KR101288561B1 - 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품 - Google Patents
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Abstract
(A) 2종 이상의 폴리에스테르 수지, (B) 아크릴계 그라프트 공중합체, 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체, 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체, 또는 이들의 조합의 비닐계 공중합체, 그리고 (C) 유리섬유를 포함하고, 상기 폴리에스테르 수지는 결정화도가 40% 이상인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 10 내지 40 중량% 포함하는 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물이 제공된다.
폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 결정화도, 아크릴계 그라프트 공중합체, 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체, 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체, 유리섬유
Description
본 기재는 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품에 관한 것이다.
폴리에스테르 수지는 기계적 강도, 내약품성, 전기적 특성, 정밀 성형성 등이 우수하며, 특히 외관이 매우 우수하여 다양한 용도에 사용된다. 또한 폴리에스테르 수지는 다양한 형태의 무기물들과 함께 성형되면 기계적 강도를 높이기가 용이하여 그 적용 범위가 크게 확대되고 있다.
그러나 폴리에스테르 수지는 일반적으로 결정성을 가지기 때문에 성형품의 수축이 비결정성 수지에 비하여 커서, 치수 안정성의 개선을 필요로 하는 경우가 많다. 이에 따라, 폴리카보네이트, ABS, ASA 등의 비결정성 수지를 부분적으로 폴리에스테르 수지와 혼합함으로써 치수 안정성을 개선하면서 폴리에스테르 수지의 장점을 유지하는 소재 개발이 많이 진행되고 있으며, 특히 내후성을 필요로 하는 소재의 경우 ASA 수지가 폴리에스테르 수지와의 혼합물 개발에 사용된다.
또한 폴리에스테르 수지의 기계적 강도는 사용되는 충전제들의 함량에 따라 비례하지만, 충전제의 함량이 증가할수록 비중이 높아지는 단점이 있으며, 충전제의 함량이 일정 수준을 넘어서면 기계적 강도가 더 이상 증가하지 않는다. 이와 같은 점은 폴리에스테르 수지의 적용 범위를 확대하는데 장애적인 요인으로 지적되며, 이를 극복하기 위한 다양한 연구가 시도되고 있다.
폴리에스테르 수지에 유리섬유가 보강되는 경우, 높은 기계적 물성을 가질 수 있으므로, 중량이 큰 부품을 지지하는 소재로 자동차에서 많이 사용되고 있다. 그러나, 이와 같은 소재들은 단독으로 제품을 구성하는 것이 아니라 다른 소재들과 조립되어 사용되는데, 결정성 수지인 폴리에스테르 수지는 비결정성 수지에 비하여 수축률이 크기 때문에 사출 조건에 따라 성형품의 치수 안정성이 다르게 되어 조립 과정 중 문제가 발생하기도 한다. 이에 따라, 내후성이 우수하면서 비결정 수지로 폴리에스테르 수지의 단점을 상쇄시킬 수 있는 ASA 수지가 폴리에스테르 수지와의 혼합 수지로서 사용되어진다.
그러나 일반적인 유리섬유를 사용할 경우 유리섬유의 배열에 따라 수지 내 응력 차이가 발생하게 되고, 그로 인해 결국 수지의 휨 현상이 발생하게 된다.
본 발명의 일 측면은 내후성, 내충격성, 기계적 강도, 내열성, 치수 안정성, 가공성, 외관 등이 우수한 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 측면은 상기 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면은 (A) 2종 이상의 폴리에스테르 수지 30 내지 80 중량%; (B) 아크릴계 그라프트 공중합체, 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체, 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체, 또는 이들의 조합의 비닐계 공중합체 20 내지 70 중량%; 및 (C) 상기 폴리에스테르 수지(A) 및 상기 비닐계 공중합체(B)의 총량 100 중량부에 대하여 유리섬유 10 내지 100 중량부를 포함하고, 상기 폴리에스테르 수지는 결정화도가 40% 이상인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물을 제공한다.
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 결정화도가 40 내지 60%일 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리헥사메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트 수지, 이들 수지를 비결정성으로 개질한 폴리에스테르 수지, 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 또한 상기 폴리에스테르 수지는 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 10 내지 40 중량% 및 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 60 내지 90 중량%를 포함할 수 있으며, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 및 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지는 1:2 내지 1:5의 중량비를 가질 수 있다.
상기 아크릴계 그라프트 공중합체는 아크릴계 고무에 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 중합체가 그라프트된 것일 수 있다.
상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체는 방향족 비닐 단량체, 아크릴계 단량체, 헤테로 고리 단량체 또는 이들의 조합의 제1 비닐계 단량체 50 내지 95 중량%; 및 불포화 니트릴 단량체, 상기 아크릴계 단량체와 이종(異種)인 아크릴계 단량체, 상기 헤테로 고리 단량체와 이종(異種)인 헤테로 고리 단량체 또는 이들의 조합의 제2 비닐계 단량체 5 내지 50 중량%로 이루어진 비닐계 중합체 5 내지 95 중량%가, 부타디엔 고무, 아크릴 고무, 에틸렌/프로필렌 고무, 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원 공중합체(EPDM) 고무, 폴리오가노실록산/폴리알킬(메타)아크릴레이트 고무 복합체 또는 이들의 조합의 고무질 중합체 5 내지 95 중량%에 그라프트된 공중합체일 수 있다.
상기 유리섬유는 단면의 종횡비(aspect ratio)가 1.5 미만일 수 있다.
상기 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물은 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 상용화제, 무기물 첨가제, 계면활성제, 커플링제, 가소 제, 혼화제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 방염제, 내후제, 착색제, 자외선 차단제, 충전제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제 또는 이들의 조합의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 상기 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
내후성, 내충격성, 기계적 강도, 내열성, 치수 안정성, 가공성, 외관 등이 우수한 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물이 제공됨에 따라, 자동차의 외장재, 내장재, 엔진룸 등의 다양한 정밀 부품, 전기전자 부품 등의 다양한 제품에 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "(메타)아크릴레이트"는 "아크릴레이트"와 "메타크릴레이트" 둘 다 가능함을 의미한다. 또한 "(메타)아크릴산 알킬 에 스테르"는 "아크릴산 알킬 에스테르"와 "메타크릴산 알킬 에스테르" 둘 다 가능함을 의미하며, "(메타)아크릴산 에스테르"는"아크릴산 에스테르"와 "메타크릴산 에스테르" 둘 다 가능함을 의미한다.
일 구현예에 따른 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물은 (A) 2종 이상의 폴리에스테르 수지, (B) 아크릴계 그라프트 공중합체, 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체, 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체, 또는 이들의 조합의 비닐계 공중합체, 그리고 (C) 유리섬유를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물을 이루는 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.
(A) 폴리에스테르 수지
폴리에스테르 수지는 방향족 폴리에스테르 수지로서, 테레프탈산 또는 테레프탈산 알킬 에스테르와 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 글리콜 성분으로부터 용융 중합에 의하여 축중합된 수지를 사용할 수 있다. 이때 상기 알킬은 C1 내지 C10의 알킬을 의미한다.
일 구현예에서는 2종 이상의 폴리에스테르 수지가 사용되며, 그 중 하나는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지가 사용된다.
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 결정화도가 40% 이상일 수 있으며, 구체적으로는 40 내지 60% 일 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지의 결정화도가 상기 범위 내일 경우 치수 안정성 및 외관이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 강 도, 내충격성, 내열성 및 가공성도 우수한 정도를 유지한다.
일 구현예에 따르면, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 외에 다른 종류의 폴리에스테르 수지가 사용되며, 상기 다른 종류의 폴리에스테르 수지로는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리헥사메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트 수지, 이들 수지를 비결정성으로 개질한 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. 이들 중에서 좋게는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는 비중이 1.15 내지 1.4 g/㎤ 의 범위를 가질 수 있으며, 융점이 210 내지 280℃ 의 범위를 가질 수 있다. 폴리에스테르 수지가 상기 범위의 고유점도, 비중 및 융점을 가지는 경우 우수한 기계적 물성과 성형성을 확보할 수 있다.
일 구현예에 따른 폴리에스테르 수지의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지를 혼합하여 사용한 것을 들 수 있다. 이때 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 10 내지 40 중량% 및 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 60 내지 90 중량%의 비율로 혼합 사용할 수 있다. 구체적으로는 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 및 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지가 1:2 내지 1:5의 중량비로 혼합 사용될 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지가 상기 함량 비율로 사용되는 경 우 기계적 강도, 내열성 및 가공성이 우수하다.
상기 폴리에스테르 수지는 폴리에스테르 수지(A) 및 비닐계 공중합체(B)의 총량에 대하여 30 내지 80 중량%로 포함될 수 있고, 구체적으로는 50 내지 70 중량%로 포함될 수 있다. 폴리에스테르 수지가 상기 범위 내로 포함되는 경우 우수한 기계적 강도 및 내충격성을 확보할 수 있다.
(B) 비닐계 공중합체
일 구현예에 따른 비닐계 공중합체는 아크릴계 그라프트 공중합체, 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체, 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 그라프트 공중합체는 아크릴계 고무에 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 중합체가 그라프트된 공중합체이다.
상기 아크릴계 고무로는 (메타)아크릴산 알킬 에스테르 단량체 또는 (메타)아크릴산 에스테르 단량체를 사용할 수 있다. 이때 상기 알킬은 C1 내지 C10의 알킬을 의미하는 것으로서, 상기 (메타)아크릴산 알킬 에스테르 단량체의 구체적인 예로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기 (메타)아크릴산 에스테르 단량체의 구체적인 예로는 (메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 방향족 비닐 단량체로는 스티렌, o-에틸 스티렌, m-에틸 스티렌, p-에틸 스티렌, α-메틸 스티렌 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 불포화 니트릴 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 에타크릴로니트릴 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 그라프트 공중합체의 구체적인 예로는, (메타)아크릴레이트 고무에 스티렌 및 아크릴로니트릴의 중합체가 그라프트된 것을 사용할 수 있다.
상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체는 비닐계 중합체 5 내지 95 중량%가 고무질 중합체 5 내지 95 중량%에 그라프트된 공중합체이다.
상기 비닐계 중합체는 방향족 비닐 단량체, 아크릴계 단량체, 헤테로 고리 단량체 또는 이들의 조합의 제1 비닐계 단량체 50 내지 95 중량%; 및 불포화 니트릴 단량체, 상기 아크릴계 단량체와 이종(異種)인 아크릴계 단량체, 상기 헤테로 고리 단량체와 이종(異種)인 헤테로 고리 단량체 또는 이들의 조합의 제2 비닐계 단량체 5 내지 50 중량%로 이루어진 중합체를 사용할 수 있다. 이때 상기 “이종(異種)”은 서로 다른 종류를 의미한다.
상기 방향족 비닐 단량체로는 스티렌, C1 내지 C10의 알킬 치환 스티렌, 할로겐 치환 스티렌 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 알킬 치환 스티렌의 구체적인 예로는 o-에틸 스티렌, m-에틸 스티렌, p-에틸 스티렌, α-메틸 스티렌 등을 들 수 있다.
상기 아크릴계 단량체로는 (메타)아크릴산 알킬 에스테르, (메타)아크릴산 에스테르 또는 이들의 조합인 것을 사용할 수 있다. 이때 상기 알킬은 C1 내지 C10의 알킬을 의미한다. 상기 (메타)아크릴산 알킬 에스테르의 구체적인 예로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부 틸(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이 중 좋게는 메틸(메타)아크릴레이트가 사용될 수 있다.
상기 헤테로 고리 단량체로는 무수말레인산, 알킬 또는 페닐 N-치환 말레이미드 또는 이들의 조합인 것을 사용할 수 있다.
상기 불포화 니트릴 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 에타크릴로니트릴 또는 이들의 조합인 것을 사용할 수 있다.
상기 고무질 중합체는 부타디엔 고무, 아크릴 고무, 에틸렌/프로필렌 고무, 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원 공중합체(EPDM) 고무, 폴리오가노실록산/폴리알킬(메타)아크릴레이트 고무 복합체 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체 제조시 고무입자의 입경은 내충격성 및 성형물의 표면 특성을 향상시키기 위하여 0.05 내지 4 ㎛ 일 수 있으며, 상기 고무입자의 입경이 0.05 내지 4 ㎛인 경우 우수한 충격강도를 확보할 수 있다.
상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체는 단독 또는 이들의 2종 이상의 혼합물 형태로도 사용될 수 있다.
상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체의 구체적인 예로는 부타디엔 고무, 아크릴 고무 또는 스티렌/부타디엔 고무에 스티렌, 아크릴로니트릴 및 선택적으로 메틸(메타)아크릴레이트를 혼합물의 형태로 그라프트 공중합한 것을 들 수 있다.
상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체의 다른 구체적인 예로는 부타디엔 고무, 아크릴 고무 또는 스티렌/부타디엔 고무에 메틸(메타)아크릴레이트를 그라프트 공중합한 것을 들 수 있다.
상기 고무 변성 그라프트 공중합체의 더욱 구체적인 예로는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체를 들 수 있다.
상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체를 제조하는 방법은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 이미 잘 알려져 있는 것으로서, 유화중합, 현탁중합, 용액중합 또는 괴상중합 중 어느 방법이나 사용할 수 있고, 구체적인 예로는 고무질 중합체의 존재 하에 전술한 방향족 비닐 단량체를 투입하여 중합 개시제를 사용하여 유화중합 또는 괴상중합시키는 것을 들 수 있다.
상기 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체에 있어서, 상기 방향족 비닐 단량체로는 스티렌, C1 내지 C10의 알킬 치환 스티렌, 할로겐 치환 스티렌 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 알킬 치환 스티렌의 구체적인 예로는 o-에틸 스티렌, m-에틸 스티렌, p-에틸 스티렌, α-메틸 스티렌 등을 들 수 있으며, 상기 불포화 니트릴 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 에타크릴로니트릴 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체의 구체적인 예로는 스티렌 및 아크릴로니트릴의 공중합체를 들 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 아크릴계 그라프트 공중합체와 상기 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체를 혼합하여 사용할 수 있으며, 이의 혼합물은 ASA(acrylonitrile-styrene-acrylate) 수지로도 지칭될 수 있다. 이때 아크릴계 그라프트 공중합체 20 내지 50 중량%와 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체 50 내지 80 중량%의 비율로 혼합 사용할 수 있다. 아크릴계 그라프트 공중합체와 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체가 상기 비율 범위로 혼합되는 경우 유동성, 치수 안정성 등의 물성 밸런스를 가질 수 있다.
상기 비닐계 공중합체는 폴리에스테르 수지(A) 및 비닐계 공중합체(B)의 총량에 대하여 20 내지 70 중량%로 포함될 수 있고, 구체적으로는 30 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 비닐계 공중합체가 상기 범위 내로 포함되는 경우 상용성이 우수하여 물성 편차가 줄어들게 되며, 우수한 내열성을 확보할 수 있다.
(C) 유리섬유
상기 유리섬유는 상업적으로 사용되는 통상적인 것으로서, 직경이 8 내지 20 ㎛ 이고, 길이가 1.5 내지 8 ㎜인 유리섬유를 사용할 수 있다. 유리섬유의 직경이 상기 범위를 가지는 경우 우수한 충격보강의 효과를 얻을 수 있으며, 유리섬유의 길이가 상기 범위를 가지는 경우 압출기에 투입하는 것이 용이하며 충격보강 효과도 크게 개선될 수 있다.
상기 유리섬유는 탄소 섬유, 현무암 섬유, 바이오매스(biomass)로부터 제조된 섬유 또는 이들의 조합과 함께 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 상기 바이오매스(biomass)란 식물이나 미생물 등을 에너지원으로 이용하는 생물체를 의미한다.
상기 유리섬유는 단면이 원형, 타원형, 직사각형, 또는 두 개의 원형이 연결된 아령 모양의 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 유리섬유는 단면의 종횡비(aspect ratio)가 1.5 미만의 것을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 단면의 종횡비가 1 인 원형 모양의 것을 사용할 수 있다. 이때 상기 종횡비는 유리섬유의 단면에서 가장 작은 직경에 대한 가장 긴 직경의 비율로 정의된다. 상기 단면의 종횡비 범위를 가진 유리섬유를 사용할 경우 가격적인 측면에서 제품의 단가를 낮출 수 있으며, 단면이 원형인 유리 섬유를 사용하여 치수 안정성 및 외관을 좋게 할 수 있다.
상기 유리섬유는 폴리에스테르 수지의 반응을 막고 함침도를 향상시키기 위하여, 상기 유리섬유를 소정의 유리섬유 처리제로 처리할 수 있다. 상기 유리섬유의 처리는 섬유 제조시 또는 후공정에서 처리할 수 있다.
상기 유리섬유 처리제로는 윤활제(lubricant), 커플링제, 계면활성제 등이 사용된다. 상기 윤활제는 유리섬유 제조시 일정한 직경 및 두께를 갖는 양호한 스트랜드를 형성하기 위해 사용되며, 상기 커플링제는 유리섬유와 수지와의 양호한 접착을 부여하는 역할을 한다. 이러한 다양한 유리섬유 처리제를 사용되는 수지와 유리섬유의 종류에 따라 적절하게 선택하여 사용할 경우, 유리섬유의 보강재료에 양호한 물성을 부여하게 된다.
상기 유리섬유는 폴리에스테르 수지(A) 및 비닐계 공중합체(B)의 총량 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 20 내지 80 중량부로 포함될 수 있다. 유리섬유가 상기 범위 내로 포함되는 경우 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지의 굴곡 강도 및 내열도가 개선되며, 우수한 흐름성을 가지어 우수한 성형성을 확보할 수 있다.
(D) 기타 첨가제
일 구현예에 따른 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 상용화제, 무기물 첨가제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 혼화제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 방염제, 내후제, 착색제, 자외선 차단제, 충전제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 산화방지제로는 페놀형, 포스파이트형, 티오에테르형 또는 아민형 산화방지제를 사용할 수 있으며, 상기 이형제로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아린산(stearic acid)의 금속염, 몬탄산(montanic acid)의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스 또는 폴리에틸렌 왁스를 사용할 수 있다. 또한 상기 내후제로는 벤조페논형 또는 아민형 내후제를 사용할 수 있고, 상기 착색제로는 염료 또는 안료를 사용할 수 있으며, 상기 자외선 차단제로는 이산화티타늄(TiO2) 또는 카본블랙을 사용할 수 있다. 상기 충전제로는 유리섬유, 탄소섬유, 실리카, 마이카, 알루미나, 점토, 탄산칼슘, 황산칼슘 또는 유리 비드를 사용할 수 있으며, 상기와 같은 충전제를 첨가할 경우 기계적 강도 및 내열성 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 핵 형성제로는 탈크 또는 클레이를 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 폴리에스테르 수지(A) 및 상기 비닐계 공중합체(B)의 총량 100 중량부에 대하여 50 중량부 이하로 포함될 수 있다. 첨가제가 상기 범위 내로 포함될 경우 각 용도에 따른 첨가제의 효과를 얻을 수 있으며 우수한 기계적 물성 및 향상된 표면의 외관을 얻을 수 있다.
일 구현예에 따른 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물은 공지의 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 상술한 본 발명의 구성 성분과 첨가제를 혼합한 후에, 압출기 내에서 용융 압출하고 펠렛 형태로 제조할 수 있다.
다른 일 구현예에 따르면, 전술한 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물을 성형하여 제조한 성형품을 제공한다. 상기 성형품은 유리섬유의 첨가에 따른 장점, 즉, 인장강도 및 굴곡강도가 보다 향상되며, 특히, 우수한 내열성을 나타냄에 따라, 지속적으로 하중을 받거나 지속적인 열을 견뎌야 하는 부품에 적합하게 사용될 수 있는 장점을 그대로 보유한다. 또한 치수 안정성 및 외관이 우수함에 따라, 도장 공정도 생략할 수 있어 원가 절감을 가능하게 한다. 이러한 성형품은 자동차의 외장재, 내장재, 엔진룸 등의 다양한 정밀 부품, 전기전자 부품 등의 다양한 제품에 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아 니다.
[실시예]
일 구현예에 따른 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물의 제조에 사용되는 각 구성 성분은 다음과 같다.
(A) 폴리에스테르 수지
(A-1) 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지로서,
(A-1-1) 결정화도가 45%인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로서, SK케미칼사의 SKYPET 1100 제품을 사용하였다.
(A-1-2) 결정화도가 30%인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로서, SK케미칼사의 SKYPET BR8040 제품을 사용하였다.
(A-2) 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지로서, SHINKONG사의 DHK002 제품을 사용하였다.
(B) 비닐계 공중합체
아크릴레이트 고무에 스티렌 및 아크릴로니트릴의 중합체가 그라프트된 공중합체(B-1)와 스티렌 및 아크릴로니트릴의 공중합체(B-2)의 혼합물인 ASA(acrylonitrile-styrene-acrylate) 수지를 사용하였다.
(C) 유리섬유
길이는 3 ㎜ 이고 직경이 13 ㎛인 오웬스코닝사의 CS03-183F를 사용하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6
상기에서 언급한 성분들을 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 함량으로 혼합하고, Φ=45 mm인 이축 압출기를 사용하여 펠렛으로 제조하였다. 이 때, 폴리에스테르 수지 및 비닐계 공중합체는 메인 피더(Main Feeder)에 첨가하고, 유리섬유는 사이드 피더(Side Feeder)에 첨가하였다.
[시험예]
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 펠렛을 110℃에서 3시간 이상 건조한 후, 10 oz 사출기에서 성형 온도 200 내지 300℃ 및 금형 온도 60 내지 100℃ 에서 사출하여 물성 시편을 제조하였다. 상기 제조된 물성 시편은 하기의 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 굴곡강도: ASTM 790에 따라 굴곡강도를 측정하였다.
(2) 굴곡탄성률: ASTM 790에 따라 굴곡탄성률을 측정하였다.
(3) 인장강도: ASTM D638에 따라 인장강도를 측정하였다.
(4) 충격강도: ASTM D256에 따라 충격강도를 측정하였다(1/4", notched).
(5) 유량비: 압출 가소도계(Extrusion Plastometer)로 열가소성 수지의 유량비(유동성)를 측정하는 미국의 표준 측정 방법인 ASTM D1238에 따라, 용융 유량비를 측정하였다. 측정 온도는 250℃이었고, 5kg의 추를 사용하였으며, 1분 동안 흘러나오는 수지의 질량을 측정하였다.
(6) 내열도: ASTM D648에 따라 내열도를 측정하였다.
(7) 수축율(TD): 6"×6" 크기에 1/8" 두께를 가진 필름 게이트(Film Gate) 금형을 80℃로 유지하고 10 oz 사출기에서 95%의 힘으로 사출을 실시한 후, 외력을 가하지 않은 조건 하에서 24 시간 동안 온도 23℃, 수분 50%인 항온 항습실에 방치하여, 플로우의 직각인 TD(Transverse Direction)의 수축율을 측정하여 % 단위로 표시하였다.
(8) 외관: 제일모직사의 금형을 이용하여 사출한 뒤 육안으로 평가하였다.
[표 1]
실시예 | 비교예 | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
(A) 폴리에스테르 수지 | (A-1) PET 수지(중량%) | (A-1-1) | 9 | 10 | 12 | 15 | - | - | - | - | - | - |
(A-1-2) | - | - | - | - | - | 5 | 10 | 20 | 30 | - | ||
(A-2) PBT 수지(중량%) | 41 | 40 | 38 | 35 | 50 | 45 | 40 | 30 | 20 | - | ||
(B) 비닐계 공중합체 | (B-1) (중량%) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 23 | |
(B-2) (중량%) | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 47 | ||
(C) 유리섬유 (중량%) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | ||
굴곡강도 (kgf/㎠) |
1680 | 1600 | 1500 | 1560 | 1600 | 1600 | 1650 | 1720 | 1780 | 1510 | ||
굴곡탄성률(kgf/㎠) | 84000 | 83000 | 84000 | 85000 | 82000 | 81000 | 83000 | 83500 | 85000 | 75000 | ||
인장강도(kgf/㎠) | 1180 | 1200 | 1300 | 1500 | 1200 | 1100 | 1090 | 1070 | 1150 | 1000 | ||
충격강도(kgfㆍcm/cm) | 5.5 | 6.0 | 6.1 | 6.1 | 6.0 | 5.8 | 5.5 | 5.1 | 5.0 | 5.1 | ||
유량비(g/1분) | 33 | 30 | 27 | 25 | 28 | 25 | 22 | 21 | 18 | 35 | ||
내열도(℃) | 198 | 195 | 185 | 180 | 194 | 190 | 184 | 178 | 168 | 120 | ||
수축율(TD)(%) | 0.73 | 0.70 | 0.67 | 0.65 | 0.90 | 0.85 | 0.82 | 0.81 | 0.79 | 0.65 | ||
외관 | O | O | O | O | X | △ | △ | △ | △ | O |
상기 표 1을 통하여, 일 구현예에 따라 결정화도가 40% 이상인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 다른 종류의 폴리에스테르 수지와 함께 사용하고, 비닐계 공중합체 및 유리섬유를 첨가한 실시예 1 내지 4의 경우, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 전혀 사용하지 않은 비교예 1, 일 구현예에 따른 결정화도의 범위를 벗 어난 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 사용한 비교예 2 내지 5, 그리고 폴리에스테르 수지를 사용하지 않은 비교예 6의 경우와 비교하여, 치수 안정성 및 외관이 우수하며 기계적 강도, 내충격성, 내열성 및 가공성도 우수한 정도를 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (10)
- (A) 2종 이상의 폴리에스테르 수지 30 내지 80 중량%;(B) 아크릴계 그라프트 공중합체, 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체, 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 공중합체, 또는 이들의 조합의 비닐계 공중합체 20 내지 70 중량%; 및(C) 상기 폴리에스테르 수지(A) 및 상기 비닐계 공중합체(B)의 총량 100 중량부에 대하여 유리섬유 10 내지 100 중량부를 포함하고,상기 폴리에스테르 수지는 결정화도가 40% 이상인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 10 내지 40 중량% 포함하는 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 결정화도가 40 내지 60%인 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 폴리에스테르 수지는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리헥사메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리시클로헥산 디메 틸렌 테레프탈레이트 수지, 이들 수지를 비결정성으로 개질한 폴리에스테르 수지, 또는 이들의 조합을 더 포함하는 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제3항에 있어서,상기 폴리에스테르 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 60 내지 90 중량%를 포함하는 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제4항에 있어서,상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 및 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지는 1:2 내지 1:5의 중량비를 가지는 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 아크릴계 그라프트 공중합체는 아크릴계 고무에 방향족 비닐 단량체 및 불포화 니트릴 단량체의 중합체가 그라프트된 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 고무 변성 비닐계 그라프트 공중합체는 방향족 비닐 단량체, 아크릴계 단량체, 헤테로 고리 단량체 또는 이들의 조합의 제1 비닐계 단량체 50 내지 95 중량%; 및 불포화 니트릴 단량체, 상기 아크릴계 단량체와 이종(異種)인 아크릴계 단량체, 상기 헤테로 고리 단량체와 이종(異種)인 헤테로 고리 단량체 또는 이들의 조합의 제2 비닐계 단량체 5 내지 50 중량%로 이루어진 비닐계 중합체 5 내지 95 중량%가,부타디엔 고무, 아크릴 고무, 에틸렌/프로필렌 고무, 스티렌/부타디엔 고무, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원 공중합체(EPDM) 고무, 폴리오가노실록산/폴리알킬(메타)아크릴레이트 고무 복합체 또는 이들의 조합의 고무질 중합체 5 내지 95 중량%에 그라프트된 공중합체인 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 유리섬유는 단면의 종횡비(aspect ratio)가 1.5 미만인 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물은 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 상용화제, 무기물 첨가제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 혼화제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 방염제, 내후제, 착색제, 자외선 차단제, 충전제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제 또는 이들의 조합의 첨가제를 더 포함하는 것인 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 유리섬유 강화 폴리에스테르 수지 조성물로부터 제조된 성형품.
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