KR20220168438A - Sizing composition and glass fiber using the same - Google Patents
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- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 유리 섬유용 사이징 조성물 및 이를 이용하여 제조된 유리 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a sizing composition for glass fibers and glass fibers manufactured using the same.
유리 섬유는 우수한 강도, 절연성, 불연성, 치수안정성, 내화학성 등의 특징으로 인해, 건축 자재 및 전기 절연 특성을 이용한 고분자 소재의 강도 보강재로 널리 사용되고 있다. 통상 유리를 형성하는 다양한 산화물들을 용융시킨 후, 부싱(bushing)을 통해 가느다란 실 형태의 유리 필라멘트(filament)를 뽑아내고, 이들을 사이징 조성물로 코팅한 후 합사하여 스트랜드(strand) 형태로 제조한 다음, 다양한 형태로 가공하여 각종 분야에 적용하고 있다. Due to its characteristics such as excellent strength, insulation, incombustibility, dimensional stability, and chemical resistance, glass fiber is widely used as a strength reinforcing material for building materials and polymer materials using electrical insulation properties. After melting various oxides that form glass, glass filaments in the form of thin threads are pulled out through a bushing, coated with a sizing composition, and then plied to form a strand. , processed into various forms and applied to various fields.
사이징 조성물은 유리 섬유 표면에 코팅되어 컴파운딩 시 유리 섬유와 플라스틱 계면의 접착력을 증가시켜 주는 역할을 한다. 사이징 조성물은 필름 형성제, 커플링제 및 기타 첨가제로 구성되며, 유리 섬유에 우수한 물성을 부여하기 위하여 다양한 조성의 필름 형성제와 커플링제를 포함하는 사이징 조성물에 대한 연구 개발이 다양하게 행해지고 있다. 일례로, 한국 특허공개 제10-2018-0067592호는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트 및 폴리우레탄 중 하나 이상을 포함하는 필름 형성제를 사용하는 강화 섬유용 코팅 조성물을 개시하고 있다. The sizing composition is coated on the surface of the glass fiber and serves to increase the adhesion between the glass fiber and the plastic interface during compounding. The sizing composition is composed of a film forming agent, a coupling agent, and other additives, and various researches and developments have been conducted on sizing compositions including a film forming agent and a coupling agent of various compositions in order to impart excellent physical properties to glass fibers. For example, Korean Patent Publication No. 10-2018-0067592 discloses a coating composition for reinforcing fibers using a film forming agent including at least one of polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate and polyurethane.
그러나, 종래의 사이징 조성물은 유리 섬유에 충분한 물성을 부여하기에 한계가 있고, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스터 수지 보강용 유리 섬유에 충분한 물성을 부여하기에 한계가 있다. 폴리에스터 수지는 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성으로 인해 산업 전반의 주요 부품으로 널리 사용되나, 고온, 다습한 환경에 노출 시 에스터 결합이 공기중의 수분과 반응하며 결합이 끊어지는 가수분해가 발생할 수 있고, 이로 인해 수지의 유동이 증가되고 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다. 특히, 유리 섬유 강화 성형 복합체에서 유리 섬유와 폴리에스터 매트릭스의 계면이 수분 혼입의 주요한 통로로 작용하여 폴리에스터 복합체의 물성 저하를 가속화 시킬 수 있고, 이러한 이유로 고온 다습한 환경에서의 사용에 제한이 있을 수 있다.However, conventional sizing compositions have limitations in imparting sufficient physical properties to glass fibers, and in particular, limitations in imparting sufficient physical properties to glass fibers for reinforcing polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. Polyester resin is widely used as a major component throughout the industry due to its excellent mechanical, thermal, and electrical properties. As a result, there is a disadvantage in that the flow of the resin is increased and the mechanical properties are lowered. In particular, in the glass fiber reinforced molded composite, the interface between the glass fiber and the polyester matrix acts as a major passage for moisture incorporation, which can accelerate the degradation of the physical properties of the polyester composite, and for this reason, use in high temperature and high humidity environments may be limited. can
본 발명은 유리 섬유 코팅용 사이징 조성물을 제공한다. The present invention provides a sizing composition for coating glass fibers.
또한, 본 발명은 열가소성 복합재료의 기계적 강도 및 내가수분해성을 향상시키는 역할을 하는, 전술한 사이징 조성물로 코팅된 유리 섬유를 제공한다. In addition, the present invention provides glass fibers coated with the aforementioned sizing composition, which serves to improve mechanical strength and hydrolysis resistance of thermoplastic composites.
본 발명은 폴리우레탄 수지와 노볼락형 에폭시 수지를 포함하는 필름 형성제 및 아미노 실란과 에폭시 실란을 포함하는 실란 커플링제를 포함하는 사이징 조성물을 제공한다. The present invention provides a sizing composition comprising a film former comprising a polyurethane resin and a novolac-type epoxy resin and a silane coupling agent comprising amino silane and epoxy silane.
또한, 본 발명은 전술한 사이징 조성물로 코팅된 유리 섬유 및 이를 포함하는 열가소성 고분자 복합소재를 제공한다.In addition, the present invention provides a glass fiber coated with the above-described sizing composition and a thermoplastic polymer composite material including the same.
본 발명에 따른 사이징 조성물로 코팅된 유리 섬유를 포함하는 열가소성 고분자 복합소재(예컨대, 유리 섬유 강화 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드 등)는 우수한 기계적 강도 및 내가수분해성을 나타낸다.Thermoplastic polymer composites (eg, glass fiber-reinforced polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, etc.) comprising glass fibers coated with the sizing composition according to the present invention exhibit excellent mechanical strength and hydrolysis resistance. .
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, it is not limited only by the following contents, and each component may be variously modified or selectively mixed as needed. Therefore, it should be understood to include all modifications, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 명세서에서 사용된 “중량평균분자량" 및 “수평균분자량"은 해당 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 GPC(gel permeation chromatograph) 방법으로 측정할 수 있다. 또한, “유리전이온도”는 해당 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 시차주사열량분석법(differential scanning calorimetry, DSC)으로 측정할 수 있다. As used herein, “weight average molecular weight” and “number average molecular weight” are measured by a conventional method known in the art, and can be measured, for example, by a gel permeation chromatograph (GPC) method. In addition, "glass transition temperature" is measured by a conventional method known in the art, and can be measured, for example, by differential scanning calorimetry (DSC).
<사이징 조성물><Sizing composition>
본 발명에 따른 사이징 조성물은 필름 형성제 및 실란 커플링제를 포함한다. The sizing composition according to the present invention includes a film former and a silane coupling agent.
필름 형성제film former
본 발명에 따른 사이징 조성물은 필름 형성제로 폴리우레탄 수지와 에폭시 수지를 포함한다. The sizing composition according to the present invention includes a polyurethane resin and an epoxy resin as film formers.
폴리우레탄 수지는 단독으로 또는 실란과 공동 작용으로 기계적 강도 및 유리 섬유 필라멘트 간의 집속을 부여하는 역할을 한다. 상기 폴리우레탄 수지는 폴리올과 이소시아네이트의 반응에 의해 제조된다. The polyurethane resin serves to impart mechanical strength and binding between the glass fiber filaments either alone or in combination with silane. The polyurethane resin is prepared by the reaction of a polyol and an isocyanate.
상기 폴리올로는 우레탄 수지 합성에 사용되는 통상의 폴리올을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 폴리올의 비제한적인 예로는, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스터 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 아크릴 폴리올이 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌아디페이트 폴리올, 폴리부틸렌아디페이트 폴리올, 폴리에틸렌부틸렌아디페이트 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리에테르 폴리에스터 폴리올 등이 있다. 전술한 성분을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼용할 수 있다. As the polyol, a common polyol used in synthesizing a urethane resin may be used without particular limitation. Non-limiting examples of the polyol include polyether polyol, polyester polyol, polycarbonate polyol, and acrylic polyol, such as polyethylene adipate polyol, polybutylene adipate polyol, polyethylenebutylene adipate polyol, and polycapro lactone polyol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, and polyether polyester polyol. The above components may be used alone or in combination of two or more.
상기 이소시아네이트로는 우레탄 수지 합성에 사용되는 통상의 이소시아네이트 화합물을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 메타자일렌 디이소시아네이트(MXDI), 테트라메틸자일렌 디이소시아네이트(TMXDI), 상기 MDI의 벤젠 고리에 수소를 첨가하여 지환족으로 만든 디이소시아네이트(H12 MDI), 자일렌 디이소시아네이트(XDI)의 벤젠 고리에 수소를 첨가하여 지환족으로 만든 디이소시아네이트(수첨 XDI) 등이 있다. 전술한 성분을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼용할 수 있다.As the isocyanate, a common isocyanate compound used in synthesizing a urethane resin may be used without limitation. For example, methylene diphenyl diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate (HMDI), isophorone diisocyanate (IPDI), metaxylene diisocyanate (MXDI), tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI), diisocyanate made alicyclic by adding hydrogen to the benzene ring of MDI (H12 MDI), diisocyanate made alicyclic by adding hydrogen to the benzene ring of xylene diisocyanate (XDI) (hydrogenated XDI) etc. The above components may be used alone or in combination of two or more.
상기 폴리우레탄 수지는 에폭시 변성 폴리우레탄 수지일 수 있다. 상기 에폭시 변성 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 수지와 에폭시의 반응으로 제조할 수 있는데, 에폭시 내의 -OH기와 폴리우레탄의 -NCO기가 결합하여 에폭시 변성 폴리우레탄이 합성된다. 상기 에폭시 변성 폴리우레탄 수지를 사용하는 경우, 수지 내의 폴리우레탄 성분에 의해 유리 섬유의 집속성이 유지되는 동시에, 매트릭스 수지와 가교 역할을 하는 에폭시 성분으로 인해 강도 물성 및 내가수분해성이 향상될 수 있다. The polyurethane resin may be an epoxy-modified polyurethane resin. The epoxy-modified polyurethane resin may be prepared by a reaction between a polyurethane resin and an epoxy, and epoxy-modified polyurethane is synthesized by combining -OH groups in epoxy and -NCO groups in polyurethane. In the case of using the epoxy-modified polyurethane resin, the polyurethane component in the resin maintains the glass fibers, and at the same time, the strength properties and hydrolysis resistance can be improved due to the epoxy component that serves as a crosslink with the matrix resin. .
상기 폴리우레탄 수지는 물에 분산된 형태로 사용되며, 분산 안정성을 위해 이온계 또는 비이온계 유화제를 포함할 수 있다. 수분산된 폴리우레탄 수지의 pH는 6.0 내지 10.0, 예를 들어 6.5 내지 9.0일 수 있다. pH가 6 미만인 경우 폴리우레탄 수지가 물에 분산될 때 분산 안정성이 저하될 수 있고, pH가 10 초과인 경우 실란 축합에 의해 실란 커플링제를 포함하는 사이징 용액의 안정성이 저하될 수 있다. The polyurethane resin is used in a form dispersed in water, and may include an ionic or nonionic emulsifier for dispersion stability. The pH of the water-dispersed polyurethane resin may be 6.0 to 10.0, for example 6.5 to 9.0. When the pH is less than 6, dispersion stability may decrease when the polyurethane resin is dispersed in water, and when the pH exceeds 10, stability of the sizing solution including the silane coupling agent may decrease due to silane condensation.
상기 폴리우레탄 수지의 수평균분자량은 20,000 내지 60,000 g/mol, 예를 들어 35,000 내지 45,000 g/mol일 수 있다. 또한, 상기 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량은 65,000 내지 105,000 g/mol, 예를 들어 85,000 내지 95,000 g/mol일 수 있다. 폴리우레탄 수지의 분자량이 전술한 범위 미만인 경우 우레탄 수지 자체의 필름 형성 시 기계적 특성이 저하되어 물성이 저하될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 필름 형성력이 불량해서 최종 복합재료 제품의 기계적 강도가 저하될 수 있다. The polyurethane resin may have a number average molecular weight of 20,000 to 60,000 g/mol, for example, 35,000 to 45,000 g/mol. In addition, the polyurethane resin may have a weight average molecular weight of 65,000 to 105,000 g/mol, for example, 85,000 to 95,000 g/mol. If the molecular weight of the polyurethane resin is less than the above range, mechanical properties may be deteriorated during film formation of the urethane resin itself, and physical properties may be deteriorated. may be lowered
상기 폴리우레탄 수지의 유리전이온도는 -60 내지 -20 ℃, 예를 들어 -50 내지 -30 ℃일 수 있다. 폴리우레탄 수지의 유리전이온도가 전술한 범위 미만인 경우 폴리우레탄이 연질화 되기 때문에 충격강도와 신율은 향상되나, 인장강도 및 굴곡강도가 저하될 수 있다. 반면, 유리전이온도가 전술한 범위를 초과하는 경우 폴리우레탄의 연질 특성이 저하되기 때문에 인장강도 및 굴곡강도는 향상되나 충격강도와 신율이 저하되고, 유리 섬유의 집속 성능이 저하될 수 있다.The polyurethane resin may have a glass transition temperature of -60 to -20 °C, for example -50 to -30 °C. When the glass transition temperature of the polyurethane resin is less than the above range, polyurethane is softened, so impact strength and elongation are improved, but tensile strength and flexural strength may be reduced. On the other hand, when the glass transition temperature exceeds the above-mentioned range, since the softness of the polyurethane is deteriorated, the tensile strength and flexural strength are improved, but the impact strength and elongation are reduced, and the collecting performance of the glass fibers may be deteriorated.
노볼락형 에폭시 수지는 분자 내 관능기 수가 다수 포함되어 있어, 집속제 내 에폭시 관능기 수의 증가로 가교 밀도를 상승시키고, 그 결과 우수한 내가수분해성을 확보할 수 있다.Since the novolak-type epoxy resin contains a large number of functional groups in the molecule, the crosslinking density is increased by increasing the number of functional groups in the bundling agent, and as a result, excellent hydrolysis resistance can be secured.
상기 노볼락형 에폭시 수지로는 O-크레졸 노볼락 에폭시 수지, BPA-노볼락 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. As the novolak-type epoxy resin, O-cresol novolak epoxy resin, BPA-novolac epoxy resin, novolak epoxy resin, and mixtures thereof may be used.
상기 노볼락형 에폭시 수지의 에폭시 당량은 150 내지 300 g/eq, 예를 들어 185 내지 255 g/eq일 수 있다. 노볼락형 에폭시 수지의 에폭시 당량이 전술한 범위 미만인 경우 분자량이 낮아 초기 강도가 저하될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 반응성 에폭시기의 수가 적어 유리 섬유와 플라스틱 계면의 가교 밀도가 저하되어 내가수분해성이 저하될 수 있다.The epoxy equivalent of the novolac-type epoxy resin may be 150 to 300 g/eq, for example 185 to 255 g/eq. When the epoxy equivalent of the novolac-type epoxy resin is less than the above range, the molecular weight is low, and initial strength may be reduced. Degradability may be reduced.
상기 우레탄 수지와 상기 노볼락형 에폭시 수지의 혼합비(중량비, 고형분 기준)는 1 : 3 내지 8, 예를 들어 1 : 4 내지 7일 수 있다. 우레탄 수지에 대한 노볼락형 에폭시 수지의 혼합비가 전술한 범위 미만인 경우 유리 섬유와 플라스틱 계면의 접착력이 충분하지 못하여 기계적 물성이 상대적으로 열세해 질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 우레탄 함량 저하로 유리 섬유 필라멘트 간 집속이 열세해져 작업성이 저하되고, 압출 시 유리 섬유 투입 편차로 물성이 저하되고 데이터 신뢰성이 저하될 수 있다. The mixing ratio (weight ratio, based on solid content) of the urethane resin and the novolac-type epoxy resin may be 1:3 to 8, for example, 1:4 to 7. If the mixing ratio of the novolac-type epoxy resin to the urethane resin is less than the above range, the adhesive force between the glass fiber and plastic interface may be insufficient, and mechanical properties may be relatively poor. Poor convergence between glass fiber filaments reduces workability, and when extruded, glass fiber input variation may reduce physical properties and data reliability.
상기 필름 형성제는 사이징 조성물의 전체 고형분에 대하여 70 내지 95 중량%, 예를 들어 80 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 필름 형성제의 함량이 전술한 범위 미만일 경우 유리 섬유 필라멘트 간 집속이 열세해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 커플링제의 양이 부족하여 유리 섬유와 필름 형성제 또는 유리 섬유와 플라스틱 사이의 커플링 효과가 충분하지 못하고, 그 결과 기계적 강도가 열세해질 수 있다.The film forming agent may be included in an amount of 70 to 95% by weight, for example, 80 to 95% by weight based on the total solid content of the sizing composition. If the content of the film forming agent is less than the above range, convergence between the glass fiber filaments may be poor, and if it exceeds the above range, the amount of the coupling agent is insufficient, resulting in a couple between the glass fiber and the film former or the glass fiber and the plastic. The ring effect is not sufficient, and as a result, the mechanical strength may be inferior.
실란 커플링제Silane coupling agent
실란 커플링제는 무기물인 유리와 유기물인 필름 형성제 또는 열가소성 엔지니어링 플라스틱과의 접착성을 부여하는 역할을 한다. 상기 실란 커플링제는 알콕시기가 수중에서 가수분해되어 실라놀 형태로 유리 섬유 표면의 실라놀기와 탈수축합반응을 통해 실록산 결합을 형성한다. 이때 실란 커플링제가 유리 섬유 표면에 배향 또는 결합되어, 유리 표면을 보호하는 역할 및 필름 형성제와 유리 간 계면 접착을 부여하는 커플링제 역할을 한다. The silane coupling agent serves to provide adhesion between inorganic glass and organic film formers or thermoplastic engineering plastics. The silane coupling agent forms a siloxane bond through a dehydration condensation reaction with a silanol group on the surface of the glass fiber in the form of silanol by hydrolysis of the alkoxy group in water. At this time, the silane coupling agent is oriented or bonded to the surface of the glass fiber, and serves as a coupling agent that protects the glass surface and imparts interfacial adhesion between the film forming agent and the glass.
본 발명에 따른 사이징 조성물은 실란 커플링제로 아미노 실란과 에폭시 실란을 포함한다. 아미노 실란은 유리 섬유의 집속을 보완하고, 에폭시 필름 형성제와 동일한 관능기를 갖는 에폭시 실란은 내가수분해성을 향상시킨다.The sizing composition according to the present invention includes amino silane and epoxy silane as silane coupling agents. The amino silane supplements the bundling of the glass fibers, and the epoxy silane having the same functional group as the epoxy film forming agent improves hydrolysis resistance.
상기 아미노 실란으로는 예컨대, γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필메틸디메톡시실란 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the amino silane include γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltriethoxysilane, and γ-aminopropylmethyldimethoxy. Silane etc. can be used, These can be used individually or in mixture of 2 or more types.
상기 에폭시 실란으로는 예컨대, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, γ-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, γ-아크릴록시프로필트리메톡시실란, γ-아크릴록시프로필트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 비닐메틸디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, γ-아크릴록시프로필메틸디메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, γ-우레이도프로필트리메톡시실란, γ-우레이도프로필트리에톡시실란, γ-이소시아네이토프로필트리메톡시실란, γ-이소시아네이토프로필트리에톡시실란 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the epoxy silane include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, and γ-acryloxypropyltrimethoxysilane. , γ-acryloxypropyltriethoxysilane, β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, vinylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-acryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, γ-ureidopropyltriethoxy Silane, γ-isocyanatopropyltrimethoxysilane, γ-isocyanatopropyltriethoxysilane, and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
상기 아미노 실란과 상기 에폭시 실란의 혼합비(중량비, 고형분 기준)는 1 : 1 내지 1.8, 예를 들어 1 : 1 내지 1.5일 수 있다. 아미노 실란에 대한 에폭시 실란의 혼합비가 전술한 범위 미만인 경우 에폭시 관능기 수가 적어 내가수분해성이 저하될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우아미노기 수가 적어 유리 섬유의 집속성이 저하될 수 있다. The mixing ratio (weight ratio, solid content basis) of the amino silane and the epoxy silane may be 1:1 to 1.8, for example, 1:1 to 1.5. When the mixing ratio of epoxy silane to amino silane is less than the above range, the number of epoxy functional groups is small, and thus hydrolysis resistance may be deteriorated.
상기 실란 커플링제는 상기 사이징 조성물의 고형분 총량을 기준으로 5 내지 30 중량%, 예를 들어 5 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 실란 커플링제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 유리 섬유와 필름 형성제 또는 유리 섬유와 플라스틱 사이의 커플링 효과가 충분하지 못하여 기계적 강도가 열세해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 컴파운딩 시 유리 섬유의 분산이 열세해지거나, 필름 형성제의 양이 충분하지 못하여 유리 섬유 집속이 불량해질 수 있다. The silane coupling agent may be included in an amount of 5 to 30% by weight, for example, 5 to 20% by weight based on the total solid content of the sizing composition. If the content of the silane coupling agent is less than the above range, the coupling effect between the glass fiber and the film forming agent or between the glass fiber and the plastic may be insufficient, resulting in poor mechanical strength. Fiber dispersion may be poor, or glass fiber bundle may be poor due to an insufficient amount of the film forming agent.
첨가제additive
본 발명의 사이징 조성물은 상기 사이징 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용 가능한 첨가제의 비제한적인 예로는, 유리 섬유의 집속성을 개선하는 집속 보조수지, 표면 윤활성을 부여하는 윤활제, pH를 조절하기 위한 완충제, 색상 안정화제 등이 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2종 이상이 혼용될 수 있다.The sizing composition of the present invention may further include additives commonly used in the art within a range that does not impair the inherent properties of the sizing composition. Non-limiting examples of the additives usable in the present invention include a coagulant aid resin for improving the cohesiveness of glass fibers, a lubricant for imparting surface lubricity, a buffer agent for adjusting pH, and a color stabilizer. These may be used alone or in combination of two or more.
상기 첨가제는 해당 기술분야에 공지된 함량 범위 내에서 첨가될 수 있으며, 예컨대 사이징 조성물 전체 고형분에 대하여 각각 0.01 내지 10 중량%, 예를 들어 0.1 내지 1 중량% 첨가될 수 있다. The additives may be added within a known content range in the art, for example, 0.01 to 10% by weight, for example, 0.1 to 1% by weight, based on the total solid content of the sizing composition.
<유리 섬유><Glass Fiber>
본 발명은 전술한 사이징 조성물로 표면 처리된 유리 섬유를 제공한다. The present invention provides glass fibers surface-treated with the aforementioned sizing composition.
본 발명에서 사용 가능한 유리 섬유 기재는 해당 기술분야에 공지된 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, E-glass, D-glass, S-glass, NE-glass, T-glass, Q-glass 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다. The glass fiber substrate usable in the present invention is not particularly limited as long as it is known in the art. Examples include E-glass, D-glass, S-glass, NE-glass, T-glass, and Q-glass, but are not limited thereto.
상기 유리 섬유의 섬유경은 5 내지 20 ㎛, 예를 들어 8 내지 15 ㎛일 수 있다. 섬유경이 전술한 범위 미만인 경우 압출 및 사출 공정 중 과도한 섬유 손상이 발생하여 유리 섬유 보강 열가소성 엔지니어링 플라스틱 성형품의 강도가 열세해질 가능성이 있고, 유리 섬유 제조 과정에서 절사 발생율이 높아져 생산성이 저하되는 문제를 초래할 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 유리 섬유 표면적의 감소로 인해 유리 섬유의 강도 보강 효과가 감소할 수 있다. The fiber diameter of the glass fiber may be 5 to 20 μm, for example, 8 to 15 μm. If the fiber diameter is less than the above range, excessive fiber damage may occur during the extrusion and injection processes, and the strength of the glass fiber-reinforced thermoplastic engineering plastic molded article may be inferior, and the breakage rate increases during the glass fiber manufacturing process, resulting in a decrease in productivity. When the above range is exceeded, the strength reinforcing effect of the glass fiber may be reduced due to the decrease in the surface area of the glass fiber.
상기 유리 섬유의 섬유장은 1 내지 20 mm, 예를 들어 2 내지 10 mm일 수 있다. 섬유장이 전술한 범위 미만인 경우 압출 및 사출 공정 중 발생하는 섬유 파단으로 인해 최종 유리 섬유 보강 열가소성 복합재료의 강도 보강 효과가 적어질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 압출 공정 중 섬유 보강재의 투입 및 균일한 분산이 불량해져 강도 보강 효과가 저하될 수 있다. The fiber length of the glass fiber may be 1 to 20 mm, for example, 2 to 10 mm. If the fiber length is less than the above range, the strength reinforcing effect of the final glass fiber reinforced thermoplastic composite material may be reduced due to fiber breakage occurring during the extrusion and injection processes, and if the fiber length exceeds the above range, the input and The uniform dispersion may be poor, and the strength reinforcing effect may be lowered.
상기 사이징 조성물의 도포 방법으로는 침지법, 롤 코팅법, 다이 코팅법, 그라비아 코팅법, 스프레이 코팅법, 플로우(flow) 코팅법 등이 사용될 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 일례로, 침지법을 사용하여 사이징 조성물을 유리 섬유 기재에 도포할 수 있고, 그 경우 침지 시간은 수 밀리초 내지 수초이다.As a method of applying the sizing composition, a dipping method, a roll coating method, a die coating method, a gravure coating method, a spray coating method, a flow coating method, and the like may be used, but are not limited thereto. In one example, the sizing composition can be applied to a glass fiber substrate using an immersion method, in which case the immersion time is several milliseconds to several seconds.
상기 사이징 조성물의 도포량은 특별히 한정되지 않으나, 유리 섬유의 고형분 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 1.5 중량부, 예를 들어 0.3 내지 1.0 중량부일 수 있다. 사이징 조성물의 도포량이 전술한 범위 미만인 경우 유리 섬유 다발의 집속력이 열세해져 압출 공정에서 작업성이 저하될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 컴파운딩 압출 및 사출 시 가스 발생에 의한 제품 외관 및 품질에 문제를 야기할 수 있다.The application amount of the sizing composition is not particularly limited, but may be 0.1 to 1.5 parts by weight, for example, 0.3 to 1.0 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solid content of the glass fibers. If the application amount of the sizing composition is less than the above range, the cohesion of the glass fiber bundle may deteriorate, resulting in deterioration of workability in the extrusion process. If the amount exceeds the above range, product appearance and It can cause quality problems.
상기 사이징 조성물로 코팅된 유리 섬유는 통상 필라멘트 형태로, 여러 가닥(예, 4,000 개)이 합사되어 스트랜드를 형성한다. 이러한 스트랜드는 다양한 가공 공정을 통해 다양한 형태로 가공되어, 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 스트랜드를 초핑(chopping) 가공하여 일정 길이(예컨대, 2 내지 5 ㎜)로 절단하고 건조하여, 촙 스트랜드(chopped strands) 형태로 얻을 수 있다. 상기 촙 스트랜드는 컴파운딩 시 가공성이 용이하여, 열가소성 수지(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드 등)나 열경화성 수지와 함께 각종 전기 전자 제품, 자동차 부품이나 기계 부품 등의 보강재로 적용될 수 있다.Glass fibers coated with the sizing composition are usually in the form of filaments, and several strands (eg, 4,000) are plied to form strands. These strands can be processed into various shapes through various processing processes and applied to various fields. For example, the strands may be processed by chopping, cut into a predetermined length (eg, 2 to 5 mm), and dried to obtain a form of chopped strands. The chopped strand is easy to process during compounding, so it can be used together with thermoplastic resins (eg, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, etc.) or thermosetting resins for various electrical and electronic products, automobile parts, mechanical parts, etc. It can be applied as a reinforcement material.
<유리 섬유 보강 열가소성 고분자 복합소재><Glass fiber reinforced thermoplastic polymer composite material>
본 발명은 전술한 유리 섬유를 포함하는 유리 섬유 보강 열가소성 고분자 복합소재를 제공한다. 본 발명에 따른 사이징 조성물로 코팅된 유리 섬유에 의해 열가소성 수지의 기계적 강도가 강화되어, 복합재료의 기계적 강도가 향상될 수 있다. 상기 복합재료는 다양한 형태로 가공되어 비행기 부품, 선박 부품, 자동차 부품, 스포츠 용품, 전기 전자 제품 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다.The present invention provides a glass fiber-reinforced thermoplastic polymer composite material including the glass fibers described above. The mechanical strength of the thermoplastic resin is reinforced by the glass fibers coated with the sizing composition according to the present invention, so that the mechanical strength of the composite material can be improved. The composite material can be processed into various shapes and applied to various fields such as airplane parts, ship parts, automobile parts, sports goods, and electrical and electronic products.
상기 열가소성 수지는 당 업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드 등이 있다. The thermoplastic resin is not particularly limited as long as it is known in the art, and examples thereof include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyphenylene sulfide.
상기 유리 섬유와 열가소성 수지의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 10 : 90 내지 60 : 40의 중량비, 다른 예로 20 : 80 내지 60 : 40의 중량비일 수 있다. The mixing ratio of the glass fiber and the thermoplastic resin is not particularly limited, and may be, for example, 10:90 to 60:40 in weight ratio, and another example 20:80 to 60:40 in weight ratio.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only for facilitating the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the examples in any sense.
사이징 조성물 제조Sizing composition preparation
[제조예 1-10][Production Example 1-10]
하기 표 1 내지 표 3의 조성에 따라, 각 제조예의 사이징 조성물을 제조하였다. According to the compositions of Tables 1 to 3 below, sizing compositions of each preparation example were prepared.
폴리우레탄 수지 1: pH 8, Mn 44,000, Mw 90,000, Tg -30 ℃Polyurethane resin 1: pH 8, Mn 44,000, Mw 90,000, Tg -30 ℃
폴리우레탄 수지 2: pH 6.5, Mn 30,000, Mw 85,000, Tg -20 ℃Polyurethane resin 2: pH 6.5, Mn 30,000, Mw 85,000, Tg -20 ℃
폴리우레탄 수지 3: pH 9, Mn 50,000, Mw 105,000, Tg -40 ℃Polyurethane resin 3: pH 9, Mn 50,000, Mw 105,000, Tg -40 ℃
폴리우레탄 수지 4: pH 8, Mn 20,000, Mw 60,000, Tg -65 ℃Polyurethane resin 4: pH 8, Mn 20,000, Mw 60,000, Tg -65 ℃
폴리우레탄 수지 5: pH 9, Mn 18,000, Mw 58,000, Tg -55 ℃Polyurethane resin 5: pH 9, Mn 18,000, Mw 58,000, Tg -55 ℃
에폭시 수지 1: O-cresol-novolac epoxy resin(에폭시 당량 235 g/eq)Epoxy Resin 1: O-cresol-novolac epoxy resin (epoxy equivalent 235 g/eq)
에폭시 수지 2: BPA-novolac epoxy resin(에폭시 당량 230 g/eq)Epoxy resin 2: BPA-novolac epoxy resin (epoxy equivalent 230 g/eq)
에폭시 수지 3: novolac epoxy resin(에폭시 당량 195 g/eq)Epoxy resin 3: novolac epoxy resin (epoxy equivalent 195 g/eq)
에폭시 수지 4: BPA-epoxy resin(에폭시 당량 1,300 g/eq)Epoxy resin 4: BPA-epoxy resin (epoxy equivalent 1,300 g/eq)
아미노 실란: 3-AminoproplytriethoxysilaneAmino silane: 3-Aminoproplytriethoxysilane
에폭시 실란: Gamma-glycidoxypropyltrimethoxy silaneEpoxy silane: Gamma-glycidoxypropyltrimethoxy silane
중화제: 아세트산Neutralizer: Acetic acid
유리섬유 및 열가소성 고분자 복합소재 제조Manufacture of glass fiber and thermoplastic polymer composite materials
[실험예 1-10][Experimental Example 1-10]
각 제조예에서 제조된 사이징 조성물을 각각 적용하여, 부싱을 통해 10±1 ㎛의 직경으로 섬유화된 유리 섬유에 롤 코팅법으로 처리하고, 4 mm 길이로 절단하여, 촙 스트랜드 형태의 각 실험예의 유리 섬유를 제조하였다. 상기 제조된 유리 섬유 내 사이징제 함량은 유리 섬유 100 중량부(고형분 기준)에 대하여, 0.4 내지 0.6 중량부이다.Each of the sizing compositions prepared in each preparation example was applied, and glass fibers fiberized to a diameter of 10 ± 1 μm were treated with a roll coating method through a bushing, cut into 4 mm length, and chopped strand glass of each experimental example fibers were made. The content of the sizing agent in the prepared glass fibers is 0.4 to 0.6 parts by weight based on 100 parts by weight (based on solid content) of the glass fibers.
제조된 각각의 유리 섬유 30 중량부와 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(Chang Chun Plastic, PBT 1200) 70 중량부를 혼합하여 압출 후, ASTM D256 규격에 따라 사출 시편을 제작하여 물성을 측정하였다. 30 parts by weight of each glass fiber and 70 parts by weight of polybutylene terephthalate resin (Chang Chun Plastic, PBT 1200) were mixed and extruded, and then injection specimens were prepared according to the ASTM D256 standard to measure physical properties.
[물성 평가][Evaluation of physical properties]
각 실험예에서 제조된 열가소성 고분자 복합소재의 물성을 하기의 방법으로 측정하였으며, 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다.The physical properties of the thermoplastic polymer composite material prepared in each experimental example were measured by the following method, and the results are shown in Tables 4 and 5 below.
강도robbery
ASTM D638 및 D256에 따라 인장 강도 및 충격 강도를 측정하였다.Tensile strength and impact strength were measured according to ASTM D638 and D256.
PCT(Pressure Cooker Test) 강도Pressure Cooker Test (PCT) Strength
각 시편을 50시간, 75시간, 100시간 에이징한 후, ASTM D638에 따라 인장 강도를 측정하였다. 인장 강도 유지율로부터 내가수분해성을 확인하였다.After aging each specimen for 50 hours, 75 hours, and 100 hours, tensile strength was measured according to ASTM D638. Hydrolysis resistance was confirmed from the tensile strength retention rate.
상기 표 4 및 표 5의 결과로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 실험예 1-4의 사이징 조성물의 경우 우수한 초기 강도, PCT 강도 및 PCT 유지율을 나타내었다. 반면, 본 발명의 물성을 만족하지 못하는 폴리우레탄 수지를 사용한 실험예 5, 노볼락형 에폭시 수지 대신 BPA형 에폭시 수지를 사용한 실험예 6, 커플링제로 아미노 실란 또는 에폭시 실란 중 1종만 사용한 실험예 7, 8, 아미노 실란과 에폭시 실란의 혼합비가 본 발명의 범위를 벗어나는 실험예 9, 10의 사이징 조성물의 경우 실험예 1-4의 사이징 조성물에 비해 측정한 물성 중 1 이상에서 열세한 물성을 나타내었다.As confirmed from the results of Tables 4 and 5, the sizing compositions of Experimental Examples 1-4 according to the present invention showed excellent initial strength, PCT strength and PCT retention rate. On the other hand, Experimental Example 5 using a polyurethane resin that does not satisfy the physical properties of the present invention, Experimental Example 6 using a BPA-type epoxy resin instead of a novolak-type epoxy resin, Experimental Example 7 using only one of amino silane or epoxy silane as a coupling agent , 8, in the case of the sizing compositions of Experimental Examples 9 and 10, in which the mixing ratio of amino silane and epoxy silane is out of the scope of the present invention, at least one of the physical properties measured was poor compared to the sizing composition of Experimental Examples 1-4. .
Claims (7)
상기 폴리우레탄 수지의 수평균분자량이 20,000 내지 60,000 g/mol이고,
상기 아미노 실란과 상기 에폭시 실란의 혼합비(중량비, 고형분 기준)가 1 : 1 내지 1.8인 사이징 조성물. A sizing composition comprising a film former comprising a polyurethane resin and a novolak-type epoxy resin and a silane coupling agent comprising an amino silane and an epoxy silane,
The number average molecular weight of the polyurethane resin is 20,000 to 60,000 g / mol,
A sizing composition wherein a mixing ratio (weight ratio, based on solid content) of the amino silane and the epoxy silane is 1:1 to 1.8.
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