KR102120398B1 - 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법 - Google Patents

자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 아라미드 섬유 표면을 (ⅰ) 윤활제, 유화제, 대전 방지제 및 에폭시 성분을 포함하며, (ⅱ) 상기 에폭시 성분의 함량이 30~55중량%인 유제로 처리해 주는 것을 특징으로 한다.
본 발명으로 제조된 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유는 내충격성이 우수함과 동시에 자동차 부품 소재용 열가소성 수지로 널리 사용되고 있으나 표면에 반응기가 없는 폴리프로필렌 수지와의 상용성 및 접착력을 향상시키는 계면 특성을 구비하기 때문에 자동차 범퍼, 자동차 백빔 등과 같은 자동차 부품소재 강화용 섬유로 사용시 최종제품인 자동차 부품소재의 경량화는 물론 파손강도를 크게 향상시켜 준다.

Description

자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법{Method of manufacturing aramid fiber used for reinforcing materials of car components}
본 발명은 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자동차 부품 소재용 열가소성 수지로 널리 사용되고 있으나 표면에 반응기가 없는 폴리프로필렌 수지와의 상용성 및 접착력을 향상시키는 계면 특성을 구비하는 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
자동차 범퍼, 백빔 등과 같은 자동차 부품용 소재들은 (ⅰ) 열가소성 수지와 (ⅱ) 상기 열가소성 수지에 함침되어 있으며 강화용 섬유(Reinforcing fiber) 등이 일방향(Uni-Direction)으로 배열되어 있는 강화용 섬유 UD로 이루어진 프리프레그(Prepreg)를 원하는 형태로 성형, 열처리하여 제조된다.
상기 강화용 섬유 UD 대신에 강화용 섬유로 제직된 직물이 사용되기도 하였다.
자동차 부품 제조에 사용되는 상기 열가소성 수지로는 가격이 저렴하고 성형시간이 단축 가능한 폴리프로필렌 수지가 주로 사용되고 있다.
한편, 자동차 부품 제조에 사용되는 상기 강화용 섬유(Reinforcing fiber)로는 유리섬유가 사용되어 왔으나 유리섬유의 경우 비중이 높아서 자동차의 경량화가 어려운 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 상기 강화용 섬유로 유리섬유 대신 탄소섬유를 사용하였으나, 탄소섬유는 비강성이 커서 내충격성이 떨어지는 문제점이 있었다.
최근, 자동차의 경량화 및 내충격성 개선을 동시에 달성하기 위해서 상기 강화용 섬유로 내열성 및 고강도가 우수하면서도 동시에 내충격 특성이 뛰어난 아라미드 섬유를 사용하려고 많은 노력을 해왔지만, 통상적인 아라미드 섬유는 자동차 부품 제조에 가장 널리 사용되지만 표면에 반응기가 없는 폴리프로필렌 수지와 상용성 및 접착성이 떨어져 최종 제품인 자동차 부품의 파손강도가 크게 저하되는 문제가 발생되었다.
본 발명의 과제는 내충격 특성이 우수함과 동시에 자동차 소재용 열가소성 수지로 널리 사용되고 있으나 표면에 반응기가 없는 폴리프로필렌 수지와의 상용성 및 접착력이 뛰어난 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 자동차 부품 소재의 경량화와 파손강도를 향상시킬 수 있는 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 아라미드 섬유 표면을 (ⅰ) 윤활제, 유화제, 대전 방지제 및 에폭시 성분을 포함하며, (ⅱ) 상기 에폭시 성분의 함량이 30~55중량%인 유제로 처리하여 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유를 제조한다.
본 발명에서는 상기 유제내 에폭시 성분과의 상용성을 좋게하기 위해서 상기 윤활제로 에틸렌 옥사이드(Ethylene oxide)가 부가된 에스테르를 사용한다.
본 발명으로 제조된 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유는 내충격성이 우수함과 동시에 자동차 부품 소재용 열가소성 수지로 널리 사용되고 있으나 표면에 반응기가 없는 폴리프로필렌 수지와의 상용성 및 접착력을 향상시키는 계면 특성을 구비하기 때문에 자동차 범퍼, 자동차 백빔 등과 같은 자동차 부품소재 강화용 섬유로 사용시 최종제품인 자동차 부품소재의 경량화는 물론 파손강도를 크게 향상시켜 준다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법은 아라미드 섬유 표면을 (ⅰ) 윤활제, 유화제, 대전 방지제 및 에폭시 성분을 포함하며, (ⅱ) 상기 에폭시 성분의 함량이 30~55중량%인 유제로 처리해 주는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구현일례로서, 오일링 로울러를 사용하여 아라미드 섬유 표면을 상기 유제로 처리해 주는 것이 바람직하다.
상기 에폭시 성분의 일례로는 솔비톨 에폭시 등과 같은 소수성 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유제내 에폭시 성분의 함량이 30중량% 미만일 경우에는 자동차 부품 소재용 열가소성 수지인 폴리프로필렌 수지와의 상용성 및 접착성이 충분하지 못하게 되고, 55중량%를 초과하는 경우에는 유제의 점성이 너무 높아 공정성이 저하된다.
상기 유제를 구성하는 윤활제는 에틸렌 옥사이드(Ethylene oxide)가 부가된 에스테르인 것이 상기 에폭시 성분과의 상용성을 향상시키는데 바람직하다.
상기 에틸렌 옥사이드가 부가된 에스테르의 윤활제는 디 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 디카복실레이트(Di polyoxyethylene alkyl ether di-carboxylate)와 폴리에틸렌글리콜 디-알킬레이트(Polyethylene glycol di-alkylate)를 혼합하는 방법 등으로 제조할 수 있다.
상기 유제를 구성하는 윤활제의 일례로는 디 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 디-카복실레이트(di polyoxyethylene alkyl ether di-carboxylate)와 폴리에틸렌글리콜 디-알킬레이트(Polyethyleneglycol di-alkylate)의 혼합물 등을 사용한다.
상기 유제를 구성하는 대전방지제의 일례로는 음이온 계면활성제 등을 사용한다.
상기 유제를 구성하는 유화제의 일례로는 폴리옥시에틸렌 캐스토르 왁스 에테르(Polyoxyethylene castor wax ether) 또는 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 알킬 에테르(Polyoxyethylene / Polyoxyprophylene alkyl ether) 등을 사용한다.
본 발명의 구현일례로서, 상기 유제는 윤활제 20~30중량%, 유화제 25~35중량%, 대전방지제 1~5중량% 및 에폭시 성분 30~54중량%로 구성된다.
본 발명으로 제조된 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유는 내충격성이 우수함과 동시에 자동차 부품 소재용 열가소성 수지로 널리 사용되고 있으나 표면에 반응기가 없는 폴리프로필렌 수지와의 상용성 및 접착력을 향상시키는 계면 특성을 구비하기 때문에 자동차 범퍼, 자동차 백빔 등과 같은 자동차 부품소재 강화용 섬유로 사용시 최종제품인 자동차 부품소재의 경량화는 물론 파손강도를 크게 향상시켜 준다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 구현예로서 발명의 보호범위가 하기 실시예들 만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1,500데니어의 아라미드 섬유를 오일링 로울러 사이를 통과 시키면서, 상기 아라미드 섬유 표면을 (ⅰ) 디 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 디카복실레이트(Di polyoxyethylene alkyl ether di-carboxylate)와 폴리에틸렌글리콜 디-알킬레이트(Polyethylene glycol di-alkylate)를 혼합시켜 제조한 에틸렌 옥사이드가 부가된 에스테르의 윤활제 25중량%, (ⅱ) 폴리옥시에틸렌 캐스토르 왁스 에테르(Polyoxyethylene castor wax ether)의 유화제 30중량%, (ⅲ) 음이온 계면활성제의 대전방지제 3중량% 및 (ⅳ) 솔비톨 에폭시(에폭시 성분) 42중량%로 구성된 유제로 처리하여 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유로 아라미드 섬유 UD를 제조한 후, 이를 이용하여 폴리프로필렌 40중량%와 상기 아라미드 섬유 UD 60중량%로 구성된 자동차부품 소재를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 자동차 부품소재의 파단강도를 측정한 결과, 측정된 파단강도는 984Mpa로 우수하였다.
실시예 2
1,500데니어의 아라미드 섬유를 오일링 로울러 사이를 통과 시키면서, 상기 아라미드 섬유 표면을 (ⅰ) 디 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 디카복실레이트(Di polyoxyethylene alkyl ether di-carboxylate)와 폴리에틸렌글리콜 디-알킬레이트(Polyethylene glycol di-alkylate)를 혼합시켜 제조한 에틸렌 옥사이드가 부가된 에스테르의 윤활제 22중량%, (ⅱ) 폴리옥시에틸렌 캐스토르 왁스 에테르(Polyoxyethylene castor wax ether)의 유화제 33중량%, (ⅲ) 음이온 계면활성제의 대전방지제 5중량% 및 (ⅳ) 솔비톨 에폭시(에폭시 성분) 40중량%로 구성된 유제로 처리하여 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유로 아라미드 섬유 UD를 제조한 후, 이를 이용하여 폴리프로필렌 40중량%와 상기 아라미드 섬유 UD 60중량%로 구성된 자동차부품 소재를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 자동차 부품소재의 파단강도를 측정한 결과, 측정된 파단강도는 980Mpa로 우수하였다.
비교실시예 1
1,500데니어의 아라미드 섬유를 유제처리 하지 않고 그대로 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유로 사용하였다.
자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유로 아라미드 섬유 UD를 제조한 후, 이를 이용하여 폴리프로필렌 40중량%와 상기 아라미드 섬유 UD 60중량%로 구성된 자동차부품 소재를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 자동차 부품소재의 파단강도를 측정한 결과, 측정된 파단강도는 764Mpa로 낮았다.
비교실시예 2
1,500데니어의 아라미드 섬유를 오일링 로울러 사이를 통과 시키면서, 상기 아라미드 섬유 표면을 (ⅰ) 디 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 디카복실레이트(Di polyoxyethylene alkyl ether di-carboxylate)와 폴리에틸렌글리콜 디-알킬레이트(Polyethylene glycol di-alkylate)를 혼합시켜 제조한 에틸렌 옥사이드가 부가된 에스테르의 윤활제 45중량%, (ⅱ) 폴리옥시에틸렌 캐스토르 왁스 에테르(Polyoxyethylene castor wax ether)의 유화제 45중량%, (ⅲ) 음이온 계면활성제의 대전방지제 3중량% 및 (ⅳ) 솔비톨 에폭시(에폭시 성분) 7중량%로 구성된 유제로 처리하여 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 자동차 부품 소재 강화용 아라미드 섬유로 아라미드 섬유 UD를 제조한 후, 이를 이용하여 폴리프로필렌 40중량%와 상기 아라미드 섬유 UD 60중량%로 구성된 자동차부품 소재를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 자동차 부품소재의 파단강도를 측정한 결과, 측정된 파단강도는 810Mpa로 낮았다.
실시예 1 내지 실시예 2 및 비교실시예 1 내지 비교실시예 2에 기재된 자동차 부품소재의 파단강도는 아래와 같은 방법으로 측정하였다.
파단강도( Mpa )
ASTM D3039방법으로 파단강도를 측정하였다.

Claims (8)

  1. 아라미드 섬유 표면을 (ⅰ) 윤활제, 유화제, 대전 방지제 및 에폭시 성분을 포함하며, (ⅱ) 상기 에폭시 성분의 함량이 30~55중량%인 유제로 처리해 주는 것을 특징으로 하고,
    상기 유제를 구성하는 상기 윤활제는 디 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 디-카복실레이트(di polyoxyethylene alkyl ether di-carboxylate)와 폴리에틸렌글리콜 디-알킬레이트(Polyethyleneglycol di-alkylate)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 오일링 로울러를 사용하여 아라미드 섬유 표면을 상기 유제로 처리해 주는 것을 특징으로 하는 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 유제를 구성하는 유화제는 폴리옥시에틸렌 캐스토르 왁스 에테르(Polyoxyethylene castor wax ether) 및 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 알킬 에테르(Polyoxyethylene / Polyoxyprophylene alkyl ether) 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 유제를 구성하는 대전 방지제는 음이온 계면활성제인 것을 특징으로 하는 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유제는 윤활제 20~30중량%, 유화제 25~35중량%, 대전방지제 1~5중량% 및 에폭시 성분 30~54중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 성분은 솔비톨 에폭시인 것을 특징으로 하는 자동차 부품소재 강화용 아라미드 섬유의 제조방법.
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