KR20140087913A - 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents

장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 Download PDF

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KR20140087913A
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long fiber
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정재엽
이정헌
장도훈
홍창민
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제일모직주식회사
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Abstract

(A) 폴리아미드 수지; (B) 강화용 장섬유; 및 (C) 아크릴레이트 단량체 및 아세테이트 단량체 중 하나 이상과 탄소수 2 내지 10의 올레핀 단량체의 올레핀계 공중합체를 포함하는 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품이 제공된다.

Description

장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 {LONG FIBER REINFORCED POLYAMIDE RESIN COMPOSITIONS AND MOLDED PRODUCTS INCLUDING THE SAME}
장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, 강화 플라스틱 사출 성형을 위한 원료로 사용되고 있다. 통상, 장섬유 강화 수지 조성물은, 복수개의 강화용 필라멘트 섬유를 섬유 다발 (로빙) 형태로 집속하고, 이를 함침 다이로 연속적으로 도입하여 용융된 열가소성 수지를 상기 다발에 함침시키고, 수지 함침된 섬유 다발을 소정의 방향으로 잡아 끌어내고, 선택에 따라 경화 공정을 거친 후 소정의 길이로 절단함에 의해 팰릿 등의 형태로 제조된다.
장섬유 강화 수지 조성물의 제조를 위한 장치에서, 수지 함침을 위한 함침 다이 내부는 일반적으로 스틸(steel)로 이루어진다. 상기 다이 재료와 강화 섬유 및 수지 간의 접촉은, 수지와 섬유 간에 접착력을 제공하고 섬유가 수지 내부에 균일하게 분산될 수 있게 하기 위해 필수적인 것이다. 그런데, 함침 다이 내에서 섬유 인발 속도를 높일 경우, 섬유와 스틸 간의 접촉에 의해 섬유 파손이 일어날 수 있는데, 이러한 섬유 파손은 공정의 중단으로 이어질 수 있으며, 제조된 수지 조성물 및 이를 포함한 성형품의 물성에도 부정적인 영향을 준다. 따라서, 이러한 섬유 파손을 최소화하기 위해, 섬유 인발 속도를 특정 수준 이상으로 높일 수 없다.
이를 해결하기 위해, 섬유 및 스틸 간 접촉을 감소시키는 방향으로 다이 내부의 구조 및 재질을 변경하고자 하는 시도가 있었으나 이렇게 변경된 함침 다이는 강화 섬유와 수지 간의 충분한 접착력을 제공하기 어렵고, 수지 내부에서의 강화 섬유의 균일 분산도 달성할 수 없는 경우가 많다.
본 발명의 일 구현예는, 높은 생산 속도로 제조 가능하고, 수지 조성물 내에 균일하게 분산되고 수지와 높은 접착력으로 결합된 장섬유를 포함하는 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물을 포함하는 사출 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따라 제공되는 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, (A) 폴리아미드 수지; (B) 강화용 장섬유; 및 (C) 하기 화학식 1로 나타내어지는 아크릴레이트 단량체 및 하기 화학식 2로 나타내어지는 아세테이트 단량체 중 하나 이상으로부터 유래된 반복 단위와 탄소수 2 내지 10의 올레핀 단량체로부터 유래된 반복단위를 가진 올레핀계 공중합체를 포함한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1 는 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, R3는 탄소수 1 내지 10의 알킬기임;
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, R1 는 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, R3는 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, (A) 폴리아미드 수지 10 내지 90중량부 및 (B) 강화용 장섬유 10 내지 90 중량부를 포함하고, 상기 (A) 폴리아미드 및 (B) 강화용 장섬유의 총 합 100 중량부에 대하여, 상기 (C) 올레핀계 공중합체 1 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
상기 (C) 올레핀계 공중합체에서, 상기 올레핀 단량체는, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 이소부텐, 펜텐, 이소펜텐, 헥센, 헵텐, 옥텐, 또는 노넨일 수 있고, 상기 아크릴레이트 단량체는, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 또는 에틸헥실아크릴레이트일 수 있고, 상기 아세테이트 단량체는, 비닐아세테이트일 수 있다.
상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물에서, 상기 (B) 강화용 장섬유는 탄소섬유, 표면 처리된 탄소섬유, 유리섬유, 표면 처리된 유리섬유일 수 있다.
상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물에서, 상기 (B) 강화용 장섬유는, 총 중량을 기준으로 50% 이상이 동일한 방향으로 배향될 수 있다.
상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, 팰릿 형태이고, 상기 (B) 강화용 장섬유는 총 중량를 기준으로 50% 이상이 팰릿 단면에 수직한 방향으로 배향될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따라 제공되는 성형품은, 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물을 포함한다.
조성물 내에 장섬유가 균일 분산되어 있고, 수지-섬유 간의 접착성도 우수하여, 높은 수준의 기계적 물성을 가지는 성형품을 제조할 수 있는 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물을 섬유 파손 없이 높은 생산 속도로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 장섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물을 제조하기 위해 사용되는 장치의 한 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 예시적 구현예들을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서, 별도의 언급이 없는 한, "섬유가 동일한 방향으로 배향되어 있다" 는 것은 실질적으로 동일한 방향으로 배향된 경우까지 포함하는 것이며, "강화 섬유가 상기 수지 조성물의 길이 방향으로 연속되었다" 는 것은, 강화 섬유가 상기 수지 조성물의 실질적으로 전체의 길이, 예컨대 소정의 형태를 가진 수지 조성물의 길이의 적어도95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 또는 적어도 99% 에 걸쳐 연장되어 있는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따라 제공되는 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, (A) 폴리아미드; (B) 강화용 장섬유; 및 (C) 탄소수 2 내지 10의 올레핀 단량체로부터 유래된 반복단위와, 아크릴레이트 단량체 및 아세테이트 단량체 중 하나 이상으로부터 유래된 반복단위를 가지는 올레핀계 공중합체를 포함한다. 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, 10 내지 90 중량부, 구체적으로 20 내지 80 중량부, 더 구체적으로 30 내지 60 중량부의 (A) 폴리아미드; 및 90 내지 10 중량부, 구체적으로 80 내지 20 중량부, 더 구체적으로 70 내지 40 중량부의 (B) 강화용 장섬유를 포함할 수 있으며, 상기 (A) 폴리아미드 및 (B) 강화용 장섬유 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부의 (C) 올레핀계 공중합체를 포함할 수 있다. 이하, 조성물의 각각의 성분들에 대하여 구체적으로 설명한다.
(A) 폴리아미드
상기 장섬유 강화 수지 조성물에서 사용 가능한 폴리아미드는, 주쇄 중에 아마이드기(-NHCO-)기를 포함하는 폴리머로서, 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 폴리아미드는, 락탐류의 개환 중합, 디아민과 디카르복시산의 축합 중합, 아미노카르복시산의 축합 중합 등에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 디아민은 지방족, 지환족, 또는 방향족 디아민일 수 있다. 디아민의 구체적인 예로서는 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 운데카메틸렌디아민, 도데카메틸렌디아민, 트리데카메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 5-메틸노나메틸렌디아민, 1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 1,4-비스아미노메틸시클로헥산, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, m-크실렌디아민, p-크실렌디아민을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 디카르복시산으로서는, 지방족, 지환족, 또는 방향족 디카르복시산을 들 수 있다. 디카르복시산의 구체적인 예로서는, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바신산, 도데칸디카르복시산, 1,1,3-트리데칸디카르복시산, 1,3-시클로헥산디카르복시산, 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복시산, 다이머산 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 락탐류로서는, 구체적으로 ε-카프로락탐, 에난트락탐, ω라우로락탐 등을 들 수 있다. 아미노카르복시산의 구체적인 예로서는, ε아미노카프론산, 7-아미노헵탄산, 8-아미노옥탄산, 9-아미노난산, 11-아미노운데칸산, 12-아미노도데칸산, 13-아미노트리데칸산 등을 들 수 있다.
전술한 락탐류, 디아민류, 디카르복시산류, 및 아미노카르복시산류를 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 축합 중합하여 폴리아미드 호모폴리머 또는 폴리아미드 코폴리머를 제공할 수 있다. 상기 폴리아미드는, 통상의 중합 방법, 예컨대, 용액 중합, 계면 중합, 용융 중합, 괴상 중합, 고상 중합 등의 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 폴리아미드의 구체적인 예로서는, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 6/66, 나일론 6/612, 폴리아미드 6/MXD (메타크실렌디아민), 폴리아미드 6T, 폴리아미드 6I, 폴리아미드66/I, 폴리아미드6T/6I, 폴리아미드 9T, 폴리아미드 6T/6I/66 등을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수지 조성물 내에서 상기 폴리아미드는 5.0k 내지 30.0k 범위의 수평균 분자량을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다 (여기서, k는 1000을 의미함). 상기 폴리아미드는 240 도씨 내지 320도씨의 융점을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리아미드는 공지된 방법에 의해 중합할 수 있거나 혹은 상업적으로 입수할 수 있다. 시판되고 있는 폴리아미드 수지로서는, Vydyne 사의 Polyamide 66, Solvay사제의 Polyamide 6T, Rhodia사제의 Polyamide 66 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
(B) 강화용 장섬유
수지 조성물 강화를 위한 장섬유는, 예컨대 매트릭스 수지인 폴리아미드보다 높은 모듈러스를 가진 섬유일 수 있으며, 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품의 기계적 물성을 향상시킬 목적으로 조성물 내에 도입되는 연속 섬유이다. 구체적으로, 상기 강화용 장섬유는, 탄소 섬유 또는 유리섬유일 수 있다. 상기 강화용 장섬유의 직경은 적절히 선택할 수 있으며, 예컨대, 0.1 내지 50㎛, 구체적으로는 3 내지 30㎛, 더 구체적으로는 4 내지 20㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 수지 조성물 내에서 상기 강화용 장섬유의 길이는 특별히 제한되지 않으며, 필요에 따라 조절할 수 있다. 예컨대, 수지 조성물이 팰릿 형태인 경우, 상기 강화용 장섬유의 길이는 팰릿의 길이 이하이며, 전체 섬유 중량의 50% 이상, 구체적으로는 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상이 팰릿의 길이 방향으로 연속될 수 있다. 상기 강화용 장섬유의 길이는, 3 내지 25 mm, 구체적으로 4 내지 20 mm 의 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 강화용 장섬유는 섬유화 가능한 유리로부터 제조되는 장유리 섬유일 수 있다. 섬유화 가능한 유리의 구체적인 예는, "E-유리", "A-유리", "C-유리", "D-유리", "R-유리", "S-유리" 뿐만 아니라 불소 및/또는 붕소를 갖지 않는 E-유리 유도체로서 통용되는 섬유화 가능한 유리 조성물을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 일구현예에서, 강화재료로서 사용되는 대부분의 유리 섬유는 E-유리로부터 형성된 유리 섬유일 수 있으며, 상기 유리 조성물로부터 적절한 방법에 의해 유리 필라멘트가 제조될 수 있다.
상기 장유리 섬유는 커플링제를 포함하는 바인더 (표면 처리제)로 표면 처리될 수 있다. 상기 커플링제의 구체적인 예는 아미노실란, 에폭시실란, 아미드실란, 아지드실란, 아크릴실란과 같은 관능화된 실란 화합물 및 티타네이트 화합물을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 비제한적인 예에서, 상기 바인더 (표면 처리제)는, 폴리올레핀 왁스 및 관능화된 실란 화합물, 예컨대, 아미노프로필 트리에톡시실란, 글리시딜 프로필 트리메톡시 실란, (3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시 실란, 머켑토프로필알콕시 실란, 아미노에틸 아미노프로필 알콕시 실란 또는 우레이도알킬 트리에톡시실란을 포함할 수 있다.
상기 강화용 장섬유는 탄소 섬유일 수 있다. 상기 탄소 섬유는 PAN계, 피치계, 레이온계 탄소 섬유일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소섬유는 매트릭스와 섬유 간의 결합력을 높이기 위해 표면 처리된 것일 수 있다. 상기 표면 처리는 공지된 임의의 방법 (예컨대, 화학적 증착, 산화 에칭, 고분자 코팅, 에폭시 화합물 등의 사이징제 처리) 등에 의해 수행될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
수지 조성물 내에서 상기 (B) 강화용 장섬유의 양은 해당 조성물의 최종 용도, 필요한 물성 등에 따라 적절히 조절할 수 있다. 강화용 섬유가 단섬유 형태로 도입되는 조성물과 달리, 상기 (B) 강화용 장섬유는 예컨대, 매트릭스를 이루는 수지보다 더 많은 양으로 포함될 수 있고, 개개의 섬유들이, 후술하는 바와 같이, 수지 조성물 내에서의 일정한 방향으로 (예컨대, 섬유 인발 방향으로) 배향될 수 있어, 기계적 물성이 매우 높은 수준의 성형품을 제공할 수 있다.
(C) 올레핀계 공중합체
상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, (A) 폴리아미드 및 (B) 강화용 장섬유의 총 합 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부, 구체적으로는 1 내지5 중량부, 더 구체적으로는 1 내지 3 중량부의 올레핀계 공중합체를 더 포함한다. 상기 올레핀계 공중합체는, 탄소수 2 내지 10개의 올레핀 단량체로부터 유래된 반복단위와; 하기 화학식 1의 아크릴계 단량체 및/또는 하기 화학식 2의 아세테이트 단량체로부터 유래된 반복단위를 가지는 랜덤 공중합체이다:
[화학식 1]
Figure pat00003
상기 화학식 1에서, R1 및 R2 는 위에서 정의된 바와 같고,
[화학식 2]
Figure pat00004
상기 화학식 2에서, R1 및 R2 는 위에서 정의된 바와 같다.
상기 올레핀계 공중합체에서, 올레핀 단량체와 아크릴계 단량체 및/또는 아세테이트 단량체 간의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 올레핀 단량체와 아크릴 및/또는 아세테이트 단량체 간의 비율은 1:99 내지 99:1, 구체적으로는 20:80 내지 80:20, 더 구체적으로는 30:70 내지 70:30일 수 있다. 아크릴 단량체 및 아세테이트 단량체가 모두 사용되는 경우, 아크릴 단량체 및 아세테이트 단량체 간의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 양 단량체 간의 비율은, 1:99 내지 99:1, 구체적으로는 20:80 내지 80:20, 더 구체적으로는 30:70 내지 70:30일 수 있다. 상기 올레핀계 공중합체의 분자량도 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 올레핀 공중합체의 분자량은, 5.0k 내지 30.0k 의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 올레핀계 공중합체의 구체적인 예는, 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체(EMA), 에틸렌-메틸메타크릴레이트(EMMA), 에틸렌-부틸아크릴레이트(EBA) 공중합체, 에틸렌-2에틸헥실아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-프로필아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-메틸메타크릴레이트, 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA) 를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 올레핀 공중합체는, 공지된 중합 방법에 의해 합성할 수 있거나, 혹은 상업적으로 입수 가능하다. 상업적으로 입수 가능한 올레핀 공중합체의 구체적인 예로서는, Dupont 사의 Elvaloy 계 코폴리머를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 스틸(steel)로 이루어진 함침 다이를 포함한 장섬유 강화 수지 조성물 제조 장치에서, 다이 재료인 스틸과 강화 섬유 및 수지 간의 접촉은 수지와 섬유 간에 접착력을 제공하고, 섬유가 수지 내부에 균일하게 분산될 수 있게 하기 위해 필수적인 것이지만, 함침 다이 내부에서 섬유 인발 속도가 높은 경우, 섬유와 스틸과 접촉에 의한 마찰 저항이 커져 섬유 파손이 일어날 수 있으므로, 인발 속도를 특정 수준 이상으로 높일 수 없었고, 이는 생산성의 저하로 이어졌다. 그러나, 본 발명의 일구현예에 따른 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물의 경우, 상기 (C) 올레핀 공중합체를 포함함으로써 이러한 생산성 제약의 문제를 해결할 수 있으며, 예컨대 심지어 2배 정도 더 높은 생산 속도에서도, 강화용 장섬유가 조성물 내에 균일하게 분산되며, 섬유-수지간 접착성도 양호한 조성물을 섬유 파단 없이 제공할 수 있음을 확인하였다. 특정 이론에 구속되려 함은 아니지만, 상기 장섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물에서, 상기 (C) 올레핀 공중합체는, 함침 다이 재료인 스틸과의 접착성은 낮은 수준인 반면, 베이스 수지인 폴리아미드와는 높은 수준의 접착성을 가지므로, 베이스 수지에 함침된 강화 섬유가 다이와 접촉할 경우, 스틸과 섬유/수지 간의 마찰 저항을 최소화하면서도, 스틸과의 접촉에 의해 수지 내부에서 섬유의 균일한 분산 및 높은 접착성을 달성할 수 있게 하는 것으로 생각된다. 따라서, 상기 수지 조성물에 (C) 성분을 포함시킬 경우, 상기 장섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물은 높은 속도에서 섬유 파손을 최소화하면서 제조될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, 강화용 장섬유를 잡아 당기면서 상기 섬유에 폴리아미드 포함 수지 조성물을 함침시키는 인발 성형(pultrusion)법을 통해 제조될 수 있다. 비제한적인 예를 들자면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 강화용 섬유 크릴(creel)로부터 연속 섬유를 멜트 풀(melt pool) 내부에 설치된 섬유 함침 다이(도시하지 않음)를 통과시키면서 잡아 당긴다. 이와 함께, 폴리아미드 및 올레핀 공중합체를 포함한 수지 조성물을 상기 멜트 풀에서 용융상태로 하여 상기 섬유 함침 다이로 공급하여, 상기 멜트 풀을 통과하면서 인발되는 연속섬유에 폴리아미드 포함 수지 조성물을 함침시키고, 용융 함침물을 선택에 따라 가열하고, 냉각한 후, 펠렛화 장치(pelletizer) 내에서 강화 섬유의 인발 방향과 수직으로 절단하여, 소정의 형태를 가진 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물을 얻는다. 그러나, 본 발명의 일구현예에 따른 장섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물의 제조 방법은 전술한 방법에 한정되는 것은 아니며, 적절한 다른 방법에 의해서도 제조될 수 있다.
상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, 수지 물성을 저하시키지 않는 한, 공지된 첨가제, 예컨대, 각종 상용화제, 가소제, 난연 조제, 착색제, 안정제 (예를 들어, 산화 방지제, 광안정화제, 열안정제 등), 윤활제, 분산제, 발포제, 항균제 등을 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
상기 장섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물 내에서, (B) 강화용 장섬유는, 조성물 내에 포함된 강화 섬유의 총 중량을 기준으로 50% 이상, 구체적으로는 60% 이상, 더 구체적으로는 70% 이상, 보다 구체적으로는 80% 이상이 수지 조성물 내에서 동일한 방향으로 (예컨대, 인발 성형법에 의해 제조되는 경우, 강화 섬유 인발 방향으로) 배향되어 있을 수 있다. 상기 장섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물이 팰릿의 형태인 경우, 조성물 내에 상기 (B) 강화용 장섬유들의 50% 이상, 구체적으로는 60% 이상, 더 구체적으로는 70% 이상, 보다 구체적으로는 80% 이상, 보다 더 구체적으로는 90% 이상이, 팰릿의 단면에 수직한 방향으로 배향되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따라, 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물을 포함한 성형품이 제공된다. 상기 성형품은, 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물로부터 사출 성형 등, 당해 기술 분야에 공지된 다양한 임의의 방법으로 제조할 수 있다. 상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물로부터 제조된 성형품은, 높은 수준의 기계적 물성 및 향상된 내열성 등을 나타낼 수 있다.
실시예
이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예　및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
[사용 성분]
(A) 폴리아미드(PA): Nylon 66, 융점: 260도씨, 점도 지수(황산) 142ml/g
(B) Long Carbon Fiber (LCF): Toray 사 T200SC-24K
(C) 에틸렌-메틸아크릴레이트 랜덤 코폴리머: Dupont 사, AC-12024
(D) 저분자량 폴리올레핀 왁스: 라이온케미칼 사, 상품명 LC-140B
[ 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물의 제조]
실시예 1 내지 2
도 1에 나타낸 바와 같은 구성의 장섬유 수지 조성물(long fiber thermoplastic: LFT) 제조용 장치 및 하기 표 1에 나타낸 성분을 사용하여 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물을 제조한다. 멜트 풀 내에서 표 1에 나타낸 조성으로 (A) PA 및 (C) EMA 를 혼합하고 싱글 압출기를 이용하여 용융 상태로 공급한다. (B) 탄소 섬유(LCF)를, 멜트 풀(melt pool), 인발 장치(puller) 및 펠릿화기(pelletizer)를 통해 잡아 당겨, 상기 멜트 풀 내의 수지 함침 다이(도시하지 않음)을 통과하는 탄소 섬유가 상기 수지 용융물로 함침될 수 있도록 한다. (A) PA 및 (C) EMA 포함 용융 혼합물로 함침된 장섬유 다발을 스트랜드로써 뽑아내고, 필요에 따라 경화시키고 냉각시킨 다음 재단하여, 탄소섬유 함유량이 60중량부이고, 길이 12mm인 팰릿 형태의 장섬유 강화 조성물을 얻는다. 섬유 파손 없이 시간 당 생산 가능한 팰릿의 중량으로 환산한 생산성을 표 2에 정리한다.
비교예 1 내지 3
멜트 풀 내에서 표 1에 나타낸 조성으로 (A) PA 및, 선택에 따라 (D) 폴리올레핀 왁스를 용융시켜 공급하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 장섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물을 얻는다. 섬유 파손 없이 시간 당 생산 가능한 팰릿의 중량으로 환산한 생산성을 표 2에 정리한다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
(A) PA 40 40 40 40 40
(B) LCF 60 60 60 60 60
(C) EMA 1 3 - - -
(D) PE wax - - - 0.5 1
단위: 중량부
[물성 시험]
시편 제조
실시예 1과 실시예 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 펠릿들을 80도씨 하에서 4시간 동안 건조시킨 후, 우진 세렉스 사 제조의 150ton 전동식 사출기를 사용하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편은 1시간 동안 에이징(aging)시킨 후 아래와 같은 방법으로, 비중, 굴곡 강도, 굴곡 탄성률을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(1) 굴곡 강도 (FS) (단위: kgf/㎠): ASTM D792 의 규격에 따라 측정함.
(2) 굴곡 탄성률 (FM) (단위: kgf/㎠): ASTM D790 의 규격에 따라 측정함.
(3) 비중: ASTM D792에 따라 측정함.
물성 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3
FM kgf/㎠ 442165 444675 436821 430115 430465
FS kgf/㎠ 4120 4045 4002 4033 4113
비중 - 1.458 1.451 1.449 1.453 1.460
생산성 kg/hr 6.4 8.2 3.8 3.9 4.0
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은 2배 이상의 생산 속도로 생산될 수 있으면서도, 굴곡 강도 및 굴곡 탄성률 면에서, 낮은 생산 속도로 생산된 조성물의 물성과 동등한 수준이거나 더 우수한 값을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. (A) 폴리아미드 수지; (B) 강화용 장섬유; 및 (C) 하기 화학식 1로 나타내어지는 아크릴레이트 단량체 및 하기 화학식 2로 나타내어지는 아세테이트 단량체 중 하나 이상으로부터 유래된 반복 단위와 탄소수 2 내지 10의 올레핀 단량체로부터 유래된 반복단위를 가지는 올레핀계 공중합체를 포함하는 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00005

    상기 화학식 1에서, R1 는 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, R3는 탄소수 1 내지 10의 알킬기임;
    [화학식 2]
    Figure pat00006

    상기 화학식 2에서, R1 는 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, R3는 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지 조성물은, (A) 폴리아미드 수지 10 내지 90중량부 및 (B) 강화용 장섬유 10 내지 90 중량부를 포함하고, 상기 (A) 폴리아미드 및 (B) 강화용 장섬유의 총 합 100 중량부에 대하여, (C) 올레핀계 공중합체는 1 내지 10 중량부를 포함하는, 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀계 공중합체에서, 상기 올레핀 단량체는, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 이소부텐, 펜텐, 이소펜텐, 헥센, 헵텐, 옥텐, 또는 노넨이고, 상기 아크릴레이트 단량체는, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 또는 에틸헥실아크릴레이트 이고, 상기 아세테이트 단량체는, 비닐아세테이트인 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀계 공중합체는, 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체(EMA), 에틸렌-메틸메타크릴레이트(EMMA), 에틸렌-부틸아크릴레이트(EBA) 공중합체, 에틸렌-2에틸헥실 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-프로필아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-메틸메타크릴레이트, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA), 또는 이들의 조합인 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 강화용 장섬유는 탄소섬유, 표면 처리된 탄소섬유, 유리섬유, 또는 표면 처리된 유리섬유인, 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 강화용 장섬유는, 총 중량을 기준으로 50% 이상이 동일한 방향으로 배향되어 있는, 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물은, 팰릿 형태이고, 상기 (B) 강화용 장섬유는 총 중량을 기준으로 50% 이상이 팰릿 단면에 수직한 방향으로 배향되어 있는, 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 장섬유 강화 폴리아미드계 수지 조성물로부터 제조된 사출 성형품.
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