KR20220008320A - 레이저 용접 적용을 위한 높은 레이저 투과율을 가진 흑색으로 착색된 폴리아미드 조성물 - Google Patents

레이저 용접 적용을 위한 높은 레이저 투과율을 가진 흑색으로 착색된 폴리아미드 조성물 Download PDF

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Abstract

(ⅰ) 적어도 하나의 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드 또는 이들의 혼합물; (ⅱ) 유리 섬유; (ⅲ) 평판형 유리 섬유; (ⅳ) 모노아조 착물 유형의 적어도 하나의 흑색 염료; (ⅴ) 선택적으로 하나 이상의 추가의 첨가제를 포함하는, 폴리아미드 조성물.

Description

레이저 용접 적용을 위한 높은 레이저 투과율을 가진 흑색으로 착색된 폴리아미드 조성물
본 발명은 레이저 용접 기술을 사용하여 제품을 제조할 때 높은 레이저 투과율을 나타내면서 만족스러운 기계적 특성을 유지하는 성형 부품을 제공하는 폴리아미드 조성물에 관한 것이다. 물품은 특정 자동차 응용 분야, 예를 들어 필터 하우징, 공진기, 배기 제어 밸브, 도어 잠금 부품 및 디스플레이 구성요소에 사용될 수 있다.
플라스틱을 접합하기 위한 도구로서, 레이저는 아직 비교적 신규하지만, 이 산업적 응용은 레이저 마킹 및 레이저 절단만큼 잘 확립될 것이다. 지금까지 레이저를 이용한 용접된 재료는 주로 플라스틱 필름이었으며, 최근에는 부품의 대량 생산을 위한 3차원 구성요소의 접합까지 공정이 확장되었다.
열가소성 수지의 레이저 용접을 위한 공정 기술은 종래의 용접 방법, 예컨대 가열 도구 용접, 진동 용접 또는 초음파 용접과 비교했을 때 많은 장점이 있다.
- 분진 발생 없음
- 양호한 심미적 결과, 가시적인 흠집 없음
- 접합 구성요소 상에 기계적 응력 없음
- 제한된 영역에 가해진 소량의 열
- 강성이 상이한 부품을 용접 가능함
- 비접촉식(용융 점성 없음, 구성요소 상에 마킹 없음)
- 용접 수리 가능
- 상이한 점도의 재료를 용접할 수 있음
레이저 용접에서 두 개의 플라스틱은 일반적으로 레이저 광에 반투명한 상부 플라스틱과 레이저 광에 반투명하지 않은 하부 플라스틱을 결합하여 서로 결합된다. 여기서 레이저 빔은 플라스틱의 상층을 통과하며 변하지 않고, 하층과 만나고, 이에 의해 열에너지의 방출과 함께 흡수된다. 방출된 열 에너지는 플라스틱 재료를 용융시키고 따라서 이를 레이저 빔의 충돌 지점에서 상층에 결합시킨다.
그러나, 이러한 방법의 단점은 흡수성 염료 또는 안료로 착색된 또는 흡수성 충전제를 포함하는 플라스틱 조성물을 가공할 수 없다는 것이고, 이는 충전제 또는 착색에 사용되는 염료 또는, 안료 각각이 항상 레이저 광을 즉시 흡수하므로 결합이 생성되지 않기 때문이다.
자동차 산업의 많은 응용 분야에서, 흑색으로 착색된 열가소성 재료가 필요하다. 그러나, 착색제 또는 안료가 소량만 존재하더라도, 레이저 용접 성능이 상당히 저하된다. 카본 블랙 및 니그로신은 흑색으로 착색된 재료에서 가장 일반적으로 사용되는 흑색 착색제이다. 그러나, 카본 블랙은 적은 양으로도 넓은 파장 범위에서 높은 레이저 흡수를 보인다. 니그로신이 더 적합하지만, 여전히 레이저 용접 응용 분야에서 레이저 투명 구성요소에 대한 요건을 충족할 수 없다. 따라서, 레이저 용접에서 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 레이저 파장인, 980 nm 및 1064 nm에서 높은 레이저 투과율을 갖는 레이저 용접 적용을 위한 개선된 흑색으로 착색된 폴리아미드 조성물이 여전히 필요하다.
US 2002/0002225 A1은 레이저 광에 반투명하거나 투명한 흑색 열가소성 성형 조성물을 생성하는 비흡수성, 흑색이 아닌 중합체 용해성 염료로부터 제조된 염료 조합을 포함하는 흑색 열가소성 성형 조성물을 개시한다. 염료는 키노프탈론 또는 안트라키논 염료이다.
US 2003/0039837 A1은 다음을 포함하는 레이저 용접을 위한 가공된 수지 제품을 개시한다:
700 nm 미만의 파장의 가시광선을 흡수하고 800 nm 내지 1200 nm 범위의 파장의 레이저 빔을 투과시키는 레이저 빔 투과성 흑색 착색제를 포함하는 제1 레이저 빔 투과성 수지부, 및 레이저 빔 흡수성 흑색 착색제를 포함하는 제2 레이저 빔 흡수성 수지부, 여기서 상기 제1 수지부는, 상기 수지부를 통해 투과되고 상기 제2 수지부에 흡수된 레이저 빔에 의해, 상기 제2 수지부에 접합된다. 특정 실시양태에 따라, 상기 레이저 빔 투과성 흑색 착색제는 모노아조 착물 염료이다.
본 발명의 목적은 레이저 용접 적용을 위한 흑색으로 착색된 레이저 투명 부품의 제조를 위해 980 nm 및 1064 nm에서의 개선된 레이저 투과율 및 만족스러운 기계적 특성을 갖는 섬유 충전된 폴리아미드 재료를 제공함으로써 상기 언급된 단점을 개선하는 것이다.
상기 목적은 다음을 포함하는 폴리아미드 조성물을 제공함으로써 달성된다:
(i) 적어도 하나의 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드 또는 이들의 혼합물;
(ii) 원형 유리 섬유;
(iii) 평판형 유리 섬유;
(iv) 모노아조 착물 유형의 적어도 하나의 흑색 염료;
(v) 선택적으로 하나 이상의 추가의 첨가제.
본 발명자들은 원형 절단 유리 섬유 단독 대신, 표준 (원형) 절단 유리 섬유와 평판형 유리 섬유의 혼합물을 강화 충전제로 사용하는 경우 폴리아미드 조성물의 980 nm 및 1064 nm에서의 레이저 투과율이 상당히 개선된다는 것을 놀랍게도 발견했다. 동시에, 폴리아미드 조성물의 기계적 특성이 높은 수준으로 유지된다.
본 발명에 따른 폴리아미드 조성물의 성분은 하기에서 보다 상세하게 기술된다.
본 발명의 폴리아미드 조성물은 (i) 바람직하게는 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 중축합으로부터 유래된 반복 단위를 포함하는, 적어도 하나의 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드를 포함한다. 적어도 하나의 지방족 폴리아미드는 헥사메틸렌디아민 및 아디프산과 공중합가능한 단량체로부터 유래된 추가의 지방족 반복 단위를 선택적으로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 지방족 폴리아미드는 10,000 내지 30,000 g/몰, 특히 12,000 내지 24,000 g/몰의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된, 수 평균 분자량(Mn)을 갖는다.
바람직하게는, 지방족 폴리아미드는 헥사메틸렌디아민 및 아디프산의 단독중합체(PA6.6), ε-카프로락탐의 단독중합체(PA6) 또는 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 ε-카프로락탐의 공중합체(PA6.6/6) 및 이러한 지방족 폴리아미드의 혼합물 또는 블렌드로부터 선택된다. 지방족 폴리아미드가 ε-카프로락탐으로부터 유래된 반복 단위를 포함하는 공중합체인 경우, 이러한 반복 단위는 적어도 하나의 지방족 폴리아미드의 총 중량을 기준으로, 1 내지 30 몰%, 바람직하게는 5 내지 20 몰%, 특히 7 내지 15 몰%의 양으로 존재한다. 그 다음 폴리아미드의 나머지는 바람직하게는 1:1의 몰비의 헥사메틸렌디아민 및 아디프산으로부터 유래된 반복 단위로 구성된다.
적어도 하나의 지방족 폴리아미드가 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 ε-카프로락탐의 공중합체(PA6.6/6)로부터 선택되는 경우, 헥사메틸렌디아민 및 아디프산으로부터 유래된 반복 단위만이 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 적어도 하나의 지방족 폴리아미드의 40 내지 70 중량%, 바람직하게는 45.0 내지 67.5 중량%의 양을 차지한다.
반방향족 폴리아미드는 바람직하게는 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 적어도 하나의 방향족 디카르복실산의 중축합으로부터 유래된 반복 단위를 포함한다.
일반적으로, 반방향족 폴리아미드는 적어도 하나의 방향족 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위를, 반방향족 폴리아미드의 총 중량을 기준으로, 적어도 5 몰%의 양으로 포함한다. 본 발명의 보다 바람직한 실시양태에서, 반방향족 폴리아미드는 적어도 하나의 방향족 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위를, 적어도 하나의 반방향족 폴리아미드의 몰 조성을 기준으로, 5 내지 50 몰%, 특히 10 내지 30 몰%의 양으로 포함한다.
반방향족 폴리아미드는 바람직하게는 지방족 디아민, 지방족 디카르복실산, 방향족 디아민 및/또는 방향족 디카르복실산의 중축합 반응으로부터 얻는다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 반방향족 폴리아미드는 지방족 디아민, 지방족 디카르복실산 및 방향족 디카르복실산의 중축합으로부터 얻을 수 있다.
바람직한 지방족 디아민은 헥사메틸렌 디아민 및/또는 5-메틸 펜타메틸렌 디아민을 포함한다. 특히 바람직한 실시양태에서 헥사메틸렌 디아민이 사용된다.
특히 바람직한 실시양태에서, 아디프산이 지방족 디카르복실산으로서 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 반방향족 폴리아미드는 지방족 디카르복실산으로부터 유래된, 특히 아디프산으로부터 유래된 반복 단위를, 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로, 0 몰% 내지 90 몰%의 양으로 포함하고, 보다 바람직하게는 40 몰% 내지 80 몰%의 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위를 포함하는 반면, 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 나머지는 방향족 디카르복실산으로부터 유래된다.
특히 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 방향족 디카르복실산은 테레프탈산 및 이소프탈산으로부터 선택된다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 방향족 디카르복실산으로부터 유래된 적어도 하나의 반복 단위는 선택적으로 적어도 하나의 추가의 방향족 디카르복실산과 조합하여, 특히 이소프탈산과 조합하여 테레프탈산으로부터 유래된다. 바람직하게는, 테레프탈산으로부터 유래된 적어도 하나의 반복 단위는 적어도 하나의 지방족 디카르복실산, 특히 아디프산으로부터 유래된 적어도 하나의 반복 단위와 조합하여 포함되고, 선택적으로 추가로 적어도 하나의 추가의 방향족 디카르복실산, 특히 이소프탈산으로부터 유래된 적어도 하나의 반복 단위와 조합하여 포함된다.
본 발명의 하나의 특히 바람직한 실시양태에서, 반방향족 폴리아미드는 다음으로부터 유래된 반복 단위를 포함한다:
(a) 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로, 10 내지 60몰%의 양의 테레프탈산 또는 이소프탈산, 및
(b) 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로, 40 내지 90 몰% 양의 아디프산;
여기서 테레프탈산 또는 이소프탈산 및 아디프산의 총량은 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 양의 최대 100 몰%에 이른다.
본 발명의 대안적인 특히 바람직한 실시양태에서, 반방향족 폴리아미드는 다음으로부터 유래된 반복 단위를 포함한다:
(a) 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로, 10 내지 60 몰%의 양의 테레프탈산, 및
(b) 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로, 40 내지 90 몰%의 양의 이소프탈산;
여기서 테레프탈산 및 이소프탈산의 총량은 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 양의 최대 100 몰%에 이른다.
본 발명의 추가의 대안적인 특히 바람직한 실시양태에서, 반방향족 폴리아미드는 다음으로부터 유래된 반복 단위를 포함한다:
(a) 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로 10 내지 60 몰% 양의 테레프탈산 및 적어도 하나의 추가의 방향족 디카르복실산, 및
(b) 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로 40 내지 90 몰% 양의 아디프산;
여기서 아디프산, 테레프탈산 및 적어도 하나의 추가의 방향족 디카르복실산의 총량은 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 양의 최대 100몰%에 이르고, 테레프탈산은 방향족 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로 10 내지 60 몰%를 차지하고, 적어도 하나의 추가의 방향족 산, 특히 이소프탈산은 방향족 디카르복실산으로부터 유래된 반복 단위의 총량을 기준으로, 40 내지 90 몰%를 차지한다.
따라서, 본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에서, 폴리아미드 조성물은 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 테레프탈산 및/또는 이소프탈산의 단독중합체 및/또는 공중합체로부터 선택되는 적어도 하나의 반방향족 폴리아미드를 포함한다.
본 발명의 하나의 특히 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 반방향족 폴리아미드는 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 테레프탈산의 공중합체(PA6.6/6.T), 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 이소프탈산의 공중합체(PA6.6/6.I), 헥사메틸렌디아민, 테레프탈산 및 이소프탈산의 공중합체(PA6.T/6.I), 헥사메틸렌디아민, 아디프산, 테레프탈산 및 이소프탈산의 공중합체(PA6.6/6.T/6.I) 및 이러한 반방향족 폴리아미드의 혼합물로부터 선택된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 반방향족 폴리아미드는 10,000 g/몰 내지 30,000 g/몰, 특히 12,000 g/몰 내지 24,000 g/몰의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 수 평균 분자량(Mn)을 갖는다.
폴리아미드(i)는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 일반적으로 30 내지 80.89 중량%, 바람직하게는 50 내지 78.88 중량%의 양으로 폴리아미드 조성물에 존재한다.
본 발명의 폴리아미드 조성물은 (ii) 표준 유리 섬유를 추가로 포함한다. 사용된 유리 섬유는 절단 유리 섬유 또는 연속 유리 섬유일 수 있다. 절단 유리 섬유가 사용되는 경우, 유리 섬유는 바람직하게는 1 mm 내지 8 mm의 길이를 갖는다. 사용된 표준 유리 섬유는 예를 들어 US　2007/0117910 또는 US 2014/0275367에 기재된 바와 같이, 원형 단면을 갖는다. 유리 섬유는 성분 (i) 내지 (v)를 혼합하여 폴리아미드 조성물을 제조하기 전, 바람직하게는 1 mm 내지 5 mm의 길이 및 5 μm 내지 20 μm의 직경을 갖는다. 용융된 중합체와 혼합 및 반죽하는 동안, 섬유가 끊어지고 폴리아미드 조성물 중 200 내지 600μm의 평균 길이를 갖는다.
본 발명의 폴리아미드 조성물은 (ⅲ) 평판형 유리 섬유를 추가로 포함한다. 본 발명에서, 용어 "평판형 유리 섬유"는 비원형 단면을 갖는 유리 섬유를 나타내는 것을 의도한다. 본 발명의 조성물에서 강화 충전제로 사용되기 위해 적합한 평판형 유리 섬유는 임의의 비원형 단면, 예컨대 타원형 단면, 장원형 단면, 직사각형 단면, 반원이 직사각형의 양쪽 짧은 변에 연결된 단면, 및 고치(cocoon) 단면을 가질 수 있다.
평판형 유리 섬유의 상기 비원형 단면의 종횡비(= 장축/단축)는 유리하게는 1.0 내지 10, 바람직하게는 1.5 내지 6.0, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 5.0, 가장 바람직하게는 3.0 내지 4.0이다.
본 발명에 따른 종횡비는 평판형 유리 섬유의 단면을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여 얻은 이미지를 분석하고, 평판형 유리 섬유의 비원형 단면을 직사각형으로 외접함으로써 측정할 수 있다. 종횡비는 A(= Ra의 길이)/B(= Rb의 길이)를 계산하여 얻고, 여기서 A 및 B는 관찰된 이미지에서 평판형 유리 섬유에 외접된 직사각형의 장변 Ra 및 단변 Rb의 길이이다.
본 발명의 조성물의 평판형 유리 섬유를 구성하는 유리의 특성은 특별히 제한되지 않고 E 유리, T 유리, NE 유리, C 유리, S 유리, S2 유리 및 R 유리 등을 포함할 수 있다. 평판형 유리 섬유는 연속 및 절단 스트랜드 형태인 경우 이의 점착을 보장하기 위해, 특히 계면에서 폴리아미드 매트릭스와의 부착을 제공하기 위해 이의 표면 상에 사이징제를 함유할 수 있다.
또한, 본 발명의 평판형 유리 섬유는 바람직하게는 6 내지 40 ㎛, 특히 17 내지 30 ㎛, 더욱 바람직하게는 24 내지 28 ㎛의 범위의 주단면축의 길이를 갖는다. 부단면축의 길이는 바람직하게는 3 내지 20 ㎛의 범위이고, 특히 4 내지 10 ㎛의 범위이다. 주단면축의 길이가 7 또는 8 ㎛인 것이 더욱 바람직하다.
표준 (원형) 유리 섬유(ii)는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 일반적으로 10 내지 55 중량%, 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 39 중량%의 양으로 폴리아미드 조성물에 존재한다.
평판형 유리 섬유(iii)는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 내지 55 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 특히 바람직하게는 1 내지 10 중량%의 양으로 폴리아미드 조성물에 존재한다.
본 발명의 폴리아미드 조성물은 (iv) 모노아조 착물 유형의 적어도 하나의 흑색 염료를 포함한다. 모노아조 착물 염료는 다음 일반식으로 요약하여 설명될 수 있다:
Figure pct00001
상기 식 중, A는 선택적으로 치환기를 가지는 방향족 잔기를 나타내고, B는 선택적으로 치환기를 가지는 나프톨 유도체 잔기를 나타낸다. M은 금속이고, P+는 양이온이고, q는 0 내지 2의 정수이고, K는 0 내지 2의 정수이다.
전술한 모노아조 착물 염료의 반대이온 P+로는, H+계 양이온; NH4+, 알칼리 금속(Na, K 등), 유기 아민계 양이온(1차 지방 아민, 2차 지방 아민, 3차 지방 아민); 및 4차 유기 암모늄 이온을 사용할 수 있다.
전술한 모노아조 착물 염료의 중심 금속(M)으로는, 다양한 금속이 사용될 수 있다. 보다 바람직한 것으로서, 2가 내지 4가의 원자가를 갖는 금속을 사용할 수 있다. 구체예로서는, Zn, Sr, Cr, Cu, Al, Ti, Fe, Zr, Ni, Co, Mn, B, Si 및 Sn을 사용할 수 있다.
전술한 모노아조 착물 염료의 구조를 변경함으로써, 다양한 색상, 예컨대 황색, 적색, 청색, 자색 및 흑색을 얻을 수 있다. 전술한 모노아조 착물 염료는 내열성 및 내광성이 높고, 열가소성 수지에 대한 성형성 및 색조가 우수하다. 예를 들어, 일반식으로 나타낸 모노아조 착물 염료는 A-N=N-B 모노아조 염료의 금속화를 수행함으로써 얻어진다. A-N=N-B 모노아조 염료는 A 성분 상의 디아조화 및 B 성분 상의 커플링을 수행함으로써 얻은 화합물이다. B 성분으로 피라졸론 유도체 또는 아세토아세트아닐리드 유도체를 사용하면, 황적색 모노아조 착물 염료를 얻고, B 성분으로 나프톨 유도체를 사용하면 청흑색 모노아조 착물 염료를 얻는다. B 성분으로 나프톨을 사용하는 모노아조 착물 염료는 YAG 레이저 근방에서 높은 투과 특성을 나타낸다. 환언하면, YAG 레이저 근방(1000-1200 nm) 전 영역에서 우수한 투과율을 갖는 흑색 착색제는 전술한 모노아조 착물 염료를 단독으로 사용하거나 이를 더 짧은 파장에서 흡수 피크를 가지면서 800-1200 nm 범위에서 양호한 투과율을 갖는 적어도 하나의 염료와 혼합하여 얻을 수 있다. 그러나, 각 염료에 대한 혼입 비율은 염료의 색조, 사용된 수지 및 사용된 농도 (또는 수지의 두께)에 따라 적절하게 조정된다.
모노아조 착물 염료의 구체적인 예는 다음과 같다. 이들은 단순히 사용할 수 있는 다양한 염료를 나타낸다:
흑색 염료:
C.I. 솔벤트 블랙 21, 22, 23, 27, 28, 29, 31
C.I. 애시드 블랙 52, 60, 99;
청색 염료: C.I. 애시드 블루 167;
자색 염료: C.I. 솔벤트 바이올렛 21.
모노아조 착물 유형(iv)의 적어도 하나의 흑색 염료는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 0.01 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.02 내지 1 중량%, 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.5 중량%의 양으로 폴리아미드 조성물에 존재한다.
폴리아미드 조성물은 (v) 폴리아미드 조성물에 일반적으로 사용되는 모든 첨가제를 포함하는 하나 이상의 추가의 첨가제를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 첨가제는 열 안정화제, 이형제, 난연제, 강인화 개질제, 및 성분의 혼합 또는 조성물의 성형을 용이하게 하는 첨가제로부터 선택된다. 특히 바람직한 실시양태는 첨가제로서 열 안정화제 및 이형제를 포함한다. 열 안정화제는 구리 염, 철 염, 인산염 안정화제, 방향족 아민 및/또는 페놀계 항산화제로부터 선택될 수 있다.
적어도 하나의 첨가제는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 일반적으로 0.1 내지 20 중량%의 양으로 존재한다. 한 실시양태에서, 첨가제는 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%의 양으로 존재하고, 이형제 및 열 안정화제를 포함한다. 추가의 실시양태에서, 첨가제는 0.1 내지 20 중량%의 양으로 존재하고 열 안정화제, 이형제, 난연제, 강인화 개질제, 및 성분의 혼합을 용이하게 하는 첨가제를 포함한다.
따라서, 본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명은 다음을 포함하는 폴리아미드 조성물에 관한 것이다:
(i) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 88.89 중량%, 바람직하게는 50 내지 78.88 중량%의 적어도 하나의 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드 또는 이들의 혼합물;
(ii) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 10 내지 55 중량%, 바람직하게는 20 내지 50 중량%의 원형 유리 섬유;
(iii) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 55 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 평판형 유리 섬유;
(iv) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.02 내지 1 중량%의 모노아조 착물 유형의 적어도 하나의 흑색 염료;
(v) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%의 하나 이상의 추가의 첨가제.
본 발명의 폴리아미드 조성물은 일반적으로 2축 압출기 또는 1축 폴리아미드 및 상이한 부하(load)에서 혼합함으로써 제조된다.
폴리아미드 조성물은 막대로 압출되고, 이는 절단되어 과립을 형성한다.
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 > 250 MPa, 보다 바람직하게는 > 260 MPa의 23℃에서의 굴곡 강도(ISO 178에 따름)를 갖는다(실험 섹션에 기재된 바와 같이 측정됨).
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 > 160 MPa, 보다 바람직하게는 > 170 MPa의 23℃에서의 인장 강도 DAM(ISO 527-2/1A에 따름)을 갖는다(실험 섹션에 기재된 바와 같이 측정됨).
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 > 30 kJ/m2, 보다 바람직하게는 > 40 kJ/m2, 특히 > 40 kJ/m2의 23℃에서의 샤르피 언노치 충격 강도(ISO 179/1eU에 따름)를 갖는다(실험 섹션에 기재된 바와 같이 측정됨).
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 > 8 kJ/m2, 특히 > 10 kJ/m2의 23℃에서의 샤르피 노치 충격 강도(ISO 179/1eA에 따름)를 갖는다(실험 섹션에 기재된 바와 같이 측정됨).
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 > 230℃, 특히 > 240℃의 1.82 mPa에서의 열 변형 온도(ISO 75/Af에 따름)를 갖는다(실험 섹션에 기재된 바와 같이 측정됨).
본 발명의 폴리아미드 조성물로부터, 바람직하게는 사출 성형 공정에 의해, 성형품이 제조된다.
레이저 용접에 적합한 수지 성형품은 압출 성형 및 사출 성형을 포함하는 임의의 방법으로 얻을 수 있다. 레이저 용접은 사용된 레이저에 대해 투과성 수지로 제조된 성형품이 사용된 레이저에 대해 흡수성 수지로 제조된 성형품과 가까이 접촉하는 것만을 필요로 한다. 필요한 경우, 접합면에 추가로 압력을 가할 수 있다.
본 발명의 수지 성형품을 용접하는 데 유용한 레이저는 근적외선 영역에서 발광을 갖는 임의의 레이저일 수 있다. 특히, 800 내지 1200 nm의 파장의 광을 방출하는 레이저가 바람직하고, 다이오드 레이저 및 YAG 레이저가 특히 바람직하다. 레이저는 단독으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있으며, 이는 레이저 작동 분야의 숙련자에게 이해될 것이다. 레이저 방출은 연속적이거나 펄스성일 수 있으며, 연속적 방출이 바람직하다.
레이저 용접에 적용되는 수지 재료에 관하여, 레이저 투과성인 하나의 수지 재료와 레이저 흡수성인 또 다른 수지 재료가 제공된다. 레이저 광을 투과성 수지 재료를 통해 이에 접착된 흡수성 수지 재료에 조사함으로써, 흡수성 수지 재료의 접촉면에 축적된 레이저광의 에너지가 접촉면을 가열시키고 용융시킨다. 투과성 수지 재료도 또한 열 전달을 통해 가열/용융되어, 수지 재료가 쉽고 강력하게 서로 결합된다. 레이저 광은 용접 부위에 직접 조사되거나 광학 장치, 예컨대 거울 또는 광섬유를 이용하여 접촉 부위로 유도될 수 있다. 이러한 기술 및 기타 기술은 개별 용접 작업에 적절하게 사용되며, 이 분야의 숙련자에 의해 선택된다.
레이저의 강도, 밀도 및 조사 면적은 접합면의 가열 및 용융을 적절하게 수행하도록 선택된다. 이들은 원하는 적용에 필요한 강도로 생성된 결합이 얻어지도록 조정된다. 너무 약하면 충분한 가열 용융을 실현할 수 없다. 반대로 너무 강하면 수지의 열화를 유발할 수 있다.
본 발명은 서로 접촉하여 위치하는 두 성형품(각각 레이저 투과성 및 흡수성)의 접합부에 관한 것으로, 여기서 소정량의 레이저 빔이 집속되고 투과되고, 용융되고 접합된다. 다수의 점, 선 또는 표면을 용접해야 하는 경우, 레이저 광을 순차적으로 이동시켜 접합면을 조사하거나, 다수의 레이저원을 사용하여 동시에 조사할 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 상세한 설명은 단지 예시 목적으로 하기에 제공된 실시예로부터 명백해질 것이다.
실시예
폴리아미드 조성물의 제조:
실시예 및 비교예로서, 다양한 폴리아미드 조성물을 제조하였다.
다음 성분이 출발 물질로 사용되었다:
성분(i): PA6.6 단독중합체
성분(ii): 4.5 mm의 평균 길이 및 10 ㎛의 평균 직경을 갖는 절단 유리 섬유 스트랜드(Taishan의 T435R)
성분(iii): Chongqing Polycomp International Corp.로부터 이용가능한 4:1의 종횡비를 갖는 평판형 유리 섬유 ECS301-HP-3-M3
성분(iv): 모노아조 착물 염료 솔벤트 블랙 27
성분(v): 열 안정화제 및 이형 마스터배치(Solvay의 MM9549C)
본 발명에 따른 성형용 조성물을 하기 표 1에 기재된 바와 같은 다양한 성분 및 양의 배합물에 따라, 265℃ 내지 340℃ 범위의 온도에서, 12 kg/h의 속도 및 동일한 스크류 300 rev/분의 회전 속도로 2축 압출기 ZSK 18 W에서 혼합하여 제조하였다.
상이한 크기 및 두께의 플라크를 사출 성형으로 제조하였다.
다음 특성을 측정하였다:
인장 탄성율, 인장 강도 및 인장 신율:
인장 탄성율 및 인장 강도를 ISO 527-2/1A에 따라 측정하였다. 값은 MPa로 주어진다. 인장 신율을 ISO 527-2/1A에 따라 측정하였다. 값은 %로 주어진다.
굴곡 탄성율 및 굴곡 강도:
최대 하중에서의 굴곡 강도의 측정을 ISO 178에 따라 80 x 10 mm의 크기 및 4 mm의 두께를 갖는 테스트 샘플을 사용하여 수행하였다. 값은 MPa로 주어진다.
샤르피 언노치 충격 강도:
샤르피 언노치 충격 강도를 ISO 179/1eU에 따라 80 x 10 mm의 크기 및 4 mm의 두께를 갖는 테스트 샘플을 사용하여 측정하였다. 값은 kJ/m2로 주어진다.
샤르피 노치 충격 강도:
샤르피 노치 충격 강도를 ISO 179/1eA에 따라 80 x 10 mm의 크기 및 4 mm의 두께를 갖는 테스트 샘플을 사용하여 측정하였다. 시편의 넓은 면에 0.8 mm 너비의 U자형 노치를 만들었다. 노치 깊이는 시편 두께의 1/3이었다. 노치 루트를 나타내는 가장자리는 < 0.1 mm의 곡률 반경을 가졌다. 값은 kJ/m2로 주어진다.
열 변형 온도:
열 변형 온도를 ISO 75/Af에 따라 1.82 MPa에서 측정하였다. 값은 ℃로 주어진다.
980 및 1064 nm에서의 레이저 투과율:
레이저 투과율을 60 x 60 mm 크기의 테스트 플라크를 사용하여 UV-가시광선 분광 광도계(Mettler Evolution 220)에 의해 측정하였다.
색상 L*, a*, b* 값, 2 mm:
색상 L*, a*, b* 값을 90 x 60 x 2 mm의 평평한 시편을 사용하여 색상 테스트 모드에서 Benchtop 분광광도계(X-rite®, Inc.에 의해 제조된 모델 Ci7800)에 의해 측정하였다.
테스트 결과:
실시예 E1 내지 E4 및 비교예 C1에 대한 테스트 결과를 표 1에 요약한다.
Figure pct00002
표 1은 평판형 유리 섬유와 함께 표준 유리 섬유를 사용하여 달성된 상승 효과를 나타낸다. 30 중량%의 유리 섬유의 총량에서, 각각, 1 중량%, 2 중량%, 5 중량% 및 15 중량%의 표준 유리 섬유를 평판형 유리 섬유로 대체하면, 980 nm 및 1064 nm에서 폴리아미드 플라크의 레이저 투과율이 상당히 향상된다. 효과는 3.2 mm 플라크에서 가장 두드러진다. 동시에, 양호한 수준의 기계적 특성이 유지된다.

Claims (9)

  1. 다음을 포함하는 폴리아미드 조성물:
    (ⅰ) 적어도 하나의 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드 또는 이들의 혼합물;
    (ⅱ) 원형 유리 섬유;
    (ⅲ) 평판형 유리 섬유;
    (ⅳ) 모노아조 착물 유형의 적어도 하나의 흑색 염료;
    (ⅴ) 선택적으로 하나 이상의 추가의 첨가제.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 지방족 폴리아미드가 헥사메틸렌디아민 및 아디프산의 단독중합체(PA6.6), ε-카프로락탐의 단독중합체(PA6), 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 ε-카프로락탐의 공중합체(PA6.6/6), 헥사메틸렌디아민 및 세박산의 단독중합체(PA6.10) 및 이러한 지방족 폴리아미드의 혼합물로부터 선택되는, 폴리아미드 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반방향족 폴리아미드가 헥사메틸렌디아민 및 아디프산과 테레프탈산 및/또는 이소프탈산의 단독중합체 및/또는 공중합체로부터 선택되는, 폴리아미드 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 적어도 하나의 반방향족 폴리아미드가 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 테레프탈산의 공중합체(PA6.6/6.T), 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 이소프탈산의 공중합체(PA6.6/6.I), 헥사메틸렌디아민, 테레프탈산 및 이소프탈산의 공중합체(PA6.T/6.I), 헥사메틸렌디아민, 아디프산, 테레프탈산 및 이소프탈산의 공중합체(PA6.6/6.T/6.I) 및 이러한 반방향족 폴리아미드의 혼합물로부터 선택되는, 폴리아미드 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 모노아조 착물 유형의 흑색 염료가 C.I. 솔벤트 블랙 27인, 폴리아미드 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 첨가제가 착색제, 이형제, 난연제, 강인화 개질제, 및 성분의 혼합 또는 조성물의 성형을 용이하게 하는 첨가제로부터 선택되는, 폴리아미드 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 다음을 포함하는 폴리아미드 조성물:
    (ⅰ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 30 내지 88.89 중량%의 적어도 하나의 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드 또는 이들의 혼합물;
    (ⅱ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 10 내지 55 중량%의 원형 유리 섬유;
    (ⅲ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 내지 55 중량%의 평판형 유리 섬유;
    (ⅳ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.01 내지 2 중량%의 모노아조 착물 유형의 적어도 하나의 흑색 염료;
    (ⅴ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 20 중량%의 하나 이상의 추가의 첨가제.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 다음을 포함하는 폴리아미드 조성물:
    (ⅰ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 50 내지 78.88 중량%의 적어도 하나의 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드 또는 이들의 혼합물;
    (ⅱ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 20 내지 50 중량%의 원형 유리 섬유;
    (ⅲ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 내지 20 중량%의 평판형 유리 섬유;
    (ⅳ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.02 내지 1 중량%의 모노아조 착물 유형의 적어도 하나의 흑색 염료;
    (ⅴ) 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 5 중량%의 하나 이상의 추가의 첨가제.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따르는 폴리아미드 조성물로부터 수득된 성형 부품.
KR1020217040817A 2019-05-14 2020-05-13 레이저 용접 적용을 위한 높은 레이저 투과율을 가진 흑색으로 착색된 폴리아미드 조성물 KR20220008320A (ko)

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