KR102434849B1 - Polymer compositions having high flame retardancy with high strength and high radiating properties and solar system frame thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 PA6, 인상흑연, 팽창흑연 및 난연제를 포함하는 고강도, 고방열성 및 난연성 특성을 갖는 고분자 복합소재에 관한 것으로, 태양광 모듈 프레임에 적용 가능한 고분자 복합소재에 관한 것이다. The present invention relates to a polymer composite material having high strength, high heat dissipation and flame retardant properties including PA6, impression graphite, expanded graphite and a flame retardant, and to a polymer composite material applicable to a solar module frame.
현재 산업단지 및 농가 지역의 경우 판넬형 지붕재로 시공된 건축물에서 노후화 및 설계상의 이유로 태양광 발전 시스템의 하중을 견딜 수 없어 설치가 불가한 경우가 많다. 태양광 시스템 설치를 위해 건물의 지붕 및 구조물의 공사 보강을 하기에는 너무 큰 비용이 발생하며, 이를 해결하기 위해서는 태양광 모듈 거치대로 사용하고 있는 프레임 소재의 경량화가 필요한 실정이다.Currently, in the case of industrial complexes and farmhouse areas, there are many cases where it is impossible to install a solar power generation system because it is not possible to withstand the load of the solar power generation system due to aging and design reasons in buildings constructed with panel-type roofing materials. The cost is too high to reinforce the construction of the roof and structure of the building for the installation of the solar system, and in order to solve this, it is necessary to reduce the weight of the frame material used as the solar module holder.
또한, 건물 일체형 태양광발전시스템(BIPV)은 일반 태양광 발전 시스템과는 달리, 건물 외벽 손상 이슈로 인해 하중에 대해 더욱 엄격한 기준이 적용될 뿐 아니라 추가로 심미적인 기능까지 갖추어야 한다. 이러한 이슈로 인해 모듈 거치대로 사용하고 있는 프레임 소재의 경량화 및 심미성 확보가 필요하다. In addition, the building-integrated photovoltaic system (BIPV), unlike a general photovoltaic system, not only applies stricter standards for load due to damage to the exterior wall of the building, but also has to have an additional aesthetic function. Due to these issues, it is necessary to reduce the weight and secure the aesthetics of the frame material used as the module holder.
일반적으로 태양광 프레임은 높은 기계적 강도 특성 때문에 알루미늄 소재가 사용된다. 그러나 알루미늄은 높은 밀도 때문에 경량화가 어렵고, 높은 전도성 특성으로 인한 전류 누설로 태양전지의 전도성 층을 열화시킬 수 있는 단점이 있어 공장 지붕의 태양광 프레임 소재로는 적당하지 않다. In general, an aluminum material is used for the photovoltaic frame due to its high mechanical strength characteristics. However, aluminum is not suitable as a photovoltaic frame material for the roof of a factory because it is difficult to reduce weight due to its high density, and the conductive layer of the solar cell may deteriorate due to current leakage due to its high conductivity.
따라서 본 발명에 따른 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재를 이용하여 다른 알루미늄 소재와 비교하여 월등히 가볍고 안료 등의 함유를 통해 심미성까지 확보가 가능한 태양광 모듈 프레임을 제공하고자 한다.Therefore, by using the high-strength and high-heat-dissipating polymer composite material with excellent flame retardancy according to the present invention, it is much lighter than other aluminum materials, and it is intended to provide a solar module frame that can secure even aesthetics through the inclusion of pigments.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재를 이용하여 다른 알루미늄 소재와 비교하여 월등히 가볍고 안료 등의 함유를 통해 심미성까지 확보가 가능한 태양광 모듈 프레임을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and the object of the present invention is to use a high-strength and high-heat-dissipating polymer composite material with excellent flame retardancy, which is significantly lighter than other aluminum materials and secures aesthetics through the inclusion of pigments, etc. It is to provide a possible solar module frame.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able
본 발명에 따른 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재는,High strength and high heat dissipation polymer composite material with excellent flame retardancy according to the present invention,
폴리아미드6 (polyamide 6) 1 중량부에 대하여 상기 인상흑연 0.4 내지 0.5 중량부, 상기 팽창흑연 0.05 내지 0.1 중량부 및 상기 난연제 0.1 내지 0.3 중량부로 혼합한 것을 특징으로 한다. It is characterized in that 0.4 to 0.5 parts by weight of the impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of the expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of the flame retardant are mixed with respect to 1 part by weight of polyamide 6 (polyamide 6).
상기 고분자 복합소재는 인장강도가 50 내지 53 Mpa 이고, 열전도도가 4 내지 5 W/(m·k) 이며, 난연성이 두께 6.6 ㎜ 이하에서 UL94 5VA의 규격을 만족하는 것을 특징으로 한다.The polymer composite material has a tensile strength of 50 to 53 Mpa, a thermal conductivity of 4 to 5 W/(m·k), and a flame retardancy that satisfies the standards of UL94 5VA at a thickness of 6.6 mm or less.
또한, 본 발명에 따른 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재 제조방법은,In addition, the method for manufacturing a high strength and high heat dissipation polymer composite material having excellent flame retardancy according to the present invention,
폴리아미드6 (polyamide 6), 인상흑연, 팽창흑연 및 난연제를 혼합하여 혼합물을 생성하는 제1단계;A first step of mixing polyamide 6 (polyamide 6), impression graphite, expanded graphite and a flame retardant to produce a mixture;
상기 혼합물을 건조하는 제2단계;a second step of drying the mixture;
상기 건조된 혼합물을 사출 성형 장치로 공급하여 250 내지 270 ℃에서 사출하는 제3단계;를 포함하되,A third step of supplying the dried mixture to an injection molding apparatus and injecting it at 250 to 270 °C; including,
상기 폴리아미드6 (polyamide 6) 1 중량부에 대하여 상기 인상흑연 0.4 내지 0.5 중량부, 상기 팽창흑연 0.05 내지 0.1 중량부 및 상기 난연제 0.1 내지 0.3 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that 0.4 to 0.5 parts by weight of the impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of the expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of the flame retardant are mixed with respect to 1 part by weight of the polyamide 6 (polyamide 6).
또한, 본 발명인 태양광 모듈 프레임은,In addition, the photovoltaic module frame of the present invention,
폴리아미드6 (polyamide 6) 1 중량부에 대하여 상기 인상흑연 0.4 내지 0.5 중량부, 상기 팽창흑연 0.05 내지 0.1 중량부 및 상기 난연제 0.1 내지 0.3 중량부로 혼합한 고분자 복합소재를 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is prepared using a polymer composite material mixed with 0.4 to 0.5 parts by weight of the impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of the expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of the flame retardant with respect to 1 part by weight of polyamide 6 (polyamide 6) do.
상기 태양광 모듈 프레임은 인장강도가 50 내지 53 Mpa 이고, 열전도도가 4 내지 5 W/(m·k) 이며, 난연성이 두께 6.6 ㎜ 이하에서 UL94 5VA의 규격을 만족하는 것을 특징으로 한다.The photovoltaic module frame has a tensile strength of 50 to 53 Mpa, a thermal conductivity of 4 to 5 W/(m·k), and a flame retardancy that satisfies the standards of UL94 5VA in a thickness of 6.6 mm or less.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명인 태양광 모듈 프레임은 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재를 이용하여 다른 알루미늄 소재와 비교하여 월등히 가볍고 안료 등의 함유를 통해 심미성까지 확보가 가능한 효과가 있다. By means of a solution to the above problem, the solar module frame of the present invention uses a high-strength and high heat dissipation polymer composite material with excellent flame retardancy, which is significantly lighter than other aluminum materials and has the effect of securing aesthetics through the inclusion of pigments, etc. .
또한, 본 발명은 밀도가 알루미늄의 약 두 배 낮은 고분자 복합소재를 사용하여 고강도, 고방열성 및 난연성 특성을 갖는 태양광 프레임 소재를 적용할 수 있다. In addition, the present invention can be applied to a solar frame material having high strength, high heat dissipation and flame retardancy by using a polymer composite material having a density about twice that of aluminum.
도 1은 본 발명인 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재와 알루미늄(Al)의 비중을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라, 안료 함유량에 따른 태양광 모듈 프레임의 색상 실험 후 비교하여 나타낸 사진이다.1 is a graph showing the comparison of the specific gravity of the present invention, a high-strength and high heat dissipation polymer composite material excellent in flame retardancy and aluminum (Al).
2 is a photograph showing a comparison after a color test of a photovoltaic module frame according to the pigment content, according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, which may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In the entire specification, when a part “includes” a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the embodiments of the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details including the problem to be solved for the present invention, the means for solving the problem, and the effect of the invention are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention, and a method for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재High strength and high heat dissipation polymer composite material with excellent flame retardancy
본 발명인 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재는 아래 단계에 의해 제조되는 것이 바람직하다.It is preferable that the high strength and high heat dissipation polymer composite material having excellent flame retardancy according to the present invention is prepared by the following steps.
먼저, 제1단계(S10)는 폴리아미드6 (polyamide 6), 인상흑연, 팽창흑연 및 난연제를 혼합하여 혼합물을 생성한다. First, in the first step (S10), polyamide 6 (polyamide 6), impression graphite, expanded graphite and a flame retardant are mixed to produce a mixture.
보다 구체적으로, 상기 폴리아미드6 (polyamide 6) 1 중량부에 대하여 상기 인상흑연 0.4 내지 0.5 중량부, 상기 팽창흑연 0.05 내지 0.1 중량부 및 상기 난연제 0.1 내지 0.3 중량부로 혼합하는 것이 바람직하다.More specifically, it is preferable to mix 0.4 to 0.5 parts by weight of the impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of the expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of the flame retardant with respect to 1 part by weight of the polyamide 6 (polyamide 6).
상기 폴리아미드6 (polyamide 6, PA6)는 결정성 엔지니어링 플라스틱으로 높은 내열성과 경도, 우수한 기계적 강도 및 충격 강도를 가지고 있다. 따라서 본 발명에 목적인 경량화 및 우수한 물리적 특성을 가지고 있는 폴리아미드6 (polyamide 6) 소재를 기반으로 제조하였다. 본 발명에서 사용된 폴리아미드6 (polyamide 6)의 함유량 및 물리적 특성은 아래 [표 1]과 같다. The polyamide 6 (polyamide 6, PA6) is a crystalline engineering plastic and has high heat resistance and hardness, excellent mechanical strength and impact strength. Therefore, it was prepared based on a polyamide 6 material having light weight and excellent physical properties for the purpose of the present invention. The content and physical properties of polyamide 6 used in the present invention are shown in [Table 1] below.
상기 인상흑연은 결정성이 매우 높아서 고밀도, 우수한 열전도도와 전기전도도 및 낮은 스프링백 (springback- 성형성이 우수) 등의 특징을 가지고 있다. 본 발명은 사출 성형에 의해 제조되며, 열 방출을 위해 고방열 특성이 요구되므로 상기 인상흑연을 사용하여 상기 특징을 포함하도록 하였다. 본 발명에서 사용된 인상흑연의 함유량 및 물리적 특성은 아래 [표 2]와 같다. The impression graphite has very high crystallinity, so it has characteristics such as high density, excellent thermal and electrical conductivity, and low springback (excellent formability). The present invention is manufactured by injection molding, and since high heat dissipation properties are required for heat dissipation, the impression graphite is used to include the above features. The content and physical properties of the impression graphite used in the present invention are shown in [Table 2] below.
상기 팽창흑연은 층상의 그라파이트 구조 특성으로 인해, 카본 층상 사이에 원자나 작은 분자를 집어넣을 수 있다. 상기 카본 층상에 황이나 질소화합물을 주입한 후 열을 가하면, 그 층이 분리 되면서 입자가 수백 배 팽창하게 된다. 따라서 상기 팽창흑연으로 인해 산소가 불꽃에 접근 할 수 없는 차단막의 단연층 (Char)을 형성함으로 물리적으로 소화 작용을 할 수 있게 한다. The expanded graphite may insert atoms or small molecules between the carbon layers due to the layered graphite structure characteristics. When heat is applied after injecting sulfur or nitrogen compound onto the carbon layer, the layer is separated and the particles expand hundreds of times. Therefore, by forming the insulating layer (Char) of the barrier film that oxygen cannot access the flame due to the expanded graphite, it is possible to physically extinguish the fire.
또한, 상기 팽창흑연은 고방열 및 줄불연급 소재개발을 위해 적합한 재료이고, 본 발명에서 사용되는 MC계열 난연제와 같이 사용되었을 때, 보조 난연제로서 난연 특성의 상향을 기대할 수 있으므로 본 발명에서 사용되었다. 본 발명에서 사용된 팽창흑연의 함유량 및 물리적 특성은 아래 [표 3]과 같다. In addition, the expanded graphite is a material suitable for the development of high heat dissipation and non-combustible material, and when used with the MC-based flame retardant used in the present invention, it can be expected to increase the flame retardant properties as an auxiliary flame retardant, so it was used in the present invention. The content and physical properties of the expanded graphite used in the present invention are shown in [Table 3] below.
함유량 carbon
content
(%)ash
(%)
(mesh)Size
(mesh)
상기 난연제는 MC계 난연제로, 비할로겐 난연제의 일종으로서 뛰어난 내열성 (>300도)과 내수성을 지니고 있는 친환경 난연제이다. 상기 MC계 난연제는 질소를 포함하는 수지 (Polyamide, Polyurethane 등) 에서 우수한 난연성을 발휘하는 특성 및 안계 또는 무기계 난연제와 함께 사용되면 높은 난연 상승효과를 발휘하는 특성이 있다. 상기 MC계 난연제를 상기 폴리아미드6 (polyamide 6) 및 무기계 난연제인 상기 팽창흑연과 같이 사용하였을 때, 난연 특성의 상향을 기대 할 수 있어서 본 발명의 목적인 준불연급 소재 (UL94-5VA) 개발을 위해 사용되었다. The flame retardant is an MC-based flame retardant, an eco-friendly flame retardant having excellent heat resistance (>300 degrees) and water resistance as a kind of non-halogen flame retardant. The MC-based flame retardant has a characteristic of exhibiting excellent flame retardancy in a nitrogen-containing resin (Polyamide, Polyurethane, etc.) and exhibiting a high flame-retardant synergistic effect when used together with an ophthalmic or inorganic flame retardant. When the MC-based flame retardant is used together with the polyamide 6 and the expanded graphite, which is an inorganic flame retardant, an improvement in flame retardant properties can be expected. was used for
상기 난연제로 사용된 MC계 난연제는 Melamine cyanurate가 원재료 이며, 화학식은 C6H9N9O3이고 외관은 미세한 백색의 결정성 분말이다. 본 발명에서 사용된 난연제의 함유량 및 물리적 특성은 아래 [표 4]와 같다. Melamine cyanurate is the raw material of the MC-based flame retardant used as the flame retardant, the chemical formula is C 6 H 9 N 9 O 3 The appearance is a fine white crystalline powder. The content and physical properties of the flame retardant used in the present invention are shown in [Table 4] below.
(g/㎤)Jin Bi-jung
(g/㎤)
표면polarity
surface
다음으로, 제2단계(S20)는 상기 제1단계(S10)에서 제조된 혼합물을 건조한다. Next, in the second step (S20), the mixture prepared in the first step (S10) is dried.
상기 PA6의 경우 수분흡수율이 크므로 사출 성형 시 수지에 함유된 수분의 영향으로 수지분해가 일어나 물성저하 및 성형불량의 원인이 된다. 만약 수분이 함유 된 경우 최소 80 ℃의 온도에서 3시간 이상 제습 건조하여 수분함유율이 0.2 (w/w)% 이하가 될 수 있도록 해야 한다.In the case of PA6, since the moisture absorption rate is large, resin decomposition occurs under the influence of moisture contained in the resin during injection molding, which causes deterioration of physical properties and poor molding. If it contains moisture, it should be dehumidified and dried at a temperature of at least 80 ℃ for 3 hours or more so that the moisture content can be 0.2 (w/w)% or less.
상기 건조는 100 내지 110 ℃ 에서 3 내지 5 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. The drying is preferably performed at 100 to 110 ℃ for 3 to 5 hours.
다음으로, 제3단계(S30)는 상기 건조된 혼합물을 사출 성형 장치로 공급하여 250 내지 270 ℃에서 사출한다. Next, in the third step (S30), the dried mixture is supplied to an injection molding apparatus and injected at 250 to 270°C.
보다 구체적으로, 상기 제2단계(S20)에서 건조된 혼합물을 사출 성형 장치로 공급하되, 상기 사출 성형 장치의 실린더 노즐 온도는 270 내지 280 ℃로 하고, 상기 실린더의 전부 온도는 260 내지 270 ℃, 중부 온도는 260 내지 270 ℃ 및 후부 온도는 250 내지 260 ℃로 설정한다. More specifically, the mixture dried in the second step (S20) is supplied to the injection molding apparatus, and the cylinder nozzle temperature of the injection molding apparatus is 270 to 280 ° C., and the entire temperature of the cylinder is 260 to 270 ° C., The central temperature is set at 260 to 270 °C and the rear temperature is set at 250 to 260 °C.
상기 건조된 혼합물은 상기 실린더의 후부에서 중부, 전부 및 노즐을 통하여 금형에 전달되며, 효율적인 유동화를 위하여 각 구간별 온도는 동일하거나 5 내지 10 ℃ 상향 시키는 것이 바람직하다. The dried mixture is delivered to the mold from the rear of the cylinder through the middle, the front and the nozzle, and for efficient fluidization, the temperature for each section is preferably the same or increased by 5 to 10 ℃.
상기 금형의 온도는 상기 건조된 혼합물의 형상이 제대로 펴질 수 있도록 하며, 결정성에 큰 영향을 주고 기계적 특성에 영향을 미친다. 가공하는 재료에 따라 금형온도는 다르게 권장되므로, 본 발명에서는 상기 건조된 혼합물의 특성을 반영하여 금형 온도는 90 내지 110 ℃로 설정한다. The temperature of the mold allows the shape of the dried mixture to be properly spread, and greatly affects crystallinity and mechanical properties. Since the mold temperature is recommended differently depending on the material to be processed, in the present invention, the mold temperature is set to 90 to 110 ℃ reflecting the characteristics of the dried mixture.
또한, 사출 성형 장치의 사출 속도는 40 내지 60%이고 사출 압력은 40 내지 60%로 하였다. 보압은 20 내지 25%로 설정하였다. In addition, the injection speed of the injection molding apparatus was set to 40 to 60%, and the injection pressure was set to 40 to 60%. The holding pressure was set at 20 to 25%.
상기 제2단계(S20) 및 제3단계(S30)의 구체적인 조건은 아래 [표 5]에 나타내었다. Specific conditions of the second step (S20) and the third step (S30) are shown in [Table 5] below.
상기 고분자 복합소재는 인장강도가 50 내지 53 Mpa 인 것이 바람직하다. The polymer composite material preferably has a tensile strength of 50 to 53 Mpa.
또한, 상기 고분자 복합소재는 열전도도가 4 내지 5 W/(m·k) 인 것이 바람직하다. In addition, the polymer composite material preferably has a thermal conductivity of 4 to 5 W/(m·k).
또한, 상기 고분자 복합소재는 난연성이 두께 6.6 ㎜ 이하에서 UL94 5VA인 것이 바람직하다. In addition, the polymer composite material preferably has a flame retardancy of UL94 5VA in a thickness of 6.6 mm or less.
아래는 본 발명인 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재의 실시예 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 테스팅 규격은 아래와 같으며, 실험 결과는 [표 6]에 나타내었다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention, a high strength and high heat dissipation polymer composite material having excellent flame retardancy. The testing specifications are as follows, and the experimental results are shown in [Table 6].
1) 기계적 성능1) Mechanical performance
인장강도, 연신율, 인장탄성율 및 포아송비 시험은 ASTM D 638에 따라 수행되었다. 굴곡강도 굴곡 탄성율 시험은 ASTM D790에 따라 수해되었다. Izod 충격강도 시험은 ASTM D256에 따라 수행되었다. Tensile strength, elongation, tensile modulus and Poisson's ratio tests were performed according to ASTM D 638. Flexural strength Flexural modulus tests were performed according to ASTM D790. The Izod impact strength test was performed according to ASTM D256.
2) 방열 성능2) Heat dissipation performance
열전도도 시험은 ASTM E1461에 따라 수행되었다. Thermal conductivity tests were performed according to ASTM E1461.
3) 난연 성능3) Flame retardant performance
연소성 시험은 UL94에 따라 수행되었다. Flammability tests were performed according to UL94.
[실시예 1][Example 1]
실시예 1은 질량%로 PA6 59~61%, 인상흑연 24~26%, 팽창흑연 4~6% 및 난연제 9~11%를 혼합하여 사출공정으로 제작하였다. 고강도(인장강도 50 Mpa 이상) 및 고방열(열전도도 특성 4 W/mk 이상)은 만족하였으나, 연소성 테스트에서 UL94 등급판정불가를 받으며, 준 불연 특성은 만족하지 못하였다. 이러한 결과에 따라 난연제 함량을 증가시키기로 결정하였다. Example 1 was prepared by an injection process by mixing 59 to 61% of PA6, 24 to 26% of impression graphite, 4 to 6% of expanded graphite, and 9 to 11% of a flame retardant by mass%. High strength (tensile strength of 50 Mpa or more) and high heat dissipation (thermal conductivity characteristic of 4 W/mk or more) were satisfied, but UL94 grade evaluation was not possible in the combustibility test, and semi-incombustible characteristics were not satisfied. Based on these results, it was decided to increase the flame retardant content.
[실시예 2][Example 2]
실시예 2는 실시예 1의 제작 시 사용된 재료 92%와 50%난연 M/B 8%를 배합하여 2차 샘플을 제작하였다. 난연제 함유량은 9~11%에서 12.2~14.2%로 증가하였다. UL94 V-0등급에는 만족하였으나, 준 불연 등급인 5VA 등급은 만족하지 못하였다. Example 2 prepared a secondary sample by mixing 92% of the material used in the preparation of Example 1 and 8% of 50% flame retardant M/B. The flame retardant content increased from 9 to 11% to 12.2 to 14.2%. It was satisfied with the UL94 V-0 grade, but was not satisfied with the 5VA grade, which is a semi-incombustible grade.
[실시예 3][Example 3]
실시예 3은 난연제 함량을 17~19%로 증가시키기 위해 실시예 1의 제작 시 사용된 재료 80%와 50%난연 M/B를 20%를 배합하여 제작하였다. 난연M/B이 고함량이라, 가스발생에 의한 사출 불량 발생하였다. Example 3 was prepared by blending 20% of the material used in the preparation of Example 1 and 50% flame retardant M/B in order to increase the flame retardant content to 17 to 19%. Since the flame retardant M/B content was high, injection failure occurred due to gas generation.
[실시예 4][Example 4]
실시예 4는 사출조건 최적화를 위해 실시예 1의 제작 시 사용된 재료 86%와 50%난연 M/B 14%를 배합하여 제작하였다 (난연제 함량 14.6 ~ 16.6%). 준불연 등급인 UL94-5VA 등급에 만족 하였으며, 고강도(인장강도 50Mpa 이상) 및 고방열 특성(열전도도 특성 4W/mk 이상)도 만족하여 본 발명에 목적인 고강도, 고방열 및 준 불연 경량 플라스틱 개발에 성공하였다. Example 4 was prepared by mixing 86% of the material used in the preparation of Example 1 and 14% of 50% flame retardant M/B for optimizing injection conditions (flame retardant content 14.6 to 16.6%). It was satisfied with the UL94-5VA grade, which is a semi-non-combustible grade, and also satisfies high strength (tensile strength 50Mpa or more) and high heat dissipation characteristics (thermal conductivity characteristics 4W/mk or more). succeeded.
난연재료 8%Raw material 92% +
Flame-retardant material 8%
난연재료 20% Raw material 80% +
Flame retardant material 20%
난연재료 14%Raw material 86% +
14% flame retardant material
본 발명의 실시예에 결과에 따라, [실시예 4]가 가장 적합한 고분자 복합소재를 나타내었다. 본 발명의 고분자 복합소재의 물성은 아래 [표 7] 및 도 1에 나타내었다. According to the results of Examples of the present invention, [Example 4] showed the most suitable polymer composite material. The physical properties of the polymer composite material of the present invention are shown in [Table 7] and FIG. 1 below.
(kgf·cm/cm)Impact strength IMP(N)
(kgf cm/cm)
(g/㎤)importance
(g/㎤)
(g/10min)melt index
(g/10min)
태양광 모듈 프레임solar module frame
본 발명인 태양광 모듈 프레임은 상기 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재를 포함하여 제조되는 것이 바람직하다. 상기 태양광 모듈 프레임은 상기 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재 제조방법에 의해 제조된 고분자 복합소재를 이용하여, 일반적으로 사용되는 알루미늄을 대체하여 제조된다. The photovoltaic module frame of the present invention is preferably manufactured by including the high-strength and high heat dissipation polymer composite material having excellent flame retardancy. The photovoltaic module frame is manufactured by replacing commonly used aluminum by using a polymer composite material manufactured by the method for manufacturing a high strength and high heat dissipation polymer composite material having excellent flame retardancy.
일반적으로 태양광 프레임은 높은 기계적 강도 특성 때문에 알루미늄 소재가 사용된다. 그러나 알루미늄은 높은 밀도 때문에 경량화가 어렵고, 높은 전도성 특성으로 인한 전류 누설로 태양전지의 전도성 층을 열화 시킬 수 있는 단점이 있어 공장 지붕의 태양광 프레임 소재로는 적당하지 않다. In general, an aluminum material is used for the photovoltaic frame due to its high mechanical strength characteristics. However, aluminum is not suitable as a photovoltaic frame material for the roof of a factory because it is difficult to reduce weight due to its high density, and it can deteriorate the conductive layer of the solar cell due to current leakage due to its high conductivity.
본 발명인 태양광 모듈 프레임은 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재를 이용하여 다른 알루미늄 소재와 비교하여 월등히 가볍고 안료 등의 함유를 통해 심미성까지 확보가 가능한 효과가 있다. The photovoltaic module frame of the present invention uses a high-strength and high heat dissipation polymer composite material with excellent flame retardancy, which is significantly lighter than other aluminum materials and has the effect of securing aesthetics through the inclusion of pigments.
상기 태양광 모듈 프레임은 고강도 특성을 위하여 폴리아미드6 (polyamide 6)를 기반으로 고방열 특성 및 우수한 난연 특성을 위하여 인상흑연, 팽창흑연 및 난연제를 조합하여 제작하였다. 보다 구체적으로, 상기 폴리아미드6 (polyamide 6) 1 중량부에 대하여 상기 인상흑연 0.4 내지 0.5 중량부, 상기 팽창흑연 0.05 내지 0.1 중량부 및 상기 난연제 0.1 내지 0.3 중량부로 혼합한 고분자 복합소재를 포함하는 것이 바람직하다. The photovoltaic module frame was manufactured by combining impression graphite, expanded graphite and a flame retardant for high heat dissipation characteristics and excellent flame retardant characteristics based on polyamide 6 for high strength characteristics. More specifically, containing a polymer composite material mixed with 0.4 to 0.5 parts by weight of the impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of the expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of the flame retardant with respect to 1 part by weight of the polyamide 6 (polyamide 6) it is preferable
또한, 건물 일체형 태양광발전시스템(BIPV) 프레임과 같이 심미성 확보가 필요한 경우 상기 폴리아미드6 (polyamide 6) 1 중량부에 대하여 안료 0.01 내지 0.02 중량부를 혼합하여 색상 구현이 가능하다. In addition, when it is necessary to secure aesthetics, such as a building-integrated photovoltaic system (BIPV) frame, it is possible to implement a color by mixing 0.01 to 0.02 parts by weight of a pigment with respect to 1 part by weight of the polyamide 6 (polyamide 6).
상기 태양광 모듈 프레임은 인장강도가 50 내지 53 Mpa 인 것이 바람직하다. The solar module frame preferably has a tensile strength of 50 to 53 Mpa.
또한, 상기 태양광 모듈 프레임은 열전도도가 4 내지 5 W/(m·k) 인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the solar module frame has a thermal conductivity of 4 to 5 W/(m·k).
또한, 상기 태양광 모듈 프레임은 난연성이 두께 6.6 ㎜ 이하에서 UL94 5VA인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the photovoltaic module frame is UL94 5VA in flame retardancy of 6.6 mm or less.
아래는 본 발명인 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재를 이용한 태양광 모듈 프레임의 실시예 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 실시예는 가장 좋은 효과를 나타낸 [실시예 4]를 [실시예 1]과 비교하여 실험하였다. 테스팅 규격은 상기 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재와 동일하며, 실험 결과는 [표 8]에 나타내었다.Below, the present invention will be described in more detail with reference to an embodiment of a solar module frame using a high-strength and high-heat-dissipating polymer composite material having excellent flame retardancy, which is the present invention. In the example, [Example 4] showing the best effect was tested by comparing it with [Example 1]. The testing standard is the same as the high strength and high heat dissipation polymer composite material with excellent flame retardancy, and the experimental results are shown in [Table 8].
아래는 BIPV 시스템에 적용하기 위해 안료를 혼합하여 색상을 구현하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 안료 함유량은 전체 질량(%)에서 검정, 파랑 및 빨강이 구현되도록, 0%, 1.01% 및 1.16%를 혼합하였다. 안료 함유량에 따른 태양광 모듈 프레임의 색상은 도 2에 나타내었다. Below, the present invention will be described in more detail by mixing pigments to implement colors for application to the BIPV system. The pigment content was mixed 0%, 1.01% and 1.16% so that black, blue and red were realized in the total mass (%). The color of the photovoltaic module frame according to the pigment content is shown in FIG. 2 .
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명인 태양광 모듈 프레임은 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재를 이용하여 다른 알루미늄 소재와 비교하여 월등히 가볍고 안료 등의 함유를 통해 심미성까지 확보가 가능한 효과가 있다. By means of a solution to the above problem, the solar module frame of the present invention uses a high-strength and high heat dissipation polymer composite material with excellent flame retardancy, which is significantly lighter than other aluminum materials and has the effect of securing aesthetics through the inclusion of pigments, etc. .
또한, 본 발명은 밀도가 알루미늄의 약 두 배 낮은 고분자 복합소재를 사용하여 고강도, 고방열성 및 난연성 특성을 갖는 태양광 프레임 소재를 적용할 수 있다. In addition, the present invention can be applied to a solar frame material having high strength, high heat dissipation and flame retardancy by using a polymer composite material having a density about twice that of aluminum.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the above-described technical configuration of the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modifications derived from the concept of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
S10. 폴리아미드6(polyamide 6), 인상흑연, 팽창흑연 및 난연제를 혼합하여 혼합물을 생성하는 제1단계
S20. 상기 혼합물을 건조하는 제2단계
S30. 상기 건조된 혼합물을 사출 성형 장치로 공급하여 250 내지 270 ℃에서 사출하는 제3단계S10. First step of mixing polyamide 6, impression graphite, expanded graphite, and a flame retardant to produce a mixture
S20. The second step of drying the mixture
S30. A third step of supplying the dried mixture to an injection molding apparatus and injecting it at 250 to 270 ° C.
Claims (10)
상기 폴리아미드6 (polyamide 6)는 비중이 1.14, 수축율이 0.9 내지 1.5 %, 인장강도가 80 Mpa, 굴곡강도 120 kgf/㎠ 및 아이조드 충격강도 70 kg/㎠ 이고,
상기 인상흑연은 탄소함유량이 97.0 (w/w)% 이상, 입자크기 3 내지 5 ㎛, 수분함유량이 0.5 (w/w)% 이하 및 pH가 3 내지 5 이고,
상기 팽창흑연은 탄소함유량 93.0 (w/w)% 이상, 회분 7.0 (w/w)% 이하, 입자크기 80 mesh, 팽창율 300 mL/g 이상, 휘발성 30(w/w)%이하, 수분함유량 1.0 (w/w)% 이하 및 pH가 5~7 이며,
상기 난연제는 멜라민 시아누레이트(Melamine cyanurate)를 원재료로 하는 MC계 난연제로 진비중 1.7 g/㎠, 겉보기 비중 0.3 g/mL, 입자크기(D50%) 3 내지 5 ㎛ 이고,
전체 인장강도가 50 내지 53 Mpa 인 것을 특징으로 하는 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재.
A polymer composite material prepared by mixing 0.4 to 0.5 parts by weight of impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of a flame retardant with respect to 1 part by weight of polyamide 6 (polyamide 6),
The polyamide 6 (polyamide 6) has a specific gravity of 1.14, a shrinkage ratio of 0.9 to 1.5%, a tensile strength of 80 Mpa, a flexural strength of 120 kgf/cm2 and an Izod impact strength of 70 kg/cm2,
The impression graphite has a carbon content of 97.0 (w / w)% or more, a particle size of 3 to 5 μm, a moisture content of 0.5 (w / w)% or less, and a pH of 3 to 5,
The expanded graphite has a carbon content of 93.0 (w/w)% or more, an ash content of 7.0 (w/w)% or less, a particle size of 80 mesh, an expansion rate of 300 mL/g or more, a volatility of 30 (w/w)% or less, a moisture content of 1.0 (w / w)% or less and pH is 5-7,
The flame retardant is an MC-based flame retardant using melamine cyanurate as a raw material, a true specific gravity of 1.7 g/cm 2 , an apparent specific gravity of 0.3 g/mL, and a particle size (D50%) of 3 to 5 μm,
A high-strength and heat-dissipating polymer composite material with excellent flame retardancy, characterized in that the total tensile strength is 50 to 53 Mpa.
상기 고분자 복합소재는,
열전도도가 4 내지 5 W/(m·k) 인 것을 특징으로 하는 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재.
The method of claim 1,
The polymer composite material is
A high-strength and heat-dissipating polymer composite material with excellent flame retardancy, characterized in that the thermal conductivity is 4 to 5 W/(m·k).
상기 고분자 복합소재는,
난연성이 두께 6.6 ㎜ 이하에서 UL94 5VA의 규격을 만족하는 것을 특징으로 하는 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재.
The method of claim 1,
The polymer composite material is
A high-strength and heat-dissipating polymer composite material with excellent flame retardancy, characterized in that the flame retardancy satisfies the standard of UL94 5VA at a thickness of 6.6 mm or less.
상기 혼합물을 100 내지 110 ℃ 에서 3 내지 5 시간 동안 건조하는 제2단계;
상기 건조된 혼합물을 사출 성형 장치로 공급하여 250 내지 270 ℃에서 사출하는 제3단계;를 포함하되,
상기 폴리아미드6(polyamide 6) 1 중량부에 대하여 상기 인상흑연 0.4 내지 0.5 중량부, 상기 팽창흑연 0.05 내지 0.1 중량부 및 상기 난연제 0.1 내지 0.3 중량부로 혼합하며,
상기 폴리아미드6(polyamide 6)는 80 ℃ 이상의 온도에서 3시간 이상 제습건조하여 수분함유율이 0.2 (w/w)% 이하이고,
상기 제3단계에서,
상기 건조된 혼합물이 상기 성형 장치의 실린더를 후부, 중부, 전부 및 노즐을 통하여 금형에 전달될 때 상기 실린더의 후부 온도는 250 내지 260 ℃, 중부 온도는 260 내지 270 ℃, 전부 온도는 260 내지 270 ℃ 및 노즐 온도는 270 내지 280 ℃ 인 것을 특징으로 하는 난연성이 우수한 고강도 및 고방열성 고분자 복합소재 제조방법.
A first step of mixing polyamide 6 (polyamide 6), impression graphite, expanded graphite and a flame retardant to produce a mixture;
a second step of drying the mixture at 100 to 110° C. for 3 to 5 hours;
A third step of supplying the dried mixture to an injection molding apparatus and injecting it at 250 to 270 °C; including,
Mixing with 0.4 to 0.5 parts by weight of the impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of the expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of the flame retardant with respect to 1 part by weight of the polyamide 6 (polyamide 6),
The polyamide 6 (polyamide 6) is dehumidified and dried at a temperature of 80 ° C. or higher for 3 hours or more, so that the water content is 0.2 (w / w)% or less,
In the third step,
When the dried mixture is delivered to the mold through the rear, middle, front and nozzle of the cylinder of the molding apparatus, the temperature at the rear of the cylinder is 250 to 260° C., the temperature in the middle is 260 to 270° C., and the temperature in front is 260 to 270 ℃ and nozzle temperature is 270 to 280 ℃ method for producing a high strength and high heat dissipation polymer composite material excellent in flame retardancy, characterized in that.
상기 폴리아미드6 (polyamide 6)는 비중이 1.14, 수축율이 0.9 내지 1.5 %, 인장강도가 80 Mpa, 굴곡강도 120 kgf/㎠ 및 아이조드 충격강도 70 kg/㎠ 이고,
상기 인상흑연은 탄소함유량이 97.0 (w/w)% 이상, 입자크기 3 내지 5 ㎛, 수분함유량이 0.5 (w/w)% 이하 및 pH가 3 내지 5 이고,
상기 팽창흑연은 탄소함유량 93.0 (w/w)% 이상, 회분 7.0 (w/w)% 이하, 입자크기 80 mesh, 팽창율 300 mL/g 이상, 휘발성 30(w/w)%이하, 수분함유량 1.0 (w/w)% 이하 및 pH가 5~7 이며,
상기 난연제는 멜라민 시아누레이트(Melamine cyanurate)를 원재료로 하는 MC계 난연제로 진비중 1.7 g/㎠, 겉보기 비중 0.3 g/mL, 입자크기(D50%) 3 내지 5 ㎛ 이고,
전체 인장강도가 50 내지 53 Mpa 인 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 프레임.
A solar module frame using a polymer composite material prepared by mixing 0.4 to 0.5 parts by weight of impression graphite, 0.05 to 0.1 parts by weight of expanded graphite, and 0.1 to 0.3 parts by weight of a flame retardant with respect to 1 part by weight of polyamide 6 (polyamide 6),
The polyamide 6 (polyamide 6) has a specific gravity of 1.14, a shrinkage ratio of 0.9 to 1.5%, a tensile strength of 80 Mpa, a flexural strength of 120 kgf/cm2 and an Izod impact strength of 70 kg/cm2,
The impression graphite has a carbon content of 97.0 (w / w)% or more, a particle size of 3 to 5 μm, a moisture content of 0.5 (w / w)% or less, and a pH of 3 to 5,
The expanded graphite has a carbon content of 93.0 (w/w)% or more, an ash content of 7.0 (w/w)% or less, a particle size of 80 mesh, an expansion rate of 300 mL/g or more, a volatility of 30 (w/w)% or less, a moisture content of 1.0 (w / w)% or less and pH is 5-7,
The flame retardant is an MC-based flame retardant using melamine cyanurate as a raw material, a true specific gravity of 1.7 g/cm 2 , an apparent specific gravity of 0.3 g/mL, and a particle size (D50%) of 3 to 5 μm,
Solar module frame, characterized in that the total tensile strength of 50 to 53 Mpa.
상기 프레임은,
열전도도가 4 내지 5 W/(m·k) 인 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 프레임.
8. The method of claim 7,
The frame is
Solar module frame, characterized in that the thermal conductivity is 4 to 5 W / (m · k).
상기 프레임은,
난연성이 두께 6.6 ㎜ 이하에서 UL94 5VA의 규격을 만족하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 프레임.8. The method of claim 7,
The frame is
Photovoltaic module frame, characterized in that the flame retardancy meets the standard of UL94 5VA in a thickness of 6.6 mm or less.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2021
- 2021-05-28 KR KR1020210068975A patent/KR102434849B1/en active IP Right Grant
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