KR960007306B1 - 액정수지 복합체의 성형방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

액정수지 복합체의 성형방법.

제 1 도는 성형용 소재의 성형 가능 온도에의 온도상승속도와 건전한 섬유화 상태가 유지될 수 있는 시간과의 관계를 나타내는 그래프.

제 2 도는 액정수지 복합체의 매트릭스 수지와 액정수지와의 온도변화를 나타내는 설명도.

제 3 도는 액정수지 복합체의 매트릭스 수지에 대한 액정수지의 함유량이 미치는 복합체의 상태 변화를 나타내는 설명도.

제 4 도는 실시예 1에 있어서의 보온시간과 매트릭스 수지중의 액정수지의 섬유화 상태의 초기상태의 현미경 사진.

제 5 도는 제 4 도의 상태로부터 5분후의 변화상태를 나타내는 현미경 사진.

제 6 도는 제 4 도의 상태로부터 10분후의 변화상태를 나타내는 현미경 사진.

제 7 도는 제 4 도의 상태로부터 30분후의 변화상태를 나타내는 현미경 사진.

본 발명은 섬유화된 액정수지에 의해 매트릭스(matrix) 수지를 보강해서된 복합체의 성형방법의 개량에 관한 것이다.

근년에 유리섬유등을 보강재로서 사용하는 섬유강화수지(FRP)의 재순환성이 문제가 되고, 그에 대신하는 프라스틱 복합체로서 액정수지를 보강재로서 사용하고, 이것을 매트릭스 수지내에서 섬유화 하므로서 인장강도가 높은 복합체를 사용하는 것이 제안되어 있다.

그 때문에 제 1 도에 나타내는 바와같이 일반적인 열가소성 수지인 매트릭스 수지에 소정량의 액정수지를 배합하고, 이것을 열가소성 수지의 최저 성형가능 온도이상 또한 액정수지의 액정 전이온도 이상의 온도로 압출 성형하므로서 매트릭스 수지내에 섬유화된 액정수지를 형성하고, 이것을 필요에 의해 신장시켜서 필름 형상의 소재를 제조하여 이 소재를 프레스 성형등에 의해 성형해서 구조 강도가 높은 성형품을 제조하는 기술이 제안되기에 이르고 있다.

그러나, 이와같은 소재를 사용해서 예를들면 프레스 성형을 행함에 있어서 이 소재는 매트릭스 수지의 최저 성형가능 온도 이상으로 또한, 액정 수지의 액정전이 온도 미만의 성형 가능한 온도로 가열된 후 프레스 성형되기까지 보온상태로 놓여진다.

이때 상기한 가열온도범위내에 있어서 가열하는 것과 같은 경우라도, 가열시의 온도상승속도가 늦으면 프레스 성형후 성형품의 매트릭스 수지내에서 균등하게 배분되어서 존재해야할 액정수지의 섬유화 상태가 일부 또는 대부분이 소멸되어 있다고 하는 현상이 일어나서 소정의 구조강도를 갖는 성형품이 얻어지지 않는다고 하는 좋지않은 상태가 발견되기에 이르렀다.

여기서 본 발명은 그러한 원인을 규명함과 동시에 그 좋지 못한 상태를 해결할 수 있는 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 성형후의 성형품내의 섬유화된 액정수지의 소멸원인이 상기한 가열온도 범위내에 있어서의 소정의 보온 온도로 소재를 유지하면 시간과 함께 매트릭스 수지내에서 액정수지의 섬유화가 소멸해 가는데 있고, 이 소멸속도는 소재의 보온온도에의 온도상승속도가 깊이 관여한다는 것을 알아내어 완성한 것으로서 열가소성 수지로된 매트릭스 수지와 열가소성 수지의 최저 성형가능 온도보다도 액정전이 온도가 높은 액정수지로 되고, 섬유화된 액정수지에 의해 보강된 복합체 소재를 사용해서 수지 성형함에 있어서 상기한 복합체 소재를 평균온도 상승 속도 80℃/분 이상으로 상기한 매트릭스 수지의 최저 성형 가능 온도이상으로 액정수지의 액정 전이 온도미만의 범위에 있는 성형 온도로 가열해서 성형하는 것을 특징으로 하는 액정수지 복합체의 성형 방법이다.

본 발명에 의하면 제 1 도에 나타내는 바와같이 상기한 복합체 소재는 온도상승 임계선(B)에 나타내는 평균온도상승속도 80℃/분 이상으로 소정의 성형 가능 온도로 온도 상승되면, 실제의 성형 라인에서 최저 필요로 하는 준비시간의 사이 보온된 상태에 있어서도 액정수지의 섬유화 상태는 저해되지 않고, 건전한 상태로 유지된채로 프레스 성형등의 성형 가공에 제공되고, 구조강도를 저해하는 일이 없이 성형할 수가 있다.

또한, 온도상승속도가 빨라지면 질수록 상기한 보온 시간이 다소 길어져도 액정수지의 섬유화 상태는 건전하게 유지할 수가 있다. 이에 대해 상기한 온도상승 임계속도 보다도 온도상승속도가 늦어지면 질수록(C선으로부터 D선) 건전한 액정수지의 섬유화 상태를 유지할 수 있는 보온시간을 짧고(C점으로부터 D점으로)실제 라인에서 필요로 하는 준비시간 보온상태로 두면 액정수지의 섬유화 상태는 일부 소멸하게 되고, 건전한 섬유화 조직을 갖는 성형품을 얻을 수 없게 된다. 온도상승속도가 온도상승 임계속도보다 낮으면 즉 실제 단계에서 소요의 일반적인 준비시간에 대해 보온상태하에서 복합체가 프레스 성형되면, 액정수지의 섬유구조가 일부 소멸되고, 매트릭스 수지내에 섬유구조가 균일하게 분산된 성형품을 얻을 수 없게된다.

따라서, 보온시간은 가능한한 짧게 설정하는 것이 바람직하다. 즉, ① 보온온도가 높으면 높을 수록 ② 복합체가 가열되는 가열량이 많으면 많을 수록 ③ 사출형성될 복합체의 신장비가 적으면 적을 수록 ④ 성형할 복합체내의 액정수지의 함량이 적으면 적을 수록 및/또는 ⑤ 성형할 복합체 내의 매트릭스 수지의 유리 전이온도(Tg)가 낮으면 낮을 수록 성형전에 복합체에 대한 보온한게 시간이 짧아지는 것이다.

본 발명에서 사용되는 열가소성 수지로서는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, ABS 폴리아미드(나일론), 폴리카르보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 변성 PPE(폴리페닐렌 에테르) 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르 술폰등 일반적으로 열가소성 수지로서 분류되는 것, 및 이들의 변성품, 혼합품을 사용할 수가 있다.

다른 한편 액정수지로서는 상기한 매트릭스 수지의 융점보다도 액정 전이 온도가 높은 것, 바람직하게는 20℃ 이상 높은 것이면, 특히 한정되는 것은 아니지만 열가소성 액정 폴리에스테르, 열가소성 액정 폴리에스테르 아미드가 바람직하고, 구체적으로는 상품명 벡트라, 에코놀, 자이다 등으로서 시판되고 있다.

매트릭스 수지에 대한 액정수지의 배합은 조성물 전체로서 그 상번전 이하의 섬유화가능 영역이 되도록 조정 배합할 필요가 있으며(제 3 도 참조) 예를들면 매트릭스 수지가 폴리아미드 수지인 경우에는 40-80중량%, ABS(아크릴 부타디엔 스티렌 혼성중합체) 수지의 경우는 30-75중량%, 폴리카르보네이트(PC)/ABS 수지의 경우는 3-70중량%, 폴리페닐렌 옥사이드/나일론의 경우는 3-60중량%, 폴리프로필렌의 경우는 2-70%, 폴리카르보네이트의 경우는 3-70중량%의 범위가 적당하다.

상기한 섬유화가능 영역의 배합 조성물을 매트릭스 수지의 용융온도 이상 또한 액정수지의 액정전이 온도 이상의 온도로 즉, 제 3 도에 나타내는 재료 조제온도 영역에서 압출 성형하므로서 액정수지는 매트릭스 수지내에 있어서 압출 방향으로 섬유화 된다. 이와같이 해서 압출 성형된 필름 형상 소재를 적당한 치수로 절단하여 중첩시키므로서 성형용 소재가 제조된다.

그때의 압출시의 수지에 작용하는 외관의 전단속도는 3×10²~10⁵sec^-1로 하는 것이 이후의 신장 작용에 의해 인장강도의 향상을 받기 쉬운 섬유화 상태가 얻어지기 때문에 바람직하다.

또한, 압출형태는 스트랜드(strand)형태라도 된다.

[실시예]

매트릭스 수지로서 폴리스트렌(상품명 HH105 : 미쓰비시 가세이폴리테크 (주)사 제조) 60중량부에 액정수지로서 방향족 폴리에스테르[상품명 벡트라 A 950, 폴리프라틱스(주)사제 융점(액정 전이온도) 약 280℃] 펠릿 40중량부를 혼합하여 2축 압출기[형식 ST-3-S2-36L (주)프라스틱 고우가구 겐규쇼 제조]를 사용해서 스크류 직경 36mm 수지온도 270℃ 스크류 회전수 100rpm, 다이스 100×2mm로 설정하여 전단속도 1700sec^-1로 필름 형태로 압출하여 이것을 신장기(자사제)를 사용하여 신장비 13으로 신장시켰다. 얻어진 성형용 필름 형태의 복합체를 크기 1mm×1mm로 절단해서 시료를 얻었다.

다음에 상기한 시료를 덮개유리(24×24×0.15mm)에 탑재시켜 오븐중에서 소정시간 소정온도로 방치후 광학 현미경으로 액정수지의 섬유상태의 변화를 관측했다.

여기서 성형용 소재를 약 90초에서 수지온도 260℃로 온도상승시킨 경우의 액정수지의 섬유화 상태의 변화를 광학 현미경으로 관측해 보면 제 4 도의 열이력 없음의 초기로부터 제 5 도의 보온시간 5분까지는 매트릭스 수지중의 섬유화 상태는 건전하지만 보온시간 10분에서는 제 6 도에 나타내는 바와같이 비교적 가느다란 섬유는 소멸되고, 비교적 굵은 섬유만이 남게되고, 보온시간 30분에서는 제 7 도에 나타내는 바와같이 그 남은 굵은 섬유도 분단되게 된다.

여기서 온도상승속도 260℃/분으로부터 26℃/분까지 단계적으로 변화시켜 수지온도 260℃에서의 매트릭스 수지중의 건전한 섬유화 상태를 유지 가능한 한계점을 조사한 바 제 1 도에 나타내는 바와같이 온도상승속도 260℃/분에서는 7분후에 매트릭스 수지중의 액정수지의 섬유화 상태가 소멸되기 시작한다. 온도상승속도 80℃/분에서는 5분후에 매트릭스 수지중의 액정수지의 섬유화 상태가 소멸되기 시작했다.

또, 온도상승속도 52℃/분에서는 4분 20초에서 온도상승속도 26℃/분에서는 3분에 매트릭스 수지중의 액정수지의 섬유화 상태가 소멸되기 시작하는 것을 확인했다.

따라서, 온도상승속도가 52℃/분 및 26℃/분의 경우 각각 건전한 섬유화 상태를 유지하는 보온시간이 4분 20초 3분이 되고, 실제의 라인에서 요구되는 약 5분의 보온시간보다 짧고, 온도상승속도 80℃/분이 임계 온도상승속도가 된다.

제 1 도에 있어서 온도상승속도 260℃/분의 온도상승 라인을 라인 A, 80℃/분의 온도상승속도를 라인 B, 52℃/분의 온도상승속도를 라인 C, 26℃/분의 온도상승속도를 라인 D로서 표시했다.

또, 상기한 보온 가능한 시간은 온도상승속도가 동일하다고 하면 액정수지 함유량이 높아질 수록 소재의 신장비율이 커질수록 매트릭스 수지의 유리전이온도(TG)가 높아질 수록 길게 유지할 수 있는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

이상 본 발명을 프레스 성형의 경우에 있어서의 가열 보온시간은 예로해서 설명했으나, 다른 적용예로서 사출성형 공정에 있어서의 바렐내에서의 가열 및 체류 및 필라멘트와인딩 성형 공정에 있어서의 가열 등에 적용할 수가 있다.

Claims (6)

1. 열가소성 수지로 된 매트릭스 수지와, 그 열가소성 수지의 최저 성형가능 온도 보다도 액정전이 온도가 높은 액정수지로 되고, 섬유화된 애정수지에 의해 보강된 복합체 소재를 사용해서 수지 성형함에 있어서, 상기한 복합체 소재를 평균 온도상승속도 80℃/분 이상으로 상기한 매트릭스 수지의 최저 성형가능 온도이상으로 액정수지의 액정전이 온도미만의 범위에 있는 성형온도로 가열해서 성형하는 것을 특징으로 하는 액정수지 복합체의 성형방법.
2. 제 1 항에 있어서, 보온온도가 높으면 높을 수록 성형전에 복합체의 보온한계 시간이 짧아지는 것을 특징으로 하는 액정수지 복합체의 성형방법.
3. 제 1 항에 있어서, 복합체가 가열되는 가열량이 많으면 많을 수록 성형전에 복합체에 대한 보온한계 시간이 짧아지는 것을 특징으로 하는 액정수지 복합체의 성형방법.
4. 제 1 항에 있어서, 사출 성형된 성형품의 복합체의 신장비가 적으면 적을 수록 성형전에 복합체에 대한 보온한계 시간이 짧아지는 것을 특징으로 하는 액정수지 복합체의 성형방법.
5. 제 1 항에 있어서, 성형한 복합체내의 액정수지의 함량이 적으면 적을 수록, 성형전에 복합체에 대한 보온한계 시간이 짧아지는 것을 특징으로 하는 액정수지 복합체의 성형방법.
6. 제 1 항에 있어서, 성형한 복합체내의 매트릭스 수지의 유리전이온도(Tg)가 낮으면 낮을 수록 성형전에 복합체에 대한 보온한계 시간이 짧아지는 것을 특징으로 하는 액정수지 복합체의 성형방법.