KR950015119B1 - 섬유-보강 에폭시 매트릭스 조성물을 제조하는 방법 - Google Patents

섬유-보강 에폭시 매트릭스 조성물을 제조하는 방법 Download PDF

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셀 인터나쵸나아레 레사아치 마아츠샤피 비이부이
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
섬유-보강 에폭시 매트릭스 조성물을 제조하는 방법.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 반응 사출성형(RIM)을 통해 섬유-보강에폭시 수지 혼성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
RIM은 성형 공업에 있어서 잘 설정된 생산 기술로서 다양한 다른 화학 조성의 성형물들을 높은 속도로 생산한다. RIM으로 반응성이 높은 반응물 에폭시 수지/경화제 혼합물을 주형내로 사출성형시켜서 비교적 짧은 반응 시간후에 치수 안정성의 성형물을 제공한다.
초기에는 보강되지 않은 제품들만이 RIM을 통해 생산되지만 보강 충전제 및/또는 섬유 보강물과 같은 연마 성분들을 취급할 수 있는 RIM 장비의 장점은 이제 아래에 언급될 것과 같은 보강 성형물 또는 혼성물 생산을 가능하게 했다.
RIM을 통한 혼성물의 생산에 있어서, 이제까지는 섬유 보강물을 사용할때 단지 제한된 치수의 섬유들 즉, 전달된 섬유들만이 취급될 수 있다는 점에서 제한이 있었다.
RIM을 통해 제조된 그러한 혼성물들이 여러가지 적용에 사용될 수 있으나, 그들의 성능의 전체적 수준은 하중-베어링의 구조적 사용에서와 같이 매우 높은 수준의 기계적 성능이 필요한 최종용도의 요구를 충분히 만족시키지 못한다. 연속적인 섬유 보강물, 바람직하게는 금형의 내부 부피와 일치하는 형상을 갖는 예비형성된 구조물 형태를 사용하는 RIM을 통해 더욱더 많은 요구 조건들을 만족시키는 것이 원칙적으로는 가능하나 그러한 기술을 생각하는 것은 쉽지 않다. 요구되는 높은 경화 속도를 갖는 에폭시 수지들은 보통 연속적 섬유들로 구성된 구조물의 전 공극 부피를 통해 쉽게 유동하지 않는 점성이 높은 생성물이다. 공기가 성형물내에 들어가지 않도록 유동을 조절하는 것은 매우 어렵다는 것이 증명되었다. 이 문제는 큰 패킹 밀도, 예를 들면 20-65V%를 갖는 예비성형된 연속적 섬유 구조물을 사용할때 악화된다.
본 발명의 기초적 문제는 비교적 큰 패킹 밀도를 갖는 예비성형된 연속적인 섬유들을 포함하는 본질적으로 공극이 없는 에폭시 매트릭스보강 성형물의 제조방법을 찾는 것이다.
이 문제는 금형에 인접 금형 부분들의 접촉 표면 또는 표면들 사이에 위치한 기체-투과성 밀폐물(seal)이 장치된 것을 특징으로 하는 다중-부분 금형내에 20-65V%의 패킹 밀도를 갖는 예비성형된 연속 섬유-보강물을 높고, 에폭시 수지/경화제 시스템을 사출시킴으로 섬유-보강 조성물을 제조하는 방법을 제공함으로 해결된다.
본 발명의 방법에서 사용된 기체-투과성 밀폐물은 조절된 방식으로 금형으로부터 공기를 유동시키는 임의의 물질로부터 적합하게 제조될 수 있다. 오픈-셀(open-cell) 발포 폴리우레탄(PU)은 바람직한 밀폐물이다.
적당한 오픈-셀 발포 PU는 금형 부분들 사이에서 압축되기전에 10-100g/ℓ, 바람직하게는 20-50g/ℓ의 밀도를 갖는 한편 압축된 후에는 그 밀도가 600-1500g/ℓ가 바람직하다.
본 발명의 방법의 바람직한 구체예에서, 성형 조작은 사출된 에폭시 수지/경화제 혼합물이 발포 밀폐물에 함침되는 것을 포함한다. 짧은 주기를 얻기 위해 반응성이 높은 에폭시 수지를 사용하기 때문에, 매우 짧은 기간에 발표 겔에 함침될때 수지 혼합물은 밀폐물을 공기가 통과하지 못하도록 만든다.
발포물내의 혼합물을 겔화시킨 후 약간의 과량의 수지를 사출시킴으로 금형의 내부에 압력 형성을 유도한다. 압력 형성 효과는 무시할 수 있는 낮은 공극을 갖는 성형물을 얻거나 실질적으로 공극이 없는 성형물을 얻는데 도움을 준다.
보강되지 않는 발포 폴리우레탄 RIM용 금형의 기체-방출 배출구내 발포 밀폐물에 사용하는 것을 GB-A-2, 035, 778로부터 알려졌음이 관찰되었다. 그러나 기체-방출 개구들이 금형으로부터 방출된 발포제의 상당 부피를 배출시킬 수 있을 만큼 크다는 것을 알아야 한다. 어떠한 밀폐물도 배출구에 존재하지 않는다면, 큰 개구를 통해 금형으로부터 가치있는 폴리우레탄 수지가 손실된다. 그러므로 이 알려진 발포 밀폐물은 예비성형된 연속적인 섬유 보강 에폭시 수지 성형물을 포함하는 본질적으로 공극이 없는 혼성물을 생산하는 방법에 관한 문제에 해결책을 제공하는 선행 기술 참고문헌에 제안되지 않았었다.
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 연속적인 섬유-보강물에는 유리-및 탄소 섬유-기체 연속적 보강물 뿐만 아니라 폴리아라미드, 폴리에스테르-, 나일론- 및 폴리프로필렌-기제 보강물과 같은 합성 유기 섬유-기제 보강물이 있다.
유리 섬유가 바람직하다. 연속적인 섬유 보강물로는 동일하거나 여러가지 크기의 섬유들을 사용할 수 있고 이는 부직천 또는 테이프와 같은 예비성형된 섬유-보강물의 형태이다.
높은 수준의 기계적 성질 요구조건을 만족시켜야 하는 섬유-보강 혼성물에서의 상기한 수준의 기계적 성질은 혼성물내의 보강물의 분포, 예를들면 임의적 균일한 또는 특정 패턴의 분포와 밀접하게 관련이 있다는 것이 발견되었다. 이 결과를 위해, 보강물은 속이 빈 금형의 내부 자유 부피와 밀접하게 부합되는 외부형상의 주형내에 위치할 것이다. 다소 큰 예비성형된 구조물을 압축에 의해 금형내에 끼워 맞추는 것도 본 발명의 범위내이다. 혼성물내에 최적의 보강효과를 보장하는 방법을 상기 예비성형된 보강물에 가교결합성 결합계의 용액, 바람직하게는 혼성물 제조에 사용되는 것과 같은 가교결합성 결합계의 용액을 함침시키는 것이다. 용매를 증발시킴으로 건조시킨 후, 예비성형된 보강물을 경화시켜 그 치수를 안정하게 만든다.
예비성형된 연속적인 섬유의 패킹 밀도는 바람직하게는 30-60V%이다. V%는 여기서 섬유의 총부피÷속이빈 금형의 내부 부피×100으로 정의한다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 발포 밀폐물의 크기 형상은 금형 부분들과 일치한다. 예를들면, 사발-모양의 성형물 포트는 원형 접촉 표면들이 있는 금형 부분들을 구성할 것이며 관련 발포밀폐물은 원형접촉 표면사이에 놓여지는 고리가 될것이다. 그러므로 밀폐된 금형내에 들어간 공기는 발포 밀폐물의 어떤 부분을 통해 모두 주위로 도망간다.
그러나 상기 주어진 바와 같은 유형의 연속적인 발포 밀폐물은 반드시 필요한 것은 아니다. 금형 부분들의 접촉 표면에 오목요소 또는 홈이 제공되어 있어서, 금형을 폐쇄할때 공기-방출 개구를 만들고 발포 밀폐물을 그러한 개국들에 자리잡을 수 있다.
반응 조성물에 사용할 수 있는 에폭시-함유 화합물 유형은 중요하지 않으며 실질적으로 사출온도에서 RIM장비에 의해 공정처리하기에 충분히 낮은 점성을 갖는 것이다. 대체적으로 반응 희석물과 혼합될때 점도 요구조건을 만족시키는 임의의 유형의 에폭시 화합물들이 있다. 그러나 에폭시 화합물에는 모노-및/또는 다핵 페놀의 디- 및 폴리글리시딜 에테르, 다가 알코올의 디- 및 폴리글리시딜 에테르, 다중카르복실산의 디- 및 폴리글리시딜 에스테르가 있다. 할로겐화된 즉 브롬화된 에폭시 수지와 같은 변형 에폭시 수지도 사용될 수 있다. 바람직한 그러한 글리시딜에테르는 에폭시기 농도(EGC)가 3-5.5몰/㎏인 2,2-비스-(4-히드록시페닐)프로판과 같은 2가 페놀을 기본으로 한다.
상기한 에폭시 화합물들과 함께 관례적으로 사용할 수 있는 경화제에는 지방족 아민, 방향족아민, 무수물, 이미다졸, 폴리올, 폴리아미드, 폴리이소시아네이트 및 디이소시아네이트가 있다. 그러한 경화제는 반응성이 높아서 짧은 성형-주기 예를들면 3분 이하를 얻게한다.
반응 조성물은 더욱 설폰산, 카르복실산, 루이스산, 3차 아민, 이미다졸, 페놀, 오늄염 및 이와 유사한 것같은 하나 또는 그 이상의 촉매를 함유할 수 있다. 반응 희석물은 예를들면, 중합 개시제와 결합된 비닐 방향족 화합물과 같은 모노글리시딜 에테르 및 에스테르, 불포화 단량체 예를들면 과산화물과 결합된 스티렌으로 존재할 수 있다. 더욱 존재할 수 있는 첨가제에는 습윤제, 계면활성제, 틱소트로픽제, 내부 방출제, 대전방지제, 강인화제 및 이와 유사한 것들이 있다. 탄산 칼슘, 점토 및 절단 무기 섬유와 같은 무기 충전제들 뿐만 아니라 카본 블랙 절단, 무기 섬유, 안료 및 염료도 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 연속 섬유-보강물을 임의로 상기한 바와 같은 보강물을 고정화 하기위한 오픈-셀 발포물과 함께 내부 표면(들)이 임의로 방출제로 처리된 오픈 금형내로 도입함으로 편리하게 수행할 수 있다. 계속적으로 기체-투과성 밀폐물을 놓고 금형을 회합 폐쇄시킨다. 금형과 RIM 장비의 특성에 따라 금형의 한 부분을 RIM 기계에 영구적으로 연결시키고 대체적으로 금형을 금형 폐쇄시나 폐쇄후에 RIM 기계에 연결시킬 수 있다. 탈금형을 용이하게 하기 위해 금형의 내부 표면(들)을 방출제로 처리하는 것은 반드시 필요한 것은 아니며, 또한 예를들면 내부방출제 즉, 반응 조성물에 함입되는 방출제는 사용하는 것이 가능하다.
반응 조성물이 금형내로 사출될때, 금형 온도는 일반적으로 금형내로 양호한 이동을 확정하기 위해 적어도 반응 혼합물의 온도와 유사하다. 실제로, 금형은 일반적으로 사출되는 조성물의 가교결합이나 중합에 필요한 온도를 갖는다. 충전된 금형이 그 온도에서 유지되는 실제적인 온도와 시간(경화 계획)은 반응조성물의 특성에 의해 많이 결정될 것이다. 그러한 경화 계획 또는 중합 시간은 일반적으로 탈금형화후에, 필요하다면 더욱 열 처리될 수 있는 (사후-경화) 치수 안정성 혼성물이 얻어질 수 있도록 해야한다.
본 발명은 다음의 정보가 제공된 아래에 주어진 실시예들로부터 더욱 잘 이해될 것이다.
[A. 장비]
1. Kraus-Maffei RIM-Star 16/40 분배 유니트.
2. 금형 A, 공동 크기가 35×50×0.6㎝인 2-부분 오일가열 알루미늄 금형.
3. 금형 B, 직경 40㎝, 높이 13㎝ 벽두께 0.6㎝, 금형 공동부피 1250㎤의 전기로 가열된 스틸금형.
4. 압착기 80분의 폐쇄력을 갖는다.
[B. 기체-투과성 밀폐물]
25g/ℓ의 밀도를 갖는 오픈-셀 발포 PU
[C. 반응 조성물]
EGC가 5306mmol/㎏이고 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판의 디글리시딜 에테르인, EPIKOTE 828(등록ㆍ상표)를 포함하는 스트림 A(온도 80℃)와 중량비 24:1로 이소포론 디아민과 살리실산을 포함하는 스트림 B(온도 20℃)를 중량비 4 : 1 혼합함으로 반응 조성물을 얻는다.
[D. 연속적인 섬유-보강물]
1. Marglass, 형 138(Funsh P 703) 잉글랜드, ex 말그래스 Ltd., 중량이 300g/㎡인 밸런스트 오픈 직(모크 레노)천.
2. 디아고냅(Diagonap) 04.20×2.00 및 디아 고냅 04.40×2.00 프랑스, 꼬마라 에 시, ex Les Fils d' A. 각각의 층에 두섬유들이 있고 두층들은 유기 섬유에 의해 함께 유지되는 (보강물상에 거의 3w%의 유기 섬유) 한방향성 섬유들이 두 층을 각각 포함한다. 두 층들내의 섬유들의 방향은 서로 거의 직각이다. 두 유형의 보강물의 중량은 각각 350 및 450g/㎡이다.
예비처리된 보강물을 사용할때, 예비처리는 메틸에틸케톤내 B에 기술된 바와 같은 반응 조성물 5w% 용액에 보강물을 담그고, 올바를 형상을 얻기 위해서 금형으로 옮기고, 공기에서 건조시킨후, 120℃에서 10분간 경화시켜서 치수 안정성의 성형 보강물을 얻음으로 성취할 수 있다.
[E. 공극 방향의 결정]
공극 함량을 아래의 식을 사용하는, 잉글랜드, 코울타울즈 미티미드 카본 피브레 유니트에 의해 출판된, "GRAFIL 시험법"에 기술된 방법(참고 시험 303.12)에 따라 결정한다 :
Figure kpo00001
Pc: 혼성물의 밀도
Pf: 섬유의 밀도
Pr: 경화된 수지의 밀도
Wf: 혼성물내 섬유의 중량
Wc: 혼성물의 중량
[실시예 Ⅰ-Ⅹ]
유리섬유-보강 중합체 매트릭스 혼성물의 제조
유리 섬유-보강 중합체 매트릭스 혼성물을 금형 A 및 B를 사용하여 제조한다. 금형에, 압축하기 전에, 두께가 1㎝이고 넓이가 3.5㎝인 발포 폴리우레탄 밀폐물을 장치한다.
내부 금형 표면을 DOW Corning 20 (상표명)방출제로 처리한다. 하기 표 1에 지시된 바와 같은 양과 유형의 보강물을 도입한 후, 금형을 압축기내에 놓고 RIM 기계에 연결시킴으로 폐쇄시킨다.
밀폐물의 압축 인자는 35로 관측되었다.
금형의 온도를 120℃로 올리고 이어서 반응 조성물을 6.5㎏/분의 속도로 금형안으로 사출시킨다.
4-5분후에 탈금형화시키고 혼성물을 계속적으로 150℃에서 2시간동안 사후-결화시킨다.
혼성물의 조성 뿐만 아니라 공극 함량은 표 1에 나타냈다.
[비교실험]
실험 Ⅳ는 발포 PU 밀폐물이 제공되지 않은 금형을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 반복하며 이 결과도 표 1에 나타냈다.
[표 1]
Figure kpo00002
* 실험 Ⅵ를 제외한 모든 보강물을 예비처리한다.
** 보강물은 발포 PU에 의해 분리된 2개의 3플라이로 구성된다. 발포물의 존재와 비균일한 유리 분포로, 공극 함량의 표시할만한 값이 제공되지 않았다.

Claims (5)

  1. 인접 금형 부분들의 접촉 표면 또는 표면들 사이에 위치한 기체-투과성 밀폐물이 장치된 것을 특지응로 하는, 다중-부분 금형내에 패킹 밀도가 20-65V%인 예비성형된 연속 섬유-보강물을 놓고, 에폭시 수지/경화제 시스템을 사출시킴으로 섬유-보강 에폭시 매트릭스 조성물을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 밀폐물이, 금형 부분들 사이에서 압축된 후, 600-1500g/ℓ의 밀도를 갖는 압축 오픈-셀 발포 폴리우레탄 밀폐물인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연속 섬유-보강물이 30-60V%의 패킹 밀도를 갖는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에폭시수지/경화제 혼합물의 사출을 밀폐물이 공기를 통과시키지 못하도록 만들기 위해서 발포 밀폐물에 상기 혼합물이 함침될때까지 계속하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에폭사이드가 3-5.5몰/㎏의 EGC를 갖는 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판의 디글리시딜 에테르이고, 경화제가 지방족 아민, 방향족 아민, 무수물, 이미다졸, 폴리올, 폴리아미드, 폴리이소시아네이트 및 디시아노디아미드로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
KR1019870013848A 1986-12-09 1987-12-04 섬유-보강 에폭시 매트릭스 조성물을 제조하는 방법 KR950015119B1 (ko)

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