KR20220030261A - 성형품의 생성 방법, 이로부터 수득되는 성형품 및 그 사용 - Google Patents

성형품의 생성 방법, 이로부터 수득되는 성형품 및 그 사용 Download PDF

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KR20220030261A
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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은 성형품의 제조방법, 이로부터 수득되는 성형품, 및 차량 도어 침입 빔, 바디 인 화이트의 구조적 인서트, 범퍼 빔, 계기판 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트 및 프론트-엔드 모듈 구조물에서의 성형품의 사용에 관한 것이다.

Description

성형품의 생성 방법, 이로부터 수득되는 성형품 및 그 사용
본 발명은 성형품의 생성 방법, 이로부터 수득되는 성형품, 및 차량 도어 침입 빔, 바디 인 화이트의 구조적 인서트, 범퍼 빔, 계기판 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트 및 프론트-엔드 모듈 구조물에서의 성형품의 사용에 관한 것이다.
인발성형 및 압출성형은 연속적이고 일정한 단면 복합 프로파일을 제조하는 데 광범위하게 사용되어 왔다. 이러한 기술들은 엔지니어링 폴리머를 사용할 때, 저가이고, 높은 연속 또는 불연속 섬유 재료로 인해 높은 강도 및 강성을 갖는 프로파일을 제공한다. 그러나, 프로파일은 기하학적으로 제한된다. 즉, 이는 곧 프로파일 기하학적 형상은 연속적인 단면을 가지고 있다는 것이다.
자동차는 엔지니어링 폴리머, 특히 그로부터 만들어진 인발성형되거나 압출성형된 프로파일들을 광범위하게 사용한다. 이러한 프로파일들은, 이에 제한되는 것은 아니나, 바디 인 화이트(body in white; BIW)의 구조적 인서트, 차량 도어 침입 빔, 범퍼 빔, 계기판 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트 및 프론트-엔드 모듈 구조와 같은 영역에서 구조용 인서트 영역의 애플리케이션에서 발견된다.
제US 2015/129116 A1호는 자동차 충돌 시 충격력을 받는 빔 요소를 포함하는 충돌 방지 구조 부분인, 자동차용 충돌 방지 구조 부분을 제조하는 방법을 설명한다. 구조 부분은 전체가 열가소성 물질로부터 파생되며, 이러한 열가소성 재료들을 결합하는 데 오버몰딩이 사용된다.
제US 6,844,040 B2호는 목재 부재 대신 사용하기에 충분한 강도 및 강성을 갖는 강화 복합 구조 부재를 개시하고 있다. 구조 부재는 전체가 열가소성 물질(예를 들어, 열가소성 수지 셀룰로오스 섬유)로 만들어진다. 도브 테일형(dove tail like) 표면 피쳐들이 설명되어 있지만, 열가소성 재료들을 결합하는 맥락에서만 설명되어 있다.
이러한 이점들에도 불구하고, 연속 단면을 갖는 이러한 인발성형되거나 압출성형된 프로파일들은 엔지니어링 폴리머의 기능을 완전히 활용하지 못한다. 즉, 연속적인 인발성형되거나 압출성형된 프로파일들이 제조될 때 엔지니어링 폴리머의 우수한 기계적 특성들은 활용되지 않은 채로 남아 있다.
종종 이러한 프로파일들은 이들을 자동차 애플리케이션에 적합하게 만들기 위한 추가 처리를 거쳐야 한다. 그러나, 이는 이러한 프로파일들의 최종 비용을 추가하여 비용을 높인다. 또한, 이러한 인발성형 또는 압출성형된 프로파일로부터 복잡한 프로파일 기하학적 형상을 수득하는 동안, 추가 제조 단계들에는 접착제 또는 고정 수단의 사용이 강제적으로 포함된다. 접착제 및 고정 수단의 사용은 이러한 프로파일들의 비용을 추가로 증가시킨다.
추가로, 상기에 언급된 바와 같이, 최신 기술은 또한 열가소성 재료를 열경화성 재료와 결합하는 것에 대해 침묵하고 있으며, 여전히 허용 가능한 기계적 특성을 초래한다.
따라서, 현재 청구된 발명의 목적은 성형품을 생산하는 방법을 제공하기 위한 것으로서, 이에 의해 수득된 성형품은 인발성형된 열경화성 재료로 사출 성형된 열가소성 재료를 가지며, 이는 허용 가능 사실상 양호한 기계적 특성들을 갖는 복잡한 기하학적 형상을 제공하고 비교적 제조비용이 저렴하다.
놀랍게도, 상기한 목적은 성형품(100)을 생성하기 위한 방법을 제공하는 것에 의해 충족되며, 따라서 이에 의해 수득되는 성형품은 후술하는 바와 같이 인발성형 또는 압출성형에 의해 수득되는 제1 요소(10)와 사출 성형에 의해 수득되는 제2 요소(20) 사이의 확실한 록킹(positive lock)에 의해 형성되는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 일 양테에서, 현재 청구된 발명은 성형품(100)를 생성하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 적어도,
(A) 제1 요소(10)를 수득하기 위해 다이에 섬유 강화 폴리우레탄을 인발성형 또는 압출성형하는 단계로서, 상기 다이는 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함하며,
상기 제1 요소(10)는 외부 표면(11)을 포함하며, 상기 외부 표면(11)은 상기 다이에서의 상기 복수의 제1 표면 피쳐들에 의해 형성된 복수의 제2 표면 피쳐들(12)을 포함하는, 상기 인발성형 또는 압출성형하는 단계,
(B) 상기 성형품(100)을 수득하기 위해 상기 제1 요소(10) 상에 제2 요소를(20) 사출 성형하는 단계로서, 상기 제2 요소(20)는 외부 표면(21)을 포함하고, 상기 외부 표면(21)은 복수의 제3 표면 피쳐들(22)을 포함하며,
상기 제1 요소(10)는 상기 제2 요소(20)와 확실하게 록킹하여 상기 제2 표면 피쳐들(12) 각각이 상기 제3 표면 피쳐들(22) 각각과 완전히 중첩되도록 하는, 상기 사출 성형하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 현재 청구된 발명은 상기에 수득된 성형품(100)에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 현재 청구된 발명은 차량 도어 침입 빔, 바디 인 화이트의 구조적 인서트, 범퍼 빔, 계기판 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트 및 프론트 엔드 모듈 구조에서의 상기 성형품(100)의 사용에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 요소(10)의 사시도를 예시한다.
도 2a는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제1 실시예를 예시한다.
도 2b는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제2 실시예를 예시한다.
도 2c는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제3 실시예를 예시한다.
도 2d는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제4 실시예를 예시한다.
도 3은 본 발명에 따른 제1 요소(10)의 또 다른 사시도를 예시한다.
도 4는 본 발명에 따른 성형품(100)을 예시한다.
본 발명의 현재 조성물 및 제제가 설명되기 전에, 이러한 조성물 및 제제는 물론 다양할 수 있기 때문에 본 발명은 설명된 특정 조성물 및 제제로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 범위가 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 본원에 사용된 용어는 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
본원에 사용된 "포함하는(comprising)", "포함하다(comprises)" 및 "~로 포함된(comprised of)"이라는 용어들은 "포함하는(including)", "포함하다(includes)" 또는 "함유하는(containing)", "함유하다(contains)"와 동의어이고, 포괄적이거나 개방형이며, 추가적인, 인용되지 않은 구성원들, 요소들 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다. 본원에 사용된 "포함하는(comprising)", "포함하다(comprises)" 및 "~로 포함된(comprised of)"이라는 용어들은 "~로 구성된(consisting of)", "구성하다(consists)" 및 "~로 구성된(consists of)"이라는 용어들을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
또한, 설명 및 청구범위에서 "제1", "제2", "제3" 또는 "(a)", "(b)", "(c)", "(d)" 등의 용어들은 유사한 요소들을 구별하는 데 사용되며, 반드시 순차적 또는 연대순으로 설명할 필요는 없다. 이렇게 사용된 용어들은 적절한 상황에서 상호교환 가능하며, 본원에 설명된 본 발명의 실시예들은 본원에 설명되거나 예시된 것과 다른 순서들로 동작할 수 있음을 이해해야 한다. "제1", "제2", "제3" 또는 "(A)", "(B)" 및 "(C)" 또는 "(a)", "(b)", "(c)", "(d)", "i", "ii" 등의 용어들의 경우에 방법 또는 사용 또는 분석의 단계와 관련이 있고 단계들 사이의 시간 또는 시간 간격 일관성은 없다. 즉, 단계들은 동시에 수행되거나 또는 본원의 상기 또는 하기에 기재된 바와 같이 애플리케이션에서 달리 명시되지 않는 한, 이러한 단계들 사이에는 초, 분, 시간, 일, 주, 월 또는 심지어 년의 시간 간격이 있을 수 있다.
다음 구절에서, 본 발명의 다양한 양태들이 더 상세히 정의된다. 이와 같이 정의된 각 양태는 달리 명확하게 표시되지 않는 한 임의의 다른 양태 또는 양태들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 특징은 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다.
본 명세서 전체에서 "한 실시예"또는 "일 실시예"에 대한 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "한 실시예에서"또는 "일 실시예에서"라는 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니지만 그럴 수 있다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예들에서 본 개시부터 당업자에게 명백한 바와 같이 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 또한, 본원에 설명된 일부 실시예들은 다른 실시예들에 포함된 다른 특징들이 아닌 일부 특징을 포함하지만, 서로 다른 실시예들의 특징들의 조합은 본 발명의 범위 내에 있도록 하며, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 서로 다른 실시예들을 형성한다. 예를 들어, 첨부된 청구범위에서, 청구된 실시예들 중 임의의 어떠한 실시에도 어떠한 조합으로도 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 정의된 범위에는 최종 값도 포함된다. 즉, 1 내지 10의 범위는 1과 10이 모두 범위에 포함된다는 것을 의미한다. 의심의 여지를 없애기 위해, 출원인은 해당 법률에 따라 이에 상응하는 모든 권리를 갖는다.
본 발명의 일 양태는 성형품(100)를 생성하는 방법에 관한 실시예 1로서, 상기 방법은 적어도,
(A) 제1 요소(10)를 수득하기 위해 다이에 섬유 강화 폴리우레탄을 인발성형 또는 압출성형하는 단계로서, 다이는 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함하며,
제1 요소(10)는 외부 표면(11)을 포함하며, 외부 표면(11)은 다이에서의 복수의 제1 표면 피쳐들에 의해 형성된 복수의 제2 표면 피쳐들(12)을 포함하는, 상기 인발성형 또는 압출성형하는 단계,
(B) 상기 성형품(100)을 수득하기 위해 상기 제1 요소(10) 상에 제2 요소를(20) 사출 성형하는 단계로서, 상기 제2 요소(20)는 외부 표면(21)을 포함하고, 상기 외부 표면(21)은 복수의 제3 표면 피쳐들(22)을 포함하며,
상기 제1 요소(10)는 상기 제2 요소(20)와 확실하게 록킹(locks)하여 상기 제2 표면 피쳐들(12) 각각이 상기 제3 표면 피쳐들(22) 각각과 완전히 중첩되도록 하는, 상기 사출 성형하는 단계를 포함한다.
섬유 강화 폴리우레탄
일 실시예에서, 실시예 1의 섬유 강화 폴리우레탄은 섬유 재료 및 폴리우레탄 수지를 포함한다.
일 실시예에서, 섬유 재료는 100g/m2 2 내지 1500g/m2의 면적 중량을 갖는다. 실시예 1에서 섬유 강화 폴리우레탄에 적합한 섬유 재료는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 광물 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 아라미드 섬유, 케나프 섬유, 황마 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로오스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 섬유 재료는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유 및 세라믹 섬유로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 섬유 재료는 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리에스터 섬유, 폴리아미드 섬유, 아라미드 섬유 및 현무암 섬유로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 섬유 재료는 유리 섬유 및 탄소 섬유로부터 선택된다.
일 실시예에서, 섬유 재료는 유리 섬유를 포함한다. 적합한 유리 섬유는 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 분쇄(chopped) 유리 섬유 및 연속 유리 섬유를 이러한 목적으로 사용할 수 있다.
다른 실시예에서, 섬유 재료는 분쇄 유리 섬유를 포함한다. 분쇄 유리 섬유는 어떠한 모양과 크기로도 획득될 수 있다. 예를 들어, 분쇄 유리 섬유는, 이에 제한되는 것은 아니나, 측면 및 관통면 치수를 갖는 유리 섬유의 다수의 스트랜드(strand) 또는 로빙(roving) 또는 직경을 갖는 구형 입자와 같을 수 있다. 본 발명은 분쇄 유리 섬유의 형태 및 크기에 의해 제한되지 않는다. 당업자는 이러한 선택 및 수정에 대해 알고 있다. 그러나, 일 실시예에서, 분쇄 유리 섬유는 10 mm 내지 150 mm 사이의 길이를 가질 수 있다.
임의의 적합한 결합제가 분쇄 유리 섬유를 결합시키는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 결합제는 아크릴 결합제를 포함한다. 아크릴 바인더는 경화된 수계 아크릴 수지이다. 바인더는, 예를 들어, 다관능성(multi-functional) 알코올의 카르복실기와 히드록실기의 결합을 통해 경화된다.
아크릴 바인더는 아크릴산, 메타크릴산, 이들의 에스테르 또는 관련 유도체의 단위를 함유하는 폴리머 또는 코폴리머이다. 아크릴 바인더는, 예를 들어 (메트)아크릴산 (여기서, 종래의 (메트)아크릴은 아크릴과 메타크릴을 모두 포함하도록 의도됨), 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, 이소프로필 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 아밀 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, t-부틸 (메트)아크릴레이트, 펜틸 (메트)아크릴레이트, 이소아밀 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, 헵틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 노닐 (메트)아크릴레이트, 데실 (메트)아크릴레이트, 이소데실 (메트)아크릴레이트, 운데실 (메트)아크릴레이트, 도데실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 옥타데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 부톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 에톡시디에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 벤질 (메트)아크릴레이트, 시클로글리콜 (메트)아크릴레이트, 페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노 (메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노 (메트)아크릴레이트, 메톡시옥시에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 에톡시에톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 메톡시폴리프로필렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 디시클로펜타디엔 (메트)아크릴레이트, 디시클로펜타닐 (메트)아크릴레이트, 트리시클로데카닐 (메트)아크릴레이트, 이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 보르닐 (메트)아크릴레이트 또는 이들의 혼합물을 사용하는 수성 유제 중합에 의해 형성된다.
일반적으로 소량의 (메트)아크릴 단량체와 공중합될 수 있는 다른 단량체는 스티렌, 디아세톤 (메트)아크릴아미드, 이소부톡시메틸 (메트)아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐, N,N-디메틸 (메트)아크릴아미드, t-옥틸 (메트)아크릴아미드, N,N-디에틸 (메트)아크릴아미드, N,N'-디메틸-아미노프로필 (메트)아크릴아미드, (메트)아크릴로일모르포린; 비닐 에테르, 예컨대 히드록시부틸 비닐 에테르, 라우릴 비닐 에테르, 세틸 비닐 에테르, 및 2-에틸헥실 비닐 에테르; 말레산 에스테르; 푸마르산 에스테르 및 유사한 화합물을 포함한다
다관능성 알코올로는 예를 들어 하이드로퀴논, 4,4'-디하이드록시디페닐, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 2 내지 12개의 탄소 원자를 함유하는 크레졸 또는 알킬렌 폴리올이며, 에틸렌 글리콜, 1,2- 또는 1,3-프로판디올, 1,2-, 1,3- 또는 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 옥탄디올, 도데칸디올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-사이클로펜탄디올, 1,2-, 1,3- 또는 1,4-사이클로헥산디올, 1,4-디하이드록시메틸사이클로헥산, 글리세롤, 트리스(β-하이드록시에틸)아민, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨 및 소르비톨이 있다.
다른 실시예에서, 섬유 재료가 연속 유리 섬유를 포함하는 경우, 전술한 바와 같은 결합제의 사용을 피할 수 있다. 본 발명은, 통상의 지식을 가진 자라면 알고 있는 바와 같이, 연속 유리섬유의 형태와 크기의 선택에 의해 한정되는 것은 아니다. 연속 유리 섬유는 한 방향 또는 여러 방향, 예를 들어, 측면, 수직 또는 측면과 수직 사이의 임의의 각도로 배향될 수 있다. 연속 유리 섬유를 포함하는 섬유 매트 층은 100 g/m2 내지 1000 g/m2의 면적 중량을 갖는다.
다른 실시예에서, 섬유 재료는 적어도 하나의 분쇄 유리 섬유 층 및 적어도 하나의 연속 유리 섬유 층을 포함하는 하이브리드 층일 수 있다. 또한, 표면 품질을 향상시키기 위해 박막 또는 스크림(scrim)을 포함할 수도 있다. 상기 박막 또는 스크림은 하이브리드 층의 상부에 삽입될 수 있다.
일 실시예에서, 실시예 1의 섬유 강화 폴리우레탄을 수득하기 위해 단일의 섬유 재료 층이 사용될 수 있다. 대안으로, 또한 실시예 1의 섬유 강화 폴리우레탄을 수득하기 위해 각 층이 동일하거나 상이한 다수의 섬유 재료 층들이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 섬유 재료는 임의의 적합한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 따라서, 섬유 재료는 스트랜드, 편조 스트랜드, 직조 또는 비직조 매트 구조, 번들 및 이들의 조합들로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 섬유 재료는 50 mm 내지 150 mm의 길이 및 1 μm 내지 50 μm의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 섬유 재료는 표면 처리제에 적용될 수 있다. 표면 처리제는 사이징으로 지칭된다. 적합한 사이징은 당업자에게 잘 알려져 있다. 일 실시예에서, 표면 처리제는 커플링제이며, 실란 커플링제, 티타늄 커플링제 및 알루미네이트 커플링제로부터 선택된다. 표면 처리를 위한 임의의 적합한 기술들이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 딥 코팅(dip coating) 및 스프레이 코팅이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 섬유 물질은 실란 커플링제를 이용한 표면 처리가 적용된다. 적합한 실란 커플링제는 아미노실란, 에폭시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란 및 비닐트리메톡시실란으로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 실란 커플링제는 에폭시실란 또는 아미노실란을 포함한다.
일 실시예에서, 섬유 재료는 실란 커플링제가 적용된 유리 섬유를 포함한다.
적절한 양의 섬유 재료가 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 일 실시예에서, 섬유 재료는 섬유 강화 폴리우레탄의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 60 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 폴리우레탄 수지는,
(a) 이소시아네이트, 및
(b) 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물을 반응시킴으로써 수득된다.
일 실시예에서, 폴리우레탄 수지는 열경화성 재료이다. 그렇지 않은 경우, 폴리우레탄 수지는 가교구조를 갖는다.
본 발명에 적합한 이소시아네이트는 적어도 2.0; 또는 2.0 내지 3.0의 평균 관능가(functionality)를 갖는다. 이들 이소시아네이트는 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트를 포함한다. 이소시아네이트는 지방족 및 방향족 이소시아네이트의 단량체성 형태 및 폴리머성 형태 둘 다를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "폴리머성"라는 용어에 의해, 서로 독립적으로 상이한 올리고머 및 상동체를 포함하는 지방족 및/또는 방향족 이소시아네이트의 폴리머 등급으로 지칭된다. 일 실시예에서, 방향족 이소시아네이트는 본원에 기재된 바와 같은 폴리우레탄 수지를 수득하기 위해 사용된다.
일 실시예에서, 이소시아네이트는 5 중량% 내지 50 중량%, 또는 8 중량% 내지 40 중량%, 또는 9 중량% 내지 35 중량% 범위의 유리(free) 이소시아네이트기 함량(NCO 함량)을 갖는다.
일 실시예에서, 지방족 이소시아네이트는 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트, 데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 1,2-, 1,3- 및 1,4-시클로헥산 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6-메틸시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-디시클로헥실디이소시아네이트, 1,3,5-시클로헥산 트리이소시아네이트, 이소시아네이토메틸시클로헥산 이소시아네이트, 이소시아네이토에틸시클로헥산 이소시아네이트, 비스(이소시아네이토메틸)-시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메탄, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트; 폴리머성 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트; 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트; m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 4-클로로-1; 3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리이소프로플라이-페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 3,3'-디에틸-비스페닐-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라에틸-디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라이소프로필디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 1-에틸-4-에톡시-페닐-2,5-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트;1-에틸-3,5-디이소프로필 벤-젠-2,4,6-트리이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트, 1,3,5-트리이소프로필 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트; 폴리머성 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트; 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 4-클로로-1; 3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트 및 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트 또는 이들의 조합을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트; 폴리머성 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트; 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트 및 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트 또는 이들의 조합을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트; 폴리머성 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 및 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 또는 이들의 조합을 포함한다. 추가의 실시예에서, 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 및/또는 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 포함한다.
메틸렌 디페닐 디이소시아네이트는 2,2'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(2,2'-MDI), 2,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(2,4'-MDI), 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(4,4'-MDI)의 세 가지 다른 이성질체 형태로 시판되고 있다. 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트는 단량체성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트와 테크니컬 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트로 지칭되는 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트로 분류될 수 있다. 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트는 올리고머 종 및 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 이성질체를 포함한다. 따라서, 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트는 단일 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 이성질체 또는 2개 또는 3개의 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 이성질체의 이성질체 혼합물을 함유할 수 있고, 나머지는 올리고머 종이다. 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트는 2.0 초과의 이소시아네이트 관능성을 갖는 경향이 있다. 올리고머 종의 양 뿐만 아니라 이성체 비는 이들 생성물에서 넓은 범위에서 변할 수 있다. 예를 들어, 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트는 전형적으로 30 중량% 내지 80 중량%의 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 이성질체를 함유할 수 있으며, 나머지는 상기 올리고머 종이다. 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 이성질체는 종종 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 2,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트와 매우 낮은 수준의 2,2'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트의 혼합물이다.
다른 실시예에서, 폴리이소시아네이트와 다가 폴리올의 반응 생성물 및 다른 디이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트와의 이들의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이소시아네이트는 개질된 이소시아네이트, 예를 들어 카르보디이미드-개질된 이소시아네이트, 우레탄-개질된 이소시아네이트, 알로파네이트-개질된 이소시아네이트, 이소시아누레이트-개질된 이소시아네이트, 우레아-개질된 이소시아네이트 및 뷰렛-함유 이소시아네이트를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 이소시아네이트는 상기 기재된 바와 같은 카르보디이미드-개질된 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 포함한다. 카르보디이미드-개질된 이소시아네이트는 나머지 이작용성 단량체성 MDI 내에 3작용성 우레토니민 종을 갖고, 실온에서 안정하고 투명한 액체이다. "단량체성 MDI"이란 순수한 4,4'-MDI 또는 2,4'-MDI와 4,4'-MDI의 블렌드를 지칭한다. 이에 제한되는 것은 아니나, BASF사의 Lupranat®와 같은, 상품명으로 시판되는 시판 가능한 이소시아네이트도 본 발명의 목적으로 사용될 수 있다.
이소시아네이트의 적합한 양은 이소시아네이트 지수가 70 내지 350, 또는 80 내지 300, 또는 90 내지 200, 또는 100 내지 150이 되도록 한다. 이소시아네이트 지수 100은 하나의 이소시아네이트 반응성 기(group) 당 하나의 이소시아네이트 기에 상응한다.
또 다른 실시예에서, 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물은 400 g/mol 이상의 분자량을 갖는 화합물 및 49 g/mol 내지 399 g/mol의 분자량을 갖는 사슬 연장제를 포함한다.
이소시아네이트에 대해 반응성이고 400 g/mol 이상의 분자량을 갖는 적합한 화합물은 폴리올로도 지칭되는 하이드록실기를 갖는 화합물이다. 적합한 폴리올은 2.0 내지 8.0, 또는 2.0 내지 6.5, 또는 2.5 내지 6.5의 평균 관능가 및 15 mg KOH/g 내지 1800 mg KOH/g, 또는 15 mg KOH/g 내지 1500 mg KOH/g, 또는 심지어 100 mg KOH/g 내지 1500 mg KOH/g의 히드록실가를 갖는다. 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물은 폴리우레탄 수지의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 99 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 폴리올은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르-에스테르 폴리올 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다.
본 발명에 따른 폴리에테르 폴리올은 2.0 내지 8.0, 또는 2.0 내지 6.5, 또는 2.0 내지 5.5, 또는 2.0 내지 4.0의 평균 관능가, 및 15 mg KOH/g 내지 1500 mg KOH/g, 또는 20 mg KOH/g 내지 1500 mg KOH/g, 또는 심지어 20 mg KOH/g 내지 1000 mg KOH/g, 또는 50 mg KOH/g 내지 400 mg KOH/g의 히드록실가를 갖는다.
또 다른 실시예에서, 폴리에테르 폴리올은 공지된 방법, 예를 들어 촉매로서 알칼리 금속 수산화물, 예를 들어 수산화나트륨 또는 수산화칼륨, 또는 알칼리 금속 알콕시드, 예를 들어 나트륨 메톡시드, 나트륨 에톡시드, 칼륨 에톡시드 또는 칼륨 이소프로폭시드를 사용한 음이온성 중합에 의해, 및 하나 이상의 아민-함유 스타터 분자를 첨가함으로써, 또는 알킬렌 모이어티에 2 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 하나 이상의 알킬렌 옥시드로부터의 촉매로서 루이스산, 예를 들어 안티몬 펜타클로라이드, 보론 플루오라이드 에테레이트 등, 또는 백토(fuller’s earth)를 사용한 양이온성 중합에 의해 수득될 수 있다.
스타터 분자는 일반적으로 이들의 평균 관능가는 2.0 내지 8.0, 또는 3.0 내지 8.0이 되도록 선택된다. 선택적으로, 적합한 스타터 분자의 혼합물이 사용된다.
폴리에테르 폴리올에 대한 스타터 분자는 아민 함유 및 하이드록실 함유 스타터 분자를 포함한다. 적합한 아민 함유 스타터 분자는 예를 들어, 지방족 및 방향족 디아민, 예컨대 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 부틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 페닐렌디아민, 톨루엔디아민, 디아미노디페닐메탄 및 이의 이성질체를 포함한다.
다른 적합한 출발 분자는 알칸올아민, 예를 들어 에탄올아민, N-메틸에탄올아민 및 N-에틸에탄올아민, 디알칸올아민, 예를 들어 디에탄올아민, N-메틸디에탄올아민 및 N-에틸디에탄올아민, 및 트리알칸올아민, 예를 들어 트리에탄올아민 및 암모니아를 더 포함한다.
일 실시예에서, 아민 함유 스타터 분자는 에틸렌디아민, 페닐렌디아민, 톨루엔디아민 또는 이들의 이성질체를 포함한다. 다른 실시예에서, 아민 함유 스타터 분자는 에틸렌디아민을 포함한다.
하이드록실-함유 스타터 분자는 당, 당 알코올, 예를 들어, 글루코스, 만니톨, 수크로스, 펜타에리트리톨, 소르비톨; 다가 페놀, 레졸, 예를 들어, 페놀 및 포름알데히드로부터 형성된 올리고머 축합 생성물, 트리메틸올프로판, 글리세롤, 글리콜, 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 이들의 축합 생성물, 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜, 예를 들어, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 및 물 또는 이들의 조합을 포함한다.
일 실시예에서, 하이드록실-함유 스타터 분자는 슈크로스, 소르비톨, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 트리메틸올프로판 및 이들의 혼합물과 같은 당 및 당 알코올을 포함한다. 다른 실시예에서, 하이드록실-함유 스타터 분자는 수크로스, 글리세롤, 펜타에리트리톨 및 트리메틸올프로판을 포함한다.
2 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 적합한 알킬렌 옥사이드는 예를 들어, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 테트라하이드로푸란, 1,2-부틸렌 옥사이드, 2,3-부틸렌 옥사이드 및 스티렌 옥사이드이다. 알킬렌 옥사이드는 단독으로, 연속으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 알킬렌 옥사이드는 프로필렌 옥사이드 및/또는 에틸렌 옥사이드이다. 다른 실시예에서, 알킬렌 옥사이드는 50 중량% 초과의 프로필렌 옥사이드를 포함하는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 혼합물이다.
폴리에테르 폴리올의 적합한 양은 폴리우레탄 수지의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 99 중량%, 또는 20 중량% 내지 99 중량%, 또는 심지어 40 중량% 내지 99 중량%이다.
적합한 폴리에스테르 폴리올은 2.0 내지 6.0, 또는 2.0 내지 5.0, 또는 2.0 내지 4.0의 평균 관능가, 및 30 mg KOH/g 내지 250 mg KOH/g, 또는 100 mg KOH/g 내지 200 mg KOH/g의 히드록실가를 갖는다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 폴리올은 카르복실산 또는 무수물과 히드록실기 함유 화합물의 반응 생성물에 기초한다. 적합한 카르복실산 또는 무수물은 2 내지 20개의 탄소 원자, 또는 4 내지 18개의 탄소 원자를 가지며, 예를 들어 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바식산, 데칸디카르복실산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 올레산, 프탈산 무수물이다. 구체적으로 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 올레산 및 프탈산 무수물 또는 이들의 조합을 포함한다
적합한 히드록실 함유 화합물은 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌-1,2-글리콜, 프로필렌-1,3-글리콜, 부틸-엔-1,4-글리콜, 부틸렌-2,3-글리콜, 헥산-1,6-디올, 옥탄-1,8-디올, 네오펜틸 글리콜, 시클로헥산 디메탄올 (1,4-비스-히드록시-메틸시클로헥산), 2-메틸-프로판-1,3-디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 헥스-안-1,2,6-트리올, 부탄-1,2,4-트리올, 트리메틸올에탄, 펜타에리트리톨, 퀴니톨, 만니톨, 소르비톨, 메틸 글리코시드, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌-프로필렌 글리콜, 디부틸렌 글리콜 및 폴리부틸렌 글리콜을 포함한다. 바람직하게는, 히드록실 함유 화합물은 에틸렌 글리콜, 프로필렌-1,2-글리콜, 프로필렌-1,3-글리콜, 부틸-엔-1,4-글리콜, 부틸렌-2,3-글리콜, 헥산-1,6-디올, 옥탄-1,8-디올, 네오펜틸 글리콜, 시클로헥산 디메탄올 (1,4-비스-히드록시-메틸시클로헥산), 2-메틸-프로판-1,3-디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 헥산-1,2,6-트리올, 부탄-1,2,4-트리올, 트리메틸올에탄, 펜타에리트리톨, 퀴니톨, 만니톨, 소르비톨, 메틸 글리코시드 및 디에틸렌 글리콜 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 히드록실 함유 화합물은 에틸렌 글리콜, 프로필렌-1,2-글리콜, 프로필렌-1,3-글리콜, 부틸-엔-1,4-글리콜, 부틸렌-2,3-글리콜, 헥산-1,6-디올, 옥탄-1,8-디올, 네오펜틸 글리콜 및 디에틸렌 글리콜 또는 이들의 조합을 포함한다. 다른 실시예에서, 히드록실 함유 화합물은 헥산-1,6-디올, 네오펜틸 글리콜 및 디에틸렌 글리콜 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.
적합한 폴리에테르-에스테르 폴리올은 100 mg KOH/g 내지 460 mg KOH/g, 또는 150 mg KOH/g 내지 450 mg KOH/g, 또는 심지어 250 mg KOH/g 내지 430 mg KOH/g의 하이드록실가를 가지며, 이들 구체예 중 임의의 구체예에서는 2.3 내지 5.0, 또는 심지어 3.5 내지 4.7의 평균 관능가를 가질 수 있다.
이러한 폴리에테르-에스테르 폴리올은 i) 적어도 하나의 하이드록실-함유 출발 분자; ii) 하나 이상의 지방산, 지방산 모노에스테르 또는 이들의 혼합물; iii) 2 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 하나 이상의 알킬렌 옥사이드의 반응 생성물로서 수득될 수 있다.
성분 i)의 스타터 분자는 일반적으로 성분 i)의 평균 관능가는 3.8 내지 4.8, 또는 4.0 내지 4.7, 또는 심지어 4.2 내지 4.6이 되도록 선택된다. 선택적으로, 적합한 스타터 분자의 혼합물이 사용된다.
일 실시예에서, 성분 i)의 하이드록실-함유 스타터 분자는 당, 당 알코올(글루코스, 만니톨, 수크로스, 펜타에리트리톨, 소르비톨), 다가 페놀, 예를 들어 페놀 및 포름알데히드로부터 형성된 올리고머 축합 생성물, 트리메틸올프로판, 글리세롤, 에틸렌 글리콜과 같은 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 이들의 축합 생성물, 예를 들어 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 및 물 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 성분 i)의 히드록실-함유 스타터 분자는 당 및 당 알코올, 예컨대 수크로스 및 소르비톨, 글리세롤, 및 상기 당 및/또는 당 알코올과 글리세롤, 물 및/또는 글리콜, 예컨대 디에틸렌 글리콜 및/또는 디프로필렌 글리콜의 혼합물로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 성분 i)는 글리세롤, 디에틸렌 글리콜 및 디프로필렌 글리콜로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 성분 i)는 수크로오스와 글리세롤의 혼합물을 포함한다.
상기 지방산 또는 지방산 모노에스테르 ii)는 폴리히드록시 지방산, 리시놀레산, 히드록실-개질된 오일, 히드록실-개질된 지방산 및 미리스톨레산, 팔미톨레산, 올레산, 스테아르산, 팔미트산, 바센산, 페트로셀산, 가돌레산, 에루크산, 네르보닉산, 리놀레산, a- 및 g-리놀렌산, 스테아리돈산, 아라키돈산, 티몬돈산, 클루파노돈산 및 세르보론산 또는 이들의 조합을 기반으로 하는 지방산 에스테르로부터 선택된다. 지방산 메틸 에스테르는 바람직한 지방산 모노에스테르이다. 일 실시예에서, 지방산 ii)는 스테아르산, 팔미트산, 리놀렌산 및 특히 올레산, 이들의 모노에스테르로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 지방산 ii)는 메틸 에스테르 및 이들의 혼합물을 포함한다. 지방산은 순수한 지방산으로 사용된다. 이와 관련하여, 예를 들어 바이오디젤 또는 메틸 올레에이트와 같은 지방산 메틸 에스테르를 사용하는 것이 바람직하다.
바이오디젤은 2010년 EN 14214 표준의 의미 내에서 지방산 메틸 에스테르를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 일반적으로 평지씨유, 대두유 또는 팜유로부터 생산되는 바이오디젤의 주요 구성성분은 포화 C16 내지 C18 지방산의 메틸 에스테르 및 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산과 같은 모노- 또는 폴리불포화 C18 지방산의 메틸 에스테르이다.
2 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 적합한 알킬렌 옥시드 iii)은 예를 들어 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 테트라히드로푸란, 1,2-부틸렌 옥시드, 2,3-부틸렌 옥시드 및/또는 스티렌 옥시드이다. 알킬렌 옥사이드는 단독으로, 연속으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 알킬렌 옥사이드는 프로필렌 옥사이드 및 에틸렌 옥사이드를 포함한다. 다른 실시예에서, 알킬렌 옥사이드는 50 중량% 초과의 프로필렌 옥사이드를 포함하는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 혼합물이다. 다른 실시예에서, 알킬렌 옥사이드는 순수한 프로필렌 옥사이드를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 적합한 사슬 연장제는 분자량이 60 g/mol 내지 300 g/mol인 알칸올 아민, 디올 및/또는 트리올로부터 선택된다. 이들 사슬 연장제의 적합한 양은 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 사슬 연장제는 폴리우레탄 수지의 총 중량을 기준으로 99 중량% 이하, 또는 20 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이소시아네이트에 대해 반응성인 시판 가능한 화합물, 예를 들어 BASF로부터의 Sovermol®, Pluracol® 및 Quadrol®이 또한 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본원에 기재된 폴리우레탄 수지는 촉매 및/또는 첨가제의 존재 하에 수득될 수 있다. 적합한 촉매가 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 3급 아민 및 포스핀 화합물, 금속 촉매, 예컨대 다양한 금속의 킬레이트, 강산의 산성 금속 염; 강염기, 다양한 금속의 알코올레이트 및 페놀레이트, 다양한 금속과의 유기산의 염, 4가 주석, 3가 및 5가 As, Sb 및 Bi의 유기금속 유도체 및 철 및 코발트의 금속 카르보닐 및 이들의 혼합물이 촉매로서 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 3급 아민은, 이에 제한되는 것은 아니나, 트리에틸아민, 트리부틸아민, N-메틸모르폴린, N-에틸모르폴린, N,N, N', N'-테트라메틸에틸렌디아민, 펜타메틸-디에틸렌트리아민 및 고급 동족체 (예를 들어, DE-A 2,624,527 및 2,624,528에 기재된 바와 같음), 1,4-디아자비시클로(2.2.2)옥탄, N-메틸-N'-디메틸-아미노에틸피페라진, 비스-(디메틸아미노알킬)피페라진, 트리스(디메틸아미노프로필)헥사히드로-1,3,5-트리아진, N,N-디메틸벤질아민, N,N-디메틸시클로헥실아민, N,N-디에틸-벤질아민, 비스-(N,N-디에틸아미노에틸)아디페이트, N,N,N',N'-테트라메틸-1,3-부탄디아민, N,N-디메틸-p-페닐에틸아민, 1,2-디메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 모노사이클릭 및 바이사이클릭 아민과 함께 2,2-비스-(디메틸아미노에틸)에테르와 같은 비스-(디알킬아미노)알킬 에테르를 포함한다. 이에 제한되는 것은 아니나, 트리스(디메틸아미노프로필)헥사하이드로-1,3,5-트리아진과 같은, 트리아진 화합물이 또한 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 금속 촉매는, 이에 제한되는 것은 아니나, 주석-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 비스무트-, 아연-, 알루미늄- 및 철 화합물, 예컨대 주석 유기 화합물, 바람직하게는 디메틸주석 또는 디에틸주석과 같은 주석 알킬, 또는 지방족 카르복실산에 기초한 주석 유기 화합물, 바람직하게는 주석 디아세테이트, 주석 디라우레이트, 디부틸 주석 디아세테이트, 디부틸 주석 디라우레이트, 비스무트 화합물, 예컨대 비스무트 알킬 또는 관련 화합물, 또는 철 화합물, 바람직하게는 철-(II)-아세틸아세토네이트 또는 카르복실산의 금속 염, 예컨대 주석-II-이소옥토에이트, 주석 디옥토에이트, 티타늄 산 에스테르 또는 비스무트-(III)-네오데카노에이트 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 염 및 유기금속을 포함한다.
전술한 바와 같이, 촉매는 폴리우레탄 수지의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 첨가제는 알킬렌 카르보네이트, 카르보아미드, 피롤리돈, 충전제, 난연제, 염료, 안료, IR 흡수 물질, UV 안정화제, 가소제, 대전방지제, 진균제, 정균제, 가수분해 조절제, 항산화제, 세포 조절제 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 첨가제에 관한 추가의 세부사항은 예를 들어 문헌 쉬허의 폴리우레탄 핸드북, 2판, 2013에서 찾을 수 있다. 이들 첨가제의 적합한 양은 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 예를 들어, 첨가제는 폴리우레탄 수지의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
열가소성 수지
일 실시예에서, 실시예 1의 제2 요소(20)는 열가소성 수지로 제조된다. 적합한 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 및 아세탈 수지로부터 선택된다.
일 실시예에서, 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지 및 아세탈 수지로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 열가소성 수지는 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지 및 아세탈 수지로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 열가소성 수지는 폴리아미드 수지를 포함한다.
다른 실시예에서, 실시예 1의 제2 요소(20)는 폴리아미드 수지로 제조된다. 적합한 폴리아미드 수지는 90 ml/g 내지 350 ml/g의 점도 수를 갖는다. 본 문맥에서, 점도 수는 ISO 307에 따라 25°C에서 96 중량% 황산 중 폴리아미드의 0.5 중량% 용액으로부터 결정된다.
일 실시예에서, 폴리아미드 수지는, 예를 들어, 7 내지 13개의 고리원을 갖는 락탐으로부터 유도되거나, 디카르복실산과 디아민의 반응에 의해 수득된다. 락탐으로부터 유도된 폴리아미드의 예는 폴리카프로락탐, 폴리카프릴로락탐 및/또는 폴리라우로락탐을 포함한다.
다른 실시예에서, 적합한 폴리아미드 수지는, 이에 제한되는 것은 아니나, 나일론-6을 유도하는 아미노카프로니트릴과 같은, ω-아미노알킬 니트릴로부터 수득 가능한 것들을 더 포함한다. 추가로, 디니트릴은 디아민과 반응할 수 있다. 예를 들어, 아디포니트릴을 헥사메틸렌디아민과 반응시켜 나일론-6,6을 수득할 수 있다. 니트릴의 중합은 수분의 존재 하에 수행되며 직접 중합으로도 알려져 있다.
디카르복실산 및 디아민으로부터 수득가능한 폴리아미드 수지가 사용되는 경우, 6 내지 36개의 탄소 원자, 또는 6 내지 12개의 탄소 원자, 또는 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디카르복실알칸(지방족 디카르복실산)이 사용될 수 있다. 방향족 디카르복실산도 적합하다. 디카르복실산의 예는 아디프산, 아젤라산, 세바식산, 도데칸디오익산 및 테레프탈산 및/또는 이소프탈산을 포함한다.
적합한 디아민은, 예를 들어 4 내지 36개의 탄소 원자, 또는 6 내지 12개의 탄소 원자, 특히 6 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알칸디아민, 및 방향족 디아민, 예를 들어 m-크실릴렌디아민, 디(4-아미노페닐)메탄, 디(4-아미노시클로헥실)메탄, 2,2-디(4-아미노페닐)프로판, 2,2-디(4-아미노시클로헥실)프로판 및 1,5-디아미노-2-메틸펜탄을 포함한다.
다른 실시예에서, 폴리아미드 수지는 폴리헥사메틸렌디파미드, 폴리헥사메틸렌세바카미드 및 폴리카프로락탐 및 또한 나일론-6/6,6을 포함하며, 특히 5 중량% 내지 95 중량% 사이의 카프로락탐 단위의 비율을 갖는다.
이어지는 다음의 비한정적 리스트는 실시예 1에서 제2 요소(20)에서 앞서 언급된 폴리아미드 수지를 포함한다.
AB 폴리머:
Figure pct00001
AA/BB 폴리머:
Figure pct00002
일 실시예에서, 실시예 1의 제2원소(20)는 폴리아미드 6, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 6.9, 폴리아미드 6.10 및 폴리아미드 6.12로부터 선택되는 폴리아미드 수지로 제조된다. 다른 실시예에서, 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 12 및 폴리아미드 6.6으로부터 선택된다.
또 다른 실시예에서, 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6를 포함한다. 따라서, 일 실시예에서, 실시예 1의 제2 요소(20)는 폴리아미드 6으로 제조된다.
또 다른 실시예에서, 열가소성 수지는 강화 섬유를 더 포함한다. 적합한 강화 섬유는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 광물 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 케나프 섬유, 황마 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로오스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유로부터 선택된다.
일 실시예에서, 강화 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 광물 섬유, 현무암 섬유, 케나프 섬유 및 황마 섬유로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 강화 섬유는 유리 섬유를 포함한다.
따라서, 일 실시예에서, 실시예 1의 제2 요소(20)의 열가소성 수지는 유리섬유를 포함한다.
섬유 재료와 유사하게, 강화 섬유는 또한 표면 처리제 또는 사이징이 적용될 수 있다. 예를 들어, 강화 섬유는, 이에 제한되는 것은 아니나, 우레탄 커플링제 및 에폭시 커플링제와 같은 커플링제를 사용하여 표면 처리가 적용될 수 있다. 표면 처리를 위한 임의의 적합한 기술들이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 딥 코팅 및 스프레이 코팅이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 우레탄 커플링제는 적어도 하나의 우레탄기를 포함한다. 강화 섬유와 함께 사용하기에 적합한 우레탄 커플링제는 예를 들어, 미국 공개 번호 제2018/0282496호에 기재된 바와 같이, 당업자에게 공지되어 있다. 일 실시예에서, 우레탄 커플링제는, 이에 제한되는 것은 아니나, m-자일릴렌 디이소시아네이트(XDI), 4,4'-메틸렌비스(시클로헥실 이소시아네이트)(HMDI) 또는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 및 폴리에스테르계 폴리올 또는 폴리에테르계 폴리올과 같은, 예를 들어 이소시아네이트의 반응 생성물을 포함한다.
다른 실시예에서, 에폭시 커플링제는 적어도 하나의 에폭시기를 포함한다. 강화 섬유와 함께 사용하기 위한 적합한 에폭시 커플링제는 예를 들어 본원에 참조로서 통합된 미국 공개 번호 제2015/0247025호에 설명된 바와 같이, 당업자에게 공지되어 있다. 일 실시예에서, 에폭시 커플링제는 지방족 에폭시 커플링제, 방향족 에폭시 커플링제 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 지방족 커플링제의 비제한적인 예는 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 폴리에테르 폴리에폭시 화합물 및/또는 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 폴리올 폴리에폭시 화합물을 포함한다. 방향족 커플링제로서, 비스페놀 A 에폭시 화합물 또는 비스페놀 F 에폭시 화합물이 사용될 수 있다.
본원에 설명된 바와 같은, 이들 커플링제의 적합한 양은 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 일 실시예에서, 커플링제는 강화 섬유의 100릴량부(parts by mass)에 대해 0.1 질량부 내지 10.0 질량부의 양으로 존재할 수 있다.
강화 섬유의 적절한 양은 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 일 실시예에서, 보강 섬유는 열가소성 수지의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 90 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 강화 섬유는 10 중량% 내지 80 중량%, 또는 10 중량% 내지 90 중량%, 또는 70 중량% 내지 60 중량%의 양으로 존재한다. 또 다른 실시예에서, 이는 20 중량% 내지 60 중량%, 또는 20 중량% 내지 50 중량%, 또는 20 중량% 내지 40 중량%로 존재한다.
방법
일 실시예에서, 실시예 1의 방법은 단계 (A) 제1 요소(10)를 수득하기 위해 다이 내에 섬유 강화 폴리우레탄을 인발성형하는 단계로서, 상기 다이는 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함하는, 상기 인발성형하는 단계를 포함한다.
인발성형은 당업자에게 잘 알려져 있지만, 전형적인 단계는, 이에 제한되는 것은 아니나,
(P1) 함침 다이를 통해 섬유 재료를 풀링하는 단계,
(P2) 이소시아네이트 및 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물을 촉매 및/또는 첨가제와 함께 공급하여 반응 혼합물을 수득하고 반응 혼합물을 함침 다이에 공급하는 단계,
(P3) 함침 다이 내에서 반응 혼합물의 중합에 충분한 시간 기간 및 온도에서 함침 다이에서 섬유 재료를 반응 혼합물과 접촉시켜 섬유 강화 폴리우레탄을 수득하는 단계,
(P4) 섬유 강화 폴리우레탄을 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함하는 다이를 통해 보내 제1 요소(10)를 수득하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 시판 가능한 폴리우레탄 수지도 사용될 수 있다. 이 경우, 섬유 강화 폴리우레탄은 직접 수득될 것이며, (P2) 단계는 생략될 수 있다. 이러한 대안적인 배열은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 따라서 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 단계 (P1)에서의 함침 다이와 단계 (P4)에서의 다이는 구조적으로 상이하다. 다른 실시예에서, 단계(P1)에서의 함침 다이와 단계(P4)에서의 다이는 동일하다 또 다른 실시예에서, 실시예 1의 단계 (P4)에서의 다이와 단계 (A)에서의 다이는 동일하다. 단계 (P1)의 함침 다이 및 단계 (P4)의 다이를 구성하기에 적합한 재료는 당업자에게 잘 알려져 있다.
일 실시예에서, 함침 다이는 반응 혼합물의 적절한 혼합 및 섬유 재료의 적절한 함침을 제공해야 한다. 함침 다이에는 섬유 재료를 함침시키기 전에 반응 혼합물의 혼합을 제공하는 정적 혼합기와 같은 혼합 장치가 장착될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 고압 충돌 혼합 장치 또는 저압 충돌 장치 또는 회전 패들과 같은 저압 동적 혼합기와 같은, 다른 유형의 선택적 혼합 장치가 또한 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 추가적인 혼합 장치 없이, 적절한 혼합이 함침 다이 자체에 제공된다.
내부 몰드 이형 첨가제가 단계 (P2)의 반응 혼합물의 인발성형에 사용될 수 있다. 내부 금형 이형 첨가제는 함침 다이에서 점착되거나 축적되는 것을 방지한다. 적합한 내부 몰드 이형제는, 이에 제한되는 것은 아니나, 에루카미드 또는 스테아르아미드와 같은 지방 아미드, 올레산과 같은 지방산, 올레산 아미드, 부틸 스테아레이트와 같은 지방 에스테르, 옥틸 스테아레이트, 에틸렌 글리콜 모노스테아레이트, 에틸렌 글리콜 디스테아레이트, 글리세린 디-올레에이트, 글리세린 트리-올레에이트, 및 디옥틸 세바케이트와 같은 장쇄 지방족 일가 알코올과 폴리카르복실산의 에스테르, 스테아르산 아연 및 스테아르산 칼슘과 같은 지방산 금속 카르복실레이트, 몬탄 왁스와 같은 왁스, 염소화 왁스, 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소 함유 화합물, 지방 알킬 포스페이트(산성 및 비산성 유형 모두), 염소화 알킬 포스페이트, 탄화수소 오일 및 이들의 조합을 포함한다.
인발성형에 사용하기 위한 다른 적합한 첨가제는 수분 제거제, 예컨대 분자체, 소포제, 예컨대 폴리디메틸실록산, 커플링제, 예컨대 모노-옥시란 또는 유기-아민 작용성 트리알킬실란 및 이들의 조합을 포함한다. 점토 및 미세 실리카와 같은 미세 미립자 충전제가 종종 요변성 첨가제로서 사용된다.
단계 (P1)에서의 함침 다이 및 단계 (P4)에서의 다이의 적합한 온도는 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 일 실시예에서, 단계(P4)에서의 다이의 온도는 단계(P1)에서의 함침 다이의 온도보다 높다.
다른 실시예에서, 인발성형은 인발성형 장치에서 수행될 수 있다. 상기 인발성형 장치는 선택적으로 복수의 경화 구역들을 포함할 수 있다. 본 맥락에서, "경화 구역"은 실시예 1에서 단계 (P4) 또는 단계 (A)의 다이를 포함하는 구역을 지칭한다.
일 실시예에서, 인발성형 장치는 하나 이상의 경화 구역들, 예를 들어, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 경화 구역들을 갖는다. 원하는 경우, 상이한 경화 구역들이 상이한 온도로 설정될 수 있지만, 모든 경화 구역들은 단계(P1)에서 함침 다이의 온도보다 높은 온도를 가져야 한다. 다른 실시예에서, 인발성형 장치는 하나 이상의 함침 다이를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 인발성형 장치는 제1 경화 구역 이전에 위치된 하나의 함침 다이를 갖는다. 함침 다이는 섬유 재료가 함침되기 전에 반응 혼합물 내에서 중합을 제공하는 온도로 설정된다. 본 발명은 인발성형 장치에 의해 제한되지 않는다. 이러한 장치는 예를 들어 제WO 2000/029459호에 기술된 바와 같이 당업자에게 잘 알려져 있다.
2-성분 이상의 반응 혼합물을 수득하는 것은 본 발명의 더 넓은 범위 내에 있다. "2-성분"이란 주로 A-측 성분 (이소시아네이트) 스트림 및 B-측 성분 (이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물) 스트림이 인발성형 장치 내로 공급되어 반응 혼합물을 수득하는 것으로 지칭된다. A-측 및 B-측 성분들은, 서로 독립적으로, 촉매 및/또는 첨가제를 적절한 양으로 더 함유할 수 있다. 그렇지 않으면, 실시예 1의 단계 (A)에서의 인발성형은 또한 2-성분 시스템 또는 심지어 다성분 시스템을 처리할 수 있다. "다성분 시스템"이란 2개 이상, 예를 들어 3개, 4개, 5개, 6개 또는 7개의 개별 성분 스트림을 지칭한다. 즉, A-측 성분 및 B-측 성분을 포함하는 스트림 이외에, 상기 스트림이 A측 및 B측 성분들과 다르도록, 이소시아네이트, 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물, 촉매 및 첨가제를 포함하는 적어도 하나의 다른 개별 스트림이 존재할 수 있다.
2-성분 시스템 또는 다성분 시스템에서 성분들 사이의 적합한 혼합 비율은 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 2성분 시스템을 사용하는 동안, 이소시아네이트와 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물 사이의 혼합 비율은 1.0:3.0 내지 3.0:1.0, 또는 1.0:2.0 내지 2.0:1.0, 또는 심지어 1.0:1.0이다.
일 실시예에서, 단계 (A) 또는 복수의 경화 구역들에서의 적합한 온도 범위는 80°C 내지 250°C이다.
다른 실시예에서, 반응 혼합물은 25°C에서 적어도 400초의 겔 시간을 갖는다. 다른 실시예에서, 25°C에서의 겔 시간은 4000초 미만이다.
다른 실시예에서, 실시예 1의 단계 (A)는 상기의 단계 (P1) 내지 단계 (P4)에서 정의된 서브 단계들을 갖는다. 따라서, 일 실시예에서, 실시예 1에서의 단계들의 시간적 시퀀스는 단계 (P1) →단계 (P2) →단계 (P3) →단계 (P4) →단계 (B)가 된다.
다른 실시예에서, 실시예 1의 방법은 단계 (A) 제1 요소(10)를 수득하기 위해 다이 내에 섬유 강화 폴리우레탄을 압출성형하는 단계로서, 상기 다이는 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함하는, 상기 압출성형하는 단계를 포함한다. 당업자는 실시예 1에서 제1 요소(10)를 수득하기 위한 적합한 압출성형 기술을 잘 알고 있다.
단계 (A)에서의 다이는 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함한다. 본원에서, "표면 피쳐(surface feature)"라는 용어는 요소들의 표면 특성들을 지칭한다. 상기 문구는 예를 들어, 본 문맥에서 제1 요소(10) 및 제2 요소(20)와 같은 요소들의 표면 상의 가능한 물리적 변형을 정의한다. 일 실시예에서, 제1 표면 피쳐들은 섬유 강화 폴리우레탄에서의 섬유 파손이 최소이거나 없도록 선택된다. 적합한 표면 피쳐들은, 이에 제한되는 것은 아니나, 홈(groove)들 및 돌기(protrusion)들을 포함한다. 다른 실시예에서, 실시예 1의 단계 (A)에서의 복수의 제1 표면 피쳐들은 복수의 홈들이다.
실시예 1의 단계 (A)에서 수득된 제1 요소(10)는 외부 표면(11)을 포함한다. 제1 요소(10)의 표면 특성은 다이의 물리적 변형들 또는 표면 피쳐들에 의해 정의된다. 따라서, 외부 표면(11)은 본원에 설명된 바와 같이, 다이의 복수의 제1 표면 피쳐들에 의해 형성된 복수의 제2 표면 피쳐들(12)을 포함한다. 일 실시예에서, 복수의 제1 표면 피쳐들은 복수의 홈들이고, 따라서 복수의 제2 표면 피쳐들(12)은 실시예 1에서 그로부터 수득되는 복수의 수형(male) 부분이다. 이는 도 1에 도시되어 있다.
다른 실시예에서, 외부 표면(11)은 실시예 1에서 다이의 복수의 홈들에 의해 형성된 복수의 수형 부분들을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 실시예 1에서의 복수의 제2 표면 피쳐들(12)은 제1 측면(12a), 제2 측면(12b), 및 바닥면(12c)을 포함한다. 제1 측면(12a)과 제2 측면(12b)은, 상기 제1 측면(12a)과 상기 제2 측면(12b)을 연결하는 바닥면(12c)을 사이에 두고 서로 대향하여 배치되어, 제2 표면 피쳐(12)를 형성한다.
다른 실시예에서, 제1 측면(12a), 제2 측면(12b) 및 바닥면(12c)은 균일한 표면 또는 불균일한 표면이다. "균일한 표면"이란, 매끄러운 표면을 지칭하지만, 이러한 표면은 만곡된거나 평탄한 표면일 수 있다. "불균일한 표면"이란, 거친 표면을 지칭한다. 달리 말하면, 불균일한 표면은 매끄러운 표면이 아니며, 이에 제하되는 것은 아니나, 세레이션(serrations), 톱니 모양(sawtooth), 들쭉날쭉한 모양(saw-edged), 톱니형(toothed), 지그재그형(zigzag), 노치형(notched) 및 만입형(indented)과 같은 복수의 표면 특성들을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 도 2a는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제1 실시예를 예시하며, 여기서 제2 표면 피쳐(12)는 균일한 표면, 특히 도브테일(dovetail) 돌출부이다.
다른 실시예에서, 도 2b는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제2 실시예를 예시하며, 제2 표면 피쳐(12)는 불균일한 표면, 특히 톱니형(serrated) 돌출부이다.
다른 실시예에서, 도 2c는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제3 실시예를 예시하며, 여기서 제2 표면 피쳐(12)는 균일한 표면, 특히 T형 돌출부이다.
또 다른 실시예에서, 도 2d는 제1 요소(10)의 제2 표면 피쳐(12)의 제4 실시예를 예시하며, 여기서 제2 표면 피쳐(12)는 균일한 표면, 특히 벨형(bell-shaped) 돌출부이다.
다른 실시예에서, 제1 측면(12a), 제2 측면(12b) 및 바닥면(12c) 각각은, 본원에 설명된 바와 같이, 균일한 표면이며, 도브테일 돌출부를 형성하는 방식으로 배열된다. 따라서, 일 실시예에서, 실시예 1에서 복수의 제1 표면 피쳐들에 의해 형성된 복수의 제2 표면 피쳐들(12)은 다이의 복수의 홈들에 의해 형성된 복수의 도브테일 돌출부들이다.
다른 실시예에서, 제2 표면 피쳐들(12)은 실시예 1에서, 높이 방향으로, 제1 요소(10)의 높이를 따라 외부 표면(11)으로부터 외향으로 연장되고, 폭 방향으로, 제1 요소(10)의 폭을 따라 외부 표면(11)으로부터 연장되며, 길이 방향으로, 제1 요소(10)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 외부 표면(11)으로부터 연장되는 돌출부들이다. 일 실시예에서, 제2 표면 피쳐들(12)은, 이에 제한되는 것은 아니나, 도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이, 도브테일 돌출부, T형 돌출부, 톱니형 돌출부 및 벨형 돌출부로부터 선택될 수 있다.
제1 요소(10)는 종래의 연속적인 단면을 포함하는, 임의의 적합한 기하학적 형상을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본원에 설명된 바와 같이, 이는 두께 및 제2 표면 피쳐들(12)을 갖는 중공 요소일 수 있다. 적합한 기하학적 형상의 선택은 성형품(100)의 최종 애플리케이션에 따라 달라진다. 당업자는 원하는 형상의 물품(100)을 수득하기 위해 제1 요소(10)의 종래의 변형을 잘 알고 있다.
다른 실시예에서, 제2 표면 피쳐(12) 및 제3 표면 피쳐(22)는 수형 부분, 암형(female) 부분 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 제2 표면 피쳐(12)는 수형 부분이고, 제3 표면 피쳐(22)는 암형 부분이다.
다른 실시예에서, 제2 표면 피쳐(12)는 암형 부분이고, 제3 표면 피쳐(22)는 수형 부분이다. 이는 도 3에 도시되어 있으며, 제2 표면 피쳐들(12)은 실시예 1에서, 깊이방향으로, 제1 요소(10)의 높이를 따라 외부 표면(11)에서 내향으로 연장되고, 폭 방향으로, 제1 요소(10)의 폭을 따라 외부 표면(11) 내부로 연장되고, 길이 방향으로, 제1 요소의 길이를 따라 적어도 부분적으로 외부 표면(11) 내부로 연장되는 리세스들이다. 일 실시예에서, 제 1 측면 (12a), 제 2 측면 (12b) 및 바닥면 (12c) 각각은 균일한 표면이며, 도브테일 홈을 형성하는 방식으로 배열된다.
다른 실시예에서, 실시예 1의 단계 (B)에서 제 2 요소(20)의 외부 표면 (21)은 복수의 암형 부분들을 포함한다.
다른 실시예에서, 제2 표면 피쳐(12) 및 제3 표면 피쳐(22)는 혼합된 표면 특성을 가질 수 있다. 즉, 제1 요소(10) 및/또는 제2 요소(20)의 외부 표면(11, 21)은 암형 부분들뿐만 아니라 수형 부분들 둘 다를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제2 요소(20)는 실시예 1의 단계 (B)에서 성형품(100)을 수득하기 위해 제1 요소(10) 상에 사출 성형된다.
다른 실시예에서, 실시예 1의 단계 (B)에서의 온도는 270°C 내지 300°C 사이이다.
다른 실시예에서, 단계 (B)에서의 사출 성형은 실시예 1에서의 사출 오버몰딩이다. 본 발명의 적합한 오버몰딩 기술들은 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 과립 형태의 열가소성 수지를 함유하는 호핑된(hopped) 것에 연결되고 내부에 배치된 스크류 샤프트를 갖는 가열된 사출 배럴을 배열함으로써 오버몰딩이 수행될 수 있다. 열가소성 수지는, 열가소성 수지가 가열되고 공급 포트를 통해 용융 상태로 제1 요소(10) 상으로 주입되는 스크류 샤프트의 작용에 의해, 사출 배럴 내로 공급된다. 이는 외부 표면(21)을 포함하는 제2 요소(20)를 형성하고, 상기 외부 표면(21)은 복수의 제3 표면 피쳐들(22)을 포함한다.
일 실시예에서, 실시예 1에서의 복수의 제3 표면 피쳐들(22)은 제1 측면(22a), 제2 측면(22b), 및 바닥면(22c)을 포함한다. 제1 측면(22a)과 제2 측면(22b)은, 상기 제1 측면(22a)과 상기 제2 측면(22b)을 연결하는 바닥면(22c)을 사이에 두고 서로 대향하여 배치되어, 제3 표면 피쳐(22)를 형성한다. 제2 표면 피쳐와 유사하게, 제3 표면 피쳐(22)의 제1 측면(22a), 제2 측면(22b) 및 바닥면(22c)은 균일한 표면 또는 불균일한 표면이다. 그러나, 제3 표면 피쳐의 제1 측면(22a), 제2 측면(22b) 및 바닥면(22c)은 제1 요소가 제2 요소를 확실하게 로킹하도록 선택된다. 즉, 제2 표면 피쳐들(12)은 제3 표면 피쳐들(22) 각각과 완전히 중첩된다.
다른 실시예에서, 제3 표면 피쳐들(22)은 실시예 1에서, 깊이 방향으로, 제2 요소(20)의 높이를 따라 외부 표면(21)에서 내향으로 연장되고, 폭 방향으로, 제2 요소(20)의 폭을 따라 외부 표면(21) 내부로 연장되고, 길이 방향으로, 제2 요소(20)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 외부 표면(21) 내부로 연장되는 리세스들이다.
일 실시예에서, 제2 요소(20)는 실시예 1의 제1 요소(10)의 대응되는 길이, 폭 및 높이와 동일한 길이, 폭 및 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 제2 요소(20)는 실시예 1의 제1 요소(10)의 길이, 폭 및 높이와 상이한 길이, 폭 및 높이를 갖는다.
다른 실시예에서, 제2 요소(20) 내의 제3 표면 피쳐들(22) 각각은 실시예 1의 제1 요소(10) 내의 제2 표면 피쳐들(12) 각각과 동일하다.
제2 요소(20)는 종래의 연속적인 단면을 포함하는, 임의의 적합한 기하학적 형상을 가질 수 있다는 것이 추가로 이해되어야 한다. 예를 들어, 제2 요소(20)는, 이에 제한되는 것은 아니나, 브라켓(bracket)들, 리브(rib)들 및 보스(boss)들과 같은 다양한 복잡한 피쳐들을 가질 수 있다. 이러한 피쳐들은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 따라서 발명이 이에 한정되는 것은 아니다 이러한 복잡한 피쳐들의 존재는 성형품(100)의 기계적 속성을 추가로 개선시킨다.
일 실시예에서, 제2 요소(20)의 외부 표면(21) 상의 표면 특성들은 제1 요소(10)의 외부 표면(21) 상의 표면 특성들에 주로 좌우된다. 제2 요소(20)의 외부 표면(21)은 제1 요소(10)의 표면 특성들을 보완하는 표면 특성들을 취한다. 달리 말하면, 제1 요소(10) 및 제2 요소(20)의 표면 특성들은, 제1 요소(10)가 제2 요소(20)를 확실하게 록킹하여 성형품(100)을 형성하도록 한다. "확실하게 록킹(positively lock)", "확실하게 인터록킹(positively interlock)" 및 "확실한 인터로킹(positive interlock)"이라는 문구들은 본 문맥 내에서 상호교환적으로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 확실한 인터록킹은 제 3 표면 피쳐들(22) 각각과 완전히 중첩되는 제 2 표면 피쳐들(12) 각각에 의해 형성된다. 즉, 이는 곧, 제2 표면 피쳐들(12) 각각이 제3 표면 피쳐들(22) 각각에 완전히 끼워져서 실시예 1의 인터록킹을 형성한다는 것이다.
제1 요소(10)와 제2 요소(20)에 의해 형성되는 확실한 인터록킹은 박리 테스트에 의해 결정될 수 있다. 박리 테스트에서, 제1 요소(10)는 본원에 설명된 바와 같이, 미리 결정된 치수의 사출 성형 툴 캐비티에 끼워지고 사출 오버몰딩된다. 오버몰딩 후에, 각 요소는 드릴링되고 탭핑되어, 요소들을 분리하기 시작하는 동시에 요소들을 분리하는 데 필요한 힘과 편향을 측정하기 위해 각 측면에 나사산이 형성된 파스너가 적용될 수 있다. 그런 다음, 최상의 접착력을 결정하기 위해 상이한 요소들, 표면 처리들 및 처리 조건들 간 비교가 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 본원에 설명된 확실한 로킹 외에, 실시예 1에서 제2 요소(20)와 제1 요소(10) 사이에 접착제 또는 체결 수단이 존재하지 않는다. 접착제 또는 체결 수단을 피함으로써, 성형품(100)은 접착제 또는 체결 수단을 사용하는 성형품보다 비교적 저렴하다. 여전히 접착제 또는 체결 수단이 없는 경우, 성형품(100)은 통상적인 성형품들보다 허용가능한 기계적 속성들 또는 사실상 동일하거나 심지어 우수한 기계적 속성들을 갖는다. 본 맥락에서, 체결 수단은 실시예 1에서 제2 요소(20)와 제1 요소(10)를 고정하기 위한 추가적인 장치들 또는 수단들로 지칭된다.
다른 실시예에서, 실시예 1의 제2 요소(20) 및 제1 요소(10)는 확실한 로킹 외의 접착제들 또는 체결 수단들을 더 포함한다. 이러한 목적을 위한 적합한 접착제들 또는 체결 수단들은 당업자에게 잘 알려져 있다. 접착제 또는 체결 수단의 존재는, 비록 약간 더 높은 비용을 초래하지만, 성형품(100)의 기계적 속성들을 추가로 개선시킨다.
본 실시예에서 성형품(100)을 제공하기 위해 열경화성 인발성형된 프로파일 상에 오버몰딩된 열가소성 수지는 열가소성 및 열경화성 재료들의 접합 능력을 향상시키고, 강성을 향상시키기 때문에 특히 유리하다. 또한, 인발성형된 열경화성 부분 상에 형성된 표면 피쳐들은 열가소성 재료를 사용하여 오버몰딩될 때 더 강한 인터로킹을 초래한다. 이는 성형품(100)이 허용가능한 또는 사실상 우수한 기계적 속성들을 갖는 복잡한 기하학적 형상을 가질 수 있게 하고, 제조하는데 비교적 저렴하며, 선택적으로 접착제 또는 체결 수단을 필요로 한다. 제1 요소(10) 및 제2 요소(20) 각각은 상이한 표면 특성들 및 복잡한 피쳐들을 각각 가질 수 있으며, 이에 의해 성형품(100)은, 이에 제한되는 것은 아니나, 차량 도어 침입 빔, 바디 인 화이드(BIW)의 구조적 인서트, 범퍼 빔, 기구 패널 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트 및 프론트-엔드 모듈 구조와 같은 많은 애플리케이션들에 적합하도록 한다.
전술한 바와 같은 특성들을 갖는 이러한 성형품(100)이 도 4에 도시되어 있다. 성형품(100)은 제1 요소(10)가 제2 요소(20)를 확실하게 록킹하고 복잡한 기하학적 형상을 지탱함으로써 수득되며, 이는 종래의 인발성형 및 사출 성형 기술들에서 어렵거나 사실상 가능하지 않다. 따라서, 본 발명은 성형품(100)을 수득하기 위한 신규하고 개선된 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 양태는 본원에 설명된 공정에 의해 수득된 성형품(100)에 관한 실시예 2이다.
본 발명의 또 다른 양태는 차량 도어 침입 빔, 바디 인 화이트의 구조적 인서트, 범퍼 빔, 계기판 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트 및 프론트 엔드 모듈 구조에서의 상기 성형품(100)의 사용에 관한 실시예 3이다.
도면부호 목록
Figure pct00003
본 발명은 다음의 실시예들 및 대응되는 종속 기준들 및 링크들로부터 기인하는 실시예들의 조합들에 의해 더 상세히 예시된다:
I. 성형품(100)을 생성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도,
(A) 제1 요소(10)를 수득하기 위해 다이에 섬유 강화 폴리우레탄을 인발성형 또는 압출성형하는 단계로서, 상기 다이는 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함하며,
제1 요소(10)는 외부 표면(11)을 포함하며, 외부 표면(11)은 다이에서의 복수의 제1 표면 피쳐들에 의해 형성된 복수의 제2 표면 피쳐들(12)을 포함하는, 상기 인발성형 또는 압출성형하는 단계,
(B) 상기 성형품(100)을 수득하기 위해 상기 제1 요소(10) 상에 제2 요소를(20) 사출 성형하는 단계로서, 상기 제2 요소(20)는 외부 표면(21)을 포함하고, 상기 외부 표면(21)은 복수의 제3 표면 피쳐들(22)을 포함하며,
상기 제1 요소(10)는 상기 제2 요소(20)와 확실하게 록킹(locks)하여 상기 제2 표면 피쳐들(12) 각각이 상기 제3 표면 피쳐들(22) 각각과 완전히 중첩되도록 하는, 상기 사출 성형하는 단계를 포함한다.
II. 실시예 I에 따른 방법에 있어서, 제2 표면 피쳐(12) 및 제3 표면 피쳐(22)는 수형 부분, 암형 부분 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
III. 실시예 I 또는 II에 따른 방법에 있어서, 섬유 강화 폴리우레탄은 섬유 재료 및 폴리우레탄 수지를 포함한다.
IV. 실시예 III에 따른 방법에 있어서, 섬유 재료는 100 g/m2 내지 1500 g/m2의 면적 중량을 갖는다.
V. 실시예 III 또는 IV에 따른 방법에 있어서, 섬유 재료는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 아라미드 섬유, 케나프 섬유, 황마 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로오스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유로부터 선택된다.
VI. 실시예 III 내지 V 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 섬유 재료는 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 아라미드 섬유 및 현무암 섬유로부터 선택된다.
VII. 실시예 III 내지 VI 중 하나 이상에 따른 방법 있어서, 폴리우레탄 수지는,
(a) 이소시아네이트, 및
(b) 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물을 반응시킴으로써 수득된다.
VIII. 실시예 VII에 따른 방법에 있어서, 이소시아네이트는 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트를 포함한다.
IX. 실시예 VIII에 따른 방법에 있어서, 지방족 이소시아네이트는 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트, 데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 1,2-, 1,3- 및 1,4-시클로헥산 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6-메틸시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-디시클로헥실디이소시아네이트, 1,3,5-시클로헥산 트리이소시아네이트, 이소시아네이토메틸시클로헥산 이소시아네이트, 이소시아네이토에틸시클로헥산 이소시아네이트, 비스(이소시아네이토메틸)-시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메탄, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
X. 실시예 VIII에 따른 방법에 있어서, 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트; 폴리머성 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트; 폴리머성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트; m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 4-클로로-1; 3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루닐렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리이소프로필-페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 3,3'-디에틸-비스페닐-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라에틸-디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라이소프로필디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 1-에틸-4-에톡시-페닐-2,5-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트; 1-에틸-3,5-디이소프로필 벤-젠-2,4,6-트리이소시아네이트 톨리딘 디이소시아네이트, 1,3,5-트리이소프로필 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트 카르보디이미드 개질된 이소시아네이트, 우레탄 개질된 이소시아네이트, 알로펜탄 개질된 이소시아네??, 이소시아누레이트 개질된 이소시아네이트, 우레아-개질된 이소시아네이트 및 뷰렛-함유 이소시아네이트, 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
XI. 실시예 VII 내지 X 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 이소시아네이트에 대해 반응성인 화합물은 폴리올을 포함하며 선택적으로 사슬 연장제를 포함한다.
XII. 실시예 XI에 따른 방법에 있어서, 폴리올은 2.0 내지 8.0의 평균 관능가 및 15 mg KOH/g 내지 1800 mg KOH/g의 히드록실가를 갖는다.
XIII. 실시예 XI 또는 XII에 따른 방법에 있어서, 폴리올은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르-에스테르 폴리올 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다.
XIV. 실시예 XI 내지 XIII 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 사슬 연장제는 49 g/mol 내지 399 g/mol의 분자량을 갖는다.
XV. 실시예 III 내지 XIV 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 폴리우레탄 수지는 촉매 및/또는 첨가제의 존재 하에서 수득된다.
XVI. 실시예 XV에 따른 방법에 있어서, 첨가제는 알킬렌 카르보네이트, 카르보아미드, 피롤리돈, 충전제, 난연제, 염료, 안료, IR 흡수 물질, UV 안정화제, 가소제, 대전방지제, 진균제, 정균제, 가수분해 조절제, 항산화제, 세포 조절제 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
XVII. 실시예 I 내지 실시예 XVI 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 단계 (A)에서, 복수의 제2 표면 피쳐들(12)은 제1 측면(12a), 제2 측면(12b) 및 바닥면(12c)을 포함한다.
XVIII. 제XVII에 따른 방법에 있어서, 제1 측면(12a)과 제2 측면(12b)은, 제1 측면(12a)과 제2 측면(12b)을 연결하는 바닥면(12c)을 사이에 두고 서로 대향하여 배치되어, 제1 표면 피쳐를 형성한다.
XIX. 실시예 XVIII에 따른 방법에 있어서, 제1 측면 (12a), 제2 측면 (12b) 및 바닥면 (12c)은 균일한 표면 또는 불균일한 표면이다.
XX. 실시예 XVII 내지 XIX 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제1 측면(12a), 제2 측면(12b) 및 바닥면(12c) 각각은 도브테일 돌출부를 형성하는 방식으로 배열된 균일한 표면이다.
XXI. 실시예 I 내지 실시예 XX 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제1 요소(10)의 외부 표면(11) 상의 제2 표면 피쳐들(12) 각각은 다이의 제1 표면 피쳐들 각각과 동일하다.
XXII. 실시예 I 내지 XXI 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제1 요소(10)의 외부 표면(11) 상의 제2 표면 피쳐들(12) 각각은 다이의 제1 표면 피쳐들 각각의 깊이와 동일한 높이를 갖는다.
XXIII. 실시예 I 내지 XXII 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 단계 (B)에서의 사출 성형은 사출 오버몰딩이다.
XXIV. 실시예 I 내지 실시예 XXIII 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제 2 표면 피쳐들(12)은, 높이 방향으로, 제 1 요소(10)의 높이를 따라 외부 표면(11)으로부터 외향으로 연장되고, 폭 방향으로, 제 1 요소(10)의 폭을 따라 외부 표면(11)으로부터 연장되며, 길이 방향으로, 제1 요소(10)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 외부 표면(11)으로부터 연장되는 돌출부들이다.
XXV. 실시예 I 내지 XXIV 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 단계 (B)에서의 온도는 270°C 내지 300°C 사이이다.
XXVI. 실시예 I 내지 XXV 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제 2 요소(20)는 열가소성 수지로 제조된다.
XXVII. 실시예 XXVI에 따른 방법에 있어서, 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 및 아세탈 수지로부터 선택된다.
XXVIII. 실시예 XXVI 또는 XXVII에 따른 방법에 있어서, 열가소성 수지는 폴리아미드 수지를 포함한다.
XXIX. 실시예 XXVII 또는 XXVIII에 따른 방법에 있어서, 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 6.9, 폴리아미드 6.10 및 폴리아미드 6.12로부터 선택된다.
XXX. 실시예 XXVII 내지 XXIX 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 12 및 폴리아미드 6.6으로부터 선택된다.
XXXI. 실시예 XXVII 내지 XXX 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6을 포함한다.
XXXII. 실시예 XXVI 내지 XXXI 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 열가소성 수지는 강화 섬유를 더 포함한다.
XXXIII. 실시예 XXXII에 따른 방법에 있어서, 강화 섬유는 금속 섬유, 금속화된 무기 섬유, 금속화된 합성 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 광물 섬유, 현무암 섬유, 무기 섬유, 케나프 섬유, 황마 섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 셀룰로오스 섬유, 사이잘 섬유 및 코이어 섬유로부터 선택된다.
XXXIV. 실시예 XXXII 또는 XXXIII에 따른 방법에 있어서, 강화 섬유가 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 섬유, 현무암 섬유, 케나프 섬유 및 황마 섬유로부터 선택된다.
XXXV. 실시예 XXXII 내지 XXXIV 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 강화 섬유는 유리 섬유를 포함한다.
XXXVI. 실시예 XXXII 내지 XXXV 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 강화 섬유에 표면 처리제가 적용된다.
XXXVII. 실시예 XXXVI에 따른 방법에 있어서, 표면 처리제는 실란 커플링제, 티타늄 커플링제, 알루미네이트 커플링제, 우레탄 커플링제 및 에폭시 커플링제로부터 선택되는 커플링제이다.
XXXVIII. 실시예 XXXII 내지 XXXVII 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 강화 섬유의 양은 열가소성 수지 및 강화 섬유를 포함하는 혼합물의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 50 중량% 사이이다.
XXXIX. 실시예 I 내지 XXXVIII 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제3 표면 피쳐들(22)은 깊이 방향으로, 제2 요소(20)의 높이를 따라 외부 표면(21)에서 내향으로 연장되고, 폭 방향으로, 제2 요소(20)의 폭을 따라 외부 표면(21) 내부로 연장되고, 길이 방향으로, 제2 요소(20)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 외부 표면(21) 내부로 연장되는 리세스들이다.
XL. 실시예 I 내지 XXXIX 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제2 요소(20)는 제1 요소(10)의 대응되는 길이, 폭 및 높이와 동일한 길이, 폭 및 높이를 갖는다.
XLI. 실시예 I 내지 XL 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제2 요소(20) 내의 제3 표면 피쳐들(22) 각각은 제1 요소(10) 내의 제2 표면 피쳐들(12) 각각과 동일하다.
XLII. 실시예 I 내지 XLI 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 확실한 인터록킹은 제3 표면 피쳐들(22) 각각과 완전히 중첩되는 제2 표면 피쳐들(12) 각각에 의해 형성된다.
XLIII. 실시 예 I 내지 XLII 중 하나 이상에 따른 방법에 있어서, 제2 요소(20)와 제1 요소(10) 사이의 확실한 록킹 외의 접착제 또는 체결 수단이 존재하지 않다.
XLIV. 실시예 I 내지 XLIII 중 하나 이상에 따른 방법에 의해 수득된 성형품(100).
XLV. 차량 도어 침입 빔, BIW의 구조적 인서트, 범퍼 빔, 계기판 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트, 프론트 엔드 모듈 구조에서, 실시예 XLIV에 따르거나 실시예 I 내지 XLIII 중 하나 이상에 따른 방법에 의해 수득되는 성형품(100)의 사용.
예들
현재 청구된 발명은 다음과 같은 비제한적 예들에 의해 예시된다:
화합물
Figure pct00004
표준 방법
Figure pct00005
평평한 인발성형된 샘플이 생성되며, 밀(mill)을 사용하여 도브테일 기하학적 형상(4 mm 폭 × 3 mm 깊이)으로 기계가공되었다. 이들 샘플들은 폴리아미드 수지로 오버몰딩되었으며 박리 시험이 적용되었다. 그 결과를 하기 표 1 및 2에 정리하였다.
박리 테스트
평평한 인발성형된 샘플로서, 섬유 강화 폴리우레탄 수지가 5 인치 (길이) × 0.5 인치 (폭) × 2 mm (두께)의 사출 성형 툴 캐비티에 끼워 넣어 2 mm 두께 층의 폴리아미드 수지로 오버몰딩되었다. 오버몰딩 후에, 각 재료는 드릴링되고 탭핑되어, 재료들을 분리하기 시작하는 동시에 재료들을 분리하는 데 필요한 힘과 편향을 측정하기 위해 각 측면에 나사산이 형성된 파스너가 적용될 수 있도록 하였다. 그런 다음, 최상의 접착력을 결정하기 위해 상이한 재료들, 표면 처리들 및 처리 조건들 간 비교가 이루어졌다.
도브테일 기반 확실한 인터록킹이 없는 샘플에 대한 박리 시험 결과
도브테일 없는 박리 테스트
샘플 번호 피크 부하(N)
1 3.56
2 8.01
3 6.675
4 88.555
5 25.365
6 220.72
7 67.195
8 20.025
9 3.115
10 3.56
도브테일 기반 확실한 인터록킹이 있는 샘플에 대한 박리 시험 결과
도브테일이 있는 박리 테스트
샘플 번호 피크 부하(N)
1 226.95
2 307.05
3 801
4 854.4
5 947.85
6 253.65
7 805.45
8 1041.3
9 872.2
10 792.1
표 1 및 2에서 명백한 바와 같이, 도브테일을 갖는 샘플들에 대한 피크 부하는 도브테일이 없는 샘플들보다 더 높다. 특정 샘플에 대해, 도브테일 기반 확실한 인터록킹에 대한 피크 부하는 도브테일이 없는 대응되는 샘플보다 더 다양하다.

Claims (11)

  1. 성형품(100)을 생성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도,
    (A) 제1 요소(10)를 수득하기 위해 다이에 섬유 강화 폴리우레탄을 인발성형 또는 압출성형하는 단계로서, 상기 다이는 복수의 제1 표면 피쳐들을 포함하며,
    상기 제1 요소(10)는 외부 표면(11)을 포함하며, 상기 외부 표면(11)은 상기 다이에서의 상기 복수의 제1 표면 피쳐들에 의해 형성된 복수의 제2 표면 피쳐들(12)을 포함하는, 상기 인발성형 또는 압출성형하는 단계,
    (B) 상기 성형품(100)을 수득하기 위해 상기 제1 요소(10) 상에 제2 요소를(20) 사출 성형하는 단계로서, 상기 제2 요소(20)는 외부 표면(21)을 포함하고, 상기 외부 표면(21)은 복수의 제3 표면 피쳐들(22)을 포함하며,
    상기 제1 요소(10)는 상기 제2 요소(20)와 확실하게 록킹하여 상기 제2 표면 피쳐들(12) 각각이 상기 제3 표면 피쳐들(22) 각각과 완전히 중첩되도록 하는, 상기 사출 성형하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면 피쳐(12) 및 상기 제3 표면 피쳐(22)는 수형(male) 부분, 암형(female) 부분 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 요소(10)의 상기 외부 표면(11) 상의 상기 제2 표면 피쳐들(12) 각각은 상기 다이의 상기 제1 표면 피쳐들 각각의 깊이와 동일한 높이를 갖는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 하나 이상에 있어서, 상기 제 2 표면 피쳐들(12)은, 높이 방향으로, 상기 제1 요소(10)의 높이를 따라 상기 외부 표면(11)으로부터 외향으로 연장되고, 폭 방향으로, 상기 제1 요소(10)의 폭을 따라 상기 외부 표면(11)으로부터 연장되며, 길이 방향으로, 상기 제1 요소(10)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 상기 외부 표면(11)으로부터 연장되는 돌출부들인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 하나 이상에 있어서, 상기 제 2 요소(20)는 열가소성 수지로 제조되는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 및 아세탈 수지로부터 선택되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 하나 이상에 있어서, 상기 제3 표면 피쳐들(22)은 깊이 방향으로, 상기 제2 요소(20)의 높이를 따라 상기 외부 표면(21)에서 내향으로 연장되고, 폭 방향으로, 상기 제2 요소(20)의 폭을 따라 상기 외부 표면(21) 내부로 연장되고, 길이 방향으로, 상기 제2 요소(20)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 상기 외부 표면(21) 내부로 연장되는 리세스들인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 하나 이상에 있어서, 상기 제2 요소(20)는 상기 제1 요소(10)의 상기 대응되는 길이, 폭 및 높이와 동일한 길이, 폭 및 높이를 갖는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 하나 이상에 있어서, 상기 제2 요소(20)와 상기 제1 요소(10) 사이의 상기 확실한 록킹 외의 접착제 또는 체결 수단이 존재하지 않는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 하나 이상에 따른 상기 방법에 의해 수득되는 성형품(100).
  11. 차량 도어 침입 빔, 바디 인 화이트(body in white)의 구조적 인서트, 범퍼 빔, 계기판 크로스 부재, 좌석 구조적 인서트, 프론트 엔드 모듈 구조에서, 제10항에 따르거나 또는 제1항 내지 제9항 중 하나 이상에 따른 상기 방법에 의해 수득되는 상기 성형품(100)의 사용.
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