얻을 수 없거나 유리 섬유 강화 수지 성형품 내에 유리 섬유의 미분산이 발생할 우려가 있다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 상기 D1, D2, L 및 C는 하기 식 (4)을 만족하는 것이 바람직하다.
1600.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2350.0 ···(4)
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 상기 D1, D2, L 및 C는 하기 식 (2)을 만족하는 것이 보다 바람직하다. C × L2/(D1 × D22)가 하기 식 (2)를 만족함으로써 유리 섬유 강화 수지 성형품은 보다 높은 기계적 강도를 갖고 또한 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제된다.
1700.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2300.0 ···(2)
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 상기 D1, D2, L 및 C는 하기 식 (5)를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
1850.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2250.0 ···(5)
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 상기 D1, D2, L 및 C는 하기 식 (3)을 만족하는 것이 특히 바람직하다. C × L2/(D1 × D22)가 하기 식 (3)을 만족함으로써 유리 섬유 강화 수지 성형품은 보다 높은 기계적 강도를 갖고 아울러 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제된다.
1980.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2180.0 ···(3)
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유를 형성하는 유리의 유리 조성은 특별히 한정되지 않는다. 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유가 취할 수 있는 유리 조성으로서는 가장 범용적인 E 유리 조성(유리 섬유의 전량에 대해, 산화물 환산으로 52.0 ~ 56.0wt% 범위의 SiO2와, 12.0 ~ 16.0wt% 범위의 Al2O3와, 합계 20.0 ~ 25.0wt% 범위의 MgO 및 CaO와, 5.0 ~ 10.0wt% 범위의 B2O3를 포함하는 조성), 고강도 고탄성율 유리 조성(유리 섬유의 전량에 대해 64.0 ~ 66.0wt% 범위의 SiO2와, 24.0 ~ 26.0wt% 범위의 Al2O3와, 9.0 ~ 11.0wt% 범위의 MgO를 포함하는 조성), 고탄성율 용이한 제조성의 유리 조성(유리 섬유의 전량에 대해 57.0 ~ 60.0wt% 범위의 SiO2와, 17.5 ~ 20.0wt% 범위의 Al2O3와, 8.5 ~ 12.0wt% 범위의 MgO와, 10.0 ~ 13.0wt% 범위의 CaO와, 0.5 ~ 1.5wt% 범위의 B2O3를 포함하고, 아울러 SiO2, Al2O3, MgO 및 CaO의 합계량이 98.0wt% 이상인 조성), 및 저유전율 저유전 정접(low dielectric tangent) 유리 조성(유리 섬유 전량에 대해 48.0 ~ 62.0wt% 범위의 SiO2와, 17.0 ~ 26.0wt% 범위의 B2O3와, 9.0 ~ 18.0wt% 범위의 Al2O3와, 0.1 ~ 9.0wt% 범위의 CaO와, 0 ~ 6.0wt% 범위의 MgO와, 합계 0.05 ~ 0.5wt% 범위의 Na2O·K2O·Li2O와, 0 ~ 5.0wt% 범위의 TiO2와, 0 ~ 6.0wt% 범위의 SrO와, 합계 0 ~ 3.0wt% 범위의 F2·Cl2와, 0 ~ 6.0wt% 범위의 P2O5를 포함하는 조성)을 들 수 있다. 유리 섬유 강화 수지 성형품의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다는 관점에서는, 유리 섬유의 유리 조성은 상기 고강도 고탄성율 유리 조성 또는 고탄성율 용이한 제조성의 유리 조성인 것이 바람직하다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 경우, 전술한 각 성분의 함유량의 측정은 경원소인 Li에 대해서는 ICP 발광 분광 분석 장치를 이용하고 그 외의 원소는 파장 분산형 형광 X선 분석 장치를 이용하여 수행할 수 있다.
측정 방법으로서는, 처음에 유리 배치(batch)(유리 원료를 혼합하여 조제한 것), 또는 유리 섬유(유리 섬유 표면에 유기물이 부착되어 있는 경우 또는 유리 섬유가 유기물(수지) 내에 주로 강화재로서 포함되어 있는 경우에는 예를 들어 300 ~ 600℃의 머플로에서 2 ~ 24시간 정도 가열 등을 하여 유기물을 제거하고 나서 사용함)를 백금 도가니에 넣고 전기로 내에서 1550≤의 온도로 6시간 유지하여 교반을 가하면서 용융시킴으로써 균질한 용융 유리를 얻는다. 이어서, 얻어진 용융 유리를 카본판 상에 흘려 글래스 컬렛(glass cullet)을 제작한 후 분쇄하여 분말화한다. 경원소인 Li에 대해서는 유리 분말을 산으로 가열 분해한 후 ICP 발광 분광 분석 장치를 이용하여 정량 분석한다. 그 외의 원소는 유리 분말을 프레스기로 원반형으로 성형한 후 파장 분산형 형광 X선 분석 장치를 이용하여 정량 분석한다. 이러한 정량 분석 결과를 산화물 환산하여 각 성분의 함유량 및 전량을 계산하고 이 수치들로부터 전술한 각 성분의 함유량(질량%)을 구할 수 있다.
전술한 유리 조성을 구비하는 유리 섬유는 이하와 같이 제조된다. 먼저, 유리 원료가 되는 광석에 포함되는 성분과 각 성분의 함유율 및 용융 과정에서의 각 성분의 휘발량에 기초하여, 전술한 조성이 되도록 조제된 유리 원료(유리 배치)를 용융로로 공급하여 예를 들어 1450 ~ 1550℃ 범위의 온도에서 용융한다. 이어서, 용융된 유리 배치(용융 유리)를 소정의 온도로 제어된, 부싱의 1 ~ 20000개의 노즐 팁을 통해 인출하여 급냉시킴으로써 유리 필라멘트를 형성한다. 이어서, 형성된 유리 필라멘트에 도포 장치인 애플리케이터를 이용하여 집속제 또는 바인더를 도포하고, 집속슈를 이용하여 유리 필라멘트 1 ~ 20000개를 집속시키면서 권취기를 이용하여 튜브에 고속으로 감음으로써 유리 섬유를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 노즐 팁을 비원형 형상을 갖고 용융 유리를 급냉시키는 돌기부나 절결부를 갖는 것으로 하고, 온도 조건을 제어함으로써 편평한 단면 형상을 갖는 유리 필라멘트를 얻을 수 있다. 또한 노즐 팁의 지름이나 권취 속도 및 온도 조건 등을 조정함으로써 유리 섬유의 단경 D1(μm) 및 장경 D2(μm)를 조정할 수 있다. 예를 들어 권취 속도를 빠르게 함으로써 단경 D1 및 장경 D2를 작게 할 수 있고 권취 속도를 느리게 함으로써 단경 D1 및 장경 D2를 크게 할 수 있다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유는 유리 섬유와 수지와의 접착성의 향상, 유리 섬유와 수지 또는 무기 재료 내 및 혼합물 내에서의 유리 섬유의 균일 분산성의 향상 등을 목적으로 하여 그 표면이 유기물로 피복될 수도 있다. 이러한 유기물로서는 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아세트산비닐 수지, 아크릴 수지, 변성 폴리프로필렌(특히 카본산 변성 폴리프로필렌), (폴리)카본산(특히 말레산)과 불포화 단량체와의 공중합체 등을 들 수 있다.
또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유는 이 수지들에 더하여, 실란 거플링제, 윤활제, 계면활성제 등을 포함하는 수지 조성물로 피복되어 있을 수도 있다. 이러한 수지 조성물은 수지 조성물에 피복되어 있지 않은 상태의 유리 섬유의 질량을 기준으로 하여 0.1 ~ 2.0wt%의 비율로 유리 섬유를 피복한다. 또한 유기물에 의한 유리 섬유의 피복은 예를 들어 유리 섬유의 제조 공정에서 롤러형 애플리케이터 등의 공지의 방법을 이용하여 상기 수지 용액 또는 상기 수지 조성물 용액을 포함하는 상기 집속제 또는 바인더를 유리 섬유에 도포하고, 그 후 수지 용액 또는 수지 조성물 용액이 도포된 유리 섬유를 건조시킴으로써 수행할 수 있다.
여기서, 실란 거플링제로서는 아미노실란(γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-N＇-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란 등), 크로르실란(γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등), 에폭시실란(β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등), 머캅토실란(γ-클로로프로필트리메톡시실란 등의 γ-머캅토트리메톡시실란 등), 비닐실란(비닐트리메톡시실란, N-β-(N-비닐벤질아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란 등), 아크릴실란(γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등), 양이온성 실란(N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란염산염, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란염산염 등)을 들 수 있다. 상기 실란 거플링제는 이 화합물들을 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종류 이상을 병용할 수도 있다.
윤활제로서는 변성 실리콘 오일, 동물유(소의 지방 등) 및 그 수소 첨가물, 식물유(대두유, 야자유, 유채씨유, 팜유, 해바라기씨유 등) 및 그 수소 첨가물, 동물성 왁스(밀랍, 라놀린 등), 식물성 왁스(칸데렐라 왁스/카르나우바 왁스 등), 광물계 왁스(파라핀 왁스, 몬탄 왁스 등), 고급 포화 지방산과 고급 포화 알코올과의 축합물(라우릴스테아레이트 등의 스테아르산 에스테르 등), 폴리에틸렌이민, 폴리알킬폴리아민알킬아미드 유도체, 지방산 아미드(예를 들어 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민 등의 폴리에틸렌폴리아민과, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산 등의 지방산과의 탈수 축합물 등), 제4급 암모늄염(라우릴트리메틸암모늄클로라이드 등의 알킬트리메틸암모늄염 등)을 들 수 있다. 상기 윤활제는 이것들을 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종류 이상을 병용할 수도 있다.
계면활성제로서는 비이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제, 양성 계면활성제를 들 수 있다. 상기 계면활성제는 이것들을 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종류 이상을 병용할 수도 있다.
비이온계 계면활성제로서는 에틸렌옥사이드프로필렌옥사이드알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌-블록코폴리머, 알킬폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌-블록코폴리머에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌지방산모노에스테르, 폴리옥시에틸렌지방산디에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄지방산에스테르, 글리세롤지방산에스테르에틸렌옥사이드부가물, 폴리옥시에틸렌캐스터오일에테르, 경화피마자유에틸렌옥사이드부가물, 알킬아민에틸렌옥사이드부가물, 지방산아미드에틸렌옥사이드부가물, 글리세롤지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르, 펜타에리트리톨지방산에스테르, 소르비톨지방산에스테르, 소르비탄지방산에스테르, 자당지방산에스테르, 다가알코올알킬에테르, 지방산알칸올아미드, 아세틸렌글리콜, 아세틸렌알코올, 아세틸렌글리콜의 에틸렌옥사이드부가물, 아세틸렌알코올의 에틸렌옥사이드부가물 등을 들 수 있다.
양이온계 계면활성제로서는 염화알킬디메틸벤질암모늄, 염화알킬트리메틸암모늄, 알킬디메틸에틸암모늄에틸설페이트, 고급 알킬아민염(아세트산염이나 염산염 등), 고급 알킬아민에의 에틸렌옥사이드부가물, 고급 지방산과 폴리알킬렌폴리아민과의 축합물, 고급 지방산과 알칸올아민과의 에스테르의 염, 고급지방산아미드의 염, 이미다졸린형 양이온성 계면활성제, 알킬피리디늄염 등을 들 수 있다.
음이온계 계면활성제로서는 고급알코올황산에스테르염, 고급알킬에테르황산에스테르염, α-올레핀황산에스테르염, 알킬벤젠설폰산염, α-올레핀설폰산염, 지방산할라이드와 N-메틸타우린과의 반응 생성물, 설포숙신산디알킬에스테르염, 고급알코올인산에스테르염, 고급알코올에틸렌옥사이드부가물의 인산에스테르염 등을 들 수 있다.
양성 계면활성제로서는 알킬아미노프로피온산 알칼리 금속염 등의 아미노산형 양성 계면활성제, 알킬디메틸베타인 등의 베타인형, 이미다졸린형 양성 계면활성제 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품은, 전술한 유리 섬유에 부가하여, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 유리 섬유 이외의 첨가제를 포함한다. 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지의 함유율은 예를 들어 20.0wt% 이상 50.0wt% 미만이다. 또한 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우, 유리 섬유 이외의 첨가제의 함유율은 예를 들어 0 ~ 25.0wt%이다.
여기서, 상기 열가소성 수지로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 스틸렌/무수말레산 수지, 스틸렌/말레이미드 수지, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴/스틸렌(AS) 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스틸렌(ABS) 수지, 염소화 폴리에틸렌/아크릴로니트릴/스틸렌(ACS) 수지, 아크릴로니트릴/에틸렌/스틸렌(AES) 수지, 아크릴로니트릴/스틸렌/아크릴산메틸(ASA) 수지, 스틸렌/아크릴로니트릴(SAN) 수지, 메타크릴 수지, 폴리염화비닐(PVC), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리카보네이트, 폴리아릴렌설파이드, 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리페닐렌에테르(PPE), 변성 폴리페닐렌에테르(m-PPE), 폴리아릴케톤, 액정 폴리머(LCP), 불소 수지, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리설폰(PSF), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아미노비스말레이미드(PABM), 열가소성 폴리이미드(TPI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 에틸렌/아세트산비닐(EVA) 수지, 아이오노마(IO) 수지, 폴리부타디엔, 스틸렌/부타디엔 수지, 폴리부틸렌, 폴리메틸펜텐, 올레핀/비닐알코올 수지, 환형 올레핀 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리젖산 등을 들 수 있다.
구체적으로, 폴리에틸렌으로서는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 초고분자량 폴리에틸렌 등을 들 수 있다.
폴리프로필렌으로서는 이소택틱 폴리프로필렌, 어택틱 폴리프로필렌, 신디오택틱 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
폴리스틸렌으로서는, 어택틱 구조를 갖는 어택틱 폴리스틸렌인 범용 폴리스틸렌(GPPS), GPPS에 고무 성분을 더한 내충격성 폴리스틸렌(HIPS), 신디오택틱 구조를 갖는 신디오택틱 폴리스틸렌 등을 들 수 있다.
메타크릴 수지로서는, 아크릴산, 메타크릴산, 스틸렌, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 메타크릴산에틸, 아크릴산부틸, 메타크릴산부틸, 지방산비닐에스테르 중 일종을 단독 중합한 중합체, 또는 2종 이상을 공중합한 중합체 등을 들 수 있다.
폴리염화비닐로서는, 종래 공지의 유화 중합법, 현탁 중합법, 마이크로 현탁 중합법, 괴상 중합법 등의 방법에 의해 중합되는 염화비닐 단독 중합체, 또는 염화비닐 모노머와 공중합 가능한 모노머와의 공중합체, 또는 중합체에 염화비닐 모노머를 그라프트 중합한 그라프트 공중합체 등을 들 수 있다.
폴리아미드로서는, 폴리카프로아미드(나일론 6), 폴리헥사메틸렌아디파미드(나일론 66), 폴리테트라메틸렌아디파미드(나일론 46), 폴리테트라메틸렌세바카미드(나일론 410), 폴리펜타메틸렌아디파미드(나일론 56), 폴리펜타메틸렌세바카미드(나일론 510), 폴리헥사메틸렌세바카미드(나일론 610), 폴리헥사메틸렌도데카미드(나일론 612), 폴리데카메틸렌아디파미드(나일론 106), 폴리데카메틸렌세바카미드(나일론 1010), 폴리데카메틸렌도데카미드(나일론 1012), 폴리운데칸아미드(나일론 11), 폴리운데카메틸렌아디파미드(나일론 116), 폴리도데칸아미드(나일론 12), 폴리자일렌아디파미드(나일론 XD6), 폴리자일렌세바카미드(나일론 XD10), 폴리메타자일릴렌아디파미드(나일론 MXD6), 폴리파라자일릴렌아디파미드(나일론 PXD6), 폴리테트라메틸렌테레프탈아미드(나일론 4T), 폴리펜타메틸렌테레프탈아미드(나일론 5T), 폴리헥사메틸렌테레프탈아미드(나일론 6T), 폴리헥사메틸렌이소프탈아미드(나일론 6I), 폴리노나메틸렌테레프탈아미드(나일론 9T), 폴리데카메틸렌테레프탈아미드(나일론 10T), 폴리운데카메틸렌테레프탈아미드(나일론 11T), 폴리도데카메틸렌테레프탈아미드(나일론 12T), 폴리테트라메틸렌이소프탈아미드(나일론 4I), 폴리비스(3-메틸-4-아미노헥실)메탄테레프탈아미드(나일론 PACMT), 폴리비스(3-메틸-4-아미노헥실)메탄이소프탈아미드(나일론 PACMI), 폴리비스(3-메틸-4-아미노헥실)메탄도데카미드(나일론 PACM12), 폴리비스(3-메틸-4-아미노헥실)메탄테트라데카미드(나일론 PACM14) 등의 성분 중 1종, 혹은 2종 이상의 복수 성분을 조합한 공중합체나 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
폴리아세탈로서는, 옥시메틸렌 단위를 주된 반복 단위로 하는 단독 중합체, 및 주로 옥시메틸렌 단위로 이루어지고, 주쇄 내에 2 ~ 8개의 인접하는 탄소 원자를 갖는 옥시알킬렌 단위를 함유하는 공중합체 등을 들 수 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트로서는 테레프탈산 또는 그 유도체와 에틸렌 글리콜을 중축합함으로써 얻어지는 중합체 등을 들 수 있다.
폴리부틸렌테레프탈레이트로서는 테레프탈산 또는 그 유도체와 1,4-부탄디올을 중축합함으로써 얻어지는 중합체 등을 들 수 있다.
폴리트리메틸렌테레프탈레이트로서는 테레프탈산 또는 그 유도체와 1,3-프로판디올을 중축합함으로써 얻어지는 중합체 등을 들 수 있다.
폴리카보네이트로서는 디히드록시디아릴 화합물과 디페닐카보네이트 등의 탄산 에스테르를 용융 상태로 반응시키는 에스테르 교환법에 의해 얻어지는 중합체, 또는 디히드록시아릴 화합물과 포스겐을 반응하는 포스겐법에 의해 얻어지는 중합체를 들 수 있다.
폴리아릴렌설파이드로서는 직쇄형 폴리페닐렌설파이드, 중합 후에 경화 반응을 수행함으로써 고분자량화한 가교형 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌설파이드설폰, 폴리페닐렌설파이드에테르, 폴리페닐렌설파이드케톤 등을 들 수 있다.
변성폴리페닐렌에테르로서는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리스틸렌과의 폴리머 알로이, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 스틸렌/부타디엔 공중합체와의 폴리머 알로이, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 스틸렌/무수 말레산 공중합체와의 폴리머 알로이, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리아미드와의 폴리머 알로이, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 스틸렌/부타디엔/아크릴로니트릴 공중합체와의 폴리머 알로이 등을 들 수 있다.
폴리아릴케톤으로서는 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르에테르케톤케톤(PEE·BR>JK) 등을 들 수 있다.
액정 폴리머(LCP)로서는 서모트로픽 액정 폴리에스테르인 방향족 히드록시카르보닐 단위, 방향족 디히드록시 단위, 방향족 디카르보닐 단위, 지방족 디히드록시 단위, 지방족 디카르보닐 단위 등에서 선택되는 1종 이상의 구조 단위로 이루어지는 (공)중합체 등을 들 수 있다.
불소 수지로서는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 수지(PFA), 불화에틸렌프로필렌 수지(FEP), 불화에틸렌테트라플루오로에틸렌 수지(ETFE), 폴리비닐플로라이드(PVF), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 수지(ECTFE) 등을 들 수 있다.
아이오노마(IO) 수지로서는, 올레핀 또는 스틸렌과 불포화 카본산과의 공중합체로, 카르보키실기의 일부를 금속 이온으로 중화하여 이루어지는 중합체 등을 들 수 있다.
올레핀/비닐알코올 수지로서는 에틸렌/비닐알코올 공중합체, 프로필렌/비닐알코올 공중합체, 에틸렌/아세트산비닐 공중합체 비누화물, 프로필렌/아세트산비닐 공중합체 비누화물 등을 들 수 있다.
환형 올레핀 수지로서는 시클로헥센 등의 단환체, 테트라시클로펜타디엔 등의 다환체, 환형 올레핀 모노머의 중합체 등을 들 수 있다.
폴리젖산으로서는 L체의 단독 중합체인 폴리 L-젖산, D체의 단독 중합체인 폴리 D-젖산, 또는 그 혼합물인 스테레오 컴플렉스형 폴리젖산 등을 들 수 있다.
셀룰로오스 수지로서는 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스프로피오네이트, 셀룰로오스부틸레이트 등을 들 수 있다.
또한 상기 열경화성 수지로서는, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시(EP) 수지, 멜라민(MF) 수지, 페놀 수지(PF), 우레탄 수지(PU), 폴리이소시아네이트, 폴리이소시아누레이트, 폴리이미드(PI), 우레아(UF) 수지, 실리콘(SI) 수지, 푸란(FR) 수지, 벤조구아나민(BR) 수지, 알키드 수지, 자일렌 수지, 비스말레이미드트리아진(BT) 수지, 디알릴프탈레이트 수지(PDAP) 등을 들 수 있다.
구체적으로, 불포화 폴리에스텔로서는 지방족 불포화 디카르본산과 지방족 디올을 에스테르화 반응시킴으로써 얻어지는 수지를 들 수 있다.
비닐 에스테르 수지로서는 비스계 비닐 에스테르 수지, 노볼락계 비닐 에스테르 수지를 들 수 있다.
에폭시 수지로서는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 E형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 비스페놀 M형 에폭시 수지(4,4'-(1,3-페닐렌디이소프로필리덴) 비스페놀형 에폭시 수지), 비스페놀 P형 에폭시 수지(4,4'-(1,4-페닐렌디이소프로필리덴) 비스페놀형 에폭시 수지), 비스페놀 Z형 에폭시 수지(4,4'-시클로헥실리덴 비스페놀형 에폭시 수지), 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 테트라페놀기 에탄노볼락형 에폭시 수지, 축합환 방향족 탄화수소 구조를 갖는 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 자일릴렌형 에폭시 수지나 페닐아랄킬형 에폭시 수지 등의 아랄킬형 에폭시 수지, 나프틸렌에테르형 에폭시 수지, 나프톨형 에폭시 수지, 나프탈렌디올형 에폭시 수지, 2 관능 내지 4 관능 에폭시형 나프탈렌 수지, 비나프틸형 에폭시 수지, 나프탈렌아랄킬형 에폭시 수지, 안트라센형 에폭시 수지, 페녹시형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 노보넨형 에폭시 수지, 아다만탄형 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
멜라민 수지로서는 멜라민(2,4,6­트리아미노­1,3,5­트리아진)과 포름알데히드와의 중축합으로 이루어지는 중합체를 들 수 있다.
페놀 수지로서는 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 비스페놀 A형 노볼락 수지 등의 노볼락형 페놀 수지, 메틸올형 레졸 수지, 디메틸렌 에테르형 레졸 수지 등의 레졸형 페놀 수지, 또는 아릴 알킬렌형 페놀 수지 등을 들 수 있고, 이 중에서 1종, 혹은 2종 이상을 조합한 것을 들 수 있다.
우레아 수지로서는 요소와 포름알데히드와의 축합에 의해 얻어지는 수지를 들 수 있다.
상기 열가소성 수지 또는 상기 열경화성 수지는 단독으로 사용할 수도 있고 2종 이상 조합하여 사용할 수도 있다.
대형의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 제조를 효율적으로 수행하는 것이 가능해지므로, 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품에서 사용되는 수지는 열가소성 수지인 것이 바람직하고, 사출 성형용 열가소성 수지인 것이 보다 바람직하고, 폴리아미드 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아릴렌설파이드 수지, 폴리아릴케톤 수지 및 액정 폴리머(LCP)로 이루어지는 군에서 선택되는 수지인 것이 더욱 바람직하고, 폴리아미드 수지인 것이 특히 바람직하다.
상기 유리 섬유 이외의 첨가제로서는 유리 섬유 이외의 강화 섬유(예를 들어 탄소 섬유, 금속 섬유 등), 유리 섬유 이외의 충전제(예를 들어 글래스 파우더, 탈크, 마이카 등), 난연제, 자외선 흡수제, 열 안정제, 산화 방지제, 대전 방지제, 유동성 개량제, 안티블로킹제, 윤활제, 핵제, 항균제, 안료 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 전술한 유리 섬유, 전술한 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전술한 유리 섬유 이외의 첨가제로 이루어지는 혼합물을, 사출 성형법, 사출 압축 성형법, 2색 성형법, 중공 성형법, 발포 성형법(초임계 유체 발포 성형법 포함), 인서트 성형법, 인 몰드 코팅 성형법, 압출 성형법, 시트 성형법, 열 성형법, 회전 성형법, 적층 성형법, 프레스 성형법, 블로우 성형법, 스탬핑 성형법, 인퓨전법, 핸드레이업법, 스프레이업법, 레진 트랜스퍼 몰딩법, 시트 몰딩 콤파운드법, 벌크 몰딩 콤파운드법, 풀트루전(pultrusion)법, 필라멘트 와인딩법 등의 공지의 성형법 중에서 수지 및 첨가제의 특성이나 유리 섬유 강화 수지 성형품의 용도에 맞게 적절히 선택되는 성형법에 따라 성형함으로써 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 사출 성형법에 의해 얻어진 유리 섬유 강화 수지 사출 성형품인 것이 바람직하다. 사출 성형법은 다른 성형법에 비해 성형 사이클이 뛰어나므로 대형의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 효율적인 제조에 적합하다.
이 중에서도 유리 섬유를 함유하는 열가소성 수지 펠렛을 이용한 사출 성형법이 바람직하게 채용된다. 이 경우, 열가소성 수지 펠렛에 함유시키는 유리 섬유로서는, 유리 섬유를 구성하는 유리 필라멘트의 개수(집속 개수)가 바람직하게는 1 ~ 20000개, 보다 바람직하게는 50 ~ 10000개, 더욱 바람직하게는 1000 ~ 8000개인 유리 섬유(유리 섬유 다발 또는 유리 스트랜드라고도 함)를, 바람직하게는 1.0 ~ 30.0mm, 보다 바람직하게는 2.0 ~ 15.0mm, 더욱 바람직하게는 2.3 ~ 7.8mm의 길이가 되도록 절단한 촙드 스트랜드 (Chopped Strand)가 바람직하게 채용된다. 또한 유리 섬유의 형태로서는 촙드 스트랜드 외에 예를 들어 유리 섬유를 구성하는 유리 필라멘트의 개수가 10 ~ 30000개이고 절단을 수행하지 않는 로빙이나 유리 섬유를 구성하는 유리 필라멘트의 개수가 1 ~ 20000개이고 볼 밀 또는 헨셀 믹서(Henschel Mixer) 등의 공지의 방법에 의해 길이 0.001 ~ 0.900mm가 되도록 분쇄한 컷 화이버를 들 수 있다.
열가소성 수지 펠렛의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 상기와 같은 촙드 스트랜드 및 열가소성 수지를, 사용되는 열가소성 수지에 맞춘 공지의 혼련 조건에서 2축 혼련기 등을 이용하여 용융 혼련하고 압출 성형함으로써 제조할 수 있다. 그리고, 이 열가소성 수지 펠렛을 이용하여, 사용되는 열가소성 수지에 맞춘 공지의 사출 성형 조건에서 사출 성형기에 의해 사출 성형함으로써 유리 섬유 강화 수지 성형품을 얻을 수 있다.
유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)는 열가소성 수지 펠렛에 함유시키는 촙드 스트랜드의 길이, 펠렛 작성에서 사출 성형에 이르기까지의 혼련조건, 또는 사출 성형 조건에 의해 조정할 수 있다. 예를 들어 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)은 열가소성 수지 펠렛 제조 공정에 있어서 10 ~ 1000rpm 범위에서 2축 혼련시의 스크류 회전수를 낮게 함으로써 길게 할 수 있고, 2축 혼련시의 스크류 회전수를 높게 함으로써 짧게 할 수 있다.
본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 용도로서는 자동차의 금속 대체 재료를 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 실시 형태의 유리 섬유 강화 수지 성형품은 예를 들어 차량 외장 부재(범퍼, 펜더, 보닛, 에어 댐, 휠 커버 등), 차량 내장 부재(도어 트림, 천정재, 콤비네이션 스위치 등), 차량 엔진 주위 부재(실린더 헤드 커버, 오일 팬, 엔진 커버, 인테이크 매니폴드, 인테이크 에어 덕트, 에어 파이프, 냉각 팬, 체인 가이드, 텐셔너, 엔진 마운트용 오리피스, 임펠러, 에어플로우미터, 이그니션코일 커버, 엑츄에이터 케이스, 퀵 커넥터, 익져스트 매니폴드 등), 차량 전장 부품, 차량 기구 부품(페달 모듈, 시프트 레버 베이스, 풀리, 씰 링, 기어, 베어링), 차량 머플러 부품(소음 부재 등), 전자기기 케이스, 그 외의 전자 부품(커넥터, 소켓, LED, 봉지 성형품), 및 고압 탱크 등에 이용할 수 있다.
이어서 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타낸다.
실시예
[실시예 1 ~ 3, 비교예 1 ~ 3]
먼저, 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유의, 유리 섬유의 단면 형상, 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 및 유리 섬유 함유율이, 표 1에 나타나는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3이 되도록, 유리 섬유의 단경·장경, 유리 섬유의 단면 형상, 절단 길이(통상 1 ~ 5mm 정도) 및 배합량(유리 섬유의 조성·단경·장경·단면 형상·집속 개수, 및 유리 섬유의 절단 길이·개수에 의해 유리 섬유 강화 수지 성형품 내의 유리 섬유의 중량은 결정됨)을 조정한 E 유리 조성의 글래스 촙드 스트랜드와, 폴리아미드 수지 PA6(우베흥산(주), 상품명: UBE 나일론 1015B)을 스크류 회전수를 조정하여 2축혼련기(토시바기계(주), 상품명:TEM-26SS)로 혼련하여 수지 펠렛을 제작했다. 이어서, 얻어진 수지 펠렛을 사용하여 사출 성형기(닛세이수지공업(주), 상품명: NEX80)에 의해 사출 성형을 수행하여 JIS K 7165:2008에 준한 A형 덤벨 시험편(두께 4mm)을 작성하여 인장 강도 및 굽힘 강도 측정용 시험편으로 하였다.
[비교예 4 ~ 6]
유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유의, 유리 섬유의 단면 형상, 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 및 유리 섬유 함유율이 표 1에 나타나는 비교예 4 ~ 6이 되도록 유리 섬유의 단경·장경, 유리 섬유의 단면 형상 및 배합량을 조정한 E 유리 조성의 글래스 로빙과 폴리아미드 수지 PA6(우베흥산(주), 상품명: UBE 나일론 1010X)을 LFT 제조 장치(코베제강(주))로 펠렛화하여 수지 펠렛을 제작했다. 이어서, 얻어진 수지 펠렛을 사용하여 사출 성형기(닛세이수지공업(주), 상품명:NEX80)에 의해 사출 성형을 수행하여 JIS K 7165:2008에 준한 A형 덤벨 시험편(두께 4mm)을 작성하여 인장 강도 및 굽힘 강도 측정용 시험편으로 하였다.
얻어진 시험편에 대해 전술한 방법으로, 성형품 내에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이, 성형품의 인장 강도 및 굽힘 강도를 각각 측정하였다. 또한 하기의 방법으로 미분산의 유무를 평가하였다. 나아가 실시예 1 ~ 3에 대해서는 하기의 방법으로 유동성의 평가를 수행하였다.
또한 표 1 중 비교예 2 ~ 4에서는 유리 섬유의 단면 형상이 원형으로, 단경과 장경을 구별할 수 없으나, 편의상 섬유경을 단경 D1 및 장경 D2로서 기입하여 C × L2/(D1 × D22)를 계산하였다.
[미분산의 유무]
연X선 사진 촬영 장치(소프텍스(주), TYPE M-60)로 상기 A형 덤벨 시험편의 연X선 사진을 촬영하였다. 유리 필라멘트의 상태로까지 분산되지 않고 유리 스트랜드의 상태로 잔존하고 있는 괴상의 유리 섬유를 사진상에서 관찰할 수 있었던 경우에 '유', 그렇지 않은 경우에 '무'로 평가했다.
[유동성]
유리 섬유 강화 수지 성형품을 얻기 위해 제조된 유리 섬유 함유 수지 펠렛을 소형 전동 사출 성형기(스미토모중기계공업(주), SE18-DUZ)로 스파이럴 폭 5mm, 스파이럴 두께 3mm 치수의 금형에 속도 50mm/s의 조건으로 사출하여 압력이 150MPa가 될 때의 스파이럴 길이를 측정했다. 스파이럴 길이가 30mm 이상인 경우에 'A', 30mm 미만인 경우를 'B'로 평가했다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6
단경 D1(㎛) 5.0 5.0 7.0 5.0 6.5 11.0 17.0 9.0 5.0
장경 D2(㎛) 20.0 20.0 28.0 20.0 6.5 11.0 17.0 36.0 20.0
단면 형상 긴 원 긴 원 긴 원 긴 원 원 원 원 긴 원 긴 원
수평균 섬유길이L(㎛) 265 230 320 190 160 244 650 740 710
유리섬유 함유율C(wt%) 60.0 70.0 70.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0
C×L2/(D1×D22) 2106.8 1851.5 1306.1 1083.0 5593.1 2683.8 5159.8 2816.9 15123.0
인장 강도(MPa) 262 280 255 258 220 217 250 275 300
굽힘 강도(MPa) 403 441 419 385 375 371 475 499 520
미분산 무 무 무 무 무 무 유 유 유
유동성 A B B - - - - - -
표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 나타나는, 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유는 단경 D1이 3.0μm 이상 10.5μm 이하의 범위에 있고, 장경 D2가 11.0μm 이상 29.0μm 이하의 범위에 있는 편평한 단면 형상을 갖고, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)이 195μm 이상 400μm 미만의 범위에 있고, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유 함유율 C(wt%)가 50.0wt% 초과 80.0wt% 이하의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (1)을 만족하고 있다. 그리고, 상기 실시예 1 ~ 3에 나타나는 유리 섬유 강화 수지 성형품은 인장 강도가 250MPa를 초과하고 아울러 굽힘 강도가 400MPa 초과의 높은 기계적 강도를 갖고, 유리 섬유의 미분산의 발생이 억제되어 있다고 볼 수 있다.
1200.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2550.0 ···(1)
한편, 비교예 1 ~ 6의 유리 섬유 강화 수지 성형품의 경우에는, 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유가 상술한 요건을 만족하지 않으므로 높은 기계적 강도가 실현되지 않았거나 유리 섬유의 미분산이 발생했다고 볼 수 있다.

Claims (11)

  1. 유리 섬유 강화 수지 성형품으로서, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유는 단경 D1이 3.0μm 이상 10.5μm 이하의 범위에 있고, 장경 D2가 11.0μm 이상 29.0μm 이하의 범위에 있는 편평한 단면 형상을 갖고, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 유리 섬유의 수평균 섬유 길이 L(μm)이 195μm 이상 400μm 미만의 범위에 있고, 상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에서의 유리 섬유 함유율 C(wt%)가 50.0wt% 초과 80.0wt% 이하의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 강화 수지 성형품.
    1200.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2550.0 ···(1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 D1이 3.5μm 이상 6.4μm 이하의 범위에 있고, 상기 D2가 14.0μm 이상 26.0μm 이하의 범위에 있고, 상기 L이 200μm 이상 350μm 이하의 범위에 있고, 상기 C가 52.0 ~ 75.0wt%의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 강화 수지 성형품.
    1700.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2300.0 ···(2)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 D1이 4.0μm 이상 6.0μm 이하의 범위에 있고, 상기 D2가 16.0μm 이상 24.0μm 이하의 범위에 있고, 상기 L이 205μm 이상 300μm 이하의 범위에 있고, 상기 C가 53.0 ~ 70.0wt%의 범위에 있고, 상기 D1, D2, L 및 C가 하기 식 (3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 강화 수지 성형품.
    1980.0 ≤ C × L2/(D1 × D22) ≤ 2180.0 ···(3)
  4. 제1 ~ 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 수지는 폴리아미드 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아릴렌설파이드 수지, 폴리아릴케톤 수지 및 액정 폴리머(LCP)로 이루어지는 군에서 선택되는 사출 성형용 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 유리 섬유 강화 수지 성형품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유리 섬유 강화 수지 성형품에 포함되는 수지는 폴리아미드 수지인 것을 특징으로 하는 유리 섬유 강화 수지 성형품.
  6. 제1 ~ 5항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 차량 외장 부재.
  7. 제1 ~ 5항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 차량 내장 부재.
  8. 제1 ~ 5항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 차량 엔진 주위 부재.
  9. 제1 ~ 5항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 차량 기구 부품.
  10. 제1 ~ 5항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 차량 머플러 부품.
  11. 제1 ~ 5항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 전자기기 케이스.
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