KR102318323B1 - 플라스틱 복합 부품의 제조 방법 - Google Patents

플라스틱 복합 부품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱 복합 부품(CC)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서는, 제1 섬유 재료(F1)에 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시켜 매트릭스 조성물(MC)을 얻고, 이에 표면 조성물(SC)을 도포하여, 제1 플라스틱 부품(C1)이 얻어진다. 제2 단계에서, 제2 플라스틱 부품(C2)은 제1 플라스틱 부품(C1) 상에 성형되어, 플라스틱 복합 부품(CC)을 제공한다. 본 발명은 추가로, 본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품(CC)에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 제1 섬유 재료(F1)의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로의 함침을 개선하기 위한 폴리에틸렌이민(PEI)의 용도를 제공한다.

Description

플라스틱 복합 부품의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A COMPOSITE PLASTIC PART}
본 발명은 플라스틱 복합 부품(CC)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서는, 제1 섬유 재료(F1)에 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시켜 매트릭스 조성물(MC)을 얻고, 이에 표면 조성물(SC)을 도포하여, 제1 플라스틱 부품(C1)이 얻어진다. 제2 단계에서, 제2 플라스틱 부품(C2)은 제1 플라스틱 부품(C1) 상에 성형되어, 플라스틱 복합 부품(CC)을 제공한다. 본 발명은 추가로, 본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품(CC)에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 제1 섬유 재료(F1)의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로의 함침을 개선하기 위한 폴리에틸렌이민(PEI)의 용도를 제공한다.
섬유 강화 플라스틱은 다수의 이용 분야에서 금속 부품에 대한 대체품으로서 사용되는 재료로서 수년간 확립되어 왔다. 이에 따라 섬유 강화 플라스틱 패널은 또한 유기 시트(organosheet)로 지칭된다. 섬유 강화 플라스틱의 사용은 사용된 재료의 중량 및 재료의 제조 비용을 감소시키고자 한다. 섬유 강화 플라스틱 부품에서, 레이드 스크림(laid scrim) 또는 직물 형태의 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 아라미드 섬유가 중합체에 의해 둘러싸이는 것이 일반적이다. 이로써 얻어진 섬유 강화 플라스틱 부품은 저렴하게 생산 가능하며, 비슷한 금속 부품에 비해 가볍고 우수한 기계적 특성으로 주목할만 하다.
제1 섬유 강화 플라스틱 부품에 있어서, 열경화성 중합체를 중합체 부품으로 사용한다. 가공 및 추가 가공에서의 구성 및 섬유 강화 플라스틱으로 제조 가능한 형태에서 더 큰 자유도를 달성하기 위해, 중합체 부품으로서 열가소성 플라스틱을 포함하는 섬유 강화 플라스틱이 개발되었다.
구성의 자유도 및 제작 옵션을 더 증가시키기 위해, 섬유 강화 플라스틱은 용접 및 인서트 몰딩(insert molding)에 의해 추가 가공될 수 있다. 연속 섬유 강화 편평 플라스틱 부품의 용접 및 인서트 몰딩은, 예를 들어 문헌[Marco Wacker et al., "Schwei ßen und Umspritzen von Organoblechen(Welding and Inser t Molding of Organosheets )", KU-Kunststoffe, Karl Hanser Verlag Munich, volume 92(2002), 6]에 기재되어 있다. 상기 문헌에 기재된 몰드 내 코팅(in-mold coating) 및 인서트 몰딩에 대한 방법을 사용함으로써, 기능성 요소를 섬유 강화 편평 플라스틱 부품 상에 장착시키는 것이 가능하다. 이러한 목적을 위해, 섬유 강화 편평 플라스틱은 몰드 내에 삽입되기 전에 예열되고 이후 제2 중합체와 함께 인서트 몰딩된다.
제1 플라스틱 부품과 몰드 내로 주입되는 제2 중합체 사이의 우수한 결합을 달성하기 위해, 상기 기재된 바와 같이, 제1 플라스틱 요소를 예비 가열하는 것이 필요하다. 예비 가열을 위해, 예를 들어 적외선 공급원, 또는 오븐을 사용하는 것이 가능하다. 예비 가열은 제1 플라스틱 요소를 연화시키고 이를 표면에서 부분적으로 용융시킬 수 있다. 가열은 또한 몰드 외부에서 실시될 수 있다. 가열을 몰드 내에서 직접 수행하는 것이 또한 가능하다. 이 방식으로, 연화된 제1 플라스틱 요소의 변형을 피할 수 있다.
제1 플라스틱 요소와 제2 플라스틱 요소 사이의 충분히 높은 결합 강도(접착)을 달성하기 위해, 제1 플라스틱 요소의 표면의 충분히 깊은 부분 용융을 발생시켜 용접 결합을 안정화하는 것이 필요하다. 몰드 내의 제1 플라스틱 요소의 바람직한 가열로 인해, 완성된 성형물을 몰드로부터 제거하기 위해 높은 사이클 타임이 필요한데, 이는 일반적으로 제1 플라스틱 요소의 중합체와 제2 플라스틱 요소의 부품으로서 성형물 내에 주입된 중합체가 성형물이 치수적으로 안정할 정도로 고화되기까지 제거가 불가능하기 때문이다. 이 목적을 위해, 몰드는 통상적으로 완성된 성형물이 제거되기 전에 냉각된다.
선행 기술은 제1 플라스틱 요소와 제2 플라스틱 요소 사이의 충분한 접착 및 이로써 생성되는 플라스틱 복합 부품(CC)의 우수한 안정성을 달성하기 위한 다양한 방법들을 기재한다.
US 2008/0176090 A1에서는 제1 플라스틱 부품 및 제2 플라스틱 부품을 포함하는 플라스틱 복합 부품이 기재되어 있다. 접착은 제1 플라스틱 부품과 제2 플라스틱 부품 사이의 접착 촉진층으로 지칭되는 것을 사용함으로써 향상된다. 접착 촉진층은 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 또는 이오노머, 예를 들어 카르복시 기를 갖고 그 카르복시 기가 금속 이온으로 중화된 에틸렌계 중합체를 포함한다. US 2008/0176090에 기재된 플라스틱 복합 부품은 이미 우수한 접착을 가지나, 이의 제조는 추가의 접착 촉진층이 필요하기 때문에 복잡하다.
US 2012/0027983에서는 별도의 접착 촉진층의 사용이 전적으로 필요한 것은 아닌 폴리아미드 복합 부품이 기재되어 있다. 플라스틱 복합 부품은 마찬가지로 제1 플라스틱 부품 및 제2 플라스틱 부품을 갖고, 플라스틱 부품들 중 1 이상은 제1 플라스틱 부품과 제2 플라스틱 부품 사이의 접착을 향상시키기 위해 1 중량% 내지 15 중량%의 작용성 폴리올레핀을 수용한다. 사용된 작용성 폴리올레핀은, 예를 들어 말레산 무수물이 그래프트된 폴리올레핀이다.
플라스틱 복합 부품에서, 사용된 제1 플라스틱 요소는 주로 섬유 강화 플라스틱 요소이다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 섬유 매트에는 플라스틱이 함침된다. 함침을 위해, 플라스틱은 섬유 매트를 매우 실질적으로 둘러싸도록 용융된다. 플라스틱 복합 부품의 우수한 안정성을 달성하기 위해, 여기서 섬유 매트는 플라스틱에 의해 완전히 관통되어야 한다. 섬유 매트 중의 개별 섬유는 용융된 플라스틱에 의해 매우 실질적으로 피복되어야 한다. 선행 기술에 기재된 방법에서는, 이러한 목적을 위해, 플라스틱 용융물이 충분히 낮은 점도에 도달하여 섬유 매트의 완전한 피복을 보장하도록 플라스틱을 고온으로 가열하는 것이 필요하다.
플라스틱으로 섬유 매트를 완전히 피복시키는 것은, 제2 플라스틱 요소가 성형된 후 플라스틱 복합 부품의 우수한 안정성을 보장하는 데에 필요하다.
섬유 매트의 함침에 대한 선행 기술에 기재된 고온은, 고온이 플라스틱 용융물에 열 응력을 야기하기 때문에 불리하다. 이는 플라스틱 용융물 중 중합체 사슬의 열화를 야기할 수 있다. 더 나아가, 섬유 매트의 개별 섬유의 완전한 피복은 선행 기술에 기재된 방법에서는 항상 확실하게 보장되지는 않는다.
따라서 본 발명의 목적은 사용된 섬유 재료의 완전한 피복을 확실하게 보장하는 복합체 플라스틱 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 비교적 저온에서라도 섬유 재료의 개별 섬유의 완전한 피복을 추가적으로 확실하게 보장하여야 한다. 추가로, 플라스틱 복합 부품은 두 플라스틱 요소들 사이의 향상되거나 적어도 동등한 접착을 가져야 한다. 플라스틱 복합 부품은 추가로 열 응력에 안정성이어야 한다. 본 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품은 향상되거나 적어도 동등한 열적 노화 저항(TAR)을 가져야 한다. 본 방법은 실시하기에 단순하고 저렴해야 한다. 본 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품은 우수한 기계적 특성, 특히 제1 플라스틱 부품과 제2 플라스틱 부품 사이의 우수한 접착, 및 향상된 열적 노화 저항(TAR)을 가져야 한다.
상기 목적은 플라스틱 복합 부품(CC)을 제조하는 방법으로서,
a) 하기 단계를 포함하는 제1 플라스틱 부품(C1)을 제조하는 단계:
ia) 제1 섬유 재료(F1)에 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시켜 매트릭스 조성물(MC)을 얻는 단계, 및
ib) 폴리아미드 표면 중합체(PAS)를 포함하는 표면 조성물(SC)을 매트릭스 조성물(MC)에 도포하여 제1 플라스틱 부품(C1)을 얻는 단계로서, 상기 표면 조성물(SC)은 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면을 형성하는 것인 단계, 및
b) 폴리아미드 성형 중합체(PAA)를 포함하는 제2 플라스틱 부품(C2)을 (C1)의 표면 상에 성형하는 단계
를 포함하며, 상기 매트릭스 조성물(MC)은 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것인 제조 방법에 의해 달성된다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 방법은 함침에 의한 제1 섬유 재료(F1)의 완전한 피복을 확실하게 보장하는 것으로 밝혀졌다. 함침은 본 발명에 따른 방법에서 비교적 저온에서 실시될 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 플라스틱 복합 부품(CC)은 제1 플라스틱 부품(C1)과 제2 플라스틱 부품(C2) 사이의 향상된 접착을 가진다. 따라서 본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품(CC)은 우수한 기계적 특성, 특히 제1 플라스틱 부품(C1)과 제2 플라스틱 부품(C2) 사이의 매우 우수한 접착을 가진다. 플라스틱 복합 부품(CC)은 본 발명의 방법에 의해 덜 비싸게 생산될 수 있는데, 이는 보다 낮은 온도가 제조에 사용되어야 하기 때문이다. 더 나아가, 본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품(CC)은 선행 기술에 기재된 방법에 의해 제조되는 플라스틱 복합 부품에 비해 향상된 열 노화 안정성(TAS)을 나타낸다.
플라스틱 복합 부품(CC)을 제조하는 방법에 대한 하기의 상세한 설명 및 바람직한 실시양태는 플라스틱 복합 부품(CC) 및 플라스틱 복합 부품(CC)의 제조에서 제1 섬유 재료(F1)의 함침을 개선하기 위한 폴리에틸렌이민(PEI)의 사용에도 상응하게 적용된다.
제1 플라스틱 부품( C1 )
제1 플라스틱 부품(C1)은 또한 이하에서 짧게 C1으로 지칭된다. 매트릭스 조성물(MC)은 또한 이하에서 짧게 MC로 지칭된다. 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 또한 이하에서 짧게 PAM으로 지칭된다. 제1 섬유 재료(F1)는 또한 이하에서 짧게 F1으로 지칭된다. 표면 조성물(SC)은 또한 이하에서 짧게 SC로 지칭된다. 폴리아미드 표면 중합체(PAS)는 또한 이하에서 짧게 PAS로 지칭된다.
매트릭스 조성물( MC )
매트릭스 조성물(MC)은 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM) 및 강화를 위한 하나 이상의 제1 섬유 재료(F1)를 포함한다. 본 내용에서, 용어 "폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)"는 단 하나의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM) 또는 2 이상의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 용어 "1 이상의 제1 섬유 재료(F1)"에도 동일한 것이 적용된다. 본 발명에 있어서, 이는 단 하나의 제1 섬유 재료(F1) 또는 2 이상의 섬유 재료(F1)의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다.
폴리아미드 매트릭스 중합체 (PAM)
사용된 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는, 상기 설명된 바와 같이, 단 하나의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)일 수 있다. 2 이상의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 혼합물을 사용하는 것이 또한 가능하다. 적합한 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 일반적으로 90 mL/g 내지 350 mL/g, 바람직하게는 110 mL/g 내지 240 mL/g의 점성도(viscosity number)를 가진다. 점성도는 ISO 307에 따라 25℃에서 96 중량% 황산 중 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 0.5 중량% 용액으로부터 측정된다.
바람직한 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 반결정질 또는 무정형 폴리아미드이다. 적합한 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 500 g/mol 내지 2,000,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량(MW)을 가진다. 평균 분자량(Mw)은 ASTM D4001에 따른 광산란을 이용하여 측정된다.
적합한 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는, 예를 들어, 7 내지 13개의 고리 구성원을 갖는 락탐으로부터 유도되는 폴리아미드이다. 추가로 적합한 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 디카르복시산과 디아민의 반응에 의해 얻어지는 폴리아미드이다.
락탐으로부터 유도되는 폴리아미드의 예로는 폴리카프로락탐, 폴리카프릴로락탐 및/또는 폴리라우로락탐으로부터 유도된 것들이 포함된다.
디카르복시산과 디아민으로부터 얻어질 수 있는 폴리아미드가 사용되는 경우, 사용된 디카르복시산 알칸은 6 내지 36개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 디카르복시산 알칸일 수 있다. 방향족 디카르복시산이 추가로 적합하다.
디카르복시산의 예로는 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 도데칸디카르복시산 및 테레프탈산 및/또는 이소프탈산이 포함된다.
적합한 디아민의 예로는 4 내지 36개의 탄소 원자를 갖는 알칸디아민, 특히 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알칸디아민, 및 방향족 디아민, 예를 들어 m-크실릴렌디아민, 디(4-아미노페닐)메탄, 디(4-아미노시클로헥실)메탄, 2,2-디(4-아미노페닐)프로판, 2,2-디(4-아미노시클로헥실)프로판 또는 1,5-디아미노-2-메틸펜탄이 있다.
바람직한 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로는 폴리헥사메틸렌아디프아미드, 폴리헥사메틸렌세바스아미드, 폴리카프로락탐 및 나일론-6/6,6 코폴리아미드, 특히 카프로락탐 단위 5% 내지 95 중량% 비율을 갖는 것이 있다.
추가로 적합한 PAM으로는 상기 및 하기 언급된 단량체 중 2 이상, 및 임의의 원하는 혼합비의 2 이상의 폴리아미드의 혼합물을 공중합함으로써 얻을 수 있는 폴리아미드가 있다. 나일론-6,6과 다른 폴리아미드의 혼합물, 특히 나일론-6/6,6 코폴리아미드가 특히 바람직하다.
추가로 특히 유리한 PAM은 반방향족 코폴리아미드, 예컨대 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.3 중량% 미만의 트리아민 함량을 갖는 PA 6/6T 및 PA 66/6T인 것으로 밝혀졌다.
트리아민 함량이 낮은 이러한 반방향족 코폴리아미드는, 예를 들어 EP A 129 195 및 129 196에 기재된 방법으로 제조될 수 있다.
하기의 비포괄적인 목록은 상기 언급된 폴리아미드 및 PAM으로서 적합한 추가의 폴리아미드, 및 존재하는 경우의 단량체를 포함한다.
AB 중합체:
PA 4 피롤리돈
PA 6 ε-카프로락탐
PA 7 에타노락탐
PA 8 카프릴로락탐
PA 9 9-아미노펠라르곤산
PA 11 11-아미노운데칸산
PA 12 라우로락탐
AA/BB 중합체:
PA 46 테트라메틸렌디아민, 아디프산
PA 66 헥사메틸렌디아민, 아디프산
PA 69 헥사메틸렌디아민, 아젤라산
PA 610 헥사메틸렌디아민, 세바스산
PA 612 헥사메틸렌디아민, 데칸디카르복시산
PA 613 헥사메틸렌디아민, 운데칸디카르복시산
PA 1212 도데칸-1,12-디아민, 데칸디카르복시산
PA 1313 트리데칸-1,13-디아민, 운데칸디카르복시산
PA 6T 헥사메틸렌디아민, 테레프탈산
PA MXD6 m-크실릴렌디아민, 아디프산
PA 6l 헥사메틸렌디아민, 이소프탈산
PA 6-3-T 트리메틸헥사메틸렌디아민, 테레프탈산
PA 6/6T (PA 6 및 PA 6T 참조)
PA 6/66 (PA 6 및 PA 66 참조)
PA 6/12 (PA 6 및 PA 12 참조)
PA 66/6/610 (PA 66, PA 6 및 PA 610 참조)
PA 6I/6T (PA 6I 및 PA 6T 참조)
PA PACM 12 디아미노디시클로헥실메탄, 라우로락탐
PA 6l/6T/PACM PA 6I/6T과 같음 + 디아미노디시클로헥실메탄
PA 12/MACMI 라우로락탐, 디메틸디아미노디시클로헥실메탄, 이소프탈산
PA 12/MACMT 라우로락탐, 디메틸디아미노디시클로헥실메탄, 테레프탈산
PA PDA-T 페닐렌디아민, 테레프탈산
이로써 본 발명은 또한, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)가 PA 4, PA 6, PA 7, PA 8, PA 9, PA 11, PA 12, PA 46, PA 66, PA 69, PA 610, PA 612, PA 613, PA 1212, PA1313, PA 6T, PA MXD6, PA 6l, PA 6-3-T, PA 6/6T, PA 6/66, PA 6/12, PA 66/6/610, PA 6l/6T, PA PACM 12, PA 6l/6T/PACM, PA 12/MACMI, PA 12/MACMT, PA PDA-T 및 상기 언급된 폴리아미드 중 2 이상으로 구성된 코폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 폴리아미드인 플라스틱 복합 부품(CC)을 제공한다.
바람직하게는, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 나일론-6, 나일론-6,6 및 나일론-6 및 나일론-6,6의 코폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리아미드이다.
바람직하게는, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 나일론-6이다.
추가로 바람직한 실시양태에서, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 나일론-6,6이다.
추가로 바람직한 실시양태에서, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 나일론-6/6,6이다.
PAM은 추가의 통상적인 첨가제, 예를 들어 충격 개질제, 윤활제, UV 안정화제 및 공정 안정화제를 더 포함할 수 있다.
제1 섬유 재료(F1)
제1 섬유 재료(F1)에 적합한 재료의 예로는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 미네랄 섬유(예를 들어 현무암 섬유) 및 금속성 섬유(예를 들어 강철 섬유 또는 구리 섬유)가 포함된다.
바람직한 제1 섬유 재료(F1)는 연속 섬유 재료이다.
이로써 본 발명은 또한 제1 섬유 재료(F1)가 연속 섬유 재료인 방법을 제공한다.
용어 "연속 섬유 재료" 및 "연속 섬유"는 이하에서 동의적으로 사용된다. 본 내용에서, 연속 섬유는 사실상 비제한적인 길이의 DIN 60 000에 따른 선형 구조를 의미하는 것으로 이해되며, 이는 텍스타일 가공으로 처리될 수 있다. 연속 섬유는 또한 필라멘트로도 지칭된다. 용어 "필라멘트"는 섬유 산업에서 사용된다. 따라서, 필라멘트(연속 섬유)는 DIN 60 001 T 2(1974년 12월)에 따른 화학적 또는 산업적 경로에 의해 제조된 사실상 끝없는 섬유(endless fiber)를 의미하는 것으로 이해된다.
연속 섬유 재료가 제1 섬유 재료(F1)로서 사용되는 경우, 연속 유리 섬유가 바람직하다. 상기 연속 섬유는 루프-드로운(loop-drawn) 편물, 루프-형성된(loop-formed) 편물, 또는 직물의 형태로 사용될 수 있다. 또한 단방향 연속 섬유를 사용하는 것도 가능하다. 그러한 단일-스레드(single-thread) 연속 섬유는 또한 모노필(monofil)로도 지칭된다. 단방향 연속 섬유가 사용되는 경우, 서로 평행하게 사용된 다수의 연속 유리 섬유가 사용된다. 이 경우, 서로 평행하게 정렬된 연속 섬유의 단방향 층들을 사용하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 연속 섬유의 양방향 또는 다방향 층들을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 제1 섬유 재료(F1)는 기본적인 단방향 층(UD 층)을 갖는다. 그 기본적인 UD 층의 위 및/또는 아래에는 연속 섬유의 방향이 기본적인 UD 층의 섬유 방향에 대하여, 예를 들면 90° 만큼 회전되어 있는 추가의 UD 층이 배치된다. 다방향 층의 경우, 제1 섬유 재료(F1)는 특정한 층들 내의 섬유의 방향들 각각이 서로에 대하여, 예를 들면 90° 만큼, 회전되어 있는 복수의 층들(예를 들면, 3, 4, 5 또는 6개의 층들)을 포함한다. 개별 단방향 층들이 양방향 또는 다방향 층들에서 서로에 대하여 회전되어 있는 각도는 넓은 범위 내에서, 예를 들면 ± 10° 내지 ± 90°의 범위에서 변할 수 있다.
사용된 제1 섬유 재료(F1)가 바람직한 연속 섬유인 경우, 그 연속 섬유는 각각 개별적으로 사용될 수 있다. 또한 각 경우 연속 섬유를 개별적으로 직조하거나 또는 개별적인 연속 섬유 다발을 서로 직조하는 것도 가능하다. 연속 섬유는 부직물 또는 펠트의 형태로 추가로 사용될 수 있다. 적합한 연속 섬유 재료는 당업자에게 공지되어 있다. 특히 바람직한 연속 섬유 재료는 유리 섬유 및 탄소 섬유이다. 9 μm 내지 34 μm 범위의 섬유 직경을 갖는 연속 유리 섬유 및 연속 탄소 섬유가 특히 바람직하다.
폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM) 및 제1 섬유 재료(F1)뿐만 아니라 매트릭스 조성물(MC)도 추가의 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다. 적합한 첨가제는 예를 들면, UV 안정화제, 윤활제, 조핵제, 염료, 가소제이다. 적합한 추가의 첨가제는 예를 들면 WO 2010/076145에 기재되어 있다.
또한, 표면 조성물(SC) 및 제2 플라스틱 부품(C2)은 예를 들면, WO 2010/076145에 기재된 바와 같은 추가의 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다.
추가의 첨가제는 일반적으로 폴리아미드 매트릭스 물질(PAM)의 총 중량을 기준으로, 또는 표면 조성물(SC) 내의 폴리아미드 표면 중합체(PAS)의 총 중량을 기준으로, 또는 제2 플라스틱 부품(C2)의 폴리아미드 성형 중합체(PAA)의 총 중량을 기준으로, 0 중량% 내지 5 중량%의 양으로 매트릭스 조성물(MC) 내에 존재한다.
매트릭스 조성물(MC)은 일반적으로 매트릭스 조성물(MC)의 총 중량을 기준으로 0.01% 중량% 내지 5 중량%의 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다.
표면 조성물(SC) 및 제2 플라스틱 부품(C2)은 마찬가지로 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다.
이로써 본 발명은 또한, 표면 조성물(SC)에, 매트릭스 조성물(MC)에 및 제2 플라스틱 부품(C2)에 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 플라스틱 복합 부품(CC)을 제공한다.
추가의 실시양태에서, SC, MC 및 C2는 동일한 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다.
그러나, 공정 단계 ia)에서 제1 섬유 재료(F1)의 함침을 가능하게 하고 비교적 저온에서도 섬유의 완전한 피복을 확실하게 보장하기 위해서는, 이것은 매트릭스 조성물(MC)이 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 경우에만 충분하다.
이로써 본 발명은 또한 매트릭스 조성물(MC)에만 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 플라스틱 복합 부품(CC)을 제공한다.
매트릭스 조성물(MC)은 일반적으로
10 중량% 내지 99.94 중량%의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM),
0.01 중량% 내지 2 중량% 미만의 폴리에틸렌이민(PEI),
0.01 중량% 내지 80 중량%의 제1 섬유 재료(F1) 및
0 중량% 내지 5 중량%의 추가의 첨가제
를 포함하며, 상기 백분율은 각각 MC의 총 중량을 기준으로 한다.
표면 조성물(SC)
표면 조성물(SC)은 폴리아미드 표면 중합체(PAS)를 포함하고 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면을 형성한다. 본 내용에서, 용어 "표면"은 단 하나의 표면이나 또는 2 이상의 표면을 의미하는 것으로 이해된다. 본 내용에서, 용어 "폴리아미드 표면 중합체(PAS)"는 단 하나의 PAS나 또는 2 이상의 PAS의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다.
표면 조성물(SC)은 한정된 위치에 국소적으로 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면을 형성할 수 있다. 또한 표면 조성물(SC)은 매트릭스 조성물(MC)을 완전히 둘러싸는 것도 가능하다. 편평 플라스틱 복합 부품(CC)의 바람직한 경우에, 표면 조성물(SC)은 매트릭스 조성물(MC)의 상면 상에 및/또는 매트릭스 조성물(MC)의 하면 상에 하나의 표면을 형성할 수 있다.
표면 조성물(SC)이 매트릭스 조성물(MC)의 상면 상에만 또는 그의 하면 상에만 표면을 형성하는 경우, 표면 조성물(SC)은 제1 플라스틱 부품(C1)의 총 표면적의 10% 내지 50%, 바람직하게는 제1 플라스틱 부품(C1)의 총 표면적의 30% 내지 50%, 더 바람직하게는 제1 플라스틱 부품(C1)의 총 표면적의 40% 내지 50%를 형성한다.
표면 조성물(SC)이 매트릭스 조성물(MC)의 상면 및 하면 상에 표면을 형성하는 경우, 표면 조성물(SC)은 제1 플라스틱 부품(C1)의 총 표면적의 50% 초과 내지 100%, 바람직하게는 제1 플라스틱 부품(C1)의 총 표면적의 80% 내지 100%, 더 바람직하게는 제1 플라스틱 부품(C1)의 총 표면적의 90% 내지 100%를 형성한다.
사용된 폴리아미드 표면 중합체(PAS)는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 대해 상기 기재된 바와 같은 폴리아미드일 수 있다. 따라서, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)와 관련된 상기 세부 설명 및 바람직한 실시양태는 폴리아미드 표면 중합체(PAS)에 상응하게 적용된다.
폴리아미드 표면 중합체(PAS)는 일반적으로 임의의 섬유 재료(F1)를 포함하지 않는다. 폴리아미드 표면 중합체(PAS)는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 대해 상기 기재된 바와 같은 추가의 첨가제를 임의로 포함할 수 있다.
한 바람직한 실시양태에서, 표면 조성물(SC)은 임의의 섬유 재료(MC)를 포함하지 않는다.
한 바람직한 실시양태에서, 표면 조성물(SC)은, 폴리아미드 표면 중합체(PAS)로서, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)와 동일한 폴리아미드 중합체를 포함한다. 따라서, 한 바람직한 실시양태에서, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)와 폴리아미드 표면 중합체(PAS)는 동일하다.
그러나, 폴리아미드 표면 중합체(PAS)로서, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)와는 상이한 폴리아미드 중합체를 사용하는 것도 가능하다.
한 실시양태에서, 표면 조성물(SC)은 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다.
제1 플라스틱 부품( C1 )의 제조
공정 단계 ia) 제1 섬유 재료(F1)의 함침
사용된 제1 섬유 재료(F1)가 매트, 부직물, 펠트, 직물, 루프-드로운 편물 또는 루프-형성된 편물의 형태의 연속 섬유 재료인 경우, 제1 플라스틱 부품(C1)은 공정 단계 ia)에서 제1 섬유 재료(F1)에, 일반적으로 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시킴으로써 제조된다.
매트릭스 조성물(MC) 또는 제1 플라스틱 부품(C1)을 제조하는 상이한 방법들은 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들면, 문헌[R. Stolze, Kunststoffe 78, 1988, pages 126 to 131]에, 및 문헌[M. Wacker, G. W. Ehrenstein, C. Obermann, Kunststoffe 92, 2002, pages 78 to 81]에 기재되어 있다.
매트릭스 조성물(MC)의 제조를 위해, 공정 단계 ia)에서, 제1 섬유 재료(F1)에 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시킨다. 이는 예를 들어 제1 섬유 재료(F1)에 용융물 형태의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 접촉시킴으로써 실시될 수 있다. 매트릭스 조성물(MC)을 제조하는 추가 수단은, 매트릭스 조성물(MC)을 제조하기 위한, 제1 섬유 재료(F1)의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 필름으로의 분말 함침 또는 적층, 이어서 적용된 필름(들) 또는 분말의 용융 및 가압이다.
또한 개별 연속 섬유 또는 연속 섬유의 얀을 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로 피복하고, 이어서 그 피복된 연속 섬유를 직조한 후, 그 직물을 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)가 용융하도록 가열하여 매트릭스 조성물(MC)을 얻는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서, 매트릭스 조성물(MC)은, 제1 섬유 재료(F1)의 함침을 가능하게 하고, 심지어 비교적 저온에서도, 제1 섬유 재료(F1)의 섬유를 완전히 피복하는 것을 보장하도록 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것이 결정적이다.
폴리에틸렌이민(PEI)은, 예를 들어 분말로서, 산란에 의해 제1 섬유 재료(F1)에 적용될 수 있다. 폴리에틸렌이민(PEI)은 바람직하게는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 첨가된다. 이러한 목적을 위해, 통상적인 혼합 장치, 예를 들어 압출기가 사용된다. 또한, 매트릭스 조성물(MC)의 제조 과정에서만 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 폴리에틸렌이민(PEI)을 첨가하는 것이 가능하다.
공정 단계 ia)에서 제1 섬유 재료(F1)의 함침에 대하여, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 일반적으로, 제1 섬유 재료(F1)의 섬유의 완전한 피복이 확실하게 보장되게 하는 정도로 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 점도가 저하되도록 가열된다. 일반적으로, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 여기서 제1 섬유 재료(F1)와 함께 가압된다.
매트릭스 조성물(MC) 중 폴리에틸렌이민(PEI)의 사용은 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 점도를 저하시킨다. 이는, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 가열 과정에서, 제1 섬유 재료(F1)의 섬유의 완전한 피복이 확실하게 보장되게 하는 정도로, 선행 기술에 비해, 심지어 더 낮은 온도에서 점도를 더 낮추는 것이 가능하게 한다.
따라서 폴리에틸렌이민(PEI)의 사용은 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 점도의 저하(감소)를 보장한다. 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 영점 전단 속도 점도는, 폴리에틸렌이민(PEI)이 없는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 점도를 기준으로, 10% 이상, 바람직하게는 50% 이상으로 폴리에틸렌이민(PEI)을 사용함으로써 저하된다.
이러한 목적을 위한 영점 전단 속도 점도를 위해 사용되는 특성 파라미터는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 대한 상기 기재된 바와 같은 점성도이다. 영점 전단 속도 점도의 저하는 일반적으로 폴리에틸렌이민(PEI)이 없는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 점도를 기준으로, 10% 내지 50% 범위, 바람직하게는 20% 내지 40% 범위 내이다.
이로써 본 발명은 또한, 본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품(CC)을 추가로 제공한다.
이로써 본 발명은 또한, 플라스틱 복합 부품(CC)을 제조하는 방법에서 제1 섬유 재료(F1)의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로의 함침을 개선하기 위한 폴리에틸렌이민(PEI)의 용도로서,
a) 하기 단계를 포함하는 제1 플라스틱 부품(C1)을 제조하는 단계:
ia) 제1 섬유 재료(F1)에 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시켜 매트릭스 조성물(MC)을 얻는 단계, 및
ib) 폴리아미드 표면 중합체(PAS)를 포함하는 표면 조성물(SC)을 매트릭스 조성물(MC)에 도포하여 제1 플라스틱 부품(C1)을 얻는 단계로서, 상기 표면 조성물(SC)은 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면을 형성하는 것인 단계, 및
b) 폴리아미드 성형 중합체(PAA)를 포함하는 제2 플라스틱 부품(C2)을 (C1)의 표면 상에 성형하는 단계
를 포함하며, 상기 매트릭스 조성물(MC)은 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것인 폴리에틸렌이민(PEI)의 용도를 추가로 제공한다.
일반적으로, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)는 공정 단계 ia)에서 100℃ 내지 360℃ 범위, 바람직하게는 150℃ 내지 310℃ 범위, 보다 바람직하게는 180℃ 내지 300℃ 범위, 특히 190℃ 내지 290℃ 범위의 온도로 가열된다.
본 발명은 또한, 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)가 공정 단계 ia)에서 40℃ 내지 210℃의 범위에 있는 온도로 가열되는 방법을 제공한다.
공정 단계 ib ) 표면 조성물(SC)의 도포
공정 단계 ib)에서, 표면 조성물(SC)은 매트릭스 조성물(MC)에 도포된다. 이는 플라스틱 부품(C1)을 제공하며, 표면 조성물(SC)이 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면을 형성한다.
표면 조성물(SC)은 마찬가지로 여기서 당업자에게 공지된 방법에 의해 매트릭스 조성물에 도포될 수 있다. 표면 조성물(SC)을 분말로서 매트릭스 조성물(MC) 상에 산란시킨 후, 일반적으로 가압 하에, 이를 가열하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 표면 조성물(SC)은 매트릭스 조성물(MC) 상에 필름의 형태로 적층된다.
일반적으로, 표면 조성물(SC)은 공정 단계 ib)에서 100℃ 내지 360℃ 범위, 바람직하게는 150℃ 내지 310℃ 범위, 보다 바람직하게는 180℃ 내지 300℃ 범위, 특히 190℃ 내지 290℃ 범위의 온도로 가열된다.
본 발명은 또한, 표면 조성물(SC)이 공정 단계 ib)에서 40℃ 내지 210℃의 범위에 있는 온도로 가열되는 방법을 제공한다.
한 바람직한 실시양태에서, 공정 단계 a)에서, 공정 단계 ia) 및 ib)를, 제1 플라스틱 부품(C1)이 곧바로 얻어지도록, 동시에 수행한다.
이로써 본 발명은 또한, 공정 단계 a)에서 공정 단계 ia) 및 ib)를 동시에 수행하는 방법을 제공한다.
한 실시양태에서, 플라스틱 부품(C1)은 층상 구조를 갖는다. 이러한 구조는 또한 샌드위치 구조라고도 지칭된다. 샌드위치 구조의 경우, 플라스틱 부품(C1)은 제1 섬유 재료(F1)의 복수의 층을 갖는다. "복수"는 본 내용에서 일반적으로 제1 섬유 재료(F1)의 2 내지 20개 층을 의미하는 것으로 이해된다. 샌드위치 구조에서, 정식적인 의미에서, 제1 섬유 재료(F1)의 임의의 2개의 인접한 층들 사이에는 하나 이상의 중합체 층이 있다. 이러한 중합체 층은 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로부터 형성된다.
이러한 실시양태에는 C1, F1, PAM 및 PAS에 관련된 일반적인 세부 설명 및 바람직한 실시양태가 상응하게 적용된다. 샌드위치 구조의 경우, 이는 제1 섬유 재료(F1)의 1 내지 20개, 바람직하게는 2 내지 10개, 더 바람직하게는 2 내지 6개 층을 포함할 수 있다.
그러한 샌드위치 구조의 제조는 그 자체로 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들면 적층에 의해 실시될 수 있다. 그 제조는 제1 섬유 재료(F1)의 2개의 층을 갖는 샌드위치 구조의 예를 이용하여 이하에서 기술된다. 이러한 목적을 위해, 다음의 재료들: PAS의 필름, F1의 층, PAM의 필름, F1의 층 및 PAS의 필름이 특정된 순서로 서로 적용되고, 이어서, 바람직하게는 가열하면서 가압 하에, 함께 접합된다. 그 접합은, 예를 들면 가압 하에 가열하면서 실시될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상기 언급된 재료들은, 예를 들면 접합이 실시되는 가열식 롤러 프레스에 공급될 수 있다.
접합 조작에서 가열은 중간층으로서 사용된 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)의 용융을 유도한다. 결과적으로, 제1 섬유 재료(F1)의 인접한 층들은 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 의해 함침된다. 상기 기재된 예시적인 방법은, 플라스틱 부품(C1)으로서, 다음 층 구조: PAS, F1, PAM, F1 및 PAS를 갖는 샌드위치 구조를 제공한다.
가열 및 가압의 과정에서, 정식적인 의미에서 매트릭스 조성물(MC)은 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM) 필름 및 제1 섬유 재료(F1)의 2개의 층으로부터 형성된다.
이와 같이 제1 플라스틱 부품(C1)으로서 얻어진 샌드위치 구조는, 정식적인 의미에서, 다음 층 구조: PAS, F1, PAM, F1 및 PAS를 갖는다. 여기서 매트릭스 조성물(MC)은 정식적인 의미에서 F1, PAM 및 F1로부터 형성된다. 따라서, 매트릭스 조성물은 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)가 사이에 있도록 양면 상에 함침된 섬유 재료(F1)로 구성되어 있다. 사용된 가열 및 압력의 정도에 따라, 제1 플라스틱 부품(C1) 내에서 제1 섬유 재료(F1)의 2개의 매트가 접촉 상태로 있을 수 있다.
추가의 첨가제가 사용되는 경우, 이 첨가제는 일반적으로 적합한 혼합 장치에 의해 각각의 폴리아미드 중합체 중에 마찬가지로 분배된다.
제2 플라스틱 부품(C2)은 마찬가지로 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함할 수 있다.
매트릭스 조성물(MC)은 일반적으로 매트릭스 조성물(MC)의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 5 중량%의 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다. 매트릭스 조성물(MC)은 바람직하게는 매트릭스 조성물(MC)의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 1 중량%의 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다.
이로써 본 발명은 또한, 매트릭스 조성물(MC)이 매트릭스 조성물(MC)의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 5 중량%의 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 방법을 제공한다.
추가의 실시양태에서, 플라스틱 복합 부품(CC)은 일반적으로 플라스틱 복합 부품(CC)의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 5 중량%의 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다. 플라스틱 복합 부품(CC)은 바람직하게는 플라스틱 복합 부품(CC)의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 1 중량%의 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다.
폴리에틸렌이민( PEI )
폴리에틸렌이민(PEI)은, 본 발명의 내용에서, 예를 들면, "아지리딘(Aziridines)"이라는 제목 하에 Ullmann(Electronic Release)의 공정에 의해 얻을 수 있거나 또는 WO-A 94/12560에 따라 얻을 수 있는 단독중합체 및 공중합체 둘 다를 의미하는 것으로 이해된다.
상기 단독중합체는 일반적으로 산-제거 화합물 산 또는 루이스 산의 존재 하에 수용액 또는 유기 용액 중에서 에틸렌이민(아지리딘)을 중합함으로써 얻을 수 있다. 이러한 유형의 단독중합체는 일반적으로 1차 아미노 기, 2차 아미노 기 및 3차 아미노 기를 약 30% 대 40% 대 30%의 비율로 포함하는 분지형 중합체이다. 아미노 기들의 분포는 일반적으로 13C NMR 분광법에 의해 측정될 수 있다. 후자는 바람직하게는 1:0.8:0.5 내지 1:1.3:8, 특히 1:1.1:0.8 내지 1:1이다.
이로써 본 발명은 또한, 폴리에틸렌이민(PEI)이 1차 아미노 기, 2차 아미노 기 및 3차 아미노 기를 포함하고, 여기서 1차 아미노 기 대 2차 아미노 기 대 3차 아미노 기의 비율은 1:0.8:0.5 내지 1:1.3:0.8 범위 내에 있는 것인 방법을 제공한다.
사용된 공단량체는 2 이상의 아미노 작용기를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 적합한 공단량체는, 예를 들면 알킬렌 라디칼 내에 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌디아민을 포함하며, 바람직하게는 에틸렌디아민 및 프로필렌디아민이다. 추가의 적합한 공단량체는 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 디프로필렌트리아민, 트리프로필렌트리아민, 디헥사메틸렌트리아민, 아미노프로필에틸렌디아민 및 비스아미노프로필에틸렌디아민이다.
폴리에틸렌이민(PEI)은 통상적으로 600 내지 3,000,000, 바람직하게는 700 내지 2,000,000의 중량 평균 분자량 Mw을 갖는다. 바람직한 Mw는 800 내지 50,000, 특히 1100 내지 25,000이다. 중량 평균 분자량 Mw는 ASTM D4001에 따라 광산란에 의해 측정된다.
이로써 본 발명은 또한, 폴리에틸렌이민(PEI)이 600 g/몰 내지 300,000 g/몰 범위에 있는 중량 평균 분자량 MW을 갖는 것인 방법을 제공한다.
작용기로서, 하나 이상의 할로히드린, 글리시딜, 아지리딘 또는 이소시아네이트 단위 또는 할로겐 원자를 갖는 이작용성 또는 다작용성 가교제와 폴리에틸렌이민(PEI)의 반응에 의해 얻을 수 있는 가교된 폴리에틸렌이민(PEI)이 추가로 적합하다. 예로는 2 내지 100개의 에틸렌 옥사이드 및/또는 프로필렌 옥사이드 단위를 갖는 폴리알킬렌 글리콜의 에피클로로히드린 또는 비클로로히드린 에테르, 및 DE-A 19 93 17 20 및 US 4 144 123에 상세히 기재된 화합물들이 포함된다. 가교된 폴리에틸렌이민(PEI)을 제조하는 방법은 특히 상기 언급된 특허 명세서들로부터, 그리고 또한 EP-A 895 521 및 EP-A 25 515로부터 공지되어 있다.
그라프트된 폴리에틸렌이민(PEI)이 추가로 적합하고, 여기서 사용된 그라프트제는 폴리에틸렌이민(PEI)의 아미노 기 또는 이미노 기와 반응할 수 있는 모든 화합물일 수 있다. 적합한 그라프트제 및 그라프트된 폴리에틸렌이민(PEI)을 제조하는 방법은, 예를 들면, EP-A 675 914에서 확인할 수 있다.
마찬가지로 적합한 폴리에틸렌이민(PEI)은 본 발명의 내용에서 통상적으로 폴리에틸렌이민(PEI)과 카르복시산, 이의 에스테르 또는 무수물, 카르복사미드 또는 카르보닐 할라이드와의 반응에 의해 얻을 수 있는 아미드화된 중합체이다. 폴리에틸렌이민 사슬 내의 아미드화된 질소 원자의 비율에 따라, 그 아미드화된 중합체는 언급된 가교제에 의해 후속적으로 가교될 수 있다. 바람직하게는, 여기서 충분한 1차 및/또는 2차 질소 원자가 후속 가교 반응에 이용될 수 있도록 아미노 작용기의 30% 이하가 아미드화되는 것이 가능하다.
또한, 예를 들면 폴리에틸렌이민(PEI)과 에틸렌 옥사이드 및/또는 프로필렌 옥사이드와의 반응에 의해 얻을 수 있는 알콕시화된 폴리에틸렌이민(PEI)이 적합하다. 이러한 유형의 알콕시화된 중합체가 마찬가지로 후속적으로 가교될 수 있다.
본 발명의 추가의 적합한 폴리에틸렌이민(PEI)은 히드록실-함유 폴리에틸렌이민(PEI) 및 양쪽성 폴리에틸렌이민(PEI)(음이온성 기들의 혼입) 뿐만 아니라 일반적으로 장쇄 히드로카르빌 라디칼을 중합체 사슬 내로 혼입하는 것에 의해 얻어지는 친유성 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다. 이러한 유형의 폴리에틸렌이민(PEI)을 제조하는 방법은 당업자에게 공지되어 있다.
바람직한 폴리에틸렌이민(PEI)은 과분지형 폴리에틸렌이민(PEI)이다. 본 발명의 내용에서 용어 "과분지형"은 폴리에틸렌이민(PEI)의 분지화도(DB)가 10% 내지 99%의 범위, 바람직하게는 50% 내지 99%의 범위, 더 바람직하게는 60% 내지 99%의 범위 내에 있다는 것을 의미한다. DB는 다음과 같이 정의된다:
DB(%) = 100 x (T + Z) / (T + Z + L)
여기서 T는, 폴리에틸렌이민(PEI) 내의, 말단 결합된 단량체 단위의 평균 수, Z는 분지를 형성하는 단량체 단위의 평균 수, L은 선형 결합된 단량체 단위의 평균 수이다.
이로써 본 발명은 또한, 폴리에틸렌이민(PEI)이 10% 내지 99%의 범위 내에 있는 분지화도 DB를 갖는 과분지형 중합체이고, 여기서 DB는 DB(%) = 100 x (T + Z) / (T + Z + L)로서 정의되고, 여기서 T는, 폴리에틸렌이민(PEI) 내의, 말단 결합된 단량체 단위의 평균 수, Z는 분지를 형성하는 단량체 단위의 평균 수, L은 선형 결합된 단량체 단위의 평균 수인 플라스틱 복합 부품(CC)을 제공한다.
제2 플라스틱 부품( C2 )
제2 플라스틱 부품(C2)은 폴리아미드 성형 중합체(PAA)를 포함한다. 본 내용에서, 용어 "폴리아미드 성형 중합체(PAA)"는 단 하나의 PAA 또는 2 이상의 PAA의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 사용된 폴리아미드 성형 중합체(PAA)는 일반적으로 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로서 사용될 수 있는 폴리아미드일 수 있다. 따라서, 그 내용에서 언급된 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 관련된 세부 설명 및 바람직한 실시양태는 폴리아미드 성형 중합체(PAA)에 상응하게 적용된다.
사용된 폴리아미드 성형 중합체(PAA)는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)에 대해서와 동일한 폴리아미드일 수 있다. 또한 폴리아미드 성형 중합체(PAA)에 있어서는 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)와 상이한 폴리아미드를 사용하는 것도 가능하다.
폴리아미드 성형 중합체(PAA)는 또한 PAS 및 PAM에 대해 상기 기재된 바와 같이 추가의 통상적인 첨가제를 포함할 수도 있다.
폴리아미드 성형 중합체(PAA)는 마찬가지로 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함할 수 있다.
C2는 SC와 동일한 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함할 수 있다. 또한 C2가 SC와 상이한 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것도 가능하다. 표면 조성물(SC)에 대해 상기 제시된 바와 같은 폴리에틸렌이민(PEI)에 대한 세부 설명 및 바람직한 실시양태가 C2에 상응하게 적용된다.
폴리에틸렌이민(PEI)은 마찬가지로 폴리아미드 성형 중합체(PAA) 내로 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 공지된 혼합 장치, 예를 들면 압출기를 사용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 제2 플라스틱 부품(C2)은 마찬가지로 강화를 위한 섬유 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
이로써 본 발명은 또한, C2가 제2 섬유 재료(F2)를 포함하는 방법을 제공한다.
이러한 제2 섬유 재료(F2)에 적합한 재료는, 단지 예로만 들자면, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 미네랄 섬유(예를 들면, 현무암 섬유) 및 금속성 섬유(예를 들면, 강철 섬유 또는 구리 섬유)를 포함한다.
연속 섬유는 제2 섬유 재료(F2)로서 부적합하다. 바람직한 제2 섬유 재료(F2)는 유리 섬유(유리 단섬유)이다. 이 유리 섬유는, 예를 들면 압출기에 의해, 폴리아미드 용융물 내로 혼합될 수 있다.
이로써 본 발명은 또한, 제2 섬유 재료(F2)가 단섬유 재료인 방법을 제공한다.
사용된 제2 섬유 재료(F2)는 적합한 혼합 장치에 의해 폴리아미드 성형 중합체(PAA) 내로 혼합될 수 있는 섬유인 것이 바람직하다. 제2 플라스틱 부품(C2)은 추가의 첨가제를 임의로 포함할 수 있다. 사용된 추가의 첨가제는 MC 또는 SC에 대해 상기 언급된 첨가제일 수 있다.
공정 단계 b) 제2 플라스틱 부품( C2 )의 성형
제1 플라스틱 부품(C1)은 일반적으로 몰드 내로 배치된다. 여기서, 예를 들면, 제1 플라스틱 부품(C1)을 상류 단계에서 제1 몰드 내에 예비 성형하고 이렇게 생성된 예비 성형물을 몰드 내로 후속적으로 배치하는 것이 가능하다. 이것은 특히 제1 플라스틱 부품(C1)이 편평 플라스틱 요소인 경우에 가능하다.
대안으로, 몰드 내에서 제1 플라스틱 부품(C1)을 직접 형성시키는 것이 또한 가능하다. 그러나, 제1 플라스틱 부품(C1)을 제1 몰드 내에서 예비 성형하고 그 예비 성형물을 몰드 내로 후속적으로 배치하는 것이 바람직하다.
추가로, 제1 플라스틱 부품(C1)을 몰드 내로 배치하기 전에 가열하거나 또는 대안으로 제1 플라스틱 부품(C1)을 몰드 내에서 가열하는 것이 가능하다. 특히, 제1 플라스틱 부품(C1)을 예열하고, 그 예열된 제1 플라스틱 부품(C1)을 몰드 내에 배치하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 몰드는 40℃ 내지 210℃의 범위, 특히 80℃ 내지 120℃의 범위에 있는 온도를 가진다. 제1 플라스틱 부품(C1)은 바람직하게는 몰드 내로 삽입되기 전에 30℃ 내지 190℃, 특히 120℃ 내지 170℃의 범위 내에 있는 온도로 가열된다.
제1 플라스틱 부품(C1)을 삽입한 후, 제2 플라스틱 부품(C2)이 몰드 내로 도입된다. 이 과정에서, 제2 플라스틱 부품(C2)은 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면 상으로 성형된다. 이러한 성형 조작은 또한 "오버몰딩"이라고도 지칭된다. 본 발명의 내용에서, "성형"은 제1 플라스틱 부품(C1)의 부품들 상으로의 제2 플라스틱 부품(C2)의 부분 성형을 의미하는 것으로 이해된다. 추가로, "성형"은 또한 제2 플라스틱 부품(C2)으로 제1 플라스틱 부품(C1)을 완전히 둘러싸거나 또는 부분적으로 둘러싼다는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
성형 조작에서, 제2 플라스틱 부품(C2)은 한정된 위치에서 국소적으로 제1 플라스틱 부품(C1) 상으로 성형될 수 있다. 추가로, 제1 플라스틱 부품(C1)을 제2 플라스틱 부품(C2)으로 완전히 둘러싸거나 또는 부분적으로 둘러싸는 것도 또한 가능하다.
성형 조작에서, 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면 상으로 성형되는 제2 플라스틱 부품(C2)으로부터 추가의 기능성 요소를 형성하는 것이 추가로 가능하다.
성형을 위해, 제2 플라스틱 부품(C2)은 통상적으로 당업자에게 공지된 방법에 의해 용융되고 몰드 내로 주입된다. 상기 기재된 폴리에틸렌이민(PEI)의 사용은, 플라스틱 복합 부품(CC) 내의 제1 플라스틱 부품(C1)과 제2 플라스틱 부품(C2) 간의 개선된 접착의 달성을 유도한다.
이로써 본 발명은 또한, 단계 b)에서, C1을 몰드 내로 배치하고, C2를 성형을 위한 용융된 상태로 몰드 내로 주입하는 것인 방법을 제공한다.
이렇게 제조된 플라스틱 복합 부품(CC)은 추가의 가공 단계들에 의해 후속적으로 처리될 수 있다. 이들 단계는, 예를 들면 추가의 형성 단계 및 그 표면을 개선하기 위한 플라스틱 복합 부품(CC)의 표면 처리를 포함한다.
제1 플라스틱 부품(C1)과 제2 플라스틱 부품(C2) 간의 우수한 결합을 달성하기 위해서, 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면에서 온도가 폴리아미드 표면 중합체(PAS)의 용융 온도보다 높은 경우가 유리하다. 이러한 목적을 위해, 제1 플라스틱 부품(C1)은 일반적으로 가열된다. 제1 플라스틱 부품(C1)은, 상기 설명된 바와 같이, 몰드 내에서 직접 가열될 수 있다. 대안으로, 제1 플라스틱 부품(C1)은 또한 몰드 외부에서 가열될 수도 있다. 제2 플라스틱 부품(C2)이 몰드 내로 도입되는 압력은 제2 플라스틱 부품(C2)의 용융물의 흐름 방향에 따라 좌우된다. 이러한 목적을 위해, 당업자에게 자체 공지된 사출 성형 및 플로우 성형 방법이 이용되며, 여기서 통상적인 압력이 준수된다.

Claims (15)

  1. 플라스틱 복합 부품(CC)을 제조하는 방법으로서,
    a) 하기 단계를 포함하는 제1 플라스틱 부품(C1)을 제조하는 단계:
    ia) 제1 섬유 재료(F1)에 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시켜 매트릭스 조성물(MC)을 얻는 단계, 및
    ib) 폴리아미드 표면 중합체(PAS)를 포함하는 표면 조성물(SC)을 매트릭스 조성물(MC)에 도포하여 제1 플라스틱 부품(C1)을 얻는 단계로서, 상기 표면 조성물(SC)은 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면을 형성하는 것인 단계, 및
    b) 폴리아미드 성형 중합체(PAA)를 포함하는 제2 플라스틱 부품(C2)을 (C1)의 표면 상에 성형하는 단계
    를 포함하며, 상기 매트릭스 조성물(MC)은 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것인 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이민(PEI)은 600 g/몰 내지 300,000 g/몰의 범위에 있는 중량 평균 분자량 MW을 갖는 것인 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이민(PEI)은 1차 아미노 기, 2차 아미노 기 및 3차 아미노 기를 포함하고, 상기 1차 아미노 기 대 2차 아미노 기 대 3차 아미노 기의 비율은 1:0.8:0.5 내지 1:1.3:0.8의 범위에 있는 것인 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리에틸렌이민(PEI)은 10% 내지 99%의 범위에 있는 분지화도 DB를 갖는 과분지형 중합체이고, 여기서 DB는 DB(%) = 100 x (T + Z) / (T + Z + L)로서 정의되며, 여기서 T는, 폴리에틸렌이민(PEI) 내의, 말단 결합된 단량체 단위의 평균 수, Z는 분지를 형성하는 단량체 단위의 평균 수, L은 선형 결합된 단량체 단위의 평균 수인 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매트릭스 조성물(MC)은 그 매트릭스 조성물(MC)의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 5 중량%의 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것인 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 섬유 재료(F1)는 연속 섬유 재료인 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 C2는 제2 섬유 재료(F2)를 포함하는 것인 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제2 섬유 재료(F2)는 단섬유 재료인 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 b)에서, C1을 몰드 내로 배치하고 C2를 성형을 위한 용융된 상태로 몰드 내로 주입하는 것인 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공정 단계 ia)에서 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 40℃ 내지 210℃의 범위에 있는 온도로 가열하는 것인 제조 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공정 단계 ib)에서 표면 조성물(SC)을 40℃ 내지 210℃의 범위에 있는 온도로 가열하는 것인 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공정 단계 a)에서 공정 단계 ia) 및 ib)를 동시에 수행하는 것인 제조 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 매트릭스 조성물(MC)만이 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것인 제조 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 따라 얻을 수 있는 플라스틱 복합 부품.
  15. 플라스틱 복합 부품(CC)을 제조하는 공정에서 폴리에틸렌이민(PEI)을 사용하여 제1 섬유 재료(F1)의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로의 함침을 개선하는 방법으로서, 상기 공정은
    a) 하기 단계를 포함하는 제1 플라스틱 부품(C1)을 제조하는 단계:
    ia) 제1 섬유 재료(F1)에 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)를 함침시켜 매트릭스 조성물(MC)을 얻는 단계, 및
    ib) 폴리아미드 표면 중합체(PAS)를 포함하는 표면 조성물(SC)을 매트릭스 조성물(MC)에 도포하여 제1 플라스틱 부품(C1)을 얻는 단계로서, 상기 표면 조성물(SC)은 제1 플라스틱 부품(C1)의 표면을 형성하는 것인 단계, 및
    b) 폴리아미드 성형 중합체(PAA)를 포함하는 제2 플라스틱 부품(C2)을 (C1)의 표면 상에 성형하는 단계
    를 포함하며, 상기 매트릭스 조성물(MC)은 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 것인 제1 섬유 재료(F1)의 폴리아미드 매트릭스 중합체(PAM)로의 함침을 개선하는 방법.
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